JPH05311462A - Method for film formation by heat plasma - Google Patents
Method for film formation by heat plasmaInfo
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- JPH05311462A JPH05311462A JP3071615A JP7161591A JPH05311462A JP H05311462 A JPH05311462 A JP H05311462A JP 3071615 A JP3071615 A JP 3071615A JP 7161591 A JP7161591 A JP 7161591A JP H05311462 A JPH05311462 A JP H05311462A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、熱プラズマを使用して
基板上に皮膜を形成するようにした熱プラズマ成膜方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal plasma film forming method for forming a film on a substrate by using thermal plasma.
【０００２】[0002]
【従来の技術】熱プラズマを用いた成膜方法としては、
溶射法と熱プラズマＣＶＤ法（気相成膜法）が良く知ら
れている。溶射法は、熱プラズマ中に粒径が５０μｍ〜
２００μｍの粒子を毎分２ｇ〜数１０ｇの速度で供給
し、熱プラズマにより各粉末の表面を溶融させ、その状
態で基板上に照射するようにしている。一方、熱プラズ
マＣＶＤ法は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）を基板
上に成膜する場合、ＳｉＣｌ４のガスと、ＣＨ４のガス
とを熱プラズマ中に導入する。この熱プラズマ中で両者
を反応させ、ＳｉＣとＨＣｌとを生成し、ガス状のＨＣ
ｌは排出し、ＳｉＣを基板上に堆積するようにしてい
る。2. Description of the Related Art As a film forming method using thermal plasma,
The thermal spraying method and the thermal plasma CVD method (vapor phase film forming method) are well known. The thermal spraying method has a particle size of 50 μm
Particles of 200 μm are supplied at a rate of 2 g to several tens of g per minute, the surface of each powder is melted by thermal plasma, and the substrate is irradiated in that state. On the other hand, in the thermal plasma CVD method, for example, when depositing silicon carbide (SiC) on a substrate, a gas of SiCl 4 and a gas of CH 4 are introduced into the thermal plasma. The two are reacted in this thermal plasma to generate SiC and HCl, and gaseous HC
l is discharged so that SiC is deposited on the substrate.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記溶射法による成膜
は、高速堆積が可能であり、経済性が優れているもの
の、原子レベルでの結晶成長ができない、粒界の無い緻
密な良質膜が形成できない欠点を有している。また、溶
射法では、連続的に膜の組成を変化させること、多元系
皮膜を形成すること、化学反応を生じさせることなどが
困難である。一方、上記熱プラズマＣＶＤ法は、原子レ
ベルの結晶成長膜の形成、粒界の無い緻密な良質膜の形
成ができ、更に、連続的に組成を変化させたり、多元系
皮膜を形成したり、化学反応を生じさせたれすることが
できる特徴を有している。しかしながら、１μｍの成膜
に１０〜２０分もかかり、経済性に問題を有しており、
また、反応ガスが高価であること、また、生成される有
毒ガスの処理を行わねばならないなど、よりコストが高
くなる欠点を有している。また、ＣＶＤ法は、溶射法の
原理と本質的に異なるので、例えば、ＳＯＦＣの電極に
必要な、気孔性を持つ膜を得ることが難しい。The above-mentioned film formation by the thermal spraying method is capable of high-speed deposition and is excellent in economic efficiency, but it is not possible to obtain a dense, high-quality film with no grain boundary, which does not allow crystal growth at the atomic level. It has the drawback that it cannot be formed. Further, in the thermal spraying method, it is difficult to continuously change the composition of the film, form a multi-component film, or cause a chemical reaction. On the other hand, the above-mentioned thermal plasma CVD method can form a crystal growth film at an atomic level, can form a dense high-quality film without grain boundaries, and can further change the composition continuously or form a multi-component film, It has the characteristic of being able to generate a chemical reaction. However, it takes 10 to 20 minutes to form a film having a thickness of 1 μm, which causes a problem in economic efficiency.
In addition, there are drawbacks that the cost is higher because the reaction gas is expensive and the toxic gas that is generated must be treated. Further, since the CVD method is fundamentally different from the principle of the thermal spraying method, it is difficult to obtain a film having porosity required for an SOFC electrode, for example.
【０００４】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、上記した溶射法と熱プラズマＣＶ
Ｄ法の特徴を生かして、多元系を含む多層皮膜の形成
や、蒸着相と溶融凝固相を同時に含む複合材料膜を単一
のプロセスで連続的に形成させることを特徴とした熱プ
ラズマ成膜方法を実現するにある。The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to provide the above-mentioned thermal spraying method and thermal plasma CV.
Utilizing the characteristics of D method, thermal plasma film formation characterized by forming a multi-layer film containing a multi-component system and continuously forming a composite material film containing a vapor deposition phase and a melt solidification phase in a single process There is a way to realize.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明に基づく熱プラズ
マ成膜方法は、チャンバー内に高周波誘導熱プラズマを
発生させる熱プラズマ発生工程と、該チャンバー内のプ
ラズマ中に粉末物質を供給するための複数の粉末を供給
する工程と、該チャンバー内のプラズマ中に反応ガスを
供給するための反応ガスを供給する工程と、複数の粉末
供給手段からチャンバー内への粉末の供給と反応ガス供
給手段からチャンバー内への反応ガスの供給とを制御す
る制御工程とを備えており、粉末粒径や反応ガス濃度を
目的に応じて制御させることによって、該チャンバー内
に設けられる基板上に粉末物質の溶射膜の成膜と気相成
膜を同時あるいは個々に単一のプロセスで連続的に形成
させるようにしたことを特徴としている。A thermal plasma film forming method according to the present invention comprises a thermal plasma generating step of generating a high frequency induction thermal plasma in a chamber, and a powder substance to be supplied into the plasma in the chamber. A step of supplying a plurality of powders, a step of supplying a reaction gas for supplying a reaction gas into the plasma in the chamber, a step of supplying the powders from the plurality of powder supply means into the chamber and a reaction gas supply means And a step of controlling the supply of the reaction gas into the chamber, and by spraying the powder substance onto the substrate provided in the chamber by controlling the powder particle size and the reaction gas concentration according to the purpose. The feature is that the film formation and the vapor phase film formation are performed simultaneously or individually in a single process.
【０００６】[0006]
【作用】チャンバー内に設けられた基板上に、粉末物質
の溶射膜の成膜と反応ガスの使用に基づく気相成膜を同
時あるいは個々に行い得るようにした。Function: The sprayed film of the powder substance and the vapor phase film formation based on the use of the reaction gas can be simultaneously or individually performed on the substrate provided in the chamber.
【０００７】[0007]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明方法を実施するための構成例
を示しており、１はチャンバーであり、チャンバー１に
はプラズマトーチ２が設けられている。プラズマトーチ
２は、高周波電源３に接続されたワークコイル４，粉末
材料や反応ガス，プラズマガスなどをトーチ２内に導入
するための導入端５より成っている。詳しくは図示して
いないが、このトーチ部分の側壁や導入端５は、水冷さ
れている。導入端５のプローブ６には、管７を介して３
種の粉末供給部８，９，１０が接続され、また、反応ガ
ス源１１が弁１２を介して接続されている。この粉末供
給部や反応ガス源の数は、この実施例に限定されず形成
する膜の種類によって任意に変えることができる。ま
た、導入端のプローブ１３には、プラズマガス源１４が
弁１５を介して接続されている。チャンバー１には、水
冷の排気管１６が接続され、排気管１６はフィルター１
７と弁１８を介して図示していない真空ポンプに接続さ
れている。チャンバー１内には、回転可能な基板ホルダ
ー１９が配置され、その上には基板２０が載せられてい
る。２１はコンピュータの如き制御装置であり、各粉末
供給部８，９，１０、高周波電源３、各弁１２，１５，
１８を制御する。このような構成の装置の動作は次の通
りである。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a structural example for carrying out the method of the present invention. Reference numeral 1 denotes a chamber, and the chamber 1 is provided with a plasma torch 2. The plasma torch 2 is composed of a work coil 4 connected to a high frequency power source 3, and an introduction end 5 for introducing powder material, reaction gas, plasma gas and the like into the torch 2. Although not shown in detail, the side wall of the torch portion and the introduction end 5 are water-cooled. The probe 6 at the introduction end 5 is connected to the probe 3 through the pipe 7.
Seed powder supply units 8, 9 and 10 are connected, and a reaction gas source 11 is connected via a valve 12. The number of powder supply units and reaction gas sources is not limited to this embodiment, and can be arbitrarily changed depending on the type of film to be formed. A plasma gas source 14 is connected to the probe 13 at the introduction end via a valve 15. A water-cooled exhaust pipe 16 is connected to the chamber 1, and the exhaust pipe 16 is a filter 1
7 and a valve 18 are connected to a vacuum pump (not shown). A rotatable substrate holder 19 is arranged in the chamber 1, and a substrate 20 is placed thereon. Reference numeral 21 is a control device such as a computer, each powder supply unit 8, 9, 10, high-frequency power source 3, each valve 12, 15,
Control 18 The operation of the device having such a configuration is as follows.
【０００８】まず、制御装置２１の制御によって弁１８
を開け、真空ポンプによりチャンバー１内を排気し、チ
ャンバー１内が所定の圧力（１torr以下）になったとき
に弁１５を開けプラズマガス源１４からアルゴンガスを
プラズマトーチ２内に導入する。そして、高周波電源３
からワークコイル４に１ＭＨz 以上の高周波プレート電
力に対応した高周波電流を流すと共にプラズマを着火
し、トーチ内に低圧グロープラズマ（低圧非平衡プラズ
マ）を形成する。次にチャンバー１およびトーチ２内の
圧力を徐々に上げ、大気圧または数百torr前後の圧力と
した後、プラズマガス源１４からのアルゴンガスを所定
のプラズマガスに置換させる。同時に、所定の高周波プ
レート電力まで出力を上げ、１万度Ｋ以上にも達する熱
プラズマ（局所的熱平衡プラズマ）Ｐをトーチ２および
チャンバー１内に発生させる。次に、制御装置２１は、
各粉末供給源８，９，１０、反応ガス１１の弁１２など
を制御し、成膜目的に応じた粉末材料や反応ガスを導入
端５の中心のプローブ６を介して適宜プラズマＰ中に注
入する。この材料などがプラズマ中を通過した結果得ら
れた液状の飛行粒子や蒸気，または化学反応をともなっ
た蒸気などは、チャンバー１内の基板ホルダー１９上の
基板２０表面で液相であれば急冷凝固し、気相であれば
結晶成長が生じて膜が形成される。次に、このような成
膜装置を用いた具体的な成膜の実施例を詳述する。 （成膜の実施例１…高温固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）への応用）ＳＯＦＣは、負極（ＮｉＯ）、電解質
（ＹＳＺ：Ｙ２ Ｏ３ 安定化ＺｒＯ２ ）、正極（Ｌａ
ＣｏＯ３ ）の多層構造膜からなり、電極がＯ２ ガス
やＨ２ ガスを吸い込ませるために多孔質で、逆に電解質
は、Ｈ２ ガスなどがリークしないように緻密であるこ
とを必要とする高機能材料である。このような異なる性
質を有する膜を重ねた多層構造膜を上記装置を用いて作
成した。まず、各粉末供給部８，９には、予め溶射を目
的とした１００μｍ程度の平均粒径を有するＮｉＯ粉末
と、５０μｍ程度の平均粒径のＬａＣｏＯ３ 粉末を入
れておき、また、反応ガス源１１からの反応ガスには、
ＹＳＺ、基板２０には多孔質のＺｒＯ２ 基板を用いた。
成膜プロセスの最初に、チャンバー１およびトーチ２内
を大体１torr以下に排気し、その後、プラズマガス源１
４からプラズマ発生用のガス導入管を通じてアルゴンガ
スをトーチ２内に供給した。同時に、１０ＫＷ程度の高
周波プレート電力に対応した４ＭＨｚ程度の高周波電流
をワークコイル４に流し、低圧グロープラズマ（低圧非
平衡プラズマ）を発生させた。次に、チャンバー１およ
びトーチ２内の圧力を徐々に下げ、２００torr前後の一
定圧力とし、プラズマガス源１４からのアルゴンガスを
酸素ガスに置換させると同時に、５０ＫＷ程度に高周波
プレート電力を上げ、軸方向に長くかつ先端部に行くに
従って広がる形状の熱プラズマ（局所的熱平衡プラズ
マ）をトーチ２およびチャンバー１内に発生させる。そ
して、形成されたプラズマフレームを基板に当て基板温
度を４００℃程度に加熱させた後、制御装置２４によっ
て粉末供給部８を制御し、ＮｉＯ粉末をプローブ６から
導入端５を介してプラズマＰ中に注入した。そしてこの
ＮｉＯ粉末の表面を液状として基板２０に３分間溶射
し、その直後、制御装置２４の制御によってＮｉＯ粉末
の供給を停止させ、基板温度を約６００℃程度に上昇さ
せ、弁１２を制御して反応ガス源１１からイットリアや
ジルコニアを含むハライド系のガスをトーチ２内に導入
し、ＹＳＺを基板上に約２０分間成膜した。次に、Ｌａ
ＣｏＯ３ 粉末をトーチ２内のプラズマ中に注入し、そ
して、表面を液状として基板２０に３分間溶射した。以
上のプロセスにより、図２に示すように、ＺｒＯ２ 基
板３０の表面にＮｉＯ膜（多孔質）３１、ＹＳＺ膜（緻
密膜）３２、ＬａＣｏＯ３ 膜（多孔質）３３が形成さ
れ、良好な多層構造膜が得られた。この成膜は、ＮｉＯ
膜３１を負極、ＬａＣｏＯ３ 膜３３を正極とする燃料
電池を形成する。なお、この実施例で、ＹＳＺ膜の原料
として、蒸発可能な微粒子を用いても良い。 （成膜の実施例２…金属基板を用いた超伝導薄膜の作成
への応用）図１の各粉末供給部８，９，１０などには、
予め蒸発させる目的として数μｍ以下の平均粒径を有す
るＹ２ Ｏ３ 、ＢａＣＯ３ 、ＣｕＯ粉末とＹＳＺ粉
末とを入れておき、基板にはステンレス（ＳＵＳ）を用
いた。前記した燃料電池の作製時と同様に、２００torr
の酸素熱プラズマを発生させた後、プラズマフレームを
基板に当て、基板温度を６００℃に加熱させた。プラズ
マが安定した後、ＹＳＺ微粒子を１分間当り５０mg程度
の供給量で１０分間プラズマ中に注入し、それによって
基板２０上にＹＳＺを成膜させた。その直後、基板温度
を６５０℃程度に上昇させ、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：
３あるいは、成膜した膜がそのような組成となるように
各々の粉末供給量を変化させて１０分間成膜させた。作
成した膜は、図３に示すように、ステンレス基板３４を
用いてもＹＳＺ膜３５をバッファ材としたため、as-gro
wn状態で良質な超伝導薄膜３６が得られた。また、形成
されたＹＳＺ膜３５は、膜厚が数μｍ程度の良質蒸着膜
であるが、あまり膜質が問題とならない場合には、粉末
粒径を５０μｍ（高周波プレート出力５０ＫＷ時）にす
るだけで経済性の高い溶射皮膜を形成することができ
る。更に、上記成膜の変形として、組成制御された超伝
導粉末とＹＳＺ粉末、あるいは一方を反応ガスとしても
良い。 （成膜の実施例３…Ｔｉ３ Ａｌ−ＳｉＣ複合材料膜の
作製への応用）図１の粉末供給部に、予め溶射を目的と
した６０μｍ程度の平均粒径を有するＴｉ３ Ａｌ粉末
を入れておき、その他、反応ガスとしてＳｉＣｌ４ と
ＣＨ４ のガスを用意した。第１の具体例の燃料電池の作
製と同様の方法で、プラズマガス導入管から１分間当り
５０ｌのアルゴンガス（Ａｒ）と、１分間当り１０ｌの
水素ガス（Ｈ２ ）をトーチ２に供給し、チャンバー１
内の圧力を２００torrとし、高周波出力５０ＫＷのアル
ゴンと水素の熱プラズマを発生させた。その後、Ｔｉ
３ Ａｌ粉末とＳｉＣｌ４ およびＣＨ4 をトーチ上部
に設けられた導入端から同時に注入させ、熱プラズマを
通過させた後、トーチ直下に位置したモリブデン基板に
成膜させた。その結果、図４に示すように、モリブデン
基板３７の表面に、一層の膜中にＴｉ３ Ａｌの溶融凝
固３８とＳｉＣの蒸着相３９を同時に含む複合材料を作
製することができた。First, the valve 18 is controlled by the control device 21.
Open the chamber 1 and evacuate the chamber 1 with a vacuum pump.
When the pressure inside the chamber 1 reaches the specified pressure (1 torr or less)
Open the valve 15 to the source of argon gas from the plasma gas source 14.
It is introduced into the plasma torch 2. And the high frequency power source 3
From the work coil 4 to the high frequency plate voltage of 1MHz or more
High-frequency current corresponding to force is applied and plasma is ignited
The low pressure glow plasma (low pressure non-equilibrium plasma) inside the torch.
Form). Next, in chamber 1 and torch 2
Gradually raise the pressure to a pressure around atmospheric pressure or several hundred torr
After that, the argon gas from the plasma gas source 14 is predetermined.
Of the plasma gas. At the same time,
Heat that raises the output to rate power and reaches 10,000 degrees K or more
A plasma (local thermal equilibrium plasma) P is supplied to the torch 2 and
It is generated in the chamber 1. Next, the control device 21
Each powder supply source 8, 9, 10, the valve 12 for the reaction gas 11, etc.
Control, and introduce powder material and reaction gas according to the purpose of film formation.
Pouring into the plasma P appropriately via the probe 6 at the center of the end 5
To enter. The result of passing this material through the plasma
Entrained liquid flying particles, vapors, or chemical reactions
Vapor, etc. on the substrate holder 19 in the chamber 1.
If it is in the liquid phase on the surface of the substrate 20, it is rapidly solidified, and if it is in the gas phase
Crystal growth occurs and a film is formed. Then,
A specific example of film formation using a film device will be described in detail. (Example 1 of film formation ... High temperature solid oxide fuel cell (SOF
Application to C)) SOFC is a negative electrode (NiO), electrolyte
(YSZ: YTwoOThreeStabilized ZrOTwo ), The positive electrode (La
CoOThree), The electrode is OTwogas
And HTwo Porous to absorb gas, and conversely electrolyte
Is HTwoBe careful not to leak gas etc.
It is a high-performance material that requires and. Such different sex
Using the above equipment, a multi-layer structure film in which quality films are stacked is produced.
I made it. First, each of the powder supply units 8 and 9 should be sprayed beforehand.
NiO powder having an average particle size of about 100 μm
And LaCoO having an average particle size of about 50 μmThreePut powder
In addition, in the reaction gas from the reaction gas source 11,
YSZ, the substrate 20 is porous ZrOTwo A substrate was used.
At the beginning of the deposition process, inside chamber 1 and torch 2.
Is exhausted to approximately 1 torr or less, and then plasma gas source 1
4 through the gas inlet tube for plasma generation
The soot was fed into the torch 2. At the same time, as high as 10 kW
High frequency current of about 4MHz corresponding to the frequency plate power
Flow into the work coil 4, and low-pressure glow plasma (low-pressure non-
(Equilibrium plasma) was generated. Next, chamber 1 and
The pressure inside the torch 2 is gradually reduced to about 200 torr
Argon gas from the plasma gas source 14 is set to a constant pressure.
At the same time as replacing with oxygen gas, high frequency up to about 50 kW
For increasing plate power, axially long and going to the tip
Therefore, the spreading thermal plasma (local thermal equilibrium plasma
Are generated in the torch 2 and the chamber 1. So
Then, apply the formed plasma frame to the substrate and
After heating to 400 ℃, the controller 24
And controls the powder supply unit 8 to remove the NiO powder from the probe 6.
It was injected into the plasma P via the introduction end 5. And this
Spraying the surface of the NiO powder into the liquid for 3 minutes on the substrate 20
Immediately after that, the NiO powder was controlled by the control device 24.
Supply is stopped and the substrate temperature is raised to about 600 ° C.
The valve 12 to control the reaction gas source 11 to yttria or
Introduce a halide gas containing zirconia into the torch 2.
Then, YSZ was deposited on the substrate for about 20 minutes. Next, La
CoOThreeInject the powder into the plasma in the torch 2 and
Then, the surface was liquefied and sprayed on the substrate 20 for 3 minutes. Since
As a result of the above process, as shown in FIG.TwoBasis
On the surface of the plate 30, a NiO film (porous) 31 and a YSZ film (fine
(Dense film) 32, LaCoOThreeA membrane (porous) 33 is formed
As a result, a good multilayer structure film was obtained. This film is formed by NiO
The film 31 is a negative electrode, LaCoOThreeFuel with membrane 33 as positive electrode
Form a battery. In this example, the raw material for the YSZ film was used.
Alternatively, fine particles that can be evaporated may be used. (Example 2 of film formation ... Preparation of superconducting thin film using metal substrate)
Application to each powder supply unit 8, 9, 10, etc. of FIG.
Has an average particle size of several μm or less for the purpose of pre-evaporating
YTwoOThree, BaCOThree, CuO powder and YSZ powder
Put the end and stainless steel (SUS) for the substrate
I was there. Similar to the above-mentioned fuel cell fabrication, 200 torr
After generating the oxygen heat plasma of
The substrate was placed on the substrate and heated to 600 ° C. Plas
After the mass stabilizes, about 50 mg of YSZ fine particles per minute
For 10 minutes into the plasma, thereby
A YSZ film was formed on the substrate 20. Immediately after that, the substrate temperature
Is increased to about 650 ° C., and Y: Ba: Cu = 1: 2:
3 or so that the formed film has such a composition
Film formation was performed for 10 minutes while changing the supply amount of each powder. Product
As shown in FIG. 3, the formed film has a stainless steel substrate 34.
Even when used, the YSZ film 35 was used as a buffer material,
A good quality superconducting thin film 36 was obtained in the wn state. Also formed
The YSZ film 35 thus formed is a good quality evaporated film having a film thickness of about several μm.
However, if film quality is not a problem, powder
Set the particle size to 50 μm (when high-frequency plate output is 50 kW)
It is possible to form a highly economical sprayed coating by simply
It Furthermore, as a modification of the above-mentioned film formation, composition controlled superconductivity is used.
Even if the conducting powder and YSZ powder or one of them is used as the reaction gas
good. (Example 3 of film formation ... TiThreeOf Al-SiC composite material film
Application to fabrication) For the purpose of thermal spraying in advance on the powder supply part of FIG.
Ti having an average particle size of about 60 μmThreeAl powder
Is added, and SiCl is used as a reaction gas.FourWhen
CHFour Prepared the gas. Production of the fuel cell of the first specific example
1 minute from the plasma gas inlet tube in the same manner as
50 liters of argon gas (Ar) and 10 liters per minute
Hydrogen gas (HTwo) Is supplied to the torch 2 and the chamber 1
The internal pressure is 200 torr and the high frequency output is 50 kW.
A thermal plasma of gon and hydrogen was generated. Then Ti
ThreeAl powder and SiClFourAnd CH4 on top of torch
The thermal plasma is injected simultaneously from the introduction end provided in
After passing through the molybdenum substrate located directly under the torch
A film was formed. As a result, as shown in FIG.
On the surface of the substrate 37, in a single layer of TiThreeMelting of Al
A composite material containing solid 38 and vapor-deposited phase 39 of SiC is produced at the same time.
Was able to be manufactured.
【０００９】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、成膜材料をプラ
ズマの上部から注入したが、プラズマに注入する方法と
して、高周波誘導コイル（ワークコイル）間あるいはプ
ラズマフレーム下部から注入しても良く、多層皮膜の目
的に応じて、各箇所から個別あるいは同時に注入しても
良い。また、プラズマ発生装置としては、高周波プラズ
マのみならず、直流プラズマを併合したハイブリッドプ
ラズマ装置を用いても良い。更に、本発明に基づく装置
は、上記した３つの例の成膜に限定されず、種々の多元
系を含む多層構造膜形成に用いることができる。Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the film forming material is injected from the upper part of the plasma, but as a method of injecting it into the plasma, it may be injected between the high frequency induction coils (work coils) or from the lower part of the plasma frame. It may be injected individually or simultaneously. As the plasma generator, not only high-frequency plasma but also hybrid plasma device in which direct current plasma is combined may be used. Further, the apparatus according to the present invention is not limited to the film formation of the above three examples, and can be used for forming a multi-layer structure film including various multi-component systems.
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく熱
プラズマ成膜方法は、チャンバー内に熱プラズマを発生
させるための熱プラズマ発生工程と、該チャンバー内の
プラズマ中に粉末物質を供給するための複数の粉末を供
給する工程と、該チャンバー内のプラズマ中に反応ガス
を供給するための反応ガスを供給する工程と、複数の粉
末供給手段からチャンバー内への粉末の供給と反応ガス
供給手段からチャンバー内への反応ガスの供給とを制御
する制御工程とを備え、該チャンバー内に設けられる基
板上に粉末物質の溶射膜の成膜と気相成膜を同時あるい
は個々に行い得るように構成したので、任意に、多元系
を含む多層皮膜の形成や、蒸着相と溶融凝固相を同時に
含む複合材料膜を単一のプロセスで連続的に形成させる
ことができるため、溶射装置からＣＶＤ装置へ膜を移動
する必要が無く、皮膜層間にほこりや不純物が入り込む
ことが無く高純度の複合材料膜等を得ることができる。As described above, in the thermal plasma film forming method according to the present invention, a thermal plasma generating step for generating thermal plasma in the chamber and a powder substance is supplied into the plasma in the chamber. A plurality of powders for supplying the powder, a step of supplying a reactive gas for supplying a reactive gas into the plasma in the chamber, and a plurality of powder supplying means for supplying the powder into the chamber and supplying the reactive gas. A control step for controlling the supply of the reaction gas from the means into the chamber, so that the sprayed film of the powder substance and the vapor phase film can be formed simultaneously or individually on the substrate provided in the chamber. Since it is configured as described above, it is possible to form a multi-layered film containing a multi-component system and to continuously form a composite material film containing a vapor deposition phase and a melt solidification phase simultaneously in a single process. Spraying apparatus it is not necessary to move the film to the CVD apparatus from can be dust and impurities entering the film layers without obtaining high purity composite film.
【図１】 本発明方法を実施するための成膜装置の構成
例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a film forming apparatus for carrying out the method of the present invention.
【図２】 本発明に基づく装置を用いて作製された高温
固体電解質型燃料電池を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a high temperature solid oxide fuel cell manufactured using the device according to the present invention.
【図３】 本発明に基づく装置を用いて作製された超伝
導薄膜を示す図である。FIG. 3 shows a superconducting thin film produced using the device according to the invention.
【図４】 本発明に基づく装置を用いて作製された複合
材料膜を示す図である。FIG. 4 shows a composite material film made using the device according to the invention.
１…チャンバー ２…プラズマトーチ ３…高周波電源 ４…ワークコイル ５…導入端 ６，１３…プローブ ７…管 ８，９，１０…粉末供
給部 １１…反応ガス源 １２，１５，１８…弁 １４…プラズマガス源 １６…排気管 １７…フィルター １９…基板ホルダー ２０…基板 ２１…制御装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber 2 ... Plasma torch 3 ... High frequency power supply 4 ... Work coil 5 ... Introduction end 6,13 ... Probe 7 ... Tubes 8, 9, 10 ... Powder supply part 11 ... Reactive gas source 12, 15, 18 ... Valve 14 ... Plasma gas source 16 ... Exhaust pipe 17 ... Filter 19 ... Substrate holder 20 ... Substrate 21 ... Control device
Claims (1)
発生させる熱プラズマ発生工程と、該チャンバー内のプ
ラズマ中に粉末物質を供給するための複数の粉末を供給
する工程と、該チャンバー内のプラズマ中に反応ガスを
供給するための反応ガスを供給する工程と、複数の粉末
供給手段からチャンバー内への粉末の供給と反応ガス供
給手段からチャンバー内への反応ガスの供給とを制御す
る制御工程とを備えており、粉末粒径や反応ガス濃度を
目的に応じて制御させることによって、該チャンバー内
に設けられる基板上に粉末物質の溶射膜の成膜と気相成
膜を同時あるいは個々に単一のプロセスで連続的に形成
させるようにしたことを特徴とする熱プラズマ成膜方
法。1. A thermal plasma generating step of generating a high frequency induction thermal plasma in a chamber, a step of supplying a plurality of powders for supplying a powder substance to the plasma in the chamber, and a plasma in the chamber. A step of supplying a reaction gas for supplying a reaction gas to the chamber, and a control step of controlling the supply of the powder from the plurality of powder supply means into the chamber and the supply of the reaction gas from the reaction gas supply means into the chamber. By controlling the powder particle size and the reaction gas concentration according to the purpose, it is possible to simultaneously or individually form a sprayed film of a powder substance and a vapor phase film on a substrate provided in the chamber. A thermal plasma film forming method, characterized in that the film is formed continuously by one process.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3071615A JP2975145B2 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Thermal plasma deposition method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3071615A JP2975145B2 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Thermal plasma deposition method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05311462A true JPH05311462A (en) | 1993-11-22 |
| JP2975145B2 JP2975145B2 (en) | 1999-11-10 |
Family
ID=13465731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3071615A Expired - Fee Related JP2975145B2 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Thermal plasma deposition method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2975145B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6132812A (en) * | 1997-04-22 | 2000-10-17 | Schwarzkopf Technologies Corp. | Process for making an anode for X-ray tubes |
| KR101301967B1 (en) * | 2011-05-20 | 2013-08-30 | 한국에너지기술연구원 | Plasma Nano-powder Synthesizing and Coating Device and Method of the same |
-
1991
- 1991-04-04 JP JP3071615A patent/JP2975145B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6132812A (en) * | 1997-04-22 | 2000-10-17 | Schwarzkopf Technologies Corp. | Process for making an anode for X-ray tubes |
| KR101301967B1 (en) * | 2011-05-20 | 2013-08-30 | 한국에너지기술연구원 | Plasma Nano-powder Synthesizing and Coating Device and Method of the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2975145B2 (en) | 1999-11-10 |
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