JPH0248563B2 - - Google Patents

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JPH0248563B2
JPH0248563B2 JP54122640A JP12264079A JPH0248563B2 JP H0248563 B2 JPH0248563 B2 JP H0248563B2 JP 54122640 A JP54122640 A JP 54122640A JP 12264079 A JP12264079 A JP 12264079A JP H0248563 B2 JPH0248563 B2 JP H0248563B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
film
monomer
reactor
polymerized
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP54122640A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5647403A (en
Inventor
Kenji Yanagihara
Keikichi Yanagii
Teizo Kotani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JSR Corp
Original Assignee
Japan Synthetic Rubber Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Synthetic Rubber Co Ltd filed Critical Japan Synthetic Rubber Co Ltd
Priority to JP12264079A priority Critical patent/JPS5647403A/en
Publication of JPS5647403A publication Critical patent/JPS5647403A/en
Publication of JPH0248563B2 publication Critical patent/JPH0248563B2/ja
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  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は異なるモノマーを順次プラズマ重合し
て高分子多層薄膜を形成する方法に関する。 従来、各々の膜厚が1000Å以下の高分子多層薄
膜形成方法としては延伸法、蒸着法、キヤステイ
ング法などが知られている。しかし乍ら、延伸法
では多層積層された厚膜を延伸して1000Å程度の
薄膜に形成するのであるが、各層の物性、例えば
ガラス転移点が異なるため延伸時にある特定の膜
にのみ応力集中が加わり層間の結合が破壊される
ことにより剥離がおこり所望の薄膜が得られな
い。また、高分子蒸着法では、薄い多層膜をつく
ることは可能であるが、各層は物理的に付着して
いるにすぎないので非常に脆く僅かの力で剥離す
る。 更に、キヤステイング法では固体表面上に高分
子溶液を塗布し溶媒を蒸発させ高分子薄膜を形成
させることを繰返して多層膜を得るのであるが、
多量の溶媒を使用すること、溶媒の選択を誤まる
と既に形成した薄膜を再溶解させて多層構造が得
られないこと、層間の結合が弱く剥離し易いこ
と、層内での高分子架橋が少ないため強度が低い
こと等の欠点を有する。 本発明の目的はプラズマ重合法を用いる、1000
Å以下の厚さの各層でも化学結合により強力に結
合している高分子多層薄膜の形成方法を提供する
ことにある。 本発明に従つて、プラズマ励起手段を備えたプ
ラズマ反応器中に第1のプラズマ重合性モノマー
を導入し、プラズマを励起して反応室内に設けた
固体表面上に所望の膜厚の第1のプラズマ重合薄
膜を形成し、その後第1モノマーの導入を止め、
次に第2のプラズマ重合性モノマーを導入し、電
子温度Te及び電子密度neが被膜形成体表面の位
置において、 4000K≦Te≦80000K、及び 106個/cm3≦ne≦109個/cm3 になる条件下で前記第1の薄膜上に所望の膜厚の
第2のプラズマ重合薄膜を形成し、必要に応じて
以後前記の操作を繰返すことにより順次に多層構
造膜を形成することを特徴とする、高分子多層薄
膜形成方法が提供される。 本発明で使用されるプラズマ重合反応器はその
形式には制限されないが、例えば第1図に示す如
き反応装置が用いられる。反応器本体12の中に
モノマー流入口1及び希ガス流入口2からモノマ
ー及び希ガスを導入し、プラズマ励起用コイル4
によりプラズマを励起しプラズマ重合膜が被膜形
成体5の上に形成される。反応器内は排気量調節
バルブ6の調節により、プラズマ励起の際は、好
ましくは10-3〜102torrの減圧下におかれる。 形成された薄膜がプラズマ励起時の苛酷な熱及
び高い電子温度、電子密度をもつプラズマの影響
を避けるため、例えば高周波誘導型プラズマ反応
器の場合プラズマ励起用コイル4(第1図の位置
B)からプラズマ重合膜を形成させる被膜形成体
(第1図の位置A)を離しておくこと(距離x)
が好ましい。コイルの付近は反応器の壁が極めて
高温であるので、位置Bの付近で膜を形成する
と、熱伝導のため膜が高温となり熱劣化をうけや
すく、また、電子やイオンの密度が高いため電子
やイオンの衝突による劣化をうけやすくなる。 従つて異なるモノマーを順次に導入しプラズマ
重合膜を順次に形成させて多層膜をつくる場合、
第2膜以降をプラズマ重合により形成するとき下
の既に形成された膜を劣化させない様励起用コイ
ルより距離xだけ被膜形成体を離しておくことが
好ましい。この距離はプラズマの電子温度及び電
子密度により影響され一概に決めることはでき
ず、電子温度Te及び電子密度neが被膜形成体表
面の位置Aにおいて、4000≦Te≦80000K、106
個/cm3≦ne≦109個/cm3になるように離しておく
ことが好ましい。電子温度Teが80000Kを越える
場合及び/又は電子密度neが109個/cm3を越える
場合には、前記したように電子やイオンの衝突に
より膜が劣化をうけ、膜の剥離、ピンホールなど
が生じるようになる。また、電子温度Teが
4000K未満の場合及び/又は電子密度neが106
個/cm3未満の場合には、被膜形成体との密着力が
弱くなる。 ここでTe,neの測定は例えば特願昭53−33226
に開示された高温に加熱した探針を用いて行われ
る。 更に、多層膜を形成するに際し、後の膜の形成
のためのモノマーを導入するとき反応器壁に前の
膜の形成に用いられたモノマーやオリゴマーが残
存していると、後の膜の形成において不純物とし
て混じるので、前のときのモノマーやオリゴマー
を除去しておくことが好ましい。そこで次のモノ
マーの導入前に前のモノマーの導入を止め反応器
をポンプにより排気し次に希ガスのみを導入し希
ガスプラズマにより反応器内のクリーニングを行
い、更にポンプによりこの希ガスプラズマの排気
を行なう。この操作により器壁に吸着した前のモ
ノマーやオリゴマーは殆んど除去される。この際
の希ガスプラズマ励起電力はプラズマ重合膜形成
時の励起電力と同じ程度が好ましい。その後第1
のモノマー導入と同様に第2のモノマーを導入す
る。さらに必要に応じて順次同様にして、モノマ
ーを導入しプラズマ重合により高分子多層薄膜が
得られる。 本発明において使用するモノマーとしてはガス
化可能なほとんどの有機化合物、例えばスチレ
ン、アセチレン、エチレン、アリルアミン、ベン
ゼン、アニリン、ピリジンなどやシリコーン系の
無機化合物、例えばシラン、オルガノシランなど
を挙げることができ、プラズマ重合可能な化合物
であれば特に限定するものではない。 また、被膜形成体はプラズマ中で分解などの変
質をおこさない固体であれば別に制限されない。
例えば、ポリカーボネート膜、酢酸セルロース
膜、ポリプロピレン膜、ポリエチレン膜などの高
分子膜のみでなく、ガラス、金属などの無機材料
も被膜形成体として使用することができる。 プラズマ重合に際しては反応器内の圧力のゆら
ぎを防ぎ反応系を安定化するためにモノマー導入
と同時に希ガスを導入することが望まれる。被膜
形成体表面上に形成されたプラズマ重合膜が所望
の厚さに達したらモノマー及び希ガスの導入を止
める。膜厚は例えばプラズマ反応時間と被膜形成
体の反応前後の重量変化から表面積、密度を考慮
して計算で求めるか、あるいは被膜形成体として
平滑面のものを用いるときは光干渉法により求め
ることができる。また、本発明者の一部が先に出
願(特願昭54−88031)したプラズマ重合膜の生
成速度測定法および製造方法に記載した方法によ
つても測定することができる。この方法は、加熱
手段を有する、プラズマ特性測定用探針を用いる
プラズマ重合反応において、該探針の表面にプラ
ズマ重合反応による生成膜が付着し始める時の探
針の表面温度Tcを装定し、この表面温度Tcと該
温度において一定時間生成したプラズマ重合膜の
重量の実測値から算出されたプラズマ重合膜生成
速度krとの関係を予じめkr−Tc図として作成し
ておき、プラズマ重合中にTcを測定することに
よりkrを算出することを特徴とする、プラズマ
重合膜生成速度測定方法である。そして、この方
法においてプラズマ重合膜が付着し始める時の
Tcは、探針の電気回路における電流−電圧特性
曲線が探針表面にプラズマ重合膜が付着し始める
につれてその通常の形状、位置より変化すること
より検知し、その時の探針表面温度を測定するこ
とにより決定することができる。この方法は、 (1) 従来法に比較してきわめて容易にプラズマ重
合膜生成速度を測定する事ができる。つまり、
リアクターの開閉閉を全くせずに、リアクター
の外から電気的操作をするだけでプラズマ重合
膜生成速度を測定できる。 (2) プラズマ重合膜生成速度を反応進行中に測定
することが可能なので反応の途中で何らかのト
ラブルがあり重合膜生成速度が変化してもその
変化をすぐに検知できる。従つて、それ以後の
反応を無駄にせずにすむ。ここで言うトラブル
は、真空計や電力計などで察知し得ないトラブ
ルであり、たとえば微量の不純物の混入、何ら
かの原因による分圧のゆらぎ、プラズマの乱れ
等である。 (3) 重合膜の電気絶縁性を利用しているためプラ
ズマ重合可能な殆んどのすべてのモノマーのプ
ラズマ重合膜生成速度測定のため適用される。 などの特徴をもつものであり、本発明における
膜厚の測定方法として好ましいものである。な
お、この方法において使用される加熱手段を有す
る探針としては、前記した特願昭53−33226に開
示されているような、例えば内挿ヒーターによる
加熱や赤外線加熱により1000〓以上に加熱できる
と共に加熱温度が自由に調節できる探針が好まし
い。 以下、高周波誘導型プラズマ反応器を用いた場
合(第1図)を例にとり本発明を説明するが、こ
れに限定されないことは勿論のことである。 プラズマ励起用コイルは通常の高周波プラズマ
用コイルであればよく、また誘導型でも容量型で
もよい。 モノマー供給部は第2図に示すとおりでありモ
ノマー容器101〜104からのモノマーは気体
となりバルブ109〜112、流量計114を通
つて反応器内に導入される。なお、バルブ113
はライン排気用バルブである。モノマー容器は、
温度コントロール装置105〜108により液体
窒素温度以上約400℃まで自由にコントロールさ
れる。希ガス供給部は希ガスボンベ11、流入口
2、希ガス流量計9よりなる。 高分子多層薄膜を形成させる被膜形成体として
例えば多孔質ガラスフイルターを支持体に保持さ
せ位置Aに固定する。反応器内の排気、希ガス導
入をくり返し、十分に排気したのちプラズマ励起
コイル通電し希ガスをプラズマ化することにより
希ガスプラズマによる反応器内のクリーニングを
行ない、その後希ガス導入を止め十分排気する。 第1のモノマーを一定の流量で流入口1より、
また同時に希ガスを一定の流量で流入口2から導
入する。プラズマを励起し第1層のプラズマ重合
膜を形成する。この場合のプラズマ条件即ち反応
器内の圧力やプラズマ励起電力などはそのモノマ
ーについいて予じめ最適値を決めておく。所定の
厚さのプラズマ重合膜が形成されると励起コイル
への通電を切りモノマー及び希ガスの導入を止め
十分排気し前述のとおり希ガスによるクリーニン
グを行ない再度排気する。 次に第2のモノマー及び希ガスを導入し2層目
のプラズマ重合膜を形成する。以後これらの操作
を繰返すことにより多層薄膜を得る。なお、位置
Aの電子温度Te及び電子密度ne並びに各層の膜
厚は加熱手段を有する探針13を用いることによ
つて測定することができる。 本発明により得られる多層薄膜は各層が互いに
化学結合により強固に結合されているため剥離し
にくく、構造的に安定な膜である。また、各層の
形成がすべてクローズドシステム中で行われるの
で公害、安全性の面で優れていると同時に操作が
極めて簡単である。更に各層の厚さのコントロー
ルはプラズマ重合時間やプラズマ条件を変えるこ
とにより容易に行なわれる。 プラズマ重合によつて得られる膜の性質はモノ
マーによりまた反応条件により異なつてくるた
め、これらの多層に重ねることにより極めて高機
能の膜が得られ、例えば混合溶媒の分離層、絶縁
層を生かした半導体の保護皮膜として用いること
ができる。 本発明を更に実施例で説明する。 実施例 1 第1図及び第2図のプラズマ反応装置を用い、
希ガスとしてはアルゴンを用い、第1層がベンゼ
ンをモノマーとして使つたベンゼンプラズマ重合
膜、第2層がアリルアミンをモノマーとした使つ
たアリルアミンプラズマ重合膜である2層薄膜を
作成する場合の実施例を述べる。被膜形成体とし
てはポリカーボネート膜を用い、被膜形成体の位
置Aとコイルの片端の位置Bとの距離は20cmとし
た。第1層作成時のプラズマ条件はベンゼン流入
量500STPc.c./min、アルゴン流入量150STPc.c./
min、圧力0.5torr、プラズマ励起電力40Wであ
り、第2層作成時のプラズマ条件はアリルアミン
流入量400STPc.c./min、アルゴン流入量100STP
c.c./min、圧力0.5torr、プラズマ励起電力30Wで
あつた。また、被膜形成体の位置AにおけるTe
(K)及びneは次のとおりであつた。 ベンゼンプラズマ時 Te=4.0万K ne=5×107個/cm3 アリルアミンプラズマ時 Te=5.3万K ne=2×108個/cm3 このような条件でベンゼンプラズマ重合を2分
行なうことにより、約300Åの膜厚のベンゼンプ
ラズマ重合膜が得られ、次に前記したように反応
器内の排気、クリーニングを行なつた後、アリル
アミンプラズマ重合を2.5分行なうことによりさ
らに約200Åの膜厚のアリルアミンプラズマ重合
膜を作成することができた。 それぞれの膜厚は、内挿したシースヒーターに
よつて加熱することができる径/mmφ、長さ10mm
のNi製探斜2本(ダブルプルーブ法)を用い、
予じめ作成しておいた該探針の表面にプラズマ重
合反応による生成膜が付着し始める時の探針表面
温度Tcとこの表面温度Tcにおいて一定時間に生
成するプラズマ重合膜の重量から算出したプラズ
マ重合膜生成速度krとの関係図を使用すること
により求めた。 本実施例によつて得られた2層薄膜の表面を走
査型電子顕微鏡で観察したところピンホール、剥
離等は認められず、均一な膜であつた。 本実施例によつて得られた2層薄膜はメタノー
ルとトルエンとの混合溶媒の分離用膜とし有用で
ある。 実施例 2 表面の平らなシリコン結晶の被膜形成体の上に
ピリジンプラズマ重合膜、アセチレンプラズマ重
合膜、アニリンプラズマ重合膜からなる三層薄膜
を作成した。使用したプラズマ反応装置は実施例
1と同じものであり距離xは30cmとした。プラズ
マ重合条件は三層ともプラズマ励起電力40W、圧
力0.5torrであり、希ガスとしてはアルゴンガス
を用い、いずれのプラズマ重合時にも200STP
c.c./min流した。モノマーガス流入量はピリジン
は300STPc.c./min、アセチレンは500STPc.c./
min、アニリンンは300STPc.c./minであつた。
それぞれの場合の位置AにおけるTe,neは以下
のとおりであつた。
The present invention relates to a method for sequentially plasma polymerizing different monomers to form a multilayer thin polymer film. Conventionally, stretching methods, vapor deposition methods, casting methods, and the like are known as methods for forming polymer multilayer thin films each having a thickness of 1000 Å or less. However, in the stretching method, a multi-layered thick film is stretched to form a thin film of about 1000 Å, but because the physical properties of each layer, such as the glass transition point, are different, stress concentration occurs only in a specific film during stretching. In addition, the bonds between the layers are broken, resulting in peeling and the desired thin film cannot be obtained. In addition, although it is possible to create a thin multilayer film using the polymer vapor deposition method, each layer is only physically attached, so it is very brittle and can be peeled off with a small amount of force. Furthermore, in the casting method, a multilayer film is obtained by repeatedly applying a polymer solution onto a solid surface and evaporating the solvent to form a thin polymer film.
If a large amount of solvent is used, if the solvent is selected incorrectly, the thin film that has already been formed will be redissolved and a multilayer structure will not be obtained. Since it is small in number, it has drawbacks such as low strength. The purpose of the present invention is to use plasma polymerization method,
The object of the present invention is to provide a method for forming a multilayer thin polymer film in which each layer is strongly bonded by chemical bonds even when the thickness is less than Å. According to the present invention, a first plasma polymerizable monomer is introduced into a plasma reactor equipped with plasma excitation means, and the plasma is excited to form a first film of a desired thickness on a solid surface provided in the reaction chamber. forming a plasma-polymerized thin film, then stopping the introduction of the first monomer;
Next, a second plasma polymerizable monomer is introduced, and the electron temperature Te and electron density n e at the surface of the film forming body are such that 4000K≦Te≦80000K, and 10 6 pieces/cm 3 ≦n e ≦10 9 pieces. A second plasma-polymerized thin film having a desired thickness is formed on the first thin film under conditions of /cm 3 , and the above operations are repeated as necessary to sequentially form a multilayer structure film. A method for forming a multilayer thin polymer film is provided. Although the type of plasma polymerization reactor used in the present invention is not limited, for example, a reactor as shown in FIG. 1 can be used. Monomer and rare gas are introduced into the reactor main body 12 from the monomer inlet 1 and the rare gas inlet 2, and the plasma excitation coil 4
By exciting plasma, a plasma polymerized film is formed on the film forming body 5. The inside of the reactor is preferably kept under reduced pressure of 10 -3 to 10 2 torr during plasma excitation by adjusting the exhaust volume control valve 6 . In order to avoid the formed thin film from being affected by severe heat during plasma excitation, high electron temperature, and plasma with electron density, for example, in the case of a high frequency induction plasma reactor, the plasma excitation coil 4 (position B in Fig. 1) is used. Keep the film forming body (position A in Figure 1) on which the plasma polymerized film is formed away from the (distance x)
is preferred. The wall of the reactor near the coil is extremely hot, so if a film is formed near position B, the film will be at a high temperature due to heat conduction and will be susceptible to thermal deterioration. It becomes more susceptible to deterioration due to collisions with particles and ions. Therefore, when creating a multilayer film by sequentially introducing different monomers and sequentially forming plasma polymerized films,
When forming the second and subsequent films by plasma polymerization, it is preferable to keep the film forming body separated from the excitation coil by a distance x so as not to deteriorate the already formed film below. This distance is influenced by the electron temperature and electron density of the plasma and cannot be determined unconditionally.If the electron temperature Te and the electron density n e are at position A on the surface of the film forming body, 4000≦Te≦80000K, 10 6
It is preferable to separate them so that 9 pieces/cm 3 ≦n e ≦10 9 pieces/cm 3 . When the electron temperature Te exceeds 80,000 K and/or when the electron density n e exceeds 10 9 /cm 3 , the film is degraded by collisions with electrons and ions as described above, resulting in peeling of the film and pinholes. etc. will occur. Also, the electron temperature Te
If the temperature is less than 4000K and/or the electron density n e is 10 6
When the number of particles/cm 3 is less, the adhesion to the film forming body becomes weak. Here, the measurement of Te and n e can be done, for example, in Japanese Patent Application No. 53-33226.
This is done using a probe heated to a high temperature as disclosed in . Furthermore, when forming a multilayer film, if monomers or oligomers used in the formation of the previous film remain on the reactor wall when introducing monomers for the formation of the subsequent film, the formation of the subsequent film may be affected. It is preferable to remove the monomers and oligomers from the previous stage because they are mixed as impurities in the process. Therefore, before introducing the next monomer, the introduction of the previous monomer is stopped, the reactor is evacuated with a pump, then only the rare gas is introduced, and the inside of the reactor is cleaned with rare gas plasma. Perform exhaust. By this operation, most of the monomers and oligomers adsorbed on the vessel wall are removed. The rare gas plasma excitation power at this time is preferably about the same as the excitation power during formation of the plasma polymerized film. then the first
A second monomer is introduced in the same manner as the monomer introduction. Further, monomers are introduced in the same manner as necessary and a multilayer thin polymer film is obtained by plasma polymerization. Monomers used in the present invention include most gasifiable organic compounds, such as styrene, acetylene, ethylene, allylamine, benzene, aniline, pyridine, etc., and silicone-based inorganic compounds, such as silane, organosilane, etc. , there are no particular limitations as long as the compound is plasma polymerizable. Further, the film-forming body is not particularly limited as long as it is a solid that does not undergo decomposition or other changes in quality in plasma.
For example, not only polymer films such as polycarbonate films, cellulose acetate films, polypropylene films, and polyethylene films, but also inorganic materials such as glass and metals can be used as the film forming body. During plasma polymerization, it is desirable to introduce a rare gas at the same time as monomer introduction in order to prevent pressure fluctuations in the reactor and stabilize the reaction system. When the plasma polymerized film formed on the surface of the film forming body reaches a desired thickness, the introduction of the monomer and rare gas is stopped. The film thickness can be calculated, for example, from the plasma reaction time and the weight change before and after the reaction of the film forming material, taking into account the surface area and density, or when using a smooth surface as the film forming material, it can be determined by optical interferometry. can. It can also be measured by the method described in the method for measuring the production rate and manufacturing method of plasma polymerized film, which was previously filed by some of the inventors of the present invention (Japanese Patent Application No. 1988-88031). In this method, in a plasma polymerization reaction using a probe for measuring plasma characteristics that has a heating means, the surface temperature Tc of the probe is set at the time when a film produced by the plasma polymerization reaction starts to adhere to the surface of the probe. , the relationship between this surface temperature Tc and the plasma polymerized film production rate kr calculated from the measured value of the weight of the plasma polymerized film produced for a certain period of time at that temperature is created in advance as a kr-Tc diagram, and the plasma polymerization This is a method for measuring the plasma polymerization film formation rate, which is characterized in that kr is calculated by measuring Tc during the test. In this method, when the plasma polymerized film starts to adhere,
Tc is detected from the fact that the current-voltage characteristic curve in the electric circuit of the probe changes from its normal shape and position as the plasma polymerized film begins to adhere to the probe surface, and the temperature of the probe surface at that time is measured. It can be determined by This method: (1) The plasma polymerization film formation rate can be measured much more easily than conventional methods. In other words,
The plasma polymerization film formation rate can be measured simply by electrically operating the reactor from outside without opening or closing the reactor. (2) It is possible to measure the plasma polymerization film formation rate while the reaction is in progress, so even if some trouble occurs during the reaction and the polymerization film formation rate changes, the change can be detected immediately. Therefore, there is no need to waste subsequent reactions. The troubles referred to here are troubles that cannot be detected by vacuum gauges, wattmeters, etc., such as the incorporation of trace amounts of impurities, fluctuations in partial pressure due to some cause, and disturbances in plasma. (3) Since it utilizes the electrical insulation properties of polymer films, it can be applied to measure the plasma polymer film formation rate of almost all monomers that can be plasma polymerized. It has the following characteristics and is preferable as a method for measuring film thickness in the present invention. The probe having a heating means used in this method can be heated to 1000㎓ or more by heating with an internal heater or infrared heating, for example, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 53-33226. A probe whose heating temperature can be freely adjusted is preferable. Hereinafter, the present invention will be explained by taking as an example the case where a high frequency induction type plasma reactor is used (FIG. 1), but it goes without saying that the present invention is not limited thereto. The plasma excitation coil may be a normal high-frequency plasma coil, and may be of an inductive type or a capacitive type. The monomer supply section is as shown in FIG. 2, and the monomers from monomer containers 101 to 104 are turned into gases and introduced into the reactor through valves 109 to 112 and a flow meter 114. In addition, the valve 113
is a line exhaust valve. The monomer container is
The temperature control devices 105 to 108 freely control the temperature up to about 400° C. above the liquid nitrogen temperature. The rare gas supply section includes a rare gas cylinder 11, an inlet 2, and a rare gas flow meter 9. A porous glass filter, for example, is held on a support and fixed at position A as a film forming body for forming a multilayer thin polymer film. Repeat evacuation and introduction of rare gas into the reactor, and after sufficiently evacuation, energize the plasma excitation coil to turn the rare gas into plasma, cleaning the inside of the reactor with rare gas plasma, then stop introducing rare gas and fully evacuate the reactor. do. The first monomer is supplied at a constant flow rate from the inlet port 1,
At the same time, a rare gas is introduced from the inlet 2 at a constant flow rate. Plasma is excited to form a first layer of plasma polymerized film. In this case, optimal values for the plasma conditions, such as the pressure inside the reactor and the plasma excitation power, are determined in advance for the monomer. When a plasma-polymerized film of a predetermined thickness is formed, the excitation coil is turned off, the introduction of monomer and rare gas is stopped, and it is sufficiently evacuated, and cleaning with rare gas is performed as described above, followed by evacuation again. Next, a second monomer and rare gas are introduced to form a second layer of plasma polymerized film. Thereafter, by repeating these operations, a multilayer thin film is obtained. Note that the electron temperature Te and electron density n e at the position A, as well as the film thickness of each layer can be measured by using the probe 13 having a heating means. The multilayer thin film obtained by the present invention is a structurally stable film that is difficult to peel off because each layer is strongly bonded to each other by chemical bonds. Furthermore, since all layers are formed in a closed system, it is superior in terms of pollution and safety, and is extremely easy to operate. Further, the thickness of each layer can be easily controlled by changing the plasma polymerization time and plasma conditions. The properties of the film obtained by plasma polymerization vary depending on the monomer and reaction conditions, so by stacking these multiple layers, extremely high-performance films can be obtained. It can be used as a protective film for semiconductors. The present invention will be further explained by examples. Example 1 Using the plasma reactor shown in FIGS. 1 and 2,
Example of creating a two-layer thin film in which argon is used as the rare gas, and the first layer is a benzene plasma polymerized film using benzene as a monomer, and the second layer is an allylamine plasma polymerized film using allylamine as a monomer. state. A polycarbonate film was used as the film forming body, and the distance between position A of the film forming body and position B of one end of the coil was 20 cm. The plasma conditions when creating the first layer were benzene inflow rate of 500STPc.c./min and argon inflow rate of 150STPc.c./min.
min, pressure 0.5 torr, and plasma excitation power 40 W. The plasma conditions when creating the second layer were allylamine inflow rate 400 STPc.c./min, argon inflow rate 100 STP.
cc/min, pressure 0.5 torr, and plasma excitation power 30W. Also, Te at position A of the film forming body
(K) and n e were as follows. For benzene plasma: Te = 40,000 K n e = 5 x 10 7 pieces/cm 3 For allylamine plasma, Te = 53,000 K n e = 2 x 10 8 pieces/cm 3 Under these conditions, benzene plasma polymerization is performed for 2 minutes. As a result, a benzene plasma polymerized film with a thickness of about 300 Å was obtained. Next, after evacuating and cleaning the inside of the reactor as described above, allylamine plasma polymerization was performed for 2.5 minutes to obtain a film with a thickness of about 200 Å. We were able to create a thick allylamine plasma polymerized film. The thickness of each film is the diameter/mmφ that can be heated by the inserted sheath heater, and the length is 10 mm.
Using two Ni probes (double probe method),
Calculated from the probe surface temperature Tc at which a film produced by plasma polymerization reaction begins to adhere to the surface of the probe prepared in advance and the weight of the plasma polymerized film produced in a certain period of time at this surface temperature Tc. It was determined by using a relationship diagram with the plasma polymerized film formation rate kr. When the surface of the two-layer thin film obtained in this example was observed with a scanning electron microscope, no pinholes, peeling, etc. were observed, and the film was uniform. The two-layer thin film obtained in this example is useful as a membrane for separating a mixed solvent of methanol and toluene. Example 2 A three-layer thin film consisting of a pyridine plasma-polymerized film, an acetylene plasma-polymerized film, and an aniline plasma-polymerized film was prepared on a silicon crystal film-forming body with a flat surface. The plasma reactor used was the same as in Example 1, and the distance x was 30 cm. The plasma polymerization conditions were plasma excitation power of 40W and pressure of 0.5torr for all three layers, argon gas was used as the rare gas, and 200STP was used during plasma polymerization for all three layers.
cc/min flowed. Monomer gas inflow rate is 300STPc.c./min for pyridine and 500STPc.c./min for acetylene.
min, aniline was 300 STPc.c./min.
Te and n e at position A in each case were as follows.

【表】 各膜はそれぞれ5分間のプラズマ重合により作
成し、モノマー種類の切替時には、反応器内の排
気及びクリーニングを行なつた。 各種の方法により各膜の厚さを測定したとこ
ろ、 ピリジンプラズマ重合膜 300Å アセチレン 〃 500Å アニリン 〃 120Å であつた。 本実施例において得られた三層薄膜に対してス
コツチテープによる剥離テストを実施した後、走
査型電子顕微鏡により膜の剥離状態を観察したと
こら、剥離は認められなかつた。 本実施例によつて得られた三層薄膜は半導体の
保護皮膜として有用である。 比較例 1 被膜形成体の位置Aとコイルの片端の位置Bの
距離を5cmとした以外は実施例1と同様の方法で
ベンゼンプラズマ重合膜とアリルアミンプラズマ
重合膜との2層薄膜を作成した。この場合の被膜
形成体の位置AにおけるTe及びneは下記の通り
であつた: ベンゼンプラズマ時 Te=8.5万K,ne=2×109個/cm3 アリルアミンプラズマ時 Te=9.1万K,ne=4×109個/cm3。 このような条件下でベンゼンプラズマ重合を2
分間行なうことにより、約200Åの膜厚のベンゼ
ンプラズマ重合膜が得られ、次に前記したように
反応器内の排気、クリーニングを行なつた後、ア
リルアミンプラズマ重合を2.5分間行なうことに
より更に約120Åの膜厚のアリルアミンプラズマ
重合膜を作成することができたが、このようにし
て得られた2層薄膜の表面を走査型電子顕微鏡で
観察したところ、ピンホールが認められ、また、
剥離や熱収縮によるしわが発生していた。 比較例 2 距離xを45cmとし、各膜のプラズマ重合を8分
間行なつた以外は実施例2と同様の方法でピリジ
ンプラズマ重合膜、アセチレンプラズマ重合膜及
びアニリンプラズマ重合膜からなる三層薄膜を作
成した。それぞれの場合の位置AにおけるTe及
びneは下記の通りであつた:
[Table] Each film was created by plasma polymerization for 5 minutes, and the inside of the reactor was evacuated and cleaned when switching the type of monomer. When the thickness of each film was measured using various methods, they were: pyridine plasma polymerized film: 300 Å, acetylene: 500 Å, aniline: 120 Å. After carrying out a peeling test using Scotch tape on the three-layer thin film obtained in this example, the state of peeling of the film was observed using a scanning electron microscope, and no peeling was observed. The three-layer thin film obtained in this example is useful as a protective film for semiconductors. Comparative Example 1 A two-layer thin film of a benzene plasma polymerized film and an allylamine plasma polymerized film was prepared in the same manner as in Example 1, except that the distance between position A of the film forming body and position B of one end of the coil was 5 cm. In this case, Te and n e at position A of the film forming body were as follows: For benzene plasma, Te = 85,000 K, n e = 2 x 10 9 pieces/cm 3 For allylamine plasma, Te = 91,000 K , n e =4×10 9 pieces/cm 3 . Under these conditions, benzene plasma polymerization is carried out by 2
By carrying out the polymerization for 2.5 minutes, a benzene plasma polymerized film with a thickness of about 200 Å is obtained. Next, after evacuating and cleaning the inside of the reactor as described above, allylamine plasma polymerization is carried out for 2.5 minutes to obtain a benzene plasma polymerized film with a thickness of about 120 Å. An allylamine plasma polymerized film with a thickness of
Wrinkles occurred due to peeling and heat shrinkage. Comparative Example 2 A three-layer thin film consisting of a pyridine plasma polymerized film, an acetylene plasma polymerized film, and an aniline plasma polymerized film was prepared in the same manner as in Example 2, except that the distance x was 45 cm and each film was plasma polymerized for 8 minutes. Created. Te and n e at position A in each case were as follows:

【表】 各々の膜の厚さを各種の方法により測定したと
ころ、 ピリジンプラズマ重合膜 250Å アセチレンプラズマ重合膜 500Å アニリンプラズマ重合膜 150Å であつた。 本比較例によつて得られた三層薄膜に対してス
コツチテープによる剥離テストを実施した後、走
査型電子顕微鏡により膜の剥離状態を観察したと
ころ、剥離が認められた。
[Table] When the thickness of each film was measured by various methods, it was 250 Å for pyridine plasma polymerized film, 500 Å for acetylene plasma polymerized film, and 150 Å for aniline plasma polymerized film. After carrying out a peeling test using Scotch tape on the three-layer thin film obtained in this comparative example, the state of peeling of the film was observed using a scanning electron microscope, and peeling was observed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施のためのプラズマ反応装
置の一例を示し、第2図は反応装置におけるモノ
マー供給部の一例を示す。 1……モノマー流入口、2……希ガス流入口、
3……高周波電源、4……プラズマ励起用コイ
ル、5……被膜形成体、6……排気量調節バル
ブ、7……排気口、8………モノマー流量計9…
…希ガス流量計、10……モノマーボンベ、11
……希ガスボンベ、12……反応器本体、13…
…探針、101〜104……モノマーボンベ、10
5〜108……温度コントロール装置、109〜
113……バルブ、114……流量計、115…
…反応器へのライン。
FIG. 1 shows an example of a plasma reactor for implementing the present invention, and FIG. 2 shows an example of a monomer supply section in the reactor. 1... Monomer inlet, 2... Rare gas inlet,
3... High frequency power supply, 4... Coil for plasma excitation, 5... Film forming body, 6... Exhaust volume adjustment valve, 7... Exhaust port, 8... Monomer flow meter 9...
...Rare gas flow meter, 10...Monomer cylinder, 11
...Rare gas cylinder, 12...Reactor main body, 13...
... Probe, 101-104 ... Monomer cylinder, 10
5-108...Temperature control device, 109-
113...Valve, 114...Flowmeter, 115...
...Line to the reactor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 プラズマ励起手段を備えたプラズマ反応器中
に第1のプラズマ重合性モノマーを導入し、プラ
ズマを励起して反応室内に設けた固体表面上に所
望の膜厚の第1のプラズマ重合薄膜を形成し、そ
の後第1モノマーの導入を止め、次に第2のプラ
ズマ重合性モノマーを導入し、電子温度Te及び
電子密度neが被膜形成体表面の位置において、 4000K≦Te≦80000K、及び 106個/cm3≦ne≦109個/cm3 になる条件下で前記第1の薄膜上に所望の膜厚の
第2のプラズマ重合薄膜を形成し、必要に応じて
以後前記の操作を繰返すことにより順次に多層構
造膜を形成することを特徴とする、高分子多層薄
膜形成方法。
[Claims] 1. A first plasma polymerizable monomer is introduced into a plasma reactor equipped with plasma excitation means, and the plasma is excited to form a first film of a desired thickness on a solid surface provided in the reaction chamber. After forming a plasma - polymerized thin film of A second plasma-polymerized thin film of a desired thickness is formed on the first thin film under the conditions of ≦80000K and 10 6 pieces/cm 3 ≦n e ≦10 9 pieces/cm 3 , and as necessary. A method for forming a multilayer thin polymer film, the method comprising: repeating the above operations to sequentially form a multilayer structure film.
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JPS5347398A (en) * 1976-10-13 1978-04-27 Du Pont Selective recovery process for metallic chloride from gas effusing material
JPS5449599A (en) * 1977-09-27 1979-04-18 Toshiba Corp High molecular piezo-electric body and method of fabricating the same

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