(57)【要約】【課題】基体の表面における原料モノマーの滞留時間を考慮することなく、基体の表面を平坦化することができる成膜方法および成膜装置を提供する。【解決手段】本発明の成膜方法は、２つの蒸発源２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ注入された２種の原料モノマーＡ、Ｂを加熱し気化させて得られた原料ガスを混合して混合ガスとし、この混合ガスを真空チャンバ１２内へ導入し、被処理体１３の一方の面１３ａにて、２種の原料モノマーＡ、Ｂを蒸着重合させて、被処理体１３の一方の面１３ａに被膜を形成する成膜方法であって、２種の原料モノマーＡ、Ｂとして、融点が室温よりも低いものを用いることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの蒸発源にそれぞれ注入された２種の原料モノマーを加熱し気化させて得られた原料ガスを混合して混合ガスとし、該混合ガスを真空チャンバ内へ導入し、被処理体の表面にて、前記２種の原料モノマーを蒸着重合させて、前記被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法であって、
前記２種の原料モノマーとして、融点が室温よりも低いものを用いることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記２種の原料モノマーは、一方がジイソシアナートであり、他方がジアミンであることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記ジイソシアナートは、トリレン−２，６−ジイソシアナート、ジイソシアン酸トリレン、ヘキサメチレンジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタン４，４´−ジイソシアナート、ｍ−キシリレンジイソシアナートの群から選択される１種であることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記ジアミンは、イソホロンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン、１，２−ジアミノ−２−メチルプロパン、ｔｒａｎｓ−１，２−シクロヘキサンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、１，５−ジアミノペンタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルジアミノメタン、１，２−ジアミノ−２−メチルプロパン、２−メチル−１，５−ジアミノペンタンの群から選択される１種であることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
【請求項５】
２種の原料モノマーを混合して混合ガスを形成するための混合槽と、前記混合槽から導入された混合ガスを用いて被処理体の表面に被膜を形成するための処理槽とを、別体として備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機系薄膜を形成するための成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機系薄膜の成膜方法としては、湿式法、蒸着重合法などが用いられている。
これらの成膜方法のうち、湿式法は、原料モノマーを適当な溶媒に溶解して重合させ、これを基板上に塗布する方法である。
一方、蒸着重合法は、原料モノマーを蒸発させ、これらを真空処理室内に導入し、基体の表面にて重合させて、高分子膜を形成する方法である。この方法は、溶媒を用いることなく成膜することができ、かつ、基体の表面への膜の付きまわりがよいという利点を有する。
【０００３】
このような蒸着重合法に用いられる装置としては、真空中における蒸発源容器に供給された原料モノマーを加熱手段により蒸発させる蒸着重合装置において、加熱手段が、蒸発源容器の蒸発源貯蔵部に設けられた第１加熱手段と、蒸発源噴出口部に設けられた第２加熱手段とからなり、第２加熱手段の加熱温度が第１加熱手段の加熱温度より若干高く設定されているものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−０６５６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の蒸着重合装置では、原料モノマーをそれぞれ加熱して、蒸発源内を飽和蒸気圧状態とし、蒸発源内（飽和蒸気圧状態）と成膜室内（低真空状態）との圧力差を利用して、原料ガスを蒸発源から成膜室へと流入させ、基板上で重合させて化学量論比の高分子膜を形成する。したがって、この蒸着重合装置では、成膜レートは蒸発源と成膜室との間の圧力差、すなわち、蒸発源の飽和蒸気圧を設定する加熱温度に依存する。
【０００６】
しかしながら、成膜レートを一定にするために、加熱温度を一定に設定したまま成膜を繰り返していると、時間の経過に伴って、加熱により原料モノマーが分解または自己重合してオリゴマー化する。これにより、蒸発源内の飽和蒸気圧が低下し、その結果、蒸発源と成膜室の圧力差が減少して成膜レートが低下することがあった。また、２つの原料モノマーを用いて成膜する場合には、一方の原料モノマーのみ変質して飽和蒸気圧が低下し、成膜レートが低下すると所望の化学量論比の高分子膜を形成できないことがあった。
【０００７】
この場合、低下した成膜レートを元に戻すべく原料モノマーをより高い温度で加熱して飽和蒸気圧を高くしようとしても、原料モノマーの熱容量が高いため、急激に元の成膜レートに戻すことができない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、基体の表面における原料モノマーの滞留時間を考慮することなく、基体の表面を平坦化することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の成膜方法は、２つの蒸発源にそれぞれ注入された２種の原料モノマーを加熱し気化させて得られた原料ガスを混合して混合ガスとし、該混合ガスを真空チャンバ内へ導入し、被処理体の表面にて、前記２種の原料モノマーを蒸着重合させて、前記被処理体の表面に被膜を形成する成膜方法であって、前記２種の原料モノマーとして、融点が室温よりも低いものを用いることを特徴とする。
【００１０】
前記２種の原料モノマーは、一方がジイソシアナートであり、他方がジアミンであることが好ましい。
【００１１】
前記ジイソシアナートは、トリレン−２，６−ジイソシアナート、ジイソシアン酸トリレン、ヘキサメチレンジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタン４，４´−ジイソシアナート、ｍ−キシリレンジイソシアナートの群から選択される１種であることが好ましい。
【００１２】
前記ジアミンは、イソホロンジアミン、Ｎ−エチルエチレンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン、１，２−ジアミノ−２−メチルプロパン、ｔｒａｎｓ−１，２−シクロヘキサンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、１，５−ジアミノペンタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルジアミノメタン、１，２−ジアミノ−２−メチルプロパン、２−メチル−１，５−ジアミノペンタンの群から選択される１種であることが好ましい。
【００１３】
本発明の成膜装置は、２種の原料モノマーを混合して混合ガスを形成するための混合槽と、前記混合槽から導入された混合ガスを用いて被処理体の表面に被膜を形成するための処理槽とを、別体として備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の成膜方法によれば、２種の原料モノマーとして、融点が室温よりも低いものを用いるので、これらの原料モノマーの蒸着重合を行う際に、これらの原料モノマーが被処理体の表面に滞留し、高分子を形成する間にこれらの原料モノマーの分子の運動エネルギーを大きくすることができるから、被処理体の表面における原料モノマーの滞留時間を考慮することなく、被処理体の表面の全面に、膜厚が均一な被膜（高分子膜）を容易に形成することができる。また、２種の原料モノマーの分子の運動エネルギーを大きくすることにより、これらの原料モノマーが十分にマイグレーションを起こし、これらの原料モノマー同士が反応して、被処理体の表面において高分子膜が等方的に成長する。したがって、この成膜方法によれば、被処理体の表面に傷がある場合でも、２種の原料モノマーの蒸着重合によって形成された被膜（高分子膜）により、被処理体の表面を平坦化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の成膜方法に適用される成膜装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例で得られた被膜を、レーザー顕微鏡により観察した結果を示し、（ａ）は被膜が形成されたプラスチック基板の顕微鏡像を示し、（ｂ）はプラスチック基板の表面粗さ（ラフネス）を測定した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の成膜方法および成膜装置の実施の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本発明の成膜方法に適用される成膜装置の一実施形態を示す模式図である。
この実施形態の成膜装置１０は、真空排気手段１１を有する真空チャンバ１２と、真空チャンバ１２の内部にそれぞれ配された、被処理体１３を保持する支持手段１４と、支持手段１４と対向して配され、被処理体１３の一方の面１３ａに向けて原料ガスを吐出し、被処理体１３の一方の面１３ａに被膜を形成する成膜手段２０とから概略構成されている。
また、成膜手段２０は、後述する蒸発源２１Ａ、２１Ｂと、導入管２２Ａ、２２Ｂと、バルブ２５Ａ、２５Ｂと、気化手段２６Ａ、２６Ｂと、ヒーター２７と、ヒーター２８と、モノマー吹き付け部材２９とから概略構成されている。
【００１８】
真空チャンバ１２は、導入管２２Ａ、２２Ｂを介して導入される各原料モノマーＡ、Ｂの蒸気（原料ガス）を混合するための混合槽１２ａと、基板（被処理体１３）に対して成膜処理を行うための処理槽１２ｂとを有している。
ここで、混合槽１２ａは、その上部に取り付けられた導入管２２Ａ、２２Ｂを介して２種類の蒸発源２１Ａ、２１Ｂに接続されている。
【００１９】
２つの蒸発源２１Ａ、２１Ｂは、ハウジング２３Ａ、２３Ｂと、各ハウジング２３Ａ、２３Ｂ内に収容された蒸発用容器２４Ａ、２４Ｂとから構成される。そして、各蒸発用容器２４Ａ、２４Ｂの内部には、被膜を形成するための原料モノマーＡ、Ｂがそれぞれ注入されている。また、各蒸発用容器２４Ａ、２４Ｂの近傍には、各原料モノマーＡ、Ｂを加熱するためのヒーター（図示略）が設けられている。
【００２０】
各導入管２２Ａ、２２Ｂの周囲にはヒーター２７が巻き付けられ、これによって原料モノマーＡ、Ｂの温度を所定の温度に制御できるように構成されている。
また、各導入管２２Ａ、２２Ｂの途中には、各原料モノマーＡ、Ｂの供給量を調整するためのバルブ２５Ａ、２５Ｂが設けられている。
さらに、各導入管２２Ａ、２２Ｂの途中において、バルブ２５Ａ、２５Ｂと混合槽１２ａとの間には、各原料モノマーＡ、Ｂを加熱し気化して原料ガスとするための気化手段２６Ａ、２６Ｂが設けられている。
【００２１】
また、混合槽１２ａの内壁には、混合槽１２ａ内部に導入された原料モノマーＡ、Ｂの蒸気（原料ガス）を加熱および拡散するためのヒーター２８が設けられている。
一方、処理槽１２ｂは混合槽１２ａの下部に気密一体的に形成され、その下部には、被処理体１３を支持するための支持手段１４が設けられている。この支持手段１４の内部には、ヒーターおよび冷媒循環路（図示略）が設けられ、これにより被処理体１３を所定の温度に加熱または冷却できるようになっている。
【００２２】
また、混合槽１２ａと処理槽１２ｂとの間には、混合槽１２ａにおいて混合された原料モノマーＡ、Ｂの混合ガスを、被処理体１３に対して均一に吹き付けて供給するためのモノマー吹き付け部材２９が配設されている。
このモノマー吹き付け部材２９は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの熱伝導のよい金属製の板状の部材からなる。このモノマー吹き付け部材２９には、混合ガスが通過可能な複数の吹き出し口２９ａが形成されている。
【００２３】
また、被処理体１３を真空チャンバ１２に搬入するためのアーム部材１５が設けられている。
真空チャンバ１２内へ被処理体１３を搬入する際には、真空チャンバ１２に設けられた搬入／搬出口（図示略）から、アーム部材１５に保持された被処理体１３が搬入され、支持手段１４から上方に延びた支持部材１４a上に載置される。そして、支持部材１４ａが下降することにより、被処理体１３が支持手段１４上に保持される。
一方、被処理体１３を真空チャンバ１２から搬出する際には、支持部材１４ａが上昇することにより被処理体１３が上に持ち上げられ、アーム部材１５に保持されて搬入／搬出口から搬出される。
【００２４】
次に、本発明の成膜方法の一実施形態を説明する。
まず、アーム部材１５により、被処理体１３を真空チャンバ１２内に搬入して、被処理体１３を支持部材１４ａ上に載置する。
次いで、支持部材１４ａを下降させて、被処理体１３を支持手段１４上に配置する。
次いで、真空排気手段１１により、真空チャンバ１２内および蒸発源２１Ａ、２１Ｂ内を真空排気し、それぞれの内部を所定の気圧にする。
【００２５】
次いで、蒸発用容器２４Ａ、２４Ｂの近傍に設けられたヒーターにより、蒸発用容器２４Ａ、２４Ｂを加熱して、蒸発源２１Ａ、２１Ｂ（ハウジング２３Ａ、２３Ｂ）内をそれぞれ、原料モノマーＡ、Ｂの飽和蒸気圧状態とする。
このとき、蒸発用容器２４Ａ、２４Ｂの加熱温度を、所定の飽和蒸気圧となる温度に設定する。
【００２６】
ここで、原料モノマーＡ、Ｂとしては、融点が室温（２０±２〜３℃）よりも低いものが用いられる。
原料モノマーＡとしては、ジイソシアナートが用いられる。ジイソシアナートとしては、トリレン−２，６−ジイソシアナート（Ｔｏｌｙｌｅｎｅ−２，６−ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ジイソシアン酸トリレン（Ｔｏｌｙｌｅｎｅ  Ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ヘキサメチレンジイソシアナート（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ジシクロヘキシルメタン４，４´−ジイソシアナート（Ｄｉｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｍｅｔｈａｎｅ４，４´−Ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ｍ−キシリレンジイソシアナート（ｍ−Ｘｙｌｙｌｅｎｅ  Ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）の群から選択される１種が挙げられる。
【００２７】
原料モノマーＢとしては、ジアミンが用いられる。ジアミンとしては、イソホロンジアミン（Ｉｓｏｐｈｏｒｏｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、Ｎ−エチルエチレンジアミン（Ｎ−Ｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、ｍ−キシリレンジアミン（ｍ−Ｘｙｌｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、１，２−ジアミノ−２−メチルプロパン（１，２−Ｄｉａｍｉｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌｐｒｏｐａｎｅ）、ｔｒａｎｓ−１，２−シクロヘキサンジアミン（ｔｒａｎｓ−１，２−Ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｉａｍｉｎｅ）、１，２−ジアミノプロパン（１，２−Ｄｉａｍｉｎｏｐｒｏｐａｎｅ）、１，３−ジアミノプロパン（１，３−Ｄｉａｍｉｎｏｐｒｏｐａｎｅ）、１，５−ジアミノペンタン（１，５−Ｄｉａｍｉｎｏｐｅｎｔａｎｅ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルジアミノメタン（Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｄｉａｍｉｎｏｍｅｔｈａｎｅ）、１，２−ジアミノ−２−メチルプロパン（１，２−Ｄｉａｍｉｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌｐｒｏｐａｎｅ）、２−メチル−１，５−ジアミノペンタン（２−Ｍｅｔｈｙｌ−１，５−ｄｉａｍｉｎｏｐｅｎｔａｎｅ）の群から選択される１種が挙げられる。
【００２８】
次いで、被処理体１３の一方の面１３ａに形成する被膜（高分子膜）の組成や成膜時間に応じて、原料モノマーＡ、Ｂの蒸気（原料ガス）の流量を設定し、この流量に基づいて真空チャンバ１２と蒸発源２１Ａ、２１Ｂの圧力差が求まる。そして、この圧力差に基づいて、原料モノマーＡ、Ｂの飽和蒸気圧、バルブ２５Ａ、２５Ｂの設定圧力が求められるので、この設定圧力となるように、バルブ２５Ａ、２５Ｂを開いて、混合槽１２ａ内部に原料モノマーＡ、Ｂの蒸気（原料ガス）を導入し、これらの蒸気を混合して、混合ガスとする。
【００２９】
次いで、混合槽１２ａにおいて混合された原料モノマーＡ、Ｂの混合ガスを、モノマー吹き付け部材２９を介して真空チャンバ１２の処理槽１２ｂ内へ導入し、被処理体１３の一方の面１３ａに対する被膜の形成（成膜）を開始する。すなわち、この工程では、モノマー吹き付け部材２９により、原料モノマーＡ、Ｂの混合ガスを、被処理体１３の一方の面１３ａに均一に吹き付けて供給する。
【００３０】
これにより、被処理体１３の一方の面１３ａにて、原料モノマーＡ、Ｂの蒸着重合反応が進行し、被処理体１３の一方の面１３ａの全面に、ポリ尿素からなる被膜（高分子膜）が形成される。
【００３１】
なお、この実施形態の成膜方法では、被処理体１３の一方の面１３ａに形成される被膜の厚みを、用途に応じて、１０ｎｍ〜３００μｍとすることができる。
また、被膜の厚み（膜厚）の制御は、公知の技術を適用することによって行うことができる。例えば、水晶振動子法を用いた膜厚モニタを設置して膜厚を測定しながら成膜するか、成膜時間により膜厚を制御することができる。
【００３２】
この実施形態の成膜方法によれば、原料モノマーＡ、Ｂとして、融点が室温よりも低いものを用いるので、この原料モノマーＡ、Ｂの蒸着重合を行う際に、原料モノマーＡ、Ｂが被処理体１３の一方の面１３ａに滞留し、高分子を形成する間の原料モノマーＡ、Ｂの分子の運動エネルギーを大きくすることができるから、被処理体１３の一方の面１３ａにおける原料モノマーＡ、Ｂの滞留時間を考慮することなく、被処理体１３の一方の面１３ａの全面に、膜厚が均一であり、かつ、透明なポリ尿素からなる被膜（高分子膜）を容易に形成することができる。また、原料モノマーＡ、Ｂの分子の運動エネルギーを大きくすることにより、原料モノマーＡ、Ｂが十分にマイグレーションを起こし、原料モノマーＡ、Ｂ同士が反応して、被処理体１３の一方の面１３ａにおいて高分子膜が等方的に成長する。したがって、この成膜方法によれば、被処理体１３の一方の面１３ａに傷がある場合でも、原料モノマーＡ、Ｂの蒸着重合によって形成された被膜（高分子膜）により、被処理体１３の一方の面１３ａを平坦化することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３４】
「実施例」
図１に示したような成膜装置１０を用いて、プラスチック基板からなる被処理体１３の一方の面１３ａに、ポリ尿素からなる被膜を形成した。
まず、真空チャンバ１２内の支持部材１４ａ上に、被処理体１３を配置し、真空排気手段１１により、真空チャンバ１２内および蒸発源２１Ａ、２１Ｂ内を真空排気し、真空チャンバ１２内を１０−２Ｐａに減圧し、蒸発源２１Ａ、２１Ｂ内を０．１Ｐａに減圧した。
次いで、蒸発用容器２４Ａ、２４Ｂの近傍に設けられたヒーターにより、蒸発用容器２４Ａを１００℃に加熱するとともに、蒸発用容器２４Ｂを９０℃に加熱して、蒸発源２１Ａ、２１Ｂ内をそれぞれ、原料モノマーＡ、Ｂの飽和蒸気圧状態とする。
ここで、原料モノマーＡとしては、ヘキサメチレンジイソシアナート（融点−６７℃）を用い、原料モノマーＢとしては、イソホロンジアミン（融点１０℃）を用いた。
次いで、原料モノマーＡ、Ｂの蒸気の流量が所定の量になるようにバルブ２５Ａ、２５Ｂを開いて、混合槽１２ａにおいて混合された原料モノマーＡ、Ｂの混合ガスを、モノマー吹き付け部材２９を介して真空チャンバ１２の処理槽１２ｂ内へ導入し、被処理体１３の一方の面１３ａの全面にポリ尿素からなる被膜を形成した。
【００３５】
この実施例で得られた被膜を、レーザー顕微鏡（キーエンス社製）により観察した。結果を図２に示す。図２（ａ）は被膜が形成されたプラスチック基板の顕微鏡像を示し、（ｂ）はプラスチック基板の表面粗さ（ラフネス）を測定した結果を示す。
その結果、ポリ尿素からなる被膜の厚みは７０μｍであり、プラスチック基板の表面粗さが０．３３μｍであるのに対して、ポリ尿素からなる被膜によって平坦化した部分（被膜の表面）の表面粗さが０．１５μｍに減少していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、有機材料からなる重合膜の作製に好適な成膜方法および成膜装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０・・・成膜装置、１１・・・真空排気手段、１２・・・真空チャンバ、１３・・・被処理体、１４・・・支持手段、１５・・・アーム部材、２０・・・成膜手段、２１Ａ，２１Ｂ・・・蒸発源、２２Ａ，２２Ｂ・・・導入管、２３Ａ，２３Ｂ・・・ハウジング、２４Ａ，２４Ｂ・・・蒸発用容器、２５Ａ，２５Ｂ・・・バルブ、２６Ａ，２６Ｂ・・・気化手段、２７，２８・・・ヒーター、２９・・・モノマー吹き付け部材。
【図１】
2011001617.tif 000003
【図２】
2011001617.tif 000004