JPH04371572A - Apparatus and method for producing organic thin film - Google Patents

Apparatus and method for producing organic thin film

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JPH04371572A
JPH04371572A JP14476491A JP14476491A JPH04371572A JP H04371572 A JPH04371572 A JP H04371572A JP 14476491 A JP14476491 A JP 14476491A JP 14476491 A JP14476491 A JP 14476491A JP H04371572 A JPH04371572 A JP H04371572A
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JP
Japan
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org
thin film
electrode
organic thin
inert gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP14476491A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Tsuchiya
正彦 土屋
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To form org. thin films on base bodies with high accuracy under film thickness control by ionizing org. matter of a gaseous phase form with inert gas exciting species and installing an ion converging electrode to the base bodies at the time of forming the thin films of the org. matter on the surfaces of various kinds of the base bodies. CONSTITUTION:An inert gas, such as Ar, is supplied from an inlet 11 into a discharge tube 13 and a negative voltage is impressed to an internal needle- shaped electrode 12 to generate a corona discharge between this electrode and the discharge tube 13 kept at the positive voltage, by which the exciting species of the gaseous Ar are formed. The org. compd. which exists in a glass vessel 21 and is heated and evaporated by a nichrome wire 22 is irradiated with these exciting species from the outlet of the discharge tube 13 and the vapor of the org. compd. is ionized in an ion forming section 3. The evaporated matter of the ionized org. compd. forms the thin film of the org. compd. on the surface of the base body 5 mounted with a stainless steel electrode 41 as the ion converging electrode with extremely high accuracy by the regulation of the power source voltages of an inert gas exciting species forming section 1, the ion forming section 3, the ion converging electrode section 4, etc.

Description

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

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、有機薄膜の製造装置
と製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この
発明は、簡便な構成と操作を可能とし、しかもミクロン
オーダーでの成膜制御をも可能とする高精度有機薄膜の
製造のための新しい装置と方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for producing organic thin films. More specifically, the present invention relates to a new apparatus and method for manufacturing high-precision organic thin films that enable simple configuration and operation, and also enable film formation control on the micron order.

【0002】0002

【従来の技術とその課題】従来より、電気・電子機器、
化学製品、その他の各種の分野において、金属、セラミ
ックス、ポリマー等の基体の表面に有機薄膜を形成する
方法が知られており、そのための各種の構成からなる製
造装置も開発され、実用化されてきている。
[Conventional technology and its problems] Traditionally, electrical/electronic equipment,
In the field of chemical products and other various fields, methods of forming organic thin films on the surfaces of substrates such as metals, ceramics, and polymers are known, and manufacturing equipment with various configurations for this purpose has also been developed and put into practical use. ing.

【0003】この有機薄膜の製造方法としては、液相、
気相の各種の方法が実施されているが、なかでも高度な
機能と、その膜質や厚み等の高度制御を可能とする気相
成膜法が注目されており、これまでにも真空蒸着、CV
D、プラズマ重合等の様々な方法が実用化されてきてい
る。しかしながら、従来の方法とそのための装置の場合
には、いずれの場合も成膜された有機薄膜の膜質やその
機能には制約があり、また、多くの場合、真空域の低圧
条件下において実施されるため、その装置の構成や操作
は面倒で複雑なものとなり、製造コストも高いものとな
らざるを得なかった。
[0003] As a method for manufacturing this organic thin film, liquid phase,
Various vapor phase methods have been used, but the vapor phase film forming method has been attracting attention because of its advanced functionality and ability to control film quality and thickness. CV
D. Various methods such as plasma polymerization have been put into practical use. However, in the case of conventional methods and equipment, there are restrictions on the quality and functionality of the organic thin films formed, and in many cases they are carried out under low pressure conditions in a vacuum region. Therefore, the configuration and operation of the device are troublesome and complicated, and the manufacturing cost is also high.

【0004】たとえば真空蒸着、CVDの場合には原料
とする有機物の種類には大きな制約があり、このため生
成される有機薄膜に高機能性や優れた品質を期待するこ
とはできなかった。またプラズマ重合法の場合には、プ
ラズマ励起によって高度に架橋した緻密な膜質の薄膜形
成が期待できるものの、架橋度が高く、その制御が難し
いためにかえって有機物薄膜としての特徴的な機能性を
失わせてしまうという欠点があった。そして、いずれの
場合にも、これまでの気相成膜法は低圧条件とするため
、真空装置、その設備が必要で、成膜条件の制御も簡単
ではなかった。
[0004] For example, in the case of vacuum deposition and CVD, there are major restrictions on the type of organic material used as a raw material, and for this reason, high functionality and excellent quality cannot be expected from the organic thin film produced. In addition, in the case of plasma polymerization, although the formation of a highly crosslinked and dense thin film due to plasma excitation can be expected, the degree of crosslinking is high and it is difficult to control, so the characteristic functionality of an organic thin film is lost. It had the disadvantage that it made it worse. In either case, conventional vapor phase film deposition methods require a vacuum device and its equipment to be used under low pressure conditions, and it has not been easy to control the film deposition conditions.

【0005】そこで、この発明は、これら従来の有機薄
膜の気相製造方法とそのための装置の欠点を解消し、有
機物薄膜としての機能性やその特性を高度に発現し、優
れた品質の成膜を可能とし、しかも簡便な構成と操作を
も可能とする新しい有機薄膜製造装置と、これを用いた
方法を提供することを目的としている。
[0005] Therefore, the present invention eliminates the drawbacks of the conventional vapor phase manufacturing method of an organic thin film and the equipment therefor, and forms a film of excellent quality by highly expressing the functionality and characteristics of an organic thin film. The purpose of the present invention is to provide a new organic thin film manufacturing apparatus that enables simple configuration and operation, and a method using the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、不活性ガスの励起種の生成部と
、原料の供給部と、不活性ガス励起種によって原料をイ
オン化するイオン生成部と、生成したイオンをビームと
して放射して基体に付着させる収束電極部とを有し、高
精度有機薄膜の形成を可能とすることを特徴とする有機
薄膜の製造装置を提供する。
[Means for Solving the Problems] The present invention solves the above-mentioned problems by providing a generating section for an excited species of an inert gas, a supplying section for a raw material, and ions for ionizing a raw material by the inert gas excited species. An apparatus for manufacturing an organic thin film is provided, which has a generating section and a focusing electrode section that emits the generated ions as a beam and makes them adhere to a substrate, and is capable of forming a highly precise organic thin film.

【0007】また、この発明は、上記装置において、針
状電極によるコロナ放電によって不活性ガスの略大気圧
での励起種生成を図ることや、電圧印加した針の近傍に
おいて原料をイオン化することをその好適な態様として
もいる。さらにまた、この発明は、上記装置を用いて有
機薄膜を形成することを特徴とする有機薄膜の製造方法
をも提供する。
[0007] Furthermore, in the above-mentioned apparatus, the present invention aims to generate excited species in an inert gas at approximately atmospheric pressure by corona discharge using a needle-shaped electrode, and to ionize a raw material near the needle to which a voltage is applied. This is also a preferred embodiment. Furthermore, the present invention also provides a method for producing an organic thin film, characterized in that the organic thin film is formed using the above-mentioned apparatus.

【0008】添付した図面に沿ってこの発明の装置と方
法についてさらに詳しく説明する。図1は、この発明の
装置の一実施例を示した構成図であるが、たとえばこの
図1に例示することができるように、この発明の有機薄
膜の製造装置においては、たとえばアルゴン、ヘリウム
、クリプトン等の希ガスや窒素ガスなどからなる不活性
ガスの励起種を生成するための励起種生成部(1)と、
原料供給部(2)、不活性ガス励起種によって原料をイ
オン化するイオン生成部(3)、さらに生成した原料化
合物のイオンを放射して基体(5)に付着させる収束電
極部(4)を有している。
The apparatus and method of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the apparatus of the present invention. As can be illustrated in FIG. an excited species generation unit (1) for generating excited species of an inert gas such as a rare gas such as krypton or nitrogen gas;
It has a raw material supply section (2), an ion generation section (3) that ionizes the raw material with an inert gas excited species, and a focusing electrode section (4) that emits ions of the generated raw material compound and makes them adhere to the substrate (5). are doing.

【0009】励起種生成部(1)については、市販のボ
ンベにより供給することのできるアルゴン(Ar)等の
不活性ガスの略大気圧での導入口(11)を有し、針状
電極(12)への負の電位の負荷によってコロナ放電さ
せ、これにより不活性ガスの励起種を生成させる放電管
(13)、たとえばステンレス製の放電管によってたと
えば構成することができる。この場合には励起種は、放
電管(13)の出口より、原料供給部(2)の出口より
供給される原料有機化合物に照射する。
The excited species generating section (1) has an inlet (11) for introducing an inert gas such as argon (Ar), which can be supplied from a commercially available cylinder, at approximately atmospheric pressure, and a needle electrode (1). For example, it can be constituted by a discharge tube (13), for example a discharge tube made of stainless steel, which causes a corona discharge by applying a negative potential to 12), thereby generating excited species of inert gas. In this case, the excited species is irradiated from the outlet of the discharge tube (13) to the raw material organic compound supplied from the outlet of the raw material supply section (2).

【0010】励起種の生成については、次の反応式(ア
ルゴンの場合)として示すことができる。
The generation of excited species can be expressed as the following reaction equation (in the case of argon).

【0011】[0011]

【化1】[Chemical formula 1]

【0012】原料供給部(2)は、たとえば図1に示し
たように、固体状原料を加熱して蒸発させるようにガラ
ス製容器(21)にニクロム線(22)を配設し、加熱
するようにしてもよいし、あるいは、ガス状原料の供給
系として構成してもよい。あるいはまた、図2に示した
ように、低揮発性の原料物質からのイオン生成、特に大
量のイオン生成に有効な原料供給部の構成として、正ま
たは負に電位負荷することのできる針状体(6)と、ヒ
ーター(7)内蔵の、もしくはこのヒーターを外部に装
着した外殻体(8)との間の隙間(9)に原料固体を装
入し、これを加熱し、放電管(100)からの励起種に
よってイオン化し、収束電極(110)を介して基体(
120)に薄膜形成するようにしてもよい。収束電極(
110)はリング状体であってもよい。
The raw material supply section (2), as shown in FIG. 1, for example, has a nichrome wire (22) arranged in a glass container (21) to heat and evaporate the solid raw material. Alternatively, it may be configured as a gaseous raw material supply system. Alternatively, as shown in FIG. 2, a needle-like body that can be positively or negatively applied with a potential can be used as a raw material supply section structure that is effective for producing ions from low-volatility raw materials, especially for producing large quantities of ions. (6) and the outer shell (8) with a built-in heater (7) or an external shell body (8) is charged with raw material solid, heated, and the discharge tube ( ionized by the excited species from the substrate (100) through the focusing electrode (110).
120) may be formed as a thin film. Focusing electrode (
110) may be a ring-shaped body.

【0013】そして、この原料供給部から供給された原
料は、イオン生成部においてイオン化するが、この時、
たとえば原料(モノマー)のイオン化は、不活性ガス励
起種と次のような反応式に沿っての反応によって進行し
、正および負のイオンが生成する。
[0013]The raw material supplied from the raw material supply section is ionized in the ion generation section, but at this time,
For example, ionization of a raw material (monomer) proceeds through a reaction with an inert gas excited species according to the following reaction formula, producing positive and negative ions.

【0014】[0014]

【化2】[Case 2]

【0015】原料(モノマー)単分子(M)から、その
イオンが生成する場合もあるが、原料のクラスター(n
M)が蒸発するような場合、また、図2に示したような
原料導入法を用いる場合には、次式のように、クラスタ
ーイオン(kM+H)+ やkM+ 、(mM−H)−
 やmM− も生成する。
The ion may be generated from a single molecule (M) of the raw material (monomer), but the ion may be generated from a cluster (n) of the raw material (monomer).
When M) evaporates, or when using the raw material introduction method shown in Figure 2, cluster ions (kM+H)+, kM+, (mM-H)-
and mM- are also produced.

【0016】[0016]

【化3】[Chemical 3]

【0017】正イオン生成のためのイオン生成部(3)
としては、好適には、イオン生成用電極としての図1に
示した針(31)に正の電圧を印加してその近傍におい
て前記正イオンの生成反応を促進することができる。な
お、イオン生成用電極としての針(31)には、原料が
付着しないように、ニクロム線(32)を装着して加熱
することが好ましい。
Ion generation section (3) for positive ion generation
Preferably, a positive voltage can be applied to the needle (31) shown in FIG. 1 as an ion-generating electrode to promote the positive ion-generating reaction in the vicinity thereof. In addition, it is preferable to attach a nichrome wire (32) to the needle (31) serving as an ion-generating electrode and heat it so that the raw material does not adhere to the needle (31).

【0018】また、負イオン生成の場合には、コロナ放
電管(13)中の針状電極(12)を少し前方に出して
放電管中で生成する電子を放出させ、各種電極、すなわ
ち針(31)、収束電極(41)、基体(5)に、正イ
オン生成の場合とは反対の電圧を印加する。生成した原
料化合物イオンは、たとえば図1に示したように、ステ
ンレス板収束電極(41)を有する収束電極部(4)に
おいて所定の方向に放射させ、基体(5)、たとえばス
テンレス板等の表面に付着させる。この時、収束電極部
(4)との間には絶縁物(50)を設けておく。
In the case of negative ion generation, the needle electrode (12) in the corona discharge tube (13) is brought out a little forward to release the electrons generated in the discharge tube. 31), a voltage opposite to that for positive ion generation is applied to the focusing electrode (41) and the substrate (5). The generated raw material compound ions are emitted in a predetermined direction in a focusing electrode part (4) having a stainless steel plate focusing electrode (41), as shown in FIG. Attach to. At this time, an insulator (50) is provided between the focusing electrode part (4) and the converging electrode part (4).

【0019】この時の基体としては、もちろん金属、合
金等に限定されることはなく、金属被膜を有するセラミ
ックス、ポリマー等や導電性ポリマー等の素材であって
もよく、またその形状に限定はない。板状体、ドルク体
、線状体等の任意の形状からなる基体表面に有機薄膜を
形成することができる。たとえば以上の構成において、
図1中の電源1〜6による電圧印加も広範囲なものとす
ることができる。たとえばコロナ放電のための電源2に
ついては700〜800V程度とすることができる。収
束電極も目的に応じて複数用いることができる。いずれ
にしても特段の限定はない。
The substrate at this time is of course not limited to metals, alloys, etc., and may be materials such as ceramics with metal coatings, polymers, conductive polymers, etc., and there are no limitations on the shape. do not have. An organic thin film can be formed on the surface of a substrate having any shape such as a plate-like body, a dork body, a linear body, and the like. For example, in the above configuration,
Voltage application by the power supplies 1 to 6 in FIG. 1 can also be applied over a wide range. For example, the power source 2 for corona discharge can be set to about 700 to 800V. A plurality of focusing electrodes can also be used depending on the purpose. In any case, there are no particular limitations.

【0020】もちろん、上記の装置については各種のバ
リエーションが可能である。また、線材等の表面に有機
薄膜を形成するためには、連続的に線材基体を収束電極
部(4)に対して移動させるようにしてもよい。さらに
は、生産ラインに沿って、上記の装置を複数配置するよ
うにしてもよい。正イオンと負イオンを基体上で反応さ
せることもできる。
Of course, various variations of the above device are possible. Further, in order to form an organic thin film on the surface of the wire, etc., the wire base may be continuously moved relative to the convergent electrode section (4). Furthermore, a plurality of the above devices may be arranged along the production line. Positive ions and negative ions can also be reacted on the substrate.

【0021】[0021]

【発明の効果】この発明の場合には、以上の通りの装置
とすることにより、原料有機化合物イオンによってポリ
アミド、ポリエステル、ポリアセチレンその他各種の機
能性有機薄膜をミクロンオーダーの膜厚制御として形成
可能であり、かつ、選択的なイオン生成によって複数種
の原料を用いて多機能有機薄膜を形成することも可能と
なる。連続的薄膜形成も容易である。
[Effects of the Invention] In the case of the present invention, by using the apparatus as described above, it is possible to form polyamide, polyester, polyacetylene, and various other functional organic thin films with film thickness control on the micron order using raw organic compound ions. It is also possible to form a multifunctional organic thin film using multiple types of raw materials by selectively generating ions. Continuous thin film formation is also easy.

【0022】しかもまた、図1に示した通り、大気圧下
の薄膜形成が可能であるため、従来の気相成膜法に比べ
て、装置の構成、その操作は極めて簡便である。
Moreover, as shown in FIG. 1, since thin films can be formed under atmospheric pressure, the structure and operation of the apparatus are extremely simple compared to conventional vapor phase film forming methods.

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

【図1】この発明の装置の一実施例を示した断面構成図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing an embodiment of the apparatus of the present invention.

【図2】低揮発性の原料物資からのイオン生成に有効な
原料供給部を例示した部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a raw material supply section effective for generating ions from low-volatility raw materials.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  励起種生成部 2  原料供給部 3  イオン生成部 4  イオン収束電極部 5  基  体 11  不活性ガス導入口 12  針状電極 13  放電管 21  ガラス製容器 22  ニクロム線 31  針 32  ニクロム線 41  ステンレス板電極 50  絶縁物 6  針状体 7  ヒーター 8  外殻体 9  隙  間 100  放電管 110  収束電極 120  基  体 1 Excited species generation section 2 Raw material supply department 3 Ion generation section 4 Ion focusing electrode part 5 base body 11 Inert gas inlet 12 Acicular electrode 13 Discharge tube 21 Glass container 22 Nichrome wire 31 needle 32 Nichrome wire 41 Stainless steel plate electrode 50 Insulator 6. Needle-shaped body 7 Heater 8 Outer shell 9 Gap 100 Discharge tube 110 Focusing electrode 120 bases

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  不活性ガスの励起種の生成部と、原料
の供給部と、不活性ガス励起種によって原料をイオン化
するイオン生成部と、生成したイオンをビームとして基
体に付着させる収束電極部とを有し、高精度有機薄膜の
形成を可能とすることを特徴とする有機薄膜の製造装置
1. A generating section for excited species of an inert gas, a supplying section for a raw material, an ion generating section for ionizing the raw material by the excited species of the inert gas, and a focusing electrode section for attaching the generated ions to a substrate as a beam. An apparatus for manufacturing an organic thin film, characterized in that it has the following features and is capable of forming a highly precise organic thin film.
【請求項2】  針状電極によるコロナ放電によって不
活性ガスの略大気圧での励起種生成を図る請求項1の有
機薄膜の製造装置。
2. The organic thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein excited species of an inert gas are generated at approximately atmospheric pressure by corona discharge using a needle-like electrode.
【請求項3】  電圧印加した針の近傍で原料をイオン
化する請求項1または2の有機薄膜の製造装置。
3. The organic thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the raw material is ionized near the needle to which a voltage is applied.
【請求項4】  請求項1,2または3の装置により有
機薄膜を形成することを特徴とする有機薄膜の製造方法
4. A method for producing an organic thin film, comprising forming the organic thin film using the apparatus according to claim 1, 2, or 3.
JP14476491A 1991-06-17 1991-06-17 Apparatus and method for producing organic thin film Pending JPH04371572A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0632143A1 (en) * 1993-07-02 1995-01-04 Enea Ente Per Le Nuove Tecnologie, L'energia E L'ambiente Method for the deposition of large molecules without less of their properties

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0632143A1 (en) * 1993-07-02 1995-01-04 Enea Ente Per Le Nuove Tecnologie, L'energia E L'ambiente Method for the deposition of large molecules without less of their properties

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