JP6709005B2 - 成膜装置及びそれを用いた成膜方法 - Google Patents
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Description
本発明は、大気圧非熱平衡プラズマを用いた成膜装置及び成膜方法に関する。
太陽電池、トランジスタ、ディスプレーなどの電子デバイスの分野では無機材料や有機材料を用いた成膜技術が広く採用されている。
成膜方法は多種多様で、真空中でプラズマにより無機又は有機固体をガス化させて成膜するスパッタ法や有機材料を溶媒に溶かして基板に塗ることにより成膜する塗布法などがある。
前者は、緻密膜を再現よく成膜できる特長があるが真空装置等の特殊な装置が必要で、高コストとなる問題があり、後者は、印刷に近い技術のため装置が小型で製造コストが格段に安い特長があるが溶媒を用いているため成膜後の溶媒の回収処理が必要である問題があった。
成膜方法は多種多様で、真空中でプラズマにより無機又は有機固体をガス化させて成膜するスパッタ法や有機材料を溶媒に溶かして基板に塗ることにより成膜する塗布法などがある。
前者は、緻密膜を再現よく成膜できる特長があるが真空装置等の特殊な装置が必要で、高コストとなる問題があり、後者は、印刷に近い技術のため装置が小型で製造コストが格段に安い特長があるが溶媒を用いているため成膜後の溶媒の回収処理が必要である問題があった。
本出願人は、先に誘電体バリア放電によるプラズマ生成装置を提案している（特許文献１）が、無機材料，有機材料あるいは、それらの複合膜の成膜を目的とするものではない。
本発明は、低コストで各種目的に応じた成膜が可能な成膜装置及び方法の提供を目的とする。
本発明に係る成膜装置は、大気圧非熱平衡のプラズマ流発生装置と、前記プラズマ流発生装置にて発生したプラズマ流の流路途中に成膜原材料との接触供給部とを備え、前記接触供給部にて発生した成膜材料ガスとプラズマ流との混合ガス流を被成膜基材上に到達させることを特徴とする。
ここで、プラズマは電離した気体であり大気圧非熱平衡のプラズマ流とは、大気圧下でガス温度よりも電子温度が高いプラズマ流をいう。
また、被成膜基材上に到達させると表現したのは、発生した混合ガス流をノズルから噴射させる形態や、帯状に噴射あるいは成膜原材料にスリット孔を設け、このスリット孔にプラズマ流を通過させることで混合ガス流を発生させ、そのまま成膜したい部材等の表面に吹き付ける形態、また例えば濾紙，繊維基材，メッシュ基材等のプラズマ流通過性の各種基材に成膜原材料を担持させておき、プラズマ流を通過させる形態等、何らかの手段にて前記混合ガス流が被成膜基材上に到達し、接触することをいう。
ここで、プラズマは電離した気体であり大気圧非熱平衡のプラズマ流とは、大気圧下でガス温度よりも電子温度が高いプラズマ流をいう。
また、被成膜基材上に到達させると表現したのは、発生した混合ガス流をノズルから噴射させる形態や、帯状に噴射あるいは成膜原材料にスリット孔を設け、このスリット孔にプラズマ流を通過させることで混合ガス流を発生させ、そのまま成膜したい部材等の表面に吹き付ける形態、また例えば濾紙，繊維基材，メッシュ基材等のプラズマ流通過性の各種基材に成膜原材料を担持させておき、プラズマ流を通過させる形態等、何らかの手段にて前記混合ガス流が被成膜基材上に到達し、接触することをいう。
大気圧非熱平衡のプラズマ流発生装置はマイクロ波の発生器とプラズマ発生用ガスの供給部とを組み合せたり、誘電体バリア放電によるものであってもよく、またこれらに限定されない。
このようなプラズマ流を無機や有機材料等の成膜原材料に接触させると、このプラズマ流により、これらの成膜原材料がガス化し、混合ガス流となる。
このようなプラズマ流を無機や有機材料等の成膜原材料に接触させると、このプラズマ流により、これらの成膜原材料がガス化し、混合ガス流となる。
本発明に係る成膜方法は上記装置を用いて、大気圧非熱平衡プラズマ流と成膜原材料とを接触させることで前記成膜原材料がガス化し、生成された原材料との混合プラズマ流を被成膜基材上に到達させることを特徴とする。
ここで、成膜原材料が複数からなり、得られた成膜が前記複数の原材料成分が複合また反応した複合化膜とすることもできる。
ここで、成膜原材料が複数からなり、得られた成膜が前記複数の原材料成分が複合また反応した複合化膜とすることもできる。
本発明に係る成膜装置は、大気圧下で発生させた非熱平衡のプラズマ（ジェット）流を成膜のための原材料に接触させ、この原材料をガス化した混合ガス流を得ることができる。
この混合ガス流を各種被成膜基材に到達するように輸送することで、この基材上に薄膜を成膜することができる。
これにより、従来のような大がかりな真空装置が不要で簡単な装置となる。
また、スピンコート法のような溶媒が不要となり、環境負荷を低減することができる。
この混合ガス流を各種被成膜基材に到達するように輸送することで、この基材上に薄膜を成膜することができる。
これにより、従来のような大がかりな真空装置が不要で簡単な装置となる。
また、スピンコート法のような溶媒が不要となり、環境負荷を低減することができる。
本発明に係る成膜装置は、大気圧非熱平衡プラスのジェット流を成膜原材料に接触させると、この成膜原材料がガス化し、プラズマジェット流とともに被成膜基材上に噴きつけられ、薄膜が形成される。
このプラズマジェット流と成膜原材料との接触方法には制限がない。
成膜原材料としては、無機物、有機物の固体、液体等その形態に制限はない。
また、このプラズマジエット流を異なる複数の成膜原材料と接触させることで、複合化成膜の形成も可能である。
無機質（無機薄膜）の例としては、二酸化ケイ素膜、ＴｉＯｘ，ＭＯＯｘ等の金属酸化物、有機物（有機薄膜）の例としてはフタロシアニン，フラーレン等の有機半導体膜、また、無機有機の複合膜としては、ペロブスカイト膜等が例として挙げられる。
なお、本発明に係る成膜装置の応用例として複合成分からなる物質を、このプラズマジェット流に接触させることで複合成分がガス化した際に各成分に分離させ、分別するのに応用できる。
このプラズマジェット流と成膜原材料との接触方法には制限がない。
成膜原材料としては、無機物、有機物の固体、液体等その形態に制限はない。
また、このプラズマジエット流を異なる複数の成膜原材料と接触させることで、複合化成膜の形成も可能である。
無機質（無機薄膜）の例としては、二酸化ケイ素膜、ＴｉＯｘ，ＭＯＯｘ等の金属酸化物、有機物（有機薄膜）の例としてはフタロシアニン，フラーレン等の有機半導体膜、また、無機有機の複合膜としては、ペロブスカイト膜等が例として挙げられる。
なお、本発明に係る成膜装置の応用例として複合成分からなる物質を、このプラズマジェット流に接触させることで複合成分がガス化した際に各成分に分離させ、分別するのに応用できる。
図１に実験に用いた成膜装置構成例を示す。
２．４５ＧＨＺのマイクロ波発生器を用い、非熱平衡となるように出力調整したマイクロ波にＧａｓ供給部からＡｒガスを供給し、プラズマジェット流を発生させた。
ノズル先端部のクォーツ管（Ｑｕａｒｔｚ）内側に、前駆体物質ＣＨ３ＮＨ３ＩとＰｂＩ２との混合液を塗布及び乾燥させ、上記プラズマジェット流と接触させ、そのままノズルから基板上に噴射した。
これにより形成された成膜のＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像を図３（ａ），（ｂ）に示し、ペロブスカイト（ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３）膜が形成されていることが確認できた。
このことから、プラズマジェット流に無機物と有機物とを接触させることで反応生成したペロブスカイト膜が得られることが明らかになった。
そこで、図２に示すようにクォーツ内部にＭａｔｅｒｉａｌ（１）とＭａｔｅｒｉａｌ（２）との異なる材料の接触供給部を連続形成しても、複合膜が得られる。
また、プラズマジェット流の発生には本出願人が、先に提案した特許文献１の誘電体バリア放電を用いてもよい。
本実施例は、ノズル先端部のクォーツ管内で成膜原材料と接触させたが、成膜原材料に孔やスリット孔，異形状の孔を形成し、その内側にプラズマ流を通過させてもよい。
また、上記成膜原材料を被成膜基材の表面に沿って移動させながら、混合ガスを吹き付けてもよい。
図４は、成膜原材料を濾紙，繊維基材等のプラズマ流が通過できる基材に担持させた例を示す。
被成膜基材３の上に直接又は所定の間隔ｄ２を隔てて、上記基材に担持させた成膜原材料２を配置する。
この上に所定の高さｄ１に配置したノズルからプラズマ流１を吹き付ける。
プラズマ流は、基材を通過する際に成膜原材料と接触し、混合ガスとなる。
このように、混合ガスが被成膜基材上に到達すれば、どのようなプラズマ流と成膜原材料との接触方法でもよい。
２．４５ＧＨＺのマイクロ波発生器を用い、非熱平衡となるように出力調整したマイクロ波にＧａｓ供給部からＡｒガスを供給し、プラズマジェット流を発生させた。
ノズル先端部のクォーツ管（Ｑｕａｒｔｚ）内側に、前駆体物質ＣＨ３ＮＨ３ＩとＰｂＩ２との混合液を塗布及び乾燥させ、上記プラズマジェット流と接触させ、そのままノズルから基板上に噴射した。
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このことから、プラズマジェット流に無機物と有機物とを接触させることで反応生成したペロブスカイト膜が得られることが明らかになった。
そこで、図２に示すようにクォーツ内部にＭａｔｅｒｉａｌ（１）とＭａｔｅｒｉａｌ（２）との異なる材料の接触供給部を連続形成しても、複合膜が得られる。
また、プラズマジェット流の発生には本出願人が、先に提案した特許文献１の誘電体バリア放電を用いてもよい。
本実施例は、ノズル先端部のクォーツ管内で成膜原材料と接触させたが、成膜原材料に孔やスリット孔，異形状の孔を形成し、その内側にプラズマ流を通過させてもよい。
また、上記成膜原材料を被成膜基材の表面に沿って移動させながら、混合ガスを吹き付けてもよい。
図４は、成膜原材料を濾紙，繊維基材等のプラズマ流が通過できる基材に担持させた例を示す。
被成膜基材３の上に直接又は所定の間隔ｄ２を隔てて、上記基材に担持させた成膜原材料２を配置する。
この上に所定の高さｄ１に配置したノズルからプラズマ流１を吹き付ける。
プラズマ流は、基材を通過する際に成膜原材料と接触し、混合ガスとなる。
このように、混合ガスが被成膜基材上に到達すれば、どのようなプラズマ流と成膜原材料との接触方法でもよい。
１ プラズマ流
２ 成膜原材料（基材に担持）
３ 被成膜基材
２ 成膜原材料（基材に担持）
３ 被成膜基材
Claims (2)
- 大気圧非熱平衡のプラズマ流発生装置と、前記プラズマ流発生装置にて発生したプラズマジェット流の流路途中に固体の成膜原材料との接触供給部とを備え、
前記プラズマジェット流に前記固体の成膜原材料を接触させることで、前記固体の成膜原材料がガス化し混合したプラズマジェット流との混合プラズマ流が被成膜基材上に到達し、成膜されることを特徴とする成膜方法。 - 前記固体の成膜原材料は無機物又は／及び有機物の相互に異なる複数の成膜原材料であり、前記得られた成膜は前記異なる複数の成膜原材料が複合又は反応した複合成膜であることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016011537A JP6709005B2 (ja) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 成膜装置及びそれを用いた成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016011537A JP6709005B2 (ja) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 成膜装置及びそれを用いた成膜方法 |
Publications (2)
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| JP2017133048A JP2017133048A (ja) | 2017-08-03 |
| JP6709005B2 true JP6709005B2 (ja) | 2020-06-10 |
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ID=59504201
Family Applications (1)
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| JP2016011537A Active JP6709005B2 (ja) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | 成膜装置及びそれを用いた成膜方法 |
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