JP2008231471A - Film-forming method using progressive plasma, plasma-baked substrate, and apparatus for forming film with plasma - Google Patents

Film-forming method using progressive plasma, plasma-baked substrate, and apparatus for forming film with plasma Download PDF

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Hiroshi Takigawa
浩史 滝川
Yukiichi Ito
之一 伊藤
Takashi Otsuka
剛史 大塚
Noboru Kinoshita
暢 木下
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
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Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Toyohashi University of Technology NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film-forming method using progressive plasma, which can form a film of adequate quality without embrittling a baked film, when baking a coating film formed on a substrate with plasma at a low temperature, and to provide an apparatus for forming the film with plasma. <P>SOLUTION: The film-forming method using the progressive plasma comprises the steps of: forming a surface film L on the surface of the substrate W from a film-forming material; placing the substrate in such a location as not to be sandwiched by electrodes (high-voltage electrode and low-voltage electrode) for forming plasma; passing the progressive plasma P so that the plasma can progress toward the film surface of the surface film L; and irradiating the surface film L with the progressive plasma P to bake the film. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、進行プラズマにより被成膜基材に対して焼成処理を行う進行プラズマ成膜方法、その進行プラズマ成膜方法によりプラズマ焼成処理されたプラズマ焼成基材及びプラズマ成膜装置に関する。   The present invention relates to a progressive plasma film forming method in which baking processing is performed on a deposition target substrate by progressive plasma, a plasma sintered base material and a plasma film forming apparatus that have been subjected to plasma baking treatment by the progressive plasma film forming method.

液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ(PDP)、エレクトロルミネッセンス(EL)等の画像表示装置、タッチパネル等の表示パネルには、透明な基材上に形成される透明導電膜や透明電極膜が用いられている。   A transparent conductive film or a transparent electrode film formed on a transparent substrate is used for an image display device such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display (PDP), and electroluminescence (EL), and a display panel such as a touch panel. ing.

従来、前記透明導電膜や透明電極膜を成膜する方法には、乾式法と湿式法があり、高品質な微細膜を形成できる。乾式法には、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等がある。湿式法は、塗膜法により成膜する方法であり、金属アルコキシドの加水分解と縮重合反応を利用したゾルゲル法等がある。   Conventionally, methods for forming the transparent conductive film and the transparent electrode film include a dry method and a wet method, and a high-quality fine film can be formed. Dry methods include vacuum deposition, ion plating, and sputtering. The wet method is a method of forming a film by a coating method, and includes a sol-gel method utilizing hydrolysis of a metal alkoxide and a condensation polymerization reaction.

前記乾式法により成膜を行うと、比較的高い真空度を要するために、製造装置が高価となり、成膜コストが高くなる。一方、前記湿式法では、乾式法に比べて塗膜装置が安価であり、また連続生産も比較的容易であり、前記透明導電膜や透明電極膜の成膜に使用されている。   When film formation is performed by the dry method, a relatively high degree of vacuum is required, so that the manufacturing apparatus becomes expensive and the film formation cost increases. On the other hand, in the wet method, the coating apparatus is cheaper than the dry method, and continuous production is relatively easy, and it is used for forming the transparent conductive film and the transparent electrode film.

湿式法により、前記透明導電膜や透明電極膜の成膜を行う場合には、基材上塗布された導電性塗料に溶媒が含まれているため、導電性塗料を塗布した基材を乾燥させる必要がある。成膜処理時間を早くするためには、一般に、室温以上の温度、例えば50〜80℃の温度で、塗膜基材を熱処理する。   When the transparent conductive film or the transparent electrode film is formed by a wet method, the conductive paint applied on the substrate contains a solvent, and therefore the substrate coated with the conductive paint is dried. There is a need. In order to increase the film forming time, the coating film substrate is generally heat-treated at a temperature of room temperature or higher, for example, 50 to 80 ° C.

通常の加熱手段では塗膜基材の塗膜だけを直接加熱するのは難しいので、簡易な乾燥装置として、一般にホットプレートが使用されている。塗膜基材をホットプレート上に載置して、基材を介して塗膜に熱伝導させて乾燥処理するため、熱伝導効率が低く、ホットプレートの温度を150℃程度の高温にする必要がある。しかし、伝熱制御が難しいため、塗膜が過乾燥されて割れが膜に生じていた。また、ホットプレートに接触している基材自体が150℃の高温に晒されてしまうため、基材が反ったり、歪んだりして熱変形を生じ、場合によっては基材自体が過加熱処理され損傷を受けるおそれがあった。   Since it is difficult to directly heat only the coating film of the coating film substrate with ordinary heating means, a hot plate is generally used as a simple drying device. Since the coating film substrate is placed on a hot plate and heat-conductive to the coating film through the substrate for drying treatment, the heat conduction efficiency is low and the temperature of the hot plate needs to be as high as about 150 ° C. There is. However, since heat transfer control is difficult, the coating film was overdried and cracks were generated in the film. In addition, since the substrate itself that is in contact with the hot plate is exposed to a high temperature of 150 ° C., the substrate is warped or distorted to cause thermal deformation, and in some cases, the substrate itself is overheated. There was a risk of damage.

上記のホットプレートによる基材加熱と異なり、直接的に膜焼成を行う方法としてプラズマによる表面処理方法がある。近年、プラズマを用いた表面処理方法は、被処理物表面の濡れ性改善、接着性改善、洗浄、殺菌、消毒、生体融和性改善、エッチング、デスミア処理、凸凹化、バリ取り、及び表面改質などを行うことにより、工業製品の特性を改善できる点に注目されている。表面処理に用いられるプラズマの生成技術としては、コロナ放電、グロー放電、誘電体バリア放電(DBD:Dielectric Barrier Discharge)、RF放電、マイクロ波放電、アーク放電などがある。更に、アークプラズマの生成方法としては、グライディングアークに着目したプラズマの生成方法がCzernichowski等により提案され、A.Czemichowski:Gliding Arc.Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol.666(1994)pp.1301−1310(非特許文献1)などに記載されている。グライディングアークとは、電極間の距離がプラズマの進行方向に沿って増大する2つの電極に高電圧を印加してアークを発生させたとき、アークが電極間の開方向に移動する現象を起源としている。   Unlike substrate heating by the hot plate, there is a surface treatment method using plasma as a method for directly performing film baking. In recent years, surface treatment methods using plasma have improved wettability, adhesion improvement, cleaning, sterilization, disinfection, biocompatibility improvement, etching, desmear treatment, unevenness, deburring, and surface modification of the surface of the workpiece. It is attracting attention that the characteristics of industrial products can be improved by performing the above. Plasma generation techniques used for the surface treatment include corona discharge, glow discharge, dielectric barrier discharge (DBD), RF discharge, microwave discharge, arc discharge, and the like. Furthermore, as a method for generating arc plasma, Czernichowski et al. Proposed a plasma generation method focusing on gliding arcs. Czemichowski: Gliding Arc. Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol. 666 (1994) pp. 1301-1310 (Non-Patent Document 1) and the like. A gliding arc is a phenomenon in which when an arc is generated by applying a high voltage to two electrodes whose distance between the electrodes increases along the direction of plasma travel, the arc moves in the opening direction between the electrodes. Yes.

特許文献1には、非晶質からなる金属酸化物膜を成膜した後、ポスト処理として、温度180℃以下にて高周波電界中で低温プラズマに暴露することにより、結晶性の金属酸化物薄膜を製造するプラズマ処理方法が開示されている。
国際公開WO2003/031673 A.Czemichowski:Gliding Arc.Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol.666(1994)pp.1301−1310
In Patent Document 1, after forming a metal oxide film made of an amorphous material, a crystalline metal oxide thin film is formed as a post treatment by exposing to a low temperature plasma in a high frequency electric field at a temperature of 180 ° C. or lower. A plasma processing method is disclosed for manufacturing.
International Publication WO2003 / 031673 A. Czemichowski: Gliding Arc. Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol. 666 (1994) pp. 1301-1310

特許文献1のプラズマ処理方法によれば、ホットプレートを用いず、積極的な加熱処理を行うことなく、基材の改質処理を低温化することができる。しかしながら、高周波電界中において被処理膜にプラズマを作用させて被処理膜を結晶化するため、前記透明導電膜や透明電極膜等の塗膜の焼成処理に、この処理方法を適用すると、単結晶化まで進行しすぎて、焼成後の膜質が脆性化されるといった問題があった。   According to the plasma processing method of Patent Document 1, it is possible to lower the temperature of the base material reforming process without using a hot plate and without performing an active heat treatment. However, in order to crystallize the film to be processed by applying plasma to the film to be processed in a high frequency electric field, when this processing method is applied to the baking treatment of the coating film such as the transparent conductive film or the transparent electrode film, a single crystal There was a problem that the film quality after firing was too brittle and the film quality after firing became brittle.

従って、本発明の目的は、基材に施す塗膜の焼成処理をプラズマを用いて低温処理する場合に、焼成膜の脆性化を生じず良好な膜質の成膜処理を行うことのできる進行プラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置を提供することである。また、本発明の別の目的は、前記進行プラズマ成膜方法の成膜処理により、耐久性に優れた膜強度を具備した焼成膜からなるプラズマ焼成基材を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a progressive plasma capable of forming a film with a good film quality without causing embrittlement of the fired film when the firing process of the coating film applied to the substrate is performed at a low temperature using plasma. A film forming method and a plasma film forming apparatus are provided. Another object of the present invention is to provide a plasma fired substrate comprising a fired film having a film strength with excellent durability by the film forming treatment of the progressive plasma film forming method.

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第1の形態は、成膜材により基材面に表面膜を形成した基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記基材の表面膜に向けて進行する進行プラズマを流通させることにより前記表面膜を焼成する進行プラズマ成膜方法である。   The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems. In the first embodiment of the present invention, a substrate in which a surface film is formed on a substrate surface by a film forming material is sandwiched between plasma forming electrodes. It is a progressive plasma film-forming method in which the surface film is fired by circulating the progressive plasma that is installed at a position where it does not move and proceeds toward the surface film of the substrate.

本発明の第2の形態は、前記第1の形態において、前記進行プラズマが大気圧程度で発生させたパルスアーク放電のプルームであり、そのパルスアーク放電プルームは、グライディングアーク方式又はペンジェット方式で得る進行プラズマ成膜方法である。   A second form of the present invention is a plume of pulse arc discharge generated in the first form by the progressive plasma at about atmospheric pressure, and the pulse arc discharge plume is a gliding arc method or a pen jet method. This is a progressive plasma film formation method.

本発明の第3の形態は、前記第1又は第2の形態において、前記基材にバイアス電圧を印加して、前記表面膜の焼成を制御する進行プラズマ成膜方法である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a progressive plasma film forming method that controls the firing of the surface film by applying a bias voltage to the base material in the first or second aspect.

本発明の第4の形態は、前記第1、第2又は第3の形態において、前記成膜材が成膜物質と溶媒成分とが混合した液状物質からなる進行プラズマ成膜方法である。   A fourth aspect of the present invention is a progressive plasma film forming method according to the first, second, or third aspect, wherein the film forming material is a liquid material in which a film forming material and a solvent component are mixed.

本発明の第5の形態は、前記第1、第2又は第3の形態において、前記成膜材が液状の成膜物質だけで構成された液状物質からなる進行プラズマ成膜方法である。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a progressive plasma film forming method in which the film forming material is made of only a liquid film forming material in the first, second or third form.

本発明の第6の形態は、前記第4の形態において、前記成膜材により前記基材面に前記表面膜を形成しながら、前記進行プラズマを前記基材に流通させて、前記溶媒成分を蒸発又は除去しつつ前記表面膜を焼成する進行プラズマ成膜方法である。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect, while the surface film is formed on the surface of the base material by the film forming material, the progressive plasma is circulated through the base material, and the solvent component is supplied. In this method, the surface film is fired while being evaporated or removed.

本発明の第7の形態は、前記第1〜第5のいずれかの形態において、前記成膜材により前記基材面に表面膜を形成した後、その基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記進行プラズマにより前記表面膜の焼成を行う進行プラズマ成膜方法である。   According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, after the surface film is formed on the base material surface by the film forming material, the base material is sandwiched between plasma forming electrodes. This is a progressive plasma film forming method in which the surface film is baked by the progressive plasma, which is installed at a position that is not present.

本発明の第8の形態は、前記第6又は第7の形態において、前記成膜材による前記基材の膜形成の前に、前記基材面に浄化用プラズマを照射させることにより、前記基材の浄化処理を行う進行プラズマ成膜方法である。   According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect, the substrate surface is irradiated with a purification plasma before the film formation of the base material by the film forming material. This is a progressive plasma film forming method for purifying a material.

本発明の第9の形態は、前記第1〜第8のいずれかの形態において、エレクトロスプレー法により前記基材面に表面膜を形成する進行プラズマ成膜方法である。   A ninth aspect of the present invention is a progressive plasma film forming method according to any one of the first to eighth aspects, wherein a surface film is formed on the substrate surface by an electrospray method.

本発明の第10の形態は、前記第1〜第9のいずれかの形態において、前記基材を機械的に運動させながら前記基材面への表面膜の形成を行う進行プラズマ成膜方法である。   A tenth aspect of the present invention is the progressive plasma film forming method according to any one of the first to ninth aspects, wherein the surface film is formed on the substrate surface while the substrate is mechanically moved. is there.

本発明の第11の形態は、前記第4又は第5の形態において、前記液状物質の表面エネルギーが60dyn/cm以下である進行プラズマ成膜方法である。   An eleventh aspect of the present invention is a progressive plasma film forming method according to the fourth or fifth aspect, wherein the liquid material has a surface energy of 60 dyn / cm or less.

本発明の第12の形態は、前記第4の形態において、前記成膜物質が有機金属化合物、金属無機酸塩及び金属有機酸塩の1種以上からなり、前記成膜物質が前記溶媒に溶解している進行プラズマ成膜方法である。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the film-forming substance is composed of one or more of an organometallic compound, a metal inorganic acid salt, and a metal organic acid salt, and the film-forming substance is dissolved in the solvent. This is a progressive plasma film forming method.

本発明の第13の形態は、前記第4の形態において、前記成膜物質が、1nm〜500nmの粒径を有する金属成分含有粒子からなる進行プラズマ成膜方法である。   A thirteenth aspect of the present invention is the progressive plasma film-forming method according to the fourth aspect, wherein the film-forming substance comprises metal component-containing particles having a particle diameter of 1 nm to 500 nm.

本発明の第14の形態は、前記第13の形態において、前記成膜物質として、前記金属成分含有粒子同士を結合させるバインダー剤が添加される進行プラズマ成膜方法である。   A fourteenth aspect of the present invention is a progressive plasma film forming method according to the thirteenth aspect, wherein a binder agent for bonding the metal component-containing particles is added as the film forming substance.

本発明の第15の形態は、前記第13又は第14の形態において、前記金属成分含有粒子は、金属酸化物粒子、金属窒化物粒子、金属炭化物粒子、金属単体及び合金の一種以上からなる進行プラズマ成膜方法である。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the thirteenth or fourteenth aspect, the metal component-containing particles are made of one or more of metal oxide particles, metal nitride particles, metal carbide particles, a simple metal, and an alloy. This is a plasma film forming method.

本発明の第16の形態は、前記第13、第14又は第15の形態において、前記金属成分含有粒子は、その粒子表面にカーボンナノ材料を担持している進行プラズマ成膜方法である。   A sixteenth aspect of the present invention is the progressive plasma film forming method according to the thirteenth, fourteenth or fifteenth aspect, wherein the metal component-containing particles carry a carbon nanomaterial on the particle surface.

本発明の第17の形態は、前記第13〜第16のいずれかの形態において、前記成膜物質が、前記金属成分含有粒子と、有機金属化合物、金属無機酸塩及び、金属有機酸塩の一種以上の混合物からなる進行プラズマ成膜方法である。   According to a seventeenth aspect of the present invention, in any one of the thirteenth to sixteenth aspects, the film-forming substance includes the metal component-containing particles, an organic metal compound, a metal inorganic acid salt, and a metal organic acid salt. It is a progressive plasma film-forming method comprising one or more mixtures.

本発明の第18の形態は、前記第1〜第17のいずれかの形態に係る進行プラズマ成膜方法により焼成された表面膜を基材面に形成したプラズマ焼成基材である。   An eighteenth aspect of the present invention is a plasma fired base material in which a surface film fired by the progressive plasma film forming method according to any one of the first to seventeenth aspects is formed on a base material surface.

本発明の第19の形態は、焼成用プラズマを発生させる焼成用プラズマ発生手段と、前記焼成用プラズマを前記基材に向けて進行する進行プラズマとして導入する進行プラズマ導入手段と、成膜材により基材面に表面膜を形成した基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記基材に前記進行プラズマを流通させることにより前記基材の表面膜を焼成する膜焼成手段を有する進行プラズマ成膜装置である。   According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided a firing plasma generating means for generating a firing plasma, a progressing plasma introducing means for introducing the firing plasma as a progressing plasma traveling toward the substrate, and a film forming material. A film firing means for firing a surface film of the substrate by placing the substrate having a surface film formed on the substrate surface at a position not sandwiched between electrodes for plasma formation and circulating the progress plasma through the substrate. A progressive plasma film forming apparatus.

本発明の第20の形態は、前記第19の形態において、前記プラズマ発生手段が大気圧パルスアーク放電手段であり、しかもグライディングアーク放電手段又はペンジェット放電手段である進行プラズマ成膜装置である。   A twentieth aspect of the present invention is the progressive plasma film forming apparatus according to the nineteenth aspect, wherein the plasma generation means is an atmospheric pressure pulse arc discharge means, and is a gliding arc discharge means or a pen jet discharge means.

本発明の第21の形態は、前記第19又は20の形態において、前記基材にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を設け、前記表面膜の焼成を制御する進行プラズマ成膜装置である。   A twenty-first aspect of the present invention is a progressive plasma film forming apparatus according to the nineteenth or twentieth aspect, wherein a bias voltage applying means for applying a bias voltage to the substrate is provided to control firing of the surface film.

本発明の第22の形態は、前記第19、第20又は第21の形態において、成膜材により基材面に表面膜を形成する膜形成手段を有し、この膜形成手段の後に前記膜焼成手段を配置した進行プラズマ成膜装置である。   According to a twenty-second aspect of the present invention, in the nineteenth, twentieth or twenty-first aspect, there is a film forming means for forming a surface film on a substrate surface by a film forming material, and the film is formed after the film forming means. This is a progressive plasma film forming apparatus provided with a firing means.

本発明の第23の形態は、前記第22の形態において、基材面の浄化用プラズマを発生させる浄化用プラズマ発生手段を備え、前記成膜材による前記基材の膜形成の前に、前記基材面に前記浄化用プラズマを照射させることにより、前記基材の浄化処理を行う進行プラズマ成膜装置である。   According to a twenty-third aspect of the present invention, in the twenty-second aspect, there is provided a purifying plasma generating means for generating a purifying plasma for the base material surface, and before the film formation of the base material by the film forming material, It is a progress plasma film-forming apparatus which performs the purification process of the said base material by irradiating the base material surface with the said plasma for purification.

本発明の第24の形態は、前記第22の形態において、前記膜形成手段により前記基材面に前記表面膜を形成しながら、前記進行プラズマを前記基材に流通させて、前記溶媒成分を蒸発又は除去しつつ前記表面膜を焼成する進行プラズマ成膜装置である。   In a twenty-fourth aspect of the present invention, in the twenty-second aspect, while the surface film is formed on the base material surface by the film forming means, the progressive plasma is circulated through the base material, and the solvent component is supplied. It is a progressive plasma film forming apparatus for firing the surface film while evaporating or removing.

本発明の第1の形態によれば、成膜材により基材面に表面膜を形成した基材をプラズマ形成用電極(高圧電極及び低圧電極)に挟まれない位置に設置し、前記基材の表面膜に向けて進行する進行プラズマを流通させることにより前記表面膜を焼成するため、前記電極による電界中に滞留する滞留プラズマを用いずに、無電界プラズマである前記進行プラズマの作用により前記表面膜を焼成する。従って、電界プラズマである前記滞留プラズマによる単結晶化が起きずに、前記進行プラズマの低温処理による多結晶化が可能となり、焼成膜の脆性化を発生させることなく良好な膜質の成膜処理を行うことができる。なお、交流、交流パルス又は高周波によりプラズマ形成する場合には、前記低圧電極は通常接地陰極である。また、直流又は直流パルスによりプラズマ形成する場合には、通常、前記高圧電極は陽極であり、前記低圧電極は陰極である。もちろん,逆も可能である。   According to the first aspect of the present invention, the base material in which the surface film is formed on the base material surface by the film forming material is installed at a position not sandwiched between the plasma forming electrodes (high voltage electrode and low voltage electrode), Since the surface film is baked by circulating the progressing plasma traveling toward the surface film, the staying plasma staying in the electric field by the electrode is not used, but the action of the traveling plasma which is an electric fieldless plasma The surface film is fired. Accordingly, single crystallization due to the stagnant plasma, which is electric field plasma, can be polycrystallized by low-temperature treatment of the progressive plasma, and film formation with good film quality can be performed without causing brittleness of the fired film. It can be carried out. When plasma is formed by alternating current, alternating current pulse, or high frequency, the low voltage electrode is usually a grounded cathode. When plasma is formed by direct current or direct current pulse, the high voltage electrode is usually an anode and the low voltage electrode is a cathode. Of course, the reverse is also possible.

本発明の第2の形態によれば、前記進行プラズマが大気圧程度(0.5〜1.5atm)で発生させたパルスアーク放電のプルームであり、そのパルスアーク放電プルームは、グライディングアーク方式又はペンジェット方式で得るから、大気圧前後の圧力において前記パルスアーク放電プルームを発生させることにより、前記表面膜のプラズマ焼成処理において、真空又は高圧状態を維持する必要が無く、簡易に低コストで生成したプラズマを用いて、成膜処理コストの低減を可能とする。しかも、前記のグラインディングアーク方式又はペンジェット方式により生成したプラズマを用いて、局所的に被処理部位にプラズマ照射が可能であり、不必要な加熱を行わずに済み、高品質な焼成処理を行うことができる。なお、下記文献に示す前記ペンジェット方式は前記グラインディングアーク方式と同様に、プラズマ噴射用ペン型ノズルから前記プルームのみを被処理物表面に照射することができるプラズマ処理装置の一種である。
<文献>:Jungo Toshifuji、Takashi Katsumata、Hirofumi Takikawa、Tateki Sakakibara、Ichiro Shimizu;“Cold arc−plasma jet under atomospheric pressure for surface modification”、Surface and Coatings Technology vol.171、(2003)p.p.302−306
According to the second aspect of the present invention, the traveling plasma is a pulse arc discharge plume generated at about atmospheric pressure (0.5 to 1.5 atm), and the pulse arc discharge plume is a gliding arc method or Since it is obtained by the pen jet method, by generating the pulse arc discharge plume at a pressure around atmospheric pressure, it is not necessary to maintain a vacuum or high-pressure state in the plasma baking process of the surface film, and it is easily generated at low cost. It is possible to reduce the cost of film formation using the plasma. In addition, using the plasma generated by the grinding arc method or the pen jet method, it is possible to locally irradiate the processing site with plasma, and unnecessary heating is not required, and high-quality baking processing is performed. It can be carried out. Note that the pen jet method described in the following document is a kind of plasma processing apparatus that can irradiate the surface of an object to be processed only with the plume from a plasma injection pen type nozzle, similarly to the grinding arc method.
<Literature>: Jungo Toshifuji, Takashi Katsumata, Hirofumi Takikawa, Tateki Sakakibara, Ichiro Shimizu; "Cold arc-plasma jet under atomospheric pressure for surface modification", Surface and Coatings Technology vol. 171, (2003) pp. 302-306

本発明の第3の形態によれば、前記基材にバイアス電圧を印加して、前記表面膜の焼成を制御するから、バイアス電位を付与することにより、プラズマの構成粒子を前記基材と反発させて、前記進行プラズマによる前記基材への影響を低減でき、膜に割れが生じたり、前記基材を損傷させたりすることなく、前記表面膜に対して、より高品質な低温プラズマ焼成を行うことができる。   According to the third aspect of the present invention, since the bias voltage is applied to the base material to control the firing of the surface film, the constituent particles of the plasma are repelled from the base material by applying a bias potential. Thus, the influence of the progressive plasma on the base material can be reduced, and the surface film can be subjected to higher-quality low-temperature plasma firing without cracking the film or damaging the base material. It can be carried out.

本発明の第4の形態によれば、前記成膜材が成膜物質と溶媒成分とが混合した液状物質からなるから、膜に割れが生じたり前記基材を損傷させたりすることなく、前記進行プラズマにより前記溶媒成分の一部又は全部を熱処理して、前記成膜物質を含有主成分とする、多結晶化された焼成膜を形成することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, since the film forming material is made of a liquid material in which a film forming material and a solvent component are mixed, the film does not crack or damage the substrate. A part or all of the solvent component may be heat-treated with progressive plasma to form a polycrystalline fired film containing the film-forming substance as a main component.

前記成膜材として、例えば、導電性塗料である場合には、前記成膜物質には、有機金属化合物、金属無機酸塩、金属酸化物微粒子、金属・合金微粒子(金属又は合金からなる微粒子)のいずれか1種又は2種以上を使用し、これらの物質を溶解又は分散させるために、前記溶媒成分には、有機溶媒及び/又は水を使用する。   When the film forming material is, for example, a conductive paint, the film forming material includes organometallic compounds, metal inorganic acid salts, metal oxide fine particles, metal / alloy fine particles (fine particles made of metal or alloy). In order to dissolve or disperse any one or two or more of these substances, an organic solvent and / or water is used as the solvent component.

本発明の第5の形態によれば、前記成膜材が液状の成膜物質だけで構成された液状物質からなるから、例えば、前記成膜物質の水溶液又は有機溶媒液あるいはそれらの混合溶液を使用して、前記進行プラズマにより溶液成分を蒸発させて除去し、前記成膜物質を含有主成分とする、多結晶化された焼成膜を形成することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, since the film forming material is made of a liquid material composed only of a liquid film forming material, for example, an aqueous solution or an organic solvent liquid of the film forming material or a mixed solution thereof is used. It can be used to evaporate and remove solution components by the progressive plasma to form a polycrystalline fired film containing the film-forming substance as a main component.

本発明の第6の形態によれば、前記成膜材により前記基材面に前記表面膜を形成しながら、前記進行プラズマを前記基材に流通させて、前記溶媒成分を蒸発又は除去しつつ前記表面膜を焼成するから、前記表面膜の形成と焼成が平行してほぼ同時的に行われ、膜に割れが生じたり前記基材を損傷させたりすることなく、前記進行プラズマにより前記溶媒成分を除去しながら多結晶化して、耐久性に富んだ硬質性膜の形成を行うことができ、しかも焼成処理の短縮化及び簡易化を図ることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, while the surface film is formed on the base material surface by the film forming material, the progressive plasma is circulated through the base material to evaporate or remove the solvent component. Since the surface film is baked, the formation of the surface film and the baking are performed substantially simultaneously in parallel, and the solvent component is generated by the progressive plasma without causing cracks in the film or damaging the substrate. It is possible to form a hard film rich in durability by polycrystallizing while removing the carbon black, and to shorten and simplify the baking treatment.

本発明の第7の形態によれば、前記成膜材により前記基材面に表面膜を形成した後、その基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記進行プラズマにより前記表面膜の焼成を行うから、前記基材面に形成した前記表面膜に対して、無電界プラズマの前記進行プラズマを照射して、膜に割れが生じたり前記基材を損傷させたりすることなく、多結晶化して、耐久性に富んだ硬質性膜に改質することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, after the surface film is formed on the base material surface by the film forming material, the base material is placed at a position not sandwiched between plasma forming electrodes, and the progressive plasma Since the surface film is baked, the surface film formed on the substrate surface is irradiated with the progressive plasma of electroless plasma without causing the film to crack or damage the substrate. It can be polycrystallized and reformed into a hard film rich in durability.

本発明の第8の形態によれば、前記成膜材による前記基材の膜形成の前に、前記基材面に浄化用プラズマを照射させることにより、前記基材の浄化処理を行うから、前記基材面に対して、無電界プラズマの前記浄化用プラズマを照射して、前記基材を損傷させたりすることなく浄化でき、高品質の成膜処理を行うことができる。   According to the eighth aspect of the present invention, the substrate is purified by irradiating the substrate surface with a purification plasma before the film formation of the substrate by the film forming material. The substrate surface can be purified by irradiating the substrate without damaging the substrate by irradiating the substrate without irradiating the plasma for electric field-free plasma, and a high-quality film forming process can be performed.

本発明の第9の形態によれば、エレクトロスプレー法により前記基材面に表面膜を形成するから、微細な膜パターンに対しても薄膜化された前記表面膜を形成でき、しかも薄膜化された前記表面膜に対して割れを生じさせず、前記基材にも損傷を加えることなく、前記進行プラズマにより焼成を行って高品質の薄膜形成を行うことができる。   According to the ninth aspect of the present invention, since the surface film is formed on the substrate surface by the electrospray method, the thinned surface film can be formed even for a fine film pattern, and the thinned film is formed. Further, it is possible to form a high-quality thin film by firing with the progressive plasma without causing cracks in the surface film and without damaging the base material.

本発明の第10の形態によれば、前記基材を機械的に運動させながら前記基材面への表面膜の形成を行うから、基材の固定配置と比較して、より均一な膜厚を具備し、前記進行プラズマにより焼成処理されて、耐久性に富んだ硬質性膜を得ることができる。   According to the tenth aspect of the present invention, since the surface film is formed on the base material surface while mechanically moving the base material, the film thickness is more uniform as compared with the fixed arrangement of the base material. And a hard film rich in durability can be obtained by baking with the progressive plasma.

本実施形態における、前記基材を機械的に運動させる手段として、バイブレーション運動を基材に与える加振装置、回転運動を基材に与えるスピニング装置、基材をX方向及び/又はY方向に高速で移動するシフト装置等を使用することができる。   In this embodiment, as the means for mechanically moving the base material, a vibration device that applies a vibration motion to the base material, a spinning device that applies a rotational motion to the base material, and a high speed of the base material in the X direction and / or Y direction. It is possible to use a shift device that moves with

本発明の第11の形態によれば、前記液状物質の表面エネルギーが60dyn/cm以下であるから、前記液状物質の表面張力が小さく、前記基材面への表面膜の形成に際し、前記液状物質が前記基材面全体に拡散して、膜内に小さな空洞(巣)が生じず、均一な膜厚を具備した表面膜を形成することができ、しかも低沸点により揮発性も高く、プラズマ焼成時間を短縮できる。   According to the eleventh aspect of the present invention, since the surface energy of the liquid material is 60 dyn / cm or less, the surface tension of the liquid material is small, and the liquid material is formed when the surface film is formed on the substrate surface. Is diffused over the entire surface of the base material, so that no small cavities (nests) are formed in the film, and a surface film having a uniform film thickness can be formed. Moreover, it has a low boiling point and is highly volatile. You can save time.

本発明の第12の形態によれば、前記成膜物質が有機金属化合物、金属無機酸塩及び金属有機酸塩の1種以上からなり、前記成膜物質が前記溶媒に溶解しているから、膜に割れが生じたり前記基材を損傷させたりすることなく、前記進行プラズマにより熱処理して、前記成膜物質を含有主成分とする、多結晶化された焼成導電性膜を形成することができる。   According to the twelfth aspect of the present invention, the film-forming substance is composed of one or more of an organometallic compound, a metal inorganic acid salt, and a metal organic acid salt, and the film-forming substance is dissolved in the solvent. Without causing cracks in the film or damaging the substrate, heat treatment is performed by the progressive plasma to form a polycrystalline fired conductive film containing the film-forming substance as a main component. it can.

本発明の第13の形態によれば、1nm〜500nmの粒径を有する金属成分含有粒子からなる前記成膜物質を用いるので、膜の焼結性が良好であり、かつ形成膜の電気伝導性がよく、高品質の焼成導電性膜を形成することができる。特に、透明導電性膜の場合には前記粒径を有する金属成分含有粒子からなる前記成膜物質を用いることにより透明性がより良好となる。なお、金属成分含有粒子の粒径が1nm未満である場合には、導電性膜の結晶性が低下して形成膜の電気伝導性が低下し、つまり表面抵抗が上昇してしまう不具合を生じる。また、粒径が500nmを超えると、焼結性や透明性が低下する不具合を生じる。   According to the thirteenth aspect of the present invention, since the film-forming substance comprising metal component-containing particles having a particle diameter of 1 nm to 500 nm is used, the film has good sinterability and the electric conductivity of the formed film. Therefore, a high-quality fired conductive film can be formed. In particular, in the case of a transparent conductive film, transparency is further improved by using the film-forming substance composed of metal component-containing particles having the particle diameter. In addition, when the particle size of the metal component-containing particles is less than 1 nm, the crystallinity of the conductive film is lowered and the electric conductivity of the formed film is lowered, that is, the surface resistance is increased. Moreover, when a particle size exceeds 500 nm, the malfunction which sinterability and transparency fall will arise.

本発明の第14の形態によれば、前記成膜物質として、前記金属成分含有粒子同士を結合させるバインダー剤が添加されるから、前記バインダー剤成分により前記金属成分含有粒子同士の隙間を充填して粒子同士の結合力が増加し、膜質の高密度化を実現でき、機械的強度の向上、電気抵抗の低下に加え、透明性を一層高める効果がある。特に、透明導電膜を形成する場合には、シリカを含むバインダー剤を使用する。例えば、ITO膜形成の場合には、シリコン(Si)アルコキシドをバインダー剤に使用すると、平均粒子径20nmのITO粒子間にシリカ薄膜又はシリカ超微粒子が介在して、隙間が解消され、高密度な透明薄膜を実現することができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, since the binder agent that binds the metal component-containing particles to each other is added as the film-forming substance, the gap between the metal component-containing particles is filled with the binder agent component. As a result, the bonding force between the particles is increased, the density of the film can be increased, and in addition to the improvement of the mechanical strength and the reduction of the electric resistance, there is an effect of further enhancing the transparency. In particular, when forming a transparent conductive film, a binder containing silica is used. For example, in the case of forming an ITO film, when silicon (Si) alkoxide is used as a binder, a silica thin film or ultrafine silica particles are interposed between ITO particles having an average particle diameter of 20 nm, and the gap is eliminated, resulting in high density. A transparent thin film can be realized.

本発明の第15の形態によれば、前記金属成分含有粒子は、金属酸化物粒子、金属窒化物粒子、金属炭化物粒子、金属単体及び合金の一種以上からなるので、導電性に富んだ、高品質の焼成導電性膜を形成することができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, the metal component-containing particles are composed of one or more of metal oxide particles, metal nitride particles, metal carbide particles, simple metals, and alloys, so that they are highly conductive and have high conductivity. A quality fired conductive film can be formed.

本発明の第16の形態によれば、前記金属成分含有粒子は、その粒子表面にカーボンナノ材料を担持しているので、前記カーボンナノ材料のカーボンナノ物質を介在して前記金属成分含有粒子同士の導電性を向上させ、導電性に富んだ、高品質の焼成導電性膜を形成することができる。   According to the sixteenth aspect of the present invention, since the metal component-containing particles carry a carbon nanomaterial on the particle surface, the metal component-containing particles are interspersed with the carbon nanomaterial of the carbon nanomaterial. Thus, it is possible to form a high-quality fired conductive film rich in conductivity.

本発明の第17の形態によれば、前記成膜物質が、前記金属成分含有粒子と、有機金属化合物、金属無機酸塩及び金属有機酸塩の一種以上の混合物からなるので、前記金属成分含有粒子に対する前記有機金属化合物、前記金属無機酸塩及び前記金属有機酸塩の混合量を調整することにより、導電率を調整制御して、高品質の焼成導電性膜を形成することができる。   According to the seventeenth aspect of the present invention, the film-forming substance is composed of the metal component-containing particles and a mixture of one or more of an organic metal compound, a metal inorganic acid salt, and a metal organic acid salt. By adjusting the mixing amount of the organometallic compound, the metal inorganic acid salt, and the metal organic acid salt with respect to the particles, the conductivity can be adjusted and controlled, and a high-quality fired conductive film can be formed.

本発明の第18の形態のプラズマ焼成基材によれば、前記第1〜第17のいずれかの形態に係る進行プラズマ成膜方法により焼成された表面膜を基材面に形成したので、ホットプレートのような直接的な加熱装置を用いて積極的な加熱処理を行うことなく、基材の改質が前記進行プラズマにより低温処理され、多結晶化された耐久性に優れた膜強度を具備することができる。   According to the plasma fired substrate of the eighteenth aspect of the present invention, the surface film baked by the progressive plasma film forming method according to any one of the first to seventeenth aspects is formed on the substrate surface. Without aggressive heat treatment using a direct heating device such as a plate, the modification of the base material is processed at low temperature by the progressive plasma, and is polycrystallized and has excellent durability. can do.

本発明の第19の形態に係る進行プラズマ成膜装置によれば、焼成用プラズマを発生させる焼成用プラズマ発生手段と、前記焼成用プラズマを前記基材に向けて進行する進行プラズマとして導入する進行プラズマ導入手段と、成膜材により基材面に表面膜を形成した基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記基材に前記進行プラズマを流通させることにより前記基材の表面膜を焼成する膜焼成手段を有するので、前記電極による電界中に滞留する滞留プラズマを用いずに、前記進行プラズマ導入手段により、前記進行プラズマを前記基材に向けて導入することにより前記表面膜を無電界プラズマによって焼成することができ、電界プラズマである前記滞留プラズマによる単結晶化が起きずに、前記進行プラズマの低温処理による多結晶化が可能となり、膜の脆性化を発生させることなく良好な成膜改質処理を行うことができる。   According to the progressive plasma film forming apparatus of the nineteenth aspect of the present invention, the firing plasma generating means for generating the firing plasma and the progress for introducing the firing plasma as the proceeding plasma that proceeds toward the substrate. A substrate having a surface film formed on the surface of the substrate by a film introduction material and a plasma introduction means is installed at a position not sandwiched between electrodes for plasma formation, and the progress plasma is circulated through the substrate to Since it has a film baking means for baking the surface film, the surface plasma can be introduced by introducing the progressive plasma toward the substrate by the progressive plasma introducing means without using the staying plasma staying in the electric field generated by the electrode. The film can be baked by electroless plasma, and single crystallizing by the staying plasma, which is electric field plasma, does not occur, and low temperature treatment of the progressive plasma That polycrystalline becomes possible, it is possible to perform good film formation modification process without causing brittleness of the film.

本発明の第20の形態に係る進行プラズマ成膜装置によれば、前記プラズマ発生手段が大気圧パルスアーク放電手段であり、しかもグライディングアーク放電手段又はペンジェット放電手段であるので、前記グライディングアーク放電手段又はペンジェット放電手段により、大気圧前後の圧力において前記パルスアーク放電プルームを発生させ、前記表面膜のプラズマ焼成処理において真空又は高圧状態を維持する必要が無く、簡易に低コストで生成したプラズマを用いて、成膜処理コストを低減でき、しかも、被処理部位に局所的にプラズマ照射を行って、不必要な加熱を行うことなく、高品質な焼成処理を行うことができる。   According to the progressive plasma deposition apparatus of the twentieth aspect of the present invention, the plasma generating means is an atmospheric pressure pulse arc discharge means, and further, it is a gliding arc discharge means or a pen jet discharge means. The pulse arc discharge plume is generated at a pressure around atmospheric pressure by the means or the pen jet discharge means, and it is not necessary to maintain a vacuum or high pressure state in the plasma baking process of the surface film, and plasma generated easily and at low cost The film formation processing cost can be reduced by using this, and high-quality baking processing can be performed without performing unnecessary heating by locally irradiating the processing target region with plasma.

本発明の第21の形態に係る進行プラズマ成膜装置によれば、前記基材にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を設け、前記表面膜の焼成を制御するので、例えば、プラズマ電位と同程度のダクトバイアス電位を前記バイアス電圧印加手段により前記基材に付与することにより、プラズマの構成粒子を前記基材と反発させて、前記進行プラズマによる前記基材への影響を低減でき、膜に割れが生じたり、前記基材を損傷させたりすることなく、前記表面膜に対して、より高品質な低温プラズマ焼成を行うことができる。   According to the progressive plasma film forming apparatus of the twenty-first aspect of the present invention, bias voltage applying means for applying a bias voltage to the substrate is provided to control the firing of the surface film. By applying a duct bias potential of about a degree to the base material by the bias voltage applying means, the constituent particles of the plasma are repelled from the base material, and the influence of the progressive plasma on the base material can be reduced, and the film Higher quality, low temperature plasma firing can be performed on the surface film without causing cracks or damaging the substrate.

本発明の第22の形態に係る進行プラズマ成膜装置によれば、成膜材により基材面に表面膜を形成する膜形成手段を有し、この膜形成手段の後に前記膜焼成手段を配置したので、前記成膜材により前記基材面に表面膜を形成した後、その基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記進行プラズマにより前記表面膜の焼成を行うから、前記基材面に形成した前記表面膜に対して、無電界プラズマの前記進行プラズマを照射して、膜に割れが生じたり前記基材を損傷させたりすることなく、多結晶化して、耐久性に富んだ硬質性膜に改質することができる。   According to the progressive plasma film forming apparatus of the twenty-second aspect of the present invention, it has a film forming means for forming a surface film on the substrate surface with a film forming material, and the film baking means is disposed after the film forming means. Therefore, after forming a surface film on the surface of the base material by the film forming material, the base material is placed at a position not sandwiched between plasma forming electrodes, and the surface film is baked by the progressive plasma. The surface film formed on the base material surface is irradiated with the progressive plasma of electroless plasma, and is polycrystallized without causing the film to crack or damage the base material. It can be modified to a hard film rich in.

本発明の第23の形態に係る進行プラズマ成膜装置によれば、基材面の浄化用プラズマを発生させる浄化用プラズマ発生手段を備え、前記成膜材による前記基材の膜形成の前に、前記基材面に前記浄化用プラズマを照射させることにより、前記基材の浄化処理を行うので、前記基材面に対して、無電界プラズマの前記浄化用プラズマを照射して、前記基材を損傷させたりすることなく浄化でき、高品質の成膜処理を行うことができる。前記浄化用プラズマには前記焼成用プラズマ発生手段による前記焼成用プラズマを共用してもよい。   According to the progressive plasma film forming apparatus of the twenty-third aspect of the present invention, the plasma generating means for purification for generating the plasma for purification of the substrate surface is provided, and before the film formation of the substrate by the film forming material, The substrate is purified by irradiating the substrate surface with the purification plasma. Therefore, the substrate surface is irradiated with the purification plasma of electroless plasma, and the substrate is subjected to the purification treatment. Can be purified without damaging the film, and a high-quality film formation process can be performed. The cleaning plasma may be shared by the baking plasma generating means.

本発明の第24の形態に係る進行プラズマ成膜装置によれば、前記膜形成手段により前記基材面に前記表面膜を形成しながら、前記進行プラズマを前記基材に流通させて、前記溶媒成分を蒸発又は除去しつつ前記表面膜を焼成するので、前記表面膜の形成と焼成が平行してほぼ同時的に行われ、膜に割れが生じたり前記基材を損傷させたりすることなく、前記進行プラズマにより前記溶媒成分を除去しながら多結晶化して、耐久性に富んだ硬質性膜の形成を行うことができ、しかも焼成処理の短縮化及び簡易化を図ることができる。   According to the progressive plasma film forming apparatus of the twenty-fourth aspect of the present invention, the progressive plasma is circulated through the base material while the surface film is formed on the base material surface by the film forming means, and the solvent Since the surface film is baked while evaporating or removing components, the formation and baking of the surface film are performed almost simultaneously, without causing cracks in the film or damaging the substrate. While removing the solvent component by the progressive plasma, it can be polycrystallized to form a durable hard film, and the firing process can be shortened and simplified.

以下に、本発明の実施形態を添付する図面に従って詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係るプラズマ成膜装置の概略構成図である。本実施形態のプラズマ成膜は、成膜材により基材面に表面膜Lを形成した基材Wをプラズマ発生部2のプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、表面膜Lの膜面に向けて進行する進行プラズマPを流通させ、照射することにより表面膜Lを焼成する進行プラズマ成膜方法に基づき行われる。進行プラズマPによる膜焼成は、後述の膜形成装置により基材面に表面膜を形成した後に行われる。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma film forming apparatus according to the present invention. In the plasma film formation of the present embodiment, the base material W on which the surface film L is formed on the surface of the base material by the film forming material is placed at a position not sandwiched between the plasma forming electrodes of the plasma generator 2, and the film of the surface film L This is performed based on a progressing plasma film forming method in which the surface film L is baked by circulating and irradiating the progressing plasma P traveling toward the surface. Film baking by the progressive plasma P is performed after a surface film is formed on the substrate surface by a film forming apparatus described later.

本実施形態のプラズマ成膜装置は、プラズマ発生部2において発生させたプラズマを、チャンバーからなるプラズマ焼成部1にプラズマ導入口3より導入して、プラズマ焼成部1内に配置された基材Wをプラズマ焼成する。
プラズマ発生部2は、グライディングアーク(GA)方式又はペンジェット(PEN−JET)方式によるプラズマ発生装置からなり、大気圧程度で発生させたパルスアーク放電のプルームを進行プラズマPとして使用する。
The plasma film-forming apparatus of this embodiment introduces the plasma generated in the plasma generating unit 2 into the plasma baking unit 1 composed of a chamber from the plasma introduction port 3, and the substrate W disposed in the plasma baking unit 1. Is subjected to plasma baking.
The plasma generating unit 2 is composed of a plasma generator using a gliding arc (GA) method or a pen jet (PEN-JET) method, and uses a plume of pulsed arc discharge generated at about atmospheric pressure as the traveling plasma P.

プラズマ焼成部1内には、被焼成処理物(ワーク)として、表面膜Lを形成した基材Wが配置される。プラズマPの直進方向の中心軸は表面膜Lの鉛直軸に略対応してプラズマ照射が行われる。プラズマPの導入効率を高めるために、プラズマ焼成部1外周に、集束磁場形成用磁界発生器6を配設してもよい。磁界発生器6により形成した集束磁場によりワーク中心部への直進方向にプラズマPを絞ることができ、表面膜Lの膜面に対してプラズマを高効率かつ均一に導入することができ、プラズマ焼成の品質向上と効率化を図ることできる。また、プラズマ発生部2とプラズマ焼成部1のプラズマ導入口3との間のプラズマ導入路4にも集束磁場形成用磁界発生器5を配設し、磁界発生器5により形成した集束磁場によりプラズマの拡散を抑制して、絞り込んだプラズマをプラズマ焼成部1に導入することができ、プラズマ焼成の均一化を実現することできる。   In the plasma baking part 1, the base material W which formed the surface film L as a to-be-fired processed material (work) is arrange | positioned. Plasma irradiation is performed so that the central axis of the plasma P in the straight direction substantially corresponds to the vertical axis of the surface film L. In order to increase the introduction efficiency of the plasma P, a magnetic field generator 6 for forming a focused magnetic field may be disposed on the outer periphery of the plasma baking unit 1. The plasma P can be narrowed in the direction of straight movement toward the center of the workpiece by the focused magnetic field formed by the magnetic field generator 6, plasma can be introduced into the film surface of the surface film L with high efficiency and uniformity, and plasma firing Quality improvement and efficiency improvement. Further, a magnetic field generator 5 for forming a focused magnetic field is also disposed in the plasma introduction path 4 between the plasma generator 2 and the plasma inlet 3 of the plasma baking unit 1, and plasma is generated by the focused magnetic field formed by the magnetic field generator 5. Thus, the narrowed plasma can be introduced into the plasma baking unit 1 and the plasma baking can be made uniform.

また、プラズマ処理膜の膜質を更に向上させるために、基材Wに負のバイアス電位を付与するバイアス電位付与用電位発生部7を設けてもよい。電位発生部7は直流バイアス、RFバイアス又はパルスバイアスを印加する電位発生回路からなり、例えば、ユニポーラパルスを用いて負電位を間欠的に付与したり、バイポーラパルスを用いて正負の合成結果が負電位になるように交流的に付与して行うことができる。基材Wへのバイアス電位8の付与により、プラズマの構成粒子を基材Wと反発させて、進行プラズマによる基材Wへの影響を低減でき、膜に割れが生じたり、前記基材を損傷させたりすることなく、表面膜Lに対して、より高品質な低温プラズマ焼成を行うことができる。   Further, in order to further improve the film quality of the plasma treatment film, a bias potential applying potential generator 7 for applying a negative bias potential to the substrate W may be provided. The potential generating unit 7 is composed of a potential generating circuit for applying a DC bias, an RF bias, or a pulse bias. For example, a negative potential is intermittently applied using a unipolar pulse, or a positive / negative composite result is negative using a bipolar pulse. It can be applied by alternating current so as to be a potential. By applying a bias potential 8 to the base material W, the constituent particles of the plasma are repelled from the base material W, and the influence of the progressive plasma on the base material W can be reduced, the film is cracked or the base material is damaged. It is possible to perform higher-quality low-temperature plasma baking on the surface film L without causing the surface film L to flow.

プラズマ焼成部1には、プラズマP以外に別の成膜処理用ガスを使用するための成膜用ガス導入装置及びガス排出装置からなるガス導入システム(図示せず)を設けてもよい。このガス導入システムによりプラズマ焼成部1内のガス導入流量が一定に制御される。導入ガスとしては、圧力を一定に保持するためのAr、He等の希ガスを使用することができる。N,HまたはN/H混合ガスでもよい。導入ガスに、膜処理条件により、例えば、窒素、酸素、水素、酸化炭素ガス(CO、CO2)、炭化水素ガス(C22 、C24 、CH4等)から1種又は2種以上を選択して使用してもよい。なお、プラズマ焼成部1内部に基材Wを載置するための、自公転機構を持つワーク配設テーブルを設け、ワーク配設テーブルを順次プロセスごとに回転移動させて、プラズマPの直進導入位置に切り替えて、複数のワークを連続的にプラズマ処理するようにしてもよい。また、基材Wを機械的に運動させながら基材面へのプラズマ処理するようにしてもよい。基材を機械的に運動させる手段として、バイブレーション運動を基材に与える加振装置、回転運動を基材に与えるスピニング装置、基材をX方向及び/又はY方向に高速で移動するシフト装置等を使用することができる。 In addition to the plasma P, the plasma firing unit 1 may be provided with a gas introduction system (not shown) including a film formation gas introduction device and a gas discharge device for using another film formation treatment gas. With this gas introduction system, the gas introduction flow rate in the plasma baking unit 1 is controlled to be constant. As the introduction gas, a rare gas such as Ar or He for maintaining a constant pressure can be used. N 2 , H 2 or N 2 / H 2 mixed gas may be used. Depending on the film processing conditions, for example, nitrogen, oxygen, hydrogen, carbon oxide gas (CO, CO 2 ), hydrocarbon gas (C 2 H 2 , C 2 H 4 , CH 4, etc.) is used as the introduced gas. More than one species may be selected and used. In addition, a work placement table having a self-revolving mechanism for placing the substrate W inside the plasma baking unit 1 is provided, and the work placement table is rotated and moved sequentially for each process, so that the position where the plasma P is linearly introduced. The plurality of workpieces may be continuously subjected to plasma processing. Moreover, you may make it plasma-process to a base-material surface, moving the base material W mechanically. As means for mechanically moving the substrate, a vibration device for imparting vibration to the substrate, a spinning device for imparting rotational motion to the substrate, a shift device for moving the substrate at high speed in the X direction and / or Y direction, etc. Can be used.

プラズマ発生装置の電極間に滞留する滞留プラズマを直接基材Wに与えると、滞留プラズマが電界プラズマであるため、表面膜Lが単結晶化してしまうが、上記構成のプラズマ成膜装置においては、前記滞留プラズマ用いることなく、プラズマPを進行プラズマとして基材Wに向けて導入するので、表面膜Lを無電界プラズマによって焼成することができる。従って、前記進行プラズマの低温処理による表面膜Lの多結晶化が可能となり、膜の脆性化を発生させることなく良好な成膜改質処理を行うことができる。   When the staying plasma staying between the electrodes of the plasma generator is directly applied to the substrate W, the staying plasma is an electric field plasma, so the surface film L is single-crystallized. Since the plasma P is introduced toward the base material W as the progress plasma without using the staying plasma, the surface film L can be baked by the electric fieldless plasma. Therefore, the surface film L can be polycrystallized by the low-temperature treatment of the progressive plasma, and a good film-forming reforming process can be performed without causing the film to become brittle.

図2は、プラズマ発生部2にペンジェット方式を適用したプラズマ成膜装置の構成概略図である。このペンジェット型プラズマ発生部は、円筒状ガイド本体9の中空部に設けた軸心電極10からなる。ガイド本体9の先端側には、微細な貫通孔18を有するノズル状電極14が設けられている。軸心電極10の一端側にコンデンサ11を介して電源(図示せず)が接続され、電極14はアース16に接続されている。電極14と軸心電極10の先端は、間隙を介して対向し、プラズマ発生領域が形成されている。このプラズマ発生領域周辺のガイド本体9内側には、不要な電界が生じないように絶縁部13が設けられている。軸心電極10は、電界を電極先端面に集中させるために0.5mm〜3mm程度に設定されることが好ましい。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a plasma film forming apparatus in which a pen jet method is applied to the plasma generator 2. This pen jet type plasma generating part is composed of an axial electrode 10 provided in the hollow part of the cylindrical guide body 9. A nozzle-like electrode 14 having a fine through hole 18 is provided on the distal end side of the guide body 9. A power source (not shown) is connected to one end side of the axial center electrode 10 via a capacitor 11, and the electrode 14 is connected to a ground 16. The tips of the electrode 14 and the axial electrode 10 are opposed to each other with a gap therebetween, and a plasma generation region is formed. An insulating portion 13 is provided inside the guide body 9 around the plasma generation region so as not to generate an unnecessary electric field. The axial electrode 10 is preferably set to about 0.5 mm to 3 mm in order to concentrate the electric field on the electrode tip surface.

上記ペンジェット型プラズマ発生部において、作動ガス12がガイド本体9の開口部より導入される。作動ガス12として、乾燥空気、加湿空気、ヘリウム、アルゴン、酸素、窒素、水素、硫化水素、炭化水素ガス及びこれらの混合気体から目的に応じて適宜選択し、所望のプラズマを生成することができる。図示していないが、作動ガスの供給は、市販のガスボンベ、コンプレッサ、ブロア、窒素ガス供給装置などを利用できる。また、作動ガスの流量制御は、市販のバルブ、マスフローコントローラやロタメーターなどを利用して行われ、またガス供給圧を制御するレギュレータ(図示せず)が配置される。   In the pen jet type plasma generating section, the working gas 12 is introduced from the opening of the guide body 9. As the working gas 12, a desired plasma can be generated by appropriately selecting from dry air, humidified air, helium, argon, oxygen, nitrogen, hydrogen, hydrogen sulfide, hydrocarbon gas and a mixed gas thereof according to the purpose. . Although not shown, the working gas can be supplied using a commercially available gas cylinder, compressor, blower, nitrogen gas supply device, or the like. The flow rate of the working gas is controlled using a commercially available valve, a mass flow controller, a rotameter, etc., and a regulator (not shown) for controlling the gas supply pressure is arranged.

作動ガス12は、電極10の側面とガイド本体9の間を流通して前記プラズマ発生領域に供給される。前記電源から供給される高電圧パルスが電極10と、接地されたノズル状電極14の間に印加される。コンデンサ11からの放電によって電極10先端面に付与される電位が放電可能電位に保持される。印加される高電圧パルスは、パルス幅は例えば、約2μs、パルス周波数が約20kHzに設定される。これらの電極間ギャップには、前記高電圧パルスにより10〜15kVの電圧が印加され、アーク放電により前記電極間ギャップの電圧はおよそ5kV程度に低下する。電極10先端面又はこの先端面とその近傍が放電表面となり、前記プラズマ発生領域に供給された作動ガス12は、前記電極先端面とノズル状電極14の貫通孔18内面の間のアーク放電によりプラズマ化され、貫通孔18の下端射出口からプラズマ15が進行プラズマとして、基材面に表面膜19を形成した基材17の表面に照射される。   The working gas 12 flows between the side surface of the electrode 10 and the guide body 9 and is supplied to the plasma generation region. A high voltage pulse supplied from the power source is applied between the electrode 10 and the grounded nozzle electrode 14. The potential applied to the tip surface of the electrode 10 by the discharge from the capacitor 11 is held at a dischargeable potential. The applied high voltage pulse has a pulse width of, for example, about 2 μs and a pulse frequency of about 20 kHz. A voltage of 10 to 15 kV is applied to these inter-electrode gaps by the high voltage pulse, and the voltage of the inter-electrode gap is reduced to about 5 kV by arc discharge. The front end surface of the electrode 10 or the front end surface thereof and the vicinity thereof serve as a discharge surface, and the working gas 12 supplied to the plasma generation region is plasma by arc discharge between the electrode front end surface and the inner surface of the through hole 18 of the nozzle electrode 14. The plasma 15 is emitted from the lower end injection port of the through-hole 18 as progressing plasma, and is irradiated onto the surface of the base material 17 in which the surface film 19 is formed on the base material surface.

上記構成のペンジェット型プラズマ発生部を備えたプラズマ成膜装置においては、前記滞留プラズマ用いることなく、十分にプラズマ流を絞り込んだプラズマ15を進行プラズマとして基材17に向けて直射導入するので、表面膜Lを無電界プラズマによって焼成することができる。従って、前記進行プラズマの低温処理による表面膜Lの多結晶化が可能となり、膜の脆性化を発生させることなく良好な成膜改質処理を行うことができる。しかも、ペンジェット方式により得られたパルスアーク放電プルームは、大気圧前後の圧力においてパルスアーク放電プルームを発生させるため、表面膜のプラズマ焼成処理において、真空又は高圧状態を維持する必要が無く、簡易に低コストで生成したプラズマを用いて、成膜処理コストの低減を可能とする。   In the plasma film forming apparatus having the above-described configuration of the pen jet type plasma generator, the plasma 15 with a sufficiently narrowed plasma flow is directly introduced toward the substrate 17 as a progressing plasma without using the staying plasma. The surface film L can be baked by electroless plasma. Therefore, the surface film L can be polycrystallized by the low-temperature treatment of the progressive plasma, and a good film-forming reforming process can be performed without causing the film to become brittle. Moreover, since the pulse arc discharge plume obtained by the pen jet method generates a pulse arc discharge plume at a pressure around atmospheric pressure, it is not necessary to maintain a vacuum or high pressure state in the plasma firing treatment of the surface film. In addition, it is possible to reduce the film formation processing cost by using plasma generated at low cost.

図3は、プラズマ発生部2にグライディングアーク法を適用したプラズマ成膜装置の構成概略図である。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a plasma film forming apparatus in which a gliding arc method is applied to the plasma generator 2.

プラズマ生成装置30は、プラズマ発生部39、作動ガス供給路31、作動ガス供給手段(図示せず)及び電圧印加手段32から構成され、グライディングアーク法によりパルスアーク放電のプルームを大気圧程度で発生させ、本発明の焼成用進行プラズマに使用する。   The plasma generator 30 includes a plasma generator 39, a working gas supply path 31, a working gas supply means (not shown), and a voltage application means 32, and generates a plume of pulsed arc discharge at about atmospheric pressure by a gliding arc method. And used in the progressive plasma for firing of the present invention.

作動ガス供給路31がノズル部材33に形成され、プラズマ発生部39がノズル部材33内に形成されている。前記作動ガス供給手段により大気圧以上又は大気圧近傍の作動ガス34が供給管35を通して作動ガス供給路31に導入され、作動ガス34は作動ガス供給路31を流通して電極38、38が配設されたプラズマ発生部39に供給される。前記作動ガス供給手段としては、市販のガスボンベ、コンプレッサ、ブロア、窒素ガス供給装置などを利用できる。   A working gas supply path 31 is formed in the nozzle member 33, and a plasma generator 39 is formed in the nozzle member 33. The working gas supply means introduces the working gas 34 at or near atmospheric pressure into the working gas supply path 31 through the supply pipe 35, and the working gas 34 flows through the working gas supply path 31 and the electrodes 38 and 38 are arranged. It is supplied to the plasma generator 39 provided. As the working gas supply means, commercially available gas cylinders, compressors, blowers, nitrogen gas supply devices, and the like can be used.

電極38、38は、作動ガス34の進行方法に沿って電極間の距離が増大するようにプラズマ発生部39に配設される。更に、電極先端38c、38cが射出口40より内側に位置するように電極38、38が設置される。電極間に供給された作動ガスは、電圧印加手段32による印加電圧が電極間最短ギャップ38aにおける絶縁破壊電圧に達すると、最短ギャップ位置38bにスパークを生じてプラズマ41が発生する。このプラズマ41は、電流路部分のプラズマであるアークコラム36と弱電離プラズマ状態のプルーム37から構成される。電圧印加手段32は,市販の高電圧直流電源,高電圧交流電源,高電圧パルス電源などを使用できる。   The electrodes 38 are disposed in the plasma generation unit 39 so that the distance between the electrodes increases along the traveling method of the working gas 34. Further, the electrodes 38 and 38 are installed so that the electrode tips 38 c and 38 c are located inside the injection port 40. When the voltage applied by the voltage applying means 32 reaches the dielectric breakdown voltage in the shortest gap 38a between the electrodes, the working gas supplied between the electrodes generates a spark at the shortest gap position 38b to generate plasma 41. The plasma 41 includes an arc column 36 which is a plasma in the current path portion and a plume 37 in a weakly ionized plasma state. As the voltage application means 32, a commercially available high voltage DC power supply, high voltage AC power supply, high voltage pulse power supply, or the like can be used.

アークコラム36は、供給される作動ガス34のガス流により押し出されて電極38、38に沿って下流へと移動する。アークコラム36が所定長さまで伸長すると、アークコラムの放電維持電圧が印加電圧を超え、アークコラム36が自己消弧する。このとき、プルーム37も前記ガス流により押し出され、射出口40の方向へ進行する。射出口40の直下には、表面膜L1を形成した基材W1が配置されている。電極先端38c、38cが射出口40より内側に位置することにより、射出口における高速のガス流速によってアークコラムが冷却されるため、射出口より外にアークコラムが出にくくなり、アークコラム36の到達範囲が縮小される。従って、アークスポットの発生を防止して、表面膜L1に弱電離プラズマ状態であるプルームを高効率に照射して焼成処理を行うことができる。   The arc column 36 is pushed out by the gas flow of the supplied working gas 34 and moves downstream along the electrodes 38 and 38. When the arc column 36 extends to a predetermined length, the discharge sustaining voltage of the arc column exceeds the applied voltage, and the arc column 36 self-extinguishes. At this time, the plume 37 is also pushed out by the gas flow and proceeds toward the injection port 40. A base material W1 on which a surface film L1 is formed is disposed immediately below the injection port 40. Since the electrode tips 38c and 38c are located on the inner side of the injection port 40, the arc column is cooled by the high-speed gas flow rate at the injection port, so that it is difficult for the arc column to come out of the injection port and the arc column 36 reaches The range is reduced. Therefore, generation | occurrence | production of an arc spot can be prevented and the baking process can be performed by irradiating the plume which is a weakly ionized plasma state to the surface film L1 with high efficiency.

図4はノズル部材33の概略図である。ノズル部材33には、射出口40が形成され、この射出口40からプラズマが射出される。(4A)は、スリット及び/又は作動ガス供給路が一体形成されたノズル部材33を示しており、射出口40にはスリットを形成することができる。(4B)は、スリット42の開閉手段(図示せず)を有するノズル部材33を示しており、射出口40がスリット部材43、43から構成されている。前記スリット部材にはスリット面44、44が形成されている。スリット部材43の少なくとも一方は、前記開閉手段により自在に移動することができ、スリット幅を制御することができる。スリット部は高温になることから,スリット部材には耐熱樹脂やセラミックスを用いることが望ましい。(4C)は、曲線状のスリット面44、44を有するスリット部材43、43が設置されたノズル部材33を示している。スリット面44、44が曲線状に形成されて射出口40を構成する場合においても、射出口40から弱電離プラズマ状態であるプルームが射出される。従って、スリット部材43、43から構成される射出口の形状は、被焼成物が設置される環境、被焼成物の状態・形状に応じて、適宜に選択することができる。   FIG. 4 is a schematic view of the nozzle member 33. An injection port 40 is formed in the nozzle member 33, and plasma is emitted from the injection port 40. (4A) shows the nozzle member 33 in which the slit and / or the working gas supply path are integrally formed, and the slit can be formed in the injection port 40. (4B) shows a nozzle member 33 having means for opening and closing the slit 42 (not shown), and the injection port 40 is composed of slit members 43 and 43. Slit surfaces 44, 44 are formed on the slit member. At least one of the slit members 43 can be freely moved by the opening / closing means, and the slit width can be controlled. Since the slit portion becomes high temperature, it is desirable to use heat resistant resin or ceramics for the slit member. (4C) shows the nozzle member 33 provided with slit members 43 and 43 having curved slit surfaces 44 and 44. Even when the slit surfaces 44 and 44 are formed in a curved shape to form the injection port 40, a plume in a weakly ionized plasma state is emitted from the injection port 40. Therefore, the shape of the injection port composed of the slit members 43 and 43 can be appropriately selected according to the environment in which the object to be fired is installed and the state and shape of the object to be fired.

図5は、グライディングアーク用電極38の概略構成図である。図5には、金属電極を折曲し、対向する電極面の距離が作動ガス34の進行方向に沿って増大するグライディングアーク用電極38、38が示されている。このグライディングアーク用電極38、38は、上述のように、電極対が末広がり状に配設されていれば良く、以下に示すような種々の形状の電極を用いることができる。(5A)は三角形状の電極38、38が配設されたプラズマ発生部39である。更に、(5B)には、湾曲面を有する電極38、38が示され、(5C)には、くの字型の電極38、38が示されている。(5A)〜(5C)に示される電極対は、作動ガス34の進行方向に沿った少なくとも一部の電極間距離が増大しており、これらの電極を用いてグライディングアークを発生させることができる。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the electrode 38 for the gliding arc. FIG. 5 shows gliding arc electrodes 38 and 38 in which the metal electrode is bent and the distance between the opposing electrode surfaces increases along the traveling direction of the working gas 34. The gliding arc electrodes 38, 38 need only have electrode pairs arranged in a divergent shape as described above, and electrodes having various shapes as shown below can be used. (5A) is a plasma generating unit 39 in which triangular electrodes 38 are provided. Further, (5B) shows electrodes 38, 38 having curved surfaces, and (5C) shows dog-shaped electrodes 38, 38. In the electrode pairs shown in (5A) to (5C), at least a part of the inter-electrode distance along the traveling direction of the working gas 34 is increased, and a gliding arc can be generated using these electrodes. .

図6はブロック部材45が付設されたプラズマ射出口40の正面概略図である。図中のwはプラズマが射出されるスリットの幅である。図に示すように、スリット部材43、43に複数のブロック部材45が取り付けられ、プラズマはスリット42とブロック部材45とが形成する隙間から射出される。ブロック部材45としては、耐熱絶縁材料が用いられ、例えば、耐熱樹脂、高抵抗カーボン、セラミック材料などからブロック部材が形成れる。   FIG. 6 is a schematic front view of the plasma injection port 40 to which the block member 45 is attached. In the figure, w is the width of the slit from which plasma is emitted. As shown in the figure, a plurality of block members 45 are attached to the slit members 43, 43, and plasma is emitted from a gap formed by the slit 42 and the block member 45. As the block member 45, a heat-resistant insulating material is used. For example, the block member is formed from a heat-resistant resin, high-resistance carbon, ceramic material, or the like.

(6A)は、取付けられるブロック部材45の太さSが全て等しく、各ブロック部材45の間隙dが等間隔に設定されたスリット42を示している。ブロック部材45が付設される位置は、スリット42に限定されるものではなく、ノズル部材の射出口40又はその近傍に配設されてアークコラムを遮断し、プルームを被焼成処理物に照射することが可能であれば、ブロック部材45を所望の位置に配設することができる。(6B)は、ブロック部材45の取付け位置がスリット42の端部側から中心位置に近づくにつれて、ブロック部材45の間隙dを狭め、ブロック部材45の太さSが徐々に大きくなるように設定されている。ブロック部材45の大きさは、同一である必要は無く、ブロック部材同士の間隙dを等しく配設する必要も無い。従って、電極間の中心位置では、アークコラムが最も伸張するため、電極間の中心において、間隙dが小さく,電極間近傍では間隙dが大きくなるように配置することができる。このようにプラズマの射出形状に適応させて、好適な形状および配置間隔を選択できる。   (6A) shows the slits 42 in which the thicknesses S of the block members 45 to be attached are all equal and the gaps d of the respective block members 45 are set at equal intervals. The position where the block member 45 is attached is not limited to the slit 42, but is disposed at or near the injection port 40 of the nozzle member to block the arc column and irradiate the object to be fired with the plume. If possible, the block member 45 can be disposed at a desired position. (6B) is set such that the gap d of the block member 45 is narrowed and the thickness S of the block member 45 is gradually increased as the mounting position of the block member 45 approaches the center position from the end side of the slit 42. ing. The sizes of the block members 45 do not have to be the same, and the gaps d between the block members need not be equally arranged. Therefore, since the arc column extends most at the center position between the electrodes, the gap d can be small at the center between the electrodes, and the gap d can be increased in the vicinity between the electrodes. Thus, a suitable shape and arrangement interval can be selected in accordance with the plasma injection shape.

図7はブロック部材24が配設されたプラズマ発生部39の構成概略図である。(7A)及び(7B)には、複数の円柱状あるいは円筒状ブロック部材45が等間隔に電極間距離が広がる方向に対し、垂直に配設されている。ブロック部材45によりプラズマ41の電流路であるアークコラム36を遮断して弱電離プラズマであるプルーム37のみを表面膜L1に照射するから、アークスポットの発生が防止され好適な焼成処理を行うことができる。   FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the plasma generating unit 39 in which the block member 24 is disposed. In (7A) and (7B), a plurality of columnar or cylindrical block members 45 are arranged perpendicular to the direction in which the distance between the electrodes is increased at equal intervals. Since the arc column 36, which is the current path of the plasma 41, is blocked by the block member 45 and only the plume 37, which is weakly ionized plasma, is irradiated onto the surface film L1, generation of arc spots can be prevented and a suitable firing process can be performed. it can.

(7B)は、ブロック部材45の太さ及び間隔を変化させた比較例におけるプラズマ発生部39の構成概略図である。(7A)のブロック部材45に比べ、径の細いブロック部材45を使用した場合、前記印加電圧を増大させていくと、(7B)に示すようにアークコラム36がブロック部材の外側を迂回してしまう。更に、ブロック部材45の間隔を広くした場合、アークコラム36が作動ガスによって押し出され易くなるから、アークコラムが表面膜L1に到達し、特に導電性の表面膜L1にアークスポットが発生しやすくなる。従って、アークスポットの発生を抑えるためには、径の大きなブロック部材45を使用し、狭い棒間隔で配置することが好ましい。ブロック部材45の径若しくは幅は0.1〜10mm、好ましくは2〜4mmがよい。ブロック部材45同士が成す間隙は0.1〜5mm、好ましくは0.2〜2mmがよい。なお、それぞれのブロック材の形状が同一である必要は無い。例えば、細いブロック材と太いブロック部材45とを交互に配設することもできる。   FIG. 7B is a schematic configuration diagram of the plasma generation unit 39 in the comparative example in which the thickness and interval of the block member 45 are changed. When the block member 45 having a smaller diameter is used as compared with the block member 45 of (7A), when the applied voltage is increased, the arc column 36 bypasses the outside of the block member as shown in (7B). End up. Further, when the interval between the block members 45 is increased, the arc column 36 is easily pushed out by the working gas, so that the arc column reaches the surface film L1, and an arc spot is easily generated particularly on the conductive surface film L1. . Therefore, in order to suppress the occurrence of the arc spot, it is preferable to use the block member 45 having a large diameter and arrange it with a narrow bar interval. The diameter or width of the block member 45 is 0.1 to 10 mm, preferably 2 to 4 mm. The gap formed by the block members 45 is 0.1 to 5 mm, preferably 0.2 to 2 mm. In addition, the shape of each block material does not need to be the same. For example, thin block members and thick block members 45 can be alternately arranged.

上記構成のプラズマ生成装置32を備えたプラズマ成膜装置においては、大気圧程度で発生させたパルスアーク放電のプルームからなる進行プラズマを使用して、表面膜L1のプラズマ焼成を行うことができる。従って、真空又は高圧状態を維持する必要が無く、簡易に低コストで生成したプラズマを用いて、成膜処理コストの低減を可能とする。しかも、グラインディングアーク方式により生成したプラズマを用いて、局所的に被処理部位にプラズマ照射が可能であり、不必要な加熱を行わずに済み、高品質な焼成処理を行うことができる。なお、進行プラズマのパワーを高めるには、ノズル部材33を複数本束ねたマルチトーチ型のプラズマ生成装置を使用することができる。   In the plasma film-forming apparatus provided with the plasma generating apparatus 32 having the above-described configuration, the surface film L1 can be subjected to plasma baking using progressive plasma composed of a plume of pulsed arc discharge generated at about atmospheric pressure. Therefore, it is not necessary to maintain a vacuum or high-pressure state, and it is possible to reduce the film forming process cost by using plasma generated easily and at low cost. In addition, it is possible to locally irradiate the site to be processed with plasma generated by the grinding arc method, and unnecessary heating is not required, and high-quality baking processing can be performed. In order to increase the power of the traveling plasma, a multi-torch type plasma generating apparatus in which a plurality of nozzle members 33 are bundled can be used.

以上の各実施形態のプラズマ成膜装置に用いる成膜材としては導電性塗料を使用できる。導電性塗料は、有機金属化合物、金属無機酸塩、金属有機酸塩、金属酸化物微粒子、金属・合金微粒子(金属又は合金からなる微粒子)の金属成分含有材のうちいずれか1種又は2種以上を有機溶媒及び/又は水に溶解又は分散させた塗料である。前記金属成分含有材は、用いる金属元素が含有されているものを適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。なお、導電性塗料による塗膜は所定の温度、例えば50〜80℃で乾燥するため、前記進行プラズマによる焼成を行えば、比較的短時間での乾燥処理が可能となる。   As a film forming material used for the plasma film forming apparatus of each of the above embodiments, a conductive paint can be used. The conductive paint is any one or two of metal component-containing materials such as organometallic compounds, metal inorganic acid salts, metal organic acid salts, metal oxide fine particles, and metal / alloy fine particles (fine particles made of metal or alloy). A paint obtained by dissolving or dispersing the above in an organic solvent and / or water. The metal component-containing material is not particularly limited as long as the material containing the metal element to be used is appropriately selected. In addition, since the coating film made of a conductive paint is dried at a predetermined temperature, for example, 50 to 80 ° C., if baking is performed using the progressive plasma, a drying process can be performed in a relatively short time.

前記有機金属化合物としては、例えば、インジウム、スズ、亜鉛、カドミウム、ガリウム、アンチモン、アルミニウム等の金属アルキルや金属アリールが好適に用いられ、特にインジウムアセチルアセトナート等の金属アセチルアセトナートが好適である。   As the organometallic compound, for example, metal alkyl and metal aryl such as indium, tin, zinc, cadmium, gallium, antimony, and aluminum are preferably used, and metal acetylacetonate such as indium acetylacetonate is particularly suitable. .

前記金属無機酸塩としては、例えば、インジウム、スズ、亜鉛、カドミウム、ガリウム、アンチモン、アルミニウムのいずれか1種又は2種以上を含む硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩、リン酸塩が好適に用いられる。この金属無機酸塩の代わりに上記の無機酸塩の水和物を用いてもよい。   As the metal inorganic acid salt, for example, nitrates, hydrochlorides, sulfates, and phosphates containing one or more of indium, tin, zinc, cadmium, gallium, antimony, and aluminum are preferably used. . In place of the metal inorganic acid salt, a hydrate of the above-mentioned inorganic acid salt may be used.

前記金属有機酸塩としては、金属と、飽和脂肪族モノカルボン酸、飽和脂肪族ジカルボン酸、不飽和脂肪酸、炭素環カルボン酸、複素環カルボン酸等のカルボン酸との塩が好適に用いられ、例えば、インジウム、スズ、亜鉛、カドミウム、ガリウム、アンチモン、アルミニウムのいずれか1種又は2種以上を含む酢酸塩、酒石酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩、2−エチルヘキサン酸塩等が挙げられる。   As the metal organic acid salt, a salt of a metal and a carboxylic acid such as a saturated aliphatic monocarboxylic acid, a saturated aliphatic dicarboxylic acid, an unsaturated fatty acid, a carbocyclic carboxylic acid, or a heterocyclic carboxylic acid is preferably used. Examples thereof include acetate, tartrate, formate, oxalate, 2-ethylhexanoate, and the like containing any one or more of indium, tin, zinc, cadmium, gallium, antimony, and aluminum.

前記金属酸化物微粒子としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化ガリウム、酸化アンチモン、酸化アルミニウム等の微粒子、あるいは、これら酸化物に他の金属元素を添加したスズ添加酸化インジウム(ITO)、アンチモン添加酸化亜鉛(AZO)、ガリウム添加酸化亜鉛(GZO)等の微粒子が好適に用いられる。   Examples of the metal oxide fine particles include fine particles such as indium oxide, zinc oxide, cadmium oxide, gallium oxide, antimony oxide, and aluminum oxide, or tin-added indium oxide (ITO) obtained by adding other metal elements to these oxides. ), Antimony-added zinc oxide (AZO), gallium-added zinc oxide (GZO), and the like are preferably used.

特に、透明導電膜を構成する金属酸化物としては、スズ添加酸化インジウム(ITO)、アンチモン添加酸化スズ(ATO)、亜鉛添加酸化インジウム(IZO)、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)、ガリウム添加酸化亜鉛(GZO)等の微粒子が好適に用いられる。   In particular, the metal oxide constituting the transparent conductive film includes tin-added indium oxide (ITO), antimony-added tin oxide (ATO), zinc-added indium oxide (IZO), aluminum-added zinc oxide (AZO), and gallium-added zinc oxide. Fine particles such as (GZO) are preferably used.

上記金属酸化物微粒子の平均一次粒子径は、1nm〜500nmであり、好ましくは1nm以上かつ100nm以下であり、より好ましくは1nm以上かつ30nm以下である。好ましい粒子径の理由は、金属酸化物微粒子の平均一次粒子径が1nm未満の場合には、透明導電膜の結晶性が低下し、その結果、膜の電気伝導性が低下する(表面抵抗が上昇する)からであり、また、100nmを超えると、透明導電膜の透明性や焼結性が低下していくからである。従って、殊に、平均一次粒子径を1nm以上かつ30nm以下にした場合には、金属酸化物微粒子同士の焼結性が向上し、塗膜の緻密化が一層容易になり、好ましい。   The average primary particle diameter of the metal oxide fine particles is 1 nm to 500 nm, preferably 1 nm to 100 nm, more preferably 1 nm to 30 nm. The reason for the preferred particle size is that when the average primary particle size of the metal oxide fine particles is less than 1 nm, the crystallinity of the transparent conductive film decreases, and as a result, the electrical conductivity of the film decreases (the surface resistance increases). This is because if the thickness exceeds 100 nm, the transparency and sinterability of the transparent conductive film decrease. Therefore, in particular, when the average primary particle size is 1 nm or more and 30 nm or less, the sinterability between the metal oxide fine particles is improved, and the densification of the coating film becomes easier, which is preferable.

前記金属・合金微粒子としては、例えば、インジウム、スズ、亜鉛、カドミウム、ガリウム、アンチモン、アルミニウム等の微粒子、又はインジウム−スズ合金、インジウム−亜鉛合金、アンチモン−スズ合金、亜鉛−アルミニウム合金、亜鉛−ガリウム合金等の微粒子が好適に用いられる。これらの微粒子の平均一次粒子径は上記金属酸化物微粒子と同様の理由から、1nm〜500nmであり、好ましくは1nm以上かつ100nm以下であり、より好ましくは1nm以上かつ30nm以下である。   Examples of the metal / alloy fine particles include fine particles such as indium, tin, zinc, cadmium, gallium, antimony, and aluminum, or indium-tin alloy, indium-zinc alloy, antimony-tin alloy, zinc-aluminum alloy, zinc- Fine particles such as a gallium alloy are preferably used. The average primary particle diameter of these fine particles is from 1 nm to 500 nm, preferably from 1 nm to 100 nm, more preferably from 1 nm to 30 nm, for the same reason as the above metal oxide fine particles.

前記有機溶媒及び/又は水の使用量は、使用する有機金属化合物、金属無機酸塩、金属有機酸塩、金属酸化物微粒子、金属・合金微粒子に応じて、塗布し易く、かつ所望の膜厚を得ることができるように適宜選択すればよい。例えば、金属酸化物微粒子又は金属・合金微粒子を有機溶媒及び/又は水に溶解又は分散させる場合には、微粒子の量を溶媒全体量に対して1〜10重量%とするのがよい。また、有機溶媒の他に、塗料にバインダー剤を含有させてもよい。バインダー剤のバインダー成分が粒子間に介在して、粒子同士の結合力が増加し、膜質の高密度化を実現でき、機械的強度の向上、電気抵抗の低下に加え、透明性を一層高める効果がある。例えば、ITO膜形成の場合には、シリカを含むバインダー剤、例えばSiアルコキシドをバインダー剤に使用すると、平均粒子径20nmのITO粒子間にシリカ微粒子が介在して、隙間が解消され、高密度な透明薄膜を実現することができる。   The amount of the organic solvent and / or water used can be easily applied according to the organometallic compound, metal inorganic acid salt, metal organic acid salt, metal oxide fine particle, metal / alloy fine particle to be used, and has a desired film thickness. May be selected as appropriate. For example, when metal oxide fine particles or metal / alloy fine particles are dissolved or dispersed in an organic solvent and / or water, the amount of fine particles is preferably 1 to 10% by weight based on the total amount of the solvent. In addition to the organic solvent, the paint may contain a binder agent. The binder component of the binder agent is interspersed between the particles, increasing the bonding force between the particles, realizing high density of the film quality, improving the mechanical strength, lowering the electrical resistance, and further improving the transparency There is. For example, in the case of forming an ITO film, when a binder agent containing silica, such as Si alkoxide, is used as the binder agent, silica fine particles are interposed between ITO particles having an average particle diameter of 20 nm, so that the gap is eliminated and the density is high. A transparent thin film can be realized.

なお、前記有機溶媒は、使用する機金属化合物、金属無機酸塩、金属有機酸塩、金属酸化物微粒子、金属・合金微粒子に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではなく、例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール等の一価アルコール類、エチレングリコール等の二価アルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸ベンジル等のエステル類、メトキシエタノール、エトキシエタノール等のエーテルアルコール類、ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、N,N-ジメチルホルムアミド等のアミド類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等を使用することができる。   The organic solvent may be appropriately selected according to the metal compound used, the metal inorganic acid salt, the metal organic acid salt, the metal oxide fine particles, and the metal / alloy fine particles, and is not particularly limited. Monohydric alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol and butanol, dihydric alcohols such as ethylene glycol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and diethyl ketone, esters such as ethyl acetate, butyl acetate and benzyl acetate, Ether alcohols such as methoxyethanol and ethoxyethanol, ethers such as dioxane and tetrahydrofuran, amides such as N, N-dimethylformamide, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene can be used.

上記成膜材の基材への塗布方法には、例えば、スピンコート法、スプレーコート法、インクジェット法、ディップ法、ロールコート法、スクリーン印刷法等、通常の方法を使用できる。上記導電性塗料を用いた薄膜形成には、特にスプレーコート法の一つであるエレクトロスプレーデポジション(ESD)法又は静電ミストスプレー法によるのが好ましい。   As a method for applying the film forming material to the substrate, for example, a usual method such as a spin coating method, a spray coating method, an ink jet method, a dip method, a roll coating method, a screen printing method, or the like can be used. The thin film formation using the conductive paint is preferably performed by an electrospray deposition (ESD) method or an electrostatic mist spray method, which is one of spray coating methods.

図8はESD法による塗膜形成装置の概略構成を示す。この塗膜形成装置は、成膜材201を充填したガラス製キャピラリ200と、キャピラリ200中の液状成膜材201に高電圧を付与するための通電芯材202と、通電芯材202に高電圧を印加する高電圧電源213とを有する。また、キャピラリ200と塗膜形成用基材211との間には、絶縁体マスク209を介して、コリメータ電源214によりコリメータ電位が付与されたコリメータ電極207が配設されている。コリメータ電極207の上方にはシールドカバー205が配設されている。シールドカバー205、コリメータ電極207及び絶縁体マスク209の中央部にはそれぞれ、開口部206、208、210が形成されている。   FIG. 8 shows a schematic configuration of a coating film forming apparatus by an ESD method. The coating film forming apparatus includes a glass capillary 200 filled with a film forming material 201, a current-carrying core material 202 for applying a high voltage to the liquid film-forming material 201 in the capillary 200, and a high voltage applied to the current-carrying core material 202. And a high-voltage power supply 213 for applying. A collimator electrode 207 to which a collimator potential is applied by a collimator power source 214 is disposed between the capillary 200 and the coating film forming substrate 211 via an insulator mask 209. A shield cover 205 is disposed above the collimator electrode 207. Openings 206, 208, and 210 are formed in the central portions of the shield cover 205, the collimator electrode 207, and the insulator mask 209, respectively.

上記構成の塗膜形成装置において、高電圧電源213と通電芯材202により、キャピラリ200と基材211との間に数kVの高電圧を印加すると、静電気によりキャピラリ200先端203より成膜材201がスプレー状液滴群204となって基材211の塗膜箇所に向けて噴射され、表面膜212が基材面に形成される。噴出した成膜材201成分は液滴となって、自身の持つ電荷により更に微細な液滴に分散するので、吹付け表面積が増大化され、しかも瞬時に乾燥していき、薄膜形成を行うことができる。キャピラリ200先端203より噴射されたスプレー状液滴群204に含まれるプラスイオン粒子がコリメータ電極207付近においてクーロン反発力で拡散しようとするが、コリメータ電源214によりコリメータ電位を高電圧電源213の電位の約1/10にすることにより、開口部208側に反発させて絞り込むことができ、効率的な塗膜形成を行うことができる。キャピラリ200による噴霧処理中に、加振装置(図示せず)により基材211にバイブレーションを付与したり、あるいはスピニング装置(図示せず)により基材211に回転力を付与すれば、膜形成を平滑化でき、より均一な塗布膜を得ることができる。このようにして、薄膜化された表面膜212を形成した基材211を上記のプラズマ成膜装置によるプラズマ焼成を実施することにより、無電界プラズマの進行プラズマを照射して、表面膜212に割れが生じたり基材211を損傷させたりすることなく、多結晶化して、耐久性に富んだ硬質性膜に改質することができ、薄膜化と膜質の向上を図ることができる。   In the coating film forming apparatus having the above configuration, when a high voltage of several kV is applied between the capillary 200 and the substrate 211 by the high voltage power source 213 and the energizing core member 202, the film forming material 201 is formed from the tip 203 of the capillary 200 by static electricity. Is sprayed into the spray droplet group 204 toward the coating film portion of the substrate 211 to form a surface film 212 on the substrate surface. Since the ejected film forming material 201 component becomes droplets and is dispersed into finer droplets by its own charge, the spraying surface area is increased and the film is dried instantly to form a thin film. Can do. The positive ion particles contained in the spray droplet group 204 ejected from the tip end 203 of the capillary 200 try to diffuse near the collimator electrode 207 by the Coulomb repulsive force. The collimator power source 214 changes the collimator potential to the potential of the high voltage power source 213. By setting it to about 1/10, it can be repelled and narrowed down to the opening 208 side, and an efficient coating film formation can be performed. During spraying by the capillary 200, if a vibration is applied to the substrate 211 by a vibration device (not shown) or a rotational force is applied to the substrate 211 by a spinning device (not shown), film formation is performed. Smoothing and a more uniform coating film can be obtained. In this way, the substrate 211 on which the thinned surface film 212 is formed is subjected to plasma baking by the above-described plasma film forming apparatus, so that a progressive plasma of electroless plasma is irradiated and the surface film 212 is cracked. Without causing damage or damaging the base material 211, it can be polycrystallized and modified to a hard film with high durability, and thinning and improvement in film quality can be achieved.

成膜材201により基材面に表面膜212を形成する予備成膜の後に、その基材を前記進行プラズマにより表面膜の焼成を行う処理方法の他に、成膜材201により基材面に表面膜212を形成しながら、随時、前記進行プラズマを基材211に照射させるように、基材211の工程位置を可変にしてよい。塗膜工程で、随時、前記進行プラズマを基材211に照射する場合には、成膜材201中の溶媒成分を蒸発又は除去しつつ表面膜212を焼成するから、表面膜212の形成と焼成が平行してほぼ同時的に行われ、膜に割れが生じたり前記基材を損傷させたりすることなく、多結晶化して、耐久性に富んだ硬質性膜の形成を行うことができ、しかも焼成処理の短縮化及び簡易化を図ることができる。   After the preliminary film formation for forming the surface film 212 on the base material surface by the film forming material 201, the base material surface is formed on the base material surface by the film forming material 201 in addition to the processing method for firing the surface film by the progressive plasma. While forming the surface film 212, the process position of the base material 211 may be made variable so that the base material 211 is irradiated with the progressive plasma at any time. When the substrate 211 is irradiated with the progressive plasma at any time in the coating process, the surface film 212 is baked while evaporating or removing the solvent component in the film forming material 201. Can be formed almost simultaneously and in parallel, without causing cracks in the film or damaging the base material, and can be polycrystallized to form a highly durable hard film. The firing process can be shortened and simplified.

上記のESD法のように、エレクトロスプレー法においては、成膜材として液状物質を使用するが、その表面エネルギーが60dyn/cm以下であるのが好ましい。アルコール類等を含有した液状物質の場合には、その表面エネルギーが60dyn/cm以下であると、前記液状物質の表面張力が小さく、基材面への表面膜の形成に際し、前記液状物質が基材面全体に拡散して、膜内に小さな空洞(巣)が生じず、均一な膜厚を具備した表面膜を形成することができ、しかも低沸点により揮発性も高く、プラズマ焼成時間を短縮できる。   Like the ESD method, in the electrospray method, a liquid material is used as a film forming material, but the surface energy is preferably 60 dyn / cm or less. In the case of a liquid material containing alcohols or the like, if the surface energy is 60 dyn / cm or less, the surface tension of the liquid material is small, and the liquid material is based on the formation of the surface film on the substrate surface. Diffusion across the entire surface of the material does not produce a small cavity (nest) in the film, and a surface film with a uniform film thickness can be formed. Moreover, it has high boiling point due to its low boiling point and shortens the plasma firing time. it can.

本発明における基材としては特に限定されないが、ガラス基板、プラスチック基板(有機高分子化合物基板)を使用でき、その形状としては、平板、フィルム、シート等であってもよい。   Although it does not specifically limit as a base material in this invention, A glass substrate and a plastic substrate (organic polymer compound substrate) can be used, As a shape, a flat plate, a film, a sheet | seat, etc. may be sufficient.

プラスチック基板には透明プラスチックシートや透明プラスチックフィルム等が使用できる。プラスチック基板の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、セルロースアセテート、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテル、ポリイミド、エポキシ、フェノキシ、ポリカーボネート(PC)、ポリフッ化ビニリデン等から適宜選択することができる。また、このプラスチック基板の厚みも特段限定されるものではなく、フィルムであれば通常50〜250μm、シートであれば10mm程度のものまでが使用可能である。   A transparent plastic sheet or a transparent plastic film can be used for the plastic substrate. The material of the plastic substrate is not particularly limited. For example, cellulose acetate, polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET), polyether, polyimide, epoxy, phenoxy, polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride, etc. Can be appropriately selected. Also, the thickness of the plastic substrate is not particularly limited, and a film of about 50 to 250 μm can be used for a film, and a sheet of about 10 mm can be used for a sheet.

上記の各基板は単独で用いてもよく、複数の基板を貼り合わせて一体化した積層構造の基板として用いてもよい。なお、導電性塗料を塗布する場合には、基板を純水や有機溶剤等の洗浄液を用いて洗浄することが好ましく、洗浄の際には洗浄液に超音波を印加すると洗浄力が増して洗浄効果が上がる。なお、成膜装置に、基材面の浄化用プラズマを発生させる浄化用プラズマ発生手段を具備させてもよい。即ち、プラズマ焼成と同様に、無電界プラズマの前記浄化用プラズマを発生させ、成膜材による基材の膜形成の前に、基材面に前記浄化用プラズマを照射させることにより、基材の浄化処理を行うことにより、基材を損傷させたりすることなく浄化でき、高品質の成膜処理を行うことができる。前記浄化用プラズマには前記各実施形態における焼成用プラズマP又は弱電離プラズマのプルーム37を洗浄用に共用してもよい。   Each of the above substrates may be used alone or as a substrate having a laminated structure in which a plurality of substrates are bonded and integrated. When applying a conductive paint, it is preferable to clean the substrate with a cleaning liquid such as pure water or an organic solvent. When ultrasonic waves are applied to the cleaning liquid during cleaning, the cleaning power is increased and the cleaning effect is increased. Goes up. The film forming apparatus may be provided with a purifying plasma generating means for generating a purifying plasma on the substrate surface. That is, like the plasma baking, the cleaning plasma of the electroless plasma is generated, and the substrate surface is irradiated with the cleaning plasma before the substrate film is formed by the film forming material. By performing the purification treatment, the substrate can be purified without damaging the substrate, and a high-quality film formation treatment can be performed. As the cleaning plasma, the firing plasma P or the weakly ionized plasma plume 37 in each of the above embodiments may be shared.

図9は、前処理、成膜、プラズマ焼成の一連のプロセスを連続的に行う構成の一例を示す。この連続処理システムは、前処理用プラズマ装置51、成膜装置52、焼成用のプラズマ装置53、及び基板移動装置(図示せず)からなる。これらの装置の一部から構成される連続処理システムも実用化できる。前記基板移動装置は、各構成処理装置と被処理用基板50とが相対的に移動すればよく、一方向でも往復移動でも、二方向でもよい。また、それぞれの装置(前処理用プラズマ装置51、成膜装置52、焼成用のプラズマ装置53)は、それぞれ、基板50に対し、相対運動してもよい。前処理用プラズマ装置51より基板50に照射するプラズマ54には、パルスアークプラズマ(グライディングアーク,ペンジェット)に限らず、そのプラズマ発生源として、RFプラズマ、バリア放電、グロー放電、マイクロ波放電等を使用できる。連続装置用の成膜装置52としては、スプレーコート法、インクジェット法、ロールコート法、スクリーン印刷法等、エレクトロスプレーデポジション(ESD)法、静電ミストスプレー法などを用いることができる。焼成用のプラズマ55は、パルスアーク放電プラズマが望ましく、グライディングアーク、あるいは、ペンジェットを用いる。   FIG. 9 shows an example of a configuration in which a series of processes of pretreatment, film formation, and plasma baking are continuously performed. This continuous processing system includes a pretreatment plasma device 51, a film formation device 52, a firing plasma device 53, and a substrate moving device (not shown). A continuous processing system composed of a part of these devices can also be put into practical use. The substrate moving device only needs to relatively move each component processing apparatus and the substrate to be processed 50, and may be unidirectional, reciprocating, or bi-directional. Each of the devices (the pretreatment plasma device 51, the film formation device 52, and the firing plasma device 53) may move relative to the substrate 50. The plasma 54 irradiated to the substrate 50 from the pretreatment plasma apparatus 51 is not limited to pulsed arc plasma (gliding arc, pen jet), but as its plasma generation source, RF plasma, barrier discharge, glow discharge, microwave discharge, etc. Can be used. As the film forming apparatus 52 for the continuous apparatus, a spray coating method, an inkjet method, a roll coating method, a screen printing method, an electrospray deposition (ESD) method, an electrostatic mist spray method, or the like can be used. The firing plasma 55 is preferably pulsed arc discharge plasma, and a gliding arc or a pen jet is used.

次に、本発明のプラズマ成膜方法によるITO成膜実験を説明する。
図10は、このITO成膜実験に用いたスプリット型グライディングアーク装置の概略構成を示す。図10の(10A)に示すように、このグライディングアーク装置は、略ハ字形の銅製電極60を備え、電極60を取り付ける電極ホルダー61の上部から作動ガス62が供給される。導電性の電極ホルダー61には、電源ケーブル63が接続され、電極60に給電される。電極60の開放側出口には、複数の小穴67を一列に穿設した多孔スリット板64が配置されている。このグライディングアーク装置によれば、通電により電極60側にアークコラム65が発生し、各小穴67から、プラズマジェット66を噴出させることができる。図10の(10B)に示すように、小穴67の直径Qは約1mm、小穴67の長さTは約5mm、小穴67の間隔Pは約2mmである。電極60のスリット板64からの奥行きHは25mm、スリット板64の横長さWは80mmである。
Next, an ITO film forming experiment by the plasma film forming method of the present invention will be described.
FIG. 10 shows a schematic configuration of a split type gliding arc apparatus used in this ITO film forming experiment. As shown in (10A) of FIG. 10, this gliding arc device includes a substantially C-shaped copper electrode 60, and a working gas 62 is supplied from an upper part of an electrode holder 61 to which the electrode 60 is attached. A power cable 63 is connected to the conductive electrode holder 61 to supply power to the electrode 60. A perforated slit plate 64 having a plurality of small holes 67 formed in a line is disposed at the open side outlet of the electrode 60. According to this gliding arc device, the arc column 65 is generated on the electrode 60 side by energization, and the plasma jet 66 can be ejected from each small hole 67. As shown in (10B) of FIG. 10, the diameter Q of the small hole 67 is about 1 mm, the length T of the small hole 67 is about 5 mm, and the interval P between the small holes 67 is about 2 mm. The depth H of the electrode 60 from the slit plate 64 is 25 mm, and the lateral length W of the slit plate 64 is 80 mm.

図11はITO膜の成膜条件と抵抗値測定結果を示す表である。表中の*は、K型熱電対で計測したプラズマ温度である。成膜(塗膜)方法としてはスピンコート法、ディップコート法、ESD法の3種類を使用した。膜乾燥方法としてはホットプレートと本発明に係るプラズマ焼成とを比較した。   FIG. 11 is a table showing ITO film formation conditions and resistance measurement results. * In the table is the plasma temperature measured with a K-type thermocouple. Three types of film formation (coating) methods were used: spin coating, dip coating, and ESD. As a film drying method, a hot plate and a plasma baking according to the present invention were compared.

ITO原料薬液は、ITO微粒子10wt.%(粒子径約20nm)、イソプロピルアルコール24wt.%、メタノール66wt.%の配合にてサンドミルによる分散処理を行い、ITO微粒子分散塗料とした試料(ITO薬液)である。   The ITO raw material chemical solution is 10 wt. % (Particle diameter about 20 nm), isopropyl alcohol 24 wt. %, Methanol 66 wt. It is a sample (ITO chemical solution) that was subjected to a dispersion treatment with a sand mill with a composition of% and made an ITO fine particle-dispersed paint.

ESD膜形成条件は使用電圧9kV、ITO希釈薬液流量30μL/minとした。ITO希釈薬液は、前記ITO薬液をエタノールで50 vol.%希釈したものである。各成膜後の塗膜は、ホットプレート乾燥(150℃、5min)、ホットプレート焼成(300、5℃min)、GA照射を行った。GA照射条件は出力300W、動作ガス40L/min、処理時間1minおよび5minである。
まず、ホットプレート加熱では、成膜(塗膜)方法としてはスピンコート法、ディップコート法、ESD法のいずれにおいても、300℃の高温加熱によらなければ抵抗値を低減できず、その結果、過加熱による膜質の低下、あるいは基材への影響が確認された。
The ESD film formation conditions were a working voltage of 9 kV and an ITO diluent flow rate of 30 μL / min. The ITO diluted chemical solution is obtained by diluting the ITO chemical solution with ethanol by 50 vol.%. The coating film after each film formation was subjected to hot plate drying (150 ° C., 5 min), hot plate baking (300 ° C., 5 ° C. min), and GA irradiation. The GA irradiation conditions are an output of 300 W, an operating gas of 40 L / min, and a processing time of 1 min and 5 min.
First, in hot plate heating, any of the spin coating method, the dip coating method, and the ESD method as a film forming (coating film) method cannot reduce the resistance value unless it is heated at a high temperature of 300 ° C., It was confirmed that the film quality deteriorated due to overheating or the effect on the substrate.

本発明に係るGA処理では、成膜基材を、動作ガスが大気(Air)環境下と、窒素雰囲気下とにおいてプラズマ焼成して比較実験を行った。大気環境下では、ホットプレート加熱に比べて膜質の低下や基材への影響がないことが確認されたが、抵抗値の低減が見られなかった。これは、主に空気中の酸素の影響によりITO膜が酸化されるためにプラズマ焼成効果が減退することによる。そこで、窒素を動作ガスとした窒素プラズマによる焼成を試みた。   In the GA treatment according to the present invention, a comparative experiment was conducted by performing plasma firing on the film forming substrate in an atmosphere (air) environment and a nitrogen atmosphere. In the atmospheric environment, it was confirmed that there was no film quality deterioration and no influence on the substrate as compared with hot plate heating, but no reduction in resistance value was observed. This is because the plasma baking effect is reduced because the ITO film is oxidized mainly by the influence of oxygen in the air. Therefore, we tried firing with nitrogen plasma using nitrogen as the working gas.

上記非酸化性の動作ガスによる抵抗値低減効果は図11の表から明らかである。特に、ESDによる膜形成の場合には、300℃のホットプレート加熱の場合よりも小さい表面抵抗値を示している。この抵抗値低減効果は、非酸化性の窒素ガスにより膜の酸化が十分に抑制された状態において、ITO膜に対して進行プラズマのGAの照射が十分に行えることによる。この照射効率の向上によりプラズマ焼成処理時間の短縮化を実現することができる。なお、窒素ガス単独での酸化抑制作用により、上記抵抗値低減効果が得られるが、窒素ガスに対して微量(後述の図17参照)の水素ガスを混合してもよい。この場合には、混合ガスに含有された水素の還元作用によって、膜酸化がより一層抑制された状態において、進行プラズマのGAの照射を十分に行うことができる。   The effect of reducing the resistance value by the non-oxidizing working gas is clear from the table of FIG. In particular, in the case of film formation by ESD, the surface resistance value is smaller than that in the case of 300 ° C. hot plate heating. This effect of reducing the resistance value is due to the fact that the progress of plasma GA can be sufficiently performed on the ITO film in a state where the oxidation of the film is sufficiently suppressed by the non-oxidizing nitrogen gas. By improving the irradiation efficiency, it is possible to shorten the plasma baking time. In addition, although the said resistance value reduction effect is acquired by the oxidation suppression effect | action only with nitrogen gas, you may mix a trace amount (refer FIG. 17 mentioned later) hydrogen gas with nitrogen gas. In this case, it is possible to sufficiently irradiate the progressive plasma with GA in a state in which film oxidation is further suppressed by the reducing action of hydrogen contained in the mixed gas.

従って、本発明のプラズマ成膜装置により、電気伝導性に富み、かつ、無電界プラズマの使用により膜質がよく、基材に損傷がない、高品質のITO膜を製造することができる。しかも、ITO膜の薄膜化とほぼ同時的に膜焼成を行え、高品質な焼成膜の量産化を実現することができる。   Therefore, the plasma film-forming apparatus of the present invention can produce a high-quality ITO film having high electrical conductivity, good film quality by using electroless plasma, and no damage to the substrate. Moreover, the film can be fired almost simultaneously with the thinning of the ITO film, and mass production of a high-quality fired film can be realized.

図12は、主動作ガスとしての窒素Nと、0.25 vol.%の水素Hとの混合ガスを使用したプラズマによる焼成実験により得られたITO試料膜の断面写真である。この実験においては、ESD膜形成条件は、使用電圧9.0kV、薬液流量30μL/min、上記図11の測定において用いたITO薬液を希釈したITO希釈薬液(エタノール50 vol.%希釈)、往復トラバース1回(トラバース速度2mm/sec)である。また、GAプラズマ照射条件は、出力300W、流量40L/minである。プラズマ処理時間は3minである。実験に際しては、図10のプラズマ生成装置(グライディングアーク装置)の周囲をカバー部材で覆い、周囲の空気を巻き込まないように十分に遮断して、可能な限りの酸化防止を図った。図12は、本焼成実験により得られたITO試料膜の垂直断面を示す。この実験結果から、膜厚450nmで、抵抗値が2.7kΩ/□といった極めて小さいITO膜を得られた。この抵抗値低減は、非酸化性の窒素ガスにより膜酸化が生じず、更に、含有水素の還元作用により酸化が十分に抑制された状態で、ITO膜基材に対して進行プラズマのGAを十分に照射できることによる。しかも照射効率が向上して短時間でのプラズマ焼成処理が可能となる。なお、非酸化性の窒素ガスだけで酸化防止をするようにしてもよい。 FIG. 12 is a cross-sectional photograph of an ITO sample film obtained by a firing experiment using plasma using a mixed gas of nitrogen N 2 as a main operating gas and 0.25 vol.% Hydrogen H 2 . In this experiment, the ESD film formation conditions were: a working voltage of 9.0 kV, a chemical flow rate of 30 μL / min, an ITO diluted chemical solution (ethanol 50 vol.% Diluted) obtained by diluting the ITO chemical solution used in the measurement of FIG. One time (traverse speed 2 mm / sec). The GA plasma irradiation conditions are an output of 300 W and a flow rate of 40 L / min. The plasma processing time is 3 min. In the experiment, the periphery of the plasma generation apparatus (griding arc apparatus) in FIG. 10 was covered with a cover member and sufficiently blocked so as not to enclose the surrounding air to prevent oxidation as much as possible. FIG. 12 shows a vertical cross section of an ITO sample film obtained by the main firing experiment. From this experimental result, an extremely small ITO film having a thickness of 450 nm and a resistance value of 2.7 kΩ / □ was obtained. This reduction in resistance does not cause film oxidation due to non-oxidizing nitrogen gas, and further sufficiently reduces the progress plasma GA against the ITO film substrate in a state where the oxidation is sufficiently suppressed by the reducing action of the hydrogen contained. Because it can be irradiated. In addition, the irradiation efficiency is improved and a plasma baking process can be performed in a short time. The oxidation may be prevented with only non-oxidizing nitrogen gas.

図12の断面写真から分かるように、ESD法の場合には、スピンコート法、ディップコート法やESD法と比較して、膜表面に凹凸ができたり、小さな空洞(巣)ができたりしている。そこで、基材自体の前処理もプラズマ処理することにした。   As can be seen from the cross-sectional photograph in FIG. 12, in the case of the ESD method, the film surface has irregularities or small cavities (nests) compared to the spin coating method, dip coating method or ESD method. Yes. Therefore, the pretreatment of the base material itself is also subjected to plasma treatment.

図13は基材浄化用、いわゆる、前処理用のプラズマとしてGAを使用したときの試料断面写真である。前処理用GA照射条件は、出力300W、窒素の動作ガス40L/min、往復トラバース回数2回(トラバース速度2mm/sec)である。ESDの往復トラバース回数は0.5回(トラバース速度2mm/sec)であり、その他のESD膜形成条件は図20の場合と同じである。焼結時のGAプラズマ照射条件は、出力300W、流量40L/minである。動作ガスとして窒素Nガスと0.25 vol.%の水素Hとの混合ガスを使用し、処理時間は5minである。図13は、本焼成実験により得られたITO試料膜の垂直断面を示す。この実験においても、膜厚350nmで、抵抗値が5.2kΩ/□といった極めて小さいITO膜を得られた。しかも、基材の表面がプラズマ浄化されて平坦化され、図20の断面写真と比較して、膜表面の凹凸がなくなり、空洞(巣)もなく、良好な膜面が形成されている。従って、本発明に係るプラズマ浄化により膜表面がきめ細かな粗さになっており、濡れ性の向上を図ることができる。 FIG. 13 is a cross-sectional photograph of a sample when GA is used as a plasma for substrate purification, so-called pretreatment. The pretreatment GA irradiation conditions are an output of 300 W, a nitrogen working gas of 40 L / min, and a reciprocating traverse frequency of 2 (traverse speed of 2 mm / sec). The number of round trips of ESD is 0.5 (traverse speed 2 mm / sec), and other ESD film formation conditions are the same as those in FIG. GA plasma irradiation conditions during sintering are an output of 300 W and a flow rate of 40 L / min. A mixed gas of nitrogen N 2 gas and 0.25 vol.% Hydrogen H 2 is used as the working gas, and the processing time is 5 min. FIG. 13 shows a vertical cross section of the ITO sample film obtained by the main firing experiment. Also in this experiment, an extremely small ITO film having a thickness of 350 nm and a resistance value of 5.2 kΩ / □ was obtained. In addition, the surface of the base material is plasma-purified and flattened, and the film surface has no irregularities and no cavities (nests) compared to the cross-sectional photograph of FIG. 20, and a good film surface is formed. Therefore, the surface of the film is finely roughened by the plasma purification according to the present invention, and the wettability can be improved.

ESD法の膜形成とGAのプラズマ焼成の処理における基材への振動効果をITO膜について調べた。図14は、図12及び図13と同じITO希釈薬液を用い、プラズマ焼成時に、振動速度が2000rpmの加振装置を使用して基材に振動を付加した場合の試料断面写真である。ESD膜形成条件は使用電圧13.0kV、薬液流量30μL/min、である。GAプラズマ照射条件は、出力300W、流量40L/minである。動作ガスとして窒素Nガスを使用し、処理時間は5minである。図14は、本焼成実験により得られたITO試料膜の垂直断面を示す。この実験によれば、抵抗値が25.9kΩ/□のITO膜を得られた。一方、加振装置により振動を付加しないで同様の成膜を行ったところ、抵抗値が95.2kΩ/□のITO膜を得られた。この実験から、膜面の外観状態には顕著な変化はないが、加振により抵抗値が若干減少させることができることがわかる。 The ITO film was examined for vibration effects on the substrate in the ESD film formation and GA plasma firing process. FIG. 14 is a cross-sectional photograph of a sample when the same ITO diluted chemical solution as in FIGS. 12 and 13 is used and vibration is applied to the substrate using a vibration device having a vibration speed of 2000 rpm during plasma baking. The ESD film formation conditions are a use voltage of 13.0 kV and a chemical flow rate of 30 μL / min. The GA plasma irradiation conditions are an output of 300 W and a flow rate of 40 L / min. Nitrogen N 2 gas is used as the working gas, and the processing time is 5 min. FIG. 14 shows a vertical cross section of the ITO sample film obtained by the main firing experiment. According to this experiment, an ITO film having a resistance value of 25.9 kΩ / □ was obtained. On the other hand, when the same film formation was performed without applying vibration by a vibration apparatus, an ITO film having a resistance value of 95.2 kΩ / □ was obtained. From this experiment, it can be seen that there is no significant change in the appearance of the film surface, but the resistance value can be slightly reduced by vibration.

図15は、バインダー剤の混入量を変化させた実験結果のグラフである。ITO薬剤には、上記図11の測定において用いたITO薬液を使用した。バインダー剤にはSiアルコキシドを用いた。バインダー剤を混ぜたITO薬液を、スピンコートで成膜し、その後、GAプラズマ照射した。GAプラズマ照射条件は、出力300W、流量40L/min,動作ガス:水素H0.25 vol.%混入窒素N,照射時間2minである。膜厚は約400nmである。図15の横軸はバインダー剤の体積混入率である。図15から、混入率が10〜15%で、シート抵抗値が最小になることがわかる。つまり,10〜15vol.%が、バインダーの最適混入率であるということがわかる。 FIG. 15 is a graph of experimental results when the amount of binder agent mixed is changed. The ITO chemical | medical solution used in the measurement of the said FIG. 11 was used for ITO chemical | medical agent. Si alkoxide was used as the binder agent. An ITO chemical solution mixed with a binder was formed by spin coating, and then irradiated with GA plasma. The GA plasma irradiation conditions are an output of 300 W, a flow rate of 40 L / min, an operating gas: hydrogen H 2 0.25 vol.% Mixed nitrogen N 2 , and an irradiation time of 2 min. The film thickness is about 400 nm. The horizontal axis in FIG. 15 represents the volume mixing ratio of the binder agent. FIG. 15 shows that the sheet resistance value is minimized when the mixing ratio is 10 to 15%. That is, it can be seen that 10 to 15 vol.% Is the optimum mixing ratio of the binder.

図16は、上記図15の実験による試料断面写真である。図16の(16a)はバインダー剤を含有しない試料の断面写真である。(16b)〜(16f)はそれぞれ、バインダー剤を、5、10、12.5、15、20vol.%含有させた試料の断面写真である。バインダー剤を含有しない試料断面写真(16a)と、バインダー剤を含有させた試料断面写真(16b)〜(16f)との比較から明らかなように、バインダー剤を含有させることにより、空洞や巣等が少なくなり、シリカ薄膜又はシリカ超微粒子がITO粒子間に進入している様子がわかる。バインダー混入率が10〜15vol.%のとき((16c)〜(16e))、平均粒子径20nmのITO粒子間にシリカ皮膜又はシリカ超微粒子が介在して、隙間が解消され、高密度化され、かつ基材との密着が良好であり、より透明度のよいITO薄膜を実現することができる。バインダー混入率が10〜15vol.%より少ないと、巣が多くなり、抵抗率が大きくなる。また,バインダー混入率が10〜15vol.%より大きいと、Siアルコキシドから形成されるシリカバインダーが、ITO微粒子を覆ってしまい、シリカバインダー自体は電気絶縁性であるため、ITO微粒子間の接触がなくなり、全体としての導電性が低くなり、シート抵抗が大きくなる。   FIG. 16 is a sample cross-sectional photograph of the experiment of FIG. FIG. 16 (16a) is a cross-sectional photograph of a sample containing no binder agent. (16b) to (16f) are cross-sectional photographs of samples in which 5, 10, 12.5, 15, 20 vol. As is apparent from a comparison between the sample cross-sectional photograph (16a) not containing the binder agent and the sample cross-sectional photos (16b) to (16f) containing the binder agent, by including the binder agent, cavities, nests, etc. It can be seen that the silica thin film or the ultrafine silica particles have entered between the ITO particles. When the binder mixing rate is 10 to 15 vol.% ((16c) to (16e)), a silica film or ultrafine silica particles are interposed between ITO particles having an average particle diameter of 20 nm, so that the gap is eliminated and the density is increased. In addition, it is possible to realize an ITO thin film with good adhesion to the base material and better transparency. When the binder mixing rate is less than 10-15 vol.%, The nest increases and the resistivity increases. Also, if the binder mixing rate is larger than 10-15 vol.%, The silica binder formed from Si alkoxide covers the ITO fine particles, and the silica binder itself is electrically insulating, so there is no contact between the ITO fine particles. As a result, the overall conductivity is lowered, and the sheet resistance is increased.

図17は、主動作ガスの窒素に対して、水素混入量の影響を調べた結果である。ITO薬剤には、上記図12〜図16の実験と同じITO薬液を用いた。バインダー剤は混ぜていない。ITO薬液を、スピンコートで成膜し、その後、GAプラズマ照射した。GAプラズマ照射条件は、出力300W、流量40L/min,照射時間2minである。膜厚は約400nmである。図17の横軸はNガスに混入させたHガスの体積混入率である。図17から、H混入率が1vol.%前後で、シート抵抗値が最小になることがわかる。つまり、1vol.%が、Hガスの最適混入率であるということがわかる。Hガスを微量混入させると、還元作用が効くようになり、膜の酸化が抑制され、抵抗が下がる。しかし、混入量を多くしすぎると、プラズマが冷却され、プラズマジェットの伸びが悪くなり、プラズマが基板に到達しなくなって、処理効果,つまり、抵抗値の減少効果が低下する。 FIG. 17 shows the results of examining the influence of the amount of mixed hydrogen on the main operating gas nitrogen. The same ITO chemical | medical solution as the experiment of the said FIGS. 12-16 was used for the ITO chemical | medical agent. Binder agent is not mixed. An ITO chemical solution was formed by spin coating and then irradiated with GA plasma. The GA plasma irradiation conditions are an output of 300 W, a flow rate of 40 L / min, and an irradiation time of 2 min. The film thickness is about 400 nm. The horizontal axis in FIG. 17 represents the volume mixing rate of H 2 gas mixed in N 2 gas. FIG. 17 shows that the sheet resistance value is minimized when the H 2 mixing ratio is around 1 vol. That is, it can be seen that 1 vol.% Is the optimum mixing ratio of H 2 gas. When a very small amount of H 2 gas is mixed, the reduction action becomes effective, the oxidation of the film is suppressed, and the resistance is lowered. However, when the mixing amount is excessively large, the plasma is cooled, the plasma jet is deteriorated, the plasma does not reach the substrate, and the processing effect, that is, the resistance value reducing effect is lowered.

本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes various modifications and design changes within the technical scope without departing from the technical idea of the present invention. Needless to say.

本発明に係る進行プラズマ成膜方法によれば、電極による電界中に滞留する滞留プラズマを用いずに、無電界プラズマである進行プラズマの作用により表面膜を焼成し、単結晶化が起きずに、進行プラズマの低温処理による多結晶化が可能となり、焼成膜の脆性化を発生させることなく良好な膜質の成膜処理を行うことができる。従って、本発明に係る進行プラズマ成膜方法及び進行プラズマ成膜装置により、基材や表面膜にダメージを与えることなく、導電性向上、濡れ性改善、機械的強度の改善などの表面処理や改質を好適に行うことができる。   According to the progressive plasma film forming method of the present invention, the surface film is baked by the action of the progressive plasma, which is an electric fieldless plasma, without using the staying plasma that stays in the electric field by the electrode, and single crystallization does not occur. Thus, polycrystallization can be achieved by low-temperature processing of the progress plasma, and film formation with good film quality can be performed without causing brittleness of the fired film. Therefore, with the progressive plasma film formation method and the progressive plasma film formation apparatus according to the present invention, surface treatment or modification such as improvement of conductivity, improvement of wettability, improvement of mechanical strength, etc. without damaging the substrate or the surface film. Quality can be suitably performed.

本発明に係るプラズマ成膜装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the plasma film-forming apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るペンジェット方式のプラズマ成膜装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a pen jet type plasma film forming apparatus according to the present invention. 本発明に係るグライディングアーク方式のプラズマ成膜装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a gliding arc type plasma film forming apparatus according to the present invention. 図3のプラズマ成膜装置に用いるノズル部材の概略図である。It is the schematic of the nozzle member used for the plasma film-forming apparatus of FIG. 前記ノズル部材の断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the nozzle member. 前記ノズル部材の断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the nozzle member. 図3のプラズマ成膜装置に用いるノグライディングアーク用電極の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electrode for no gliding arc used for the plasma film-forming apparatus of FIG. ESD法による膜形成装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film forming apparatus by ESD method. 連続処理装置の構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of a continuous processing apparatus. ITOの成膜実験に用いたグライディングアーク装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gliding arc apparatus used for the film-forming experiment of ITO. 本発明に係るプラズマ焼成処理したITO成膜実験結果を示す表である。It is a table | surface which shows the ITO film-forming experiment result which carried out the plasma baking processing which concerns on this invention. 窒素を主動作ガスとし、水素を微量混入させたプラズマによる焼成実験により得られたITO試料膜の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of an ITO sample film obtained by a firing experiment using plasma in which nitrogen is the main working gas and a small amount of hydrogen is mixed. プラズマを用いた前処理を施した場合の試料断面写真である。It is a sample cross-sectional photograph at the time of performing the pretreatment using plasma. プラズマ焼成時に基材に振動を付加した場合の試料断面写真である。It is a sample cross section photograph at the time of adding vibration to a substrate at the time of plasma baking. プラズマ焼成時に基材に振動を付加した場合の試料断面写真である。It is a sample cross section photograph at the time of adding vibration to a substrate at the time of plasma baking. ITO薬液に対してバインダー剤の混入量を変化させた実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which changed the mixing amount of the binder agent with respect to ITO chemical | medical solution. 図16のバインダー剤の混入実験による試料断面写真である。It is a sample cross-sectional photograph by the mixing experiment of the binder agent of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 プラズマ焼成部
2 プラズマ発生部
3 プラズマ導入口
4 プラズマ導入路
5 磁界発生器
6 磁界発生器
7 バイアス電位付与用電位発生部
8 バイアス電位
9 円筒状ガイド本体
10 軸心電極
11 コンデンサ
12 作動ガス
13 絶縁部
14 ノズル状電極
15 プラズマ
16 アース
17 表面膜
18 貫通孔
19 基材
30 プラズマ生成装置
31 作動ガス供給路
32 電圧印加手段
33 ノズル部材
34 作動ガス
35 供給管
36 アークコラム
37 プルーム
38 電極
38a 電極間最短ギャップ
38b 最短ギャップ位置
38c 電極先端
39 プラズマ発生部
40 射出口
41 プラズマ
50 被処理用基板
51 前処理用プラズマ装置
52 成膜装置
53 焼成用のプラズマ装置
54 プラズマ
55 プラズマ
60 電極
61 電極ホルダー
62 作動ガス
63 電源ケーブル
64 スリット板
65 アークコラム
66 プラズマジェット
67 小穴
200 キャピラリ
201 成膜材
202 通電芯材
203 先端
204 スプレー状液滴群
205 シールドカバー
206 開口部
207 コリメータ電極
208 開口部
209 絶縁体マスク
210 開口部
211 基材
212 表面膜
213 高電圧電源
214 コリメータ電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma baking part 2 Plasma generation part 3 Plasma introduction port 4 Plasma introduction path 5 Magnetic field generator 6 Magnetic field generator 7 Potential generation part 8 for applying a bias potential Bias potential 9 Cylindrical guide body 10 Axis electrode 11 Capacitor 12 Working gas 13 Insulating part 14 Nozzle electrode 15 Plasma 16 Ground 17 Surface film 18 Through hole 19 Base material 30 Plasma generating device 31 Working gas supply path 32 Voltage application means 33 Nozzle member 34 Working gas 35 Supply pipe 36 Arc column 37 Plume 38 Electrode 38a Electrode Shortest gap 38b Shortest gap position 38c Electrode tip 39 Plasma generating portion 40 Ejection port 41 Plasma 50 Substrate for processing 51 Pretreatment plasma device 52 Film forming device 53 Plasma device for firing 54 Plasma 55 Plasma 60 Electrode 61 Electrode holder 62 Working gas 63 Power supply Bull 64 Slit plate 65 Arc column 66 Plasma jet 67 Small hole 200 Capillary 201 Film forming material 202 Conductive core material 203 Tip 204 Spray droplet group 205 Shield cover 206 Opening 207 Collimator electrode 208 Opening 209 Insulator mask 210 Opening 211 Base material 212 Surface film 213 High voltage power supply 214 Collimator power supply

Claims (24)

成膜材により基材面に表面膜を形成した基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記基材の表面膜に向けて進行する進行プラズマを流通させることにより前記表面膜を焼成することを特徴とする進行プラズマ成膜方法。 The surface film is formed by placing a base material having a surface film formed on the surface of the base material by a film forming material at a position not sandwiched between plasma forming electrodes, and circulating a progressing plasma traveling toward the surface film of the base material. Is a progressive plasma film-forming method characterized by firing. 前記進行プラズマが大気圧程度で発生させたパルスアーク放電のプルームであり、そのパルスアーク放電プルームは、グライディングアーク方式又はペンジェット方式で得る請求項1に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film forming method according to claim 1, wherein the progressive plasma is a plume of a pulse arc discharge generated at about atmospheric pressure, and the pulse arc discharge plume is obtained by a gliding arc method or a pen jet method. 前記基材にバイアス電圧を印加して、前記表面膜の焼成を制御する請求項1又は2に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 1, wherein a bias voltage is applied to the substrate to control firing of the surface film. 前記成膜材が成膜物質と溶媒成分とが混合した液状物質からなる請求項1、2又は3に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 1, wherein the film-forming material comprises a liquid material in which a film-forming material and a solvent component are mixed. 前記成膜材が液状の成膜物質だけで構成された液状物質からなる請求項1、2又は3に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 1, wherein the film-forming material is made of a liquid material composed only of a liquid film-forming material. 前記成膜材により前記基材面に前記表面膜を形成しながら、前記進行プラズマを前記基材に流通させて、前記溶媒成分を蒸発又は除去しつつ前記表面膜を焼成する請求項4に記載の進行プラズマ成膜方法。 5. The surface film is baked while forming the surface film on the surface of the base material with the film forming material, allowing the progressive plasma to flow through the base material, and evaporating or removing the solvent component. Progressive plasma deposition method. 前記成膜材により前記基材面に表面膜を形成した後、その基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記進行プラズマにより前記表面膜の焼成を行う請求項1〜5のいずれかに記載の進行プラズマ成膜方法。 The surface film is formed on the surface of the base material by the film forming material, and then the base material is placed at a position not sandwiched between the plasma forming electrodes, and the surface film is baked by the progressive plasma. The progressive plasma film-forming method according to any one of the above. 前記成膜材による前記基材の膜形成の前に、前記基材面に浄化用プラズマを照射させることにより、前記基材の浄化処理を行う請求項6又は7に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 6 or 7, wherein the substrate is purified by irradiating the substrate surface with a plasma for purification before the film formation of the substrate with the film-forming material. . エレクトロスプレー法により前記基材面に表面膜を形成する請求項1〜8のいずれかに記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 1, wherein a surface film is formed on the substrate surface by an electrospray method. 前記基材を機械的に運動させながら前記基材面への表面膜の形成を行う請求項1〜9のいずれかに記載の進行プラズマ成膜方法。 The progress plasma film-forming method according to claim 1, wherein a surface film is formed on the surface of the base material while mechanically moving the base material. 前記液状物質の表面エネルギーが60dyn/cm以下である請求項4又は5に記載の進行プラズマ成膜方法。 6. The progressive plasma film forming method according to claim 4, wherein the liquid material has a surface energy of 60 dyn / cm or less. 前記成膜物質が有機金属化合物、金属無機酸塩及び金属有機酸塩の1種以上からなり、前記成膜物質が前記溶媒に溶解している請求項4に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 4, wherein the film-forming substance is composed of one or more of an organometallic compound, a metal inorganic acid salt, and a metal organic acid salt, and the film-forming substance is dissolved in the solvent. 前記成膜物質が、1nm〜500nmの粒径を有する金属成分含有粒子からなる請求項4に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 4, wherein the film-forming substance comprises metal component-containing particles having a particle diameter of 1 nm to 500 nm. 前記成膜物質として、前記金属成分含有粒子同士を結合させるバインダー剤が添加される請求項13に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 13, wherein a binder agent for bonding the metal component-containing particles is added as the film-forming substance. 前記金属成分含有粒子は、金属酸化物粒子、金属窒化物粒子、金属炭化物粒子、金属単体及び合金の一種以上からなる請求項13又は14に記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 13 or 14, wherein the metal component-containing particles are composed of one or more of metal oxide particles, metal nitride particles, metal carbide particles, simple metals, and alloys. 前記金属成分含有粒子は、その粒子表面にカーボンナノ材料を担持している請求項13、14又は15のいずれかに記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to claim 13, wherein the metal component-containing particles carry a carbon nanomaterial on the particle surface. 前記成膜物質が、前記金属成分含有粒子と、有機金属化合物、金属無機酸塩及び、金属有機酸塩の一種以上の混合物からなる請求項13〜16のいずれかに記載の進行プラズマ成膜方法。 The progressive plasma film-forming method according to any one of claims 13 to 16, wherein the film-forming substance comprises the metal component-containing particles, an organic metal compound, a metal inorganic acid salt, and a mixture of one or more metal organic acid salts. . 請求項1〜17のいずれかに記載の進行プラズマ成膜方法により焼成された表面膜を基材面に形成したことを特徴とするプラズマ焼成基材。 A plasma fired base material, wherein a surface film fired by the progressive plasma film forming method according to claim 1 is formed on a base material surface. 焼成用プラズマを発生させる焼成用プラズマ発生手段と、前記焼成用プラズマを前記基材に向けて進行する進行プラズマとして導入する進行プラズマ導入手段と、成膜材により基材面に表面膜を形成した基材をプラズマ形成用電極に挟まれない位置に設置し、前記基材に前記進行プラズマを流通させることにより前記基材の表面膜を焼成する膜焼成手段を有することを特徴とする進行プラズマ成膜装置。 A firing plasma generating means for generating a firing plasma, a progressing plasma introducing means for introducing the firing plasma as a progressing plasma that progresses toward the base material, and a surface film is formed on the surface of the base material by a film forming material. A traveling plasma component comprising: a film firing means for firing the surface film of the substrate by placing the substrate at a position not sandwiched between electrodes for plasma formation and circulating the traveling plasma through the substrate. Membrane device. 前記プラズマ発生手段が大気圧パルスアーク放電手段であり、しかもグライディングアーク放電手段又はペンジェット放電手段である請求項19に記載の進行プラズマ成膜装置。 20. The progressive plasma film forming apparatus according to claim 19, wherein the plasma generating means is an atmospheric pressure pulse arc discharge means, and further is a gliding arc discharge means or a pen jet discharge means. 前記基材にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を設け、前記表面膜の焼成を制御する請求項19又は20に記載の進行プラズマ成膜装置。 The progressive plasma film-forming apparatus according to claim 19 or 20, wherein a bias voltage applying means for applying a bias voltage to the substrate is provided to control firing of the surface film. 成膜材により基材面に表面膜を形成する膜形成手段を有し、この膜形成手段の後に前記膜焼成手段を配置した請求項19、20又は21に記載の進行プラズマ成膜装置。 The progressive plasma film-forming apparatus according to claim 19, 20 or 21, further comprising a film-forming unit that forms a surface film on a substrate surface with a film-forming material, and the film-baking unit is disposed after the film-forming unit. 基材面の浄化用プラズマを発生させる浄化用プラズマ発生手段を備え、前記成膜材による前記基材の膜形成の前に、前記基材面に前記浄化用プラズマを照射させることにより、前記基材の浄化処理を行う請求項22に記載の進行プラズマ成膜装置。 A purification plasma generating means for generating a purification plasma of the substrate surface, and before the film formation of the substrate by the film-forming material, the substrate plasma is irradiated with the purification plasma; The progressive plasma film-forming apparatus of Claim 22 which performs the purification process of a material. 前記膜形成手段により前記基材面に前記表面膜を形成しながら、前記進行プラズマを前記基材に流通させて、前記溶媒成分を蒸発又は除去しつつ前記表面膜を焼成する請求項22に記載の進行プラズマ成膜装置。 23. The surface film is fired while the surface film is formed on the surface of the base material by the film forming means and the progressive plasma is circulated through the base material to evaporate or remove the solvent component. Progressive plasma deposition system.
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