JP2706705B2 - Method for producing organic thin film by ultraviolet laser - Google Patents
Method for producing organic thin film by ultraviolet laserInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、紫外レーザーを用いて
高分子成形品表面又は基板表面、あるいはその両方に単
層又は多層の有機薄膜を形成する方法に関する。詳しく
は、本発明は、高分子成形品表面に紫外レーザー光を照
射し、残査不純物を高分子表面に残すことなく、表面の
構造特性や機能性を向上させた上で、レーザー照射面に
選択的にビニル基又はアリル基を有する有機化合物を固
定化する方法、さらに、ビニル基、アリル基、アリール
基又はエチニル基を有する有機化合物を交互に導入し、
導入順にて反応させ、レーザー照射面に多層膜を生成す
る新規な薄膜製造法に関する。また、本発明は、高分子
成形品への紫外レーザー光照射により生成した高分子分
解断片(フラグメント)を、真空雰囲気下で固体基板上
に堆積させた基板表面へ有機化合物を固定化する方法、
及び多層膜を形成する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a single-layer or multilayer organic thin film on the surface of a polymer molded article, the surface of a substrate, or both using an ultraviolet laser. Specifically, the present invention irradiates the surface of the polymer molded article with an ultraviolet laser beam to improve the structural properties and functionality of the surface without leaving residual impurities on the polymer surface, and then apply the laser irradiation surface A method for selectively immobilizing an organic compound having a vinyl group or an allyl group, further, alternately introducing an organic compound having a vinyl group, an allyl group, an aryl group or an ethynyl group,
The present invention relates to a novel thin film manufacturing method in which a reaction is performed in the order of introduction to form a multilayer film on a laser irradiation surface. Further, the present invention provides a method of immobilizing an organic compound on a substrate surface, which is formed by depositing a polymer decomposition fragment (fragment) generated by irradiating an ultraviolet laser beam onto a polymer molded article on a solid substrate in a vacuum atmosphere,
And a method for forming a multilayer film.
【0002】[0002]
【従来の技術】高分子成形品の表面加工については、こ
れまでに放射線、プラズマ照射による表面改質手法が提
案されているが(例えば、朴ら高分子論文集49、N
o.5p405、岩崎ら繊維学会誌48、No.1 p
21)、いずれも単成分に関する固定化に関して論述さ
れているだけで多層膜への展開はされていない。また、
プラズマ照射では、高分子成形品表面の活性化が成形品
表面上においてばらつきがあり、(1)得られた改質物
の再現性がない。(2)表面改質の位置選択性制御が困
難である。などの問題があった。放射線による改質で
は、表面の改質のみならず、高分子バルク本体の特性に
も変化を及ぼす。などの欠点があった。The surface processing of the Related Art polymeric molded article, which radiation before, the surface modification method using plasma irradiation has been proposed (e.g., Park et polymer Ronbunshu 49, N
o. 5p405, Iwasaki et al. 1 p
21), all discuss only immobilization of a single component and are not developed into a multilayer film. Also,
In plasma irradiation, the activation of the surface of the polymer molded article varies on the surface of the molded article, and (1) there is no reproducibility of the obtained modified product. (2) It is difficult to control the position selectivity of surface modification. There was such a problem. The modification by radiation not only modifies the surface but also changes the properties of the bulk polymer body. There were drawbacks such as.
【0003】次に、紫外レーザーを用いた研究例につい
て述べる。紫外域の高強度パルス光を発振するエキシマ
レーザーを用いたアブレーション(ダイレクトエッチン
グ)は、ポリマーの精密な微細加工方法として、基礎及
び応用の両面から活発に検討が進められている。本発明
者らは、これまでにアブレーションによってポリマー表
面に(1)液晶配向膜にも応用出来る微細構造の形成
(H.Niino,A.Yabe,etal.,Jp
n.J.Appl.Phys.,28,L2225(1
989);Appl.Phys.,55,510(19
89);ibid.,54,2159(1989);i
bid.,57,2368(1990);J.Phot
chem.Photbiol.A.Chem.,65,
303(1992))及び(2)表面電位の変化を利用
することで照射位置選択な無電解めっきが行えること
(H.Niino,A.Yabe,et al.,;A
ppl.Phys.Lett.,60 2697(19
92))を報告した。これらは周期的な表面形状の変化
やイオン種の生成にもとづいている。Next, an example of research using an ultraviolet laser will be described. Ablation (direct etching) using an excimer laser that oscillates high-intensity pulsed light in the ultraviolet region is being actively studied as a precise microfabrication method for polymers from both basic and applied aspects. The present inventors have previously reported (1) formation of a microstructure applicable to a liquid crystal alignment film on a polymer surface by ablation (H. Niino, A. Yabe, et al., Jp.
n. J. Appl. Phys. , 28 , L2225 (1
989); Appl. Phys. , 55 , 510 (19
89); ibid. , 54 , 2159 (1989); i.
bid. , 57 , 2368 (1990); Photo
chem. Photobiol. A. Chem. , 65 ,
303 (1992)) and (2) Electroless plating with irradiation position selection can be performed by using the change in surface potential (H. Niino, A. Yabe, et al., A).
ppl. Phys. Lett. , 60 2697 (19
92)). These are based on periodic changes in surface shape and generation of ion species.
【0004】S.ラザレらは(S.Lazare an
d R.Srinivasan,Journal of
Physical Chemistry,Vol.9
0,2124(1986))、高分子フィルム表面をエ
キシマレーザーなどの高強度紫外レーザーで照射する
と、照射直後に容易に照射表面が改質され、新たな官能
基が生成していることを報告している。また、S.ラザ
レらは、この紫外レーザーによる高分子表面の光加工
は、その表面状態を観察するのに迅速で簡便な方法であ
るとしている。このように、紫外レーザーを用いた高分
子表面の光加工は、精度良く効率的に処理することがで
きる。さらに、照射条件を制御することで照射樹脂表面
の構造特性、化学的性質や機能性を向上させることがで
きるため、多彩な表面反応を制御よく行うことができ
る。しかしながら、彼らはレーザー照射表面における反
応中間体の生成の有無の検討は行っておらず、表面処理
の工業的な有用性、活用性については何等の提案もなさ
れていない。[0004] Lazaré et al. (S. Lazare an
dR. Srinivasan, Journal of
Physical Chemistry, Vol. 9
0,2124 (1986)), reported that when a polymer film surface was irradiated with a high-intensity ultraviolet laser such as an excimer laser, the irradiated surface was easily modified immediately after irradiation, and new functional groups were generated. ing. Also, S.I. Lazaré et al. Describe that optical processing of a polymer surface with an ultraviolet laser is a quick and easy method for observing the surface state. As described above, optical processing of a polymer surface using an ultraviolet laser can be accurately and efficiently performed. Furthermore, by controlling the irradiation conditions, the structural characteristics, chemical properties and functionality of the irradiated resin surface can be improved, so that various surface reactions can be performed with good control. However, they have not examined whether or not a reaction intermediate has been formed on the laser irradiation surface, and have not made any proposals on the industrial utility and utility of the surface treatment.
【0005】また、高分子成形品に紫外レーザー光を照
射することにより生成した高分子分解断片(フラグメン
ト)を真空雰囲気において、ガラスなどの固体基板上に
堆積させることについては、S.ハンセンらの報告があ
る(S.G.Hansenand T.E.Robit
aille,Appl.Phys.Lett.,52.
81.(1988))。しかし彼らは堆積物の化学反応
性については検討しておらず、また堆積表面の工業的な
有用性、活用策については何等の提案も行っていない。Further, deposition of polymer decomposed fragments (fragments) generated by irradiating a polymer molded article with ultraviolet laser light on a solid substrate such as glass in a vacuum atmosphere is described in S.K. Hansen et al. (SG Hansenand TE Robit)
aile, Appl. Phys. Lett. , 52 .
81. (1988)). However, they have not studied the chemical reactivity of the sediment, and have not made any suggestions on the industrial utility or utilization of the sediment surface.
【0006】さらに、紫外レーザー用いて固体基板表面
に有機化合物を堆積させる方法として、化学的気相成長
法(Chemical Vapor Depositi
on(CVD))がある(例えば、広瀬全孝,応用物
理,57.1985(1988))。このレーザーCV
Dは有機化合物導入とレーザー照射を同時に行うか、又
は、有機化合物の導入を先に行うため、本発明とは全く
異なる手法である。Further, as a method of depositing an organic compound on the surface of a solid substrate using an ultraviolet laser, a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition) is used.
on (CVD)) (for example, Hirotaka Hirotaka, Applied Physics, 57.1985 (1988)). This laser CV
D is a method completely different from the present invention because the introduction of the organic compound and the laser irradiation are performed simultaneously, or the introduction of the organic compound is performed first.
【0007】また多層膜の生成手法としては、これまで
に(a)分子線エピタキシー(MBE)を含む蒸着法、
(b)化学的気相成長法(CVD)、(c)スッパタリ
ング、が提案されている。MBEを含む蒸着法では、例
えば、星らによって2種のフタロシアンニン誘導体(ル
テチウム、アルミニウム)での、KBr基板上への2層
膜の生成が試みられている(H.Hoshi,et a
l.,J.Appl.Phys.67.6871(19
90))。この手法は、高真空下において薄膜を構成す
る有機化合物を加熱により分子線とし、基板上に到達す
る有機化合物を変えることにより2層膜を作製してお
り、本発明の多層膜作製手法とは全く異なる方法であ
る。また、CVD法、スパッタリング法も、有機化合物
を飛散する手法がレーザー又は熱、高エネルギ粒子を励
起源とし、かつ、交互に活性化した物質を基板上に飛散
させて多層膜を作製する手法に基づき、MBE蒸着法と
同じ発想によるものであり、本発明とは根底から異なっ
ている。Further, as a method of forming a multilayer film, (a) a vapor deposition method including molecular beam epitaxy (MBE),
(B) Chemical vapor deposition (CVD) and (c) sputtering have been proposed. In the vapor deposition method including MBE, for example, Hoshi et al. Attempted to form a two-layer film on a KBr substrate using two kinds of phthalocyanine derivatives (lutetium and aluminum) (H. Hoshi, et a).
l. , J. et al. Appl. Phys. 67 . 6871 (19
90)). In this method, a two-layer film is produced by heating an organic compound forming a thin film under a high vacuum into a molecular beam by heating, and changing the organic compound reaching the substrate. It is a completely different method. In addition, in the CVD method and the sputtering method, the method of scattering an organic compound is a method of producing a multilayer film by using a laser, heat, or high-energy particles as an excitation source, and scattering alternately activated substances on a substrate. It is based on the same idea as the MBE vapor deposition method, and is fundamentally different from the present invention.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】高分子成形品において
の表面加工(単成分固定及び多層膜の形成)について
は、前述した手法において試みられているが、(1)良
質の膜を得るためには装置が複雑(高真空系)となる。
(2)再現性に欠ける。などの課題があり、新規な表面
加工技術の開発が希求されていた。The surface processing (fixing of a single component and the formation of a multilayer film) on a polymer molded article has been attempted in the above-mentioned method. (1) In order to obtain a high-quality film, The equipment becomes complicated (high vacuum system).
(2) Lack of reproducibility. Therefore, development of a new surface processing technology has been desired.
【0009】本発明者らは、高強度、単色性、指向性な
どの特徴をもつ紫外レーザーによる高分子加工法につい
て研究を重ねた結果、紫外レーザーを照射することによ
り、高分子成形品表面並びに高分子分解断片(フラグメ
ント)中にラジカルなどの化学反応性を有する反応中間
体が存在していることを、電子スピン共鳴法を用いた試
験により見いだした。これより、この化学反応性を有す
る反応中間体を利用して、ビニル基やアリル基を持つ有
機化合物をラジカル機構により、紫外レーザー光によっ
て活性化された部位のみ位置選択的に固定化する方法を
見いだした。また、導入する物質(ビニル基、アリル基
又はエチニル基を有する有機化合物等)を複数にするこ
とにより、活性化された部位に多層膜を生成することの
可能性についても見いだした。本発明はこれら知見に基
づいてなされたものである。The present inventors have repeatedly studied a polymer processing method using an ultraviolet laser having features such as high intensity, monochromaticity, and directivity. As a result, by irradiating the ultraviolet laser, the surface of the polymer molded product was improved. The existence of a reaction intermediate having a chemical reactivity such as a radical in the polymer decomposition fragment (fragment) was found by a test using an electron spin resonance method. From this, a method of using this reaction intermediate having chemical reactivity to immobilize an organic compound having a vinyl group or an allyl group by a radical mechanism only at a site activated by ultraviolet laser light in a selective manner. I found it. In addition, the present inventors have also found the possibility of forming a multilayer film at an activated site by using a plurality of substances (such as an organic compound having a vinyl group, an allyl group, or an ethynyl group) to be introduced. The present invention has been made based on these findings.
【0010】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、その目的は、高分子成形品又は/及び固体基板の光
加工法に関して、紫外レーザーを照射することで、光加
工法の優れた特性を低下することなしに、高分子成形品
又は/及び固体基板表面に位置選択的に、ビニル誘導
体、アリル誘導体などの有機化合物を固定化すること、
並びに複数の有機化合物の固定化を連続的に行い多層膜
を作製する新規方法について提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and has as its object to provide an optical processing method for a polymer molded article and / or a solid substrate by irradiating an ultraviolet laser to obtain excellent characteristics of the optical processing method. Without lowering, the organic compound such as a vinyl derivative, an allyl derivative, etc. is immobilized on the surface of the polymer molded article or / and the solid substrate in a position-selective manner,
Another object of the present invention is to provide a novel method for producing a multilayer film by continuously fixing a plurality of organic compounds.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明の方法は、真空チャンバー内にお
いて、高分子成形品表面に紫外レーザーを照射し、つい
で該表面にビニル基又はアリル基を有する有機化合物を
反応させ、高分子成形品表面へ有機薄膜を生成させるこ
とを特徴としている。高分子成形品表面に紫外レーザー
を照射し、ついで該表面に一般式(I) H2C=CHR1 (I) (ただし、式中R1は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルデヒド
基、カルボキシル基、カルバモイル基を表わす。)で表
わされるビニル基を有する有機化合物、又は一般式(I
I) H2C=CHCH2R2 (II) (ただし、式中R2は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアリール
基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルバモイル基を
表わす。)で表わされるアリル基を有する有機化合物を
反応させることにより、高分子成形品表面へ有機薄膜を
生成させる。In order to achieve the above object, the method of the present invention comprises irradiating a surface of a polymer molded article with an ultraviolet laser in a vacuum chamber, and then applying a vinyl group or a vinyl group on the surface. It is characterized in that an organic compound having an allyl group is reacted to form an organic thin film on the surface of a polymer molded article. The surface of the polymer molded article is irradiated with an ultraviolet laser, and then the surface is treated with a general formula (I) H 2 C) CHR 1 (I) (wherein R 1 is a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group) , An organic compound having a vinyl group represented by a substituted or unsubstituted aldehyde group, a carboxyl group, or a carbamoyl group);
I) H 2 C = CHCH 2 R 2 (II) (wherein R 2 is a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, an aldehyde group, a carboxyl group, a carbamoyl group) The organic compound having an allyl group represented by the formula (1) is reacted to form an organic thin film on the surface of the polymer molded article.
【0012】本発明の他の方法は、真空チャンバー内に
おいて、高分子成形品表面に紫外レーザーを照射し、つ
いでビニル基、アリル基又はエチニル基を有する有機化
合物を任意に選択し、これらを該表面に順次導入し、導
入順にて反応させ、高分子成形品表面に多層膜を生成さ
せることを特徴としている。高分子成形品表面に紫外レ
ーザーを照射し、ついで該表面に一般式(III) H2C=CHR3 (III) (ただし、式中R3は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルキル
基、アリール基、アルデヒド基、カルボキシル基、カル
バモイル基を表わす。)で表わされるビニル基を有する
有機化合物、又は一般式(II) H2C=CHCH2R2 (II) (ただし、式中R2は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルキル
基、アリール基、アルデヒド基、カルボキシル基、カル
バモイル基を表わす。)で表わされるアリル基を有する
有機化合物又は、一般式(IV) HC≡CR4 (IV) (ただし、式中R4は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルキル
基、アリール基、アルデヒド基、カルボキシル基、カル
バモイル基を表わす。)で表わされるエチニル基を有す
る有機化合物を任意に選択し、これらを該表面に順次導
入し、導入した順番にて反応させ、高分子成形品表面に
多層膜を生成させる。Another method of the present invention is to irradiate the surface of a polymer molded article with an ultraviolet laser in a vacuum chamber, and then arbitrarily select an organic compound having a vinyl group, an allyl group or an ethynyl group, and remove these organic compounds. It is characterized in that it is successively introduced on the surface and reacted in the order of introduction to form a multilayer film on the surface of the polymer molded article. The surface of the polymer molded article is irradiated with an ultraviolet laser, and then the surface is treated with a general formula (III) H 2 C = CHR 3 (III) (where R 3 is a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group) Or a substituted or unsubstituted alkyl group, aryl group, aldehyde group, carboxyl group, or carbamoyl group), or an organic compound having a general formula (II) H 2 C = CHCH 2 R 2 (II (Wherein R 2 represents a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, an aryl group, an aldehyde group, a carboxyl group, or a carbamoyl group) the organic compound having a or the general formula (IV) HC≡CR 4 (IV) ( provided that wherein R 4 is a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, lay be substituted Organic compounds having an ethynyl group represented by an unsubstituted alkyl group, an aryl group, an aldehyde group, a carboxyl group, or a carbamoyl group) are arbitrarily selected, and these are sequentially introduced on the surface, and in the order of introduction. The reaction is performed to form a multilayer film on the surface of the polymer molded article.
【0013】本発明の他の方法は、真空チャンバー内に
おいて、高分子成形品表面に紫外レーザー光を照射し、
生成した高分子分解断片を基板上に堆積させ、ついでこ
の堆積基板表面にビニル基又はアリル基を有する有機化
合物を反応させ、有機薄膜を生成させることを特徴とし
ている。高分子成形品表面に紫外レーザー光を照射し、
生成した高分子分解断片(フラグメント)を基板上に堆
積させ、ついでその堆積基板表面に一般式(I) H2C=CHR1 (I) (ただし、式中R1は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルデヒド
基、カルボキシル基、カルバモイル基を表わす。)で表
わされるビニル基を有する有機化合物、又は一般式(I
I) H2C=CHCH2R1 (II) (ただし、式中R1は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルデヒド
基、カルボキシル基、カルバモイル基を表わす。)で表
わされるアリル基を有する有機化合物を反応させ、有機
薄膜を生成させる。Another method of the present invention is to irradiate the surface of a polymer molded article with an ultraviolet laser beam in a vacuum chamber,
The produced polymer decomposed fragments are deposited on a substrate, and then an organic compound having a vinyl group or an allyl group is reacted on the surface of the deposited substrate to form an organic thin film. Irradiate the surface of the polymer molded article with ultraviolet laser light,
The generated polymer-decomposed fragments are deposited on a substrate, and then the general formula (I) H 2 C = CHR 1 (I) (where R 1 is a halogen atom, a cyano group Represents a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aldehyde group, a carboxyl group or a carbamoyl group), or an organic compound having a vinyl group represented by the general formula (I
I) H 2 C = CHCH 2 R 1 (II) (wherein, R 1 represents a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aldehyde group, a carboxyl group, or a carbamoyl group. ) Is reacted with an organic compound having an allyl group to form an organic thin film.
【0014】本発明のさらに他の方法は、真空チャンバ
ー内において、高分子成形品表面に紫外レーザー光を照
射し、生成した高分子分解断片を固体基板上に堆積さ
せ、ついでこの堆積基板表面にビニル基、アリル基又は
エチニル基を有する有機化合物を任意に選択し、これら
を該表面に順次導入し、導入した順番にて反応させ、多
層膜を生成させることを特徴としている。高分子成形品
表面に紫外レーザー光を照射し、生成した高分子分解断
片(フラグメント)を固体基板上に堆積させ、ついでそ
の堆積基板表面に一般式(III) H2C=CHR3 (III) (ただし、式中R3は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルキル
基、アリール基、アルデヒド基、カルボキシル基、カル
バモイル基を表わす。)で表わされるビニル基を有する
有機化合物、又は一般式(II) H2C=CHCH2R2 (II) (ただし、式中R2は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルキル
基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルバモイル基を
表わす。)で表わされるアリル基を有する有機化合物又
は、一般式(IV) HC≡CR4 (IV) (ただし、式中R4は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルキル
基、アリール基、アルデヒド基、カルボキシル基、カル
バモイル基を表わす。)で表わされるエチニル基を有す
る有機化合物を任意に選択し、これらを該表面に順次導
入し、導入した順番にて反応させ、多層膜を生成させ
る。Still another method of the present invention is to irradiate the surface of a polymer molded article with an ultraviolet laser beam in a vacuum chamber to deposit the generated polymer decomposed fragments on a solid substrate. It is characterized in that an organic compound having a vinyl group, an allyl group or an ethynyl group is arbitrarily selected, sequentially introduced into the surface, and reacted in the order of introduction to form a multilayer film. The surface of the polymer molded article is irradiated with an ultraviolet laser beam to deposit the generated polymer decomposed fragments on a solid substrate, and then the general formula (III) H 2 C CCHR 3 (III) (Where R 3 represents a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, an aryl group, an aldehyde group, a carboxyl group, or a carbamoyl group). Or an organic compound having the general formula (II) H 2 C = CHCH 2 R 2 (II) (wherein R 2 is a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, aldehyde group, a carboxyl group, a carbamoyl group.) the organic compound having an allyl group represented by or the general formula (IV) HC≡CR 4 (IV) ( provided that wherein R 4 Represents an ethynyl group represented by a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, an aryl group, an aldehyde group, a carboxyl group or a carbamoyl group. These are sequentially introduced into the surface, and reacted in the order of introduction to form a multilayer film.
【0015】上記の方法において、紫外レーザー照射条
件を、1Torr以下の真空下とし、有機化合物導入条件
を、導入される有機化合物が高分子成形品表面から脱着
する温度以下とするのが望ましい。また、紫外レーザー
照射条件を、1Torr以下の真空下とし、有機化合物導入
条件を、導入される有機化合物が高分子分解断片から脱
着する温度以下とするのが望ましい。In the above method, it is desirable that the ultraviolet laser irradiation conditions are set at a vacuum of 1 Torr or less, and the organic compound introduction conditions are set to a temperature at which the introduced organic compound desorbs from the surface of the polymer molded article. Further, it is preferable that the ultraviolet laser irradiation condition is set to a vacuum of 1 Torr or less, and the organic compound introduction condition is set to a temperature not more than a temperature at which the introduced organic compound desorbs from the polymer decomposed fragment.
【0016】紫外レーザー照射時に、真空チャンバー内
の圧力が1Torrを超える場合は、紫外レーザー照射によ
り、高分子成形品表面及び/又は高分子分解断片を堆積
させた膜に生成した活性種(ラジカル種)が失活すると
いう不都合がある。また、紫外レーザー照射時に、真空
チャンバー内を不活性ガス雰囲気とするのが好ましい。
この場合は、紫外レーザー照射により、高分子成形品表
面及び/又は高分子分解断片を堆積させた膜に生成した
活性種(ラジカル種)は安定な状態で存在するという利
点がある。また、有機化合物導入時に、導入される有機
化合物が、高分子成形品表面又は高分子分解断片(フラ
グメント)から脱着する温度を超える場合は、紫外レー
ザー照射により生成した高分子成形品表面又は高分子分
解断片(フラグメント)に生成した活性種(ラジカル
種)へ、有機化合物が十分に供給されないという不都合
がある。When the pressure in the vacuum chamber exceeds 1 Torr during the irradiation with the ultraviolet laser, the active species (radical species) formed on the surface of the polymer molded article and / or the film on which the polymer decomposed fragments are deposited by the ultraviolet laser irradiation. ) Is inactivated. In addition, it is preferable that the inside of the vacuum chamber be an inert gas atmosphere during the irradiation with the ultraviolet laser.
In this case, there is an advantage that the active species (radical species) generated on the surface of the polymer molded article and / or the film on which the polymer decomposed fragments are deposited by the ultraviolet laser irradiation are present in a stable state. When the introduced organic compound exceeds the temperature at which the introduced organic compound desorbs from the surface of the polymer molded article or the polymer decomposed fragment, the surface of the polymer molded article or the polymer formed by the irradiation of the ultraviolet laser is irradiated. There is a disadvantage that the organic compound is not sufficiently supplied to the active species (radical species) generated in the decomposed fragment.
【0017】つぎに、図1に基づいて、高分子成形品1
0(一例として、ポリマーフィルム)の表面に有機薄膜
を形成する場合の一例について説明する。12は真空チ
ャンバーで、例えば、83K 、3×10-5Torrに保持さ
れている。高分子成形品10にマスク14の開口から紫
外レーザーを照射すると(1.の状態)、高分子成形品
10の表面に活性種(ラジカル種)16が生成する
(2.の状態)。ついで、有機化合物(単成分又は多成
分)をガス状又は溶液状態で導入すると(3.の状
態)、有機化合物と活性種16との間に固定化反応が生
じて有機薄膜18が生成される(4.の状態)。なお、
この時点では、紫外レーザーの照射は行なわれていな
い。その後、真空チャンバー12内の未反応物が除去さ
れる。このときの真空チャンバー12内は、例えば、3
00K 、3×10-5Torrである。Next, based on FIG.
An example in which an organic thin film is formed on the surface of a polymer film 0 (for example, a polymer film) will be described. Reference numeral 12 denotes a vacuum chamber which is maintained at, for example, 83K and 3 × 10 -5 Torr. When the polymer molded article 10 is irradiated with an ultraviolet laser from the opening of the mask 14 (state 1), active species (radical species) 16 are generated on the surface of the polymer molded article 10 (state 2). Next, when the organic compound (single component or multiple components) is introduced in a gaseous or solution state (state 3), an immobilization reaction occurs between the organic compound and the active species 16 to form an organic thin film 18. (State of 4.). In addition,
At this point, no ultraviolet laser irradiation has been performed. Thereafter, unreacted substances in the vacuum chamber 12 are removed. At this time, the inside of the vacuum chamber 12 is, for example, 3
00K, 3 × 10 −5 Torr.
【0018】つぎに、図2に基づいて、基板20(一例
として、石英基板)の表面に有機薄膜を形成する場合の
一例について説明する。12は真空チャンバーで、例え
ば、3×10-5Torr、300K に保持されている。高分
子成形品10(例えば、ポリマーフィルム)に紫外レー
ザー(例えば:KrFレーザー)を照射すると(1.の
状態)、高分子成形品10の表面から高分子分解断片
(フラグメント)22が生成し、基板20表面に付着・
堆積する。ついで、有機化合物(単成分又は多成分)を
ガス状又は溶液状態で導入すると(2.の状態)、有機
化合物と高分子分解断片(フラグメント)との間に固定
化反応が生じて基板20上に有機薄膜が生成される。な
お、有機化合物を導入する時には、紫外レーザーの照射
は行われていない。有機化合物の導入方向を調整するこ
とにより、基板20と高分子成形品10との両方に有機
薄膜を形成することも可能である。Next, an example in which an organic thin film is formed on the surface of the substrate 20 (for example, a quartz substrate) will be described with reference to FIG. Reference numeral 12 denotes a vacuum chamber which is maintained at, for example, 3 × 10 -5 Torr and 300K. When the polymer molded article 10 (for example, a polymer film) is irradiated with an ultraviolet laser (for example, KrF laser) (state 1), a polymer decomposed fragment (fragment) 22 is generated from the surface of the polymer molded article 10, Attached to the surface of the substrate 20
accumulate. Next, when the organic compound (single component or multi-component) is introduced in a gaseous or solution state (state 2), an immobilization reaction occurs between the organic compound and the polymer-decomposed fragment, and An organic thin film is generated. In addition, when introducing an organic compound, irradiation of an ultraviolet laser is not performed. By adjusting the introduction direction of the organic compound, it is also possible to form an organic thin film on both the substrate 20 and the polymer molded article 10.
【0019】高分子成形品としては、フィルム、シー
ト、繊維、繊維強化樹脂、樹脂成形品等が用いられる。
高分子成形品の素材としては、非結晶、結晶、芳香族、
非芳香族のいずれの高分子でも良い。好ましい高分子と
しては、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエ
ーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスル
フォン、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリエ
ステル、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリ塩化
ビニル、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビリニデ
ン、ポリ三フッ化塩化エチレンもしくはエポキシ樹脂、
これらの共縮重合物又は混合物からなる合成樹脂などを
挙げることができる。また、高分子分解断片(フラグメ
ント)の堆積用基板(基板)は、有機材料、無機材料又
は金属材料のいずれでもよい。As the polymer molded product, a film, a sheet, a fiber, a fiber reinforced resin, a resin molded product and the like are used.
Materials for polymer molded products include amorphous, crystalline, aromatic,
Any non-aromatic polymer may be used. Preferred polymers include, for example, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyester, polyolefin, polyacrylate, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, Polytrifluoroethylene or epoxy resin,
Synthetic resins composed of these copolycondensates or mixtures can be mentioned. The substrate (substrate) for depositing the polymer decomposition fragments may be any of an organic material, an inorganic material, and a metal material.
【0020】紫外レーザーとしては、特に好ましくは、
XeF(351nm)、XeCl(308nm) 、KrF
(248nm) 、ArF(193nm)あるいはF2(15
7nm)エキシマレーザー等を挙げることができる。ま
た、Nd+:YAGレーザー、色素レーザー、Krイオ
ンレーザー、Arイオンレーザー又は銅蒸気レーザーに
おいても基本発振波長光を非線形光学素子などにより、
紫外光領域のレーザーに変換したものを用いることもで
きる。また、FEL(自由電子レーザー)も使用可能で
ある。レーザーフルエンスとしては、高分子の素材によ
り異なるがパルス幅がナノ秒程度として約0.1mJ/cm
2/パルス以上の高輝度レーザーが望ましい。As the ultraviolet laser, particularly preferably,
XeF (351 nm), XeCl (308 nm), KrF
(248 nm), ArF (193 nm) or F2 (15
7 nm) excimer laser and the like. Also, in a Nd +: YAG laser, a dye laser, a Kr ion laser, an Ar ion laser or a copper vapor laser, the fundamental oscillation wavelength light is converted by a nonlinear optical element or the like.
A laser converted into a laser in the ultraviolet region can also be used. Also, FEL (free electron laser) can be used. The laser fluence varies depending on the polymer material, but the pulse width is about 0.1 mJ / cm with nanoseconds.
A high intensity laser of 2 / pulse or more is desirable.
【0021】導入物質としては、 前記の一般式(I)で示される化合物としては、アク
リル酸、アクリロニトリル、アクロレイン、アクリルア
ミド、塩化アクリロイルなどが挙げられる。 前記の一般式(II)での代表的な化合物は、アリル酢
酸、塩化アリル、アリルアミン、アリルアルデヒド、シ
アン化アリル等がある。又は任意の有機化合物をビニル
基やアリル基で化学修飾した物質でもよい。 真空中で十分な蒸気圧を持たない化合物では溶液状態
とする(溶媒としては、フリーラジカルに安定なもので
あればいずれでもよい)。Examples of the substance to be introduced include acrylic acid, acrylonitrile, acrolein, acrylamide, acryloyl chloride and the like as the compound represented by the general formula (I). Representative compounds of the general formula (II) include allyl acetic acid, allyl chloride, allyl amine, allyl aldehyde, allyl cyanide and the like. Alternatively, a substance obtained by chemically modifying an arbitrary organic compound with a vinyl group or an allyl group may be used. Compounds that do not have a sufficient vapor pressure in a vacuum are brought into a solution state (a solvent may be any as long as it is stable to free radicals).
【0022】つぎに、ラジカル種の挙動について説明す
る。紫外レーザーの照射によって、高分子成形品表面又
は高分子分解断片(フラグメント)を堆積させた固体基
板上には、ラジカル種が生成し(図4)、それにともな
い高い化学反応性を増す。この反応性は、大気中に放置
するとラジカルが大気中の酸素と反応し、瞬時に化学反
応性を失う(図5)。レーザー照射表面や高分子分解断
片堆積表面を真空雰囲気化、不活性雰囲気及び低温状態
に保持し、反応中間体であるフリーラジカルの寿命を延
ばすことにより、ラジカル種の有する高い化学反応性を
維持することが可能となる。Next, the behavior of the radical species will be described. Irradiation with ultraviolet laser generates radical species on the surface of the polymer molded article or on the solid substrate on which polymer decomposed fragments are deposited (FIG. 4), thereby increasing the high chemical reactivity. As for this reactivity, radicals react with oxygen in the air when left in the air and instantly lose their chemical reactivity (FIG. 5). Maintain high chemical reactivity of radical species by maintaining the laser irradiation surface and polymer decomposition fragment deposition surface in a vacuum atmosphere, inert atmosphere, and low temperature state to extend the life of free radicals, which are reaction intermediates It becomes possible.
【0023】レーザー照射と物質導入条件は、つぎの通
りである。 雰囲気:10-3Torr以下の真空下、ヘリウム、アルゴン
又は窒素などの不活性雰囲気下。 温度 :導入する有機化合物が高分子成形品表面又は/
及び高分子分解断片(フラグメント)表面から脱着する
温度以下(望ましくは、150K 以下の低温に保持する
ことが好ましい) 。また、低温状態を用いると紫外吸収
スペクトル測定との併用によって、導入分子の吸着量を
正確に決定することが可能であり、化合物の吸着量及び
生成する重合薄膜の厚みを任意に制御して分子層数層分
の吸着を行うことも可能である。The conditions for laser irradiation and substance introduction are as follows. Atmosphere: Under a vacuum of 10 −3 Torr or less, under an inert atmosphere such as helium, argon, or nitrogen. Temperature: The organic compound to be introduced is on the surface of the polymer molded article or /
Or lower than the temperature at which desorption occurs from the surface of the polymer-degraded fragment (preferably maintained at a low temperature of 150K or lower). In addition, when the low-temperature state is used, it is possible to accurately determine the amount of the introduced molecule by using it together with the measurement of the ultraviolet absorption spectrum. It is also possible to perform adsorption for several layers.
【0024】また、薄膜成形については、つぎのよう
に、単成分固定化の場合と、多成分固定化(多層膜)の
場合とがある。 単成分固定化 KrFレーザー(248nm)を照射した(10-5Torr、
83K )ポリエチレンナフタレート(PEN)薄膜(キ
ャスト法で製造)にアクリル酸トリフルオロエチルエス
テル(フッ素目印)が固定化されていることが、X線光
電子分光法(XPS)のF1sのピークにより確認され
た。なお、ここでフッ素置換化合物であるトリフルオロ
エチルエステルを用いたのは、ポリマー中に存在しない
元素(フッ素)を有する化合物を反応させることによっ
て、ポリマーへの前記化合物の反応の確認を容易にする
ためである(図6、図7)。 多成分固定化(多層膜) PEN薄膜(キャスト法で製造)に、KrFレーザー
(248nm)を照射し、該表面に、先ずアクリル酸トリ
フルオロエチルエステルを導入し、ついでアクリル酸ジ
ブロムプロピルエステルを導入したとき(10-5Torr、
83K )のXPSスペクトルを示す。固定化後のスペク
トルにはアクリル酸トリフルオロエチルエステルのフッ
素に基ずくピーク(F1s)とアクリル酸ジブロムプロピ
ルエステルの臭素に基ずくがピーク(Br3d)現れ、P
EN薄膜表面にビニル誘導体(官能基として置換された
カルボキシル基を持つアクリル酸誘導体)が複数成分固
定化されている。つまり、表面上に多層膜が形成されて
いることが確認された。フッ素及び臭素を含む化合物を
用いたのは、前述と同様、表面への反応を確認するため
である。As for thin film molding, there are a case of immobilization of a single component and a case of immobilization of multiple components (multilayer film) as follows. Irradiated with a single component immobilized KrF laser (248 nm) (10 -5 Torr,
83K) It is confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) F 1s peak that trifluoroethyl acrylate (fluorine mark) is immobilized on polyethylene naphthalate (PEN) thin film (manufactured by casting method). Was done. Here, the use of trifluoroethyl ester, which is a fluorine-substituted compound, facilitates confirmation of the reaction of the compound with the polymer by reacting a compound having an element (fluorine) not present in the polymer. This is the reason (FIGS. 6 and 7). Multicomponent immobilization (multilayer film) A Pr thin film (manufactured by a casting method) is irradiated with a KrF laser (248 nm), and trifluoroethyl acrylate is first introduced on the surface, and then dibromopropyl acrylate is added to the surface. When introduced (10 -5 Torr,
83K). In the spectrum after immobilization, a peak based on fluorine of trifluoroethyl acrylate (F 1s ) and a peak based on bromine of dibromopropyl acrylate (Br 3d ) appear, and P
A plurality of vinyl derivatives (an acrylic acid derivative having a carboxyl group substituted as a functional group) are immobilized on the surface of the EN thin film. That is, it was confirmed that a multilayer film was formed on the surface. The reason why the compound containing fluorine and bromine was used was to confirm the reaction on the surface, as described above.
【0025】有機薄膜の固定化機構はつぎの通りであ
る。本発明法では、有機化合物を導入する前に紫外レー
ザー光の照射を高分子成形品表面に行うのみであるの
で、活性種(ラジカル種)はこの機会に生成され、活性
サイトがビニル基又はアリル基などを持つ有機化合物と
反応したと考えられる。つまり、紫外レーザー光照射に
よって生成した活性種(ラジカル種)がビニル基又はア
リル基を攻撃し、炭素ラジカルを経て前記有機化合物の
固定化が実施されたと考えられる。また、複数の有機化
合物の固定化においては、第一成分の導入によって生成
した炭素ラジカル(一種のリビングポリマー)に、つい
で導入された有機化合物が吸着し、第2成分の官能基を
攻撃することにより、固定化が起こったと考えられる。The fixing mechanism of the organic thin film is as follows. In the method of the present invention, only the irradiation of ultraviolet laser light is performed on the surface of the polymer molded article before the introduction of the organic compound, so that the active species (radical species) are generated on this occasion, and the active site is a vinyl group or an allyl group. It is considered that it reacted with an organic compound having a group. That is, it is considered that the active species (radical species) generated by the irradiation of the ultraviolet laser light attack the vinyl group or the allyl group, and the organic compound is immobilized via the carbon radical. In immobilizing a plurality of organic compounds, the introduced organic compound is adsorbed on carbon radicals (a kind of living polymer) generated by the introduction of the first component, and attacks the functional group of the second component. Is considered to have caused immobilization.
【0026】また、本発明の応用例として、つぎのもの
が考えられる。 表面の撥水撥油性化;フッ素を含む有機化合物、例え
ば、アクリル酸トリフルオロエチルエステル等で化学修
飾すれば良い。 表面の親水性化;アクリル酸等の有機化合物で化学修
飾すれば良い。 焦電材料の製造(多層膜の利用) 第1成分に電子供与性化合物を、第二成分に電子吸引性
化合物を固定化すれば(この逆でもよい)、多層膜内で
任意に分極を持たせることも可能となり、これを何等か
の分子配向手法と組み合せれば焦電、圧電特性を持つ物
質も作ることが可能である。 また、高分子成形品表面の改質したい部位に相当する
マスク(金属パターン等)を通過させたレーザービーム
を照射することで、希望する照射部位のみに活性化処理
ができ、パターンニングを利用した光学素子、光導波路
作製や有機電子材料にも適用することができる。 また本手法により表面処理した膜は、CO2等のガス
分離膜へも応用可能である。 本発明では、紫外レーザーによって、非熱的な光化学反
応により高分子化合物が反応するので、照射部位以外の
周辺には何ら熱的損傷を伴わず、極めて選択的に、か
つ、効果的に表面処理及び多層膜の形成が可能となる。The following can be considered as application examples of the present invention. Water and oil repellency of the surface; chemical modification with an organic compound containing fluorine, for example, trifluoroethyl acrylate, etc. may be performed. Hydrophilization of the surface; chemical modification with an organic compound such as acrylic acid. Manufacture of pyroelectric material (use of multilayer film) If an electron-donating compound is immobilized on the first component and an electron-withdrawing compound is immobilized on the second component (or vice versa), the multilayer film can have any polarization. If this is combined with any molecular orientation technique, it is possible to produce a substance having pyroelectric and piezoelectric properties. In addition, by irradiating a laser beam that has passed through a mask (metal pattern, etc.) corresponding to the portion of the surface of the polymer molded product that is desired to be modified, only the desired irradiated portion can be activated, and patterning is used. The present invention can also be applied to optical elements, optical waveguide fabrication, and organic electronic materials. Further, the membrane surface-treated by this method can be applied to a gas separation membrane for CO 2 or the like. In the present invention, since the high molecular compound reacts by a non-thermal photochemical reaction by the ultraviolet laser, the surface treatment other than the irradiation site does not involve any thermal damage, and the surface treatment can be performed very selectively and effectively. In addition, a multilayer film can be formed.
【0027】[0027]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能なものである。図3は、以下
の実施例において用いた試験装置を示している。12は
真空チャンバーで、内部に高分子成形品10及び基板2
0が固定されている。真空チャンバー12内は、ロータ
リポンプ24及び拡散ポンプ26からなる真空発生源で
排気されて、真空状態になるように構成されている。紫
外レーザー光は、レンズ28及びレーザー導入口30を
介して高分子成形品10に照射されるようになってい
る。32は導入管で、化合物1又は化合物2がそれぞれ
流量計34又は36を介して真空チャンバー12内に導
入されるようになっている。38、40、42は開閉
弁、44は緊急遮断弁である。また、真空チャンバー1
2には不活性ガス導入管(図示略)が接続されている。
なお、真空チャンバー12内の温度制御は、例えば、液
体窒素冷却と抵抗加熱法とを併用して行われる。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and the present invention may be practiced by appropriately changing the gist of the invention. Is possible. FIG. 3 shows a test apparatus used in the following examples. Reference numeral 12 denotes a vacuum chamber in which the polymer molded article 10 and the substrate 2 are provided.
0 is fixed. The inside of the vacuum chamber 12 is configured to be evacuated by a vacuum generating source including a rotary pump 24 and a diffusion pump 26 to be in a vacuum state. The ultraviolet laser light is applied to the polymer molded article 10 through the lens 28 and the laser inlet 30. Reference numeral 32 denotes an introduction tube, into which the compound 1 or the compound 2 is introduced into the vacuum chamber 12 via a flow meter 34 or 36, respectively. Reference numerals 38, 40, and 42 denote on-off valves, and reference numeral 44 denotes an emergency shutoff valve. In addition, vacuum chamber 1
An inert gas introduction pipe (not shown) is connected to 2.
The temperature control in the vacuum chamber 12 is performed by using, for example, liquid nitrogen cooling and resistance heating.
【0028】実施例1 サファイア基板上にキャスト法にて製膜したポリエチレ
ンナフタレート薄膜を、真空雰囲気(2×10-5Tor
r)、温度85K の状態でKrFエキシマレーザー(波
長;248nm、半値幅約20ns)を140mJ/cm2/パ
ルスで10ショット照射し、表面に活性種を生成させ
た。照射表面には、1−1Diphenyl−2pic
ryl−hidrazyl(DPPH)を基準とした電
子スピン共鳴によるラジカル測定により、1nm2あたり
約3個のフリーラジカルが生成していた。この後、アク
リル酸トリフルオロエチルエステルを反応器内へ導入
し、照射表面に所定量吸着させた。直ちに固定化反応が
おこり、その後反応容器内の温度を300K まで上昇さ
せ、未反応モノマーを除去し、表面処理薄膜を得た。X
線光電子分光測定(XPS)によってアクリル酸トリフ
ルオロエチルエステルのフッ素に基づくピークが検出さ
れ、レーザー照射した表面部分のみに固定化されている
ことが確認された。Example 1 A polyethylene naphthalate thin film formed on a sapphire substrate by a casting method was placed in a vacuum atmosphere (2 × 10 −5 Torr).
r) At a temperature of 85K, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, half width about 20 ns) was irradiated with 10 shots at 140 mJ / cm 2 / pulse to generate active species on the surface. Irradiated surface has 1-1 Diphenyl-2 pic
Radical measurement by electron spin resonance based on ryl-hydrazyl (DPPH) revealed that about 3 free radicals were generated per 1 nm 2 . Thereafter, trifluoroethyl acrylate was introduced into the reactor, and was adsorbed on the irradiated surface in a predetermined amount. Immediately after the immobilization reaction, the temperature in the reaction vessel was raised to 300 K to remove unreacted monomers, and a surface-treated thin film was obtained. X
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) detected a fluorine-based peak in trifluoroethyl acrylate, confirming that the peak was immobilized only on the laser-irradiated surface.
【0029】実施例2 サファイア基板上にキャスト法にて製膜したポリエチレ
ンナフタレート薄膜を、真空雰囲気(2×10-5Tor
r)、温度300K の状態でKrFエキシマレーザー
(波長;248nm、半値幅約20ns)を140mJ/cm2
/パルスで10ショット照射し、生成した高分子分解断
片をガラス基板上に堆積させた。この後、真空ラインと
真空チャンバーを閉にした状態で高分子分解断片を堆積
させた膜に、アクリル酸トリフルオロエチルエステルを
反応器内へ導入し、300K で30分間保持して固定化
反応を行い、表面処理薄膜を得た。X線光電子分光測定
(XPS)によってアクリル酸トリフルオロエチルエス
テルのフッ素に基づくピークが実施例1と同様観察さ
れ、レーザー照射した表面部分のみに固定化されている
ことが確認された。Example 2 A polyethylene naphthalate thin film formed on a sapphire substrate by a casting method was placed in a vacuum atmosphere (2 × 10 −5 Torr).
r) At a temperature of 300K, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, half width: about 20 ns) was 140 mJ / cm 2.
Irradiation was performed for 10 shots / pulse, and the generated polymer decomposed fragments were deposited on a glass substrate. Thereafter, trifluoroethyl acrylate was introduced into the reactor on which the polymer decomposed fragments were deposited with the vacuum line and vacuum chamber closed, and kept at 300 K for 30 minutes to perform the immobilization reaction. Then, a surface-treated thin film was obtained. By X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a peak based on fluorine of acrylic acid trifluoroethyl ester was observed in the same manner as in Example 1, and it was confirmed that the peak was immobilized only on the laser-irradiated surface portion.
【0030】実施例3 サファイア基板上にキャスト法にて製膜したポリエチレ
ンナフタレート薄膜を、真空雰囲気(2×10-5Tor
r)、温度85K の状態でKrFエキシマレーザー(波
長;248nm、半値幅約20ns)を140mJ/cm2/パ
ルスで10ショット照射し、生成した高分子分解断片を
ガラス基板上に堆積させた。この後、アクリル酸トリフ
ルオロエチルエステルを反応器内へ導入し、照射表面に
所定量吸着させた。直ちに固定化反応がおこり、その
後、反応容器内の温度を300K まで上昇させ、未反応
モノマーを除去し、表面処理膜を得た。X線光電子分光
測定(XPS)によってアクリル酸トリフルオロエチル
エステルのフッ素に基づくピークが実施例1と同様観察
され、レーザー照射した表面部分のみに固定化されてい
ることが確認された。Example 3 A polyethylene naphthalate thin film formed on a sapphire substrate by a casting method was placed in a vacuum atmosphere (2 × 10 −5 Torr).
r) At a temperature of 85K, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, half width about 20 ns) was irradiated for 10 shots at 140 mJ / cm 2 / pulse, and the generated polymer decomposed fragments were deposited on a glass substrate. Thereafter, trifluoroethyl acrylate was introduced into the reactor, and was adsorbed on the irradiated surface in a predetermined amount. Immediately after the immobilization reaction, the temperature in the reaction vessel was raised to 300 K to remove unreacted monomers, thereby obtaining a surface-treated film. By X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), a peak based on fluorine of acrylic acid trifluoroethyl ester was observed in the same manner as in Example 1, and it was confirmed that the peak was immobilized only on the laser-irradiated surface portion.
【0031】実施例4 サファイア基板上にキャスト法にて製膜したポリエチレ
ンナフタレート薄膜を、真空雰囲気(2×10-5Tor
r)、温度85K の状態でKrFエキシマレーザー(波
長;248nm、半値幅約20ns)を140mJ/cm2/パ
ルスで10ショット照射し、表面に活性種を生成させ
た。照射表面には、1−1Diphenyl−2pic
ryl−hidrrazyl(DPPH)を基準とした
電子スピン共鳴によるラジカル測定により、1nm2あた
り約3個のフリーラジカルが生成していた。この後、ア
クリル酸トリフルオロエチルエステルを反応器内へ導入
し、照射表面に所定量吸着させる。このとき高分子表面
に予め生成したラジカルへの固定化反応がおこるが、つ
いで連続してアクリル酸ジブロムプロピルエステルを導
入すると、第1成分にできたラジカル種と次に導入させ
た物質との間で固定化反応が進行し、多層膜が生成され
た。X線光電子分光測定(XPS)によってアクリル酸
トリフルオロエチルエステルのフッ素に基ずくピーク
と、アクリル酸ジブロムプロピルエステルの臭素に基づ
くピークが検出され、レーザー照射部のみに固定化され
ていることが確認された。Example 4 A polyethylene naphthalate thin film formed on a sapphire substrate by a casting method was placed in a vacuum atmosphere (2 × 10 −5 Torr).
r) At a temperature of 85K, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, half width about 20 ns) was irradiated with 10 shots at 140 mJ / cm 2 / pulse to generate active species on the surface. Irradiated surface has 1-1 Diphenyl-2 pic
Radical measurement by electron spin resonance based on ryl-hydrrazyl (DPPH) revealed that about 3 free radicals were generated per 1 nm 2 . Thereafter, trifluoroethyl acrylate is introduced into the reactor, and a predetermined amount is adsorbed on the irradiated surface. At this time, a fixation reaction to radicals generated in advance on the polymer surface occurs. Then, when dibromopropyl acrylate is continuously introduced, the radical species formed in the first component and the substance introduced next are mixed. The immobilization reaction progressed between them, and a multilayer film was formed. A peak based on fluorine of trifluoroethyl acrylate and a peak based on bromine of dibromopropyl acrylate were detected by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), indicating that the peak was immobilized only in the laser irradiation part. confirmed.
【0032】実施例5 サファイア基板上にキャスト法にて製膜したポリエチレ
ンナフタレート薄膜を、真空雰囲気(2×10-5Tor
r)、温度室温の状態でKrFエキシマレーザー(波
長;248nm、半値幅約20ns)を140mJ/cm2/パ
ルスで10ショット照射し、生成した高分子分解断片を
ガラス基板上に堆積させた。真空チャンバーと真空ライ
ンとを閉にした状態で高分子分解断片の堆積物に、アク
リル酸トリフルオロエチルエステルを反応器内へ導入
し、300K で30分保持した。このとき生成したラジ
カルへの固定化反応がおこるが、ついで連続してアクリ
ル酸ジブロムプロピルエステルを導入すると、第1成分
にできたラジカル種と次に導入させた物質との間で固定
化反応が進行し、多層膜が生成された。X線光電子分光
測定(XPS)によってアクリル酸トリフルオロエチル
エステルのフッ素に基ずくピークと、アクリル酸ジブロ
ムプロピルエステルに基ずく臭素に基ずくがピークが実
施例4と同様に観察され、レーザー照射部のみに固定化
されていることが確認された。Example 5 A polyethylene naphthalate thin film formed on a sapphire substrate by a casting method was placed in a vacuum atmosphere (2 × 10 −5 Torr).
r) At room temperature, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, half-width about 20 ns) was irradiated for 10 shots at 140 mJ / cm 2 / pulse, and the generated polymer decomposed fragments were deposited on a glass substrate. With the vacuum chamber and the vacuum line closed, trifluoroethyl acrylate was introduced into the reactor into the deposit of polymer decomposed fragments, and kept at 300K for 30 minutes. At this time, the immobilization reaction to the generated radical occurs. Then, when dibromopropyl acrylate is continuously introduced, the immobilization reaction between the radical species formed in the first component and the substance introduced next is performed. Proceeded, and a multilayer film was generated. A peak based on fluorine of trifluoroethyl acrylate and a peak based on bromine based on dibromopropyl acrylate were observed in the same manner as in Example 4 by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It was confirmed that only the part was fixed.
【0033】実施例6 サファイア基板上にキャスト法にて製膜したポリエチレ
ンナフタレート薄膜を、真空雰囲気(2×10-5Tor
r)、温度85K の状態でKrFエキシマレーザー(波
長;248nm、半値幅約20ns)を140mJ/cm2/パ
ルスで10ショット照射し、生成した高分子分解断片を
ガラス基板上に堆積させた。この後、アクリル酸トリフ
ルオロエチルエステルを反応器内へ導入し、照射表面に
所定量吸着させた。このとき高分子表面に予め生成した
ラジカルへの固定化反応がおこるが、ついで連続してア
クリル酸ジブロムプロピルエステルを導入すると、第1
成分にできたラジカル種と次に導入させた物質との間で
固定化反応が進行し、多層膜が生成された。その後、反
応器内の温度を300K まで上昇させ未反応モノマーを
除去し、表面処理膜を得た。X線光電子分光測定(XP
S)によってアクリル酸トリフルオロエチルエステルの
フッ素に基ずくピークと、アクリル酸ジブロムプロピル
エステルに基ずく臭素に基ずくがピークが実施例4と同
様に観察され、レーザー照射部のみに固定化されている
ことが確認された。Example 6 A polyethylene naphthalate thin film formed on a sapphire substrate by a casting method was placed in a vacuum atmosphere (2 × 10 −5 Torr).
r) At a temperature of 85K, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, half width about 20 ns) was irradiated for 10 shots at 140 mJ / cm 2 / pulse, and the generated polymer decomposed fragments were deposited on a glass substrate. Thereafter, trifluoroethyl acrylate was introduced into the reactor, and was adsorbed on the irradiated surface in a predetermined amount. At this time, an immobilization reaction to a radical generated in advance on the polymer surface occurs. Then, when dibromopropyl acrylate is continuously introduced, the first
The immobilization reaction proceeded between the radical species formed as the component and the substance introduced next, and a multilayer film was formed. Thereafter, the temperature in the reactor was increased to 300 K to remove unreacted monomers, and a surface-treated film was obtained. X-ray photoelectron spectroscopy (XP
By S), a peak based on fluorine of trifluoroethyl acrylate and a peak based on bromine based on dibromopropyl acrylate were observed in the same manner as in Example 4, and the peak was fixed only to the laser irradiation part. It was confirmed that.
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 (1) 高強度、短パルス(例えば、20ns)、かつ、
指向性の高い紫外域レーザーを使用しているため、高分
子成形品表面の活性化が高速で、残査不純物(デブリ)
を残すことなく、クリーンに効率よく、精密で均一な有
機薄膜を製造することが可能である。 (2) レーザー照射によるパターン形成部位のみに堆
積させることができる。 (3) 工程数が少ないので、従来の分子線エピタキシ
ー(MBE)を含む蒸着法、CVD(レーザー、熱)等
による場合に比べ、操作及び装置が簡便になる。 (4) 多層膜を製造する場合は、多層膜を構成する成
分をガス状(蒸気圧を利用)又は溶液状態で導入するの
で、例えば、熱による導入する有機化合物の変性が低減
でき、良質の有機多層膜が容易に得られる。 (5) 紫外線吸収スペクトルでモニターすることによ
り、有機化合物の導入量を精密に制御でき、超薄膜作製
への展開も可能である。As described above, the present invention has the following effects. (1) High intensity, short pulse (for example, 20 ns), and
The use of an ultraviolet laser with high directivity enables high-speed activation of the surface of the polymer molded product, resulting in residual impurities (debris).
It is possible to cleanly and efficiently produce a precise and uniform organic thin film without leaving any residue. (2) It can be deposited only on a pattern formation site by laser irradiation. (3) Since the number of steps is small, the operation and the apparatus are simpler than those in the case of a conventional vapor deposition method including molecular beam epitaxy (MBE), CVD (laser, heat), or the like. (4) In the case of manufacturing a multilayer film, components constituting the multilayer film are introduced in a gaseous state (using a vapor pressure) or in a solution state. An organic multilayer film can be easily obtained. (5) By monitoring with an ultraviolet absorption spectrum, the amount of the organic compound introduced can be precisely controlled, and it is possible to develop an ultrathin film.
【図1】本発明の紫外レーザーによる有機薄膜の製造方
法の一例を示すもので、高分子成形表面へ有機化合物を
固定化する場合の工程説明図である。FIG. 1 illustrates an example of a method for producing an organic thin film using an ultraviolet laser according to the present invention, and is a process explanatory diagram in a case where an organic compound is immobilized on a polymer molding surface.
【図2】本発明の方法の他の例を示すもので、固体基板
表面へフラグメント堆積物及び有機化合物を固定化する
場合の工程説明図である。FIG. 2 illustrates another example of the method of the present invention, and is an explanatory diagram of steps in a case where a fragment deposit and an organic compound are immobilized on the surface of a solid substrate.
【図3】実施例において用いた試験装置の系統図であ
る。FIG. 3 is a system diagram of a test apparatus used in an example.
【図4】アブレーション(ablation)したPE
N(ポリエチレンナフタレート)フィルムのESR(電
子スピン共鳴法)スペクトラムである。FIG. 4. Ablated PE
3 is an ESR (electron spin resonance) spectrum of an N (polyethylene naphthalate) film.
【図5】活性種(ラジカル種)の安定性を、PEN(ポ
リエチレンナフタレート)について測定したもので、保
持時間とラジカル数との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the stability of active species (radical species) measured for PEN (polyethylene naphthalate) and showing the relationship between retention time and the number of radicals.
【図6】紫外レーザー照射後のXPS(X線光電子分光
測定)スペクトル(有機化合物導入前)で、結合エネル
ギーとカウントとの関係を示している。FIG. 6 shows the relationship between the binding energy and the count in an XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) spectrum (before introducing an organic compound) after irradiation with an ultraviolet laser.
【図7】紫外レーザー照射後、この表面にアクリル酸ト
リフルオロエチルエステルを導入した時のXPS(X線
光電子分光測定)スペクトラムで、結合エネルギーとカ
ウントとの関係を示している。FIG. 7 shows the relationship between the binding energy and the count in an XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) spectrum when trifluoroethyl ester is introduced into the surface after irradiation with an ultraviolet laser.
【符号の説明】 10 高分子成形品(ポリマーフィルム) 12 真空チャンバー 14 マスク 16 活性種 18 有機薄膜 20 基板 22 高分子分解断片(フラグメント)[Description of Signs] 10 Polymer molded product (polymer film) 12 Vacuum chamber 14 Mask 16 Active species 18 Organic thin film 20 Substrate 22 Polymer decomposed fragment (fragment)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新納 弘之 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 大花 継頼 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 審査官 石井 淑久 (56)参考文献 特開 平6−179764(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroyuki Shinno 1-1-1, Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref., National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Tetsuori Ohana 1-1-1, Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref. Yoshihisa Ishii, Examiner, National Institute of Materials Science and Technology (56) Reference JP-A-6-177974 (JP, A)
Claims (6)
品表面に紫外レーザーを照射し、ついで該表面に一般式
(I) H2C=CHR1 (I) (ただし、式中R1は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルデヒド
基、カルボキシル基、カルバモイル基を表わす。)で表
わされるビニル基を有する有機化合物、又は一般式(I
I) H 2 C=CHCH 2 R 2 (II)(ただし、式中R 2 は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアリール
基、アルデヒド基、カルボキシル基、カルバモイル基を
表わす。)で表わされる アリル基を有する有機化合物を
反応させ有機薄膜を生成させることを特徴とする紫外レ
ーザーによる有機薄膜の製造方法。In a vacuum chamber, a surface of a polymer molded article is irradiated with an ultraviolet laser in a vacuum chamber, and then the surface is treated with a general formula (I) H 2 C = CHR 1 (I) (wherein R 1 is halogen atom, a cyano group, an organic compound having a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aldehyde group, a carboxyl group, a vinyl group represented by a carbamoyl group.), or the general formula (I
I) H 2 C = CHCH 2 R 2 (II) (wherein R 2 is a halogen atom, a cyano group, a substituted
Carbonyl group, substituted or unsubstituted aryl
Group, aldehyde group, carboxyl group, carbamoyl group
Express. A method for producing an organic thin film using an ultraviolet laser, comprising reacting an organic compound having an allyl group represented by the formula (1 ) to form an organic thin film.
品表面に紫外レーザーを照射し、ついで該表面にビニル
基、アリル基又はエチニル基を有する有機化合物を任意
に選択し、これらを該表面に順次導入し、導入した順番
にて反応させ、多層膜を生成させることを特徴とする紫
外レーザーによる有機薄膜の製造方法。2. In a vacuum chamber, the surface of the polymer molded article is irradiated with an ultraviolet laser, and an organic compound having a vinyl group, an allyl group or an ethynyl group on the surface is arbitrarily selected, and these are sequentially applied to the surface. A method for producing an organic thin film using an ultraviolet laser, wherein the organic thin film is introduced and reacted in the order of introduction to form a multilayer film.
品表面に紫外レーザー光を照射し、生成した高分子分解
断片を基板上に堆積させ、ついで堆積基板表面に一般式
(I) H2C=CHR1 (I) (ただし、式中R1は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルデヒド
基、カルボキシル基、カルバモイル基を表わす。)で表
わされるビニル基を有する有機化合物、又は一般式(I
I) H 2 C=CHCH 2 R 1 (II) (ただし、式中R 1 は、ハロゲン原子、シアノ基、置換
されたカルボニル基、置換もしくは無置換のアルデヒド
基、カルボキシル基、カルバモイル基を表わす。)で表
わされる アリル基を有する有機化合物を反応させ有機薄
膜を生成させることを特徴とする紫外レーザーによる有
機薄膜の製造方法。3. In a vacuum chamber, the surface of the polymer molded article is irradiated with an ultraviolet laser beam to deposit the generated polymer decomposed fragments on the substrate, and then the general formula (I) H 2 C = CHR 1 (I) (wherein, R 1 represents a halogen atom, a cyano group, a substituted carbonyl group, a substituted or unsubstituted aldehyde group, a carboxyl group, or a carbamoyl group). An organic compound or a compound of the general formula (I
I) H 2 C = CHCH 2 R 1 (II) (wherein R 1 is a halogen atom, a cyano group, a substituted
Carbonyl group, substituted or unsubstituted aldehyde
A carboxyl group or a carbamoyl group. )
A method for producing an organic thin film using an ultraviolet laser, comprising reacting an organic compound having an allyl group to produce an organic thin film.
品表面に紫外レーザー光を照射し、生成した高分子分解
断片を基板上に堆積させ、ついで堆積基板表面にビニル
基、アリル基又はエチニル基を有する有機化合物を任意
に選択し、これらを該表面に順次導入し、導入した順番
にて反応させ、多層膜を生成させることを特徴とする紫
外レーザーによる有機薄膜の製造方法。4. In a vacuum chamber, the surface of the polymer molded article is irradiated with an ultraviolet laser beam to deposit the generated polymer decomposed fragments on a substrate, and then a vinyl group, an allyl group or an ethynyl group is formed on the surface of the deposited substrate. A method for producing an organic thin film using an ultraviolet laser, comprising arbitrarily selecting an organic compound having the compound, sequentially introducing the compound to the surface, and reacting the compounds in the order of introduction to form a multilayer film.
空下であり、有機化合物の導入条件が、導入される有機
化合物が高分子成形品表面から脱着する温度以下である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の有機薄膜の製造
方法。5. An ultraviolet laser irradiation condition under a vacuum of 1 Torr or less, and an introduction condition of an organic compound is a temperature at or below a temperature at which the introduced organic compound desorbs from the surface of the polymer molded article. 3. The method for producing an organic thin film according to 1 or 2.
空下であり、有機化合物の導入条件が、導入される有機
化合物が高分子分解断片堆積物から脱着する温度以下で
あることを特徴とする請求項3又は4記載の有機薄膜の
製造方法。6. An ultraviolet laser irradiation condition under a vacuum of 1 Torr or less, and an introduction condition of an organic compound is a temperature at or below a temperature at which the introduced organic compound desorbs from a polymer decomposition fragment deposit. Item 5. The method for producing an organic thin film according to item 3 or 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5124945A JP2706705B2 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Method for producing organic thin film by ultraviolet laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5124945A JP2706705B2 (en) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Method for producing organic thin film by ultraviolet laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06313057A JPH06313057A (en) | 1994-11-08 |
| JP2706705B2 true JP2706705B2 (en) | 1998-01-28 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH075777B2 (en) * | 1992-12-11 | 1995-01-25 | 工業技術院長 | Method for immobilizing organic compounds on polymer surface and solid substrate surface using UV laser |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5124945A patent/JP2706705B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH06313057A (en) | 1994-11-08 |
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