(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に一対以上の電極が配置され、対の電極間で任意の雰囲気下でプラズマを発生させる基板電極プラズマ発生装置を用いた物質・材料プロセッシング方法において、
前記電極が配置された基板とは別の処理基板に対し、インクジェット法により、プロセッシングに用いる任意の液体材料を供給するステップと、
前記処理基板を前記電極が配置された基板に対向させ、前記対の電極間でプラズマを発生させることにより前記処理基板に供給された前記液体材料から薄膜を形成するステップと、
を備えることを特徴とする物質・材料プロセッシング方法。
【請求項２】
前記インクジェット法により任意の液体材料を供給するステップでは、複数のノズルを用いて、一種類または複数種類の液体材料を供給する、
請求項１に記載の物質・材料プロセッシング方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載された物質・材料プロセッシング方法において、
前記インクジェット法により任意の液体材料を供給するステップでは、ＳｉＯ２前駆体液を供給する、物質・材料プロセッシング方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載された物質・材料プロセッシング方法において、
前記インクジェット法により任意の液体材料を供給するステップでは、ＴｉＯ２前駆体液を供給する、物質・材料プロセッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規のプラズマ発生装置及びその装置を用いた薄膜形成、基板もしくは物質の表面処理、化学反応などの物質・材料プロセッシング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ発生装置を用いた材料プロセッシング技術は、電子デバイス、超ＬＳＩに代表される現代の先端材料作製に広く用いられている。しかしながら、装置の高コスト化、大型化、大消費電力、プロセスの煩雑さ、新物質・材料開拓の上での非効率さ、などの問題を有し、特に任意の微小領域でのプラズマ発生およびプラズマを用いたプロセッシングに対しては手段がなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる状況の下で、装置の低コスト化、小型化、低消費電力、プロセスの簡略化、新物質・材料開拓／開発の上での飛躍的な高効率化、などを目指したプラズマ発生装置を提供し、更に、該プラズマ発生装置をもちいて基板上の任意の複数微小領域での薄膜形成や、表面処理および化学反応等の物質・材料プロセッシング方法を提供することを目的とする。
【０００４】
本発明の物質・材料プロセッシング方法は、基板上に一対以上の電極が配置され、対の電極間で任意の雰囲気下でプラズマを発生させる基板電極プラズマ発生装置を用いた物質・材料プロセッシング方法において、前記電極が配置された基板とは別の処理基板に対し、インクジェット法により、プロセッシングに用いる任意の液体材料を供給するステップと、前記処理基板を前記電極が配置された基板に対向させ、前記対の電極間でプラズマを発生させることにより前記処理基板に供給された前記液体材料から薄膜を形成するステップと、を備えることを特徴とする。
【０００５】
上記インクジェット法により任意の液体材料を供給するステップでは、複数のノズルを用いて、一種類または複数種類の液体材料を供給することは好ましい。
【０００６】
上記インクジェット法により任意の液体材料を供給するステップでは、ＳｉＯ２前駆体液を供給するように処理してもよい。
【０００７】
上記インクジェット法により任意の液体材料を供給するステップでは、ＴｉＯ２前駆体液を供給するように処理してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は、基板電極プラズマ発生装置の全体を示す図である。表面を酸化したシリコン基板５上にタングステンをスパッタ蒸着し、ドライエッチングにより微小ギャップ薄膜電極対１〜４を形成した。ここでは、２×２の配列を持った４対のプラズマ発生電極からなるプラズマアレイ装置を示したが、所望のプラズマ処理に応じて任意の場所に任意の数の配列をしたものであってもよい。各々の電極はマトリックス状に配線がなされ任意の対の電極間でプラズマが発生されるようになっている。また、トランジスター等のアクティブ素子により任意の対の電極間に電圧を印加し、プラズマの発生を制御するものであってもよい。
【００２２】
図２は一対の基板電極の走査式電子顕微鏡による上方からの観察図である。電極間隙９が５μｍのタングステン電極７、８を形成した。基板電極のサイズはμｍからｃｍのオーダーであってもよい。
【００２３】
【表１】
0004180706.tif 000002
【００２４】
表１はアルゴン雰囲気下において気圧および放電開始電圧の関係を示したものである。
【００２５】
また、１ａｔｍ下における大気中、水素中でのプラズマの発生を５μｍあるいは１０μｍの電極間隙をもつタングステン、白金の両電極において印加電圧４００Ｖで確認した。
【００２６】
図３（Ａ）に基板電極アレイの上方からの観察図、図３（Ｂ）にプラズマ発生部位９付近の側方からの観察図を示す。
【００２７】
図４は基板電極におけるプラズマ発生の様子を示した図である。（Ａ）プラズマ発生前と（Ｂ）プラズマ発生時のものである。
【００２８】
従来、基板上電極を用いて微小領域にプラズマを発生させた例はなく、本発明により初めて可能となった。このように、基板電極プラズマ発生装置によれば一枚の同一基板平面上に複数の微小プラズマを任意の場所に発生することが可能になる。
【００２９】
（実施例２）
図５は基板電極プラズマ発生装置を用いて同一および別基板上の任意の位置に種々の薄膜を形成する工程を示す図である。図５（ａ）に示すように、基板電極プラズマ発生装置１０に対向する位置にシリコン基板１２を設置し、大気中あるいは酸素ガス雰囲気下でトリエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを注入しながら任意の位置にプラズマを発生させることにより任意の所望の位置にＳｉＯ２薄膜を形成することができる。図５（ｂ）では、真空中でトリメトキシアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを注入しながら別の電極対でプラズマを発生させアルミニウム薄膜を形成した。続いて真空中でモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを注入し、別の場所におけるシリコン薄膜を形成を示したのが図５（ｃ）である。このように基板電極プラズマ発生装置を用い、反応ガスを変えることにより任意の位置に任意の材料からなる薄膜をパターニング形成することが可能となる。更に、レーザーアブレーション、イオンドーピング装置を導入することにより任意の位置にＴＦＴなどの種々の素子を形成することも可能である。
【００３０】
図５（ｄ）はトリエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガスを注入し、基板電極プラズマ発生装置と同一基板上におけるＳｉＯ２絶縁膜の形成を示したものである。反応ガスの種類、プラズマ発生部位を制御すれば、任意の場所に導電膜、半導体膜等を同一基板上に形成することもできる。
【００３１】
また、反応材料を気体でなく、例えばアクリルモノマー等の液体を注入しながらプラズマを発生させ、プラズマ重合反応により基板上にアクリルを形成することも可能である。モノマーの種類、プラズマ条件を制御することにより同一基板上に屈折率の異なるマイクロ光学系素子を形成することもできる。
【００３２】
（実施例３）
図６は基板電極プラズマ発生装置を用いた基板の表面処理工程を示したものである。ガラス基板１９にポリイミド膜１８を形成した基板を酸素雰囲気下でプラズマ処理する。大気中であっても酸素ガス注入しながらでも良い。図６（ｂ）に示すように任意の場所の表面上を親水性にすることができる。この酸素プラズマ処理はポリイミド残さのアッシング効果も有する。続いて基板あるいは基板電極プラズマ発生装置をずらし、未処理のポリイミド表面をＣＦ４ガスを注入しながらプラズマ処理することにより新たに疎水性表面を形成することができる。反応ガスはＳｉＦ４などのその他のフッ素系ガスであってもよい。よって図６（ｄ）に示すように同一基板上の任意の場所の表面を親水性あるいは疎水性に改質することが可能となる。
【００３３】
（実施例４）
図７は基板電極プラズマ発生装置とインクジェットプリント装置との組み合わせによる微小光学系薄膜の形成工程を示したものである。ポリイミドで形成した隔壁２４を有するガラス基板２５上の所望のガラス面上にインクジェットヘッド２７、２８、２９、３０を有するインクジェットプリント装置２６からＳｉＯ２前駆体インク３１をインクジェットヘッド２７、２８、２９から吐出しパターニングする。ＳｉＯ２前駆体インクとしては例えば、ポリシラザン含有液体が好ましい。次に基板電極対３３、３４、３５、３６を有する基板電極プラズマ発生装置３２を用いて基板電極対３３、３４でプラズマ３７を発生させ、ＳｉＯ２薄膜３８を形成する。更に、図７（ｃ）で示すようにインクジェットヘッド２８、２９、３０からＴｉＯ２前駆体インク３９を吐出する。ＴｉＯ２前駆体インクとしては例えばチタニウムテトライソプロポキシドなどの金属アルコキシドを含む液体が挙げられる。最後に基板電極対３４、３５、３６でプラズマ４１を発生させ、ＴｉＯ２膜４２および（Ｓｉ，Ｔｉ）Ｏ２混合膜４３を形成する。従って図７（ｄ）に示すように基板電極プラズマ発生装置とインクジェットプリント装置との組み合わせにより、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２，ＳｉＯ２／ＴｉＯ２積層膜および（Ｓｉ，Ｔｉ）Ｏ２混合膜といった４種類の薄膜を同一基板上に簡便に形成することができる。ＳｉＯ２、ＴｉＯ２あるいはＳｉ，Ｔｉ）Ｏ２といった屈折率の異なる材料からなる薄膜を形成することにより同一基板上に屈折率の異なる光学薄膜を形成することが可能である。更に屈折率のことなる薄膜を種々積層することによりＤＢＲミラーの形成も可能である。
【００３４】
（実施例５）
図８は基板電極プラズマ発生装置を用いたシリコン基板の局所エッチング示したものである。任意の位置でのシリコンのエッチングが可能である。雰囲気ガスとしてはＣＦ４等のフッ素系ガスが有効である。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の基板電極プラズマ発生装置により、従来のプラズマ装置を格段に低コスト、小型、低消費電力のものにし、更に基板上の任意の複数微小領域での機能性薄膜形成や、表面処理および化学反応等の物質・材料プロセッシング方法を簡便かつ高効率なものとした。また、該プラズマ発生装置とインクジェットプリント装置と組み合わせることにより、上記機能性薄膜や物質・材料を広範囲なものとしかつ簡便な機能性薄膜形成や、物質・材料プロセッシングを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板電極プラズマ発生装置の全体を示す図。
【図２】一対の基板電極の走査式電子顕微鏡による上方からの観察図。
【図３】基板電極の走査式電子顕微鏡による観察図。（Ａ）基板電極アレイ上方及び（Ｂ）プラズマ発生部位付近の側方からの観察図。
【図４】図２で示した基板電極におけるプラズマ発生の様子を示した図である。（Ａ）プラズマ発生前と（Ｂ）プラズマ発生時のもの。
【図５】基板電極プラズマ発生装置を用いて同一および別基板上の任意の位置に種々の薄膜を形成する工程を示す図。
【図６】基板電極プラズマ発生装置を用いた基板の表面処理工程を示した図。
【図７】基板電極プラズマ発生装置とインクジェットプリント装置との組み合わせによる微小光学系薄膜の形成工程を示した図。
【図８】基板電極プラズマ発生装置を用いたシリコンのエッチングを示した図。
【符号の説明】
１ａ．基板電極１
１ｂ．基板電極２
２ｃ．プラズマ発生部
２ａ．基板電極１
２ｂ．基板電極２
２ｃ．プラズマ発生部位
３ａ．基板電極１
３ｂ．基板電極２
３ｃ．プラズマ発生部位
４ａ．基板電極１
４ｂ．基板電極２
４ｃ．プラズマ発生部位
５．絶縁体基板
６．絶縁体基板
７．基板電極１
８．基板電極２
９．プラズマ発生部位
１０．基板電極プラズマ発生装置
１１．プラズマ
１２．シリコン基板
１３．ＳｉＯ２薄膜
１４．プラズマ
１５．アルミニウム薄膜
１６．シリコン薄膜
１７．ＳｉＯ２絶縁膜
１８．ポリイミド膜
１９．ガラス基板
２０．Ｏ２プラズマ
２１．親水性表面
２２．ＣＦ４プラズマ
２３．疎水性表面
２４．ポリイミド隔壁
２５．ガラス基板
２６．インクジェットプリント装置
２７．インクジェットヘッド
２８．インクジェットヘッド
２９．インクジェットヘッド
３０．インクジェットヘッド
３１．ＳｉＯ２前駆体インク
３２．基板電極プラズマ発生装置
３３．基板電極対
３４．基板電極対
３５．基板電極対
３６．基板電極対
３７．プラズマ
３８．ＳｉＯ２薄膜
３９．ＴｉＯ２前駆体インク
４０．ＳｉＯ２／ＴｉＯ２前駆体混合インク
４１．プラズマ
４２．ＴｉＯ２薄膜
４３．（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｏ２薄膜
４４．プラズマ
４５．シリコン
４６．下地基板
【図１】
0004180706.tif 000003
【図２】
0004180706.tif 000004
【図３】
0004180706.tif 000005
【図４】
0004180706.tif 000006
【図５】
0004180706.tif 000007
【図６】
0004180706.tif 000008
【図７】
0004180706.tif 000009
【図８】
0004180706.tif 000010