(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管の内部に原料物質を装入し、放電管内に希ガスもしくは希ガスを主体とする混合ガスを略大気圧で導入してＲＦ電力の印加により発生させた大気圧放電プラズマによって原料物質をスパッタリングして基板上に薄膜を作製することを特徴とする大気圧プラズマによる薄膜作製方法。
【請求項２】
原料物質が酸化物である請求項１の薄膜作製方法。
【請求項３】
希ガスとしてＡｒガスを用いる請求項１の薄膜作製方法。
【請求項４】
放電管が吹き付け管を構成する請求項１の薄膜作製方法。
【請求項５】
放電管の開口部域に基板を配置する請求項４の薄膜作製方法。
【請求項６】
放電管の外壁部に一対の電極を螺旋状に配置する請求項４の薄膜作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、大気圧プラズマによる薄膜作製方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、簡便に、任意の場所において各種の機能性薄膜の作製を可能とする大気圧放電プラズマによる新しい薄膜作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、各種薄膜の作製方法として、真空容器を用いる、真空蒸着法、スパッタ法、減圧プラズマＣＶＤ法等が知られており、真空容器を用いない方法としても、熱プラズマによるプラズマスプレイ法が知られている。
しかしながら、従来の真空蒸着法、スパッタ法、減圧プラズマＣＶＤ法等の場合には、真空容器を使用するためにその装置の構成は大型となり、移動ができないばかりか、大面積の薄膜作製には適していないという欠点がある。
【０００３】
また、熱プラズマスプレイ法の場合には、高品質な薄膜、さらに、配向膜などの機能性薄膜を作製することができない等の問題点がある。
この発明は、以上通りの事情を鑑みてなされたものであり簡便な構成で、装置を手軽に移動することが可能であり、任意の場所で配向膜などの機能性薄膜を作製することができる、新しい薄膜作製方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、放電管の内部に原料物質を装入し、放電管内に希ガスもしくは希ガスを主体とする混合ガスを大気圧で導入してＲＦ電力の印加により発生させた大気圧放電プラズマによって原料物質をスパッタリングして基板上に薄膜を作製することを特徴とする大気圧放電プラズマによる薄膜作製方法を提供する。
【０００５】
さらには、この発明は、放電管が吹き付け管を構成することを特徴とする薄膜作製方法をも提供する。
【０００６】
【作用】
この発明においては、上記の構成によって、放電管内に発生させた大気圧放電プラズマによるスパッタリングで原料物質の微粒子を生成させ、基板上に薄膜を作製する。
従来のスパッタ法の場合には、減圧条件とするために真空容器が必要不可欠であり、装置のメインテナンス、製造コスト、成膜面積などの点で制約を受けていたが、この発明においては、真空容器を必要としていないため、装置を手軽に移動することが可能であり、任意の対象基板に対して高品位で、機能性に優れた薄膜を簡便に作製することが可能となる。
【０００７】
なお、大気圧近傍もしくはそれ以下の圧力での放電プラズマについては、古くより無声放電、コロナ放電、火花放電がよく知られているが、これらはいずれも安定性に欠け、薄膜形成には向いていないという問題があるが、希ガスを用いるこの発明では、全く新しい現象として見出され、その技術的応用が進められている、略大気圧でのグロー放電、もしくはグロー放電状のプラズマを利用するものとして特徴づけられる。そして、この大気圧放電プラズマ技術をスパッタリングに応用することはこの発明によってはじめて実現されたものである。すなわち、たとえば、大気圧プラズマを用いた無機酸化物の作製例として、有機金属化合物などを用いた反応性ＣＶＤ法による酸化亜鉛、酸化錫などの合成が報告されている。しかしながら、この場合には、揮発性の金属酸化物やガスを原料としているため、原料の合成の困難さ、コスト、原料の毒性、原料を気化するための装置などの点で大きな制約があった。だが、この発明では、このような制約もなく、簡便に、高品質のスパッタ薄膜を形成することが可能となる。
【０００８】
この発明においての原料物質は、目的とする薄膜構成物質として適宜なものが選択され、たとえば無機物としては、酸化物、窒化物、炭化物等が使用される。これは単独でも、混合物あるいは複合物であってもよい。たとえば酸化物としては、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、インジウム酸化物、ＩＴＯ等の適宜なものが例示される。
【０００９】
また、スパッタリングを、反応性スパッタとして、希ガスとともに反応性ガスを導入して実施してもよい。たとえば、Ｏ2 、Ｎ2 、炭化水素、ＣＯ、ＣＯ2 等のガスを用いてもよい。
ただ、大気圧条件でのグロー放電もしくはグロー放電状のプラズマを生成させるためには、希ガスの割合は少くとも６０％、より好ましくは８０％以上とする。
【００１０】
希ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等が単独または混合で用いられるが、スパッタリングのための希ガスとしてはアルゴン（Ａｒ）がより好適なものとして使用される。
これらの希ガスもしくは希ガスを主体とする混合ガスは、連続的に放電管内に導入されるが、導入時の圧力は、略々大気圧であればよい。
【００１１】
放電管と放電のための装置については、より簡便な、移動可能であるというこの発明の特徴を有する限り、その形状、構成に特に限定はない。たとえば吹き付け管として、その開口部域に基板が配置されるようにしてもよい。
もちろん、基板の種類に特に限定はない。
大気圧放電プラズマの発生には、公知の手段に沿って、高周波電圧を印加して実施することができる。目的とする薄膜の種類や特性に対応して、基板の配置位置、加熱の有無を条件選択し、さらには、投入電力、ガスの流量等の条件も選択すればよい。
【００１２】
添付した図面の図１は、この発明に用いることのできる薄膜作製装置を例示した概略図である。
たとえばこの図１に示したように、薄膜作製のための装置は、大気圧プラズマの発生部である静電容量型放電管（１）とこれにプラズマ生成用ガスを導入するガス供給手段（２）、電極にＲＦ電力を印加するＲＦ電源装置（３）と整合器（４）とから構成される。静電容量型放電管（１）の出口に相当する開口部域には基板（５）が配置される。この基板（５）はヒーター（６）によって加熱され、その加熱温度は制御される。
【００１３】
添付した図面の図２は、大気圧プラズマの発生部である静電容量型放電管（１）について例示したものである。
たとえばこの図２に示したように、静電容量型放電管（１０）の外壁には、２枚の電極（１２ａ）（１２ｂ）が対向するように螺旋状に巻きつける。その内部には原料物質（１１）を装入配置する。プラズマ生成用ガスをガス導入口（１３）から大気圧で導入したのち、ＲＦ電力を２枚の電極（１２ａ）（１２ｂ）に印加する。これにより、大気圧グロー放電プラズマによるスパッタリングが可能となる。
【００１４】
放電管（１０）内部に原料物質（１１）を担持する方法は、原料の粉末や固まりを直接、管の内部に挿入する、あるいは粉末試料のメタノール懸濁液を放電管内に通過させて、管壁に塗布するかのいずれかの方法で行うのが望ましい。この後、酸素あるいは空気雰囲気下、７００℃で１時間焼結することにより固着させ、反応ガスの風速で試料が飛散しないようにする。基板の加熱に関しては、原料物質によっては基板を加熱せずとも、十分に機能性薄膜を作製することが可能である。ただし、外部から基板加熱を行わない場合は、反応ガスが基板に吹き付けられることにより、約６０℃程度に上昇する。
【００１５】
このような構成においては、放電管を自動的に、または手に持って移動操作することができ、たとえば図３に例示したように、簡便に、任意の場所と対象に対して吹き付け方式によって薄膜形成することが可能となる。
以下実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。もちろん、この発明は以下の例によって何ら限定されるものではない。
【００１６】
【実施例】
図１および図２に例示した構成の装置を用いて薄膜を作製した。放電管には直径７ｍｍ石英製パイプを用いた。電極には銅電極を用いた。パイプ出口と基板との距離は２〜１０ｍｍとした。
この際に、石英製パイプの内部にガス導入口から流量０．１〜０．４Ｌ／ｍｉｎでＡｒガスを導入し、４０〜８０ＷのＲＦ電力を２枚の銅板電極に印加することで発生させた大気圧Ａｒグロー放電プラズマに原料酸化亜鉛をさらし、温度を６０〜４００℃に加熱した基板に、３０〜９０分間で酸化亜鉛薄膜を作製した。
【００１７】
添付した図面の図４は、大気圧Ａｒプラズマによって基板上に作製した酸化亜鉛薄膜のＸ線回折チャートを示したものである。
この時の条件は、次の通りであった。
Ａｒガス流量：０．１７Ｌ／ｍｉｎ
ＲＦ電力：５０Ｗ
基板温度：６０℃
成膜時間：６０分
この図４に示したように、基板上に作製された生成膜は、ｃ軸配向性の酸化亜鉛膜であることがわかった。
【００１８】
【発明の効果】
この発明により、以上詳しく説明したとおり、この発明の大気圧プラズマを用いた薄膜作製方法によって、高品位であり、配向膜などの機能性を有する薄膜を作製することができる。
しかもこの発明では、装置は移動可能であり、対象物の大きさの制約を受けずに薄膜を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の方法に用いることのできる薄膜作製装置の概略図である。
【図２】  静電容量型放電管を例示した斜視図である。
【図３】可搬型装置による操作を例示した斜視図である。
【図４】  大気圧Ａｒプラズマによって基板上に作製した亜鉛薄膜のＸ線回折チャート図である。
【符号の説明】
１  静電容量型放電管
２  ガス供給手段
３  ＲＦ電源装置
４  整合器
５  基板
６  ヒーター
１０  静電容量型放電管
１１  原料物質
１２ａ  電極
１２ｂ  電極
１３  ガス導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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