JP2011144412A - プラズマ成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ成膜を行う際、成膜用原材料を効率よく使用して材料コストの低廉化及び省資源化を図る。
【解決手段】プラズマ用ノズル16と、基材10の成膜部位12との間に、整流用治具14を配置する。この整流用治具14には、プラズマ供給路20と、原材料供給路22と、これらプラズマ供給路20と原材料供給路22が合流した成膜用合流路24と、成膜部位12を通過したプラズマ放電ガス及び未反応の原材料を排出するための排出路26と、排出路26中の未反応の原材料をプラズマ供給路20に戻すための回収路28とが形成される。プラズマ放電ガスとともに排出路26の立ち上がり通路34に流通した未反応の原材料は、冷却管38を流通する冷却媒体によって冷却されることで凝縮し、液相となって回収路28から成膜用合流路24の鉛直通路30に導入される。その後、プラズマ放電ガスによって揮発・再活性化された原材料は、成膜部位12に再供給される。
【選択図】図1
【解決手段】プラズマ用ノズル16と、基材10の成膜部位12との間に、整流用治具14を配置する。この整流用治具14には、プラズマ供給路20と、原材料供給路22と、これらプラズマ供給路20と原材料供給路22が合流した成膜用合流路24と、成膜部位12を通過したプラズマ放電ガス及び未反応の原材料を排出するための排出路26と、排出路26中の未反応の原材料をプラズマ供給路20に戻すための回収路28とが形成される。プラズマ放電ガスとともに排出路26の立ち上がり通路34に流通した未反応の原材料は、冷却管38を流通する冷却媒体によって冷却されることで凝縮し、液相となって回収路28から成膜用合流路24の鉛直通路30に導入される。その後、プラズマ放電ガスによって揮発・再活性化された原材料は、成膜部位12に再供給される。
【選択図】図1
Description
本発明は、成膜用原材料を活性化して基材の表面に堆積させることで成膜を行うプラズマ成膜装置に関する。
プラスチックや金属、又はセラミックスからなる基材の表面に対し、保護膜や機能膜等の皮膜を形成することが一般的に行われている。この種の成膜形成、換言すれば、成膜を行う手法の1つとして、プラズマを用いるプラズマ成膜が知られている。
ここで、プラズマ成膜は、従来、チャンバに高真空ポンプ等を付設したプラズマ成膜装置にて実施されている。すなわち、基材を収容したチャンバ内を高真空ポンプで排気し、極低圧下とした雰囲気中に発生させたプラズマによって成膜用原材料を活性化する。これにより成膜用原料に由来する物質が基材に堆積することで、基材の表面に対する成膜が行われる。
しかしながら、この場合、高真空ポンプ自体が高価である。しかも、チャンバを耐圧仕様にしなければならないため、該チャンバも高価なものとなる。結局、従来からのプラズマ成膜には、設備投資が高騰するという課題が顕在化している。さらに、成膜対象が、チャンバ内に収容することが可能な基材に限られてしまう。
この観点から、特許文献1において、大気圧下でプラズマ成膜を行い得るプラズマ装置が提案されている。この装置構成によれば、高真空ポンプを設けたり、チャンバを耐圧仕様にしたりする必要がないので、設備投資が低廉化すると考えられる。しかも、この場合、基材の形状や寸法に制約を受けることもない。
しかしながら、この装置には、発生したプラズマ放電ガスに空気等の不純物が混入し、このために得られた皮膜が不純物を多く含むものとなってしまうという不具合がある。すなわち、膜品質が低下し、このために皮膜が所定の機能を営むことが困難となる。
そこで、特許文献2において提案されているように、基材の表面の成膜部位に向かう方向にプラズマ放電ガスと原材料ガスの連続的な流れを起こさせることが想起される。この場合、前記の流れによってプラズマ放電ガス及び原材料ガスが空気等から遮断される。すなわち、いわゆるブロック機能が発現し、これによりプラズマ放電ガス及び原材料ガスに対して不純物が混入することが回避される。従って、膜品質が向上し、所定の機能を充分に営む皮膜を得ることができると推察されるからである。
特許文献2記載の従来技術では、プラズマ放電ガスと原材料ガスとを各々の供給源から基材の成膜部位に送り、さらに、成膜部位を通過したプラズマ放電ガス及び未反応の原材料ガスを、成膜部位への送り方向とは別の方向に向かわせて排出することで連続的な流れを生じさせるようにしている。このことから諒解されるように、この従来技術では、未反応の原材料ガスがプラズマ放電ガスに同伴されて系外に排出される。
従って、この場合、成膜に要する量を大きく上回る原材料ガスを使用する必要が生じる。すなわち、材料コストが高騰する。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、成膜用原材料を効率よく使用することが可能であり、このために材料コストの低廉化及び省資源化を図ることが可能で、しかも、基材の寸法・形状に制約を受けることなく成膜を行うことが可能なプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、プラズマ放電ガスにより活性化した成膜用原材料を用いて基材の表面に成形を行うプラズマ成膜装置であって、
プラズマ放電ガスを導出するプラズマ用ノズルと、
前記プラズマ用ノズルと前記基材の間に介在され、且つ基材の表面における成膜部位を覆う整流用治具と、
を備え、
前記整流用治具に、前記プラズマ用ノズルから吐出された前記プラズマ放電ガスを前記成膜部位に到達させるためのプラズマ供給路と、
成形用原材料供給源が連結されるとともに前記プラズマ供給路に合流し、前記成形用原材料供給源から供給された成膜用原材料を前記プラズマ放電ガスと混合させる原材料供給路と、
前記プラズマ供給路と前記原材料供給路が合流して形成されるとともに、前記プラズマ放電ガスと前記成膜用原材料の混合物を前記成膜部位に接触させるための成膜用合流路と、
前記成膜部位を通過したプラズマ放電ガス及び未反応の前記成膜用原材料を排出するための排出路と、
前記排出路から分岐して前記プラズマ供給路又は前記成膜用合流路に延在し、前記排出路中の未反応の前記成膜用原材料を前記プラズマ供給路又は前記成膜用合流路に戻すための回収路と、
が形成されたことを特徴とする。
プラズマ放電ガスを導出するプラズマ用ノズルと、
前記プラズマ用ノズルと前記基材の間に介在され、且つ基材の表面における成膜部位を覆う整流用治具と、
を備え、
前記整流用治具に、前記プラズマ用ノズルから吐出された前記プラズマ放電ガスを前記成膜部位に到達させるためのプラズマ供給路と、
成形用原材料供給源が連結されるとともに前記プラズマ供給路に合流し、前記成形用原材料供給源から供給された成膜用原材料を前記プラズマ放電ガスと混合させる原材料供給路と、
前記プラズマ供給路と前記原材料供給路が合流して形成されるとともに、前記プラズマ放電ガスと前記成膜用原材料の混合物を前記成膜部位に接触させるための成膜用合流路と、
前記成膜部位を通過したプラズマ放電ガス及び未反応の前記成膜用原材料を排出するための排出路と、
前記排出路から分岐して前記プラズマ供給路又は前記成膜用合流路に延在し、前記排出路中の未反応の前記成膜用原材料を前記プラズマ供給路又は前記成膜用合流路に戻すための回収路と、
が形成されたことを特徴とする。
このような構成においては、未反応の成膜用原材料が排出路から回収路を経由してプラズマ供給路又は成膜用合流路に戻され、その後、成膜部位に到達することになる。すなわち、本発明では、未反応の成膜用原材料を成膜部位に効率よく循環再供給することができる。このため、成膜用原材料の使用効率が向上する。従って、材料コストが低廉化するとともに、省資源化を図ることが容易となる。
また、この構成では、プラズマ成膜を行うためのチャンバや、該チャンバ内を排気するための高真空ポンプが不要である。従って、設備投資が高騰することもない。
しかも、成膜用合流路よりも広範囲にわたって成膜を行う場合には、整流用治具を、次回に成膜しようとする部位に移動させればよい。また、基材の成膜部位の形状に対応した形状で成膜用合流路を設けることにより、様々な形状の部位に成膜を行うことが可能となる。このことから諒解されるように、本発明においては、基材の寸法や形状に制約を受けることなく成膜を行うことができる。
結局、本発明によれば、低コストで、しかも、様々な寸法・形状の成膜部位に対応して成膜を行うことが可能となる。
以上の構成に対し、前記排出路又は前記回収路の少なくともいずれか一方に流通する未反応の前記成膜用原材料を冷却して該原材料を凝縮する冷却手段を設けることが望ましい。
この場合、成膜部位を通過して排出路ないし回収路に到達した未反応の成膜用原材料を冷却して凝縮し、液相とすることが可能である。すなわち、未反応の成膜用原材料を液相に変態させることで一層効率よく捕集することができる。
なお、凝縮して液相となった成膜用原材料は、上記と同様に、回収路を経てプラズマ供給路又は成膜用合流路に戻される。その後、プラズマ用ノズルから導出された新たなプラズマ放電ガスに接触することで揮発・活性化され、この状態で、成膜部位に再供給される。
さらに、回収路に不純物除去手段を設けることが好ましい。場合によっては、凝縮した原材料中に、該原材料の重合体である粒子や粘性体が含まれることもある。原材料に含まれる粒子や粘性体は、皮膜の表面粗さが大きくなる一因となるが、不純物除去手段を設けることにより、これらの粒子や粘性体が除去される。従って、表面粗さが小さい皮膜を成形することが容易となる。
また、成膜用原材料供給源は、成膜用原材料として常温・常圧下で液相であるものを供給するものであってもよい。この場合、未反応の成膜用原材料が容易に凝縮する。凝縮点が比較的高いからである。
従って、成膜用原材料の凝縮(捕集)が一層容易となるので、成膜用原材料の使用効率が一層向上する。これにより、材料コストのさらなる低廉化、及びさらなる省資源化が可能となる。
本発明においては、成膜部位を通過して排出路ないし回収路に到達した未反応の成膜用原材料を冷却して凝縮し、液相に変態させた後、回収路を経由してプラズマ供給路又は成膜用合流路に戻して揮発・活性化して成膜部位に再供給するようにしている。これにより、未反応の成膜用原材料を成膜部位に効率よく循環再供給して成膜に寄与させることができる。その結果、成膜用原材料の使用効率が向上し、これに伴って材料コストが低廉化するとともに、省資源化を図ることが容易となる。
その上、プラズマ成膜を行うためのチャンバや、該チャンバ内を排気するための高真空ポンプが不要であるので、設備投資が高騰することもない。
しかも、整流用治具を移動させたり、基材の成膜部位の形状に対応した形状で成膜用合流路を設けたりすることにより、成膜部位が如何なる寸法や形状であっても対応すること、すなわち、成膜を行うことが可能である。換言すれば、基材の寸法や形状に制約を受けることがない。
要するに、本発明によれば、低コストで、しかも、様々な寸法・形状の成膜部位に対応して成膜を行うことが可能となる。
以下、本発明に係るプラズマ成形装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係るプラズマ成膜装置の要部正面断面図である。このプラズマ成膜装置は、基材10に対して成膜を行うためのものであり、該基材10の成膜部位12を覆う整流用治具14と、該整流用治具14に連結されるプラズマ用ノズル16とを有する。なお、図1から諒解されるように、整流用治具14は、基材10とプラズマ用ノズル16との間に介在され、その高さ方向寸法Hは、例えば10mmに設定される。
成膜対象である基材10は、この場合、その上端面が平坦面として形成された平板形状材であり、例えば、プラスチック、金属、セラミックス等からなる。なお、基材10の材質は、木材や石等であってもよい。基材10の材料の好適な具体例としては、ポリカーボネートが挙げられる。
整流用治具14は、基材10の成膜部位12を覆い、且つ該成膜部位12に対してプラズマ放電ガス及び成膜用原材料(以下、単に原材料ともいう)を到達させるとともに、プラズマ放電ガス及び未反応の原材料を該成膜部位12から離間させる流れを設けるためのものである。このため、整流用治具14は、プラズマ放電ガス及び原材料を流通させるための通路を有する。具体的には、整流用治具14には、流れの上流側から、プラズマ供給路20、原材料供給路22、これらプラズマ供給路20及び原材料供給路22が合流して形成される成膜用合流路24、排出路26、回収路28が形成されている。
プラズマ供給路20には、前記プラズマ用ノズル16が連結される。勿論、このプラズマ用ノズル16には、不活性ガスを源としてプラズマ放電ガスを生成するプラズマ放電ガス生成機構(図示せず)が連結され、従って、プラズマ用ノズル16は、プラズマ放電ガスを吐出する等して導出することが可能である。なお、この種のプラズマ放電ガス生成機構は公知であり、このため、詳細な説明を省略する。
すなわち、プラズマ供給路20は、プラズマ用ノズル16から吐出されたプラズマ放電ガスを流通させるための通路である。なお、本実施の形態では、プラズマ供給路20は、整流用治具14の上端面から下端面に指向して直線状に、換言すれば、図1における鉛直方向に沿って形成されている。
一方、原材料供給路22は、整流用治具14の図1における左方側面で開口している。この開口には、管継手を介して供給管(いずれも図示せず)が連結される。この供給管には、さらに、図示しない原材料供給源(例えば、液体容器やガスボンベ)が連結される。勿論、この原材料供給源には、成膜部位12に堆積して皮膜を形成するための原材料が収容されている。
この場合、原材料供給路22は、開口からプラズマ供給路20との合流点に至るまで、鉛直下方に若干傾斜するようにして延在している。従って、原材料が液体である場合には、プラズマ供給路20に向かって原材料が流通し易い。
なお、原材料供給路22の先端は、プラズマ供給路20の内方に突出して開口している。このため、原材料供給路22を通過した原材料は、プラズマ供給路20の内方でプラズマ放電ガスに合流する。プラズマ用ノズル16の先端と原材料供給路22の先端との距離Dは、例えば、1mmに設定される。
成膜用合流路24は、上記したように、プラズマ供給路20及び原材料供給路22が合流して形成される。この成膜用合流路24は、プラズマ供給路20の下流側に連なって図1における鉛直方向に延在する鉛直通路30と、この鉛直通路30に直交して水平方向に延在し且つ成膜部位12に臨む成膜用通路32とからなる。成膜用通路32は、成膜部位12の全体を覆う。
排出路26は、成膜用通路32から略垂直に立ち上がった立ち上がり通路34と、該立ち上がり通路34から整流用治具14の右方側面側に延在して開口した外部放出用通路36とからなる。すなわち、外部放出用通路36の端部は開放端であり、この開放端からはプラズマ放電ガスが放出される。
立ち上がり通路34は、略T字状に分岐し、整流用治具14の図1における右方側面に向かう側の通路が前記外部放出用通路36となる。一方、左方側面側に延在する通路は回収路28である。
すなわち、回収路28は、排出路26を形成する立ち上がり通路34から分岐し、整流用治具14の図1における左方側に向かって延在する。そして、この場合、回収路28は、成膜用合流路24の鉛直通路30に合流する。
後述するように、回収路28には、成膜用合流路24を通過して排出路26に到達した未反応の原材料が導入される。従って、この原材料は、成膜用合流路24を経由して成膜部位12に再供給される。
立ち上がり通路34における外部放出用通路36と回収路28の分岐点から、外部放出用通路36、回収路28の各終点に至るまでには、冷却手段としての冷却媒体を流通するための冷却管38が設けられる。すなわち、立ち上がり通路34からの外部放出用通路36、回収路28との分岐点近傍、及び回収路28は、冷却管38を流通する冷却媒体によって冷却される。これに伴い、前記分岐点に到達した原材料、及び該回収路28を流通する原材料が冷却され、その結果、該原材料が凝縮する。
この場合、排出路26及び回収路28は、プラズマ供給路20(ないし成膜用合流路24)に向かうにつれて、鉛直下方に若干傾斜するようにして延在している。このため、排出路26や回収路28内で凝縮した原材料がプラズマ供給路20(成膜用合流路24)に向かって流通し易くなる。
回収路28の途中には、不純物除去手段であるフィルタ40が介在される。凝縮した原材料中に粒子や粘性体(原材料の重合体)が含まれる場合、これら粒子及び粘性体は、このフィルタ40によって除去される。
本実施の形態に係るプラズマ成膜装置は、基本的には以上のように構成される整流用治具14を具備するものであり、次に、その作用効果につき、整流用治具14との関係で説明する。なお、以下においては、原材料として常温・常圧下で液相であるものを使用する場合を例示する。
基材10の成膜部位12に対して成膜を行う場合、先ず、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスを源としてプラズマ放電ガス発生機構で発生され、且つ乾燥処理が施されることによって水分が除去されたプラズマ放電ガスをプラズマ用ノズル16から吐出する。
その一方で、原材料供給源から原材料を供給する。原材料としては、上記したように常温・常圧下で液相であるものが使用され、その具体例としては、ジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、環状シロキサン、シルセスキオキサン、Si−H結合を有するシロキサンや、メタノール、低分子チオール等が挙げられる。又は、特表2004−510571号公報の段落[0011]に記載された物質や、特表2008−518109号公報の段落[0024]、[0025]に記載された有機ケイ素化合物を用いるようにしてもよい。
なお、液相である原材料を整流用治具14に移送するためには、例えば、キャリアガスで原材料のバブリングを行い、これにより該キャリアガスに原材料を同伴させるようにすればよい。又は、加熱することで原材料を気化させるようにしてもよい。さらには、ポンプ等の適切な移送機構や、超音波等の適切な移送媒体によって原材料(液相)を整流用治具14に導くようにしてもよい。
プラズマ供給路20を流通したプラズマ放電ガスと、原材料供給路22を流通した原材料とは、成膜用合流路24の鉛直通路30で合流する。このようにしてプラズマ放電ガスと混ざり合った原材料は、プラズマ放電ガスによって活性化される。ここで、上記したような原材料は蒸気圧が高く、このために揮発し易い。すなわち、効率よく気化する。また、プラズマ放電ガスから熱を奪取することでも気化が起こる。以上のようにして、原材料が気相に変態する。
活性化された原材料は、次に、プラズマ放電ガスとともに成膜用合流路24の成膜用通路32に到達する。そして、該成膜用通路32に臨む成膜部位12に堆積し、原材料を源とする皮膜を形成する。例えば、原材料が上記したようなシロキサンである場合、Si−O結合を有する重合体からなる皮膜が形成される。
ここで、原材料は、成膜部位12に到達した全量が成膜に寄与するのではなく、一部は未反応のままで成膜部位12を通過する。従って、排出路26の立ち上がり通路34には、プラズマ放電ガスと、未反応の原材料とが導入される。
プラズマ放電ガス及び未反応の原材料は、立ち上がり通路34に沿って上昇し、外部放出用通路36と回収路28との分岐点に到達する。プラズマ放電ガス(アルゴン等)は、凝縮点が著しく高いために凝縮することはない。すなわち、気相の状態を保ちながら立ち上がり通路34から外部放出用通路36に流通し、整流用治具14の右方側面から該整流用治具14の外部に排出される。
なお、プラズマ放電ガスの一部が回収路28に導入され、該回収路28を通過した後、成膜用合流路24(鉛直通路30)にて、プラズマ供給路20を通過した新たなプラズマ放電ガスと、原材料供給路22を通過した新たな原材料とに合流するような状況であっても差し支えは特にない。
一方、未反応の原材料は、前記分岐点が冷却媒体によって冷却されているために凝縮して液相に戻る。なお、冷却媒体としては、該原材料を凝縮し得る温度に冷却可能なものを選定すればよい。例えば、原材料がヘキサメチルジシロキサンであるときには、整流用治具14における回収路28が形成された部位の温度を−20〜15℃に冷却し得る物質が選定される。冷却媒体は、液体であってもよいし、ガスであってもよい。
凝縮した原材料には、場合によって固相、すなわち、粒子や粘性体が含まれることがある。これら粒子や粘性体は、回収路28の途中に設置されたフィルタ40によって捕集される。従って、フィルタ40からは、原材料が、固相を含まない液相として導出される。この場合、表面粗さが小さい平滑な皮膜が得られる。
フィルタ40から導出された原材料(液相)は、回収路28から成膜用合流路24の鉛直通路30に移送される。そして、鉛直通路30にて、自身の揮発性の高さに基づいて揮発したり、プラズマ放電ガスから熱を奪取して揮発したりすることで再び気相となる。同時に、プラズマ放電ガスによって活性化され、この状態で、成膜部位12に再供給される。
以上のように、本実施の形態によれば、整流用治具14によって、未反応の原材料を成膜部位12に縦貫再供給する流れを生じさせるようにしている。このため、未反応の原材料を成膜に再寄与させることが可能となる。しかも、上記から諒解されるように、未反応の原材料の大部分が凝縮されて回収されるので、未反応の原材料が外部放出用通路36に向かうことが回避される。このため、原材料の使用効率が著しく向上する。従って、材料コストが低廉化するとともに、省資源化を図ることが容易となる。
さらに、この実施の形態では、プラズマ成膜を実施するためのチャンバや、該チャンバ内を排気するための高真空ポンプを必要としない。従って、設備投資が高騰することもない。
基材10の別部位に対して成膜を行う場合、整流用治具14を新たな成膜部位12に移動させ、成膜用合流路24の成膜用通路32が新たな成膜部位12に臨むようにすればよい。本実施の形態では、このようにして成膜を繰り返すことで、基材10の所望の部位に対して成膜を行うことが可能である。すなわち、基材10の形状や寸法に制約を受けることなく、成膜を行うことができる。
なお、本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上記した実施の形態では、冷却管38に冷却媒体を流通することで回収路28に流通する原材料を冷却するようにしているが、冷却手段は特にこれに限定されるものではなく、原材料を凝縮させることが可能であれば如何なる構成のものであってもよい。具体的には、ペルチェ素子を冷却手段としてもよい。
また、原材料供給路22の先端をプラズマ供給路20の内方に突出させることは必須ではない。さらに、回収路28を、プラズマ供給路20と原材料供給路22との合流点よりも上流側でプラズマ供給路20に合流させるようにしてもよい。
さらにまた、原材料は、凝縮可能なものであれば気体であってもよい。
そして、成膜用合流路24や排出路26は、上記した形状(図1参照)に特に限定されるものではない。例えば、基材10に対して傾斜するようにプラズマ放電ガス及び原材料を導出する場合には、成膜用合流路24を傾斜させればよい。また、基材における成膜部位が湾曲面であるようなときには、成膜用通路32を、成膜部位の形状に対応させて湾曲したものとして形成すればよい。
図1に示す構成であり、且つH=10mm、D=1mmである整流用治具14を具備するプラズマ成膜装置を用いて成膜を行った。なお、基材10及び原材料としては、それぞれ、ポリカーボネート製基板、ヘキサメチルジシロキサンを使用した。また、HeとO2を体積比で98:2の割合で混合した混合ガスを源とし、プラズマコンセプト東京社製のプラズマ発生装置によってプラズマ放電ガスを得、プラズマ用ノズル16からの吐出流速を100cm/秒とした。
その一方で、冷却管38に冷却水を流通させるとともに、外部放出用通路36の開口に冷却トラップを設置した。この冷却トラップは、外部放出用通路36の開口から放出されるプラズマ放電ガスを冷却し、この中に含まれる原材料を凝縮ないし凝固させて捕集するためのものである。
回収路28にフィルタ40を設置しなかった場合、成膜速度は1.2μm/分であり、冷却トラップに捕集された原材料は3g/分であった。また、形成された皮膜の表面粗さは、0.25μmであった。
一方、回収路28にフィルタ40を設置した場合、成膜速度、及び冷却トラップに捕集された原材料の単位時間当たりの重量はフィルタ40を設置しなかった場合と略同一であったが、形成された皮膜の表面粗さは0.05μmであり、上記に比して著しく小さくなった。この理由は、表面粗さを大きくする因子の1つである粒子が、フィルタ40によって効果的に捕集されたためであると推察される。
以上とは別に、冷却管38に冷却媒体を何ら流通することなく、また、フィルタ40を設置することなく上記と同一の条件下で成膜を行ったところ、成膜速度は0.7μm/分、冷却トラップに捕集された原材料は6.1g/分であった。なお、形成された皮膜の表面粗さは0.15μmであった。
比較のため、図2に示す治具50を具備するプラズマ成膜装置を用いて成膜を行った。なお、図2中、図1に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。
ここで、この治具50においては、成膜部位12を覆う通路が成膜用通路と排出路を兼ねる。以下においては、この通路を成膜・排出兼用路と指称し、その参照符号を52とする。
この図2から了解されるように、該治具50では、プラズマ供給路20を通過したプラズマ放電ガスと、原材料供給路22を通過した原材料とが成膜用合流路24で合流し、成膜・排出兼用路52に到達する。プラズマ放電ガスによって活性化した原材料の一部は、成膜部位12に対する成膜に寄与し、残余の原材料は、未反応のまま成膜・排出兼用路52の外部に排出される。
この治具50を用い、上記と同様に、HeとO2を体積比で98:2の割合で混合した混合ガスを源とするプラズマ放電ガスによってヘキサメチルジシロキサンを活性化し、ポリカーボネート製基板に対して成膜を行った。勿論、プラズマ用ノズル16からの吐出速度は100cm/秒に設定した。その結果、成膜速度は僅かに0.3μm/分であり、原材料の循環再供給を行う場合の1/2未満となった。一方、冷却トラップに捕集された原材料は8.4g/分であった。
以上の結果から、未反応の原材料を回収して成膜用合流路24等に導くことにより、成膜速度を向上させることができるとともに、原材料を有効に循環再供給することができることが明らかである。なお、治具50を用いた場合、形成された皮膜の表面粗さは0.15μmであった。
10…基材 12…成膜部位
14…整流用治具 16…プラズマ用ノズル
20…プラズマ供給路 22…原材料供給路
24…成膜用合流路 26…排出路
28…回収路 30…鉛直通路
32…成膜用通路 34…立ち上がり通路
36…外部放出用通路 38…冷却管
40…フィルタ
14…整流用治具 16…プラズマ用ノズル
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24…成膜用合流路 26…排出路
28…回収路 30…鉛直通路
32…成膜用通路 34…立ち上がり通路
36…外部放出用通路 38…冷却管
40…フィルタ
Claims (4)
- プラズマ放電ガスにより活性化した成膜用原材料を用いて基材の表面に成膜を行うプラズマ成膜装置であって、
プラズマ放電ガスを導出するプラズマ用ノズルと、
前記プラズマ用ノズルと前記基材の間に介在され、且つ基材の表面における成膜部位を覆う整流用治具と、
を備え、
前記整流用治具に、前記プラズマ用ノズルから吐出された前記プラズマ放電ガスを前記成膜部位に到達させるためのプラズマ供給路と、
成膜用原材料供給源が連結されるとともに前記プラズマ供給路に合流し、前記成膜用原材料供給源から供給された成膜用原材料を前記プラズマ放電ガスと混合させる原材料供給路と、
前記プラズマ供給路と前記原材料供給路が合流して形成されるとともに、前記プラズマ放電ガスと前記成膜用原材料の混合物を前記成膜部位に接触させるための成膜用合流路と、
前記成膜部位を通過したプラズマ放電ガス及び未反応の前記成膜用原材料を排出するための排出路と、
前記排出路から分岐して前記プラズマ供給路又は前記成膜用合流路に延在し、前記排出路中の未反応の前記成膜用原材料を前記プラズマ供給路又は前記成膜用合流路に戻すための回収路と、
が形成されたことを特徴とするプラズマ成膜装置。 - 請求項1記載のプラズマ成膜装置において、前記排出路又は前記回収路の少なくともいずれか一方に流通する未反応の前記成膜用原材料を冷却して該原材料を凝縮する冷却手段を有することを特徴とするプラズマ成膜装置。
- 請求項1又は2記載のプラズマ成膜装置において、前記回収路に不純物除去手段が設けられたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のプラズマ成膜装置において、前記成膜用原材料供給源が、前記成膜用原材料として常温・常圧下で液相であるものを供給することを特徴とするプラズマ成膜装置。
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