JP3376181B2 - Method for preparing thin film of TFE-based polymer - Google Patents
Method for preparing thin film of TFE-based polymerInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、テトラフルオロエ
チレン系ポリマー(TFE系ポリマー)のターゲットに
SR光を照射して薄膜を作製する薄膜作製方法に関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film production method for producing a thin film by irradiating a target of tetrafluoroethylene polymer (TFE polymer) with SR light.
【0002】TFE系ポリマー薄膜の作製方法として、
真空蒸着法、イオンビームスパッタリング法、プラズマ
を利用した薄膜コーティング法等が知られている。しか
し、いずれの方法においても、作製した薄膜中の成分を
一定に保ち平坦な表面を有する薄膜を形成することが困
難である。As a method for producing a TFE polymer thin film,
The vacuum deposition method, the ion beam sputtering method, the thin film coating method using plasma, etc. are known. However, in any of the methods, it is difficult to form a thin film having a flat surface while keeping the components in the produced thin film constant.
【0003】最近、レーザアブレーションを用いたTF
E系ポリマー薄膜の形成技術が盛んに研究されている
(G.B.ブランチェット等、アプライドフィジクスレ
ターズ62,p1026(1993)(G. B. Blanchet
et al. Appl. Phys. Lett. 62, p1026(1993))及びY.
上野等、アプライドフィジクスレターズ 65,p13
70(1994)(Y. Ueno et al. Appl. Phys. Lett.
65, p1370 (1994))。Recently, TF using laser ablation
The technology for forming E-based polymer thin films has been actively studied (GB Blanchet et al., Applied Physics Letters 62, p1026 (1993) (GB Blanchet).
62 et al. Appl. Phys. Lett. 62, p1026 (1993)) and Y.
Ueno et al., Applied Physics Letters 65, p13
70 (1994) (Y. Ueno et al. Appl. Phys. Lett.
65, p1370 (1994)).
【0004】レーザアブレーション法は、TFE系ポリ
マーのターゲットにレーザ光を集光して照射し、アブレ
ーションを生じさせて基板上にTFE系ポリマーの薄膜
を作製する。アブレーションとは、局所的に発生する高
温プラズマ状態からターゲット物質が飛散する現象であ
る。アブレーションを生じさせるためのレーザとして
は、エキシマレーザがよく用いられる。In the laser ablation method, a TFE polymer target is focused and irradiated with laser light to cause ablation to form a TFE polymer thin film on a substrate. Ablation is a phenomenon in which a target material is scattered from a locally generated high-temperature plasma state. An excimer laser is often used as a laser for causing ablation.
【0005】真空蒸着法でTFE系ポリマー薄膜を作製
すると、膜中に繊維状の構造が現れ表面に凹凸が生じ
る。イオンビームスパッタリング法で作製すると、イオ
ンビームエネルギの変化(例えば400〜1000e
V)によってTFE系ポリマー薄膜の化学的組成が変動
してしまう。プラズマを利用してTFE系ポリマー薄膜
を作製する方法を用いると、薄膜の位置によって化学的
組成が大きく異なるため良質のTFE系ポリマー薄膜を
作製することが困難である。レーザアブレーション法で
は、薄膜の平坦性が悪く結晶化度の制御が困難である。
また、成膜中には、ArあるいはCH4ガス(50〜2
50mTorr)雰囲気中で基板を100〜320℃に
加熱しなければならない。When a TFE polymer thin film is produced by the vacuum vapor deposition method, a fibrous structure appears in the film and unevenness occurs on the surface. When it is formed by the ion beam sputtering method, a change in ion beam energy (for example, 400 to 1000e).
V) changes the chemical composition of the TFE polymer thin film. When a method of producing a TFE-based polymer thin film using plasma is used, it is difficult to produce a good quality TFE-based polymer thin film because the chemical composition greatly differs depending on the position of the thin film. In the laser ablation method, the flatness of the thin film is poor and it is difficult to control the crystallinity.
Further, during film formation, Ar or CH 4 gas (50 to 2
The substrate must be heated to 100-320 ° C. in an atmosphere of 50 mTorr.
【0006】また、レーザアブレーション法では、光子
密度を高めるために集光ビームを用いる。レーザ光を照
射されたターゲットからは、照射点を頂点とする円錐状
にTFE系ポリマーの構成物質が放出される。このよう
な点源からの分子線を平面状の基板で受けると、基板上
の薄膜の膜厚は、点源に最も近いところで最も厚く、点
源からの距離が大きくなるにしたがって薄くなる。In the laser ablation method, a focused beam is used to increase the photon density. From the target irradiated with the laser light, the TFE polymer constituent substance is emitted in a conical shape having the irradiation point as the apex. When such a molecular beam from a point source is received by a planar substrate, the film thickness of the thin film on the substrate is the thickest at the point closest to the point source, and becomes thinner as the distance from the point source increases.
【0007】基板を衛星軌道(プラネタリモーション)
的に運動させて表面上に比較的均一な膜厚を有する薄膜
を形成することは可能であるが、基板の駆動機構は複雑
化してしまう。また、基板を衛星軌道的に駆動するため
には、膜堆積を行なう反応チャンバの寸法が大きなもの
となってしまう。したがって、大面積の薄膜を作るには
限界がある。Orbit the substrate to satellite orbit (planetary motion)
It is possible to form a thin film having a relatively uniform thickness on the surface by mechanical movement, but the driving mechanism of the substrate becomes complicated. Further, in order to drive the substrate in a satellite orbit, the size of the reaction chamber for film deposition becomes large. Therefore, there is a limit to making a large-area thin film.
【0008】本発明の目的は、大面積の表面上に平坦性
もしくは結晶化度を制御しつつTFE系ポリマー薄膜を
成長させることのできる薄膜作製方法を提供することで
ある。An object of the present invention is to provide a thin film production method capable of growing a TFE polymer thin film on a surface of a large area while controlling flatness or crystallinity.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、TFE系ポリマーのターゲットに対向して薄膜形成
用下地部材を配置する工程と、前記ターゲットを、室温
よりも高く250℃以下の温度まで加熱する工程と、加
熱された前記ターゲットに、波長160nmの紫外光を
含むシンクロトロン放射光を照射してTFE系ポリマー
のアブレーションを生じさせる工程とを含むTFE系ポ
リマーの薄膜作製方法が提供される。ここで、TFE系
ポリマーとは、ポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体(FEP)、及びテトラフルオロエチレン
−ペルフルオロビニルエーテル共重合体(PFA)のい
ずれかを意味する。According to one aspect of the present invention, a step of disposing a base member for forming a thin film facing a TFE polymer target, and the target is heated to a temperature higher than room temperature and not higher than 250 ° C. And a step of irradiating the heated target with synchrotron radiation including ultraviolet light having a wavelength of 160 nm to cause ablation of the TFE-based polymer. It Here, the TFE polymer means polytetrafluoroethylene (PTF).
E), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), or tetrafluoroethylene-perfluorovinyl ether copolymer (PFA).
【0010】[0010]
【0011】ターゲットからアブレーションによって飛
散したTFE系ポリマーの材料が下地基板表面に堆積
し、TFE系ポリマーの薄膜が形成される。ターゲット
を加熱しておくことにより、TFE系ポリマーの薄膜の
成膜速度を向上させ、平坦性及び結晶化度を高めること
ができる。このとき、真空中で基板加熱の必要はない。The TFE polymer material scattered from the target by ablation is deposited on the surface of the underlying substrate to form a thin film of TFE polymer. By heating the target in advance, the film formation rate of the thin film of TFE polymer can be improved, and the flatness and crystallinity can be increased. At this time, it is not necessary to heat the substrate in vacuum.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態に
よる薄膜作製装置の一部破断平面図を概略的に示す。薄
膜作成装置の主な構成は、反応チャンバ10、ゲートバ
ルブチャンバ20、スリットチャンバ30及びシンクロ
トロン放射光源(SR光源)チャンバ40を含む。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 schematically shows a partially cutaway plan view of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The main configuration of the thin film forming apparatus includes a reaction chamber 10, a gate valve chamber 20, a slit chamber 30, and a synchrotron radiation source (SR light source) chamber 40.
【0013】反応チャンバ10、ゲートバルブチャンバ
20、及びスリットチャンバ30が、SR光源チャンバ
40に連続空間を構成するように接続されている。SR
光源チャンバ内の電子軌道41を周回する電子から発す
るSR光42が、スリットチャンバ30及びゲートバル
ブチャンバ20を通って反応チャンバ10内に導入され
る。The reaction chamber 10, the gate valve chamber 20, and the slit chamber 30 are connected to the SR light source chamber 40 so as to form a continuous space. SR
The SR light 42 emitted from the electrons that orbit the electron orbit 41 in the light source chamber is introduced into the reaction chamber 10 through the slit chamber 30 and the gate valve chamber 20.
【0014】SR光源チャンバ40内は、10-9tor
r以下の高真空に保たれている。SR光源チャンバ40
には、電子軌道41を周回する電子の蓄積電流値を制御
する手段が設けられており、発生するSR光の光量を制
御することができる。さらに、SR光源チャンバ40に
は、電子軌道41の電流値を制御する手段が設けられて
おり、目的とするターゲットのアブレーションを起こす
のに最適な波長を選択することができる。たとえば、磁
場を変えることにより、電子エネルギを変えることがで
きる。The inside of the SR light source chamber 40 is 10 −9 torr.
A high vacuum of r or less is maintained. SR light source chamber 40
Is provided with means for controlling the accumulated current value of electrons circulating in the electron orbit 41, and can control the amount of SR light generated. Further, the SR light source chamber 40 is provided with means for controlling the current value of the electron orbit 41, and the optimum wavelength for causing ablation of the target of interest can be selected. For example, changing the magnetic field can change the electron energy.
【0015】電子軌道41は、たとえば円形軌道を有
し、発生するSR光は平板状形状である。SR光の一
部、たとえば幅数cm分がスリットチャンバ30及びゲ
ートバルブチャンバ20を介して反応チャンバ10に導
入される。図においては、SR光は紙面に平行な平板状
形状を有する
スリットチャンバ30内に、SR光の一部を遮蔽するた
めのスリットが配置されている。本実施の一形態におい
ては、直径3mmの円形の貫通孔が設けられたスリット
を配置した。従って、スリットチャンバ30を通過した
SR光の断面は、直径3mmの円形形状になる。なお、
SR光の断面は進行するに従って徐々に大きくなるが、
スリットチャンバ30を光源から遠ざけ反応チャンバ1
0に十分近い位置に配置しているため、反応チャンバ1
0に導入されるSR光の断面は直径約3mmの円形形状
と考えることができる。The electron orbit 41 has, for example, a circular orbit, and the generated SR light has a flat plate shape. A part of the SR light, for example, a portion having a width of several cm is introduced into the reaction chamber 10 via the slit chamber 30 and the gate valve chamber 20. In the figure, a slit for blocking a part of SR light is arranged in a slit chamber 30 having a flat plate shape in which SR light is parallel to the paper surface. In the present embodiment, a slit provided with a circular through hole having a diameter of 3 mm is arranged. Therefore, the cross section of the SR light that has passed through the slit chamber 30 has a circular shape with a diameter of 3 mm. In addition,
The cross section of SR light gradually increases as it advances,
Keep the slit chamber 30 away from the light source and the reaction chamber 1
Since it is placed close enough to 0, reaction chamber 1
The cross section of the SR light introduced at 0 can be considered as a circular shape having a diameter of about 3 mm.
【0016】反応チャンバ10には、PTFEターゲッ
ト12をSR光の光路上に支持するためのターゲット支
持手段11が配置されている。PTFEターゲット12
とSR光源との距離は3mである。PTFEターゲット
12が、SR光によって照射されると、照射部分からア
ブレーションが発生する。このため、反応チャンバ10
内の真空度が低下する。高真空を保つために、反応チャ
ンバ10に排気管18が接続されている。In the reaction chamber 10, there is arranged a target support means 11 for supporting the PTFE target 12 on the optical path of SR light. PTFE target 12
And the SR light source has a distance of 3 m. When the PTFE target 12 is irradiated with SR light, ablation occurs from the irradiated portion. Therefore, the reaction chamber 10
The degree of vacuum inside is reduced. An exhaust pipe 18 is connected to the reaction chamber 10 in order to maintain a high vacuum.
【0017】PTFEターゲット12に対向する位置に
下地基板15を支持するための下地基板支持手段14が
配置されている。PTFEターゲット表面でアブレーシ
ョンが生じるとターゲット材料が飛散し、下地基板15
の表面に堆積する。PTFEターゲット12と下地基板
15との距離は3cmである。ターゲット支持手段11
及び下地基板支持手段14には、それぞれヒータ13及
び16が取り付けられており、PTFEターゲット12
及び下地基板15を加熱することができる。A base substrate support means 14 for supporting the base substrate 15 is arranged at a position facing the PTFE target 12. When the ablation occurs on the PTFE target surface, the target material scatters, and the base substrate 15
Deposit on the surface of. The distance between the PTFE target 12 and the base substrate 15 is 3 cm. Target support means 11
Heaters 13 and 16 are attached to the base substrate supporting means 14 and the base substrate supporting means 14, respectively, and the PTFE target 12
Also, the base substrate 15 can be heated.
【0018】PTFEターゲット12のSR光照射位置
から10cmの位置に水晶振動子型の膜厚計17が配置
されている。膜厚計17で、作製されるPTFE薄膜の
膜厚を常時観測することができる。A quartz oscillator type film thickness meter 17 is arranged at a position 10 cm from the SR light irradiation position of the PTFE target 12. The film thickness of the produced PTFE thin film can be constantly observed with the film thickness meter 17.
【0019】反応チャンバ10とスリットチャンバ30
との間にゲートバルブチャンバ20が配置されている。
ゲートバルブチャンバ20内のゲートバルブを閉じるこ
とにより、反応チャンバ10とSR光源チャンバ40と
を真空的に分離することができる。ゲートバルブを閉
じ、反応チャンバ10内をリークすることにより、PT
FEターゲット12及び下地基板15を交換することが
できる。Reaction chamber 10 and slit chamber 30
A gate valve chamber 20 is disposed between
By closing the gate valve in the gate valve chamber 20, the reaction chamber 10 and the SR light source chamber 40 can be separated in vacuum. By closing the gate valve and leaking inside the reaction chamber 10,
The FE target 12 and the base substrate 15 can be exchanged.
【0020】図2は、図1に示す薄膜作製装置を用いて
PTFE薄膜を形成したときの、ターゲット温度と成膜
速度との関係を示す。横軸はPTFEターゲット12へ
のSR光照射開始からの経過時間を単位「秒」で表し、
縦軸は成膜速度を単位nm/sで表す。図中の記号○、
△、及び□は、それぞれSR光照射前のPTFEターゲ
ット12の温度を200℃、100℃、及び25℃とし
た場合の成膜速度を示す。反応チャンバ10内の圧力は
約1×10-5torr、ターゲット表面におけるSR光
の光子密度は2×1015フォトン/s・mm2である。
なお、膜厚計17で測定された膜厚から成膜速度を求め
た。FIG. 2 shows the relationship between the target temperature and the film formation rate when a PTFE thin film is formed using the thin film forming apparatus shown in FIG. The horizontal axis represents the elapsed time from the start of SR light irradiation to the PTFE target 12 in the unit of “second”,
The vertical axis represents the film formation rate in the unit of nm / s. Symbol in the figure ○,
Δ and □ indicate the film forming rates when the temperatures of the PTFE target 12 before SR light irradiation were 200 ° C., 100 ° C., and 25 ° C., respectively. The pressure in the reaction chamber 10 is about 1 × 10 −5 torr, and the photon density of SR light on the target surface is 2 × 10 15 photons / s · mm 2 .
The film forming rate was calculated from the film thickness measured by the film thickness meter 17.
【0021】図2に示すように、ターゲット温度が高く
なれば成膜速度が大きくなる。例えば、SR光照射前の
ターゲット温度を200℃、100℃及び25℃とした
場合のSR光照射開始から30秒後における成膜速度
は、それぞれ約4.3nm/s、1.2nm/s、及び
0.7nm/sであった。ターゲット温度を200℃と
した場合の成膜速度が、100℃及び25℃とした場合
の成膜速度の約3.5倍及び約6倍になっている。As shown in FIG. 2, the higher the target temperature, the higher the film formation rate. For example, when the target temperature before SR light irradiation is 200 ° C., 100 ° C. and 25 ° C., the film forming rates after 30 seconds from the start of SR light irradiation are about 4.3 nm / s and 1.2 nm / s, respectively. And 0.7 nm / s. The film forming rates when the target temperature is 200 ° C. are about 3.5 times and about 6 times the film forming rates when the target temperature is 100 ° C. and 25 ° C., respectively.
【0022】成膜速度が、時間と共に増加している理由
は、以下のように考えられる。PTFEターゲットはS
R光照射前に加熱されているが、SR光照射によってタ
ーゲット表面の温度がさらに上昇する。ただし、PTF
Eの軟化点(250℃)以下である。図2に示すよう
に、ターゲットの温度が上昇すると成膜速度が速くな
る。SR光照射時間の経過と共にターゲット表面の温度
が徐々に上昇し、成膜速度が徐々に速くなっていると考
えられる。ターゲット表面の温度上昇が緩やかになり定
常状態に近づくに従って、成膜速度の上昇率も緩やかに
なっている。The reason why the film forming rate increases with time is considered as follows. The PTFE target is S
Although heated before R light irradiation, the temperature of the target surface further rises by SR light irradiation. However, PTF
It is below the softening point (250 degreeC) of E. As shown in FIG. 2, when the temperature of the target rises, the film formation rate increases. It is considered that the temperature of the target surface gradually rises as the SR light irradiation time elapses, and the film formation rate gradually increases. As the temperature of the target surface rises gradually and approaches a steady state, the rate of increase of the film formation rate also becomes gentle.
【0023】ターゲット温度を100℃とした場合に
は、SR光照射開始から16秒以降の時間領域において
成膜速度がほとんど上昇していない。これは、SR光照
射から約16秒程度経過すると、ターゲット表面温度が
ほぼ定常状態になっているためと考えられる。これに対
し、ターゲット温度を25℃とした場合には、少なくと
もSR光照射開始から30秒経過するまで成膜速度が徐
々に上昇している。これは、ターゲット表面の温度が定
常状態になるまで長時間を要するためと考えられる。ま
た、SR光照射開始から長時間経過すると、ターゲット
温度を25℃としたときの成膜速度がターゲット温度を
100℃としたときの成膜速度に近づいてくることか
ら、SR光照射によってターゲット表面温度が100℃
程度まで上昇すると考えられる。When the target temperature was 100 ° C., the film formation rate hardly increased in the time region 16 seconds after the start of SR light irradiation. It is considered that this is because the target surface temperature is in a substantially steady state after about 16 seconds have passed from the SR light irradiation. On the other hand, when the target temperature is 25 ° C., the film forming rate gradually increases at least 30 seconds after the start of SR light irradiation. This is probably because it takes a long time for the temperature of the target surface to reach a steady state. Further, after a long time has passed from the start of SR light irradiation, the film formation rate when the target temperature is 25 ° C. approaches the film formation rate when the target temperature is 100 ° C. Temperature is 100 ℃
It is thought to rise to some extent.
【0024】なお、ターゲット表面温度を200℃とし
た場合には、SR光照射開始からの経過時間が12秒ま
での時間領域で成膜速度の上昇率が比較的大きく、12
秒経過後の時間領域で上昇率が比較的小さくなってい
る。この結果から、SR光照射開始から12秒までの期
間はターゲット表面の温度上昇率が比較的大きく、12
秒経過後は温度上昇率が低下すると考えられる。When the target surface temperature is 200 ° C., the rate of increase in the film formation rate is relatively large in the time range from the start of SR light irradiation up to 12 seconds.
The increase rate is relatively small in the time domain after the lapse of seconds. From this result, the temperature increase rate of the target surface is relatively large during the period from the start of SR light irradiation to 12 seconds,
It is considered that the temperature rise rate decreases after the elapse of seconds.
【0025】なお、薄膜成長において一般的に、成長初
期の成膜速度が遅い現象もある。下地表面に成長核が形
成され、この成長核が成長して表面全体が成長層で覆わ
れるまでの成膜速度は、それ以後の成膜速度より遅くな
り易い。図2の特性にはこのような現象が寄与している
可能性もある。Incidentally, in the thin film growth, there is a phenomenon that the film forming rate is generally low in the initial stage of growth. The growth nuclei are formed on the surface of the underlayer, and the film formation rate until the growth nuclei grow and the entire surface is covered with the growth layer tends to be slower than the subsequent film formation rate. It is possible that such a phenomenon contributes to the characteristics of FIG.
【0026】図2のグラフから、PTFEターゲットの
温度を制御することにより、PTFE薄膜の成膜速度を
制御できることがわかる。また、大きな成膜速度を得る
ためには、PTFEターゲットの温度を高くすればよい
ことがわかる。From the graph of FIG. 2, it can be seen that the deposition rate of the PTFE thin film can be controlled by controlling the temperature of the PTFE target. Further, it is understood that the temperature of the PTFE target should be increased in order to obtain a high film formation rate.
【0027】次に、作製されたPTFE薄膜の表面の平
坦性について説明する。図1に示す薄膜作製装置を用
い、PTFEターゲットを加熱しないで、基板温度を室
温、50℃及び100℃としてPTFE薄膜を作製し
た。作製されたPTFE薄膜表面を走査型電子顕微鏡で
観察したところ、基板温度を50℃及び100℃として
作製したPTFE薄膜表面に、サイズが0.5μm程度
の斑模様が見られた。この斑模様は、PTFE表面に形
成された凹凸によるものである。これに対し、基板温度
を室温として作製したPTFE薄膜表面には、このよう
な斑模様が見られなかった。このことから、表面平坦性
の高いPTFE薄膜を得るためには、基板温度を室温程
度とすることが好ましいことがわかる。Next, the flatness of the surface of the produced PTFE thin film will be described. Using the thin film production apparatus shown in FIG. 1, a PTFE thin film was produced by setting the substrate temperature to room temperature, 50 ° C. and 100 ° C. without heating the PTFE target. When the surface of the produced PTFE thin film was observed with a scanning electron microscope, a spot pattern having a size of about 0.5 μm was observed on the surface of the produced PTFE thin film at substrate temperatures of 50 ° C. and 100 ° C. This mottled pattern is due to the unevenness formed on the PTFE surface. On the other hand, such a mottled pattern was not observed on the surface of the PTFE thin film prepared at the substrate temperature of room temperature. From this, it is understood that the substrate temperature is preferably about room temperature in order to obtain a PTFE thin film having high surface flatness.
【0028】基板温度を室温とし、SR光照射前のPT
FEターゲットの温度を200℃としてPTFE薄膜を
作製したところ、PTFEターゲットを加熱しない場合
に比べてより平坦性の高いPTFE薄膜を得ることがで
きた。PTFEターゲットを加熱することにより、平坦
性の高いPTFE薄膜を得ることが可能である。The substrate temperature is set to room temperature and PT before SR light irradiation
When a PTFE thin film was prepared by setting the temperature of the FE target at 200 ° C., a PTFE thin film having higher flatness than that obtained when the PTFE target was not heated could be obtained. By heating the PTFE target, it is possible to obtain a PTFE thin film having high flatness.
【0029】次に、PTFEの結晶化度について説明す
る。PTFEは結晶化しやすい性質を有し、その結晶構
造は六方晶系に近くねじれ螺旋構造である。PTFE
は、通常大きさがばらばらの単結晶粒からなる多結晶体
を構成する。多結晶を構成する各単結晶粒の大きさの度
合いを結晶化度と呼び、単結晶粒が大きいものほど結晶
化度が高い。Next, the crystallinity of PTFE will be described. PTFE has a property of easily crystallizing, and its crystal structure is a twisted spiral structure close to a hexagonal system. PTFE
Usually constitutes a polycrystalline body composed of single crystal grains having different sizes. The degree of size of each single crystal grain that constitutes a polycrystal is called crystallinity. The larger the single crystal grain, the higher the crystallinity.
【0030】図3(A)はPTFEターゲットのX線回
折パターンを示す。図3(B)は、基板温度を室温、タ
ーゲット温度を200℃とした場合、図3(C)は、基
板温度を50℃、ターゲット温度を室温とした場合、図
3(D)は、基板温度及びターゲット温度の双方を室温
とした場合のPTFE薄膜のX線回折パターンを示す。FIG. 3A shows an X-ray diffraction pattern of the PTFE target. 3B shows the substrate temperature at room temperature and the target temperature at 200 ° C., FIG. 3C shows the substrate temperature at 50 ° C. and the target temperature at room temperature, and FIG. The X-ray-diffraction pattern of a PTFE thin film when both temperature and target temperature are room temperature is shown.
【0031】図3(A)に示すように、2θが18度の
位置にPTFEの(100)面による鋭いピークが現れ
ている。また、2θが30〜45度の範囲に、PTFE
の(110)面、(200)面、(201)面、(10
7)面、(204)面及び(108)面の小さなピーク
が現れている。As shown in FIG. 3A, a sharp peak due to the (100) plane of PTFE appears at a position where 2θ is 18 degrees. In addition, in the range of 2θ of 30 to 45 degrees, PTFE
(110) plane, (200) plane, (201) plane, (10
Small peaks on the 7) plane, the (204) plane, and the (108) plane appear.
【0032】結晶化度が高い場合には、各単結晶粒内の
結晶面による鋭いピークが観測される。結晶化度が低く
なる(単結晶粒が小さくなる)と、単結晶粒同士の界面
に働く応力が大きくなり単結晶粒内に歪が生じる。この
歪により結晶面間隔が正規の間隔からずれる。このた
め、X線回折パターンの各ピーク幅が広くなる。When the crystallinity is high, sharp peaks due to the crystal planes within each single crystal grain are observed. When the degree of crystallinity becomes low (the size of single crystal grains becomes small), the stress acting on the interface between the single crystal grains becomes large and strain occurs in the single crystal grains. This distortion causes the crystal plane spacing to deviate from the regular spacing. Therefore, each peak width of the X-ray diffraction pattern becomes wider.
【0033】図3(B)では、2θが18度の位置に
(100)面によるピークが観測される。図3(C)で
は、2θが18度よりも小さい領域における回折強度が
大きくなっているが、わずかに(100)面によるピー
クが観測される。図3(D)では、(100)面の鋭い
ピークは消滅し、2θが15度の近傍に幅の広いピーク
が観測される。また、図3(B)〜(D)のすべてにお
いて、2θが35〜45度の領域に幅の広いピークが観
測される。In FIG. 3B, a peak due to the (100) plane is observed at a position where 2θ is 18 degrees. In FIG. 3C, the diffraction intensity is large in a region where 2θ is smaller than 18 degrees, but a peak due to the (100) plane is slightly observed. In FIG. 3D, the sharp peak on the (100) plane disappears, and a broad peak is observed near 2θ of 15 degrees. Further, in all of FIGS. 3B to 3D, a wide peak is observed in a region where 2θ is 35 to 45 degrees.
【0034】図3(B)と図3(D)に示すように、基
板温度が等しい場合にはターゲット温度が高いほど結晶
化度が高くなる。ただし、PTFEの融点が約250℃
であるため、ターゲット温度を250℃以下とすること
が好ましい。図3(C)と図3(D)に示すように、タ
ーゲット温度が等しい場合には基板温度が高いほど結晶
化度が高くなる。このことから、基板温度とターゲット
温度を変えることにより、種々の結晶化度を持ったPT
FE薄膜を作製できることがわかる。As shown in FIGS. 3B and 3D, when the substrate temperatures are the same, the higher the target temperature, the higher the crystallinity. However, the melting point of PTFE is about 250 ° C.
Therefore, it is preferable to set the target temperature to 250 ° C. or lower. As shown in FIGS. 3C and 3D, when the target temperatures are the same, the higher the substrate temperature, the higher the crystallinity. Therefore, PTs with various crystallinity can be obtained by changing the substrate temperature and the target temperature.
It can be seen that an FE thin film can be produced.
【0035】上述のように、基板温度とターゲット温度
を制御することにより、PTFE薄膜の平坦性及び結晶
化度を制御することができる。例えば、結晶化度は透明
度、気体の透過性、機械的性質に大きな影響を及ぼす
が、耐熱性、耐薬品性、非粘着性、不燃性、誘電的性質
にはほとんど影響を与えない。従って、用途に応じて所
望の平坦性及び結晶化度を有するPTFE薄膜を作製す
ればよい。As described above, the flatness and crystallinity of the PTFE thin film can be controlled by controlling the substrate temperature and the target temperature. For example, crystallinity has a large effect on transparency, gas permeability, and mechanical properties, but has little effect on heat resistance, chemical resistance, non-stickiness, nonflammability, and dielectric properties. Therefore, a PTFE thin film having desired flatness and crystallinity may be produced depending on the application.
【0036】例えば、PTFE薄膜は、潮解性のある物
質の表面保護、電気回路もしくはICパッケージの表面
保護等に利用できる。また、鍋の表面加工膜としても利
用可能である。For example, the PTFE thin film can be used for surface protection of deliquescent substances, surface protection of electric circuits or IC packages, and the like. It can also be used as a surface-treated film for pots.
【0037】次に、ターゲットに照射するSR光の光強
度と作製されたPTFE薄膜の結晶化度との関係につい
て説明する。基板温度及びターゲット温度を同一とし、
ターゲット表面におけるSR光の光子密度を1×1015
フォトン/s・mm2〜3×1015フォトン/s・mm2
の範囲で変化させてPTFE薄膜を作製したところ、光
子密度が高いほど成膜速度が速く、かつ結晶化度が高く
なることがわかった。良好な結晶化度を有するPTFE
薄膜を作製するためには、ターゲット表面における光子
密度を1.5×1015フォトン/s・mm2以上とする
ことが好ましい。Next, the relationship between the light intensity of the SR light with which the target is irradiated and the crystallinity of the produced PTFE thin film will be described. Substrate temperature and target temperature are the same,
The photon density of SR light on the target surface is 1 × 10 15
Photon / s · mm 2 to 3 × 10 15 Photons / s · mm 2
When a PTFE thin film was produced by changing the film thickness within the range, it was found that the higher the photon density, the higher the film formation rate and the higher the crystallinity. PTFE with good crystallinity
In order to form a thin film, it is preferable that the photon density on the target surface is 1.5 × 10 15 photons / s · mm 2 or more.
【0038】上記実験では、ターゲットに照射するSR
光の断面を直径3mmの円形としたが、SR光の断面積
をより大きくしてもよい。照射面積が大きくなると、P
TFE材料が広い面積領域から飛散するため、PTFE
薄膜の膜厚の均一性を高めることができる。In the above experiment, the SR for irradiating the target
Although the cross section of light is circular with a diameter of 3 mm, the cross section of SR light may be made larger. When the irradiation area becomes large, P
Since the TFE material scatters from a large area, PTFE
The uniformity of the thin film thickness can be improved.
【0039】なお、基板を例えば衛星軌道(プラネタリ
モーション)的に運動させてもよい。このように基板を
運動させることにより、膜厚の均一性をより高めること
ができるであろう。The substrate may be moved in a satellite orbit (planetary motion), for example. By moving the substrate in this manner, it will be possible to further improve the uniformity of the film thickness.
【0040】PTFEターゲットに照射するSR光とし
ては、波長160nmの紫外光を含むことが好ましい。
PTFEの単光子吸収スペクトルは、波長160nm近
傍に鋭いピークを示す。従って、波長160nmの紫外
光を含むSR光を照射することにより、効率的にアブレ
ーションを発生させることができる。The SR light with which the PTFE target is irradiated preferably contains ultraviolet light having a wavelength of 160 nm.
The single-photon absorption spectrum of PTFE shows a sharp peak near a wavelength of 160 nm. Therefore, ablation can be efficiently generated by irradiating SR light including ultraviolet light having a wavelength of 160 nm.
【0041】以上実施の形態に沿って本発明を説明した
が、本発明はこれらに制限されるものではない。例え
ば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
PTFE薄膜の成膜速度を高めることができる。また、
平坦性及び結晶化度を制御しつつPTFE薄膜を作製す
ることができる。As described above, according to the present invention,
The deposition rate of the PTFE thin film can be increased. Also,
A PTFE thin film can be produced while controlling flatness and crystallinity.
【図1】本発明の実施の形態で用いる薄膜作製装置の概
略一部破断平面図である。FIG. 1 is a schematic partially cutaway plan view of a thin film forming apparatus used in an embodiment of the present invention.
【図2】 ターゲット温度を変えた場合のPTFE薄膜
の成膜速度とSR光照射開始からの経過時間との関係を
示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the film formation rate of a PTFE thin film and the elapsed time from the start of SR light irradiation when the target temperature is changed.
【図3】 PTFEターゲット及びPTFE薄膜のX線
回折パターンを示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a PTFE target and a PTFE thin film.
10 反応チャンバ 11 ターゲット支持手段 12 ターゲット 13、16 ヒータ 14 下地基板支持手段 15 下地基板 17 膜厚計 18 排気管 20 ゲートバルブチャンバ 30 スリットチャンバ 40 SR光源チャンバ 41 電子軌道 42 SR光 10 Reaction chamber 11 Target support means 12 targets 13, 16 heater 14 Base substrate supporting means 15 Base substrate 17 Film thickness meter 18 Exhaust pipe 20 Gate valve chamber 30 slit chamber 40 SR light source chamber 41 electron orbit 42 SR light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−10119(JP,A) 特開 昭62−41291(JP,A) 特開 昭61−120836(JP,A) 特開 昭60−8057(JP,A) 特開 平6−280024(JP,A) 特開 平6−220615(JP,A) 特開 昭63−19689(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of front page (56) References JP-A-6-10119 (JP, A) JP-A-62-41291 (JP, A) JP-A-61-120836 (JP, A) JP-A-60- 8057 (JP, A) JP-A-6-280024 (JP, A) JP-A-6-220615 (JP, A) JP-A-63-19689 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-14/58 JISST file (JOIS)
Claims (4)
て薄膜形成用下地部材を配置する工程と、 前記ターゲットを、室温よりも高く250℃以下の温度
まで加熱する工程と、 加熱された前記ターゲットに、波長160nmの紫外光
を含むシンクロトロン放射光を照射してTFE系ポリマ
ーのアブレーションを生じさせる工程とを含むTFE系
ポリマーの薄膜作製方法。1. A step of disposing a base member for forming a thin film so as to face a TFE polymer target, a step of heating the target to a temperature higher than room temperature and 250 ° C. or lower, and the heated target. And a step of irradiating synchrotron radiation including ultraviolet light having a wavelength of 160 nm to cause ablation of the TFE-based polymer.
る工程の前に、前記薄膜形成用下地部材を加熱する工程
を含む請求項1に記載のTFE系ポリマーの薄膜作製方
法。2. The method for producing a thin film of a TFE polymer according to claim 1, further comprising the step of heating the thin film forming base member before the step of causing the ablation.
て薄膜形成用下地部材を配置する工程と、 前記ターゲットを加熱する工程と、 加熱された前記ターゲットに、波長160nmの紫外光
を含み、前記ターゲットの表面において光子密度が1.
5×1015フォトン/s・mm2以上であるシンクロト
ロン放射光を照射してTFE系ポリマーのアブレーショ
ンを生じさせる工程とを含むTFE系ポリマーの薄膜作
製方法。3. A step of disposing a base member for forming a thin film so as to face a TFE polymer target, a step of heating the target, and the heated target containing ultraviolet light having a wavelength of 160 nm, The photon density is 1.
And a step of causing ablation of the TFE polymer by irradiating with synchrotron radiation of 5 × 10 15 photons / s · mm 2 or more.
て薄膜形成用下地部材を配置する工程と、 前記ターゲットを、200℃以上、250℃以下まで加
熱する工程と、 加熱された前記ターゲットに、波長160nmの紫外光
を含むシンクロトロン放射光を照射してTFE系ポリマ
ーのアブレーションを生じさせる工程とを含むTFE系
ポリマーの薄膜作製方法。4. A step of disposing a base member for thin film formation so as to face a TFE polymer target, a step of heating the target to 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and a wavelength of the heated target. And a step of irradiating synchrotron radiation light containing 160 nm ultraviolet light to cause ablation of the TFE-based polymer.
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- 1995-08-25 JP JP21748495A patent/JP3376181B2/en not_active Expired - Fee Related
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