JP5816891B2 - 被成膜基材への薄膜の成膜方法及びスパッタ装置 - Google Patents
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まず、金属からなる基板表面にArプラズマ処理を行う。次いで、この基板表面上にDLC(Diamond Like Carbon)膜をプラズマCVD(chemical vapor deposition)法により成膜する。このようにして成膜されたDLC膜は基板と十分な密着性を有している。
しかし、プラスチック基材の表面にArプラズマ処理を行い、その後、このプラスチック基材の表面上に薄膜をプラズマCVD法により成膜した場合、この薄膜とプラスチック基材との密着性を十分に確保することができないことがある。
なお、前記酸素プラズマ処理は、圧力が0.01Pa〜常圧で、電源が直流電源、高周波電源又はマイクロ波電源で、処理時間が0.1秒〜1時間で、酸素ガス流量が0.1sccm〜1000slmの条件で行う処理であることが好ましく、
前記オゾン処理は、圧力が0.01Pa〜常圧で、オゾンガス流量が10sccm〜5slmで、オゾン濃度が5〜100%で、処理時間が0.1秒〜1時間の条件で行う処理であることが好ましい。
前記被成膜基材の表面上に、プラズマCVD法、スパッタ法及び蒸着法のいずれかの方法により薄膜を成膜することを特徴とする被成膜基材への薄膜の成膜方法である。
前記薄膜は、SiO2膜、SiN膜、SiON膜、Al2O3膜、Al膜、Cu膜、Ti膜、Au膜及びPt膜のいずれかの膜、又は前記いずれかの膜にCとHがそれぞれ20at%以下含まれる膜、又はDLC膜及びパリレン膜のいずれかであることも可能である。
前記チャンバー内に配置され、被成膜基材が保持される保持電極と、
前記保持電極に電気的に接続される高周波電源と、
前記保持電極に保持された前記被成膜基材に対向して配置された対向電極と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間に原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、
前記チャンバー内を真空排気する排気機構と、
前記対向電極と前記保持電極との間の空間に酸素ガス又はオゾンガスを供給する機構及び前記保持電極に保持された前記被成膜基材に紫外線を照射する機構のいずれか一方の機構と、
を具備し、
前述した被成膜基材への薄膜の成膜方法により、前記被成膜基材の表面に酸素プラズマ処理、オゾン処理及び紫外線照射処理のいずれかの処理を施した後に、前記被成膜基材の表面上にプラズマCVD法により薄膜を成膜することを特徴とするプラズマCVD装置である。
前記チャンバー内に配置され、被成膜基材が保持される保持部と、
前記保持部に保持された前記被成膜基材に対向して配置された蒸着源と、
前記チャンバー内を真空排気する排気機構と、
前記保持部に電気的に接続される高周波電源及び前記蒸着源と前記保持部との間の空間に酸素ガスを供給する機構、前記保持部に保持された前記被成膜基材の表面にオゾンガスを供給する機構、及び、前記保持部に保持された前記被成膜基材に紫外線を照射する機構のいずれかの機構と、
を具備し、
前述した被成膜基材への薄膜の成膜方法により、前記被成膜基材の表面に酸素プラズマ処理、オゾン処理及び紫外線照射処理のいずれかの処理を施した後に、前記被成膜基材の表面上に蒸着法により薄膜を成膜することを特徴とする蒸着装置である。
前記チャンバー内に配置され、被成膜基材が保持される保持部と、
前記保持部に保持された前記被成膜基材に対向して配置されたスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットに高周波を印加する高周波電源と、
前記スパッタリングターゲットと前記保持部との間の空間に不活性ガスを供給する供給機構と、
前記チャンバー内を真空排気する排気機構と、
前記保持部に電気的に接続される高周波電源及び前記スパッタリングターゲットと前記保持部との間の空間に酸素ガスを供給する機構、前記保持部に保持された前記被成膜基材の表面にオゾンガスを供給する機構、及び、前記保持部に保持された前記被成膜基材に紫外線を照射する機構のいずれかの機構と、
を具備し、
前述した被成膜基材への薄膜の成膜方法により、前記被成膜基材の表面に酸素プラズマ処理、オゾン処理及び紫外線照射処理のいずれかの処理を施した後に、前記被成膜基材の表面上にスパッタ法により薄膜を成膜することを特徴とするスパッタ装置である。
本発明の一態様は、上記のプラスチック基材の表面上にプラズマCVD法によりDLC膜を成膜したものであって、テープ剥離試験を行っても前記DLC膜が前記プラスチック基板から剥離しない密着性を有することを特徴とするプラスチック基材である。
図1は、第1の実施形態によるプラズマCVD装置を模式的に示す断面図である。
プラズマCVD装置は成膜チャンバー1を有しており、成膜チャンバー1内の上方には被成膜基材2を保持する保持電極4が配置されている。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気する。次いで、ガスシャワー電極7の供給口からシャワー状のO2ガスを、成膜チャンバー1内に導入して被成膜基材2の表面に供給する。この供給されたO2ガスは、保持電極4とアースシールド5との間を通って成膜チャンバー1の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、O2ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、O2ガス流量に制御することにより成膜チャンバー1内を酸素雰囲気とし、高周波電源6により高周波(RF)を印加し、酸素プラズマを発生させることにより被成膜基材2の表面に酸素プラズマ処理を行う。この酸素プラズマ処理は、圧力が0.01Pa〜常圧で、電源が直流電源、高周波電源又はマイクロ波電源で、処理時間が0.1秒〜1時間で、酸素ガス流量が0.1sccm〜1000slmの条件で行うことが好ましい。次いで、酸素プラズマ処理を所定時間行った後に、ガスシャワー電極7の供給口からのO2ガスの供給を停止し、酸素プラズマ処理を終了する。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気する。次いで、ガスシャワー電極7の供給口からシャワー状の原料ガスを、成膜チャンバー1内に導入して被成膜基材2の表面に供給する。この供給された原料ガスは、保持電極4とアースシールド5との間を通って成膜チャンバー1の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、原料ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、原料ガス流量などに制御することにより成膜チャンバー1内を所望の雰囲気とし、高周波電源6により高周波(RF)を印加し、プラズマを発生させることにより被成膜基材2の表面上に薄膜を成膜する。
次に、本実施形態による被成膜基材への薄膜の成膜方法の実施例について説明する。本実施例では、成膜装置として図1に示すプラズマCVD装置を用い、被成膜基材としてプラスチック基板を用いた。
(前処理条件)
プラスチック基板 : ポリプロピレン
O2ガス流量 : 30sccm
圧力 : 1Pa
高周波電源の周波数 : 13.56MHz
高周波電源の出力 : 10W
処理時間 : 5min
処理温度 : 室温
薄膜 : DLC膜
原料ガス : トルエン(C7H8)
原料ガス流量 : 30sccm
圧力 : 0.5Pa
高周波電源の周波数 : 13.56MHz
高周波電源の出力 : 900W
膜厚 : 200nm
処理温度 : 室温
(前処理条件)
プラスチック基板 : ポリプロピレン
O2ガス流量 : 80sccm
圧力 : 20Pa
高周波電源の周波数 : 13.56MHz
高周波電源の出力 : 900W
処理時間 : 2sec
処理温度 : 室温
薄膜 : DLC膜
原料ガス : トルエン
原料ガス流量 : 30sccm
圧力 : 0.5Pa
高周波電源の周波数 : 13.56MHz
高周波電源の出力 : 900W
膜厚 : 200nm
処理温度 : 室温
(前処理条件)
プラスチック基板 : ポリプロピレン
Arガス流量 : 30sccm
圧力 : 1Pa
高周波電源の周波数 : 13.56MHz
高周波電源の出力 : 10W
処理時間 : 5分
処理温度 : 室温
(密着層の成膜条件)
密着層 : SiCNH膜
原料ガス : HMDS−N(ヘキサメチルジシラザン)
原料ガス流量 : 30sccm
圧力 : 0.5Pa
高周波電源の周波数 : 13.56MHz
高周波電源の出力 : 900W
膜厚 : 60nm
処理温度 : 室温
薄膜 : DLC膜
原料ガス : トルエン
原料ガス流量 : 30sccm
圧力 : 0.5Pa
高周波電源の周波数 : 13.56MHz
高周波電源の出力 : 900W
膜厚 : 200nm
処理温度 : 室温
試験方法は次のとおりである。住友スリーエム社製のテープをDLC膜に貼り付けた後に、そのテープを引き剥がした。
図3に示すように、サンプル1のDLC膜はテープによって剥離されなかった。また、図4に示すように、サンプル2のDLC膜はテープによって剥離されなかった。
本実施形態では、第1の実施形態と同一部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気する。次いで、ガスシャワー電極7の供給口からシャワー状のO3ガスを、成膜チャンバー1内に導入して被成膜基材2の表面に供給する。この供給されたO3ガスは、保持電極4とアースシールド5との間を通って成膜チャンバー1の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、O3ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、O3ガス流量に制御することにより被成膜基材2の表面上にオゾン処理を行う。このオゾン処理は、圧力が0.01Pa〜常圧で、オゾンガス流量が10sccm〜5slmで、オゾン濃度が5〜100%で、処理時間が0.1秒〜1時間の条件で行うことが好ましい。次いで、オゾン処理を所定時間行った後に、ガスシャワー電極7の供給口からのO3ガスの供給を停止し、オゾン処理を終了する。
本実施形態では、第1の実施形態と同一部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
被成膜基材2の表面にUVランプ8により紫外線を照射して紫外線照射処理を施す。この際の成膜チャンバー1内は大気又は酸素雰囲気である。
図7は、第4の実施形態による蒸着装置を模式的に示す断面図である。
蒸着装置は成膜チャンバー1を有しており、成膜チャンバー1内の上方には被成膜基材2を保持する保持部4が配置されている。
保持部4は高周波電源6に電気的に接続されており、保持部4はRF印加電極としても作用する。保持部4の周囲及び上部はアースシールド5によってシールドされている。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気する。次いで、供給機構3bによって供給口10からO2ガスを成膜チャンバー1内に導入して被成膜基材2の表面に供給する。この供給されたO2ガスは、保持部4とアースシールド5との間を通って成膜チャンバー1の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、O2ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、O2ガス流量に制御することにより成膜チャンバー1内を酸素雰囲気とし、高周波電源6により高周波(RF)を印加し、酸素プラズマを発生させることにより被成膜基材2の表面に酸素プラズマ処理を行う。この酸素プラズマ処理は、第1の実施形態と同様の条件で行うことが好ましい。次いで、酸素プラズマ処理を所定時間行った後に、供給口10からのO2ガスの供給を停止し、高周波電源6による高周波(RF)の印加を停止し、酸素プラズマ処理を終了する。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気することにより、成膜チャンバー1内を所定の圧力に制御する。次いで、蒸着源9を加熱して蒸発材料又は昇華材料を上方に放出させることにより、被成膜基材2の表面に蒸着膜を成膜する。
本実施形態では、第4の実施形態と同一部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気する。次いで、供給機構3cによって供給口10からO3ガスを成膜チャンバー1内に導入して被成膜基材2の表面に供給する。この供給されたO3ガスは、成膜チャンバー1の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、O3ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、O3ガス流量に制御することにより被成膜基材2の表面にオゾン処理を行う。このオゾン処理は、第2の実施形態と同様の条件で行うことが好ましい。次いで、オゾン処理を所定時間行った後に、供給口10からのO3ガスの供給を停止し、オゾン処理を終了する。
本実施形態では、第4の実施形態と同一部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
被成膜基材2の表面にUVランプ8により紫外線を照射して紫外線照射処理を施す。この際の成膜チャンバー1内は大気又は酸素雰囲気である。
この紫外線照射処理は、第3の実施形態と同様の条件で行うことが好ましい。次いで、紫外線照射処理を所定時間行った後に、UVランプ8の発光を停止し、紫外線照射処理を終了する。
図10は、第7の実施形態によるスパッタ装置を模式的に示す断面図である。
スパッタ装置は成膜チャンバー1を有しており、成膜チャンバー1内の上方には被成膜基材2を保持する保持部4が配置されている。
保持部4はスイッチ11を介して高周波電源6に電気的に接続されており、保持部4はRF印加電極としても作用する。保持部4の周囲及び上部はアースシールド5によってシールドされている。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気する。次いで、供給機構3dによって供給口10からO2ガスを成膜チャンバー1内に導入して被成膜基材2の表面に供給する。この供給されたO2ガスは、保持部4とアースシールド5との間を通って成膜チャンバー1の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、O2ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、O2ガス流量に制御することにより成膜チャンバー1内を酸素雰囲気とし、高周波電源6により高周波(RF)をスイッチ11を通して保持部4に印加し、酸素プラズマを発生させることにより被成膜基材2の表面に酸素プラズマ処理を行う。この酸素プラズマ処理は、第1の実施形態と同様の条件で行うことが好ましい。次いで、酸素プラズマ処理を所定時間行った後に、供給口10からのO2ガスの供給を停止し、高周波電源6による高周波(RF)の印加を停止し、酸素プラズマ処理を終了する。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気することにより、成膜チャンバー1内を所定の圧力に制御する。次いで、供給機構3dによりArガス(不活性ガスでもよい)を成膜チャンバー1内に供給する。その後、高周波電源6によりスイッチ11を通してカソード電極13及びスパッタリングターゲット12に高周波(RF)を印加することで、被成膜基材2の表面に薄膜をスパッタリングにて成膜する。
本実施形態では、第7の実施形態と同一部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
詳細には、排気ポンプによって成膜チャンバー1内を真空排気する。次いで、供給機構3eによって供給口10からO3ガスを成膜チャンバー1内に導入して被成膜基材2の表面に供給する。この供給されたO3ガスは、成膜チャンバー1の外側へ排気ポンプによって排気される。そして、O3ガスの供給量と排気のバランスにより、所定の圧力、O3ガス流量に制御することにより被成膜基材2の表面にオゾン処理を行う。このオゾン処理は、第2の実施形態と同様の条件で行うことが好ましい。次いで、オゾン処理を所定時間行った後に、供給口10からのO3ガスの供給を停止し、オゾン処理を終了する。
本実施形態では、第7の実施形態と同一部分の説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
被成膜基材2の表面にUVランプ8により紫外線を照射して紫外線照射処理を施す。この際の成膜チャンバー1内は大気又は酸素雰囲気である。
この紫外線照射処理は、第3の実施形態と同様の条件で行うことが好ましい。次いで、紫外線照射処理を所定時間行った後に、UVランプ8の発光を停止し、紫外線照射処理を終了する。
2…被成膜基材
3…原料ガス及びO2ガスの供給機構
3a…原料ガス及びO3ガスの供給機構
3b…O2ガスの供給機構
3c…O3ガスの供給機構
3d…Arガス及びO2ガスの供給機構
3e…Arガス及びO3ガスの供給機構
4…保持電極
5,5a…アースシールド
6…高周波電源
7…ガスシャワー電極
8…UVランプ
9…蒸着源(Cell)
10…供給口
11…スイッチ
12…スパッタリングターゲット
13…カソード電極
Claims (2)
- プラスチック又はプラスチックにSiO2及びAl2O3の少なくとも一方を分散させた材料からなる被成膜基材の表面にオゾン処理を施した後に、
前記被成膜基材の表面上に、スパッタ法により薄膜を成膜する方法であり、
前記オゾン処理は、圧力が0.01Pa〜常圧で、オゾンガス流量が10sccm〜5slmで、オゾン濃度が5〜100%で、処理時間が0.1秒〜1時間の条件で紫外線を照射せずに行う処理であり、
前記薄膜は、SiN膜、SiON膜、Al2O3膜、Al膜、Cu膜、Ti膜、Au膜及びPt膜のいずれかの膜、又は前記いずれかの膜にCとHがそれぞれ20at%以下含まれる膜であることを特徴とする被成膜基材への薄膜の成膜方法。 - チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、被成膜基材が保持される保持部と、
前記保持部に保持された前記被成膜基材に対向して配置されたスパッタリングターゲットと、
前記スパッタリングターゲットに高周波を印加する高周波電源と、
前記スパッタリングターゲットと前記保持部との間の空間に不活性ガスを供給する供給機構と、
前記チャンバー内を真空排気する排気機構と、
前記保持部に保持された前記被成膜基材の表面にオゾンガスを供給する機構と、
を具備し、
前記被成膜基材の表面にオゾン処理を施した後に、前記被成膜基材の表面上にスパッタ法によりSiN膜、SiON膜、Al2O3膜、Al膜、Cu膜、Ti膜、Au膜及びPt膜のいずれかの膜からなる薄膜を成膜するスパッタ装置であり、
前記オゾン処理は、圧力が0.01Pa〜常圧で、オゾンガス流量が10sccm〜5slmで、オゾン濃度が5〜100%で、処理時間が0.1秒〜1時間の条件で紫外線を照射せずに行う処理であり、
前記スパッタリングターゲットは、前記薄膜の材料からなることを特徴とするスパッタ装置。
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