JPH01255107A - 導電性ポリマーの生産方法及びその生産装置 - Google Patents

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、プラズマ発生装置によってＮ篤メタンガスを
プラズマ処理し、導電性、耐熱性、透明性を有する新規
なポリマー素材を生産する方法とその生産装置に関する
。

「従来の技術」 電子サイクロトロン共鳴を応用したプラズマ発生装置（
以下、ＥＣＲプラズマ発生装置という）を使って基板面
上に絶縁性膜を形成する半導体製造手段が知られている
。

第１図はＥＣＲプラズマ発生装置の一例を示す簡略的な
構成図である。

プラズマが発生するプラズマ室１１は金属製材の外殻で
円筒形状にしである。

プラズマ室１１の一方側には空室１２が設けられ、この
空室１２は管１３を介して排気装置（真空ポンプ）に接
続され、また、その−側壁にはサンプルを出し入れする
扉１４が備えられている。なお、扉１４には観測窓１５
が設けてあって、これよりプラズマ室１１や上記空室１
２内を覗き見ることができる。

プラズマ室１１の他方側はほとんど損失を与えないでマ
イクロ波エネルギーを透過させる石英ガラス板１６によ
って閉じられている。

また、上記プラズマ室１１の外殻はプラズマによって加
熱されるため、二重構造となっており、この間に形成さ
れた冷却室１７に冷却水を流して水冷する。

マイクロ波発生源１８で作られたマイクロ波エネルギー
は金属製の導波管１９の内部を伝達し上記した石英ガラ
ス板１６を通ってプラズマ室１１内に供給される。

プラズマ室１１の外周には、このプラズマ室円筒と同心
的に構成した電磁コイル２０が装備してあり、この電磁
コイル２０が励磁電源２１からの電流によって励磁され
、プラズマ室１１内部で電子がサイクロトロン運動を起
こすに必要な磁束密度となるようになっている。

」１記したＥＣＲプラズマ発生装置を半導体の製造に使
用する場合には、図示するように、単結晶シリコン板２
２を基板支持具２３によって固定し、また、ガス定量供
給器２４からガス導入管２５を介してプラズマ室１１内
に所定のガスを供給する。

この場合の供給ガスは、シラン（Ｓ　ｉ　Ｈ，）と窒素
ガス（Ｎ２）　、或いは、シラン（Ｓ　ｉ　Ｈ，）と酸
素（０２）を使用する。

シリコン板２２に窒化ケイン（Ｓ　ｉ　Ｎ）の絶縁性膜
を作る場合は、シリコン板２２の付近にＳ　ｉ　Ｈ４ガ
スを流しておき、プラズマ室１１にはＮ２ガスを流し窒
素プラズマを発生させる。プラズマによって活性化され
た原子状窒素ＮはＳｉＨ，のシリコン（Ｓｉ）と結合し
、ＳｉＮとなるが同時にできるアンモンニア（ＮＨ３）
　、水素（ｒ−ｒ　ｚ　）は気体であるので、シリコン
板２２上には堆積せず、高密度のＳｉＮのみが絶縁性膜
として堆積する。

酸化ケイン（ＳｉＯ２）の絶縁性膜を作る場合も同様で
あるが、ただ、この場合には、Ｎ２ガスに換えて酸素（
０２）ガスが使用される。

上記したようなＳｉＮや５５０２１１！１縁性膜の形成
は半導体の集積回路を製造する上で必要となる一手段と
して用いることができる。

「発明が解決しようとする課題」 上記した従来例では絶縁性膜が形成できるに止まるが１
本発明は上記従来例同様にプラズマを利用して、導電性
、耐熱性、透明性を有する新規なポリマー素材を生産す
る方法及びその生産装置を開発することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 上記した目的を達成するために１本発明では、メタンガ
スをプラズマによって活性化し、メタンプラズマのイオ
ン密度と電子温度が最も高い部所近くにポリマーを析出
させて生産することを特徴とする導電性ポリマーの生産
方法を提案する。

また、本発明では、ＥＣＲプラズマ発生装置と。

このプラズマ発生装置にメタンガスを供給するガス供給
装置と、イオン密度及び電子温度が最も高くなるプラズ
マ発生装置内位置の近くに設けたポリマー堆積用基体と
より構成したことを特徴とする導電性ポリマーの生産装
置を提案する。

「作　用」 プラズマの発生条件とメタンガスのガス圧を適度に定で
メタンガスを供給する。

プラズマの発生によって、いろいろな特性を有するポリ
マーが析出する。

イオン密度と電子温度が最も高くなるプラズマ発生点の
近くに析出したポリマーを取り出す。このようにして取
り出したポリマーは、導電性、耐熱性があると共に、透
明な弾性素材となる。

また、イオン密度及び電子温度が最も高くなるプラズマ
発生点の近くにポリマー堆積用の基体を設けると、この
基体面に上記特性をもった導電性ポリマー膜が一体形成
される。

例えば、堆積用基体として石英ガラスを使用すると、導
電性のあるポリマー膜が一体形成された新規な透明素材
が生産される。

「実施例」 次に、本発明の実施例について図面に沿って説明る。

第１図はＥＣＲプラズマ発生装置を使った本発明の生産
方法及び生産装置の一実施例を示す簡略的な構成図であ
る。

ＥＣＲプラズマ発生装置は従来例のものと同構成としで
あるが、ただ、プラズマ室１１にはガス定量供給器２４
よりメタンガスを供給する構成としである。

また、この実施例では石英ガラス板１６からプラズマ室
１１の筒軸方向に８０ｍｍｆｔｔｉれたプラズマ室壁に
ポリマー堆積用の基板２６が設けである。

プラズマ室１１内のプラズマは供給されたマイクロ波エ
ネルギーを受けた低圧力のガス中セ放電によって生じる
が、外部から磁界を与えてプラズマ中の電子を旋回運動
させ、電子の旋回運動の周期とマイクロ波エネルギーの
周期とが一致したとき電子のサイクロトロン共鳴が起こ
り高いイオン密度のプラズマとなる。

本実施例では、マイクロ波エネルギーの周波数は２４５
０ＭＨｚを使用しており、電子のサイクロトロン共鳴が
起こる磁束密度は８７５ガウスである。

第２図及び第３図はプラズマ室の筒軸線上の磁束密度Ｂ
、イオン密度ｎｅ、電子温度Ｔｅの測定結果を示したも
ので、石英ガラス板１６の板面より８０ｍｍの点で磁束
密度Ｂが８７５ガウスとなり、イオン密度ｎｅ及び電子
温度Ｔｅについても同点で最高値となることが分かった
。

本発明では、このようにイオン密度ｎｅと電子温度Ｔｅ
とが最も高くなるプラズマ発生点を利用すると共に、プ
ラズマ発生条件を適度に定めることによって特殊なポリ
マー素材を生産することに成功した。

すなわち、メタンガスをＩＯ５ＣＣＭの流量で供給し、
真空計（図示省略）の指示値を３Ｘ１０−４Ｔ　ｏｒｒ
で保つようにプラズマ室１１内を排気調整した上で、２
４５０ＭＨｚのマイクロ波エネルギーを２００Ｗで供給
する。

この条件でプラズマを１０時間続けて発生させると、基
板２６上には新らしい素材のポリマー膜が一体的に堆積
する。

このポリマー膜は、導電性、耐熱性、透明性を有する弾
性素材であることが確認された。

発明者等は、従来例と同様に支持具２３によって基板２
６を支持させて石英ガラス板１６から２００ｍｍ雛した
場合、石英ガラス板１６より１５０ｍｍ離して基板２６
を設けた場合、本実施例のように８０ｍｍ離した場合に
ついて各々実験を行ない、第４図に示す可視光分光測定
の結果を確認した。なお、この実験では基板として石英
ガラスを用いた。

第４図に示すＡ曲線は基板２６として用いた石英ガラス
板の透過特性である。

８曲線は本発明の実施例にしたがい石英ガラス板１６か
ら８０ｍｍ離した位置に基板２６を設けたときの堆積ポ
リマー膜の透過特性を示し、紫外線域の波長２６０ｎｍ
に吸収スペクトルを有する透明な膜となる。

Ｃ曲線は上記同様に基板２６を石英ガラス１６から８０
　ｍ　ｍ　Ｍ　シ、マイクロ波エネルギーを５００Ｗに
上げたときに生じた堆積ポリマー膜の透過特性を示し、
可視光領域から紫外線波長にかけて透過率が低下してお
り、茶色の半透明膜となる。

Ｄをもって示す直線は１石英ガラス板１６より１５０　
ｍ　ｍ　ＭＬだ場合と、２００ｍｍ離した場合に確認さ
れた基板２６上の堆積ポリマー膜の透過特性であり、黒
色の不透明膜となる。

以上より分かる通り、２００Ｗのマイクロ波エネルギー
を供給したときのみ特殊なポリマー膜が形成される。

このポリマー膜は上記したように透明でありながら、こ
の膜を４端子測定法で表面測定すると、常温でＩ　０−
５８−ｃ　ｍ−’の導電性を有することが確認された。

また、このポリマー膜の硬さを測定するため、コーン状
のダイヤモンド圧子を押し付けたところ、圧痕が残らな
い弾性を有することが分かった。なお、堆積中はプラズ
マによって３００°Ｃを越える温度となっている基板２
６上に成膜されるため、少なくとも３００’Ｃの耐熱性
を有する。　上記のポリマー膜について再現試験と、成
膜条件の範囲の調査を行なったところ、プラズマ室内の
圧力でＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’〜Ｉ　Ｘ　１．０−３Ｔｏｒ
ｒ、マイクロ波エネルギーの電力ＪｉｋｌＯＯＷ〜３０
０Ｗの１００％メタンガスプラズマ中で成膜されたもの
がほぼ同じ特性のポリマーとなることが判明した。

また、成膜の位置的な条件では、電７−温度が】０電子
ボルト以上、１５電子ボルト以内の場所で好ましいポリ
マー膜が生成し、それ以外のところでは黒色若しくは茶
色の絶縁性膜が生成される。

上記した導電性ポリマーは、３００ｎｍ〜２５μｍの広
い波長範囲にわたって透明であるので、光電変換センサ
ーの透明な電極、或いは、高度の耐熱性を有する弾性素
材となるので、ブラウン管や液晶を利用したデイスプレ
ィ装置の画面に入力指令するタッチセンサーなど様々な
機器、機具として利用することができる。

なお、上記実施例ではＥＣＲプラズマ発生装置を使用し
た実施例について説明したが、同等のイオン密度と電子
温度が得られるものであれば、他の装置を利用して実施
することができるし、また、基板２６を装備しなければ
、プラズマ室１１の壁面にポリマーが堆積するから、必
ずしも基板２６は必要ではない。

「発明の効果」 上記した通り、本発明に係る生産方法及び生産装置によ
れば、導電性、耐熱性、透明性を有し、かつ、弾性をも
った新規なポリマー素材を生産することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はＥＣＲプラズマ発生装胃を利用して実施した本
発明の一実施例を示す簡略的な構成図、第２図及び第３
図は上記プラズマ発生装置のプラズマ室内における磁束
密度、イオン密度及び電子温度の値をプラズマ室との相
対位置にしたがって示した図、第４図はポリマー膜を堆
積させる基板位置を換えて試験したときの測定結果を示
し、紫外線から可視光線領域でのポリマー膜の光線透過
率を示す図、第５図はＥＣＲプラズマ発生装置を利用し
た従来のポリマー膜形成方法を示す簡略的な構成図であ
る。 １１・・・・プラズマ室 １６・・・・石英ガスラ板 １８・・・・マイクロ波発生源 ２０・・・・電磁コイル ２１・・・・励磁電源 ２４・・・・ガス定量供給器 ２６・・・・基板 第２図 −（ｍｍ）− 第　３　図 （ｍｍ）− 第４図 −浪＋　ｎｍ　　−一

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタンガスをプラズマによって活性化し、メタン
   プラズマのイオン密度と電子温度が最も高い部所近くに
   ポリマーを析出させて生産することを特徴とする導電性
   ポリマーの生産方法。
2. （２）ＥＣＲプラズマ発生装置と、このプラズマ発生装
   置にメタンガスを供給するガス供給装置と、イオン密度
   及び電子温度が最も高くなるプラズマ発生装置内位置の
   近くに設けたポリマー堆積用基体とより構成したことを
   特徴とする導電性ポリマーの生産装置。