JPH036204A - プラズマ重合膜の製膜方法 - 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） 本発明は原材料ガスの骨格が保持されたプラズマ重合膜
を作成する方法に関するものである。

（技術技術） 従来のプラズマ重合膜の製膜方法は、第４図のように真
空チャンバーＡ内を真空にし、同チャンバーＡにＭ！ガ
スＴＭＢから放電ガスａを導入し、その後、ＲＦ電源り
から放電用誘導コイルＥ１．１：放電電圧を印加してプ
ラズマを発生させ、この真空チャンバーＡ内にモノマー
供給源Ｆから原材料ガスｂを導入して、この原材料ガス
ｂと前記プラズマとをプラズマ放電場所から離れた場所
Ｇで混合して同原材料ガスを分解させ、その分解生成物
を真空チャンバーＡ内の支持台Ｈの上に設置され且つヒ
ーターＩにより加熱されている基体Ｊ上に堆積させて開
基体Ｊ上にプラズマ重合膜を生成するようにしていた。

なおＫはヒーター用電源、Ｌは真空排気系である。

（発明が解決しようとする課題） 従来のプラズマ重合膜の製膜方法では、原材料ガスをプ
ラズマで分解する際に、プラズマ内の電子のエネルギー
及びプラズマ内の励起種を制御する工夫が不十分である
か、或は全くなされていないため、プラズマによる原材
料ガスの分解制御用が不十分であり、原材料ガスの骨格
がプラズマで滋しく破壊され、得られたプラズマ重合膜
は原材料ガスの骨格が保持されていない、という聞届が
あった。

原材料ガスの骨格が破壊されると、例えば、導電膜を作
る場合は、骨格が破壊されている箇所で導電性が途切れ
るので導電膜とならない。

また５例えば、光素子に製膜するばあいは、骨格がＭ壊
されている箇所で光が敗乱し、光伝送効率が悪くなる。

このため、従来は、プラズマ重合による製膜方法は、原
材料ガスの骨格が破壊されない膜を作る方法としては適
しないとされていた。

（発明の目的） 本発明の目的は、プラズマ重合により、原材料ガスの骨
格が破壊されない膜を作ることができるようにしだ製膜
方法を提供することにある。

（聞届点を解決するための手段） 本発明のプラズマ重合膜の製膜方法は、第１図の真空チ
ャンバー１内で放電プラズマを発生させ、該プラズマと
真空チャンバー１内に供給された原材料ガスとを放電場
所から離れた場所で混合して同原材料ガスを分解させ、
その分解生成物を前記真空チャンバー１内に設置された
基体２上に堆積させて同基体２上にプラズマ重合膜を生
成するプラズマ重合膜の製膜方法において、プラズマが
放電場所から原材料ガスの分解場所へ移動するのに要す
る時間を、放電プラズマの残光が消えるのに要する時間
よりも長くして、プラズマ放電場所から分解場所に移動
する間にプラズマ内に存在する原材料ガス分子の骨格を
著しく破壊する高エネルギー励起種及び高エネルギー電
子を緩和させ、このエネルギー緩和されたプラズマを原
材料ガスと混合させることにより、原材料ガス分子の骨
格が保持されプラズマ重合膜を製膜することを特徴とす
るものである。

第１図は本発明のプラズマ重合膜の製膜方法に使用され
る製膜装置の一例である。

同図においてｌは真空チャンバー、２は基体。

３はＲＦ電源、４は放電ガス源、５はモノマー供給源、
６は放電用誘導コイル、７は真空排気系。

８は基体支持台、９はＲＦ電場遮繭板、ｌＯは基体加熱
用ヒーター、ｌｌはガス流量計、１２は圧力計、１３は
容量式真空計、１４は放電ガス導入管、１５は放電ガス
導入管の支持部、１６はリーク止めの０リング、１７は
ヒーター用電源である。

前記ＲＦ電場遮蔽板９はＲＦ電場が基体２の付近遺漏れ
て基体２付近でグロー放電等が起こり、基体２付近で原
材料ガス分子の骨格を破壊する高エネルギー励起種及び
高エネルギー電子が新たに生成することを防ぐためのも
のである。

支持部１５で放電ガス導入管１４の高さを調整して、ａ
電場所と原材料ガス供給位置の分解場所との距離を調節
できるようにしである。

第１図の製膜装置により重合膜を製膜するには、基体２
を真空チャンバー１内の基体支持台８の上に設置し、同
チャンバー１内を真空に引き、ヒーター用電源１７から
基体加熱用ヒーター１０に電源を供給して基体２を加熱
する。基体２の温度は通常室温から４００℃の間にする
のが望ましいや この状態で放電ガス源４から真空チャンバー１内に放電
ガスａを導入し、真空チャンバー１の内圧が０．１ｔｏ
ｒｒ以下になるようにガス流量を調節する。放電ガスａ
にはＡｒなどの希ガス、水素、窒素等のそれ自体では膜
を形成出来ない不活性ガスを用いる。

放電ガス導入後、前記ＲＦ電源３かも放電用誘導コイル
６に放電電圧を印加してプラズマを発生させる。第１図
の製膜装置では誘導型ＲＦ放電によりプラズマを発生さ
せているが、プラズマ発生方法はこれに限定されるもの
ではなく１例えば平行平板型ＲＦ放電でもよく、またＤ
Ｃからマイクロ波までのどの周波数で放電させてもよい
。

このとき、真空チャンバー１内には７ａ電ガスａとは別
の原材料ガスｂをモノマー供給源５から導入する。原材
料ガスｂは有機物、無機物のいずれでもよい。

そして本発明ではプラズマがプラズマ放電場所から分解
場所に移動する間に、プラズマ内に仔在する原材料ガス
分子の骨格をｉｉ！壊する高エネルギー励起種及び高エ
ネルギー電子を緩和させる。プラズマ内で高エネルギー
励起種及び高エネルギー電子が緩和されるのに要する時
間は、放電プラズマの残光が消えるのに要する時間りで
評価出来るので、プラズマが放電場所から原材料ガスの
分解場所へ移動するのに要する時間を、／ｆｆｌ電プラ
ズマの残光が消えるのに要する時間よりも長くする。

そのため本発明ではプラズマ放電場所と原材料ガスの分
解場所との距離りを、放電プラズマが放電場所から原材
料ガスの分解場所迄移動するのに要する時間がてよりも
長くなるように調節する。

このときＬの取り得る値は、内圧１００ｍｔ。

ｒｒ以下の圧力範囲では次式で与えられる。

Ｌ　、。＋　＝　１ｆ７６０　＋　Ｐｏｔ　Ｆ）　／　
ｆ６０・Ｐ・ｓｌ　Ｘ　ｖ　＜ＬＦ　放電ガス流量（Ｓ
ＣＣＭ） Ｉ〕、真空チャンバーの内圧（ｔｏｒｒ）Ｓ：放電ガス
導入管の断面積（ｃｍ”）て、放電プラズマの残光が消
えるのに要する時間（ｓｅｃ） Ｐｏ：放電ガス供給源のガス内圧（ｔｏｒｒ）距ｍＬの
値はＬ　ｉｎｆの値より大きくなければならないが、極
端に大きく取るとプラズマが拡散したり、エネルギーが
極端に低くなったりして、プラズマ重合の効率が著しく
低下するので、距離りは大きくてもＬ　ｉｎｆの１００
倍以下であることが望ましい。

（作用） 本発明のプラズマ重合膜の製膜方法は、プラズマが放電
場所から原材料ガスの分解場所へ移動するのに要する時
間を、放電プラズマの残光が消えるのに要する時間より
も長くしたので、プラズマがその放電場所から分解場所
に移動する時間が長くなり、その間にプラズマ内に存在
する原材料ガス分子の骨格を破壊する高エネルギー励起
種及び高エネルギー電子が除去或は消滅して緩和される
。このためそれらの励起種及び高エネルギー電子による
原材料ガス分子の骨格破壊が抑えられ。

原材料ガスの骨格が保持されたプラズマ重合膜が生成さ
れる。

（実施例１） 第１図のプラズマ重合膜の製膜装置により、原料ガスに
トルエンを用い、放電ガスａにアルゴンを用い、放電ガ
ス流量１１００５ＣＣ，放電ガス分圧２０ｍ　ｔ　ｏ　
ｒ　ｒ、真空チャンバー１の内圧２１ｍｔｏｒｒ、　ｒ
ｌｌ電ガス導入管１４の断面積０．２ｃｍ２．放電ガス
供給源１！のガス圧力１１４０ｔｏｒｒでプラズマ重合
膜を製膜した。

この条件において放電プラズマの残光が消えるのに要す
る時間は５ｕｓｅｃ、Ｌｉｎｔ’の値は２．４ｃｍであ
る。距離りを５ｃｍにとって製膜を行なった。製膜時間
は６０分、基体２の温度は１５０℃である。基体２には
スライドガラス表面に金を蒸着したものを用いた。

この実施例で得られた重合膜の赤外吸収スペクトルを測
定したところ第２図のスペクトルが得られた。このスペ
クトルはポリスチレンのものとよく一致している。この
ことがらトルエンのメチル基が部分的かつ選択的に分割
され重合していること、及びそれによってトルエンの骨
格がプラズマ重合膜中でも保持されていることがわかる
。

（比較例１） 実施例Ｉとの比較のため、距ｍ＋−を１ｃｍにして実験
を行なった。それ以外の条件は実施例１と同じにした。

この比較例１により得られた重合膜の赤外吸収スペクト
ルを測定したところ第３図のスペクトルが得られた。こ
のスペクトルはポリスチレンのものと大きく異なり、原
材料ガスの骨格がプラズマ重合膜中では保持されていな
いことがわかる。

（比較例２） 実施例１との比較のため、距ｆｉＬを２０ｃｍにして実
験を行なった。それ以外の条件は実施例１のときと同じ
である。この比較例２により得られた重合膜の赤外吸収
スペクトルを測定した。そのスペクトルはポリスチレン
のものと似ているが途中でプラズマが分散したためスペ
クトル強度が弱くなっていることがわかる。

（実施例２） 実施例１でＬ　ｉｎｆの値を変えるため、放電ガス流量
の値を次のように変えて実験を行なった。

放電ガス流ｆｆｉ：　２００ＳＣＣＭ、放電ガス分圧１
０ｍｔｏｒｒ、真空チャンバー１の内圧＝２１ｍｔｏｒ
ｒ、Ｈ電ガス導入管の断面積　１０ｍ２ この条件において放電プラズマの残光が消えるのに要す
る時間は５μｓｅｃ　、　Ｌｉｎｆの値は０１ｃｍであ
る。距離りを５ｃｍにとり製膜を行なった。この実施例
により得られた膜の赤外吸収スペクトルは実施例１で得
られた膿のものと一致しており、原材料ガスの骨格がプ
ラズマ重合膜中でも保持されていることがわかる。

（比較例３） 実施例２で距離りを１５ｃｍに変えて製膜を行なった。

この場合は基体２上にプラズマ重合膜が得られなかった
。

（実施例３） 実施例１で原材料ガスにアニリンを用いてプラズマ重合
膜を製膜した。これにより得られた重合膜の赤外吸収ス
ペクトルを一１１定した結果、膜の中にアニリン骨格の
部分が多く存在し、原材料ガスの骨格がプラズマ重合膜
中でも保持されていることがわかった。

（実施例４） 実施例１で原材料ガスにＰＮＡ　（パラニトロアニリン
）を用いてプラズマ１合膜を製膜した。これにより得ら
れた重合膜の赤外吸収スペクトルを測定した結果、膜の
中にＰＮＡ骨格の部分が多く存在し、原材料ガスの骨格
がプラズマ重合膜中でも］采持されていることがわかっ
た。

（実施例５） 実施例１で原材料ガスにエチルアミンを用いてプラズマ
重合膜を製膜した。これにより得られた重合膜の赤外吸
収スペクトルを測定した結果、膜にはＣ−Ｈ，Ｃ−Ｎ、
Ｎ−Ｈ結合は多く存在するが、Ｃ＝Ｃ，Ｃ＝Ｎ、Ｃ＝Ｎ
結合はほとんど存在せず、エチルアミンのプラズマによ
る破壊が非常に少ないことがわかった。

（実施例６） 実施例１で原材料ガスにヘキサメチルジシロキサン、Ｓ
　ｉ　　（ＣＨ３１３−０＝Ｓ　ｉ　　（（ｊ１３１３
を用いてプラズマ重合膜を製膜した。これにより得られ
た重合膜の赤外吸収スペクトルを測定した結果、膜には
５ｉ−０−５ｉ、５ｉ−Ｃ，５ｉ−ＣＦ１３結合が多く
存在することがわかり、プラズマによるヘキサメチルジ
シロキサンの破壊が非常に少ないことがわかった。

（発明の効果） 本発明のプラズマ重合膜の製膜方法によれば次のような
効果がある。

■、これまでのプラズマ重合では困難とされていた。原
材料ガスの骨格が保持された重合膜を作ることができる
。

■、原材料ガスの骨格が破壊されないので、例えば導電
性の良い導電膜とか、伝送効率のよい光素子用膜等を作
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマ重合膜の製膜方法に使用され
る製膜装置の一例を示す説明図、第２図は実施例１によ
り得られた重合膜の赤外吸収スペクトル図、第３図は比
較例１で得られたプラズマ重合膜の赤外吸収スペクトル
図、第４図は従来のプラズマ１合膜の製膜方法に使用さ
れる製膜装置の説明図である。 １は真空チャンバー ２は基体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　真空チャンバー１内で放電プラズマを発生させ、該プ
   ラズマと真空チャンバー１内に供給された原材料ガスと
   を放電場所から離れた場所で混合して同原材料ガスを分
   解させ、その分解生成物を前記真空チャンバー１内に設
   置された基体２上に堆積させて同基体２上にプラズマ重
   合膜を生成するプラズマ重合膜の製膜方法において、プ
   ラズマが放電場所から原材料ガスの分解場所へ移動する
   のに要する時間を、放電プラズマの残光が消えるのに要
   する時間よりも長くして、プラズマ放電場所から分解場
   所に移動する間にプラズマ内に存在する原材料ガス分子
   の骨格を破壊する高エネルギー励起種及び高エネルギー
   電子を緩和させ、このエネルギー緩和されたプラズマを
   原材料ガスと混合させることを特徴とするプラズマ重合
   膜の製膜方法。