JPH1129873A - 積層膜の形成方法及びその形成装置 - Google Patents
積層膜の形成方法及びその形成装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大気圧近傍の圧力の下で、基材表面に各種の
異なる薄膜を連続的に高速に堆積した積層膜を形成する
方法とその形成装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも一方の対向面に固体誘電体が
設置された対向電極が複数組隣接され、各組毎の対向電
極間に処理用ガスを導入して、大気圧近傍の圧力とな
し、各組の対向電極間に電圧立ち上がり時間が100μ
s以下、電界強度が1〜100kV/cmのパルス化さ
れた電界を印加することにより、グロー放電プラズマを
発生させ、前記複数組の対向電極間に、基材を連続して
通過させることを特徴とする。
異なる薄膜を連続的に高速に堆積した積層膜を形成する
方法とその形成装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも一方の対向面に固体誘電体が
設置された対向電極が複数組隣接され、各組毎の対向電
極間に処理用ガスを導入して、大気圧近傍の圧力とな
し、各組の対向電極間に電圧立ち上がり時間が100μ
s以下、電界強度が1〜100kV/cmのパルス化さ
れた電界を印加することにより、グロー放電プラズマを
発生させ、前記複数組の対向電極間に、基材を連続して
通過させることを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気圧近傍の圧力
下に於けるグロー放電プラズマを利用して、基材の表面
に連続的に同種又は異種の薄膜を堆積させた積層膜の形
成方法、及び、その形成装置に関する。
下に於けるグロー放電プラズマを利用して、基材の表面
に連続的に同種又は異種の薄膜を堆積させた積層膜の形
成方法、及び、その形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック、金属、紙、繊維などから
なる基材は、家庭用、工業用材料として広く利用されて
いるが、その表面に電気特性、光学特性、機械特性など
の特定の機能が付与されれば、その用途が更に拡大さ
れ、又、大きな付加価値を有するようになる。
なる基材は、家庭用、工業用材料として広く利用されて
いるが、その表面に電気特性、光学特性、機械特性など
の特定の機能が付与されれば、その用途が更に拡大さ
れ、又、大きな付加価値を有するようになる。
【0003】従来より、基材の表面に特定の機能を付与
する方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イ
オンビ−ム法、イオンプレ−ティング法、減圧下でのグ
ロー放電を利用したプラズマCVD法などが知られてい
る。しかし、これらの方法は、いずれも真空系で行わ
れ、真空チャンバー、大型真空ポンプなど大がかりな設
備が必要であり、製造には各種の限界がある。
する方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イ
オンビ−ム法、イオンプレ−ティング法、減圧下でのグ
ロー放電を利用したプラズマCVD法などが知られてい
る。しかし、これらの方法は、いずれも真空系で行わ
れ、真空チャンバー、大型真空ポンプなど大がかりな設
備が必要であり、製造には各種の限界がある。
【0004】長尺基材の表面に薄膜を真空系で形成する
には、製造にバッチ方式と連続方式の2種類がある。バ
ッチ方式に於いては、薄膜形成が減圧・閉鎖系で行わ
れ、基材を長尺に巻いたロールを真空チャンバーに入
れ、この中でロールから基材を巻き出しながら表面に薄
膜が成膜される。この方式では、原料の搬入や製品の搬
出ごとに、真空の解除と形成を繰り返さなくてはならな
く、設備の大きさにより、基材ロールの直径、薄膜原料
などの容量に限界がでるので、生産効率も悪くなる。
には、製造にバッチ方式と連続方式の2種類がある。バ
ッチ方式に於いては、薄膜形成が減圧・閉鎖系で行わ
れ、基材を長尺に巻いたロールを真空チャンバーに入
れ、この中でロールから基材を巻き出しながら表面に薄
膜が成膜される。この方式では、原料の搬入や製品の搬
出ごとに、真空の解除と形成を繰り返さなくてはならな
く、設備の大きさにより、基材ロールの直径、薄膜原料
などの容量に限界がでるので、生産効率も悪くなる。
【0005】連続方式に於いては、減圧状態を得るため
に差動排気方式を用い、大気圧から減圧下へ徐々に排気
を行って、薄膜の成膜に必要な真空度を連続的に保持し
た空間中で薄膜が形成される。この方式は、ロール基材
の搬入や原料補充は容易であるが、薄膜形成装置内への
空気の流入以上に排気を行って真空度を保持する必要が
あるので、大容量の真空ポンプが必要となり、設備の巨
大化は避けられない。
に差動排気方式を用い、大気圧から減圧下へ徐々に排気
を行って、薄膜の成膜に必要な真空度を連続的に保持し
た空間中で薄膜が形成される。この方式は、ロール基材
の搬入や原料補充は容易であるが、薄膜形成装置内への
空気の流入以上に排気を行って真空度を保持する必要が
あるので、大容量の真空ポンプが必要となり、設備の巨
大化は避けられない。
【0006】又、一つの基材に複数の機能を付与した
り、より高度な機能を添加する場合は、複数種の薄膜を
積層する試みがなされている。しかし、工業的に多層膜
を形成する場合は、バッチ方式では、真空の形成−薄膜
の成膜−真空の解除のサイクルを、層の種類毎に、繰り
返さなくてはならないため、極めて非能率的で、現実的
ではい。又、連続方式では、単層でも大規模な設備が必
要であり、多層膜形成のプロセスの導入は困難である。
更に、連続方式は、設備投資上、少量多種の対応が困難
であり、基材に特定機能を個々に付加する用途への対応
などは極めて困難であった。
り、より高度な機能を添加する場合は、複数種の薄膜を
積層する試みがなされている。しかし、工業的に多層膜
を形成する場合は、バッチ方式では、真空の形成−薄膜
の成膜−真空の解除のサイクルを、層の種類毎に、繰り
返さなくてはならないため、極めて非能率的で、現実的
ではい。又、連続方式では、単層でも大規模な設備が必
要であり、多層膜形成のプロセスの導入は困難である。
更に、連続方式は、設備投資上、少量多種の対応が困難
であり、基材に特定機能を個々に付加する用途への対応
などは極めて困難であった。
【0007】上述のような積層膜を形成する方法は、種
々の提案がなされ、例えば、特開平2−181701号
公報、特開平3−518202号公報には、真空蒸着法
に於いて、電子銃の入射角度や蒸着ロールと蒸着源との
角度を制御して、基材の表面に積層膜を形成する方法が
提案されているが、差動排気方式を用いた連続方式に変
わりはなく、実施するには設備投資が過大となり過ぎる
ので、極めて非能率的であることを承知しながら、バッ
チ方式を採用せざるを得なかった。
々の提案がなされ、例えば、特開平2−181701号
公報、特開平3−518202号公報には、真空蒸着法
に於いて、電子銃の入射角度や蒸着ロールと蒸着源との
角度を制御して、基材の表面に積層膜を形成する方法が
提案されているが、差動排気方式を用いた連続方式に変
わりはなく、実施するには設備投資が過大となり過ぎる
ので、極めて非能率的であることを承知しながら、バッ
チ方式を採用せざるを得なかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題を解消するためになされたものであり、大気圧近
傍の圧力の下で、基材表面に各種の異なる薄膜を連続的
に高速に堆積した積層膜を製造する方法とその連続製造
装置を提供することを目的とする。
な問題を解消するためになされたものであり、大気圧近
傍の圧力の下で、基材表面に各種の異なる薄膜を連続的
に高速に堆積した積層膜を製造する方法とその連続製造
装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1に記載の
発明(以下、第1発明という)の積層膜の形成方法は、
少なくとも一方の対向面に固体誘電体が設置された対向
電極が複数組隣接され、各組毎の対向電極間に処理用ガ
スを導入して、大気圧近傍の圧力となし、各組の対向電
極間に電圧立ち上がり時間が100μs以下、電界強度
が1〜100kV/cmのパルス化された電界を印加す
ることにより、グロー放電プラズマを発生させ、前記複
数組の対向電極間に、基材を連続して通過させることを
特徴とする。
発明(以下、第1発明という)の積層膜の形成方法は、
少なくとも一方の対向面に固体誘電体が設置された対向
電極が複数組隣接され、各組毎の対向電極間に処理用ガ
スを導入して、大気圧近傍の圧力となし、各組の対向電
極間に電圧立ち上がり時間が100μs以下、電界強度
が1〜100kV/cmのパルス化された電界を印加す
ることにより、グロー放電プラズマを発生させ、前記複
数組の対向電極間に、基材を連続して通過させることを
特徴とする。
【0010】本願の請求項2に記載の発明(以下、第2
発明という)の積層膜の形成方法は、第1発明のパルス
化された電界に於いて、周波数が0.5〜100kH
z、パルス継続時間が1〜1000μsとなされている
ことを特徴とする。
発明という)の積層膜の形成方法は、第1発明のパルス
化された電界に於いて、周波数が0.5〜100kH
z、パルス継続時間が1〜1000μsとなされている
ことを特徴とする。
【0011】本願の請求項3に記載の発明(以下、第3
発明という)の積層膜の形成方法は、第1発明又は第2
発明のパルス化された電界に於いて、高電圧直流を供給
可能な直流電圧供給部、並びに、ターンオン時間及びタ
ーンオフ時間が500ns以下である半導体素子により
当該高電圧直流を高電圧パルスに変換するパルス制御部
から構成される高電圧パルス電源によりパルス化された
電界を印加することを特徴とする。
発明という)の積層膜の形成方法は、第1発明又は第2
発明のパルス化された電界に於いて、高電圧直流を供給
可能な直流電圧供給部、並びに、ターンオン時間及びタ
ーンオフ時間が500ns以下である半導体素子により
当該高電圧直流を高電圧パルスに変換するパルス制御部
から構成される高電圧パルス電源によりパルス化された
電界を印加することを特徴とする。
【0012】本願の請求項4に記載の発明(以下、第4
発明という)の積層膜の形成方法は、第1発明、第2発
明又は第3発明に於いて、複数組の対向電極のいずれか
1組以上に導入される処理用ガスが、金属元素含有ガス
を含むことを特徴とする。
発明という)の積層膜の形成方法は、第1発明、第2発
明又は第3発明に於いて、複数組の対向電極のいずれか
1組以上に導入される処理用ガスが、金属元素含有ガス
を含むことを特徴とする。
【0013】本願の請求項5に記載の発明(以下、第5
発明という)の積層膜の形成装置は、少なくとも一方の
対向面に固体誘電体を設置した対向電極が複数組隣接さ
れてなり、前記複数組の対向電極間を基材が連続的して
走行するようになされた基材走行部、各組毎に基材の走
行方向と逆の方向から基材の走行速度以上のガス速度で
処理用ガスを対向電極間に供給するための処理用ガス供
給部、及び、対向電極間にパルス化された電界を印加す
るようになされている高電圧パルス電源を備えてなる。
発明という)の積層膜の形成装置は、少なくとも一方の
対向面に固体誘電体を設置した対向電極が複数組隣接さ
れてなり、前記複数組の対向電極間を基材が連続的して
走行するようになされた基材走行部、各組毎に基材の走
行方向と逆の方向から基材の走行速度以上のガス速度で
処理用ガスを対向電極間に供給するための処理用ガス供
給部、及び、対向電極間にパルス化された電界を印加す
るようになされている高電圧パルス電源を備えてなる。
【0014】上記発明に於いて、第1発明〜第4発明
は、積層膜を形成する方法に関するものであり、第5発
明は、積層膜を形成するための形成装置に関するもので
ある。従って、上記発明の形成方法とその形成装置は、
相互に緊密に関連した共通項目を有しているので、両者
を纏めて本発明と呼び、区別する必要がある時は、本発
明の方法、又は、本発明の装置と呼ぶことにする。
は、積層膜を形成する方法に関するものであり、第5発
明は、積層膜を形成するための形成装置に関するもので
ある。従って、上記発明の形成方法とその形成装置は、
相互に緊密に関連した共通項目を有しているので、両者
を纏めて本発明と呼び、区別する必要がある時は、本発
明の方法、又は、本発明の装置と呼ぶことにする。
【0015】本発明を概説する。少なくとも一方の対向
面に固体誘電体が設置された対向電極が複数組隣接さ
れ、各組毎に同種又は異種の処理用ガスが対向電極間に
導入されて、大気圧近傍の圧力となされた状態で、各組
の対向電極に所定のパルス電界が印加されることによ
り、前記処理用ガスに依存したグロー放電プラズマが発
生し、このグロー放電プラズマ中を通過する基材に薄膜
が形成される。ここで、複数組の対向電極間に基材を連
続して走行させることにより、各組の処理用ガスに依存
した薄膜が順次連続的に堆積されて、積層膜が形成され
る。
面に固体誘電体が設置された対向電極が複数組隣接さ
れ、各組毎に同種又は異種の処理用ガスが対向電極間に
導入されて、大気圧近傍の圧力となされた状態で、各組
の対向電極に所定のパルス電界が印加されることによ
り、前記処理用ガスに依存したグロー放電プラズマが発
生し、このグロー放電プラズマ中を通過する基材に薄膜
が形成される。ここで、複数組の対向電極間に基材を連
続して走行させることにより、各組の処理用ガスに依存
した薄膜が順次連続的に堆積されて、積層膜が形成され
る。
【0016】従って、各組の対向電極が収納されている
領域は、それぞれ独立した小単位の放電プラズマ処理装
置を構成し、該装置に処理用ガスが大気圧近傍の圧力と
なるように供給され、基材は公知の方法により、対向電
極間の空間を連続的に走行させられ、順次、次の小単位
の放電プラズマ処理装置に導入される。上述の様に、各
小単位の放電プラズマ処理装置は、基材が連続して走行
できるように複数組隣接して設置され、装置内は大気圧
近傍の圧力下で処理が行われる。基材の導入口、排出口
は、気体の漏れを許容しうる程度の機密状態にシールさ
れていれば良く、真空系で行う処理のような大がかりな
排気装置は必要としない。
領域は、それぞれ独立した小単位の放電プラズマ処理装
置を構成し、該装置に処理用ガスが大気圧近傍の圧力と
なるように供給され、基材は公知の方法により、対向電
極間の空間を連続的に走行させられ、順次、次の小単位
の放電プラズマ処理装置に導入される。上述の様に、各
小単位の放電プラズマ処理装置は、基材が連続して走行
できるように複数組隣接して設置され、装置内は大気圧
近傍の圧力下で処理が行われる。基材の導入口、排出口
は、気体の漏れを許容しうる程度の機密状態にシールさ
れていれば良く、真空系で行う処理のような大がかりな
排気装置は必要としない。
【0017】以下、上記各小単位の放電プラズマ処理装
置について、説明する。本発明に於いて、大気圧近傍の
圧力下とは、13.3〜106.4kPaの圧力下を意
味し、圧力調整が容易で、装置が簡便になる93.1〜
103.74kPaの範囲が好ましい。
置について、説明する。本発明に於いて、大気圧近傍の
圧力下とは、13.3〜106.4kPaの圧力下を意
味し、圧力調整が容易で、装置が簡便になる93.1〜
103.74kPaの範囲が好ましい。
【0018】大気圧近傍の圧力下では、ヘリウム、ケト
ン等の特定のガス以外は、安定したプラズマ放電状態が
保持されずに、瞬時にアーク放電状態に移行することが
知られている。しかし、パルス化された電界を印加する
と、アーク放電に移行する前に放電を止め、再び放電を
開始するというサイクルが実現し、安定してグロー放電
プラズマ(以後、単に放電プラズマという)を発生させ
ることができる。
ン等の特定のガス以外は、安定したプラズマ放電状態が
保持されずに、瞬時にアーク放電状態に移行することが
知られている。しかし、パルス化された電界を印加する
と、アーク放電に移行する前に放電を止め、再び放電を
開始するというサイクルが実現し、安定してグロー放電
プラズマ(以後、単に放電プラズマという)を発生させ
ることができる。
【0019】本発明の特定のパルス化された電界を印加
する方法によれば、プラズマ発生空間中に存在する気体
の種類を問わず放電プラズマを発生させることが可能で
ある。従来より、放電プラズマを利用する処理は、公知
の低圧条件下でも、特定のガス雰囲気下でも、外気から
遮断された密閉容器内で行うことが必須であったが、本
発明によれば、開放系でも、気体の自由な流失を防ぐ程
度の低気密系でも実施でき、且つ、高密度のプラズマ状
態を実現できる。
する方法によれば、プラズマ発生空間中に存在する気体
の種類を問わず放電プラズマを発生させることが可能で
ある。従来より、放電プラズマを利用する処理は、公知
の低圧条件下でも、特定のガス雰囲気下でも、外気から
遮断された密閉容器内で行うことが必須であったが、本
発明によれば、開放系でも、気体の自由な流失を防ぐ程
度の低気密系でも実施でき、且つ、高密度のプラズマ状
態を実現できる。
【0020】本発明に於いて、電界強度が1〜100k
V/cmで、立ち上がり時間が100μs以下という、
急峻な立ち上がりを有するパルス電界を印加することに
より、プラズマ発生空間中に存在する気体分子が、効率
よく励起する。立ち上がりが遅いパルス電界を印加する
ことは、異なる大きさを有するエネルギーを段階的に投
入することに相当し、まず低エネルギーで電離する分
子、即ち、第一イオン化ポテンシャルの小さい分子の励
起が優先的に起こり、次に高いエネルギーが投入された
際には既に電離している分子がより高い準位に励起し、
プラズマ発生空間中に存在する分子を効率よく電離する
ことは難しい。これに対して、立ち上がり時間が100
μs以下であるパルス電界によれば、空間中に存在する
分子に一斉にエネルギーを与えることに相当し、空間中
の電離した状態にある分子の絶対数が多くなり、プラズ
マ密度が高くなることになる。
V/cmで、立ち上がり時間が100μs以下という、
急峻な立ち上がりを有するパルス電界を印加することに
より、プラズマ発生空間中に存在する気体分子が、効率
よく励起する。立ち上がりが遅いパルス電界を印加する
ことは、異なる大きさを有するエネルギーを段階的に投
入することに相当し、まず低エネルギーで電離する分
子、即ち、第一イオン化ポテンシャルの小さい分子の励
起が優先的に起こり、次に高いエネルギーが投入された
際には既に電離している分子がより高い準位に励起し、
プラズマ発生空間中に存在する分子を効率よく電離する
ことは難しい。これに対して、立ち上がり時間が100
μs以下であるパルス電界によれば、空間中に存在する
分子に一斉にエネルギーを与えることに相当し、空間中
の電離した状態にある分子の絶対数が多くなり、プラズ
マ密度が高くなることになる。
【0021】本発明の製造方法は、対向電極が複数組隣
接して配置され、該対向電極の少なくとも一方の対向面
に固体誘電体が設置されている装置に於いて行われる。
従って、本発明の各小単位の放電プラズマ処理装置は、
上記条件を満足すれば、全ての対向電極の固体誘電体の
配置が同一である必要はない。放電プラズマが発生する
部位は、上記電極の一方に固体誘電体を設置した場合
は、固体誘電体と電極の間、上記電極の双方に固体誘電
体を設置した場合は、固体誘電体同士の間の空間であ
る。
接して配置され、該対向電極の少なくとも一方の対向面
に固体誘電体が設置されている装置に於いて行われる。
従って、本発明の各小単位の放電プラズマ処理装置は、
上記条件を満足すれば、全ての対向電極の固体誘電体の
配置が同一である必要はない。放電プラズマが発生する
部位は、上記電極の一方に固体誘電体を設置した場合
は、固体誘電体と電極の間、上記電極の双方に固体誘電
体を設置した場合は、固体誘電体同士の間の空間であ
る。
【0022】電極としては、銅、アルミニウム等の金属
単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等から
なるものが挙げられる。対向電極は、電界集中によるア
ーク放電の発生を避けるために、対向電極間の距離が略
一定となる構造であることが好ましい。この条件を満た
す電極構造としては、平行平板型、円筒対向平板型、球
対向平板型、双曲面対向平板型、同軸円筒型構造等が挙
げられる。
単体、ステンレス、真鍮等の合金、金属間化合物等から
なるものが挙げられる。対向電極は、電界集中によるア
ーク放電の発生を避けるために、対向電極間の距離が略
一定となる構造であることが好ましい。この条件を満た
す電極構造としては、平行平板型、円筒対向平板型、球
対向平板型、双曲面対向平板型、同軸円筒型構造等が挙
げられる。
【0023】固体誘電体としては、電極の対向面の一方
又は双方に設置する。この際、固体誘電体と設置される
側の電極が密着し、且つ、接する電極の対向面を完全に
覆うようにする。固体誘電体によって覆われずに電極同
士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が
生じる。
又は双方に設置する。この際、固体誘電体と設置される
側の電極が密着し、且つ、接する電極の対向面を完全に
覆うようにする。固体誘電体によって覆われずに電極同
士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が
生じる。
【0024】固体誘電体としては、ポリテトラフルオロ
エチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチッ
ク、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジ
ルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バ
リウム等の複酸化物等が挙げられる。
エチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチッ
ク、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジ
ルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バ
リウム等の複酸化物等が挙げられる。
【0025】固体誘電体の形状は、シート状でもフィル
ム状でもよいが、厚みが0.05〜4mmであることが
好ましい。厚過ぎると、放電プラズマを発生するのに高
電圧を要し、薄過ぎると、電圧印加時に絶縁破壊が起こ
りアーク放電が発生する。
ム状でもよいが、厚みが0.05〜4mmであることが
好ましい。厚過ぎると、放電プラズマを発生するのに高
電圧を要し、薄過ぎると、電圧印加時に絶縁破壊が起こ
りアーク放電が発生する。
【0026】又、固体誘電体は、比誘電率が2以上(2
5°C環境下、以下同)であることが好ましい。比誘電
率が2以上の誘電体の具体例としては、ポリテトラフル
オロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げることがで
きる。更に、高密度の放電プラズマを安定して発生させ
るためには、比誘電率が10以上の固定誘電体を用いこ
とが好ましい。比誘電率の上限は、特に限定されるもの
ではないが、現実の材料では18,500程度のものが
知られている。比誘電率が10以上の固体誘電体として
は、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化アルミニウム
50〜95重量%で混合された金属酸化物皮膜、又は、
酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物皮膜からなり、
その被膜の厚みが10〜1000μmであるものを用い
ることが好ましい。
5°C環境下、以下同)であることが好ましい。比誘電
率が2以上の誘電体の具体例としては、ポリテトラフル
オロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げることがで
きる。更に、高密度の放電プラズマを安定して発生させ
るためには、比誘電率が10以上の固定誘電体を用いこ
とが好ましい。比誘電率の上限は、特に限定されるもの
ではないが、現実の材料では18,500程度のものが
知られている。比誘電率が10以上の固体誘電体として
は、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化アルミニウム
50〜95重量%で混合された金属酸化物皮膜、又は、
酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物皮膜からなり、
その被膜の厚みが10〜1000μmであるものを用い
ることが好ましい。
【0027】電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、印加
電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決
定されるが、1〜50mmであることが好ましい。1m
m未満では、電極間の距離が小さ過ぎて、基材などを通
過させることが難しく、50mmを超えると、均一なグ
ロー放電プラズマを発生させることが困難となる。
電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決
定されるが、1〜50mmであることが好ましい。1m
m未満では、電極間の距離が小さ過ぎて、基材などを通
過させることが難しく、50mmを超えると、均一なグ
ロー放電プラズマを発生させることが困難となる。
【0028】本発明に於いては、上記電極間に印加され
る電界がパルス化されたものであり、電圧立ち上がり時
間が100μs以下、電界強度が1〜100kV/cm
となされていることを特徴とする。
る電界がパルス化されたものであり、電圧立ち上がり時
間が100μs以下、電界強度が1〜100kV/cm
となされていることを特徴とする。
【0029】図1にパルス電圧波形の例を示す。波形
(A)、(B)はインパルス型、波形(C)は方形波
型、波形(D)は変調型の波形である。図1には電圧印
加が正負の繰り返しであるものを挙げたが、正又は負の
いずれかの極性側に電圧を印加する、いわゆる片波状の
波形を用いてもよい。
(A)、(B)はインパルス型、波形(C)は方形波
型、波形(D)は変調型の波形である。図1には電圧印
加が正負の繰り返しであるものを挙げたが、正又は負の
いずれかの極性側に電圧を印加する、いわゆる片波状の
波形を用いてもよい。
【0030】本発明に於けるパルス電圧波形は、ここで
挙げた波形に限定されないが、パルスの立ち上がり時間
が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行
われる。パルスの立ち上がり時間が100μsを超える
と、放電状態がアークに移行し易く不安定なものとな
り、パルス電界による高密度プラズマ状態を期待できな
くなる。又、立ち上がり時間は早い方がよいが、常圧で
プラズマが発生する程度の大きさの電界強度を有し、且
つ、立ち上がり時間が早い電界を発生させる装置には制
約があり、現実的には40ns未満の立ち上がり時間の
パルス電界を実現することは困難である。立ち上がり時
間は、50ns〜5μsがより好ましい。尚、ここでい
う立ち上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時
間を意味する。
挙げた波形に限定されないが、パルスの立ち上がり時間
が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行
われる。パルスの立ち上がり時間が100μsを超える
と、放電状態がアークに移行し易く不安定なものとな
り、パルス電界による高密度プラズマ状態を期待できな
くなる。又、立ち上がり時間は早い方がよいが、常圧で
プラズマが発生する程度の大きさの電界強度を有し、且
つ、立ち上がり時間が早い電界を発生させる装置には制
約があり、現実的には40ns未満の立ち上がり時間の
パルス電界を実現することは困難である。立ち上がり時
間は、50ns〜5μsがより好ましい。尚、ここでい
う立ち上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時
間を意味する。
【0031】又、パルス電界の立ち下がり時間も急峻で
あることが好ましく、立ち上がり時間と同様の100μ
s以下のタイムスケールであることが好ましい。パルス
電界発生技術によっても異なるが、例えば、本発明の実
施例で使用した電源装置では、立ち上がり時間と立ち上
がり時間が同じ時間に設定できる。
あることが好ましく、立ち上がり時間と同様の100μ
s以下のタイムスケールであることが好ましい。パルス
電界発生技術によっても異なるが、例えば、本発明の実
施例で使用した電源装置では、立ち上がり時間と立ち上
がり時間が同じ時間に設定できる。
【0032】更に、パルス波形、立ち上がり時間、周波
数の異なるパルスを用いて変調を行ってもよい。
数の異なるパルスを用いて変調を行ってもよい。
【0033】パルス電界の周波数は、0.5kHz〜1
00kHzであることが好ましい。0.5kHz未満で
あると、プラズマ密度が低いため処理に時間がかかりす
ぎ、100kHzを超えるとアーク放電が発生し易くな
る。より好ましくは、1kHz以上であり、このような
高周波数のパルス電界を印加することにより、処理速度
を大きく向上させることができる。
00kHzであることが好ましい。0.5kHz未満で
あると、プラズマ密度が低いため処理に時間がかかりす
ぎ、100kHzを超えるとアーク放電が発生し易くな
る。より好ましくは、1kHz以上であり、このような
高周波数のパルス電界を印加することにより、処理速度
を大きく向上させることができる。
【0034】又、上記パルス電界に於けるパルス継続時
間は、1〜1000μsであることが好ましい。1μs
未満であると放電が不安定なものとなり、1000μs
を超えると、アーク放電に移行し易くなる。より好まし
くは、3μs〜200μsである。ここで、一つのパル
ス継続時間とは、図2中に例を示してあるが、ON、O
FFの繰り返しからなるパルス電界に於ける、パルスが
連続する時間を言う。図2(a)のような間欠型のパル
スでは、パルス継続時間はパルス幅時間と等しいが、図
2(b)のような波形のパルスでは、パルス幅時間とは
異なり、一連の複数のパルスを含んだ時間を言う。
間は、1〜1000μsであることが好ましい。1μs
未満であると放電が不安定なものとなり、1000μs
を超えると、アーク放電に移行し易くなる。より好まし
くは、3μs〜200μsである。ここで、一つのパル
ス継続時間とは、図2中に例を示してあるが、ON、O
FFの繰り返しからなるパルス電界に於ける、パルスが
連続する時間を言う。図2(a)のような間欠型のパル
スでは、パルス継続時間はパルス幅時間と等しいが、図
2(b)のような波形のパルスでは、パルス幅時間とは
異なり、一連の複数のパルスを含んだ時間を言う。
【0035】更に、放電を安定させるためには、放電時
間1ms内に、少なくとも1μs継続するOFF時間を
有することが好ましい。
間1ms内に、少なくとも1μs継続するOFF時間を
有することが好ましい。
【0036】上記放電は電圧の印加によって行われる。
電圧の大きさは適宜決められるが、本発明においては、
電極間の電界強度が1〜100kV/cmとなる範囲に
する。1kV/cm未満であると処理に時間がかかり過
ぎ、100kV/cmを超えるとアーク放電が発生し易
くなる。又、パルス電圧の印加において、直流を重畳し
てもよい。
電圧の大きさは適宜決められるが、本発明においては、
電極間の電界強度が1〜100kV/cmとなる範囲に
する。1kV/cm未満であると処理に時間がかかり過
ぎ、100kV/cmを超えるとアーク放電が発生し易
くなる。又、パルス電圧の印加において、直流を重畳し
てもよい。
【0037】図3に、このようなパルス電界を印加する
際の電源のブロック図を示す。更に、図4に、電源の等
価回路図を示す。図4にSWと記されているのはスイッ
チとして機能する半導体素子である。上記スイッチとし
て500ns以下のターンオン時間及びターンオフ時間
を有する半導体素子を用いることにより、上記のような
電界強度が1〜100kV/cmであり、且つ、パルス
の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が100μs以下
であるような高電圧、且つ、高速のパルス電界を実現す
ることができる。
際の電源のブロック図を示す。更に、図4に、電源の等
価回路図を示す。図4にSWと記されているのはスイッ
チとして機能する半導体素子である。上記スイッチとし
て500ns以下のターンオン時間及びターンオフ時間
を有する半導体素子を用いることにより、上記のような
電界強度が1〜100kV/cmであり、且つ、パルス
の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が100μs以下
であるような高電圧、且つ、高速のパルス電界を実現す
ることができる。
【0038】以下、図4の等価回路図を参照して、電源
の原理を簡単に説明する。+Eは、正極性の直流電圧供
給部、−Eは、負極性の直流電圧供給部である。SW1
〜4は、上記のような高速半導体素子から構成されるス
イッチ素子である。D1〜4はダイオードを示してい
る。I1 〜I4 は電流の流れ方向を表している。
の原理を簡単に説明する。+Eは、正極性の直流電圧供
給部、−Eは、負極性の直流電圧供給部である。SW1
〜4は、上記のような高速半導体素子から構成されるス
イッチ素子である。D1〜4はダイオードを示してい
る。I1 〜I4 は電流の流れ方向を表している。
【0039】第一に、SW1をONにすると、正極性の
負荷が電流I1 の流れ方向に充電する。次に、SW1が
OFFになってから、SW2を瞬時にONにすることに
より、充電された電荷が、SW2とD4を通ってI3 の
方向に充電される。また次に、SW2がOFFになって
から、SW3をONにすると、負極性の負荷が電流I2
の流れ方向に充電する。次に、SW3がOFFになって
から、SW4を瞬時にONにすることにより、充電され
た電荷が、SW4とD2を通ってI4 の方向に充電され
る。上記一連の操作を繰り返し、図5の出力パルスを得
ることができる。表1にこの動作表を示す。
負荷が電流I1 の流れ方向に充電する。次に、SW1が
OFFになってから、SW2を瞬時にONにすることに
より、充電された電荷が、SW2とD4を通ってI3 の
方向に充電される。また次に、SW2がOFFになって
から、SW3をONにすると、負極性の負荷が電流I2
の流れ方向に充電する。次に、SW3がOFFになって
から、SW4を瞬時にONにすることにより、充電され
た電荷が、SW4とD2を通ってI4 の方向に充電され
る。上記一連の操作を繰り返し、図5の出力パルスを得
ることができる。表1にこの動作表を示す。
【0040】
【表1】
【0041】この回路の利点は、負荷のインピーダンス
が高い場合であっても、充電されている電荷をSW2と
D4又はSW4とD2を動作させることによって確実に
放電することができる点、及び、高速ターンオンのスイ
ッチ素子であるSW1、SW3を使って高速に充電を行
うことができる点にあり、このため、図5のように立ち
上がり時間、立ち下がり時間の非常に早いパルス信号を
得ることができる。
が高い場合であっても、充電されている電荷をSW2と
D4又はSW4とD2を動作させることによって確実に
放電することができる点、及び、高速ターンオンのスイ
ッチ素子であるSW1、SW3を使って高速に充電を行
うことができる点にあり、このため、図5のように立ち
上がり時間、立ち下がり時間の非常に早いパルス信号を
得ることができる。
【0042】上記の方法により得られる放電に於いて、
対向電極間の放電電流密度は、0.2〜300mA/c
m2 となされていることが好ましい。
対向電極間の放電電流密度は、0.2〜300mA/c
m2 となされていることが好ましい。
【0043】上記放電電流密度とは、放電により電極間
に流れる電流値を、放電空間に於ける電流の流れ方向と
直交する方向の面積で除した値を言い、電極として平行
平板型のものを用いた場合には、その対向面積で上記電
流値を除した値に相当する。本発明では電極間にパルス
電界を形成するため、パルス状の電流が流れるが、この
場合にはそのパルス電流の最大値、つまりピーク−ピー
ク値を、上記の面積で除した値をいう。
に流れる電流値を、放電空間に於ける電流の流れ方向と
直交する方向の面積で除した値を言い、電極として平行
平板型のものを用いた場合には、その対向面積で上記電
流値を除した値に相当する。本発明では電極間にパルス
電界を形成するため、パルス状の電流が流れるが、この
場合にはそのパルス電流の最大値、つまりピーク−ピー
ク値を、上記の面積で除した値をいう。
【0044】大気圧近傍の圧力下でのグロー放電では、
下記に示すように、放電電流密度がプラズマ密度を反映
し、積層膜の製造を左右する値であることが、本発明者
らの研究により明らかにされており、電極間の放電電流
密度を前記した0.2〜300mA/cm2 の範囲とす
ることにより、均一な放電プラズマを発生して良好な積
層膜の製造結果を得ることができる。
下記に示すように、放電電流密度がプラズマ密度を反映
し、積層膜の製造を左右する値であることが、本発明者
らの研究により明らかにされており、電極間の放電電流
密度を前記した0.2〜300mA/cm2 の範囲とす
ることにより、均一な放電プラズマを発生して良好な積
層膜の製造結果を得ることができる。
【0045】本発明に使用される基材としては、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサ
ルファイト、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラ
フルオロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチック、ガ
ラス、セラミック、金属等が挙げられる。基材の形状と
しては、特に限定されるものではないが、連続して処理
を行うので、板状、フィルム状、パイプ状など長尺型の
基材に適している。
チレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネ
ート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサ
ルファイト、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラ
フルオロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチック、ガ
ラス、セラミック、金属等が挙げられる。基材の形状と
しては、特に限定されるものではないが、連続して処理
を行うので、板状、フィルム状、パイプ状など長尺型の
基材に適している。
【0046】本発明に於いて、放電プラズマ発生空間に
存在する気体(以下、処理用ガスと呼ぶ)の選択により
任意の薄膜の積層が可能である。
存在する気体(以下、処理用ガスと呼ぶ)の選択により
任意の薄膜の積層が可能である。
【0047】処理用ガスとしては、フッ素含有化合物ガ
スを用いることによって、基材表面にフッ素含有基を形
成させて表面エネルギーを低くし、撥水性表面を得るこ
とができる。
スを用いることによって、基材表面にフッ素含有基を形
成させて表面エネルギーを低くし、撥水性表面を得るこ
とができる。
【0048】フッ素元素含有化合物としては、6フッ化
プロピレン(CF3 CFCF2 )、8フッ化シクロブタ
ン(C4 F8 )等のフッ素−炭素化合物が挙げられる。
安全上の観点から、有害ガスであるフッ化水素を生成し
ない6フッ化プロピレン、8フッ化シクロブタンを用い
る。
プロピレン(CF3 CFCF2 )、8フッ化シクロブタ
ン(C4 F8 )等のフッ素−炭素化合物が挙げられる。
安全上の観点から、有害ガスであるフッ化水素を生成し
ない6フッ化プロピレン、8フッ化シクロブタンを用い
る。
【0049】又、分子内に親水性基と重合性不飽和結合
を有するモノマーの雰囲気下で処理を行うことにより、
親水性の重合膜を堆積させることもできる。上記親水性
基としては、水酸基、スルホン酸基、スルホン酸塩基、
1級若しくは2級又は3級アミノ基、アミド基、4級ア
ンモニウム塩基、カルボン酸基、カルボン酸塩基等の親
水性基等が挙げられる。又、ポリエチレングリコール鎖
を有するモノマーを用いても同様に親水性重合膜を堆積
が可能である。
を有するモノマーの雰囲気下で処理を行うことにより、
親水性の重合膜を堆積させることもできる。上記親水性
基としては、水酸基、スルホン酸基、スルホン酸塩基、
1級若しくは2級又は3級アミノ基、アミド基、4級ア
ンモニウム塩基、カルボン酸基、カルボン酸塩基等の親
水性基等が挙げられる。又、ポリエチレングリコール鎖
を有するモノマーを用いても同様に親水性重合膜を堆積
が可能である。
【0050】上記モノマーとしては、アクリル酸、メタ
クリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N
−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸ナトリウム、メ
タクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、メタクリ
ル酸カリウム、スチレンスルホン酸ナトリウム、アリル
アルコール、アリルアミン、ポリエチレングリコールジ
メタクリル酸エステル、ポリエチレングリコールジアク
リル酸エステルなどが挙げられ、これらの少なくとも1
種が使用できる。
クリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N
−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸ナトリウム、メ
タクリル酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、メタクリ
ル酸カリウム、スチレンスルホン酸ナトリウム、アリル
アルコール、アリルアミン、ポリエチレングリコールジ
メタクリル酸エステル、ポリエチレングリコールジアク
リル酸エステルなどが挙げられ、これらの少なくとも1
種が使用できる。
【0051】又、処理用ガスとして、金属含有ガスが好
適に使用できる。金属としては、例えば、Al、Sb、
As、Bi、B、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、G
a、Ge、Au、In、Ir、Hf、Fe、Pb、L
i、Na、Mg、Mn、Hg、Mo、Ni、P、Pt、
Po、Rh、Se、Si、S、Ta、Te、Sn、T
i、W、V、Y、Zr、Zn等の金属が挙げられ、該金
属を含有するガスとしては、金属有機化合物、金属−ハ
ロゲン化合物、金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合
物、金属アルコキシド等の処理用ガスが挙げられる。
適に使用できる。金属としては、例えば、Al、Sb、
As、Bi、B、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、G
a、Ge、Au、In、Ir、Hf、Fe、Pb、L
i、Na、Mg、Mn、Hg、Mo、Ni、P、Pt、
Po、Rh、Se、Si、S、Ta、Te、Sn、T
i、W、V、Y、Zr、Zn等の金属が挙げられ、該金
属を含有するガスとしては、金属有機化合物、金属−ハ
ロゲン化合物、金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合
物、金属アルコキシド等の処理用ガスが挙げられる。
【0052】具体的には、金属がSiである場合を例に
とって説明すると、テトラメチルシラン〔Si(C
H3 )4 〕、ジメチルシラン〔Si(CH3 )
2 H2 〕、テトラエチルシラン〔Si(C2 H5 )4 〕
等の有機金属化合物;4フッ化珪素(SiF4 )、4塩
化珪素(SiCl4 )、2塩化珪素(SiH2 Cl2 )
等の金属ハロゲン化合物;モノシラン(SiH4 )、ジ
シラン(SiH3 SiH3 )、トリシラン(SiH3 S
iH2 SiH3 )等の金属水素化合物;テトラメトキシ
シラン〔Si(OCH3 )4 〕、テトラエトキシシラン
〔Si(OC2 H5 )4 〕等の金属アルコキシド等が挙
げられ、必要に応じて、他の金属を含めこれらの少なく
とも1種が使用できる。上記の金属含有ガスに於いて、
安全性を考慮して、金属アルコキシドや金属ハロゲン化
合物などの常温、大気中で発火、爆発など危険性がない
ものが好ましく、腐食性、有害ガスの発生の点から、金
属アルコキシドが好適に使用される。
とって説明すると、テトラメチルシラン〔Si(C
H3 )4 〕、ジメチルシラン〔Si(CH3 )
2 H2 〕、テトラエチルシラン〔Si(C2 H5 )4 〕
等の有機金属化合物;4フッ化珪素(SiF4 )、4塩
化珪素(SiCl4 )、2塩化珪素(SiH2 Cl2 )
等の金属ハロゲン化合物;モノシラン(SiH4 )、ジ
シラン(SiH3 SiH3 )、トリシラン(SiH3 S
iH2 SiH3 )等の金属水素化合物;テトラメトキシ
シラン〔Si(OCH3 )4 〕、テトラエトキシシラン
〔Si(OC2 H5 )4 〕等の金属アルコキシド等が挙
げられ、必要に応じて、他の金属を含めこれらの少なく
とも1種が使用できる。上記の金属含有ガスに於いて、
安全性を考慮して、金属アルコキシドや金属ハロゲン化
合物などの常温、大気中で発火、爆発など危険性がない
ものが好ましく、腐食性、有害ガスの発生の点から、金
属アルコキシドが好適に使用される。
【0053】上記の金属含有ガスが気体であれば、放電
空間にそのまま導入することができるが、液体、固体状
であれば、気化装置を経て放電空間に導入すればよい。
空間にそのまま導入することができるが、液体、固体状
であれば、気化装置を経て放電空間に導入すればよい。
【0054】経済性及び安全性の観点から、上記処理用
ガス単独の雰囲気よりも、希釈ガスで薄められた雰囲気
中で処理を行うことが好ましい。希釈ガスとしては、例
えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガ
ス、窒素ガス等が挙げられ、これらの少なくとも1種が
使用される。又、希釈ガスを用いる場合、処理用ガスの
割合は1〜10体積%であることが好ましい。
ガス単独の雰囲気よりも、希釈ガスで薄められた雰囲気
中で処理を行うことが好ましい。希釈ガスとしては、例
えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガ
ス、窒素ガス等が挙げられ、これらの少なくとも1種が
使用される。又、希釈ガスを用いる場合、処理用ガスの
割合は1〜10体積%であることが好ましい。
【0055】尚、上述したように、雰囲気ガス(処理用
ガス)としては電子を多く有する化合物のほうがプラズ
マ密度を高め高速処理を行う上で有利である。そのた
め、アルゴン及び/又は窒素が、入手が容易で、安価で
あり、処理速度も高速に行える点で好適である。
ガス)としては電子を多く有する化合物のほうがプラズ
マ密度を高め高速処理を行う上で有利である。そのた
め、アルゴン及び/又は窒素が、入手が容易で、安価で
あり、処理速度も高速に行える点で好適である。
【0056】図6に本発明の積層膜の連続製造を行う装
置の一例を示して、以下、本発明の製造方法を具体的に
説明する。図6に示される様に、本発明の装置は、主と
して、高電圧パルス電源部10、複数の小単位の放電プ
ラズマ処理装置20、21、22、23、巻出ロール8
0及び引取ロール81から構成され、各小単位の放電プ
ラズマ処理装置20、21、22、23は、それぞれ、
上部電極30、31、32、33、下部電極40、4
1、42、43、処理用ガス供給部50、51、52、
53、固体誘電体70、71、72、73、74、7
5、76、77から構成されている。
置の一例を示して、以下、本発明の製造方法を具体的に
説明する。図6に示される様に、本発明の装置は、主と
して、高電圧パルス電源部10、複数の小単位の放電プ
ラズマ処理装置20、21、22、23、巻出ロール8
0及び引取ロール81から構成され、各小単位の放電プ
ラズマ処理装置20、21、22、23は、それぞれ、
上部電極30、31、32、33、下部電極40、4
1、42、43、処理用ガス供給部50、51、52、
53、固体誘電体70、71、72、73、74、7
5、76、77から構成されている。
【0057】尚、図6の点線部分は、小単位の放電プラ
ズマ処理装置が、複数個配置されていることを示してい
るが、図6では、説明の都合上、全ての小単位の放電プ
ラズマ処理装置を4個の小単位の放電プラズマ処理装置
20、21、22、23で代表させ、上部下部電極、固
体誘電体、処理用ガス供給部等はこれに対応させた符号
が付してある。又、固体誘電体については、70〜73
が下部電極40〜43に、74〜77が上部電極30〜
33に装着された固体誘電体を示し、対向電極の少なく
とも一方に装着されていることが必要である。
ズマ処理装置が、複数個配置されていることを示してい
るが、図6では、説明の都合上、全ての小単位の放電プ
ラズマ処理装置を4個の小単位の放電プラズマ処理装置
20、21、22、23で代表させ、上部下部電極、固
体誘電体、処理用ガス供給部等はこれに対応させた符号
が付してある。又、固体誘電体については、70〜73
が下部電極40〜43に、74〜77が上部電極30〜
33に装着された固体誘電体を示し、対向電極の少なく
とも一方に装着されていることが必要である。
【0058】各種の処理用ガス90〜93は、隣接した
各小単位の放電プラズマ処理装置20〜23の対向電極
(即ち、30/40、31/41、32/42、33/
43)間毎に大気圧近傍の圧力下で、目的に応じて、任
意の種類が選択されて導入され、各電極に上述の条件に
よるパルス化された電界が印加されて、処理用ガスの種
類に応じた放電プラズマが発生させられ、これに基材6
0が接触させられて、各種の薄膜が基材の上に堆積さ
れ、多層の積層膜61が形成される。各小単位の放電プ
ラズマ処理装置に導入される処理用ガスの種類は、目的
により異なり、同種であっても、異種であっても構わな
い。
各小単位の放電プラズマ処理装置20〜23の対向電極
(即ち、30/40、31/41、32/42、33/
43)間毎に大気圧近傍の圧力下で、目的に応じて、任
意の種類が選択されて導入され、各電極に上述の条件に
よるパルス化された電界が印加されて、処理用ガスの種
類に応じた放電プラズマが発生させられ、これに基材6
0が接触させられて、各種の薄膜が基材の上に堆積さ
れ、多層の積層膜61が形成される。各小単位の放電プ
ラズマ処理装置に導入される処理用ガスの種類は、目的
により異なり、同種であっても、異種であっても構わな
い。
【0059】各組毎の対向電極間に導入する処理用ガス
は、公知の方法で導入できるが、基材の表面に均一に且
つ効果的に薄膜を形成・堆積させるために、基材の走行
方向と逆の方向から大気圧近傍の圧力下で処理用ガスを
連続的に基材の走行速度以上のガス速度で接触させるよ
うにすることが好ましい。
は、公知の方法で導入できるが、基材の表面に均一に且
つ効果的に薄膜を形成・堆積させるために、基材の走行
方向と逆の方向から大気圧近傍の圧力下で処理用ガスを
連続的に基材の走行速度以上のガス速度で接触させるよ
うにすることが好ましい。
【0060】従って、処理用ガス供給部は、基材の走行
方向と逆の方向から所望の処理用ガスを連続的に基材の
走行速度以上のガス速度で接触させるように配設したガ
ス流発生機構を有している。ガス流発生機構としては、
スリットやノズル状のガス供給器によって処理用ガスを
吹き出す方法、基材処理面に対向する電極に所望の方向
に処理用ガスを供給する孔を設けてこれを吹き出す方
法、ポンプ、ブロアー、送風機を用いて電極間に供給・
循環する方法等が挙げられる。
方向と逆の方向から所望の処理用ガスを連続的に基材の
走行速度以上のガス速度で接触させるように配設したガ
ス流発生機構を有している。ガス流発生機構としては、
スリットやノズル状のガス供給器によって処理用ガスを
吹き出す方法、基材処理面に対向する電極に所望の方向
に処理用ガスを供給する孔を設けてこれを吹き出す方
法、ポンプ、ブロアー、送風機を用いて電極間に供給・
循環する方法等が挙げられる。
【0061】具体的に例示すれば、処理用ガス供給部5
0、51、52、53は、図6に示される様に配置さ
れ、処理用ガスが基材の走行方向と逆方向から供給され
る。又、処理用ガスの供給方法として、図7に示される
様に、小単位の放電プラズマ処理装置毎に、処理用ガス
90がターボブロアー100によって、基材の走行速度
以上のガス速度で接触させると同時に循環させる構成に
してもよい。
0、51、52、53は、図6に示される様に配置さ
れ、処理用ガスが基材の走行方向と逆方向から供給され
る。又、処理用ガスの供給方法として、図7に示される
様に、小単位の放電プラズマ処理装置毎に、処理用ガス
90がターボブロアー100によって、基材の走行速度
以上のガス速度で接触させると同時に循環させる構成に
してもよい。
【0062】本発明に於いて、図6に示されるように、
高電圧パルス電源部10は、各小単位の放電プラズマ処
理装置の電源に共通に使用されているが、本発明の方法
に於いて、放電プラズマを発生させる条件を満足する限
り、個々に独立した電源を使用しても何ら構わない。
高電圧パルス電源部10は、各小単位の放電プラズマ処
理装置の電源に共通に使用されているが、本発明の方法
に於いて、放電プラズマを発生させる条件を満足する限
り、個々に独立した電源を使用しても何ら構わない。
【0063】
【作用】本発明の積層膜の形成方法は、上述で説明した
ように、異なる種類のガス組成の雰囲気で、圧力が大気
圧近傍になるように制御させた領域を複数箇所設け、こ
の各領域にパルス化された電界を印加して、安定的した
高密度プラズマを発生させると同時に、基材をこの各領
域に順次連続的に供給して、該基材の表面に各種の薄膜
を堆積させて積層膜を形成する方法であるので、上記領
域のガスの種類を変えることにより、ガスの種類に対応
した各種の特性をもつ複数の薄膜を、同時に高速で連続
的に積層させることができる。
ように、異なる種類のガス組成の雰囲気で、圧力が大気
圧近傍になるように制御させた領域を複数箇所設け、こ
の各領域にパルス化された電界を印加して、安定的した
高密度プラズマを発生させると同時に、基材をこの各領
域に順次連続的に供給して、該基材の表面に各種の薄膜
を堆積させて積層膜を形成する方法であるので、上記領
域のガスの種類を変えることにより、ガスの種類に対応
した各種の特性をもつ複数の薄膜を、同時に高速で連続
的に積層させることができる。
【0064】又、本発明の積層膜の形成装置は、上述の
ように構成されているので、常圧で処理を行うことがで
き、大型の真空ポンプや大型の減圧容器が不要で、従来
のような大型の設備を要しない。従って、基材の供給、
基材の変更、ガス組成の変更が自由にでき、各種の積層
膜の製造を経済的に行うことができる。
ように構成されているので、常圧で処理を行うことがで
き、大型の真空ポンプや大型の減圧容器が不要で、従来
のような大型の設備を要しない。従って、基材の供給、
基材の変更、ガス組成の変更が自由にでき、各種の積層
膜の製造を経済的に行うことができる。
【0065】
【発明の実施の形態】以下に実施例を掲げて本発明を更
に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定
されるものではない。尚、以下の実施例では、図4の等
価回路図による高電圧パルス電源(ハイデン研究所社
製、半導体素子:IXYS社製、型番IXBH40N1
60−627Gを使用)を用いた。
に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定
されるものではない。尚、以下の実施例では、図4の等
価回路図による高電圧パルス電源(ハイデン研究所社
製、半導体素子:IXYS社製、型番IXBH40N1
60−627Gを使用)を用いた。
【0066】実施例1 4個の小単位の放電プラズマ処理装置を隣接して有する
装置(図6に示す装置の内、点線部分を除いたもの)に
於いて、処理用ガス供給部50〜53として、スリット
状のガス吹き出し口を有するものを用い、積層膜の形成
装置とした。尚、小単位の放電プラズマ処理装置の上部
電極30〜33、下部電極40〜43は、共に、幅35
0×長さ150mmのサイズで、両電極の対向面に固体
誘電体70〜77として、肉厚1.5mmの酸化アルミ
ニウムを溶射法でコーティングしたものを使用した。
装置(図6に示す装置の内、点線部分を除いたもの)に
於いて、処理用ガス供給部50〜53として、スリット
状のガス吹き出し口を有するものを用い、積層膜の形成
装置とした。尚、小単位の放電プラズマ処理装置の上部
電極30〜33、下部電極40〜43は、共に、幅35
0×長さ150mmのサイズで、両電極の対向面に固体
誘電体70〜77として、肉厚1.5mmの酸化アルミ
ニウムを溶射法でコーティングしたものを使用した。
【0067】基材60は、厚み50μm、幅300mm
のポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製ルミ
ラーT50、接触角70度、以下、PETフィルムと呼
ぶ)を使用した。
のポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製ルミ
ラーT50、接触角70度、以下、PETフィルムと呼
ぶ)を使用した。
【0068】上記の積層膜の形成装置に、基材60のP
ETフィルムを巻出ロール80、巻取ロール81を介し
て、走行速度:10m/minで、各小単位の放電プラ
ズマ処理装置に導入し、表2に示す諸条件(処理用ガス
組成、総流量、電界波形、立ち上がり時間、波高値、周
波数、パルス継続時間、放電電流密度)で、放電プラズ
マで励起した処理用ガスをPETフィルムの片面に接触
させて、積層膜を形成した。
ETフィルムを巻出ロール80、巻取ロール81を介し
て、走行速度:10m/minで、各小単位の放電プラ
ズマ処理装置に導入し、表2に示す諸条件(処理用ガス
組成、総流量、電界波形、立ち上がり時間、波高値、周
波数、パルス継続時間、放電電流密度)で、放電プラズ
マで励起した処理用ガスをPETフィルムの片面に接触
させて、積層膜を形成した。
【0069】尚、処理用ガスは、処理用ガス供給部50
〜53から各電極間に、それぞれ、総流量30SLMで
導入した。処理用ガス供給部50、52には4体積%の
テトライソ−プロポキシチタネート〔Ti(i−OP
r)4 〕を含む窒素ガス、処理用ガス供給部51、53
には2体積%のテトラエトキシシラン〔Si(OC2 H
5 )4 〕と2体積%の酸素ガスを含む窒素ガスを使用し
て、PETフィルムへの積層順に第1層〜第4層と数
え、第1層と第3層には、酸化チタン(TiO2 )の薄
膜、第2層と第4層には、酸化珪素(SiO2 )の薄膜
を積層して、PETフィルムの4層積層膜を形成した。
〜53から各電極間に、それぞれ、総流量30SLMで
導入した。処理用ガス供給部50、52には4体積%の
テトライソ−プロポキシチタネート〔Ti(i−OP
r)4 〕を含む窒素ガス、処理用ガス供給部51、53
には2体積%のテトラエトキシシラン〔Si(OC2 H
5 )4 〕と2体積%の酸素ガスを含む窒素ガスを使用し
て、PETフィルムへの積層順に第1層〜第4層と数
え、第1層と第3層には、酸化チタン(TiO2 )の薄
膜、第2層と第4層には、酸化珪素(SiO2 )の薄膜
を積層して、PETフィルムの4層積層膜を形成した。
【0070】得られた積層膜の各層の屈折率、及び、膜
厚をエリプソメーター(溝尻光学工業所社製、BVA−
36VW)を用いて測定し、結果を表2に纏めた。更
に、上記PETの4層積層膜の反射率を分光光度計(日
立製作所製、U−3000)で測定した所、可視光線平
均(波長400〜700nm)反射率が、PETフィル
ム単独が約7%であるのに対し、0.2%であったの
で、反射防止機能が付与されていることが明らかとなっ
た。
厚をエリプソメーター(溝尻光学工業所社製、BVA−
36VW)を用いて測定し、結果を表2に纏めた。更
に、上記PETの4層積層膜の反射率を分光光度計(日
立製作所製、U−3000)で測定した所、可視光線平
均(波長400〜700nm)反射率が、PETフィル
ム単独が約7%であるのに対し、0.2%であったの
で、反射防止機能が付与されていることが明らかとなっ
た。
【0071】
【表2】
【0072】実施例2 第3層の薄膜を酸化錫(SnO2 )にするために、処理
用ガス供給部52に、1体積%の4メチル錫〔Sn(C
H3 )4 〕と4体積%の酸素ガスを含む窒素ガスを導入
し、上部電極32と下部電極42の電極間に表2に示す
諸条件のパルス化電界を印加して放電プラズマ発生させ
た以外は、実施例1と同様にして積層膜を製造した。
用ガス供給部52に、1体積%の4メチル錫〔Sn(C
H3 )4 〕と4体積%の酸素ガスを含む窒素ガスを導入
し、上部電極32と下部電極42の電極間に表2に示す
諸条件のパルス化電界を印加して放電プラズマ発生させ
た以外は、実施例1と同様にして積層膜を製造した。
【0073】得られた第3層目の積層膜の表面抵抗値を
測定した所、108 Ω/□ であり、帯電防止機能と反
射防止機能(反射率:0.3%)を有した積層膜であっ
た。又、表2に示した様に、第1層の酸化チタン膜、第
2層と第4層の酸化珪素膜は、実施例1と同じ屈折率、
膜厚を有していた。
測定した所、108 Ω/□ であり、帯電防止機能と反
射防止機能(反射率:0.3%)を有した積層膜であっ
た。又、表2に示した様に、第1層の酸化チタン膜、第
2層と第4層の酸化珪素膜は、実施例1と同じ屈折率、
膜厚を有していた。
【0074】比較例1 実施例1に使用した連続製造装置の対向電極間に、si
n波の連続電界を印加した所、実施例1の処理用ガスの
ガス雰囲気下では、均一な放電プラズマが発生しなかっ
た。そのため、希釈ガスの窒素ガスをヘリウムガス(H
e)に変え、このヘリウムガス大気圧雰囲気中で、実施
例1と同様にして、積層膜の形成を行った。得られた薄
膜は、表面がべたついており、強固な薄膜は得られなか
った。得られた積層膜の屈折率、膜厚を表2に示す。
n波の連続電界を印加した所、実施例1の処理用ガスの
ガス雰囲気下では、均一な放電プラズマが発生しなかっ
た。そのため、希釈ガスの窒素ガスをヘリウムガス(H
e)に変え、このヘリウムガス大気圧雰囲気中で、実施
例1と同様にして、積層膜の形成を行った。得られた薄
膜は、表面がべたついており、強固な薄膜は得られなか
った。得られた積層膜の屈折率、膜厚を表2に示す。
【0075】上述のように、本発明の積層膜の形成方法
によれば、比較例に比べ、高密度のプラズマが得られる
ので、比較例と比べて、膜厚が大きい薄膜が得られてお
り、生成速度も早く、良質の積層膜が形成できる。
によれば、比較例に比べ、高密度のプラズマが得られる
ので、比較例と比べて、膜厚が大きい薄膜が得られてお
り、生成速度も早く、良質の積層膜が形成できる。
【0076】
【発明の効果】本発明の積層膜の形成方法は、上述のよ
うに構成されているので、大気圧近傍の圧力下で、目的
に応じて処理用ガスを選択することにより、基材の表面
に高速で且つ連続的に各種の機能を有する薄膜を積層す
ることができる。従って、本発明の方法を用いて、反射
防止膜、光選択透過膜、赤外線反射膜、帯電防止膜、電
磁波シール膜、半導体デバイス材料など各種機能膜の製
造に利用できる。
うに構成されているので、大気圧近傍の圧力下で、目的
に応じて処理用ガスを選択することにより、基材の表面
に高速で且つ連続的に各種の機能を有する薄膜を積層す
ることができる。従って、本発明の方法を用いて、反射
防止膜、光選択透過膜、赤外線反射膜、帯電防止膜、電
磁波シール膜、半導体デバイス材料など各種機能膜の製
造に利用できる。
【0077】又、本発明の積層膜の連続製造装置は、従
来の様に、減圧系にする必要がないので、大型の排気装
置が不要であり、原料や製品の搬入・搬出が容易となる
ので、生産操業性、生産設備の経済性の点から、極めて
有用である。
来の様に、減圧系にする必要がないので、大型の排気装
置が不要であり、原料や製品の搬入・搬出が容易となる
ので、生産操業性、生産設備の経済性の点から、極めて
有用である。
【0078】
【図1】 パルス電界の例を示す電圧波形図である。
【図2】 パルス継続時間の説明図である。
【図3】 パルス電界を発生させる電源のブロック図で
ある。
ある。
【図4】 パルス電界を発生させる電源の等価回路図で
ある。
ある。
【図5】 パルス電界の動作表に対応する出力パルス信
号の図である。
号の図である。
【図6】 本発明の積層膜の連続製造装置の一例であ
る。
る。
【図7】 小単位の放電プラズマ処理装置に於けるガス
流発生機構の一例を示す図である。
流発生機構の一例を示す図である。
10 高電圧パルス電源部 20、21、22、23 小単位の放電プラズマ処理装
置 30、31、32、33 上部電極 40、41、42、43 下部電極 50、51、52、53 処理用ガス供給部 60 基材 61 積層膜 70、71、72〜77 固体誘電体 80 巻出ロール 81 引取ロール 90、91、92、93 処理用ガス 100 ターボブロアー
置 30、31、32、33 上部電極 40、41、42、43 下部電極 50、51、52、53 処理用ガス供給部 60 基材 61 積層膜 70、71、72〜77 固体誘電体 80 巻出ロール 81 引取ロール 90、91、92、93 処理用ガス 100 ターボブロアー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C08J 7/00 306 C08J 7/00 306 H01L 21/31 H01L 21/31 C D06M 10/00 G
Claims (5)
- 【請求項1】 少なくとも一方の対向面に固体誘電体が
設置された対向電極が複数組隣接され、各組毎の対向電
極間に処理用ガスを導入して、大気圧近傍の圧力とな
し、各組の対向電極間に電圧立ち上がり時間が100μ
s以下、電界強度が1〜100kV/cmのパルス化さ
れた電界を印加することにより、グロー放電プラズマを
発生させ、前記複数組の対向電極間に、基材を連続して
通過させることを特徴とする積層膜の形成方法。 - 【請求項2】 パルス化された電界に於いて、周波数が
0.5〜100kHz、パルス継続時間が1〜1000
μsとなされていることを特徴とする請求項1に記載の
積層膜の形成方法。 - 【請求項3】 高電圧直流を供給可能な直流電圧供給
部、並びに、ターンオン時間及びターンオフ時間が50
0ns以下である半導体素子により当該高電圧直流を高
電圧パルスに変換するパルス制御部から構成される高電
圧パルス電源によりパルス化された電界を印加すること
を特徴とする請求項1又は2に記載の積層膜の形成方
法。 - 【請求項4】 複数組の対向電極のいずれか1組以上に
導入される処理用ガスが、金属元素含有ガスを含むこと
を特徴とする請求項1、2又は3に記載の積層膜の形成
方法。 - 【請求項5】 少なくとも一方の対向面に固体誘電体を
設置した対向電極が複数組隣接されてなり、前記複数組
の対向電極間を基材が連続的して走行するようになされ
た基材走行部、各組毎に基材の走行方向と逆の方向から
基材の走行速度以上のガス速度で処理用ガスを対向電極
間に供給するための処理用ガス供給部、及び、対向電極
間にパルス化された電界を印加するようになされている
高電圧パルス電源を備えてなる積層膜の形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9186314A JPH1129873A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | 積層膜の形成方法及びその形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9186314A JPH1129873A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | 積層膜の形成方法及びその形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1129873A true JPH1129873A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16186173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9186314A Pending JPH1129873A (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | 積層膜の形成方法及びその形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1129873A (ja) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1997
- 1997-07-11 JP JP9186314A patent/JPH1129873A/ja active Pending
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