JP3433138B2 - ポリテトラフルオロエチレン薄膜及びその作製方法 - Google Patents

ポリテトラフルオロエチレン薄膜及びその作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリテトラフルオ
ロエチレン薄膜の作製方法に関し、特に、分子鎖の長軸
方向が下地表面に対してほぼ垂直であるポリテトラフル
オロエチレン薄膜の作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】有機薄膜の光電気特性、非線形光学特性
等の研究が盛んに行われている。有機薄膜を構成する各
分子の機能を有効に利用するために、各分子を一定方向
に規則的に配列させることが好ましい。このため、分子
配向性を制御できる薄膜作製技術の確立が望まれてい
る。
【0003】有機化合物の蒸着膜の分子配向性は、基板
となる結晶の種類、成長時の基板温度、蒸着速度等に依
存することが知られている。一般に、イオン性結晶の基
板の上に有機薄膜を蒸着する場合には、基板の結晶構造
の対称性を反映して、2回回転対称や4回回転対称構造
を持つ配向膜が得られることが多い。有機薄膜を用いた
光素子や記録素子を実現するためには、対称構造配向膜
よりもむしろ一軸配向膜の方が適している。このため、
一軸配向膜の作製技術の確立が重要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】分子鎖の長軸が基板表
面に対して平行に配向したポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)膜の作製方法は、従来から知られている。
ところが、分子鎖の長軸が基板面に対してほぼ垂直に立
っているPTFE膜を作製する技術は知られていない。
垂直配向したPTFE膜上に有機薄膜を形成すると、そ
の有機薄膜は一軸配向し、薄膜の光電気特性や非線形光
学特性が向上すると思われる。
【0005】本発明の目的は、分子鎖の長軸方向が下地
表面に対して立っているPTFE膜及びその製造方法を
提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、下地部材と、前記下地部材の表面上に形成され、分
子鎖の長軸方向が下地表面に対してほぼ垂直であるポリ
テトラフルオロエチレン膜とを有する部材が提供され
る。
【0007】分子鎖の長軸方向が下地表面に対してほぼ
垂直であるポリテトラフルオロエチレン膜は、一軸配向
と考えることができる。その上に有機薄膜を形成する
と、一軸配向の有機薄膜を得ることができる。
【0008】本発明の他の観点によると、真空容器内
に、下地部材とポリテトラフルオロエチレン母材を配置
し、該真空容器内を排気する工程と、前記下地部材を、
250〜330℃の範囲内の温度まで加熱する工程と、
前記ポリテトラフルオロエチレン母材をヒータで加熱し
てその一部を蒸発させ、前記下地部材の表面上にポリテ
トラフルオロエチレンからなる薄膜を形成する工程とを
有するポリテトラフルオロエチレン薄膜の作製方法が提
供される。
【0009】下地基板の温度を250〜330℃として
真空蒸着すると、分子鎖の長軸方向が基板面に対してほ
ぼ垂直になったPTFE膜が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例で使われ
るPTFE膜作製装置の概略図を示す。成膜チャンバ1
0内に、ターゲット保持台11が配置されている。ター
ゲット保持台11に対向する位置に基板保持台14が配
置されている。両者の間隔は約3cmである。ターゲッ
ト保持台11にPTFEの母材(ターゲット)12が保
持される。ターゲット保持台11内に配置されたヒータ
13により母材12が加熱される。基板保持台14に下
地基板15が保持される。基板保持台14内に配置され
たヒータ16により、下地基板15が加熱される。
【0011】母材12から約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は、
堆積するPTFE膜の厚さを常時観測することができ
る。排気管18を介して成膜チャンバ10内が真空排気
される。
【0012】次に、実施例によるPTFE膜の作製方法
について説明する。基板保持台14で下地基板15を保
持し、ターゲット保持台11でPTFE母材12を保持
する。実施例で用いた下地基板15は、厚さ400μm
のシリコン基板である。成膜チャンバ10内を、圧力1
×10-6Torrまで真空排気し、下地基板15を加熱
する。下地基板15の温度は、70℃〜265℃の範囲
とした。PTFE母材12を550℃まで加熱する。P
TFE母材12の一部が蒸発し、下地基板15の表面上
にPTFE膜が堆積する。
【0013】下地基板15の表面上に堆積したPTFE
膜を、赤外吸光分光により分析した。以下、分析結果に
ついて説明する。
【0014】図2は、基板温度260℃で成膜したPT
FE膜の赤外線吸収スペクトルを示す。図中の曲線a
は、赤外線の入射角を基板に対して80°とした場合の
吸収スペクトルを示し、曲線bは、赤外線を垂直入射し
た場合(入射角が0°の場合)の吸収スペクトルを示
す。
【0015】曲線aの波数約644cm-1に現れている
ピーク(A2(2)バンドのピーク)及び波数約529
cm-1に現れているピーク(A2(3)バンドのピー
ク)は、分子鎖の長軸方向に平行な振動に起因する吸収
に対応する。曲線bに現れているA2(2)及びA2
(3)バンドのピークは、非常に小さい。曲線a及びb
から、分子鎖の長軸方向が基板面に対してほぼ垂直に立
っていることがわかる。
【0016】また、A2(3)バンドのピークが、伸び
きり鎖結晶構造を持つPTFE膜のA2(3)バンドの
ピーク(波数529cm-1)に比べて、短波長側にシフ
ト(ブルーシフト)している。これは、得られたPTF
E膜が、折りたたみ鎖結晶構造を持っていることを意味
する。
【0017】波数1160cm-1に現れているピーク
(E1(3)バンドのピーク)は、分子鎖の長軸に垂直
な方向の振動に起因する吸収である。赤外線を垂直入射
した場合のA2(2)バンドのピークの高さに対するE
1(3)バンドのピークの高さの比(E1(3)/A2
(2))により、分子鎖の垂直配向度を評価することが
できる。
【0018】図3は、得られたPTFE膜の分子鎖の垂
直配向度の基板温度依存性を示す。横軸は、成膜時の基
板温度を単位℃で表す。図中の白丸記号は、A2(2)
バンドのピークの高さに対するE1(3)バンドのピー
クの高さの比(E1(3)/A2(2))を示し、その
値を右縦軸に表す。図中の三角記号は、A2(3)バン
ドのピークが現れる波数を示し、その値を左縦軸に単位
cm-1で表す。
【0019】基板温度が200℃を超えると、基板温度
が高くなるに従ってピーク高の比(E1(3)/A2
(2))が大きくなる。これは、基板温度が高くなるに
従って、分子鎖の垂直配向の傾向が強くなっていること
を意味する。基板温度を250℃以上にして成膜する
と、垂直配向の十分な効果が得られるであろう。また、
基板温度を330℃よりも高くすると、一旦付着したP
TFE分子が再蒸発してしまうため、薄膜の形成が困難
である。
【0020】なお、ピーク高の比(E1(3)/A2
(2))が12以上である場合には、分子鎖の長軸方向
が基板面に対してほぼ垂直であるといえるであろう。
【0021】また、基板温度が200℃を超えると、基
板温度が高くなるに従ってA2(3)バンドのピークが
ブルーシフトしている。これは、分子鎖が折りたたみ構
造を有することを意味し、分子鎖が垂直配向している明
瞭な証拠となる。
【0022】上記実施例では、真空加熱蒸着によりPT
FE膜を形成する場合を説明した。その他、シンクロト
ロン放射(SR)光によるアブレーションを用いてPT
FE膜を形成することもできる。
【0023】図4に、SR光によるアブレーションを利
用した薄膜作製装置の概略図を示す。薄膜作成装置の主
な構成は、成膜チャンバ10、ゲートバルブチャンバ2
0、スリットチャンバ30及びSR光源チャンバ40を
含む。
【0024】成膜チャンバ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を通って成膜チャンバ10内に導入され
る。
【0025】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。
【0026】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を介して成膜チャンバ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。
【0027】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。例えば、
直径3mmの円形の貫通孔が設けられたスリットが配置
される。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を光源から遠ざけ成膜チャンバ10に
十分近い位置に配置しているため、成膜チャンバ10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。
【0028】成膜チャンバ10内の構成は、図1に示す
真空蒸着装置の構成と同様であるため、ここでは説明を
省略する。PTFE母材12とSR光源との距離は3m
である。
【0029】成膜チャンバ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、成膜チャンバ10内の空間とSR光源チャン
バ40内の空間とを分離することができる。ゲートバル
ブを閉じ、成膜チャンバ10内をリークすることによ
り、PTFE母材12及び下地基板15を交換すること
ができる。
【0030】PTFE母材12がSR光に照射される
と、照射部分がアブレーションされる。PTFE母材1
2の表面でアブレーションが生じるとPTFEが飛散
し、下地基板15の表面に堆積する。より詳細な成膜条
件については、特開平9−59765号公報の段落20
及び21に記載されている。SR光によるアブレーショ
ンを利用して作製する場合には、下地基板を加熱しなく
ても、分子鎖の長軸方向が基板面に対してほぼ垂直に立
った配向膜が得られた。
【0031】以上実施例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。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
分子鎖の長軸方向が基板面に対してほぼ垂直に立ったP
TFE膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による成膜方法で使用する真空
蒸着装置の概略図である。
【図2】得られたPTFE膜の赤外線吸収スペクトルを
示すグラフである。
【図3】PTFE膜のA2(2)バンドのピーク高に対
するE1(3)バンドのピーク高の比及びA2(3)の
ピークの波数を、基板温度の関数として示すグラフであ
る。
【図4】SR光によるアブレーションを利用した成膜装
置の概略図である。
【符号の説明】
10 成膜チャンバ 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
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 7/00 - 7/18 C23C 14/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地部材と、前記下地部材の表面上に形
    成され、分子鎖の長軸方向が下地表面に対してほぼ垂直
    であるポリテトラフルオロエチレン膜とを有する部材。
  2. 【請求項2】 真空容器内に、下地部材とポリテトラフ
    ルオロエチレン母材を配置し、該真空容器内を排気する
    工程と、 前記下地部材を、250〜330℃の範囲内の温度まで
    加熱する工程と、 前記ポリテトラフルオロエチレン母材をヒータで加熱し
    てその一部を蒸発させ、前記下地部材の表面上にポリテ
    トラフルオロエチレンからなる薄膜を形成する工程とを
    有するポリテトラフルオロエチレン薄膜の作製方法。
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