(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気手段を有する真空容器の内部に、ワークを保持するワーク保持手段と、該ワークの加熱制御手段と、レーザビームを成膜材料に照射させるビーム導入手段とを設け、且つ、該成膜材料を真空容器の内部に供給する成膜材料供給手段を備えたレーザアブレーション成膜装置に於いて、上記成膜材料として高分子材料を用いると共に、真空容器にラジカル導入口を設け、該ラジカル導入口に反応ガスのガス源をプラズマ発生装置を介して接続し、該反応ガスの導入量及び該プラズマ発生装置のパワー調節によりラジカルの生成量を制御して、ワークに形成する高分子膜の分子量を制御することを特徴とするレーザアブレーション成膜装置。
【請求項２】
レーザビームのフルーエンスを制御するレーザ制御器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザアブレーション成膜装置。
【請求項３】
前記成膜材料供給手段が、成膜材料のアブレーションに伴う消耗を補い且つ成膜材料とワークとの位置関係を一定に保つ成膜材料繰出し機構を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザアブレーション成膜装置。
【請求項４】
前記ビーム導入手段を、真空容器の外部に設けた気体レーザと、レーザビームを導入する筒体と、該筒体のレーザビーム導入側に設けたレーザ導入レンズと、レーザビームが焦点を結ぶ小さな結合孔とで構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザアブレーション成膜装置。
【請求項５】
前記プラズマ発生装置はマイクロ波プラズマ装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザアブレーション成膜装置。
【請求項６】
前記反応ガスが酸素ガスであり、プラズマ発生装置によりプラズマ化された酸素ラジカルがラジカル導入口から真空容器の内部に導入されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザアブレーション成膜装置。
【請求項７】
前記高分子材料がポリシロキサンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザアブレーション成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、真空中で成膜材料として用いられる高分子材料を分解するレーザアブレーションによりワークに高分子膜を形成する成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高分子薄膜を得る方法として、ローラーコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、プラズマ重合、が従来より利用されている。前二者は成膜面が平面状以外のワークには、特に凹面状表面のワークには不適当である。スプレーコーティングは膜にピンホールを発生する不都合があるのに対し、プラズマ重合法はピンホールのない三次元高分子膜が得られる特質がある。しかし、プラズマ重合法は、プラズマ電力、原料流量、バッファガス流量等の成膜条件の微妙な変化があると、オリゴマー液膜から分解原子のアモルファス固体膜まで著しく物性の異なる膜が生成し、また、原料のごく一部がワークに機能性膜として付着するだけで、多くの原料は廃棄物質となり、大きな排気能力の真空排気装置を必要とする欠点がある。
【０００３】
図１はプラズマ重合法による成膜装置の１例を示し、真空排気口ａを備えた真空容器ｂ内にワークｄを載せる保持台ｃと、成膜材料としてのモノマーガスを導入するモノマーガス導入口ｅと、プラズマを発生させるためのＡｒガス等のキャリヤガスを導入するキャリヤガス導入口ｆと、外部の13.56MHzのＲＦ電源ｇに接続されたＲＦ電極ｈとで構成され、真空容器ｂ内を１０-2〜１０-4Torr（１〜１０-2Pa）に排気してから該真空容器ｂの上部のキャリヤガス導入口ｆを介してＡｒガスを導入し、ＲＦ電極ｈにＲＦ電源ｇから電力を供給することによりＡｒプラズマを発生させ、その状態で該容器ｂの側方のモノマーガス導入口ｅからモノマーガスを導入すると、該モノマーガスのモノマーがプラズマにより励起され、ワークｄの表面にプラズマ重合により高分子薄膜が堆積する。
【０００４】
これらの方法の欠点を解消するために、表面加熱源とレーザアブレーションによって真空容器内で高分子膜材料を適度に分解して得られた物質流をワークの表面に堆積させ、表面加熱によって緻密な高分子膜を成膜するレーザアブレーション成膜装置を本発明者等は先に提案した（特願平６−１７６６２７号）。このレーザアブレーション成膜装置は、排気手段を有する真空容器の内部に、ワークを保持するワーク保持手段、成膜材料を供給する成膜材料供給手段と、該真空容器の外部の気体レーザからのレーザビームを該成膜材料へ照射させるビーム導入手段とを備え、該成膜材料供給手段は成膜材料のアブレーションに伴う消耗を補い且つ該成膜材料とワークとの位置関係を一定に保つ成膜材料繰出し機構を有し、該レーザビームはレーザ制御器により該成膜材料を適切に分解すべくフルーエンスが制御され、該ビーム導入手段は、筒体と該筒体のレーザビーム導入側に設けたレーザ導入レンズとレーザビームの放出側に設けた該レーザビームが焦点を結ぶ小さな結合孔とで構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この図１の装置で得られる高分子膜は、場合によって成膜材料の分解が進みすぎて低分子量の高分子膜になる欠点があった。
【０００６】
本発明は、このような欠点がなく、ワークに形成される高分子膜の分子量を所定の分子量に制御できるレーザアブレーション成膜装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、排気手段を有する真空容器の内部に、ワークを保持するワーク保持手段と、該ワークの加熱制御手段と、レーザビームを成膜材料に照射させるビーム導入手段とを設け、且つ、該成膜材料を真空容器の内部に供給する成膜材料供給手段を備えたレーザアブレーション成膜装置に於いて、上記成膜材料として高分子材料を用いると共に、真空容器にラジカル導入口を設け、該ラジカル導入口に反応ガスのガス源をプラズマ発生装置を介して接続し、該反応ガスの導入量及び該プラズマ発生装置のパワー調節によりラジカルの生成量を制御して、ワークに形成する高分子膜の分子量を制御することにより、上記の目的を達成するようにした。
本発明のレーザアブレーション成膜装置は、更にレーザビームのフルーエンスを制御するレーザ制御器を備えることが好ましい。
また、上記成膜材料供給手段が、成膜材料のアブレーションに伴う消耗を補い且つ成膜材料とワークとの位置関係を一定に保つ成膜材料繰出し機構を有することが好ましい。
更に、上記ビーム導入手段を、真空容器の外部に設けた気体レーザと、レーザビームを導入する筒体と、該筒体のレーザビーム導入側に設けたレーザ導入レンズと、レーザビームが焦点を結ぶ小さな結合孔とで構成することが好ましい。
上記プラズマ発生装置はマイクロ波プラズマ装置であってもよい。
【０００８】
【作用】
真空容器内部を真空に排気したのち気体レーザを作動させ、そのレーザビームをビーム導入手段により成膜材料としての高分子材料に照射する。高分子材料は分解してアブレーション物質流となり、加熱制御手段により加熱されたワークにアブレーション物質流が重合して成膜が行われる。この時、成膜材料の分解が進みすぎると低分子量の高分子膜となるので、真空容器のラジカル導入口からプラズマ発生装置により発生した反応性ガスのラジカルを導入する。真空容器の内部に導入されたラジカルはアブレーション物質の重合反応を助成するので、高分子膜が低分子量になることが防止される。
また、ラジカルの生成量を反応ガスの導入量及びプラズマ発生装置のパワーの調節により制御することにより、高分子膜の分子量を制御することも可能である。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づき説明すると、図２に於いて符号１は真空ポンプの排気手段２によりレーザアブレーション成膜に適する例えば１０-2〜１０-4Torr(１〜１０-2Pa)の真空に内部が排気された真空容器を示し、該真空容器１の内部上方に成膜が施される金属やプラスチック製等のワーク３の１個或いは複数個を保持して移動可能なワーク保持手段４が設けられ、該真空容器１内の該ワーク３と対向した所定位置に例えば円盤状の成膜材料５を供給する昇降装置からなる成膜材料供給手段６が設けられる。また、該真空容器１には、その外部の気体レーザ７からのレーザビーム８を該成膜材料５の先端もしくは表面へ照射するビーム導入手段９が設けられる。該ワーク保持手段４はワーク３の交換や成膜の一様性の向上のために移動する。該ワーク３の成膜表面は、平坦面に限らず曲面であってもよい。
【００１０】
成膜材料５には、ワーク３に高分子材料としてポリシロキサンの薄膜を形成する場合、ポリシロキサンの円盤状固体が使用され、該成膜材料５は真空容器１の外部へ延びる成膜材料供給手段６を構成する成膜材料繰出し機構１１により該ワーク３との位置関係が一定になるように移動される。このような成膜材料繰出し機構１１によれば、アブレーション量を補って常に所定の位置に位置するように成膜材料を供給するので、一様なアブレーション量が得られる。なお、成膜材料５はワイヤ状に構成することも可能である。
また、該気体レーザ７には、例えば最高出力３０ＷのＣＯ2 気体レーザ７が使用され、レーザ制御器１２により適切なフルーエンスに制御されたレーザビーム８がビーム導入手段９から成膜材料５の先端もしくは表面へ導入される。該ビーム導入手段９は、図示の例では、真空容器１に設けたＺｎＳｅ製のレーザ導入レンズ９ａと、これの後方に連続して設けたレーザビーム８が焦点を結ぶ直径１mm程度の小さな結合孔９ｂを有する筒体９ｃとで構成し、レーザビーム８は該結合孔９ｂ内で焦点を結び、その後、拡散して成膜材料５の先端を照射するようにした。該成膜材料５は結合孔９ｂのためにレーザビーム８の照射で発生するレーザアブレーション量のごく僅かしか該レンズ９ａに到達することがなく、レンズ９ａの曇りが防止されて長時間の成膜が可能になる。
【００１１】
該ワーク３の成膜面３ａに対向した位置に、該成膜面３ａをアブレーション成膜時に瞬間加熱する赤外線ランプの加熱制御手段１７を設け、該加熱制御手段１７に外部の電源１３からパルス電流を供給するようにした。該パルス電流としては、例えば約３０msの幅のものが使用され、この幅のパルスでワークの成膜面３ａをパルス赤外線加熱すると、成膜面３ａの深さ０．１mm以内が温度上昇するに留まる。該加熱制御手段１７の赤外光は、ワーク３に向けて放射され、成膜面３ａの膜の付着強度を増し、膜表面を滑らかにするのに役立つ。
【００１２】
以上の構成は先に提案したレーザアブレーション成膜装置の構成と略同様であるが、本発明に於いては、該真空容器１にラジカル導入口１６を設けてこれに該真空容器１の外部の反応ガスのガス源１５をプラズマ発生装置１４を介して接続し、該ガス源１５からのガスに該プラズマ発生装置１４でラジカルを発生させ、そのラジカルを該真空容器１内へ導入し、該成膜材料５の分解を伴うアブレーション物質流の成膜時の重合反応を助成して分子量を制御するようにした。これを更に説明すると、該ラジカル導入口１６に例えば酸素ガスのガス源１５を接続し、該ガス源１５とラジカル導入口１６を接続する経路の途中にマイクロ波プラズマ発生装置や高周波プラズマ発生装置等のプラズマ発生装置１４を介在させ、真空容器１の内部へは成膜中に該プラズマ発生装置１４によりラジカル化された該ガス源１５からの酸素ガスのラジカルが導入され、該ラジカルが分解の進みすぎた成膜材料を加熱されたワーク表面に於いて重合反応を促進して、該ワークの表面に形成される高分子膜の低分子量のものの生成を防止する。１個またはそれ以上の不対電子を有する原子或いは分子であるラジカルの生成量は、ガス源１５からの導入ガス量の調節とプラズマ発生装置１４のパワーの調節により制御でき、高分子膜の分子量の増減を制御できる。
【００１３】
該真空容器１内を１０-2〜１０-4Torrに排気し、ワーク３を加熱制御手段１７で適当な温度に加熱したのち、ラジカル導入口１６からワーク３の表面へプラズマ発生装置１４で生成されたガス源１５のガスのラジカルを輸送し、気体レーザ７からレーザ制御器１２によりフルーエンス制御されたレーザビーム８をビーム導入手段９を介して成膜材料５の表面に照射すると、高分子材料は分解してアブレーション物質流となり、これが加熱されたワーク３の表面に該ラジカルで反応が助成されて堆積する。該成膜材料５が消耗しても、これとワーク３との位置関係が一定になるように成膜材料供給手段６の成膜材料繰出し機構１１が該成膜材料５を繰出して調整する。
【００１４】
該成膜材料５に高分子材料を使用する本発明によれば、性能の良い保護膜を生産性良く成膜でき、電子素子のワーク３にパシベーション膜や回路保護膜を形成し、或いは光学部品のワーク３に保護膜を形成することができる。該成膜材料５がフェニル側鎖を持つポリシロキサンである場合、これを出発物質として高速でＣ／Ｓｉ比を４〜４．１にラジカルの導入により制御でき、ポリシロキサンからシリコンオキサイドにいたる広範囲に被膜の膜質を制御できる。該ラジカル導入口１６から導入した酸素ラジカルは、高分子の炭水化物鎖を酸化切断し、無機成分の比率が多く硬い膜質に変化させて成膜することも可能である。尚、ガス源１５のガスの種類としては、各種の反応ガスが使用できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、レーザビームをビーム導入手段を介して真空容器内へ導入し、該レーザビームにより成膜材料のアブレーション物質流を生成させて該容器内のワークへ成膜するレーザアブレーション成膜装置に於いて、該真空容器に設けたラジカル導入口に反応ガスのガス源をプラズマ発生装置を介して接続したので、アブレーション物質流の重合反応を促進し制御して所要の膜質の高分子膜を得ることができ、特に該成膜材料をポリシロキサンとし、該ラジカルを酸素ラジカルとすることにより保護膜としてポリシロキサンからシリコンオキサイドに至る広範囲で良質な膜を成膜できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来例の断面線図
【図２】  本発明の実施例の截断側面図
【符号の説明】
１  真空容器                    ２  排気手段
３  ワーク                      ４  ワーク保持手段
５  成膜材料                    ６  成膜材料供給手段
７  気体レーザ                  ８  レーザビーム
９  ビーム導入手段            ９ａ  レーザ導入レンズ
９ｂ  結合孔                    ９ｃ  筒体
１１  成膜材料繰出し機構        １２  レーザ制御器
１４  プラズマ発生装置          １５  ガス源
１６  ラジカル導入口            １７  加熱制御手段
【図１】
0003712442.tif 000002
【図２】
0003712442.tif 000003