説明

酸化マグネシウム膜の成膜方法

【課題】均一な酸化マグネシウム膜を簡単に成膜することができる酸化マグネシウム膜の成膜方法を提供する。
【解決手段】下記(A)〜(C)を含有する特定の混合ガスを用いることにより、大気圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生させ、その放電プラズマを利用した化学気相成長法により、酸化マグネシウム膜を基材Aの表面に成膜する。
(A)有機マグネシウム化合物。
(B)酸素および水蒸気の少なくとも一つ。
(C)ヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノンおよび窒素からなる群から選ばれる少なくとも一つ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化マグネシウム膜の成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、交流型プラズマディスプレイパネルでは、放電空間をあけて対向する電極のうち、一方は発光用の蛍光体で覆われ、他方は電極保護用の誘電体層で覆われている。しかしながら、この誘電体層は、放電によるイオン衝撃に弱く、このイオン衝撃がプラズマディスプレイパネルの寿命を短くする。しかも、その誘電体層は、プラズマ放電に必要な二次電子放出の効率が低いため、放電電圧が高くなる。そこで、誘電体層の表面には、酸化マグネシウム(MgO)が保護膜として成膜されている。このMgO膜は、イオン衝撃に強く、かつ、二次電子放出性に優れ放電電圧を低くすることができる。このMgO膜の成膜は、通常、真空チャンバ内において、蒸着等により行われる。
【0003】
しかしながら、最近のプラズマディスプレイパネルの大型化に対応するためには、上記MgO膜を成膜するための真空チャンバも大型化する必要があり、製造コストが高くなるという問題がある。また、真空中での成膜は、成膜速度が遅いという問題もある。
【0004】
そこで、従来より、上記MgO膜を大気圧近傍の圧力下で成膜する方法が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。特許文献1では、MgO前駆体からなる液体原料を霧化し、それを水銀ランプの光エネルギーにより励起することにより、被処理体に成膜している。また、特許文献2では、マグネシウムの脂肪酸塩またはアルコキシドと有機溶剤と含む塗布組成物の、基体への塗布および乾燥を所定回数繰り返して所望の厚さの塗布膜を形成した後、その塗布膜を焼成することにより、基体にMgO膜を形成している。
【特許文献1】特開2000−195420号公報
【特許文献2】特開2004−152672号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1では、霧化した液体原料を被処理体に均一に供給することが困難であり、その結果、均一なMgO膜を成膜することができないという問題がある。また、上記特許文献2では、塗布および乾燥を繰り返す必要があるため、工程が複雑になる。しかも、焼成により膜厚が減少し、その際に、クラックが生じるという問題がある。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、均一な酸化マグネシウム膜を簡単に成膜することができる酸化マグネシウム膜の成膜方法の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するため、本発明の酸化マグネシウム膜の成膜方法は、大気圧近傍の圧力下で基材の表面に酸化マグネシウム膜を形成する方法であって、電極の間で放電プラズマを発生させる放電プラズマ発生装置内に基材を配置し、上記電極の間に下記(A)〜(C)を含有する混合ガスを供給した状態で、上記電極の間に電圧を印加して放電プラズマを発生させ、その放電プラズマを利用した化学気相成長法により、上記基材の表面に酸化マグネシウム膜を成膜するという構成をとる。
(A)有機マグネシウム化合物。
(B)酸素および水蒸気の少なくとも一つ。
(C)ヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノンおよび窒素からなる群から選ばれる少なくとも一つ。
【0008】
本発明者らは、均一な酸化マグネシウム膜を簡単に成膜できるようにすべく、大気圧近傍の圧力下での成膜方法を中心に研究を重ねた。その研究の過程で、放電プラズマを利用することを着想し、その放電プラズマ用の雰囲気ガスについて研究を重ねた。その結果、その放電プラズマ用の雰囲気ガスとして、上記(A)〜(C)を含有する混合ガスを用いると、放電プラズマを利用した化学気相成長法により、均一な酸化マグネシウム膜を簡単に成膜できることを見出し、本発明に到達した。
【0009】
上記酸化マグネシウム膜の成膜原理は、明らかではないが、つぎのように推測される。すなわち、上記電極の間に電圧を印加すると、プラズマ励起性気体である上記(C)の作用により、放電プラズマが発生する。そして、その放電プラズマにより、上記(A)の有機マグネシウム化合物からマグネシウムイオンが分離されるとともに、上記(B)の酸素および水蒸気の少なくとも一つから酸素イオンが分離される。そして、これら分離されたマグネシウムイオンと酸素イオンとが結合して酸化マグネシウム膜が基材上に形成される。
【発明の効果】
【0010】
本発明の酸化マグネシウム膜の成膜方法では、上記(A)〜(C)を含有する特定の混合ガスを用いることにより、大気圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生させ、その放電プラズマを利用した化学気相成長法により、酸化マグネシウム膜の成膜を可能にしている。このため、均一な酸化マグネシウム膜を簡単に成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【0012】
図1は、本発明の酸化マグネシウム膜の成膜方法の一実施の形態を示している。この酸化マグネシウム膜の成膜方法は、酸化マグネシウム膜を成膜する基材Aを放電プラズマ装置1内に配置し、下記に詳述する、有機マグネシウム化合物と反応ガスとプラズマ励起性気体とを含有する特定の混合ガス雰囲気下において、放電プラズマを発生させ、その放電プラズマを利用した化学気相成長法により、基材Aの表面に酸化マグネシウム膜を成膜する方法である。
【0013】
ここで、まず、上記放電プラズマ装置1,基材A,酸化マグネシウム膜の成膜に用いる特定の混合ガス等について説明する。
【0014】
上記放電プラズマ装置1は、この実施の形態では、箱状のチャンバー11内に、空間をあけて対向する高圧電極12と低圧電極13とを一組とする電極を備えている。そして、上記チャンバー11には、上記混合ガスをチャンバー11内に供給する供給口14と、用いたガスを排出する排出口15とが形成されている。また、上記高圧電極12は交流電源16に接続され、低圧電極13はアースされている。さらに、放電を安定な状態で持続させるために、高圧電極12と低圧電極13とが対向する面の少なくとも一方には、誘電体層17が設けられていることが好ましい(図1では、対向する両面に設けられている)。そして、上記基材Aは、低圧電極13上(この実施の形態では、誘電体層17上)に配置されるようになっている。また、成膜時の処理温度を適宜に設定する温度設定手段(図示せず)が設けられている。
【0015】
上記高圧電極12および低圧電極13は、導電体からなっており、その導電体としては、特に限定されないが、例えば、鉄,銅,アルミニウム等の金属単体、ステンレス,真鍮等の合金、金属間化合物等があげられる。
【0016】
上記誘電体層17の形成材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリエチレンテレフタレート,ガラス,酸化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ジルコニウム,二酸化チタン,チタン酸バリウム等があげられる。
【0017】
上記温度設定手段としては、特に限定されないが、基材Aを配置する低圧電極13にヒータを内蔵させてもよいし、チャンバー11内の天井や壁面等にヒータを設けてもよい。また、基材Aを低圧電極13に配置するのに先立って、チャンバー11の外で基材Aをヒータにより予め所定の温度にし、その後、その基材Aを低圧電極13に配置してもよい。なお、基材Aが室温等により、既に所定の温度範囲内にあり、その温度で薄膜形成する場合は、ヒータにより加熱しなくてもよい。
【0018】
上記基材Aとしては、特に限定されるものではなく、例えば、フィルム,シート,基板等があげられる。また、その形成材料も、特に限定されるものではなく、例えば、ポリスチレン,ポリプロピレン,ポリスチレン,ポリカーボネート,ポリエチレンテレフタレート,ポリテトラフルオロエチレン,アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セラミック、金属等があげられる。
【0019】
上記混合ガスにおける有機マグネシウム化合物としては、成膜される酸化マグネシウム膜のマグネシウム源となる、シクロペンタジエニル化合物またはβ−ジケトン化合物が用いられる。これらは、常温で固体または液体であり、加熱(100〜250℃)によりガス化されて使用される。そして、そのガス化された有機マグネシウム化合物は、通常、ヘリウム等の不活性ガスがキャリアガスとして用いられ、放電プラズマ装置1のチャンバー11内に供給される。
【0020】
上記シクロペンタジエニル化合物としては、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム,ビス(メチルシクロペンタジエニル)マグネシウム,ビス(エチルシクロペンタジエニル)マグネシウム,ビス(プロピルシクロペンタジエニル)マグネシウムおよびビス(ペンタシクロペンタジエニル)マグネシウム等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
【0021】
上記β−ジケトン化合物としては、ビス(ジピバロイルメタナト)マグネシウム,マグネシウムアセチルアセトナート,マグネシウムトリフルオロアセチルアセトナートおよびマグネシウムヘキサフルオロアセチルアセトナート等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
【0022】
上記混合ガスにおける反応ガスとしては、成膜される酸化マグネシウム膜の酸素源となる、酸素および水蒸気(H2 O)等があげられ、これらは単独でもしくは併せて用いられる。さらに、水素を併用してもよい。この反応ガスを用いることにより、有機成分が少ない緻密な酸化マグネシウム膜を成膜することができ、しかも、成膜速度が向上する。なかでも、酸素を用いると、酸素の酸化作用により、酸化物(酸化マグネシウム)への変換が促進されるという効果を奏するため、酸素を用いることが好ましい。
【0023】
上記混合ガスにおけるプラズマ励起性気体としては、ヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノンおよび窒素等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。このプラズマ励起性気体を用いることにより、大気圧近傍の圧力下で、放電プラズマを安定して発生させることができる。なかでも、ヘリウムもしくはアルゴンの単独使用またはヘリウムとアルゴンとの併用が好ましい。
【0024】
そして、上記混合ガスの混合比は、特に限定されないが、上記プラズマ励起性気体100体積部に対して、上記有機マグネシウム化合物が0.001〜1体積部の範囲内に設定され、上記反応ガスが0.01〜20体積部の範囲内に設定されていることが好ましい。上記有機マグネシウム化合物が0.001体積部を下回ると、成膜速度が非常に遅く、酸化マグネシウム膜を効率よく成膜できない傾向にあり、1体積部を上回ると、粒子が降り積もったような状態の膜となり、粒子間の境界が明確になる傾向にある。また、上記反応ガスが0.01体積部を下回ると、酸化マグネシウム膜が効率よく成膜できない傾向にあり、20体積部を上回ると、放電プラズマが発生し難く、成膜性が悪化する傾向にある。そして、上記混合ガスの供給量は、チャンバー11の容積や基材Aの表面積等によって適宜決定され、特に限定されるものではない。
【0025】
つぎに、上記放電プラズマ装置1および特定の混合ガスを用いた、本発明の酸化マグネシウム膜の成膜方法の一例について説明する。
【0026】
すなわち、まず、1枚の基材Aを準備し、必要に応じて、その基材Aの表面にエアーを吹き付ける等して、基材Aの表面の塵埃等を除去する。ついで、基材Aを低圧電極13の誘電体層17上に配置した後、温度設定手段により、基材Aを所定の温度に設定するか、または基材Aを所定の温度に設定した後、低圧電極13の誘電体層17上に配置する。つぎに、上記有機マグネシウム化合物と反応ガスとプラズマ励起性気体とを含有する特定の混合ガスを供給口14から供給し、チャンバー11内をそのガス雰囲気にする。そして、上記高圧電極12と低圧電極13の間に、交流電源16により電圧を印加し、放電プラズマを発生させる。これにより、化学気相成長法が行われ、基材Aの表面に、酸化マグネシウム膜が成膜される。その後、チャンバー11内のガスを排出口15から排出する。
【0027】
上記酸化マグネシウム膜の成膜方法において、基材Aの設定温度(成膜時の処理温度)は、上記混合ガスの各成分の種類,印加電圧,基材Aの種類等によって適宜決定され、特に限定されないが、通常、0℃〜600℃の範囲内に設定される。
【0028】
また、上記交流電源16による印加電圧は、放電プラズマが発生すれば、特に限定されないが、通常、1〜10kVの範囲内に設定される。また、その交流電源16の周波数も、大気圧プラズマが発生すれば、特に限定されないが、通常、30kHz〜300kHzの範囲内に設定される。その周波数が30kHzを下回ると、酸化マグネシウム膜の成膜速度が遅くなる傾向にあり、300kHzを上回ると、粒子が降り積もったような状態の膜となり、粒子間の境界が明確になる傾向にある。
【0029】
さらに、放電プラズマを発生させる時間(酸化マグネシウム膜を成膜する時間)は、酸化マグネシウム膜の厚み等によって適宜決定され、特に限定されないが、通常、5秒間〜60分間の範囲内である。
【0030】
また、本発明における「大気圧近傍の圧力下」とは、放電プラズマを発生させるためにチャンバー11内をポンプ等の減圧装置を用いて減圧したり加圧装置を用いて加圧したりしていないことを意味し、具体的には6.0×104 Pa〜2.1×105 Pa(絶対圧)の範囲内の圧力下のことである。なかでも、好ましくは、9.3×104 Pa〜1.07×105 Pa(絶対圧)の範囲内である。
【0031】
なお、上記実施の形態では、成膜の際に、基材Aを低圧電極13の誘電体層17上に配置するようにしたが、これに限定されるものではなく、基材Aを電極間の外側に配置し、電極間で発生させた放電プラズマをガス流,電界または磁気等の作用により、基材Aの表面に吹き出す方法(リモートプラズマ)で成膜してもよい。
【0032】
つぎに、実施例について従来例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
【実施例1】
【0033】
〔放電プラズマ装置〕
図1と同様の放電プラズマ装置を用いた。チャンバーはアクリル樹脂製とした。電極として、対向面に厚み1mmのガラス層(誘電体層)が設けられ、ヒータが内蔵されたステンレス製電極(180mm×70mm)を用いた。また、電極間距離は5mmとした。
【0034】
〔基材〕
透明なガラス基板〔50mm×50mm×0.5mm(厚み)〕を用いた。
【0035】
〔混合ガス〕
ヘリウム(100体積部)と酸素(2体積部)とビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム〔Mg(C2 5 2 〕(0.05体積部)とからなる混合ガスを用いた。なお、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウムは、加熱によりガス化し、ヘリウムをキャリアガスとして用いた。上記混合ガスにおけるヘリウム(100体積部)には、このキャリアガスとして用いたヘリウムも含まれる。
【0036】
〔酸化マグネシウム膜の成膜〕
上記基材を低圧電極のガラス層(誘電体層)上に配置し、ヒータにより基材の温度を100℃にした。つぎに、上記混合ガスをチャンバー内に供給した。そして、高圧電極と低圧電極の間に、周波数が30kHzの交流電圧(10kV)を印加し、放電プラズマを10秒間発生させた。これにより、基材の表面に、厚み100nmの酸化マグネシウム膜を成膜した。なお、チャンバー内の圧力は1.06×105 Pa(絶対圧)であった。
【実施例2】
【0037】
上記実施例1において、混合ガスにおける有機マグネシウム化合物をビス(メチルシクロペンタジエニル)マグネシウム〔Mg(C5 4 CH3 2 〕に替えた。それ以外は、上記実施例1と同様にし、厚み100nmの酸化マグネシウム膜を成膜した。
【実施例3】
【0038】
上記実施例1において、混合ガスにおける有機マグネシウム化合物をビス(ジピバロイルメタナト)マグネシウム〔Mg(C11192 2 〕に替えた。それ以外は、上記実施例1と同様にし、厚み100nmの酸化マグネシウム膜を成膜した。
【実施例4】
【0039】
上記実施例1において、混合ガスにおける有機マグネシウム化合物をマグネシウムアセチルアセトナート〔Mg(C5 7 2 2 〕に替えた。それ以外は、上記実施例1と同様にし、厚み100nmの酸化マグネシウム膜を成膜した。
【実施例5】
【0040】
上記実施例1において、印加する交流電圧の周波数を100kHzとした。それ以外は、上記実施例1と同様にした。
【実施例6】
【0041】
上記実施例1において、印加する交流電圧の周波数を200kHzとした。それ以外は、上記実施例1と同様にした。
【実施例7】
【0042】
上記実施例1において、印加する交流電圧の周波数を300kHzとした。それ以外は、上記実施例1と同様にした。
【実施例8】
【0043】
上記実施例1において、印加する交流電圧の周波数を10kHzとした。それ以外は、上記実施例1と同様にした。
【実施例9】
【0044】
上記実施例1において、印加する交流電圧の周波数を500kHzとした。それ以外は、上記実施例1と同様にした。
【0045】
〔従来例1〕
酸化マグネシウム蒸着材を、加速電圧15kV,蒸着圧力1×10-2Pa,蒸着距離0.6mmの条件で、電子ビーム蒸着装置を使用し、上記ガラス基板の表面に、厚み100nmの酸化マグネシウム膜を成膜した。
【0046】
〔X線回折〕
上記実施例のうち実施例1〜4および従来例1において成膜した薄膜をX線回折した結果、いずれも酸化マグネシウムであることが確認された。
【0047】
〔酸化マグネシウム膜の厚み〕
上記実施例のうち実施例1〜4および従来例1の酸化マグネシウム膜の厚みの測定は、単一波長エリプソ装置を用い、He−Neレーザ(波長623.8×10-9m)を異なる2つの入射角(55degree,70degree)で入射させてエリプソ測定を行い、フィッティング解析により、酸化マグネシウム膜の厚みを求めた。
【0048】
上記実施例のうち上記実施例1〜4および従来例1の酸化マグネシウム膜について、下記のようにして格子面方位を評価した結果、上記実施例1〜4の酸化マグネシウム膜は、従来の真空蒸着により成膜した従来例1の酸化マグネシウム膜と同等であることが確認された。
【0049】
〔格子面方位〕
平行ビームX線回折法により、2θ/θスキャン測定を行い、最大投影面を構成する面方位を決定した。装置はSLX−2000(リガク社製)を用いた。X線源は、Cu−Kαを用い、40kV×450mA出力で測定した。入射角は、スリットにより縦2×10−3m、横0.5×10−3mに制限して、シンチレーションカウンターで検出した。測定資料の最大投影面を測定面とし、常法の半割り操作で設置し、2θ=30〜65degreeの範囲を、2θとして0.01degreeステップで測定した。回折線の位置から、最大投影面を構成する格子面(構成面)を特定した。なお、構成面が(111)面の場合、2θが36.9degree近傍、構成面が(100)面の場合、42.9degree近傍、構成面が(110)面の場合、62.3degree近傍に、それぞれ回折線が現れる。
【0050】
〔酸化マグネシウム膜の外観および成膜速度〕
上記実施例のうち実施例5〜9の酸化マグネシウム膜の外観を目視にて観察した結果、実施例9は、粒子が降り積もったような状態の薄膜であった。これに対し、実施例5〜8の酸化マグネシウム膜は、層状(粒子間の境界がない状態)の薄膜であった。しかし、実施例8は、酸化マグネシウム膜の成膜速度が遅く、大気圧近傍の圧力下で成膜するメリット(成膜速度が速い)を充分に活かすことができなかった。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明の酸化マグネシウム膜の成膜方法は、プラズマディスプレイパネルにおいて誘電体層を保護する保護層(酸化マグネシウム膜)の形成、エピタキシャル成長用基板における薄膜(酸化マグネシウム膜)の形成等の様々な用途に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明の酸化マグネシウム膜の成膜方法の一実施の形態を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【0053】
A 基材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
大気圧近傍の圧力下で基材の表面に酸化マグネシウム膜を形成する方法であって、電極の間で放電プラズマを発生させる放電プラズマ発生装置内に基材を配置し、上記電極の間に下記(A)〜(C)を含有する混合ガスを供給した状態で、上記電極の間に電圧を印加して放電プラズマを発生させ、その放電プラズマを利用した化学気相成長法により、上記基材の表面に酸化マグネシウム膜を成膜することを特徴とする酸化マグネシウム膜の成膜方法。
(A)有機マグネシウム化合物。
(B)酸素および水蒸気の少なくとも一つ。
(C)ヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノンおよび窒素からなる群から選ばれる少なくとも一つ。
【請求項2】
上記混合ガスの混合比が、上記(C)100体積部に対して、上記(A)が0.001〜1体積部の範囲内に設定され、上記(B)が0.01〜20体積部の範囲内に設定されている請求項1記載の酸化マグネシウム膜の成膜方法。
【請求項3】
上記(A)が、シクロペンタジエニル化合物またはβ−ジケトン化合物である請求項1または2記載の酸化マグネシウム膜の成膜方法。
【請求項4】
上記シクロペンタジエニル化合物が、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム,ビス(メチルシクロペンタジエニル)マグネシウム,ビス(エチルシクロペンタジエニル)マグネシウム,ビス(プロピルシクロペンタジエニル)マグネシウムおよびビス(ペンタシクロペンタジエニル)マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項3記載の酸化マグネシウム膜の成膜方法。
【請求項5】
上記β−ジケトン化合物が、ビス(ジピバロイルメタナト)マグネシウム,マグネシウムアセチルアセトナート,マグネシウムトリフルオロアセチルアセトナートおよびマグネシウムヘキサフルオロアセチルアセトナートからなる群から選ばれる少なくとも一つである請求項3記載の酸化マグネシウム膜の成膜方法。
【請求項6】
上記電極の間に印加する電圧の周波数が、30kHz〜300kHzの範囲内である請求項1〜5のいずれか一項に記載の酸化マグネシウム膜の成膜方法。

【図1】
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【公開番号】特開2008−266682(P2008−266682A)
【公開日】平成20年11月6日(2008.11.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−108187(P2007−108187)
【出願日】平成19年4月17日(2007.4.17)
【出願人】(000126115)エア・ウォーター株式会社 (254)
【Fターム(参考)】