JPS6121106A - 有機薄膜形成方法及び装置 - Google Patents

有機薄膜形成方法及び装置

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JPS6121106A
JPS6121106A JP14389984A JP14389984A JPS6121106A JP S6121106 A JPS6121106 A JP S6121106A JP 14389984 A JP14389984 A JP 14389984A JP 14389984 A JP14389984 A JP 14389984A JP S6121106 A JPS6121106 A JP S6121106A
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thin film
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plasma
electrode
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Koichi Iwata
岩田 幸一
Hideo Takahashi
英雄 高橋
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野] 本発明は、金属、セラミンクス、無磯物質、有磯物質等
の基板」二に、所望の特性を持ち、かつ基板との密着性
にすぐれた有機薄膜を形成させる方法および装置に関す
るものである。
[従来技術] 近年、低圧グロー放電により生ずるプラズマを利用して
有機物の薄膜を作る方法が行われるようになっている。
その代表的な方法としてプラズマ重合およびプラズマ開
始重合がある。
プラズマ重合は、有機化合物の蒸気を含む雰囲気中で、
低分子物質の励起は行われるが重合生成物の分解は起こ
りにくいように制御したグロー放電を行い、プラズマ中
もしくはプラズマ付近に挿入した基板上に高分子物質薄
膜を形成させるもので、放電の電源としては通常高周波
電源を用い、放電時の圧力は通常0.1〜10Torr
程度である。
この反応は気相で行われるため、原料の有機物質は通常
、モノマーあるいはモノマーに近い低分子量のガスとし
て供給される。プラズマ重合おける重合反応はかなり複
雑で、生成した高分子物質の構造も通常の重合反応で得
られるものと大島く異なる場合が多い。プラズマ重合に
は、装置が簡単で、容易に有機薄膜を形成で終るという
利点がある。しかし、反応の制御が難しく、分子構造が
規則正しい高分子物質を形成することかで鰺ないという
欠点がある。
一方、プラズマ開始重合は、重合反応を開始させるため
のエネルギー源としてプラズマを利用するもので、」−
記のプラズマ重合と異なって、反応は液相もしくは固相
で進行する場合がほとんどである。プラズマ開始重合で
は、重合反応は通常のラジカル反応と同様に進行するの
で、得られる高分子物質には規則性がある。重合開始の
ため、プラズマに代えて放射線等を用いることができる
しかし、プラズマ開始重合には、適用可能な化合物の範
囲が限られており(主としてビニル化合物のみ)、反応
速度が遅いので、能率的な薄膜形成かで外ないという欠
点がある。
これらの他に、薄膜形成法として、高分子物質の溶液を
塗布した後溶剤を乾燥除去する方法がある。これは、昔
から行われてきた簡単な方法であるが、基板との密着性
を改善することが難しいという欠点がある。
さらに、熱軟化性樹脂を高電圧アーク火花で溶融させ、
基板に吹き付けて被覆層を形成させる溶射法があるが、
成膜中にピンホールを含みやすく、緻密な膜を形成する
ことが難しいという欠点がある。
[発明の目的] 本発明の目的は、前述のような従来の有機薄膜形成方法
の欠点を改良し、良好な有機薄膜を得る方法および装置
を提供することにある。
[発明の構成1 本発明の第1の要旨は、薄膜形成原料である有機物質を
溶融し、分子状にして所望により他の原料物質と共にプ
ラズマ中に導入し、該原料物質および所望により他の原
料物質を含んで成る有機薄膜を基板上に形成することを
特徴とする有機薄膜形成方法に存する。
モノマーガスを直接プラズマ中に導入すると複雑な高分
子化合物を形成するので、比較的低分子量の原料高分子
物質を分子状にしてプラズマ中に導入する。しかし、原
料高分子物質を分解せず分子状にすることは困難である
。低分子有機化合物は常態で気体であるかまたは減圧、
加熱などの方法により、簡単に気体にすることができる
。しかし、高分子化合物は常圧では固体であり、加熱す
ることによって一部のものを除いて液状にすることがで
終るが、更に加熱すると蒸発する前に熱分解反応が起こ
り、低分子化が生じる。通常、金属の蒸着に使われる荷
電粒子によるスパッターや加熱等においても同様に分解
反応が先行する。
本発明の方法において、原料高分子物の分解を抑制し、
これを分子状とするため、いわゆる電界脱離(F 1e
ld Desorption)法を利用する。即ち、高
分子物質を軟化点もしくは融点以上に加熱した状態とし
、空間を隔てた電極との開に直流電圧を印加し、電界の
吸引力により、高分子物質を分子状イオンまたは荷電粒
子の形で空間に引出すのである。
以下に、電界脱離法について簡単に説明する。
高分子材料などが塗っである鋭く尖った針金や、カミソ
リの刃の先端などと、対向電極との間に高電圧をかけ、
約10’V/cm以上の強い電場を作り、徐々に温度を
上げると、先端に塗られた材料が部分的にイオン化され
飛び出す。この場合、材料は非常に微細な液滴となり、
ジェット噴射状で飛び出す場合および分子状のいわゆる
分子イオンとして飛び出す場合がある。質量分析法にお
いて、後者の現象が難揮発性物質の分子イオンスペクト
ルを測定するためのイオン化法として応用されているが
、非常に微量のイオンで質量スペクトルが得られるので
、ジェット噴射は利用されず、むしろ有害なものとして
前処理により除去される。
本発明の方法において、ジエッY噴射及び分子イオンの
両方を有効に利用する。高分子物質等の難揮発性物質の
分解を最小限に抑え、これを分子状にして気相中に取出
す。次いで、直接被覆すべき基板上に導くか、もしくは
低温プラズマ中に導く。プラズマのエネルギーレベルは
、ラジカル励起は起こるが、分子の分解は起こりにくい
ように、ガス圧、周波数、供給電力によって制御する。
導入された原料高分子物質は、プラズマによって励起さ
れ、更に重合して基板上に析出するか、もしくは基板上
に析出後重合し、基板と強固な密着性を有する有機薄膜
を得る。原料物質を導入する前にプラズマによって基板
表面をエツチングするか、もしくは中間接合層を形成す
ることが可能であり、よって、基板と高分子薄膜との密
着性を更に向上させることができる。
本発明の方法によって製造された薄膜の分子構造は、通
常の重合反応で得られる高分子の分子構造に近い。
本発明の方法において用いる薄膜材料は、熱溶融性のあ
らゆる(比較的低分子量の)重合体であってよいが、例
えば(ポリスチレン、ポリエチレングリコール)が特に
好ましい。
本発明の第2の要旨は、 (’I)薄膜形成原料である有機物質をその軟化点以上
の温度に加熱でき、かつ原料物質を保持する電極および
空間を隔てて対向する電極を有し、該電極間に電圧が印
加された場合に電界を発生させ、原料有機物質を保持電
極から分子状で脱離させる原料供給装置、および (TI)グロー放電プラズマを発生させる電極を有して
成る、有機薄膜を基板上に形成する装置に存する。
本発明の装置の好ましい態様を第1〜3図に示す。
以下、添付図面を参照して、本発明の方法および装置を
具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
第1図は、本発明の装置全体の模式的構成の一例を示す
図、第2図および第3図は、本発明の装置の電界脱離装
置の模式的構成の例を示す図である。
第1図において、被覆されるべき基板2は、高周波グロ
ー放電用電極3の上に配置される。電極3は、加熱用ヒ
ーター(または必要に応して冷却装置)4を有しており
、基板2を加熱または冷却できる。電極3に対向する高
周波グロー放電用型極1があり、これら電極に高周波電
源6からの高電圧を印加することによってプラズマが発
生する。
高分子物質は電界脱離装置5がらプラズマ中へ分子状で
供給され、基板2の上へ堆積する。ガス入ロアおよびガ
ス出口8があり、装置内空気を不活性ガス雰囲気下にす
ること、およびその気相組成を変化調節することが可能
である。
第2図において、−態様の電界脱離装置5は、エミッタ
ー10(例えば、タングステン/シリコン)、エミッタ
ーホルダー11、荷電粒子収束系12およびエミッター
ケース13を有する。エミッター10は質量分析用エミ
ッターと異なり、被覆に必要な高分子材料を供給する必
要があるため、全体をらせん状とし、かつ全体を効率よ
く利用するため移動及び回転(矢印方向)可能な構造に
なっている。エミッター10はエミッター電源(図示せ
ず)に接続されており、更に、高圧電源14にも接続さ
れている。原料高分子物質は、エミッター10に塗布さ
れている。
第3図において、別懇様の電界脱離装置5は、=8− 荷電粒子収束系19、高圧電源20、ヒーター15、プ
ランジャー16を有する。原料高分子物質17は、プラ
ンジャー16によって押出され(矢印方向)ながら、先
端部18から連続的に供給される。
装置において、原料高分子物質を揮発させるための電極
は適宜選択で外るが、タングステンの針金もしくはそれ
にシリコーンやカーボンのウィスカーを成長させたもの
が好ましい。電極に電流を流して加熱し、高分子物質の
軟化または溶融温度まで昇温させる。
エミッターの形状、電界脱離装置の数およびグロー放電
チャンバーと位置関係、グロー放電チャンバーの構造等
については、基板の形状等に対して適切であるように設
計を行なうことが可能である。
[発明の効果1 本発明の有機薄膜形成方法及び装置によって、従来の方
法に比べてはるかに基板との密着性に優れた緻密な薄膜
を原料高分子の物性をそこなうことなく形成できる。
[実施例] 以下に実施例を示し、本発明を更に詳しく説明する。
実施例1 ポリスチレンをトルエンに溶解し、エミッターに塗布し
、乾燥した後、電界脱離装置へこのエミッターを取付け
た。圧力的0.1Torrのアルゴン雰囲気中でグロー
放電点火し、電極−Lに置いたニッケル基板をアルゴン
プラズマ中に10分間保持した後、エミッターと引出し
電極の間に約10KVの電圧を印加しながら、エミッタ
ー電流を徐々に増した。ポリスチレンの導入によって、
グロー放電の発光状態が変化するのを確認し、約30分
間基板のコーティングを行なった。その結果、厚さ約l
 rl O0人の有機薄膜が得られた。
この有機薄膜は、ポリスチレン溶液を塗布後乾燥するこ
とによって得られた薄膜に比較して、はるかに優れた密
着性を示した。また、スチレン単量体ガスをプラズマ中
に導入することにより得られた薄膜が柔軟性に乏しく、
もろい性質を示したのに対して、この有機薄膜は柔軟で
あった。
実施例2 ポリイミド樹脂をN−メチル−2−ピロリドンに溶解し
、エミッターに塗布し、溶媒を揮散させた後、このエミ
ッターを電界脱離装置に取付けた。
実施例1と同様の方法でエミッター電流および引出し電
圧を調整し、ポリイミド樹脂薄膜をニッケル基板上に形
成させた。この薄膜は溶剤に希釈後塗布し、乾燥させて
作ったポリイミド薄膜に比較して良好な密着性を示した
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の装置全体の模式的構成の一例を示す
図、 第2図および第3図は、本発明の装置の電界脱離装置の
模式的構成の例を示す図である。 、3・・・電極、2・・・基板、4・・・ヒーター、5
・・・電界脱離装置、6・・・高周波電源、7・・・ガ
ス入口、8・・・ガス出口、10・・・エミッター、1
1・・・エミッターホルダー、12.19・・・荷電粒
子収束系、1=11− 3・・・エミッターケース、14.20・・・高圧電源
、15・・・ヒーター、16・・・プランジャー、17
・・・原料高分子物質、18・・・先端部。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代 理 人 弁理士 青白 葆 ばか2名−12= 〜      O−rつ 手続補正書(自発) 昭和60年 3月29日 昭和59年特許願第 143899    号2発明の
名称 有機薄膜形成方法及び装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 大阪府大阪市東区北浜 5丁目15番地名称(2
13)住友電気工業株式会社 4、代理人 7、補正の内容 明細書中、次の箇所を補正しまず。 ■、特許請求の範囲の欄 別紙の通り。 ■6発明の詳細な説明の欄 (1)4頁末7行、「溶融し、」の後に、「対抗電極と
の間に高電圧を印加して、電界の吸引力を利用して有機
物質を」を挿入。 (2)5頁末5行、「直流」とあるを削除。 以−L (別紙) 特許請求の範囲 (1)薄膜形成原料である有機物質を溶融し、対セ(1
琢」曵kが不と■yL←呵夛η−」工↓■しを二Ell
−!旦−1,ヱ;、−□η工界pM力を41i−川−レ
p任横物質−剣分子状にして所望により他の原料物質と
共にプラズマ中に導入し、該原料物質および所望により
他の原料物質を含んで成る有機薄膜を基板−1−に形成
することを特徴とする有機薄膜形成方法。 (2)(1)薄膜形成原料である有機物質をその軟化意
思」−の温度に加熱でき、かつ原料物質を保持する電極
および空間を隔てて対向する電極を有し、該電極間に電
圧が印加された場合に電界を発生ざU゛、束w例閾史力
(刊州−1にニー原料有機物質を保持電極から分子状で
脱離させる原[1供給装置、および (II)グロー放電プラズマを発生させる電極を有して
成る、有機薄膜を基板−1−に形成する装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)薄膜形成原料である有機物質を溶融し、分子状に
    して所望により他の原料物質と共にプラズマ中に導入し
    、該原料物質および所望により他の原料物質を含んで成
    る有機薄膜を基板上に形成することを特徴とする有機薄
    膜形成方法。
  2. (2)( I )薄膜形成原料である有機物質をその軟化
    点以上の温度に加熱でき、かつ原料物質を保持する電極
    および空間を隔てて対向する電極を有し、該電極間に電
    圧が印加された場合に電界を発生させ、原料有機物質を
    保持電極から分子状で脱離させる原料供給装置、および (II)グロー放電プラズマを発生させる電極を有して成
    る、有機薄膜を基板上に形成する装置。
JP14389984A 1984-07-10 1984-07-10 有機薄膜形成方法及び装置 Granted JPS6121106A (ja)

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JPH0368886B2 JPH0368886B2 (ja) 1991-10-30

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59164304A (ja) * 1983-03-07 1984-09-17 Mitsubishi Electric Corp 高分子重合膜形成装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59164304A (ja) * 1983-03-07 1984-09-17 Mitsubishi Electric Corp 高分子重合膜形成装置

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