(57)【要約】【課題】２種類以上の原料モノマーを蒸発させ、真空処理室内に導入し、基体上に合成樹脂被膜を形成する真空処理装置において、成膜速度の向上と、モノマーの使用効率の向上と、真空排気電力の削減とを図る。【解決手段】２種類以上の原料モノマーを蒸発させ、真空処理室内に導入し、これを基体上で重合させることからなる合成樹脂被膜を形成する真空処理装置であって、重付加反応を起こす２種類以上の原料モノマーを使用して、（Ａ）真空室内の排気を行う工程；（Ｂ）原料バルブを開いてモノマーを入れる工程；（Ｃ）真空排気を止め、排気バルブを止める工程；から成る真空処理プロセスを行うことによって、真空排気装置に頼らずに、自律的な成膜を行うことによって解決出来る。【選択図】図２
2008056790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と真空排気系からなる真空処理装置であって、前記真空槽が、真空処理室と、２以上の原料室と、前記原料室から前記真空処理室へ続く蒸発用管と、前記蒸発用管に設けた流量調整弁からなり、前記真空排気系が、真空ポンプと、排気管と、排気弁からなり、２種類以上の原料モノマーを蒸発させ、前記真空処理室内に導入し、これを基体上で重合させることにより合成樹脂被膜を形成する真空処理装置であって、前記重合が重付加反応であることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記真空処理装置が、２種類以上の前記原料モノマーを混合するための混合室を有することを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記真空処理装置が、前記真空処理室と前記混合室の間に、混合した２種類以上の前記原料モノマーの整流手段を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記真空処理装置が、前記真空室内の壁からのガス放出量に見合った排気のため、コンダクタンス調整可能な真空排気系を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記真空処理装置が、前記重付加反応による自律的な成膜を阻害しない程度の副産物を生ずる場合に、それに見合った排気のため、コンダクタンス調整可能な真空排気系を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記真空槽と前記真空排気系からなる前記真空処理装置であって、前記真空槽が、前記真空処理室と、２以上の前記原料室と、前記原料室から前記真空処理室へ続く蒸発用管と、前記蒸発用管に設けた流量調整弁からなり、前記真空排気系が、前記真空ポンプと、前記排気管と、前記排気弁からなる前記真空処理装置を用いて、
２種類以上の前記原料モノマーを蒸発させ、前記真空処理室内に導入し、これを前記基体上で重合させ前記合成樹脂被膜を形成する真空処理プロセスにおいて、
重付加反応を起こす２種類以上の原料モノマーを使用し、
（Ａ）真空室内の排気を行う工程；
（Ｂ）原料バルブを開いて前記原料モノマーを入れる工程；
（Ｃ）真空排気を止め、前記排気バルブを閉じる工程；
から成る真空処理プロセス。
【請求項７】
前記（Ｃ）の工程の後に前記真空室内の前記壁からのガス放出量に見合った排気をする工程；
を有することを特徴とする請求項６に記載の真空処理プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空中での成膜を行う装置及びそのプロセスに関する。詳しくは、真空処理装置の真空処理室内を真空にした後、真空排気装置に依存せずに、真空処理室内の真空状態を自律的に持続しながら成膜をすることの出来る真空処理装置とその真空処理プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空処理装置として、例えば、図６に示すような、真空下において蒸着重合法により基体の表面に膜を形成する真空蒸着装置４０があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、真空蒸着装置４０は、真空処理室４１内を外部の真空ポンプその他で構成された真空排気系４２に接続すると共に、真空処理室４１内に合成樹脂の蒸着被膜を形成せしめるべき基体４３を基体ホルダ４４の背面に設けられたヒータ４５によって所望温度に加熱できるようにし、また真空処理室４１内下位に基体４３に対向させて合成樹脂の原料モノマー５８、５９を蒸発させるためのガラス製の蒸発用管４６ａ、４６ｂへ導き、各蒸発用管４６ａ、４６ｂ全体をその周囲に巻回されたヒータ４７ａ、４７ｂによって所望温度に加熱できるようにした。また、真空処理室４１の室壁内面４１ａの全面に亘らせて加熱ヒータ４９を設けている。
【０００４】
図中の、５０はヒータ４５の電源、５１はヒ−タ４７の電源、５２はヒ−タ４９の電源、５３は各蒸発用管４６の流量調整弁、５４はガス導入管４８の流量調整弁、４５は基体４３と蒸発管４６ａ、４６ｂとの間に介在するシャッタである。
【０００５】
まず、蒸発用管４６ａに原料モノマー５８としてピロメリト酸二無水物と、４６ｂに原料モノマー５９として４、４’―ジアミノジフェニルエーテルとを充填し、これら蒸発用管４６ａ、４６ｂ並びに流量調整弁５３と共に原料モノマー５８、５９を夫々加熱ヒータ４７によって１７０℃±５℃に加熱する。これと同時に真空処理室４１の室壁内面４１ａを加熱ヒータ４９によって３００℃位に加熱すると共に、基体４３を加熱ヒータ５によって１５０℃に加熱する。
【０００６】
次いで、真空処理室４１内の雰囲気ガスの全圧を、まず、真空排気系４２を介して１×１０-6Ｔｏｒｒにしてからシャッタ５５を閉じた状態で流量調整弁５４を開いてガス導入管からアルゴンガスを導入して全圧を０．１０Ｔｏｒｒに設定し、その後流量調整弁５３を開いて蒸発用管４６ａ、４６ｂから原料モノマー５８、５９の蒸気を導入し、全圧を０．１２Ｔｏｒｒに設定する。
【０００７】
最後にシャッタ５５を開けて、基体４３上に原料モノマー５８、５９のわずかに重合したポリイミドの重合体を析出させ、基体上で重合反応を完結させながら所定の膜厚になったところでシャッタを閉じてポリイミド被膜を得るというものであった。
【０００８】
しかしながら、前記重合反応を行っている間は、全圧を０．１０Ｔｏｒｒに保つために常時真空排気系４２を動かす必要があった。また、成膜速度は１Å／ｓｅｃと遅いものであった。
【特許文献１】特公平７−１８０００号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の真空蒸着装置においては、真空室内を常時一定の雰囲気に保つため、真空排気装置を常に稼動しておく必要があった。例えば、前記のポリイミド膜の真空蒸着装置では、ポリイミドを形成するために２種類のモノマーを原料としている。ここで、ポリイミドが重合するのに伴い、副産物としての水が発生した。この水が蒸気となって真空室内の雰囲気を汚すため、常時真空排気を行う必要があった。そのため、真空ポンプを駆動するモーターが常に電力を消費していた。
【００１０】
また、前述のように副産物を排出する目的で、常時真空排気が行われているが、これに伴って、原料である前記２種類のモノマーの半数が未使用のまま排出されていた。その結果、成膜速度が上がらなかった。また、原料の半数が無駄になっており不経済であった。
【００１１】
本願発明の課題は、成膜速度の向上と、モノマーの使用効率の向上と、真空排気のための電力の削減とを図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は「真空槽と真空排気系からなる真空処理装置であって、前記真空槽が、真空処理室と、２以上の原料室と、前記原料室から前記真空処理室へ続く蒸発用管と、前記蒸発用管に設けた流量調整弁からなり、前記真空排気系が、真空ポンプと、排気管と、排気弁からなり、
２種類以上の原料モノマーを蒸発させ、前記真空処理室内に導入し、これを基体上で重合させることからなる合成樹脂被膜を形成する真空処理装置であって、前記重合が重付加反応である真空処理装置。」によって解決される。
【００１３】
また、上記課題は「真空槽と真空排気系からなる真空処理装置であって、前記真空槽が、真空処理室と、２以上の原料室と、前記原料室から前記真空処理室へ続く蒸発用管と、前記蒸発用管に設けた流量調整弁からなり、前記真空排気系が、真空ポンプと、排気管と、排気弁からなる装置を用いて、
２種類以上の前記原料モノマーを蒸発させ、前記真空処理室内に導入し、これを基体上で重合させることからなる合成樹脂被膜を形成する真空処理プロセスにおいて、
重付加反応を起こす２種類以上の原料モノマーを使用し、
（Ａ）真空室内の排気を行う工程；
（Ｂ）原料バルブを開いて原料モノマーを入れる工程；
（Ｃ）真空排気を止め、前記排気バルブを止める工程；
から成る真空処理プロセス」によって解決される。
【発明の効果】
【００１４】
重付加反応により副産物を無くし、または、大幅に減らすことが出来たので、真空排気系に頼ることなく、成膜反応が進み、真空室内の雰囲気が自律的且つ連続的に保たれるようになった。その結果、真空排気系を止める、あるいは補助的に動かすだけで良くなった。
【００１５】
成膜中は、排気動作が行われない又は限定的に行うので、電力消費量が少なくて済む。副産物の全く出ない重付加反応を起こす原料モノマーの組合わせにおいては、最初に真空室を規定の真空雰囲気にする以外は、真空排気を停止することが可能である。
【００１６】
成膜中に、排気を行わない又は限定的に行うので、原料モノマーは全て膜の形成に使用されることになる。そのため、成膜速度が大幅に向上した。当然、原料モノマーの使用効率も格段に良くなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態の真空処理装置及び真空処理プロセスの重付加反応を起こす２種類の原料モノマーの組合わせの１例である。ジアミンモノマーである１,１２ジアミノドデカン（１，１２−Ｄｉａｍｉｎｏｄｏｄｅｃａｎｅ）と、イソシアナートモノマーである１，３−ビス（イソシアナ−トメチル）シクロへキサン（１，３−Ｂｉｓ（ｉｓｏｃｙａｎａtｏｍｅｔｈｙｌ）ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）とが重付加反応によりポリ尿素となる。ここで、重付加反応により副産物は生じない。
【００１８】
本発明の実施の形態１と実施の形態２では、上記の組合わせを使用した。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）図２は本発明の実施の形態の真空処理装置１の概略を示す模式図である。
また、図３は本発明の実施の形態の真空処理プロセスの原理図である。図２の真空処理装置１の働きを等価的に示すものである。
【００２０】
図２において、真空処理装置１は、真空槽２を真空排気系３と接続してなる。真空槽２は、真空処理室４、原料室５、６、流量調整弁１０、１１及び蒸発用管１４ａ、１４ｂからなる。また、真空排気系３は真空ポンプ１５と排気弁１０及び排気管１８ａからなる。
【００２１】
２種類の原料モノマ−は、成膜室である真空処理室４内の圧力よりも少し高い圧力を加えて原料室５、６に貯蔵することが出来る。特に図示しないヒータにより一定の温度に保つことができる。また、真空処理室４の壁４ａは、前記２種類の原料モノマ−の蒸発温度程度に加熱できる。
【００２２】
真空処理室４の内部を、真空排気系３により真空にし、前記２種類の原料モノマ−を導入する。前記２種類の原料モノマ−の飽和水蒸気圧が等しくなる温度に加熱、導入して基体８が複雑形状であっても、その表面に合成樹脂の膜を形成することが出来るというものである。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態の真空処理プロセスについて説明する。
まず、原料モノマーの流量調整弁１０、１１及び排気弁２０を閉じた状態で、真空処理室４内に基体ホルダ９に取り付けた基体８を保持すると共に、原料室５に原料モノマー１２としてイソシアナートモノマー１２と、原料室６に原料モノマー１３としてジアミンモノマー１３を夫々充填してある。
【００２４】
なお、イソシアナートモノマー１２は、原料室５内で９１℃（Ｔ1）、５．２Ｐａ（Ｐ1）に保たれている。また、ジアミンモノマー１３は、原料室６内で９８℃（Ｔ2）、０．４６Ｐａ（Ｐ2）に保たれている。また、真空処理室４内は、３０℃（Ｔｃ）に保たれている。
【００２５】
次いで、排気弁２０を開いて、真空処理室４内を真空排気Ｓする。このとき、真空排気系３の真空ポンプが使用される。真空処理室４内は、１×１０-3Ｐａの真空雰囲気（Ｐｃ）となる。
【００２６】
次いで、流量調整弁１０、１１を開いて、２種類の原料モノマ−を真空処理室４内に導入する。これと同時または少し遅れて、排気弁２０を閉じて、真空排気Ｓを停止する。このとき、流量調整弁１０、１１によって、イソシアナートモノマー１２には、コンダクタンスＣ1、ジアミンモノマー１３には、コンダクタンスＣ2がかけられる。すなわち、化学量論的にポリ尿素膜が形成されるように、それぞれの流量Ｑ1、Ｑ2が１：１のモル比となるように蒸発量を調整している。
【００２７】
以降、重付加反応によって、基体８上での成膜が自律的に進行する。
すなわち、イソシアナートモノマー１２とジアミンモノマー１３の２種類の原料モノマーのガスが、ポリ尿素膜となり、体積が極微量となり、副産物も無いため、真空処理室４内の真空雰囲気が保たれたままとなる。従って、イソシアナートモノマー１２とジアミンモノマー１３の２種類の原料モノマーのガスが供給される限り、自律的に成膜反応が進行することとなる。
【００２８】
なお、イソシアナートモノマー１２は、原料室５内で９１℃（Ｔ1）、５．２Ｐａ（Ｐ1）に保たれている。また、ジアミンモノマー１３は、原料室６内で９８℃（Ｔ2）、０．４６Ｐａ（Ｐ2）に保たれている。また、真空処理室４内は、３０℃（Ｔｃ）、６×１０-2Ｐａの真空雰囲気（Ｐｃ）に保たれている。
【００２９】
（実施の形態２）図４は、本発明の実施の形態の真空処理装置３０の概略を示す模式図である。
また、図５は本発明の実施の形態の真空処理プロセスの原理図である。図４の真空処理装置３０の働きを等価的に示すものである。
【００３０】
実施の形態２の真空処理装置３０は、前記実施の形態１よりも高品質のポリ尿素膜の成膜を行うため、工夫された装置である。
【００３１】
まず、２種類の原料モノマーのガスを混合室７で混合し、シャワープレート７ａによって整流することにより、基体８上に均一に吹き付けて、基体８上に形成する膜の質を高めるものである。
【００３２】
また、真空処理室４の壁面４ａから出てくるガス成分（放出分）をも考慮したものである。すなわち、基体の搬入や完成品の搬出のため真空処理室４内を大気にすることがある。このとき、真空処理室４の壁面４ａには、大気中のガス成分が貯蔵される。このガス成分が、高真空の雰囲気下で出てくるというものである。
【００３３】
この放出分に見合った排気を行うために、真空排気系３’は排気弁２０の他に、コンダクタンス調整が可能な排気調整弁２２を有し、その配管１８ｂとの切り替えのための排気弁２１を設けている。更に、基体の搬入や完成品の搬出のために大気にした後の真空雰囲気の復旧の効率を上げるため、粗引き用の配管１８ｃ、排気弁２４、粗引き用の真空ポンプ１６を有する。
【００３４】
次に、本発明の実施の形態の真空処理プロセスについて説明する。
まず、流量調整弁１０、１１、排気弁２０、２１、２３、２４、排気調整弁２２を閉じた状態で、真空処理室４内に基体ホルダ９に取り付けた基体８を保持すると共に、原料室５に原料モノマー１２としてイソシアナートモノマー１２と、原料室６に原料モノマー１３としてジアミンモノマー１３を夫々充填してある。
【００３５】
なお、イソシアナートモノマー１２とは、原料室５内で９１℃（Ｔ1）、５．２Ｐａ（Ｐ1）に保たれている。また、ジアミンモノマー１３は、原料室６内で９８℃（Ｔ2）、０．４６Ｐａ（Ｐ2）に保たれている。また、真空処理室４内は、３０℃（Ｔｃ’）に保たれている。
【００３６】
次いで、排気弁２４を開いて、真空処理室４内を真空排気する。このとき、真空排気系３’の粗引き用の真空ポンプ１６が使用される。このとき、真空排気Ｓ’＝真空排気Ｓｅｆｆとなり、真空処理室４内は急速に排気される。１．３×１０-1〜１．３×１０-2の真空雰囲気となる。
【００３７】
次いで、排気弁２４を閉じる。それと同時または少し遅れて、排気弁２０、２３を開いて真空ポンプ１５を駆動させる。真空処理室４内は１×１０-3Ｐａの真空雰囲気（Ｐｃ’）となる。
【００３８】
次いで、流量調整弁１０、１１を開いて、２種類の原料モノマ−を真空処理室４内に導入する。これと同時または少し遅れて、排気弁２０を閉じて、排気弁２１と排気調整弁２２を開く。
【００３９】
以降、重付加反応によって、基体８上での成膜が自律的に進行する。排気調整弁２２は、真空処理室４内の壁４ａからのガスの排出量に見合ったコンダクタンスＣ0に調整する。その結果、真空排気Ｓｅｆｆはガスの排出量に見合った僅かな流量に調整される。このとき、1／Ｓｅｆｆ＝1／Ｓ’＋1／Ｃ0の関係が成り立つ。
【００４０】
なお、イソシアナートモノマ−１２は、原料室５内で９１℃（Ｔ1）、５．２Ｐａ（Ｐ1）に保たれている。また、ジアミンモノマ−１３は、原料室６内で９８℃（Ｔ2）、０．４６Ｐａ（Ｐ2）に保たれている。また、真空処理室４内は、３０℃（Ｔｃ’）、６×１０-2Ｐａの真空雰囲気（Ｐｃ’）に保たれている。
【００４１】
以上、発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００４２】
例えば、実施の形態１、２では、１、１２ジアミノドデカンと１，３−ビス（イソシアナートメチル）シクロヘキサンの組合わせであったが、他の組合わせであっても良い。更に、重付加反応を起こす組合わせであれば２以上の原料モノマ−を組合わせて使用しても良い。これらの場合も同様に、本発明を適用することが出来る。
【００４３】
本発明は、（ａ）ジアミン成分として、１、１２ジアミノドデカン（１，１２−Ｄｉａｍｉｎｏｄｏｄｅｃａｎｅ）、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンのいずれかまたは両方を混合して使用することができる。
【００４４】
本発明は、（ｂ）ジイソシアナート成分として、１，３−ビス（イソシアナートメチル）シクロヘキサン、ヘキサメチレンジイソシアナートのいずれかまたは両方を混合して使用することができる。
【００４５】
また、好ましいポリ尿素として、実施の形態の他に下記の（ａ／ｂ）の組合せによるポリ尿素を挙げることができる。
１，１２ジアミノドデカン／ヘキサメチレンジイソシアナート、
１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン／１，３−ビス（イソシアナートメチル）シクロヘキサン、
１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン／ヘキサメチレンジイソシアナート、
【００４６】
また、実施の形態２では、２種類の原料モノマーの混合ガスを整流する手段としてシャワ−プレ−ト７ａを使用したが、例えば、金属の薄板を平行に並べたルーバー構造や、金属の薄板を格子状、六角形状等に組んだハニカム構造を用いても良い。
【００４７】
また、実施の形態２の排気調整弁２２は真空処理室４内の壁４ａからのガスの排出量に見合ったコンダクタンスＣ0に調整したが、僅かに副生物がある２種類以上の原料モノマーの組合わせに対応して調整しても良い。重付加重合による自律的な成膜を阻害しない程度の排出量であれば対応可能である。
【００４８】
また、実施の形態１、２の真空排気系３、３’に使用する真空ポンプには様々なタイプ（型式）のものがあるが、適宜選択あるいは組みあわせることにより使用することができる。ポンプは、例えば、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、ソープションポンプ、スパッタポンプ、ゲッタポンプ、油拡散ポンプ、油拡散エジェクタ、油回転ポンプ、ドライポンプ、メカニカルブースタポンプ、水封ポンプ、往復動ポンプ、スチームエジェクタ等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態の真空処理装置で行う重付加反応である。  ジアミンモノマーである１、１２−ジアミノドデカン（１，１２−Ｄｉａｍｉｎｏｄｏｄｅｃａｎｅ）と、ジイソシアナートモノマーである１，３−ビス（イソシアナートメチル）シクロヘキサン（１，３−Ｂｉｓ（ｉｓｏｃｙａｎａtｏｍｅｔｈｙｌ）ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）とが重付加反応によりポリ尿素となる。
【図２】本発明の実施の形態の真空処理装置１の模式図である。真空槽２は、真空処理室４、原料室５、６、流量調整弁１０、１１及び蒸発用管１４ａ、１４ｂからなる。また、真空排気系３は真空ポンプ１５と排気弁２０及び排気管１８ａからなる。
【図３】本発明の実施の形態の原理図である。  図２の真空処理装置１を等価的に示したものである。
【図４】本発明の実施の形態の他の真空処理装置の模式図である。  真空槽２’は、真空処理室４、原料室５、６、混合室７、シャワープレート７ａ、流量調整弁１０、１１及び蒸発用管１４ａ、１４ｂからなる。また、真空排気系３’は真空ポンプ１５、１６と、排気弁２０、２３、２４と、排気調整弁２２と、排気管１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び分岐１９ａ、１９ｂからなる。
【図５】本発明の実施の形態の原理図である。  図４の真空処理装置３０を等価的に示したものである。
【図６】比較のための従来の真空蒸着装置の模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・真空処理装置、２、２’・・・真空槽、３、３’・・・排気系、４・・・真空処理室、４ａ・・・壁（壁面）、５、６・・・原料室、７・・・混合室、７ａ・・・シャワープレート、８・・・基体、９・・・基体ホルダ、
１０・・・流量調整弁、１１・・・流量調整弁、
１２・・・原料モノマー（イソシアナートモノマー）、１３・・・原料モノマー（ジアミンモノマー）、
１４ａ、１４ｂ・・・蒸発用管、
１５、・・・真空ポンプ、１６・・・真空ポンプ、
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ・・・排気管、１９ａ、１９ｂ・・・分岐
２０・・・排気弁、２１・・・排気弁、２２・・・排気調整弁、２３・・・排気弁、２４・・・排気弁、
３０・・・真空処理装置、
４０・・・真空蒸着装置、４１・・・真空処理室、４１ａ・・・室壁内面、４２・・・真空排気系、４３・・・基体、４４・・・基体ホルダ、４５・・・ヒータ、４６ａ、４６ｂ・・・蒸発用管、４７ａ、４７ｂ・・・ヒータ、４８・・・ガス導入管、４９・・・ヒータ、
５０、５１、５２・・・電源、５３ａ、５３ｂ、５４・・・流量調整弁、５８・・・原料モノマー、５９・・・原料モノマー、
Ｃ0・・・排気調整弁２２のコンダクタンス、Ｃ1・・・流量調整弁１０のコンダクタンス、Ｃ2・・・流量調整弁１１のコンダクタンス、
Ｐ1、Ｐ2・・・原料室内の圧力、Ｐｃ、Ｐｃ’・・・真空処理室内の圧力、
S・・・真空排気、S’・・・真空排気、Ｓｅｆｆ・・・真空排気（有効排気）、
Ｔ1、Ｔ2・・・原料室内の温度、Ｔｃ、Ｔｃ’・・・真空処理室内の温度、
【図１】
2008056790.tif 000003
【図２】
2008056790.tif 000004
【図３】
2008056790.tif 000005
【図４】
2008056790.tif 000006
【図５】
2008056790.tif 000007
【図６】
2008056790.tif 000008