JP2014156622A - Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma - Google Patents
Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014156622A JP2014156622A JP2013027158A JP2013027158A JP2014156622A JP 2014156622 A JP2014156622 A JP 2014156622A JP 2013027158 A JP2013027158 A JP 2013027158A JP 2013027158 A JP2013027158 A JP 2013027158A JP 2014156622 A JP2014156622 A JP 2014156622A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- mist
- gas
- thin film
- atmospheric pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、大気圧誘導結合プラズマにより薄膜を形成する技術に関し、特に、プラズマ内に反応材料を含有する溶液をミストとして供給して、各種組成の薄膜を形成する薄膜形成方法及びそれに用いる薄膜形成装置に関する。 The present invention relates to a technique for forming a thin film by atmospheric pressure inductively coupled plasma, and in particular, a thin film forming method for forming a thin film of various compositions by supplying a solution containing a reactive material in the plasma as a mist, and the thin film formation used therein Relates to the device.
プラズマは、プラズマガスに電力又は電磁波エネルギーを付与することで生じる。プラズマは、電離した正負の荷電粒子(典型的には正イオンと電子)が自由に運動する状態であり、イオン、ラジカル、原子、電子が全体として電気的に中性な状態で存在する系である。プラズマ中に存在する多くのイオンやラジカル(活性励起分子)は、様々な処理に利用可能である。例えば、フィルムや樹脂などの親水化、薄膜形成、金属酸化膜の還元処理、エッチング、ドーピング、洗浄、微量元素の分析、化合物の反応、合成、高分子の重合などに利用されている。 Plasma is generated by applying electric power or electromagnetic energy to plasma gas. Plasma is a state in which positively and negatively charged particles (typically positive ions and electrons) move freely, and ions, radicals, atoms, and electrons exist in an electrically neutral state as a whole. is there. Many ions and radicals (active excitation molecules) existing in plasma can be used for various treatments. For example, it is used for hydrophilization of films and resins, thin film formation, reduction treatment of metal oxide films, etching, doping, washing, analysis of trace elements, reaction of compounds, synthesis, polymerization of polymers, and the like.
プラズマを発生させる方式は目的用途に応じて適宜選択することができるが、一般に、真空中で高周波放電することによってプラズマを発生させる方式の方が、大気圧下においてプラズマを発生させる方式に比べて、ラジカル種の寿命が長く、安定にプラズマを発生させることができ、特に半導体、液晶表示装置などの分野において、反応性の気体を供給して、CVD(Chemical Vapor Deposition)による成膜、表面のエッチング、表面の洗浄、酸化等が行われていた。一方、大気圧下においてプラズマを発生させる方式では、真空排気系を必要としないため、設備が簡易であり、被処理物の大きさに制限が少ないという利点はあるものの、プラズマを発生させるのが難しく、金属の溶断、分析試料の分解など比較的プラズマの制御を必要としない用途に利用されていた。 The method of generating plasma can be appropriately selected according to the intended application, but in general, the method of generating plasma by high-frequency discharge in a vacuum is compared to the method of generating plasma at atmospheric pressure. The radical species has a long life and can stably generate plasma. Especially in the fields of semiconductors and liquid crystal display devices, reactive gases are supplied to form films by CVD (Chemical Vapor Deposition). Etching, surface cleaning, oxidation, and the like were performed. On the other hand, the method of generating plasma under atmospheric pressure does not require an evacuation system, so that the facilities are simple and the size of the object to be processed is small. It is difficult and has been used for applications that require relatively no plasma control, such as metal fusing and analysis sample decomposition.
プラズマを用いた成膜法であるプラズマCVD法は、従来、半導体膜(Si膜など)、絶縁膜(シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など)の成膜に使用されていた。真空下でのプラズマを利用したCVDにより、例えば半導体材料などの薄膜を形成しようとする場合、原料ガスとして特殊ガス(モノシランやホスフィンなど)を導入し、プラズマによって薄膜を成膜していた。しかしながら、かかる特殊ガスは、高価であり、毒性が強いため取扱いに危険が伴う。また、プラズマを用いて金属膜を成膜する方法としては、有機金属材料のガス又は蒸気をECRプラズマ中に導入して、金属膜(例えばアルミニウム、金、銅など)を形成するプラズマMOCVD(Metal Organic CVD)が知られていた。 Conventionally, a plasma CVD method, which is a film forming method using plasma, has been used for forming a semiconductor film (Si film, etc.) and an insulating film (silicon oxide film, silicon nitride film, etc.). For example, when a thin film such as a semiconductor material is to be formed by CVD using plasma under vacuum, a special gas (monosilane, phosphine, or the like) is introduced as a source gas, and the thin film is formed by plasma. However, such special gases are expensive and highly toxic, which is dangerous to handle. As a method of forming a metal film using plasma, plasma MOCVD (Metal, which forms a metal film (for example, aluminum, gold, copper, etc.) by introducing a gas or vapor of an organometallic material into ECR plasma. Organic CVD) was known.
一方、近年では、原材料として気体だけではなく、液体を使用するものも少数ではあるが提案されている。例えば、特許文献1には、非熱平衡状態の大気圧プラズマを用いて基材の表面を処理するプラズマシステムが開示されている。特許文献1に記載のプラズマシステムは、ハウジング内でプロセスガスの雰囲気内に配置された電極と、電極に高周波電圧を印加する手段と、ハウジング内に配置された表面処理剤用の霧化器などを備える。かかるプラズマシステムによれば、霧化された表面処理剤を含む非熱平衡状態の大気圧プラズマを発生させ、その大気圧プラズマを用いて、基板の表面をコーティングすることができるとされている。 On the other hand, in recent years, there have been a few proposals that use not only gases but also liquids as raw materials. For example, Patent Document 1 discloses a plasma system that treats the surface of a substrate using atmospheric pressure plasma in a non-thermal equilibrium state. The plasma system described in Patent Document 1 includes an electrode disposed in a process gas atmosphere in a housing, means for applying a high-frequency voltage to the electrode, an atomizer for a surface treatment agent disposed in the housing, and the like. Is provided. According to such a plasma system, it is said that non-thermal equilibrium atmospheric pressure plasma containing an atomized surface treatment agent is generated, and the surface of the substrate can be coated using the atmospheric pressure plasma.
特許文献2には、分析試料やCVD原料などの液体をプラズマ中に直接導入することができる液体導入プラズマ装置が開示されている。特許文献2に記載の液体導入プラズマ装置は、一端に開口部を有する筒体で構成されるプラズマ発生室と、噴霧ガスにより噴霧口からプラズマ発生室内に液体を噴霧する噴霧装置などを備える。かかるプラズマ装置では、分析試料などの液体をプラズマ中に直接導入できるので、極めて少ない液体でも、高い分析能力を実現できるとされている。 Patent Document 2 discloses a liquid introduction plasma apparatus capable of directly introducing a liquid such as an analysis sample or a CVD raw material into plasma. The liquid-introduced plasma device described in Patent Document 2 includes a plasma generation chamber configured by a cylindrical body having an opening at one end, a spray device that sprays liquid from the spray port into the plasma generation chamber using a spray gas, and the like. In such a plasma apparatus, since a liquid such as an analysis sample can be directly introduced into the plasma, it is said that a high analysis capability can be realized even with a very small amount of liquid.
特許文献1に記載のプラズマシステムでは、各種のプラズマガス及び各種の表面処理剤を使用できるとされており、実施例として、フッ化炭素コーティング、メタクリレートコーティングを形成できたと記載されている。しかしながら、特許文献1に記載のプラズマシステムでは、グロー放電方式などによって発生させた低温プラズマを使用する。低温プラズマは、電子温度は高いが、イオンや中性粒子の温度が低い非平衡状態のプラズマであり、プラズマのパラメータを比較的制御しやすいが、化学反応速度が小さい。これに対して、高温プラズマ(熱プラズマ)は、粒子密度が高く、イオンや中性粒子の温度がほぼ電子温度と等しいものであり、低温プラズマに比べて化学反応速度は大きいが、制御することが比較的難しいものであった。 In the plasma system described in Patent Document 1, various plasma gases and various surface treatment agents can be used, and it is described that, as an example, a fluorocarbon coating and a methacrylate coating could be formed. However, the plasma system described in Patent Document 1 uses low-temperature plasma generated by a glow discharge method or the like. Low-temperature plasma is a non-equilibrium plasma in which the temperature of ions and neutral particles is low although the electron temperature is high, and the plasma reaction is relatively easy to control, but the chemical reaction rate is low. In contrast, high-temperature plasma (thermal plasma) has a high particle density, and the temperature of ions and neutral particles is almost equal to the electron temperature. The chemical reaction rate is higher than that of low-temperature plasma, but it must be controlled. Was relatively difficult.
また、特許文献1に記載のプラズマシステムでは、プラズマ生成用の電極がハウジング内に配置されているため、電極中の金属成分が不純物としてプラズマに混入して、表面処理に影響を及ぼす可能性がある。 Further, in the plasma system described in Patent Document 1, since the electrode for generating plasma is arranged in the housing, the metal component in the electrode may be mixed into the plasma as an impurity and may affect the surface treatment. is there.
特許文献2には、液体導入プラズマトーチ、液体導入平行平板型プラズマ源などを含むプラズマ装置において、プラズマを発生させるプラズマ発生室内に試料などの液体を導入する技術が開示されている。特許文献2には、分析試料のほかに、CVD原料、液体混合物などの液体をプラズマ中に導入して、金属などの物質の表面改質、表面処理、エッチング、CVDなどのプラズマプロセッシングに使用できるとも記載されている。しかしながら、特許文献2には、具体的なCVD原料も、CVDで成膜される薄膜も、CVD原料をプラズマ中で反応させて基板上に薄膜を形成するための具体的な方法も記載されておらず、具体的な応用としては、分析試料を含有する液体をプラズマ発生室に導入して、少量の試料を分析する方法について記載されているだけである。 Patent Document 2 discloses a technique for introducing a liquid such as a sample into a plasma generation chamber for generating plasma in a plasma apparatus including a liquid introduction plasma torch and a liquid introduction parallel plate plasma source. In Patent Document 2, in addition to an analysis sample, a liquid such as a CVD raw material or a liquid mixture can be introduced into plasma and used for plasma processing such as surface modification, surface treatment, etching, and CVD of a substance such as metal. It is also described. However, Patent Document 2 describes a specific CVD raw material, a thin film formed by CVD, and a specific method for forming a thin film on a substrate by reacting the CVD raw material in plasma. As a specific application, only a method of analyzing a small amount of sample by introducing a liquid containing the analysis sample into the plasma generation chamber is described.
本発明は、かかる技術を背景とするものであって、取扱が容易であり、化学反応速度が大きい大気圧誘導結合プラズマ(高温プラズマ)を利用して、被処理物上に各種の薄膜を形成することができる方法、及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。 The present invention is based on this technology, and is easy to handle and forms various thin films on an object to be processed using atmospheric pressure inductively coupled plasma (high temperature plasma) having a high chemical reaction rate. It is an object of the present invention to provide a method and a thin film forming apparatus that can be used.
前述した課題を解決するため、本発明の大気圧誘導結合プラズマを用いた薄膜形成方法は、プラズマガスをプラズマ生成空間に導入し、プラズマ生成手段によって大気圧誘導結合プラズマを発生させ、ミスト生成手段によって、反応材料を含有する溶液のミストを生成し、前記ミストを、ミスト移送ガスとともに前記プラズマ生成空間に導入し、前記プラズマ生成手段に付与する高周波電力を制御して、前記大気圧誘導結合プラズマ中の酸化雰囲気又は還元雰囲気を制御しつつ、前記反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜を被処理物に形成することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the thin film formation method using atmospheric pressure inductively coupled plasma according to the present invention introduces a plasma gas into a plasma generation space, generates atmospheric pressure inductively coupled plasma by the plasma generating means, and generates mist generating means. To generate a mist of a solution containing a reaction material, introduce the mist into the plasma generation space together with a mist transfer gas, and control the high-frequency power applied to the plasma generation means to control the atmospheric pressure inductively coupled plasma. A thin film containing at least a part of the components of the reaction material is formed on an object to be processed while controlling an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere therein.
上記薄膜形成方法において、プラズマガスをプラズマ生成空間に導入し、プラズマ生成手段によって大気圧誘導結合プラズマを発生させ、ミスト生成手段によって、反応材料を含有する溶液のミストを生成し、前記ミストを、ミスト移送ガスとともに前記プラズマ生成空間に導入し、前記反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜を被処理物に形成することが好ましい。前記ミスト生成手段によって、粒径が50μm以下、好ましくは20μm以下のミストを生成することが好ましい。 In the thin film forming method, plasma gas is introduced into the plasma generation space, atmospheric pressure inductively coupled plasma is generated by the plasma generation means, mist of the solution containing the reaction material is generated by the mist generation means, and the mist is It is preferable to introduce into the plasma generation space together with the mist transfer gas and form a thin film containing at least a part of the reaction material on the object to be processed. It is preferable to generate mist having a particle size of 50 μm or less, preferably 20 μm or less by the mist generating means.
また、前記溶液の溶媒に水を用いて、前記大気圧誘導結合プラズマ中にOH若しくはOを含む酸化雰囲気及び/又はHを含む還元雰囲気を供給してもよい。前記溶液の溶媒にギ酸又はアルデヒド類を用いて、前記大気圧誘導結合プラズマ中に還元雰囲気を供給してもよい。前記反応材料は、金属含有化合物であり、金属を含む薄膜を形成することができる。 Further, water may be used as the solvent of the solution to supply an oxidizing atmosphere containing OH or O and / or a reducing atmosphere containing H in the atmospheric pressure inductively coupled plasma. A reducing atmosphere may be supplied into the atmospheric pressure inductively coupled plasma using formic acid or aldehydes as a solvent of the solution. The reaction material is a metal-containing compound and can form a thin film containing a metal.
さらに、前記プラズマ生成手段に付与する高周波電力を制御して、所望の酸化価数を有する金属酸化物の薄膜を形成することが好ましい。前記ミスト移送ガスの流速は、前記プラズマガスの流速の3/28以下の範囲に設定されることが好ましい。前記プラズマ生成空間に反応性ガスを導入し、前記反応性ガスによって前記大気圧誘導結合プラズマにおいて酸化雰囲気又は還元雰囲気を供給することが好ましい。前記反応性ガスは水素ガス又は一酸化ガスであり、前記大気圧誘導結合プラズマに還元雰囲気を供給してもよい。前記大気圧誘導結合プラズマを発生させる際、無電極放電手段によって生成した点火用のプラズマを前記プラズマ生成室に供給することが好ましい。前記大気圧誘導結合プラズマを発生させた後、前記点火用のプラズマの供給を止めてもよい。 Furthermore, it is preferable to form a metal oxide thin film having a desired oxidation valence by controlling high-frequency power applied to the plasma generating means. The flow rate of the mist transfer gas is preferably set in a range of 3/28 or less of the flow rate of the plasma gas. It is preferable that a reactive gas is introduced into the plasma generation space and an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere is supplied in the atmospheric pressure inductively coupled plasma by the reactive gas. The reactive gas may be hydrogen gas or monoxide gas, and a reducing atmosphere may be supplied to the atmospheric pressure inductively coupled plasma. When generating the atmospheric pressure inductively coupled plasma, it is preferable to supply the plasma for ignition generated by the electrodeless discharge means to the plasma generation chamber. After the atmospheric pressure inductively coupled plasma is generated, the supply of the ignition plasma may be stopped.
本発明の大気圧誘導結合プラズマを用いた薄膜形成装置は、少なくとも一つのガス導入口、及びプラズマ出口を有するプラズマ生成室と、薄膜を形成するための反応材料を含有する溶液のミストを生成するミスト生成手段と、前記プラズマ生成室にプラズマガスを供給するためのプラズマガス供給手段と、前記ミスト生成手段によって生成されたミストを前記プラズマ生成室に移送するミスト移送ガスを供給するためのミスト移送ガス供給手段と、前記プラズマ生成室に導入されたプラズマガスにエネルギーを付与して大気圧誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成手段と、を備え、前記プラズマ出口に近接する被処理物に、前記ミスト移送ガスによって前記プラズマ生成室に供給された前記ミストに含有される前記反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜を形成することを特徴とする。 A thin film forming apparatus using atmospheric pressure inductively coupled plasma of the present invention generates a mist of a solution containing a plasma generation chamber having at least one gas inlet and a plasma outlet, and a reactive material for forming the thin film. Mist transfer for supplying mist generation means, plasma gas supply means for supplying plasma gas to the plasma generation chamber, and mist transfer gas for transferring mist generated by the mist generation means to the plasma generation chamber A gas supply means; and a plasma generation means for generating an atmospheric pressure inductively coupled plasma by applying energy to the plasma gas introduced into the plasma generation chamber. At least the reaction material contained in the mist supplied to the plasma generation chamber by a transfer gas. And forming a thin film containing some of the components.
上記薄膜形成装置において、前記ミスト生成手段は、エアフォグアドマイザー、超音波霧化器又はネブライザーと、分級槽との組み合わせによって構成され、粒径が50μm以下、好ましくは20μm以下のミストを生成することが好ましい。また、前記プラズマ生成空間に反応性ガスを供給するための反応性ガス供給手段をさらに備え、前記反応性ガスによって前記大気圧誘導結合プラズマにおいて酸化雰囲気又は還元雰囲気を生成し、前記反応材料の少なくとも一部の成分と、前記反応性ガスの少なくとも一部の成分とを反応させることが好ましい。点火用のプラズマを生成するための無電極放電手段をさらに備えてもよい。 In the thin film forming apparatus, the mist generating means is configured by a combination of an air fog atomizer, an ultrasonic atomizer or a nebulizer, and a classification tank, and generates a mist having a particle size of 50 μm or less, preferably 20 μm or less. Is preferred. The apparatus further comprises a reactive gas supply means for supplying a reactive gas to the plasma generation space, and generates an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere in the atmospheric pressure inductively coupled plasma with the reactive gas, It is preferable to react some components with at least some components of the reactive gas. You may further provide the electrodeless discharge means for producing | generating the plasma for ignition.
本発明によれば、種類が限られた原料ガスの代わりに、種々の反応材料を含有させることが可能な溶液のミストを原材料として用いることができるので、目的とする所望の組成を有する各種の薄膜を容易にかつ高速に形成することができる。また、大気圧下の誘導結合プラズマを用いることにより、低コストで簡易な構成である薄膜形成のためのプラズマ処理装置を実現できる。また、溶液溶媒を適宜選択することによって、大気圧誘導結合プラズマに所望の酸化還元雰囲気を供給することができ、薄膜の膜質に影響させることができる。さらに、必要に応じて、反応性ガスを添加することによって、大気圧誘導結合プラズマに所望の酸化還元雰囲気を供給することもでき、より薄膜の膜質を制御することが可能である。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。 According to the present invention, since a mist of a solution capable of containing various reaction materials can be used as a raw material instead of a raw material gas having a limited variety, various kinds of desired compositions having a desired composition can be used. A thin film can be formed easily and at high speed. Further, by using inductively coupled plasma under atmospheric pressure, it is possible to realize a plasma processing apparatus for forming a thin film having a simple structure at low cost. Further, by appropriately selecting a solution solvent, a desired redox atmosphere can be supplied to the atmospheric pressure inductively coupled plasma, and the film quality of the thin film can be affected. Furthermore, by adding a reactive gas as required, a desired oxidation-reduction atmosphere can be supplied to the atmospheric pressure inductively coupled plasma, and the film quality of the thin film can be further controlled. Other effects will be described in the mode for carrying out the invention.
本発明では、目的とする薄膜の成分を含む原料をガスの状態で供給する従来のCVDの技術とは異なり、目的とする薄膜の成分の少なくとも一部を含む反応材料を含有する溶液(以下、「反応材料含有溶液」ともいう)を作成し、作成した溶液を微細液滴状に霧化し、その微細液滴(ミスト)を大気圧誘導結合プラズマに供給し、大気圧誘導結合プラズマ中での気相的な反応により所望の組成を有する薄膜を形成する。 In the present invention, unlike a conventional CVD technique in which a raw material containing a target thin film component is supplied in a gas state, a solution containing a reactive material containing at least a part of the target thin film component (hereinafter, (Also referred to as “reactive material-containing solution”), the resulting solution is atomized into fine droplets, the fine droplets (mist) are supplied to atmospheric pressure inductively coupled plasma, A thin film having a desired composition is formed by a gas phase reaction.
誘導結合プラズマは、プラズマ生成空間の周囲にコイルを巻いて、コイルに高周波数の大電流を流すことによってプラズマ生成空間に高電圧と高周波数の変動磁場を印加することで、高温プラズマを発生させる技術である。「プラズマ生成空間」とは、本明細書においては、大気圧誘導結合プラズマを発生させることができるプラズマ発生装置のチャンバ内の空間及びチャンバの解放端から被処理物まで空間を含む(図1参照)。誘導結合プラズマは、プラズマの持つエネルギーが高いため、従来から、分析試料を加熱し、原子化又は熱励起する分析に用いられていた。しかし、誘導結合プラズマ、特に大気圧誘導結合プラズマは、真空下でのプラズマよりも、プラズマを発生させること及びプラズマを安定に維持することが困難であり、プラズマガスの種類、流量、電力などの各条件が制限されていた。このため、従来では、大気圧誘導結合プラズマは、プラズマに影響しない程度の少量の分析試料を添加して分析する用途に用いられていたのである。 Inductively coupled plasma generates a high-temperature plasma by winding a coil around the plasma generation space and applying a high-frequency and high-frequency fluctuating magnetic field to the plasma generation space by flowing a high-frequency large current through the coil. Technology. In this specification, the “plasma generation space” includes a space in a chamber of a plasma generating apparatus capable of generating atmospheric pressure inductively coupled plasma and a space from the open end of the chamber to an object to be processed (see FIG. 1). ). Since inductively coupled plasma has high energy, it has been conventionally used for analysis in which an analysis sample is heated and atomized or thermally excited. However, inductively coupled plasma, especially atmospheric pressure inductively coupled plasma, is more difficult to generate plasma and maintain stable plasma than plasma under vacuum. Each condition was limited. Therefore, conventionally, the atmospheric pressure inductively coupled plasma has been used for the purpose of analyzing by adding a small amount of analysis sample that does not affect the plasma.
しかし、本発明者らは、反応材料含有溶液を微細液滴状に霧化してプラズマに供給することにより、薄膜の成膜に必要となる比較的大量の反応材料含有溶液を供給しても、プラズマを維持することができることを確認し、さらに、その結果、被処理物上に薄膜を形成できることを見出し、本発明に至ったのである。大気圧誘導結合プラズマは、高密度(電子密度:1022m-3)かつ高温(電子温度:8500K以上、励起温度:10000K以上)であり(図5〜図7参照)、高い反応性を有するので、薄膜形成に有利である。さらに、大気圧下でのプラズマ処理は、低圧プラズマ処理よりも、減圧する必要がないので取扱いが容易であり、連続的な操作が可能である。このため、処理量を大きくできる利点がある。 However, the present inventors supply a relatively large amount of the reaction material-containing solution necessary for forming a thin film by atomizing the reaction material-containing solution into fine droplets and supplying it to the plasma. It was confirmed that plasma can be maintained, and as a result, it was found that a thin film can be formed on the object to be processed, and the present invention has been achieved. Atmospheric pressure inductively coupled plasma has high density (electron density: 10 22 m −3 ) and high temperature (electron temperature: 8500 K or higher, excitation temperature: 10000 K or higher) (see FIGS. 5 to 7), and has high reactivity. Therefore, it is advantageous for forming a thin film. Furthermore, the plasma treatment under atmospheric pressure does not need to be depressurized as compared with the low-pressure plasma treatment, so that it is easy to handle and can be operated continuously. For this reason, there is an advantage that the processing amount can be increased.
また、従来では、気体だけで反応材料を供給していたため、気化できない材料を使用することができず、材料の選択肢が限られており、毒性のあるものも使用しなければならなかった。これに対し、本発明では、反応材料の少なくとも一部を液体の状態で供給できるため、反応材料を様々な化合物として溶液に溶解させて目的とする所望の組成を有する薄膜を形成することができるのである。 Conventionally, since the reaction material is supplied only by gas, a material that cannot be vaporized cannot be used, the choice of materials is limited, and a toxic material has to be used. In contrast, in the present invention, since at least a part of the reaction material can be supplied in a liquid state, the reaction material can be dissolved in a solution as various compounds to form a thin film having a desired desired composition. It is.
本発明では大気圧誘導結合プラズマを使用する。大気圧誘導結合プラズマは、大気圧中で、プラズマ生成空間にプラズマガスを供給し、プラズマ生成空間の周囲に巻かれたコイルに高周波数の大電流を流すことによってプラズマを発生させる。プラズマ生成空間は、あらかじめ空気を高純度窒素等で置換していてもよい。プラズマ生成空間に供給されるプラズマガスは、エネルギーの付与によって電離するガスであればよく、例えば、ヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガス、キセノン(Xe)ガス又はネオン(Ne)ガス等の希ガス、水素ガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、空気又はこれらの混合ガスを使用することができる。特にプラズマの安定性からプラズマガスとしては希ガスを使用し、プラズマを発生した後、ミスト移送ガス又は反応性ガスとしてその他のガスを供給することが好ましい。 In the present invention, atmospheric pressure inductively coupled plasma is used. Atmospheric pressure inductively coupled plasma generates plasma by supplying a plasma gas to a plasma generation space at atmospheric pressure and flowing a high-frequency large current through a coil wound around the plasma generation space. In the plasma generation space, air may be substituted with high-purity nitrogen or the like in advance. The plasma gas supplied to the plasma generation space may be any gas that is ionized by application of energy, such as helium (He) gas, argon (Ar) gas, xenon (Xe) gas, or neon (Ne) gas. A rare gas, hydrogen gas, oxygen gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, air, or a mixed gas thereof can be used. In particular, it is preferable to use a rare gas as the plasma gas and supply other gases as the mist transfer gas or the reactive gas after the plasma is generated from the stability of the plasma.
本発明の薄膜形成方法では、単一の金属元素を含む薄膜のほかに、複数の金属元素を含む薄膜、及び、金属以外の有機物又は無機物の薄膜を形成してもよい。後述する表1に、単一の金属元素を含む薄膜を例示し、後述する表2に、複数の金属元素を含む薄膜を例示する。なお、単一の金属元素を含む薄膜及び複数の金属元素を含む薄膜には、不純物又は添加物として金属以外の成分が入っていてもよい。また、有機膜としては、有機高分子化合物、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、酸化セルロース、ポリスルフォンなどを含み、無機物としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素などを含む。 In the thin film formation method of the present invention, in addition to a thin film containing a single metal element, a thin film containing a plurality of metal elements and an organic or inorganic thin film other than a metal may be formed. Table 1 to be described later exemplifies a thin film containing a single metal element, and Table 2 to be described later exemplifies a thin film containing a plurality of metal elements. Note that the thin film containing a single metal element and the thin film containing a plurality of metal elements may contain components other than metals as impurities or additives. The organic film includes organic polymer compounds such as polyethylene, polypropylene, cellulose oxide, and polysulfone, and the inorganic material includes silicon oxide and silicon nitride.
反応材料は、目的とする所望の薄膜及び溶液の溶媒に応じて、金属、金属含有化合物(例えば、金属酸化物、金属塩化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属炭酸塩)、金属以外の有機物、無機物などから適宜選択することができる。金属含有化合物に関する反応材料については、後述する表1及び表2に例示している。また、無機物の薄膜を形成するための反応材料としては、例えば、TEOS(Tetraethyl orthosilicate:オルトケイ酸テトラエチル)等が使用できる。反応材料としては、薄膜の成分の少なくとも一つを有する元素又は化合物であり、反応材料含有溶液の溶媒に溶解する必要がある。例えば、ニッケル膜を形成する場合、塩化ニッケル(II)(NiCl2)や硝酸ニッケル(Ni(NO3)2)は水に溶けるので、水を溶媒として使用した反応材料含有溶液に利用可能であるが、酸化ニッケル(II)(NiO)は水にほとんど不溶であり、水を溶媒として使用した反応材料含有溶液について反応材料とすることはできない。しかし、酸化ニッケル(II)は酸に溶解するので、酸を溶媒として使用した反応材料含有溶液については反応材料として利用可能である。 The reaction material is metal, metal-containing compound (for example, metal oxide, metal chloride, metal hydroxide, metal sulfide, metal carbonate), other than metal, depending on the desired desired thin film and solution solvent It can be appropriately selected from organic materials and inorganic materials. The reaction materials related to the metal-containing compound are exemplified in Tables 1 and 2 described later. Moreover, as a reaction material for forming an inorganic thin film, for example, TEOS (Tetraethyl orthosilicate) or the like can be used. The reaction material is an element or compound having at least one of the components of the thin film, and needs to be dissolved in the solvent of the reaction material-containing solution. For example, when forming a nickel film, nickel chloride (II) (NiCl 2 ) and nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ) are soluble in water, and thus can be used for a reaction material-containing solution using water as a solvent. However, nickel (II) (NiO) is almost insoluble in water, and cannot be used as a reaction material for a reaction material-containing solution using water as a solvent. However, since nickel (II) oxide is dissolved in an acid, a reaction material-containing solution using an acid as a solvent can be used as a reaction material.
反応材料含有溶液を作成する場合、反応材料を溶解する溶媒としては、無極性溶媒、極性非プロトン性溶媒、極性プロトン性溶媒を適宜使用することができる。例えば、無極性溶媒としては、クロロホルム、ジエチルエーテル、トルエン、ヘキサン、ベンゼン、塩化メチレン、酢酸エチルなど、極性非プロトン性溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、アセトン、アセトニトリル、N,N-ジメチルホルムアミドなど、極性プロトン性溶媒としては、水、ギ酸、酢酸、エタノール、2-プロパノール、1−プロパノール、1-ブタノールなどがある。また、溶媒として、複数の溶媒を混合させて使用してもよい。また、アルデヒド基(−CHO)を含むアルデヒド類、例えば、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒドなどを含有させた水溶液も還元性の溶媒として使用することができる。 When preparing the reaction material-containing solution, a nonpolar solvent, a polar aprotic solvent, or a polar protic solvent can be appropriately used as a solvent for dissolving the reaction material. Examples of nonpolar solvents include chloroform, diethyl ether, toluene, hexane, benzene, methylene chloride, and ethyl acetate, and polar aprotic solvents include tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, acetone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, and the like. Examples of polar protic solvents include water, formic acid, acetic acid, ethanol, 2-propanol, 1-propanol, and 1-butanol. Moreover, you may use it, mixing a some solvent as a solvent. An aqueous solution containing an aldehyde containing an aldehyde group (—CHO), for example, acetaldehyde, formaldehyde or the like can also be used as the reducing solvent.
エタノールなどの有機溶媒を採用する場合、反応性ガスとして酸素ガスをプラズマ生成空間に供給し、大気圧誘導結合プラズマを酸化雰囲気に制御することが好ましい。この場合、酸化作用によりプラズマ生成空間中にエタノールに含まれる炭素が析出することを防止できるので、炭素の影響によってプラズマが消える虞が少なくなり、プラズマを安定的に維持することができる。酸素ガスの供給量は、0.5〜1L/min程度とすることが好ましい。 When an organic solvent such as ethanol is employed, it is preferable to supply oxygen gas as a reactive gas to the plasma generation space and control the atmospheric pressure inductively coupled plasma to an oxidizing atmosphere. In this case, it is possible to prevent the carbon contained in ethanol from being precipitated in the plasma generation space due to the oxidizing action, so that the possibility of the plasma disappearing due to the influence of carbon is reduced, and the plasma can be stably maintained. The supply amount of oxygen gas is preferably about 0.5 to 1 L / min.
反応材料含有溶液における反応材料の濃度としては、できるだけ高くすることが好ましく、飽和状態に近い方がさらに好ましい。このようにすると、薄膜の堆積速度が速くなるため、処理効率を向上させることができる。 The concentration of the reaction material in the reaction material-containing solution is preferably as high as possible, and more preferably close to saturation. In this way, the deposition rate of the thin film is increased, so that the processing efficiency can be improved.
反応材料含有溶液は、ミスト生成手段によって霧化されてミストを生成する。ミスト生成手段には、例えば、液体噴霧器(ネブライザー、アドマイザー、超音波噴霧器など)及び分級槽(スコットチャンバー、サイクロンチャンバーなど)によって構成することができる(一例として図2参照)。ミスト生成手段は、大気圧誘導結合プラズマが不安定とならないように、反応材料含有溶液を所定の粒径以下(50μm以下、好ましくは20μm以下)のミストとして生成可能に構成されることが好ましい。生成したミストは、ミスト移送ガスとともにプラズマ生成空間に導入される。ミスト中の反応材料の成分は、大気圧誘導結合プラズマ中での気相反応によって、所望の組成を有する薄膜を形成する。 The reaction material-containing solution is atomized by the mist generating means to generate mist. The mist generating means can be constituted by, for example, a liquid sprayer (nebulizer, atomizer, ultrasonic sprayer, etc.) and a classification tank (Scott chamber, cyclone chamber, etc.) (see FIG. 2 as an example). The mist generating means is preferably configured to be able to generate the reaction material-containing solution as a mist having a predetermined particle size or less (50 μm or less, preferably 20 μm or less) so that the atmospheric pressure inductively coupled plasma does not become unstable. The generated mist is introduced into the plasma generation space together with the mist transfer gas. The components of the reactive material in the mist form a thin film having a desired composition by a gas phase reaction in atmospheric pressure inductively coupled plasma.
ミスト移送ガスは、ミストをプラズマ生成空間まで移送する機能を有するガスであり、プラズマ生成空間中で、電離してプラズマを生成してもよいし、さらに電離したミスト移送ガスの成分の一部が反応材料と反応してもよい。例えば、ヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガス、キセノン(Xe)ガス又はネオン(Ne)ガスなどの希ガス、水素ガス、酸素ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス、空気又はこれらの混合ガスなどを使用することができる。 The mist transfer gas is a gas having a function of transferring the mist to the plasma generation space. In the plasma generation space, the mist transfer gas may be ionized to generate plasma, and further, a part of the components of the ionized mist transfer gas may be generated. You may react with the reaction material. For example, rare gas such as helium (He) gas, argon (Ar) gas, xenon (Xe) gas or neon (Ne) gas, hydrogen gas, oxygen gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, air, or a mixed gas thereof Can be used.
また、ミストの溶媒であった成分は、大気圧誘導結合プラズマ中で、酸化剤として作用するヒドロキシラジカル(OH)、酸素ラジカル(O)など、又は還元剤として作用する水素ラジカル(H)、COラジカルなどに電離されることから、ミストの溶媒を選択することにより、大気圧誘導結合プラズマの酸化還元雰囲気を制御することも可能である。 In addition, the component that was the solvent of the mist is, in atmospheric pressure inductively coupled plasma, a hydroxyl radical (OH), an oxygen radical (O) or the like that acts as an oxidizing agent, or a hydrogen radical (H) that acts as a reducing agent, CO Since it is ionized by radicals or the like, the oxidation-reduction atmosphere of atmospheric pressure inductively coupled plasma can be controlled by selecting a mist solvent.
さらに、プラズマ雰囲気中の酸化還元雰囲気を調整するため、又は薄膜を形成するための反応性ガスをプラズマ生成空間に導入してもよい。反応性ガスを供給することにより、ミストの成分を変更することなく、プラズマ雰囲気中の酸化還元雰囲気を調整することができる。反応性ガスとしては、プラズマによって酸化剤又は還元剤として作用するラジカルを発生させるものであり、例えば、クロロフルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボン、ペルフルオロカーボン、CF4若しくはC2F6等のハロゲン化炭素、SiH4、B2H6若しくはPH3等の半導体用ガス、清浄空気、乾燥空気、酸素、窒素、水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、ホルムアルデヒドガス、二酸化硫黄、硫化水素、ハロゲン、オゾン、SF6の1種からなるガス又は複数からなる混合ガスなどを使用することができる。なお、反応性ガスは、薄膜の成分の少なくとも一つを提供し、反応材料含有溶液のミストとともに薄膜を形成してもよい。例えば、反応性ガスに窒素ガスを採用した場合、窒素は、酸化還元雰囲気形成の点では寄与しないが、ミスト中の成分と反応性ガス中の窒素とを結合させることができ、窒化膜(例えば、窒化金属膜、窒化ケイ素膜など)を形成することができる。このほか、炭素、ケイ素などを含む反応性ガスを用いれば、プラズマ中での気相的な反応により、これらの炭素、ケイ素などの成分を含む膜(例えば、炭化金属膜、金属ケイ化物膜など)などを形成することもできる。 Further, a reactive gas for adjusting the oxidation-reduction atmosphere in the plasma atmosphere or for forming a thin film may be introduced into the plasma generation space. By supplying the reactive gas, the oxidation-reduction atmosphere in the plasma atmosphere can be adjusted without changing the components of the mist. The reactive gas is one that generates radicals acting as an oxidizing agent or a reducing agent by plasma. For example, chlorofluorocarbon, hydrofluorocarbon, perfluorocarbon, carbon halide such as CF 4 or C 2 F 6 , SiH 4, and the like. Gas for semiconductors such as B 2 H 6 or PH 3 , clean air, dry air, oxygen, nitrogen, hydrogen, water vapor, carbon monoxide, carbon dioxide, formaldehyde gas, sulfur dioxide, hydrogen sulfide, halogen, ozone, SF 6 A gas composed of one kind of the above or a mixed gas composed of a plurality of kinds of them can be used. The reactive gas may provide at least one of the components of the thin film and form the thin film together with the mist of the reaction material-containing solution. For example, when nitrogen gas is employed as the reactive gas, nitrogen does not contribute to the formation of an oxidation-reduction atmosphere, but the component in the mist and the nitrogen in the reactive gas can be combined to form a nitride film (for example, , Metal nitride film, silicon nitride film, etc.). In addition, if a reactive gas containing carbon, silicon or the like is used, a film containing a component such as carbon or silicon (for example, a metal carbide film, a metal silicide film, etc.) due to a gas phase reaction in plasma. ) Etc. can also be formed.
プラズマガス及びミスト移送ガスには同一の種類のガスを使用してもよいし、異なる種類のガスを使用してもよい。プラズマガス及びミスト移送ガスの少なくとも一方には、希ガスの代わりに、又は希ガスに加えて、反応性ガスを用いることもできる。反応性ガスを添加する場合、かかる反応性ガスの成分による酸化還元作用によって、大気圧誘導結合プラズマの雰囲気を制御することもできる。すなわち、本発明では、反応材料含有溶液のうちの溶媒の成分によって大気圧誘導プラズマの酸化還元雰囲気を制御することができるし、かかる溶媒の成分に加えて添加された反応性ガスによっても酸化還元雰囲気を制御することができる。 The same type of gas may be used as the plasma gas and the mist transfer gas, or different types of gas may be used. For at least one of the plasma gas and the mist transfer gas, a reactive gas may be used instead of or in addition to the rare gas. When the reactive gas is added, the atmosphere of the atmospheric pressure inductively coupled plasma can be controlled by the oxidation-reduction action by the components of the reactive gas. That is, in the present invention, the oxidation-reduction atmosphere of the atmospheric pressure induction plasma can be controlled by the solvent component of the reaction material-containing solution, and the oxidation-reduction can also be performed by the reactive gas added in addition to the solvent component. The atmosphere can be controlled.
本発明は、大気圧誘導プラズマの酸化還元雰囲気において、反応材料の少なくとも一部の成分と溶媒の少なくも一部の成分とを気相的に反応させたり、反応材料の少なくとも一部の成分と溶媒の少なくとも一部の成分とに加えて、反応性ガスの成分とを気相的に反応させたりして、反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜を被処理物上に形成することができる。 In the oxidation-reduction atmosphere of atmospheric pressure induction plasma, the present invention reacts at least a part of the reaction material with at least a part of the solvent in a gas phase, or at least a part of the reaction material In addition to at least a part of the components of the solvent, a reactive gas component may be reacted in a gas phase to form a thin film containing at least a part of the reactive material on the object to be processed. it can.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
[薄膜形成方法]
本発明の大気圧誘導結合プラズマを用いた薄膜形成方法は、具体的には、まず、プラズマガスをプラズマ生成空間に導入して、大気圧誘導結合プラズマを発生させる。プラズマガスには、希ガスを用いてもよいし、希ガスの代わりに又は希ガスに加えて、反応性ガスを用いてもよい。
[Thin film formation method]
Specifically, in the thin film formation method using the atmospheric pressure inductively coupled plasma of the present invention, first, a plasma gas is introduced into the plasma generation space to generate atmospheric pressure inductively coupled plasma. As the plasma gas, a rare gas may be used, or a reactive gas may be used instead of or in addition to the rare gas.
プラズマ生成空間は、実際にプラズマが生成される空間だけではなく、大気圧誘導結合プラズマを発生させることができるプラズマ発生装置のチャンバ内の空間及びチャンバの解放端から被処理物まで空間を含む領域である(図1参照)。被処理物は、特に限定されないが、例えば、半導体、ガラス、石英、金属、セラミック又は樹脂の基板、フィルムなどである。 The plasma generation space is not only a space where plasma is actually generated, but also a space in the chamber of a plasma generator capable of generating atmospheric pressure inductively coupled plasma and a region including the space from the open end of the chamber to the object to be processed. (See FIG. 1). The object to be processed is not particularly limited, and is, for example, a semiconductor, glass, quartz, metal, ceramic or resin substrate, film, or the like.
次いで、あらかじめ準備した反応材料含有溶液をミスト生成手段によって霧化してミストを生成し、生成したミストをミスト移送ガスとともにプラズマ生成空間に導入する。ミスト生成手段は、大気圧誘導結合プラズマが不安定とならないように、所定の粒径以下(50μm以下、好ましくは20μm以下)のミストを生成可能に構成されることが好ましい。例えば、ミスト生成手段として、ネブライザー及び分級槽によって構成することが好ましい(図2参照)。 Next, the reaction material-containing solution prepared in advance is atomized by the mist generating means to generate mist, and the generated mist is introduced into the plasma generation space together with the mist transfer gas. The mist generating means is preferably configured to be capable of generating mist having a predetermined particle size or less (50 μm or less, preferably 20 μm or less) so that the atmospheric pressure inductively coupled plasma does not become unstable. For example, the mist generating means is preferably constituted by a nebulizer and a classification tank (see FIG. 2).
ミスト移送ガスは、反応材料含有溶液のミストを移送したり、当該ミストを希釈したりするためのガスである。ミスト移送ガスは、プラズマ生成空間に導入されると、電離してプラズマを発生させるので、ミストの移送や希釈の点から見ればキャリアガスであるが、プラズマを発生させる点から見ればプラズマガスとなる。 The mist transfer gas is a gas for transferring the mist of the reaction material-containing solution or diluting the mist. When introduced into the plasma generation space, the mist transfer gas is ionized to generate plasma, so it is a carrier gas from the viewpoint of mist transfer and dilution, but from the point of generating plasma, Become.
ミスト移送ガスには、大気圧誘導結合プラズマ中での反応に影響しない希ガスを使用してもよいし、希ガスに代えて、大気圧誘導結合プラズマ中での気相的な反応に寄与する反応性ガスを使用してもよい。また、ミスト移送ガスには、希ガスと反応性ガスの混合ガスを使用してもよい。 As the mist transfer gas, a rare gas that does not affect the reaction in the atmospheric pressure inductively coupled plasma may be used, or instead of the rare gas, it contributes to the gas phase reaction in the atmospheric pressure inductively coupled plasma. A reactive gas may be used. Further, a mixed gas of a rare gas and a reactive gas may be used as the mist transfer gas.
ミスト移送ガスに、プラズマガスと同一の種類のガスを使用する場合、ミスト移送ガスをプラズマガスと同じ供給経路で供給してもよいし、別の供給経路で供給してもよい。ミスト移送ガスに、プラズマガスとは異なる種類のガスを使用する場合も、ミスト移送ガスをプラズマガスと同じ供給経路で供給してもよいし、別の供給経路で供給してもよい。この場合、はじめにプラズマガスだけを供給してプラズマを生成し、プラズマが安定した後に、ミスト移送ガスを供給すればよい。ミスト移送ガスに反応性ガスを用いれば、かかるミスト移送ガスも、溶液溶媒と同様に、大気圧誘導結合プラズマにおいて酸化剤又は還元剤として作用する各種ラジカルを生成するので、かかる酸化還元作用によって大気圧誘導結合プラズマの雰囲気を制御することができる。 When the same kind of gas as the plasma gas is used as the mist transfer gas, the mist transfer gas may be supplied through the same supply path as the plasma gas or may be supplied through a separate supply path. Even when a gas different from the plasma gas is used as the mist transfer gas, the mist transfer gas may be supplied through the same supply path as the plasma gas or may be supplied through a separate supply path. In this case, first, only the plasma gas is supplied to generate plasma, and after the plasma is stabilized, the mist transfer gas may be supplied. If a reactive gas is used as the mist transfer gas, the mist transfer gas, like the solution solvent, generates various radicals that act as an oxidant or a reducing agent in the atmospheric pressure inductively coupled plasma. The atmosphere of the atmospheric pressure inductively coupled plasma can be controlled.
次いで、大気圧誘導結合プラズマ中において反応材料の少なくとも一部の成分と、溶液の溶媒の少なくとも一部の成分を反応させる。ミスト移送ガスに反応性ガスを用いた場合は、大気圧誘導結合プラズマ中において反応材料の少なくとも一部の成分と、ミスト移送ガスの少なくとも一部の成分とを反応させることもできる。そして、プラズマ生成空間に接する被処理物に、反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜が形成される。表1は、目的とする1種類の金属元素を含む薄膜と、その薄膜を形成するための反応材料との組み合わせの例である。表1は、左から、金属元素名、薄膜の組成、薄膜の用途例、溶媒を水とした時の利用可能な反応材料の例を示している。 Next, at least a part of the reaction material and at least a part of the solvent of the solution are reacted in the atmospheric pressure inductively coupled plasma. When a reactive gas is used as the mist transfer gas, at least a part of the reaction material can be reacted with at least a part of the mist transfer gas in the atmospheric pressure inductively coupled plasma. Then, a thin film containing at least a part of the components of the reaction material is formed on the object to be processed that is in contact with the plasma generation space. Table 1 shows an example of a combination of a target thin film containing one type of metal element and a reaction material for forming the thin film. Table 1 shows, from the left, the names of metal elements, the composition of the thin film, the application examples of the thin film, and examples of the reaction materials that can be used when the solvent is water.
表2は、目的とする2種類以上の金属元素を含む薄膜と、その薄膜を形成するための反応材料との組み合わせの例である。表2は、左から、金属元素名、薄膜の名称又は組成、薄膜の用途例、溶媒を水とした時の利用可能な反応材料の例を示している。 Table 2 shows an example of a combination of a target thin film containing two or more kinds of metal elements and a reaction material for forming the thin film. Table 2 shows, from the left, the name of the metal element, the name or composition of the thin film, the application example of the thin film, and examples of reactive materials that can be used when the solvent is water.
以上説明したとおり、本発明によれば、種々の反応材料を含有する溶液のミストを用いることが可能性であり、目的とする所望の組成を有する各種の薄膜を容易にかつ高速に形成することができる。本発明によれば、被処理物の種類は特に限定させず、金属基板だけでなく、例えば、ガラス基板、樹脂基板や、フィルム状の各種基板などにも所望の組成を有する薄膜を形成することができる。また、反応材料含有溶液の溶媒や、反応性ガスを適宜選択することにより、大気圧誘導結合プラズマの酸化還元雰囲気を制御することができる。反応材料も適宜選択可能であり、形成可能な薄膜は、1種類の金属元素を含むものに限られず、複数の種類の金属元素を含むこともできる。反応材料、溶媒、反応性ガスを適宜選択することによって、金属含有の薄膜だけでなく、非金属、有機物、又は無機物を含む薄膜を形成することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to use a mist of a solution containing various reactive materials, and various thin films having a desired composition can be easily and rapidly formed. Can do. According to the present invention, the type of the object to be processed is not particularly limited, and a thin film having a desired composition is formed not only on a metal substrate but also on, for example, a glass substrate, a resin substrate, and various film-like substrates. Can do. Moreover, the oxidation-reduction atmosphere of the atmospheric pressure inductively coupled plasma can be controlled by appropriately selecting the solvent of the reaction material-containing solution and the reactive gas. The reaction material can also be selected as appropriate, and the thin film that can be formed is not limited to one containing one type of metal element, but can also contain a plurality of types of metal elements. By appropriately selecting a reaction material, a solvent, and a reactive gas, not only a metal-containing thin film but also a thin film containing a nonmetal, an organic substance, or an inorganic substance can be formed.
[プラズマ処理装置の概略構成]
図1は、本発明の大気圧誘導結合プラズマを用いた薄膜形成方法を実施するためのプラズマ処理装置(薄膜形成装置)1の概略構成図である。本プラズマ処理装置1は、少なくとも、ミスト生成手段2、プラズマ生成室4、及びプラズマ生成手段5を備え、ガス供給源3及び液槽6に接続する。
[Schematic configuration of plasma processing equipment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus (thin film forming apparatus) 1 for carrying out a thin film forming method using atmospheric pressure inductively coupled plasma of the present invention. The plasma processing apparatus 1 includes at least a mist generation unit 2, a plasma generation chamber 4, and a plasma generation unit 5, and is connected to a gas supply source 3 and a liquid tank 6.
ガス供給源3は、少なくともプラズマガス31及びミスト移送ガス32を供給する。図1では、プラズマガス31は、ミスト移送ガス32とは別々の供給経路でプラズマ生成室4に供給されているが、プラズマガス31をミスト移送ガス32として使用することもできる。プラズマガス31及びミスト移送ガス32には、同一の種類のガスを用いてもよいし、それぞれ異なる種類のガスを用いてもよい。例えば、プラズマガス31に希ガスを用い、ミスト移送ガス32に反応性ガスを用いてもよい。 The gas supply source 3 supplies at least a plasma gas 31 and a mist transfer gas 32. In FIG. 1, the plasma gas 31 is supplied to the plasma generation chamber 4 through a supply path different from the mist transfer gas 32, but the plasma gas 31 can also be used as the mist transfer gas 32. As the plasma gas 31 and the mist transfer gas 32, the same type of gas may be used, or different types of gases may be used. For example, a rare gas may be used for the plasma gas 31 and a reactive gas may be used for the mist transfer gas 32.
また、ガス供給源は、必要に応じて冷却ガス33を供給してもよい。冷却ガス33は、プラズマ生成室4の周囲を冷却するためのガスであり、窒素ガスを用いることが好ましい。冷却ガス33の代わりに、冷却液体を使用することもできるが、ミスト移送ガス32として使用する場合は、冷却液体ではなく、冷却ガス33を使用する。また、冷却媒体として、反応性ガスまたは反応溶液を使用することもできる。反応溶液とは、プラズマが照射されることによって反応し、形成される薄膜と反応するものである。例えば、反応溶液としては、クロロホルム、ジエチルエーテル、トルエン、ヘキサン、ベンゼン、塩化メチレン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、アセトン、アセトニトリル、N,N-ジメチルホルムアミド、水、ギ酸、酢酸、エタノール、2-プロパノール、1−プロパノール、1-ブタノール、アルカリ、過酸化水素水、オゾン水、水素水などを使用することができる。反応溶液を使用した例としては、形成された薄膜表面に反応溶液として、酸、過酸化水素水、オゾン水などを供給することで、表面を酸化させたり、反応溶液として、水素水を供給することで、表面を水素で終端したりすることができる。 Further, the gas supply source may supply the cooling gas 33 as necessary. The cooling gas 33 is a gas for cooling the periphery of the plasma generation chamber 4, and nitrogen gas is preferably used. Although a cooling liquid can be used instead of the cooling gas 33, when using as the mist transfer gas 32, the cooling gas 33 is used instead of the cooling liquid. Also, a reactive gas or a reaction solution can be used as the cooling medium. The reaction solution reacts when irradiated with plasma and reacts with the formed thin film. For example, the reaction solution includes chloroform, diethyl ether, toluene, hexane, benzene, methylene chloride, ethyl acetate, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, acetone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, water, formic acid, acetic acid, ethanol, 2- Propanol, 1-propanol, 1-butanol, alkali, hydrogen peroxide solution, ozone water, hydrogen water and the like can be used. As an example of using a reaction solution, acid, hydrogen peroxide solution, ozone water or the like is supplied as a reaction solution to the surface of the formed thin film to oxidize the surface, or hydrogen water is supplied as a reaction solution. Thus, the surface can be terminated with hydrogen.
液槽6は、目的の薄膜を形成するための反応材料61を溶媒62に溶解させた溶液63を貯留する槽である。反応材料含有溶液63は、ミスト生成手段2に供給される。 The liquid tank 6 is a tank for storing a solution 63 obtained by dissolving a reaction material 61 for forming a target thin film in a solvent 62. The reaction material-containing solution 63 is supplied to the mist generating means 2.
図2は、ミスト生成手段2の概略構成図である。ミスト生成手段2は、特に限定されないが、例えば、液体噴霧器(ネブライザー)22及び分級槽(スコットチャンバー)24によって構成することができる。液槽6から供給される反応材料含有溶液63は、液体噴霧器22に導入されると、他の導入口から導入されたミスト移送ガス32の圧力を受けて噴射口からミストとして分級槽24内に噴射される。分級槽24内では、ミストはその粒径に応じて分離し、所定の粒径以下のミスト64はプラズマ生成室4に供給され、所定の粒径より大きいミスト65は排出される。所定の粒径は、50μm以下とすることが好ましく、20μm以下とすることがさらに好ましい。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the mist generating means 2. Although the mist production | generation means 2 is not specifically limited, For example, it can be comprised with the liquid sprayer (nebulizer) 22 and the classification tank (Scott chamber) 24. FIG. When the reaction material-containing solution 63 supplied from the liquid tank 6 is introduced into the liquid sprayer 22, it receives the pressure of the mist transfer gas 32 introduced from the other inlet and enters the classification tank 24 as mist from the injection port. Be injected. In the classification tank 24, the mist is separated according to the particle size, mist 64 having a predetermined particle size or less is supplied to the plasma generation chamber 4, and mist 65 having a larger particle size is discharged. The predetermined particle size is preferably 50 μm or less, and more preferably 20 μm or less.
再び図1を参照して、プラズマ生成手段5(51、52、53)は、プラズマ生成室4に導入されたプラズマガス31に電磁場のエネルギーを与え、プラズマ生成室4の内部空間を含むプラズマ生成空間40に大気圧誘導結合プラズマ10を発生させる。プラズマ生成手段5は、具体的には、プラズマガス31にエネルギーを与える高周波コイル51、高周波コイル51への電力を調整するマッチングボックス52、高周波電力を高周波コイル51に供給する電源53、及び冷却ユニット(図示省略)などから構成される。 Referring again to FIG. 1, the plasma generation means 5 (51, 52, 53) applies electromagnetic field energy to the plasma gas 31 introduced into the plasma generation chamber 4, and generates plasma including the internal space of the plasma generation chamber 4. An atmospheric pressure inductively coupled plasma 10 is generated in the space 40. Specifically, the plasma generation means 5 includes a high-frequency coil 51 that supplies energy to the plasma gas 31, a matching box 52 that adjusts power to the high-frequency coil 51, a power supply 53 that supplies high-frequency power to the high-frequency coil 51, and a cooling unit. (Not shown).
プラズマ生成室4は、筒状、特に好ましくは円筒状をしており、プラズマガス導入口41、ミスト導入口42及びプラズマ出口43を有している。プラズマ出口43から所定の距離に被処理物8が配置される。所定の距離とは、装置の構成にもよるが、例えば、5〜30mm程度に設定することができる。プラズマガス31は、プラズマガス導入口41に導入され、プラズマを安定に維持するために、円筒状のプラズマ生成室4の内壁に沿って渦巻状に進む旋回流としてプラズマ生成室4内に流れ込むことが好ましい。このような旋回流とすることで、プラズマ生成室4の中心付近に発生するプラズマに対して、直接プラズマガス31を導入するのではなく、プラズマの周囲からプラズマガス31を供給するため、プラズマを安定に維持することができる。プラズマガス31は、プラズマ生成手段5によって付加されたエネルギーによって電離し、プラズマ10を発生する。ミスト64は、ミスト移送ガス32とともにミスト導入口42に導入され、直線流でプラズマ生成室4内に流れ込むことが好ましい。ミスト64及びミスト移送ガス32も、プラズマ10に接触すると、電離してプラズマ10の一部となる。 The plasma generation chamber 4 has a cylindrical shape, particularly preferably a cylindrical shape, and includes a plasma gas inlet 41, a mist inlet 42 and a plasma outlet 43. The workpiece 8 is disposed at a predetermined distance from the plasma outlet 43. Although the predetermined distance depends on the configuration of the apparatus, it can be set to about 5 to 30 mm, for example. The plasma gas 31 is introduced into the plasma gas inlet 41 and flows into the plasma generation chamber 4 as a swirling flow that advances spirally along the inner wall of the cylindrical plasma generation chamber 4 in order to stably maintain the plasma. Is preferred. By using such a swirl flow, the plasma gas 31 is not directly introduced into the plasma generated near the center of the plasma generation chamber 4, but is supplied from the periphery of the plasma. It can be kept stable. The plasma gas 31 is ionized by the energy added by the plasma generating means 5 to generate the plasma 10. It is preferable that the mist 64 is introduced into the mist inlet 42 together with the mist transfer gas 32 and flows into the plasma generation chamber 4 by a linear flow. When the mist 64 and the mist transfer gas 32 come into contact with the plasma 10, they are ionized and become part of the plasma 10.
プラズマ生成室4は、プラズマ生成空間40の一部を内包する。なお、プラズマ生成空間40は、プラズマ生成室4のプラズマ出口43から被処理物8までの空間を含むものとする。プラズマ生成室4は、大気圧誘導結合プラズマをそのプラズマ生成空間に維持できればよく、特に限定されないが、例えば、プラズマトーチを使用することができる
また、プラズマ生成室4には、プラズマ生成室4を冷却するための冷却手段を設けることが好ましい。冷却手段としては、例えば、プラズマ生成室4の外殻44と内殻45との間隙に接続する冷却ガス導入口46を介して、冷却ガス33を導入し、かかる冷却ガス33を冷却ガス噴射口47から噴射する構成としてもよい。冷却ガス導入口46から導入された冷却ガス33は、プラズマ生成室4を冷却し、さらに冷却ガス噴射口47からプラズマ10の周囲を覆うように噴射する。この周囲を覆う冷却ガス33によって、プラズマ中に外気などが混入し難くなり、プラズマが安定的に維持されるとともに、外気の影響による不純物が薄膜に混ざることを防止する。また、プラズマ生成室4の周囲に冷却媒体(ガス又は液体)を流す配管を設けてもよいし、プラズマ生成手段5のコイル51を中空の導電性材料によって形成し、コイル内に冷却媒体(ガス又は液体)を流動させる構成としてもよい。
The plasma generation chamber 4 contains a part of the plasma generation space 40. The plasma generation space 40 includes a space from the plasma outlet 43 of the plasma generation chamber 4 to the workpiece 8. The plasma generation chamber 4 is not particularly limited as long as the atmospheric pressure inductively coupled plasma can be maintained in the plasma generation space. For example, a plasma torch can be used. The plasma generation chamber 4 includes the plasma generation chamber 4. It is preferable to provide a cooling means for cooling. As the cooling means, for example, the cooling gas 33 is introduced through the cooling gas inlet 46 connected to the gap between the outer shell 44 and the inner shell 45 of the plasma generation chamber 4, and the cooling gas 33 is supplied to the cooling gas injection port. It is good also as a structure injected from 47. The cooling gas 33 introduced from the cooling gas introduction port 46 cools the plasma generation chamber 4 and is further injected from the cooling gas injection port 47 so as to cover the periphery of the plasma 10. The cooling gas 33 covering the surroundings makes it difficult for outside air or the like to be mixed into the plasma, so that the plasma is stably maintained and impurities due to the influence of outside air are prevented from being mixed into the thin film. Further, a pipe for flowing a cooling medium (gas or liquid) around the plasma generating chamber 4 may be provided, or the coil 51 of the plasma generating means 5 is formed of a hollow conductive material, and the cooling medium (gas) is formed in the coil. Alternatively, the liquid may be flowed.
ところで、真空状態に比べて、大気圧中でプラズマを発生させることは一般的に難しく、誘導結合プラズマを大気圧中で発生させるためには、高融点導線などの点火手段をプラズマ生成空間に設けることが必要である。しかしながら、プラズマ生成空間に高融点導線などを設けると、必然的に、プラズマ中にこれらの成分が不純物として混入してしまい、所望の組成を有する薄膜を精度よく形成することが困難になる。そこで、本実施形態では、低温プラズマを生成可能な適当な無電極放電手段(例えば、誘電体バリア放電によるプラズマ発生装置など、図示省略)をプラズマ生成室の外部(上流側)に設け、この低温プラズマを点火手段としてプラズマ生成室に導入し、プラズマガスと接触させて大気圧誘導結合プラズマを発生させることが好ましい。このように高融点導線などをプラズマ生成空間に含まない構成とすれば、不純物が混入する可能性が低くなるので好ましい。大気圧誘導結合プラズマが安定的に維持された後は、低温プラズマの導入を停止すればよい。 By the way, it is generally difficult to generate plasma at atmospheric pressure as compared with a vacuum state. In order to generate inductively coupled plasma at atmospheric pressure, ignition means such as a high melting point conductor is provided in the plasma generation space. It is necessary. However, if a high melting point conducting wire or the like is provided in the plasma generation space, these components are inevitably mixed into the plasma as impurities, making it difficult to accurately form a thin film having a desired composition. Therefore, in the present embodiment, an appropriate electrodeless discharge means (for example, a plasma generator using a dielectric barrier discharge, not shown) capable of generating low temperature plasma is provided outside (upstream side) of the plasma generation chamber. It is preferable that plasma is introduced into the plasma generation chamber as an ignition means and is brought into contact with the plasma gas to generate atmospheric pressure inductively coupled plasma. Thus, it is preferable to use a structure that does not include a high-melting-point conductor or the like in the plasma generation space because the possibility of impurities being mixed is reduced. After the atmospheric pressure inductively coupled plasma is stably maintained, the introduction of the low temperature plasma may be stopped.
なお、図1では、ミスト64をミスト移送ガス32とともにミスト導入口42からプラズマ生成室4内に導入する例について図示しているが、本発明はこれに限定されない。ミスト64は、プラズマガス31とともにプラズマガス導入口41を介してプラズマ生成空間に供給することもできるし、冷却ガス33とともに導入し、冷却ガス噴射口47を介してプラズマ生成空間に供給することもできる。 Although FIG. 1 illustrates an example in which the mist 64 is introduced into the plasma generation chamber 4 from the mist introduction port 42 together with the mist transfer gas 32, the present invention is not limited to this. The mist 64 can be supplied together with the plasma gas 31 to the plasma generation space via the plasma gas introduction port 41, or can be introduced together with the cooling gas 33 and supplied to the plasma generation space via the cooling gas injection port 47. it can.
図3は、プラズマ生成室へのミスト導入の例である。図3(A)は、ミスト64をミスト移送ガス32とともにミスト導入口42からプラズマ生成空間40に供給する例である。プラズマガス41は、プラズマガス導入口41からプラズマ生成空間40に供給され、大気圧誘導結合プラズマ10を発生させる。冷却ガス33は、冷却ガス導入口46からプラズマ生成空間40の周囲に供給され、冷却ガス噴射口47から噴射され、外気を遮断する。なお、冷却ガス導入口46から、冷却ガスに代えて冷却液体を供給し、冷却液体によるカーテンでプラズマ生成空間40を外気から遮断してもよい。この際、冷却液体として、反応溶液を使用することで、薄膜の特性を変化させることもできる。 FIG. 3 is an example of mist introduction into the plasma generation chamber. FIG. 3A shows an example in which the mist 64 is supplied to the plasma generation space 40 from the mist inlet 42 together with the mist transfer gas 32. The plasma gas 41 is supplied from the plasma gas inlet 41 to the plasma generation space 40 and generates atmospheric pressure inductively coupled plasma 10. The cooling gas 33 is supplied from the cooling gas introduction port 46 to the periphery of the plasma generation space 40 and is injected from the cooling gas injection port 47 to block outside air. Alternatively, a cooling liquid may be supplied from the cooling gas inlet 46 instead of the cooling gas, and the plasma generation space 40 may be blocked from the outside air by a curtain made of the cooling liquid. Under the present circumstances, the characteristic of a thin film can also be changed by using a reaction solution as a cooling liquid.
図3(B)は、ミスト64をプラズマガス31とともにプラズマガス導入口41からプラズマ生成空間40に供給する例である。この場合、ミスト導入口41は使用しておらず、プラズマガス31が、ミスト移送ガス32としても機能している。図3(B)の供給例は、図3(A)の供給例と薄膜形成の点では効果に相違がないが、いずれの導入口からミストを供給するかは、目的、装置の構成に応じて、適宜選択してよい。 FIG. 3B shows an example in which the mist 64 is supplied to the plasma generation space 40 from the plasma gas inlet 41 together with the plasma gas 31. In this case, the mist inlet 41 is not used, and the plasma gas 31 also functions as the mist transfer gas 32. The supply example in FIG. 3 (B) is not different from the supply example in FIG. 3 (A) in terms of thin film formation, but the introduction port from which the mist is supplied depends on the purpose and the configuration of the apparatus. And may be selected as appropriate.
図3(C)は、ミスト64を冷却ガス33とともに冷却ガス導入口46からプラズマ生成空間40の周囲に供給する例である。この場合、冷却ガス33はミスト移送ガス32としても機能している。ミスト64は、冷却ガス噴射口47から噴射され、プラズマ出口43の近傍で大気圧誘導結合プラズマ10と接触する。図3(C)の場合でも、いわゆるサヤ効果によって、被処理物8に薄膜を形成することができる。図3(C)の供給例の場合、プラズマ中に直接的にミストを導入する図3(A)(B)の場合に比べて気相での反応性が乏しいが、緩やかな反応が必要な場合には好ましい。 FIG. 3C shows an example in which the mist 64 is supplied from the cooling gas inlet 46 together with the cooling gas 33 to the periphery of the plasma generation space 40. In this case, the cooling gas 33 also functions as the mist transfer gas 32. The mist 64 is injected from the cooling gas injection port 47 and contacts the atmospheric pressure inductively coupled plasma 10 in the vicinity of the plasma outlet 43. Even in the case of FIG. 3C, a thin film can be formed on the workpiece 8 by the so-called Saya effect. In the case of the supply example in FIG. 3C, the reactivity in the gas phase is poorer than in the case of FIGS. 3A and 3B in which mist is directly introduced into the plasma, but a mild reaction is required. It is preferable in some cases.
以上説明したとおり、本実施形態のプラズマ処理装置1によれば、プラズマ生成室4(プラズマ生成空間40)において反応材料61の少なくとも一部の成分と、溶液溶媒62の少なくとも一部の成分とを反応させることによって、プラズマ出口43に近接する被処理物8に、反応材料61の少なくとも一部の成分を含む薄膜20を形成することができる。さらに、反応性ガスを添加すれば、反応材料の少なくとも一部の成分と反応性ガスの一部の成分とを反応させることによって、プラズマ出口43に近接する被処理物8に、反応材料61の少なくとも一部の成分に加えて反応性ガスの一部の成分を含む薄膜20を形成することができる。 As described above, according to the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, at least a part of the reaction material 61 and at least a part of the solution solvent 62 in the plasma generation chamber 4 (plasma generation space 40). By reacting, the thin film 20 including at least a part of the components of the reaction material 61 can be formed on the workpiece 8 adjacent to the plasma outlet 43. Furthermore, if reactive gas is added, at least a part of the reactive material and a part of the reactive gas are reacted with each other, so that the reaction material 61 is brought close to the workpiece 8 close to the plasma outlet 43. The thin film 20 including a part of the reactive gas in addition to at least a part of the component can be formed.
以上説明したとおり、本発明の実施形態では、大気圧下の誘導結合プラズマを用いるので、低コストで簡易な構成である薄膜形成のためのプラズマ処理装置を提供することができる。反応材料含有溶液のミストの粒径を比較的小さくすることによって、ミストと接触する大気圧誘導結合プラズマを安定的に維持することができる。 As described above, in the embodiments of the present invention, since inductively coupled plasma is used under atmospheric pressure, it is possible to provide a plasma processing apparatus for forming a thin film having a simple configuration at low cost. By making the particle size of the mist of the reaction material-containing solution relatively small, the atmospheric pressure inductively coupled plasma in contact with the mist can be stably maintained.
[実施例]
以下、本発明の薄膜形成方法についての各種の実施例を説明する。
図4は、プラズマ処理装置の実施例の概略構成図である。本例のプラズマ処理装置1は、大気圧誘導結合プラズマ生成室4、及びプラズマ生成手段5(51、53)を含む大気圧流通式反応装置であり、ミスト生成手段2、ガス供給源(図示省略)を備える。大気圧誘導結合プラズマ生成室4は、円筒状の石英トーチによって構成される。高周波電源53は、石英トーチ外周に設けられた誘導コイル51に40.68MHzの高周波電力を付与することができる。
[Example]
Hereinafter, various examples of the thin film forming method of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus 1 of this example is an atmospheric pressure flow type reaction apparatus including an atmospheric pressure inductively coupled plasma generation chamber 4 and plasma generation means 5 (51, 53), and includes a mist generation means 2, a gas supply source (not shown). ). The atmospheric pressure inductively coupled plasma generation chamber 4 is constituted by a cylindrical quartz torch. The high frequency power supply 53 can apply high frequency power of 40.68 MHz to the induction coil 51 provided on the outer periphery of the quartz torch.
プラズマガス31Aにはアルゴンガスを用い、プラズマ生成室4のプラズマガス導入口41に導入した。必要に応じて反応性ガス31Bとして水素ガスを用い、プラズマガス導入口41に導入した。ミスト移送ガス32にはアルゴンガスを用い、ミスト64とともにミスト導入口42に導入した。さらに、ミスト導入口42の上流側には点火手段である無電極放電手段として、誘電体バリア放電によるプラズマ発生装置が設けられており、プラズマ生成空間に大気圧で低温プラズマを供給しプラズマを点火させることが可能である。冷却ガス33には窒素ガスを用い、冷却ガス導入口46に導入した。また、プラズマ出口43から噴射させる大気圧誘導結合プラズマの発光スペクトルを、分析手段9(浜松ホトニクス社製マルチチャンネルフォトアナライザー、形式PMA−11(C7473−36))によって測定した。 Argon gas was used as the plasma gas 31 </ b> A and introduced into the plasma gas inlet 41 of the plasma generation chamber 4. Hydrogen gas was used as the reactive gas 31B as necessary, and was introduced into the plasma gas inlet 41. Argon gas was used as the mist transfer gas 32 and introduced into the mist inlet 42 together with the mist 64. Further, a plasma generator by dielectric barrier discharge is provided as an electrodeless discharge means that is an ignition means upstream of the mist inlet 42, and low temperature plasma is supplied to the plasma generation space at atmospheric pressure to ignite the plasma. It is possible to make it. Nitrogen gas was used as the cooling gas 33 and introduced into the cooling gas inlet 46. Moreover, the emission spectrum of the atmospheric pressure inductively coupled plasma injected from the plasma outlet 43 was measured by the analyzing means 9 (Hamamatsu Photonics multi-channel photo analyzer, type PMA-11 (C7473-36)).
はじめに、図4に示す装置において、ミストを供給しない場合のプラズマの状態を分析した。本実施例では、アルゴンガス31Aの供給量を14L/minとし、水素ガス31Bの供給量を0.42L/minとし、供給電力(40.68MHz)を1000又は1500Wとして、ミスト導入口42の上流側に設けられた誘電体バリア放電によるプラズマ発生装置からのアルゴンを用いたプラズマジェットをプラズマトーチ内に供給することによって、アルゴン/水素の大気圧誘導結合プラズマを発生させた。なお、アルゴンを用いたプラズマジェットは単なる一例であって、ヘリウムなど他のプラズマガスを用いたプラズマジェットを採用してもよい。 First, in the apparatus shown in FIG. 4, the state of plasma when mist was not supplied was analyzed. In this embodiment, the supply amount of the argon gas 31A is 14 L / min, the supply amount of the hydrogen gas 31B is 0.42 L / min, the supply power (40.68 MHz) is 1000 or 1500 W, and the upstream of the mist inlet 42. An argon / hydrogen atmospheric pressure inductively coupled plasma was generated by supplying a plasma jet using argon from a plasma generating device with dielectric barrier discharge provided on the side into the plasma torch. Note that the plasma jet using argon is merely an example, and a plasma jet using another plasma gas such as helium may be employed.
図5及び図6は、それぞれ、プラズマトーチに発生したプラズマにおけるプラズマ密度及び電子温度の実測値である。図5及び図6に示すとおり、供給電力1000Wにおいて電子密度2.02×1022/m3、電子温度8868K、供給電力1500Wにおいて電子密度1.82×1022/m3、電子温度10032Kの高密度かつ高温のプラズマを得ることができた。図7は、アルゴンガス31Aのみを14L/minで供給し、供給電力400〜1000Wでプラズマを発生させたときのアルゴンプラズマの励起温度の実測値である。図7に示すとおり、アルゴンプラズマの励起温度は、いずれの供給電力においても10000K以上であった。次いで、ミストをプラズマへ安定的に供給する方法について検討した。 5 and 6 are measured values of plasma density and electron temperature in plasma generated in the plasma torch, respectively. As shown in FIGS. 5 and 6, an electron density of 2.02 × 10 22 / m 3 at an electric power supply of 1000 W, an electron temperature of 8868 K, an electron density of 1.82 × 10 22 / m 3 at an electric power of 1500 W, and an electron temperature of 10032 K are high. A high density and high temperature plasma could be obtained. FIG. 7 shows measured values of the excitation temperature of argon plasma when only argon gas 31A is supplied at 14 L / min and plasma is generated at a supply power of 400 to 1000 W. As shown in FIG. 7, the excitation temperature of the argon plasma was 10000 K or higher at any supply power. Next, a method for stably supplying mist to plasma was studied.
[ミスト生成手段の選択実験]
まず、最適なミスト生成手段について実験を行った。ミスト生成手段として、エアフォグアドマイザー、超音波霧化器、飽和水蒸気発生器、ネブライザー、及びネブライザーと分級槽との組み合わせを使用し、各ミスト生成手段において、水、粘性のない有機物含有溶液、粘性のある有機物含有溶液、金属塩含有水溶液を使用して、ミスト生成の可否を検討した。図8は、ミスト生成手段の選択実験の結果であり、ミスト生成手段毎のミスト生成の可否を示す図である。図中の○印の評価は、ミストが生成できたことを示し、図中の△印の評価は、ミストが条件付で生成できたことを示す。
[Selection experiment of mist generation means]
First, an experiment was conducted on an optimum mist generating means. Air fog atomizer, ultrasonic atomizer, saturated steam generator, nebulizer, and combination of nebulizer and classification tank are used as mist generating means. Using an organic substance-containing solution and a metal salt-containing aqueous solution, the possibility of mist generation was examined. FIG. 8 shows the result of the selection experiment of the mist generating means, and is a diagram showing whether mist generation is possible for each mist generating means. Evaluation with a circle in the figure indicates that the mist has been generated, and evaluation with a triangle in the figure indicates that the mist has been generated conditionally.
図8に示すように、ミスト生成手段にいずれの手段を使用した場合でも、ただの水であれば、ミストを生成することができた。エアフォグアドマイザーを使用した場合、金属塩水溶液を噴霧すると、一時的にはミストを生成することができるが、一定時間以上使用し続けると、ノズルが詰まる可能性があり連続的な使用ができなかった。また、超音波霧化器を使用した場合、粘性のある有機物含有溶液及び金属塩水溶液を噴霧すると、十分なミストが発生せず、ミスト供給量が不安定であった。飽和水蒸気発生器は、溶媒(水)のみの蒸気を発生させるものであり、反応材料を含む蒸気を生成することはできないので、図中、「−」印で示した。 As shown in FIG. 8, when any means is used as the mist generating means, mist can be generated with only water. When using an air fog atomizer, spraying a metal salt aqueous solution can temporarily generate mist, but if it is used for a certain period of time, the nozzle may clog and cannot be used continuously. It was. Further, when an ultrasonic atomizer was used, when a viscous organic substance-containing solution and a metal salt aqueous solution were sprayed, sufficient mist was not generated, and the mist supply amount was unstable. The saturated water vapor generator generates only the solvent (water) vapor, and cannot generate the vapor containing the reaction material.
さらに、上記各ミスト発生手段を用いて生成したミストを大気圧誘導結合プラズマへ供給する実験を行った。大気圧誘導結合プラズマは、アルゴンガス31Aの供給量を14L/min、供給電力(周波数40.68MHz)を1000Wとして発生させたものであり、かかる大気圧誘導結合プラズマに、各ミスト生成手段によって発生させたミストを1L/minミスト移送ガス(アルゴンガス)で供給し、溶液(水、粘性のない有機物含有溶液、粘性のある有機物含有溶液、金属塩含有水溶液のいずれか)を3.15mL/minで供給した(図10の条件7と同じ)。 Furthermore, an experiment was conducted in which mist generated using each of the mist generating means was supplied to atmospheric pressure inductively coupled plasma. The atmospheric pressure inductively coupled plasma is generated with an argon gas 31A supply rate of 14 L / min and a supply power (frequency of 40.68 MHz) of 1000 W. The atmospheric pressure inductively coupled plasma is generated by each mist generating means. The supplied mist is supplied with 1 L / min mist transfer gas (argon gas), and a solution (water, non-viscous organic substance-containing solution, viscous organic substance-containing solution, or metal salt-containing aqueous solution) is 3.15 mL / min. (Same as condition 7 in FIG. 10).
その結果、飽和水蒸気発生器の水、及びネブライザー単体の各溶液のミストを使用した場合、ミスト粒径が大きいため(〜100μm)、プラズマにミストを供給するとプラズマが消滅してしまった。エアフォグアドマイザーの水、粘性のない有機物含有溶液又は粘性のある有機物含有溶液を使用した場合は、プラズマは安定であった。また、超音波霧化器を使用した場合、水又は粘性のない有機物含有溶液に限ればプラズマが安定していた。ネブライザーと分級槽との組み合わせを使用した場合、いずれの溶液であっても、プラズマを安定的に維持することができた。 As a result, when the water mist of the saturated steam generator and the mist of each solution of the nebulizer alone were used, the plasma disappeared when the mist was supplied to the plasma because the mist particle size was large (˜100 μm). The plasma was stable when using air fog atomizer water, non-viscous organic-containing solution or viscous organic-containing solution. In addition, when an ultrasonic atomizer was used, the plasma was stable if it was limited to water or a non-viscous organic substance-containing solution. When a combination of a nebulizer and a classification tank was used, the plasma could be stably maintained with any solution.
図8には、各ミスト生成手段によるミスト粒径が示されているが、ミスト粒径について、50〜100μmのミストを供給した場合(飽和水蒸気発生器及びネブライザ単体)は、プラズマが不安定となり維持できないことが明らかとなった。よって、ミスト粒径は、50μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましい。また、上記実験結果により、溶液の選択性の点からは、ミスト生成手段としては、ネブライザーと分級槽との組み合わせを使用することが最適であることが分かった。ただし、水、粘性のない有機物含有溶液であれば、ミスト生成手段として、エアフォグアドマイザー又は超音波霧化器を使用してもよいし、粘性のある有機物含有溶液であれば、ミスト生成手段として、エアフォグアドマイザーを使用することができる。なお、エアフォグアドマイザー又は超音波霧化器を使用する場合、分級槽を付加して、一定所定の粒径以下のミストをプラズマに供給する構成としてもよい。 FIG. 8 shows the mist particle size by each mist generating means. When a mist of 50 to 100 μm is supplied for the mist particle size (saturated steam generator and nebulizer alone), the plasma becomes unstable. It became clear that it could not be maintained. Therefore, the mist particle size is preferably 50 μm or less, and more preferably 20 μm or less. From the above experimental results, it was found that it is optimal to use a combination of a nebulizer and a classification tank as the mist generating means from the point of solution selectivity. However, water or an organic substance-containing solution that is not viscous may use an air fog atomizer or an ultrasonic atomizer as the mist generating means. If it is a viscous organic substance-containing solution, the mist generating means may be used. Air fog atomizer can be used. In addition, when using an air fog atomizer or an ultrasonic atomizer, it is good also as a structure which adds a classification tank and supplies the mist below a fixed particle size to plasma.
図9は、ミスト生成手段としてネブライザーと分級槽との組み合わせを使用した場合のミストの粒径分布の例である。ミスト移送ガスはアルゴンガス(単位時間当たりの供給流速FCが1L/min)であり、水の単位時間当たりの供給流速FMDは3.15mL/minである。図9のグラフの横軸は、計測されたミスト粒径(dMD[μm])であり、縦軸は、ミストの個数分布(NMD/ΣNMD)である。図9に示すとおり、本例では、おおむね20μm以下のミストを発生させることができ、ミストの平均粒径は、5.12μmであった。また、水の供給流速FMDを1〜7mL/minの範囲で変化させたが、本条件下では、水の供給流速FMDはミスト粒径dMDに対してあまり影響を及ぼさないことが明らかとなった。なお、本実施例では、液浸法に基づいてミストの粒径を測定した。液浸法は、測定対象のミストが溶解しない受止液(ミストが水の場合はシリコンオイル)を受止皿に満たし、その中にミストの粒子を採取し、顕微鏡観察や写真撮影によって粒径を求めるものである。 FIG. 9 is an example of the particle size distribution of mist when a combination of a nebulizer and a classification tank is used as the mist generating means. The mist transfer gas is argon gas (supply flow rate F C per unit time is 1 L / min), and the supply flow rate F MD of water per unit time is 3.15 mL / min. The horizontal axis of the graph of FIG. 9 is the measured mist particle size (d MD [μm]), and the vertical axis is the mist number distribution (N MD / ΣN MD ). As shown in FIG. 9, in this example, a mist of approximately 20 μm or less could be generated, and the average particle diameter of the mist was 5.12 μm. Although the feed flow rate F MD of water was varied in the range of 1~7mL / min, in this condition, the supply flow rate F MD Water clear that no effect less against the mist particle diameter d MD It became. In this example, the mist particle size was measured based on the immersion method. In the immersion method, a receiving liquid that does not dissolve the mist to be measured (silicon oil if the mist is water) is filled into a receiving pan, and mist particles are collected in the receiving dish, and the particle size is obtained by microscopic observation and photography. Is what you want.
[水ミスト供給とプラズマの安定性]
次いで、ミスト生成手段としてネブライザーと分級槽との組み合わせを使用した場合における各種のミスト供給条件及びプラズマ条件下でのプラズマの安定性を検討した。
[Water mist supply and plasma stability]
Next, the stability of plasma under various mist supply conditions and plasma conditions when a combination of a nebulizer and a classification tank was used as a mist generating means was examined.
図10は、ミスト供給条件及びプラズマ条件とプラズマの安定性の関係を示す図である。条件1〜20のいずれの場合も、プラズマガス(アルゴン)の供給量は、14.0L/minである。条件1〜9においては、ミスト移送ガス(アルゴン)の供給量を1L/min、水の供給量を3.15mL/minで固定し、供給電力を400〜1500Wの範囲内で図示のとおり適宜変更した。条件7、10〜15においては、水の供給量を3.15mL/min、供給電力を1000Wで固定し、ミスト移送ガス(アルゴン)の供給量を図示のとおり適宜変更した。また、条件7、16〜22においては、ミスト移送ガス(アルゴン)の供給量を1L/min、供給電力を1000Wで固定し、水の供給量を図示のとおり適宜変更した。プラズマに供給されるミストの粒径はいずれの場合も20μm以下である。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the mist supply condition, the plasma condition, and the plasma stability. In any case of Conditions 1 to 20, the supply amount of plasma gas (argon) is 14.0 L / min. Under conditions 1 to 9, the supply amount of mist transfer gas (argon) is fixed at 1 L / min, the supply amount of water is fixed at 3.15 mL / min, and the supply power is appropriately changed as shown in the range of 400 to 1500 W. did. Under conditions 7 and 10-15, the supply amount of water was fixed at 3.15 mL / min and the supply power was fixed at 1000 W, and the supply amount of mist transfer gas (argon) was appropriately changed as illustrated. In conditions 7 and 16 to 22, the supply amount of mist transfer gas (argon) was fixed at 1 L / min, the supply power was 1000 W, and the supply amount of water was appropriately changed as shown. The particle size of the mist supplied to the plasma is 20 μm or less in any case.
図10から、電力PWが400Wの場合、プラズマにミストを供給すると、プラズマが消滅した(条件1の評価「×」)。電力PWが500W以上の場合、ミスト移送ガスの供給量が1.5L/min以下の範囲に限れば、プラズマが安定していた(条件2〜12及び条件16〜22の評価「○」)。また、ミスト移送ガスの供給量が2L/min以上の範囲の場合、ミスト移送ガスによってプラズマガスの旋回流が乱れ、プラズマ生成空間内に雷のような放電(アーク放電に似た形)が発生し、数分後にはプラズマが消失した(条件13〜15の評価「△」)。水の供給量自体は、少なくとも10mL/minの範囲までは、プラズマの安定性に影響しない。 From FIG. 10, when the power P W is 400 W, when the mist is supplied to the plasma, the plasma is extinguished (evaluation of condition 1 “×”). When the power P W was 500 W or more, the plasma was stable if the supply amount of the mist transfer gas was limited to a range of 1.5 L / min or less (evaluation of conditions 2 to 12 and conditions 16 to 22 “◯”). . In addition, when the supply amount of mist transfer gas is in a range of 2 L / min or more, the swirl flow of plasma gas is disturbed by the mist transfer gas, and lightning-like discharge (similar to arc discharge) is generated in the plasma generation space. Then, after a few minutes, the plasma disappeared (evaluation of conditions 13 to 15 “Δ”). The amount of water supply itself does not affect the stability of the plasma up to a range of at least 10 mL / min.
以上のとおり、ミスト生成手段としてネブライザーと分級槽との組み合わせを使用して、粒径が20μm以下の水のミストを供給した場合、電力を500W以上に設定し、ミスト移送ガスの供給量を(プラズマガスの供給量14.0L/minに対して)1.5L/min以下に設定すれば、プラズマを安定的に維持できることが明らかとなった。 As described above, when a water mist having a particle size of 20 μm or less is supplied using a combination of a nebulizer and a classification tank as mist generating means, the power is set to 500 W or more, and the supply amount of the mist transfer gas is set to ( It was revealed that the plasma can be stably maintained by setting it to 1.5 L / min or less (relative to the plasma gas supply rate of 14.0 L / min).
このように、本発明の一例では、ミストの粒径をある程度小さくしたので、プラズマ生成室に発生した大気圧誘導結合プラズマが不安定とならず、プラズマガスの流速(14L/min)に対して、ミスト及びミスト移送ガスをおおむね1.5L/minまでの範囲で供給することができた。このため、例えば特許文献2に示した分析方法においてごく微量(例えば100μL程度)の試料の供給する場合よりも、ずっと大きな流速(例えば、0.5〜1.5L/min)でミストを供給することができ、十分な量の反応材料を連続的に供給することができ、効率的な薄膜形成を実現できる。 As described above, in the example of the present invention, since the mist particle size is reduced to some extent, the atmospheric pressure inductively coupled plasma generated in the plasma generation chamber does not become unstable, and the flow rate of plasma gas (14 L / min) The mist and mist transfer gas could be supplied in a range up to about 1.5 L / min. For this reason, for example, the mist is supplied at a much larger flow rate (for example, 0.5 to 1.5 L / min) than in the case of supplying a very small amount (for example, about 100 μL) of the sample in the analysis method disclosed in Patent Document 2. Therefore, a sufficient amount of reaction material can be continuously supplied, and efficient thin film formation can be realized.
[供給電力による酸化還元制御]
図4のプラズマ処理装置1において、プラズマガス31Aにアルゴンガスを用いてプラズマ10を発生させ、ミスト移送ガス32にアルゴンガスを用いて、水(H2O)のミスト64とともにプラズマ生成室4に供給した。誘導コイル53へ供給する高周波電力PWを500〜1000Wの範囲で100Wずつ増加させつつ、分析手段9によって、プラズマの発光スペクトルを測定した。
[Redox control by supplied power]
In the plasma processing apparatus 1 of FIG. 4, plasma 10 is generated using argon gas as the plasma gas 31 </ b > A, argon gas is used as the mist transfer gas 32, and the mist 64 of water (H 2 O) is added to the plasma generation chamber 4. Supplied. The plasma emission spectrum was measured by the analyzing means 9 while increasing the high frequency power P W supplied to the induction coil 53 by 100 W in the range of 500 to 1000 W.
図11は、かかる水ミストプラズマ中の代表的なラジカルの発光スペクトルの特性を示す説明図である。丸印はOHラジカル(OH・)の310nmでの発光スペクトルの強度であり、三角印は酸素原子(O)の777nmでの発光スペクトルの強度であり、四角印は656nmでの水素原子(Hα線)のスペクトルの強度である。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing the characteristics of the emission spectrum of a typical radical in such water mist plasma. Circles indicate the intensity of the emission spectrum of OH radical (OH.) At 310 nm, triangles indicate the intensity of the emission spectrum of oxygen atom (O) at 777 nm, and square marks indicate the hydrogen atom (Hα ray at 656 nm). ) Spectrum intensity.
電力Pwが500Wでは、310nm付近のOH・に起因するスペクトルのピークが支配的である。一方、電力Pwの増加にともないOH・のスペクトルの強度が減少し、656nmのHα線及び777nmのOのスペクトルが増すことが明らかとなった。すなわち、水ミストをプラズマに供給した場合、500Wでは、主としてOH・得られ、プラズマ中には酸化雰囲気が提供される。そして、電力を増大させていくと、励起エネルギーが低いOH・は、励起エネルギーの高いH及びOに電離する。このため、1000W近辺では、酸化剤として作用するOH・が減少する一方で、還元剤として作用するHが増大するので、プラズマ中には還元雰囲気が提供される。 In the power P w is 500W, peak of the spectrum due to the OH · in the vicinity of 310nm is dominant. On the other hand, it was revealed that the intensity of the spectrum of OH · decreased as the power P w increased, and the spectrum of Hα ray at 656 nm and O at 777 nm increased. That is, when water mist is supplied to the plasma, OH is mainly obtained at 500 W, and an oxidizing atmosphere is provided in the plasma. And when electric power is increased, OH * with low excitation energy is ionized into H and O with high excitation energy. For this reason, in the vicinity of 1000 W, OH · acting as an oxidizing agent decreases, while H acting as a reducing agent increases, so that a reducing atmosphere is provided in the plasma.
このように、プラズマガス31及びミスト移送ガス32がアルゴンなどの希ガスであり、反応性ガスを含まない場合でも、プラズマへの高周波電力を増大させることによって、プラズマ中の各種ラジカルの存在比を変化させることができる。すなわち、高周波電力の大きさに基づいて、ラジカルの存在比を変更してプラズマ中の酸化還元雰囲気を制御することができるので、酸化作用及び還元作用の程度を適宜設定することができる。これにより、例えば反応材料に金属酸化物を用いれば、所望の酸化価数を有する金属酸化物の薄膜を形成することができる。 Thus, even when the plasma gas 31 and the mist transfer gas 32 are rare gases such as argon and do not contain a reactive gas, the abundance ratio of various radicals in the plasma can be increased by increasing the high-frequency power to the plasma. Can be changed. That is, since the oxidation / reduction atmosphere in the plasma can be controlled by changing the abundance ratio of radicals based on the magnitude of the high frequency power, the degree of oxidation and reduction can be appropriately set. Thus, for example, if a metal oxide is used as the reaction material, a metal oxide thin film having a desired oxidation valence can be formed.
[水素ガスによる還元制御]
図4のプラズマ処理装置1において、水ミストを導入する代わりに、反応性ガス31Bとして水素ガスをアルゴンのプラズマガス31Aとともに供給した。アルゴンガスの流速は14.0L/minであり、水素ガスの流速は0.42L/minである。また、高周波電力は、40.68MHz、1000Wである。
[Reduction control with hydrogen gas]
In the plasma processing apparatus 1 of FIG. 4, instead of introducing water mist, hydrogen gas was supplied as the reactive gas 31B together with the argon plasma gas 31A. The flow rate of argon gas is 14.0 L / min, and the flow rate of hydrogen gas is 0.42 L / min. The high frequency power is 40.68 MHz and 1000 W.
図12は、水素ガス(H2)によるラジカルの発光スペクトルの特性を示す説明図である。図12によれば、656.28nmのHα線と485.13nmのHβ線のピークが観察された。すなわち、アルゴンガス及び水素ガスのプラズマにおいて、水素原子Hの存在が確かめられ、プラズマに還元雰囲気を提供可能であることが分かった。なお、本例では、還元性を示す反応性ガスとして水素ガスを用いているが、一酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガスを採用してプラズマ中にCO又はCO+の還元雰囲気を供給することもできる。また、還元性の反応性ガスとして、ホルムアルデヒドガス、二酸化硫黄、硫化水素等を採用してもよい。このように、本発明によれば、反応性ガスの添加によっても、プラズマの酸化還元雰囲気を制御することができる。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing the characteristics of the emission spectrum of radicals by hydrogen gas (H 2 ). According to FIG. 12, peaks of 656.28 nm Hα line and 485.13 nm Hβ line were observed. That is, it was found that the presence of hydrogen atoms H was confirmed in the plasma of argon gas and hydrogen gas, and it was possible to provide a reducing atmosphere for the plasma. In this example, hydrogen gas is used as a reactive gas exhibiting reducibility. However, carbon monoxide gas or carbon dioxide gas can be used to supply a reducing atmosphere of CO or CO + into the plasma. . Moreover, you may employ | adopt formaldehyde gas, sulfur dioxide, hydrogen sulfide etc. as a reducing reactive gas. Thus, according to the present invention, it is possible to control the oxidation-reduction atmosphere of plasma also by addition of a reactive gas.
[ギ酸ミストによる酸化還元制御]
図4のプラズマ処理装置1において、プラズマガス31Aとしてアルゴンガスを供給し、溶液溶媒62にギ酸水溶液(HCOOH/H2O)を用い、ミスト移送ガス32のアルゴンガスとともにギ酸ミスト64を供給した。誘導コイル53へ供給する高周波電力PWを400〜1500Wの範囲で所定の電力量ずつ増加させつつ、分析手段9によって、プラズマの発光スペクトルを測定した。
[Redox control by formic acid mist]
In the plasma processing apparatus 1 of FIG. 4, argon gas was supplied as the plasma gas 31 </ b > A, a formic acid aqueous solution (HCOOH / H 2 O) was used as the solution solvent 62, and a formic acid mist 64 was supplied together with the argon gas of the mist transfer gas 32. The plasma emission spectrum was measured by the analysis means 9 while increasing the high frequency power P W supplied to the induction coil 53 by a predetermined amount of power in the range of 400 to 1500 W.
図13及び図14は、ギ酸水溶液(HCOOH/H2O)によるラジカルの発光スペクトルの特性を示す説明図である。図13によれば、電力Pwが400〜600Wでは、OH・に起因するスペクトルのピークが支配的である。電力Pwの増加にともないOH・(丸印)のスペクトルの強度が減少し,O(三角印)及びHα線(四角印)のスペクトルが増すことが明らかとなった。図14によれば、電力Pwが600W以上の範囲で、483nmでのCO(丸印)及び617.4nmでのCO+(三角印)のスペクトルが徐々に増すことが明らかとなった。すなわち、ギ酸ミストをプラズマに供給した場合、400〜600Wでは、酸化剤として作用するOH・が主に優勢となるので、プラズマ中には酸化雰囲気が提供され、おおむね900W以上では、還元剤として作用するH、CO、CO+が優勢となるので、プラズマ中には還元雰囲気が提供される。なお、本例では、還元性を示す溶媒としてギ酸を用いているが、他に、アルデヒド基(−CHO)を含むアルデヒド類、例えば、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒドなどを採用することもできる。 FIG. 13 and FIG. 14 are explanatory diagrams showing the characteristics of the emission spectrum of radicals by formic acid aqueous solution (HCOOH / H 2 O). According to FIG. 13, when the power Pw is 400 to 600 W , the peak of the spectrum due to OH · is dominant. Decreasing the intensity of the spectrum of the OH · (circles) with an increase in the power P w is the spectrum of O (triangles) and Hα line (squares) that increases revealed. FIG. 14 reveals that the spectrum of CO (circle mark) at 483 nm and CO + (triangle mark) at 617.4 nm gradually increases when the power P w is 600 W or more. In other words, when formic acid mist is supplied to the plasma, OH · acting as an oxidizing agent is predominant at 400 to 600 W, so that an oxidizing atmosphere is provided in the plasma, and at about 900 W or more, it acts as a reducing agent. As H, CO, and CO + dominated, a reducing atmosphere is provided in the plasma. In this example, formic acid is used as a reducing solvent, but aldehydes containing an aldehyde group (—CHO) such as acetaldehyde and formaldehyde can also be employed.
[ニッケル薄膜の形成]
図4において、反応材料61として塩化ニッケル(NiCl2)を含む溶液ミスト64を用い、ニッケル(Ni)、酸化ニッケル(NiO,Ni2O3)などを含む薄膜を形成する実験を実施した。かかるニッケルの薄膜形成は、無電解めっきの前処理、電気デバイスの製造などに適している。実験の条件(各ガスの流量、塩化ニッケル含有溶液の調整濃度等)は、図15に示したとおりである。基本的な条件として、プラズマガス及びミスト移送ガスにはアルゴンガスを用い、冷却ガスには窒素ガスを用いている。条件1〜5においては、塩化ニッケル含有溶液の溶媒は水(H2O)であり、条件6〜11においては、溶媒はギ酸水溶液(HCOOH/H2O)である。条件5、10及び11においては、アルゴンのプラズマガスとともに、反応性ガスとして水素ガス(H2)を添加した。条件1〜8及び10においては、供給電力は1000Wであり、条件9及び11においては、供給電力は600Wである。電力1000Wでは、水(H2O)中の水素原子(H)が還元作用を有し(図11参照)、ギ酸水溶液(HCOOH/H2O)中のCO及びCO+も還元作用を有すると考えられる(図13及び図14参照)。また、水素ガス(H2)中の水素原子(H)も還元作用を有すると考えられる。
[Nickel thin film formation]
In FIG. 4, an experiment was conducted in which a thin film containing nickel (Ni), nickel oxide (NiO, Ni 2 O 3 ) or the like was formed using a solution mist 64 containing nickel chloride (NiCl 2 ) as the reaction material 61. Such nickel thin film formation is suitable for pretreatment of electroless plating, manufacture of electrical devices, and the like. The experimental conditions (the flow rate of each gas, the adjusted concentration of the nickel chloride-containing solution, etc.) are as shown in FIG. As basic conditions, argon gas is used for the plasma gas and mist transfer gas, and nitrogen gas is used for the cooling gas. In conditions 1 to 5, the solvent of the nickel chloride-containing solution is water (H 2 O), and in conditions 6 to 11, the solvent is an aqueous formic acid solution (HCOOH / H 2 O). Under conditions 5, 10 and 11, hydrogen gas (H 2 ) was added as a reactive gas together with argon plasma gas. In conditions 1 to 8 and 10, the supplied power is 1000 W, and in conditions 9 and 11, the supplied power is 600 W. At an electric power of 1000 W, hydrogen atoms (H) in water (H 2 O) have a reducing action (see FIG. 11), and CO and CO + in formic acid aqueous solution (HCOOH / H 2 O) also have a reducing action. Possible (see FIGS. 13 and 14). It is also considered that hydrogen atoms (H) in hydrogen gas (H 2 ) have a reducing action.
図15に示した何れの条件においても、被処理物上にニッケル(Ni)及び酸化ニッケル(NiO,Ni2O3)の薄膜を形成することができたが、条件5において、特にニッケル(Ni)薄膜を優勢的に得ることができた。被処理物には、シリコンウエハ、ベークライト板、ガラスエポキシ基板、又はポリイミドフィルムを使用した。 Under any of the conditions shown in FIG. 15, a thin film of nickel (Ni) and nickel oxide (NiO, Ni 2 O 3 ) could be formed on the object to be processed. ) A thin film could be obtained predominantly. A silicon wafer, a bakelite plate, a glass epoxy substrate, or a polyimide film was used as an object to be processed.
図16(A)(B)は、各々、条件3及び条件5の場合に形成された薄膜のX線光電子分光(XPS)による分析結果を示すグラフである。条件3と条件5とは、条件5で水素ガスを添加した点以外は同じ条件である。図16(A)は、水素ガス(H2)を添加していない場合(条件3)であり、図16(B)は、反応性ガスとして水素ガス(H2)を添加した場合(条件5)である。図16(A)と比較して、図16(B)では、852.5eV付近のニッケル(Ni)のピークが、酸化ニッケル(NiO,Ni2O3)のピークに比べて相対的に大きくなっており、よりニッケル(Ni)薄膜が形成されたことが明らかである。 FIGS. 16A and 16B are graphs showing analysis results by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the thin films formed under the conditions 3 and 5, respectively. Conditions 3 and 5 are the same conditions except that hydrogen gas is added in Condition 5. FIG. 16A shows a case where hydrogen gas (H 2 ) is not added (condition 3), and FIG. 16B shows a case where hydrogen gas (H 2 ) is added as a reactive gas (condition 5). ). Compared to FIG. 16A, in FIG. 16B, the peak of nickel (Ni) near 852.5 eV is relatively larger than the peak of nickel oxide (NiO, Ni 2 O 3 ). It is clear that a nickel (Ni) thin film was formed.
図17(A)(B)は、各々、条件3及び条件5の場合に形成された薄膜の顕微鏡観察による写真である。図17(A)(B)によれば、図17(B)に示す薄膜の方が、粒子が大きく、堆積量が多い。 FIGS. 17A and 17B are photographs obtained by microscopic observation of the thin films formed under the conditions 3 and 5, respectively. 17A and 17B, the thin film shown in FIG. 17B has larger particles and a larger amount of deposition.
図16及び図17に示す結果から、反応性ガスとして水素ガス(H2)を添加した場合(条件5)は、反応性ガスを添加しない場合(条件3)よりも、金属薄膜の形成が促進されることが分かった。図15に示すように、反応系には、溶媒である水として酸素が存在するため、金属膜としては酸化しやすい状況であるが、反応性ガスとして添加した水素ガス(H2)中の水素原子(H)が還元剤として作用し、ニッケル酸化物が還元され、より多くのニッケル金属が堆積したものと考えられる。 From the results shown in FIGS. 16 and 17, when hydrogen gas (H 2 ) is added as a reactive gas (condition 5), formation of a metal thin film is promoted more than when no reactive gas is added (condition 3). I found out that As shown in FIG. 15, since oxygen exists as water as a solvent in the reaction system, the metal film is easily oxidized, but hydrogen in hydrogen gas (H 2 ) added as a reactive gas. It is considered that the atom (H) acts as a reducing agent, the nickel oxide is reduced, and more nickel metal is deposited.
[タングステン薄膜の形成]
次いで、図4において、反応材料61としてタングステン酸ナトリウム(Na2WO4)を含有する水溶液のミスト64を用い、酸化タングステン(WO3)、タングステン(W)などを含む薄膜を被処理物(シリコンウエハ)上に形成する実験を実施した。かかる酸化タングステンなどの薄膜形成は、光学膜、透明導電膜、光触媒などの製造に適している。反応性ガスとして酸素(O2)を添加することによって、酸素ラジカルを酸化剤として作用させ、プラズマ中で電離したタングステン原子を酸化させ、酸化タングステン(WO3)を堆積することができ、シリコンウエハ上に薄膜を形成できた。また、プラズマへの供給電力を増加させると、プラズマ中の酸素原子(O)の酸化作用が強くなり、タングステンの酸化状態を制御することができた。また、顕微鏡観察により、酸化タングステン(WO3)などの析出物は、50〜100nmのナノ粒子を含有することが分かった。
[Formation of tungsten thin film]
Next, in FIG. 4, a mist 64 of an aqueous solution containing sodium tungstate (Na 2 WO 4 ) is used as the reaction material 61, and a thin film containing tungsten oxide (WO 3 ), tungsten (W), or the like is processed (silicon Experiments were carried out on the wafer. Such thin film formation of tungsten oxide or the like is suitable for manufacturing optical films, transparent conductive films, photocatalysts, and the like. By adding oxygen (O 2 ) as a reactive gas, oxygen radicals can act as an oxidizing agent to oxidize tungsten atoms ionized in the plasma and deposit tungsten oxide (WO 3 ). A thin film could be formed on top. Further, when the power supplied to the plasma was increased, the oxidizing action of oxygen atoms (O) in the plasma became stronger, and the oxidation state of tungsten could be controlled. Furthermore, by microscopic observation, precipitates such as ratio of tungsten oxide (WO 3) was found to contain nanoparticles 50 to 100 nm.
[TEOSによるシリコン酸化膜の形成]
図4において、反応材料61としてTEOS(Tetraethyl orthosilicate:オルトケイ酸テトラエチル)のミスト64を用い、酸化シリコン(SiO2)を主とする薄膜をポリイミドフィルム上に形成した。TEOSは、化学式がSi(OC2H5)4の有機化合物であり、SiO4 4-イオン(オルトケイ酸イオン)にエチル基が4つ結合した構造であり、無色透明の液体であるので、反応材料含有溶液として、液体のTEOSをそのまま使用した。
[Formation of silicon oxide film by TEOS]
In FIG. 4, a thin film mainly composed of silicon oxide (SiO 2 ) was formed on a polyimide film using a mist 64 of TEOS (Tetraethyl orthosilicate) as a reaction material 61. TEOS is an organic compound having the chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 , has a structure in which four ethyl groups are bonded to SiO 4 4- ion (orthosilicate ion), and is a colorless and transparent liquid. Liquid TEOS was used as it was as the material-containing solution.
図18は、TEOSにより形成したシリコン酸化膜のXPSによる分析結果を示すグラフである。図18(A)は、シリコン(Si(2p))の結合エネルギー(99eV)近傍の範囲(95〜112eV)におけるXPSによる分析結果であり、図18(B)は、酸素(O(1s))の結合エネルギー(531eV)近傍の範囲(525〜540eV)におけるXPSによる分析結果である。図18(A)(B)において、下側の曲線は、プラズマ処理前のシリコンウエハの表面状態を示し、上側の曲線は、アルゴンガスによる大気圧誘導結合プラズマにTEOS溶液のミストを供給したときの表面状態を示す。 FIG. 18 is a graph showing the analysis result by XPS of the silicon oxide film formed by TEOS. 18A shows the analysis result by XPS in the range (95 to 112 eV) in the vicinity of the binding energy (99 eV) of silicon (Si (2p)), and FIG. 18B shows oxygen (O (1s)). Is an analysis result by XPS in a range (525 to 540 eV) in the vicinity of the binding energy (531 eV). 18A and 18B, the lower curve shows the surface state of the silicon wafer before the plasma treatment, and the upper curve shows when the mist of the TEOS solution is supplied to the atmospheric pressure inductively coupled plasma by argon gas. The surface state of is shown.
図18(A)においてプラズマ処理前(下側の曲線)では、Si(2p)のピークが確認された。図18(A)及び(B)には、SiO2(2p)のピークも認められるが、これは自然酸化膜によるものと考えられる。一方、図18(A)のTEOS溶液のミストによるプラズマ処理後(上側の曲線)では、Si(2p)のピークが消え、SiO2(2p)のピークがプラズマ処理前に比べて強く現れた。また、図18(B)において、TEOS溶液のミストによるプラズマ処理後(上側の曲線)では、プラズマ処理前(下側の曲線)よりも、SiO2(1s)のピークが強く現れた。これにより、大気圧誘導結合プラズマ中でTEOS溶液のミストが分解され、SiO2がシリコンウエハ上に堆積したことが確かめられた。 In FIG. 18A, a Si (2p) peak was confirmed before the plasma treatment (lower curve). In FIGS. 18A and 18B, a peak of SiO 2 (2p) is also observed, which is considered to be due to a natural oxide film. On the other hand, after the plasma treatment by the mist of the TEOS solution in FIG. 18A (upper curve), the Si (2p) peak disappeared and the SiO 2 (2p) peak appeared stronger than before the plasma treatment. Further, in FIG. 18B, the peak of SiO 2 (1s) appeared more strongly after plasma treatment with the TEOS solution mist (upper curve) than before plasma treatment (lower curve). As a result, it was confirmed that the mist of the TEOS solution was decomposed in the atmospheric pressure inductively coupled plasma, and SiO 2 was deposited on the silicon wafer.
以上説明したとおり、本発明の一例によれば、ネブライザー及び分級槽によって、粒径が20μm以下のミストを供給することができ、かかるミストを大気圧誘導結合プラズマに接触させても、プラズマを安定的に維持することができる。また、溶液溶媒に水を用いれば、高周波コイルへの供給電力を変化させることによって、プラズマを酸化雰囲気又は還元雰囲気に制御することができる。溶液溶媒にギ酸ミストを用いれば、プラズマを還元雰囲気に制御することができる。また、反応性ガスとして水素ガスを添加することによって、プラズマに酸化雰囲気を提供することができる。また、本発明の一例では、溶液溶媒に水(H2O)を用いた場合、プラズマ生成手段へ供給する高周波電力の大きさを適宜設定することによって、プラズマの酸化還元雰囲気を制御することができる。 As described above, according to an example of the present invention, a mist having a particle size of 20 μm or less can be supplied by a nebulizer and a classification tank, and the plasma is stabilized even when the mist is brought into contact with atmospheric pressure inductively coupled plasma. Can be maintained. Moreover, if water is used as the solution solvent, the plasma can be controlled to an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere by changing the power supplied to the high-frequency coil. If formic acid mist is used as the solution solvent, the plasma can be controlled in a reducing atmosphere. In addition, an oxidizing atmosphere can be provided to the plasma by adding hydrogen gas as a reactive gas. In one example of the present invention, when water (H 2 O) is used as the solution solvent, the plasma redox atmosphere can be controlled by appropriately setting the magnitude of the high-frequency power supplied to the plasma generating means. it can.
塩化ニッケル溶液を用いれば、ニッケル又は酸化ニッケルなどを含む薄膜を形成することができる。タングステン酸ナトリウム溶液を用いれば、酸化タングステン、タングステンなどを含む薄膜を形成することができる。TEOS溶液を用いると、シリコン酸化物などの薄膜を形成することもできる。 If a nickel chloride solution is used, a thin film containing nickel or nickel oxide can be formed. If a sodium tungstate solution is used, a thin film containing tungsten oxide, tungsten, or the like can be formed. When a TEOS solution is used, a thin film such as silicon oxide can be formed.
なお、上記では各種の実施例について説明したが、本発明の適用範囲は、それぞれの実施例に限定されるものではない。これら複数の実施例を組み合せることもできるし、各実施例に用いた条件を変更、置換して、所望の組成を有する薄膜を形成することができる。 Although various embodiments have been described above, the scope of application of the present invention is not limited to each embodiment. A plurality of these embodiments can be combined, and the conditions used in each embodiment can be changed and replaced to form a thin film having a desired composition.
1 プラズマ処理装置
2 ミスト生成手段
4 プラズマ生成室
5 プラズマ生成手段
8 被処理物
10 大気圧誘導結合プラズマ
31 プラズマガス
32 ミスト移送ガス
33 冷却ガス
40 プラズマ生成空間
61 反応材料
62 溶媒
63 反応材料含有溶液
64 ミスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma processing apparatus 2 Mist production | generation means 4 Plasma production | generation chamber 5 Plasma production | generation means 8 To-be-processed object 10 Atmospheric pressure inductively coupled plasma 31 Plasma gas 32 Mist transfer gas 33 Cooling gas 40 Plasma production space 61 Reactive material 62 Solvent 63 Reactive material containing solution 64 Mist
Claims (16)
ミスト生成手段によって、反応材料を含有する溶液のミストを生成し、
前記ミストを、ミスト移送ガスとともに前記プラズマ生成空間に導入し、
前記プラズマ生成手段に付与する高周波電力を制御して、前記大気圧誘導結合プラズマ中の酸化雰囲気又は還元雰囲気を制御しつつ、前記反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜を被処理物に形成することを特徴とする大気圧誘導結合プラズマを用いた薄膜形成方法。 Plasma gas is introduced into the plasma generation space, and atmospheric pressure inductively coupled plasma is generated by the plasma generation means.
A mist of the solution containing the reaction material is generated by the mist generating means,
Introducing the mist together with the mist transfer gas into the plasma generation space;
A thin film containing at least a part of the reaction material is formed on an object to be processed while controlling an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere in the atmospheric pressure inductively coupled plasma by controlling high-frequency power applied to the plasma generating means. A method for forming a thin film using atmospheric pressure inductively coupled plasma.
ミスト生成手段によって、反応材料を含有する溶液のミストを生成し、
前記ミストを、ミスト移送ガスとともに前記プラズマ生成空間に導入し、
前記反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜を被処理物に形成することを特徴とする大気圧誘導結合プラズマを用いた薄膜形成方法。 Plasma gas is introduced into the plasma generation space, and atmospheric pressure inductively coupled plasma is generated by the plasma generation means.
A mist of the solution containing the reaction material is generated by the mist generating means,
Introducing the mist together with the mist transfer gas into the plasma generation space;
A thin film forming method using atmospheric pressure inductively coupled plasma, wherein a thin film containing at least a part of the reaction material is formed on an object to be processed.
前記反応性ガスによって前記大気圧誘導結合プラズマにおいて酸化雰囲気又は還元雰囲気を供給することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の薄膜形成方法。 Introducing a reactive gas into the plasma generation space;
9. The thin film forming method according to claim 1, wherein an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere is supplied in the atmospheric pressure inductively coupled plasma by the reactive gas.
薄膜を形成するための反応材料を含有する溶液のミストを生成するミスト生成手段と、
前記プラズマ生成室にプラズマガスを供給するためのプラズマガス供給手段と、
前記ミスト生成手段によって生成されたミストを前記プラズマ生成室に移送するミスト移送ガスを供給するためのミスト移送ガス供給手段と、
前記プラズマ生成室に導入されたプラズマガスにエネルギーを付与して大気圧誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成手段と、
を備え、
前記プラズマ出口に近接する被処理物に、前記ミスト移送ガスによって前記プラズマ生成室に供給された前記ミストに含有される前記反応材料の少なくとも一部の成分を含む薄膜を形成することを特徴とする大気圧誘導結合プラズマを用いた薄膜形成装置。 A plasma generation chamber having at least one gas inlet and a plasma outlet;
A mist generating means for generating a mist of a solution containing a reaction material for forming a thin film;
Plasma gas supply means for supplying a plasma gas to the plasma generation chamber;
A mist transfer gas supply means for supplying a mist transfer gas for transferring the mist generated by the mist generation means to the plasma generation chamber;
Plasma generating means for generating an atmospheric pressure inductively coupled plasma by applying energy to the plasma gas introduced into the plasma generating chamber;
With
A thin film containing at least a part of the reaction material contained in the mist supplied to the plasma generation chamber by the mist transfer gas is formed on an object to be processed close to the plasma outlet. Thin film forming equipment using atmospheric pressure inductively coupled plasma.
前記反応性ガスによって前記大気圧誘導結合プラズマにおいて酸化雰囲気又は還元雰囲気を生成し、
前記反応材料の少なくとも一部の成分と、前記反応性ガスの少なくとも一部の成分とを反応させることを特徴とする請求項13又は14に記載の薄膜形成装置。 A reactive gas supply means for supplying a reactive gas to the plasma generation space;
An oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere is generated in the atmospheric pressure inductively coupled plasma by the reactive gas,
15. The thin film forming apparatus according to claim 13, wherein at least a part of the reactive material is reacted with at least a part of the reactive gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013027158A JP2014156622A (en) | 2013-02-14 | 2013-02-14 | Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013027158A JP2014156622A (en) | 2013-02-14 | 2013-02-14 | Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014156622A true JP2014156622A (en) | 2014-08-28 |
Family
ID=51577685
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013027158A Pending JP2014156622A (en) | 2013-02-14 | 2013-02-14 | Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014156622A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014173150A (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Nagoya Univ | Production method of water-repellent thin film, and water-repellent treatment device |
JP2017201055A (en) * | 2016-02-22 | 2017-11-09 | ウルトラテック インク | Quartz-caused contaminant reducing pe-ald method |
CN109496202A (en) * | 2016-08-10 | 2019-03-19 | 国立大学法人熊本大学 | The manufacturing method of nano particle aggregate and nano particle aggregate |
DE102021107153A1 (en) | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Plasmatreat Gmbh | METHOD OF COATING A SURFACE OF A SUBSTRATE WITH A CONTINUOUS METAL LAYER |
CN115479808A (en) * | 2021-11-29 | 2022-12-16 | 山东大学 | Particle size grading acquisition method of multi-stage cloud and mist water collector |
JP2023500427A (en) * | 2019-09-10 | 2023-01-06 | ユーシーエル ビジネス リミテッド | plasma jet deposition process |
-
2013
- 2013-02-14 JP JP2013027158A patent/JP2014156622A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014173150A (en) * | 2013-03-11 | 2014-09-22 | Nagoya Univ | Production method of water-repellent thin film, and water-repellent treatment device |
JP2017201055A (en) * | 2016-02-22 | 2017-11-09 | ウルトラテック インク | Quartz-caused contaminant reducing pe-ald method |
CN109496202A (en) * | 2016-08-10 | 2019-03-19 | 国立大学法人熊本大学 | The manufacturing method of nano particle aggregate and nano particle aggregate |
CN109496202B (en) * | 2016-08-10 | 2021-10-29 | 国立大学法人熊本大学 | Nanoparticle aggregate and method for producing nanoparticle aggregate |
US11177399B2 (en) | 2016-08-10 | 2021-11-16 | National University Corporation Kumamoto University | Nanoparticle assemblies and method for producing nanoparticle assemblies |
JP2023500427A (en) * | 2019-09-10 | 2023-01-06 | ユーシーエル ビジネス リミテッド | plasma jet deposition process |
DE102021107153A1 (en) | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Plasmatreat Gmbh | METHOD OF COATING A SURFACE OF A SUBSTRATE WITH A CONTINUOUS METAL LAYER |
CN115479808A (en) * | 2021-11-29 | 2022-12-16 | 山东大学 | Particle size grading acquisition method of multi-stage cloud and mist water collector |
CN115479808B (en) * | 2021-11-29 | 2024-01-30 | 山东大学 | Particle size collection method of multistage cloud and mist water collector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014156622A (en) | Thin film formation method and thin film formation apparatus by atmospheric pressure induction coupling plasma | |
US20110298376A1 (en) | Apparatus And Method For Producing Plasma | |
US10424485B2 (en) | Enhanced etching processes using remote plasma sources | |
GyoáKoo et al. | Platinum nanoparticles prepared by a plasma-chemical reduction method | |
US9406485B1 (en) | Argon and helium plasma apparatus and methods | |
KR101158590B1 (en) | Method for producing nanostructured carbon material, nanostructured carbon material produced by such method, and substrate having such nanostructured carbon material | |
CN203912302U (en) | Plasma system | |
US20120261391A1 (en) | Atmospheric pressure plasma method for producing surface-modified particles and coatings | |
WO2005079124A1 (en) | Plasma producing device | |
Alexandrov et al. | Remote AP‐PECVD of Silicon Dioxide Films from Hexamethyldisiloxane (HMDSO) | |
TW201029523A (en) | Plasma source for chamber cleaning and process | |
US20090293675A1 (en) | Method and apparatus of producing nanoparticles using nebulized droplet | |
JP2014183049A (en) | Microwave source and plasma torch, and related methods | |
JP2017504928A (en) | Method for generating atmospheric plasma jet and atmospheric plasma mini-torch device | |
US10800092B1 (en) | Low temperature atmospheric pressure plasma for cleaning and activating metals | |
WO2007148470A1 (en) | Treating apparatus, method of treating and plasma source | |
US20150291439A1 (en) | Method for producing cuprous oxide fine particles, cuprous oxide fine particles and method of producing conductor film | |
TW201419947A (en) | Plasma treatment of substrates | |
JP2010247126A (en) | Method and apparatus for producing reactive species and method and apparatus for performing treatment by using reactive species | |
WO2013129118A1 (en) | Method for forming conductive film | |
Shimizu et al. | Reactive evaporation of metal wire and microdeposition of metal oxide using atmospheric pressure reactive microplasma jet | |
CN107075676A (en) | For the gas injection apparatus of film formation device | |
JP2023500427A (en) | plasma jet deposition process | |
US20140141614A1 (en) | Remote Plasma System and Method | |
JP5688911B2 (en) | Film forming apparatus, system, and film forming method |