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JP2012120950A - Fine particle spraying apparatus and fine particle fixing method - Google Patents

Fine particle spraying apparatus and fine particle fixing method Download PDF

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JP2012120950A
JP2012120950A JP2010271822A JP2010271822A JP2012120950A JP 2012120950 A JP2012120950 A JP 2012120950A JP 2010271822 A JP2010271822 A JP 2010271822A JP 2010271822 A JP2010271822 A JP 2010271822A JP 2012120950 A JP2012120950 A JP 2012120950A
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substrate
temperature
gas
suspension
fine particle
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Pending
Application number
JP2010271822A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Deo
晋一 出尾
Masaki Taya
昌樹 田屋
Teruki Naito
皓貴 内藤
Kazuyasu Nishikawa
和康 西川
Yoshiaki Hirata
善明 平田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】粒径が小さい微粒子を凝集させることなく基板上に固定できる微粒子噴霧装置及び微粒子固定方法を得ること。
【解決手段】分散媒に微粒子を分散させた懸濁液2の液滴を基板6へ吹き付け、分散媒を揮発させて微粒子を基板6上に固定する微粒子噴霧装置1であって、懸濁液2の液滴を噴霧する噴霧器3と、懸濁液2の噴霧方向に対して斜めに配置された筐体面9を備えた乾燥筐体4と、乾燥筐体4に導入する気体を第1の温度に加熱するヒータ5と、第1の温度に加熱された気体を筐体面9に沿って乾燥筐体4内に導入する加熱空気導入管12と、第1の温度に加熱されて乾燥筐体4内に導入された気体の流れの筐体面9よりも下流側において基板6を保持し、基板6を第1の温度よりも高い第2の温度に加熱するヒータ7とを有し、噴霧器3から筐体面9へ向けて噴霧された懸濁液2の液滴を、第1の温度に加熱された気体の流れによって搬送し、基板6へ吹き付ける。
【選択図】図1
A fine particle spraying apparatus and a fine particle fixing method capable of fixing fine particles having a small particle diameter on a substrate without agglomeration.
A fine particle spraying apparatus 1 for spraying droplets of a suspension 2 in which fine particles are dispersed in a dispersion medium onto a substrate 6 to volatilize the dispersion medium and fix the fine particles on the substrate 6. A sprayer 3 for spraying two droplets, a drying casing 4 having a casing surface 9 disposed obliquely with respect to the spraying direction of the suspension 2, and a gas introduced into the drying casing 4 in the first A heater 5 for heating to a temperature; a heated air introduction pipe 12 for introducing a gas heated to a first temperature into the drying casing 4 along the casing surface 9; and a drying casing heated to the first temperature. 4, a heater 7 that holds the substrate 6 on the downstream side of the housing surface 9 of the gas flow introduced into the gas 4 and heats the substrate 6 to a second temperature higher than the first temperature. The liquid droplets of the suspension 2 sprayed toward the housing surface 9 are conveyed by the flow of gas heated to the first temperature. Blown to the substrate 6.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、微粒子を基板に固定する微粒子噴霧装置及び微粒子固定方法に関する。   The present invention relates to a fine particle spraying apparatus and a fine particle fixing method for fixing fine particles to a substrate.

微粒子が分散した液体から、微粒子のみを取り出す手法として特許文献1に開示される技術がある。特許文献1に開示される発明では、液体に分散された微粒子が噴霧器によって加熱された乾燥チャンバに噴霧される。なお噴霧器ではノズル部に高電圧を印加することによって液体を帯電させる手段を設け、噴霧する対象の基板に向かって帯電した液体(エアロゾル)を噴霧する。噴霧する対象の基板には電位を与えることができ、エアロゾルと基板との電位差によってエアロゾルを基板に引き付ける。   There is a technique disclosed in Patent Document 1 as a technique for extracting only fine particles from a liquid in which fine particles are dispersed. In the invention disclosed in Patent Document 1, fine particles dispersed in a liquid are sprayed into a drying chamber heated by a sprayer. In the sprayer, means for charging the liquid by applying a high voltage to the nozzle portion is provided, and the charged liquid (aerosol) is sprayed toward the substrate to be sprayed. A potential can be applied to the substrate to be sprayed, and the aerosol is attracted to the substrate by the potential difference between the aerosol and the substrate.

特開2004−160388号公報JP 2004-160388 A

しかしながら、基板がガラスなどの絶縁体である場合、上記特許文献1の手法では、帯電した液体が付着すると基板自体が帯電してしまい、噴霧された液体が効率良く基板に到達しなくなるという問題がある。さらに、液体の種類や含まれる微粒子の材質によっては、液体の帯電が困難となり、微小な液滴径を発生させることが困難となる。   However, when the substrate is an insulator such as glass, the method of Patent Document 1 described above has a problem that the charged liquid adheres to the substrate itself, and the sprayed liquid cannot efficiently reach the substrate. is there. Further, depending on the type of liquid and the material of the contained fine particles, it becomes difficult to charge the liquid, and it is difficult to generate a fine droplet diameter.

帯電を用いない方式で分散媒の噴霧を行う場合には、粗大な液滴が発生しやすくなり、微粒子の凝集が発生するという問題がある。   When the dispersion medium is sprayed by a method that does not use charging, there is a problem that coarse droplets are easily generated and aggregation of fine particles occurs.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粒径が小さい微粒子を凝集させることなく基板上に固定できる微粒子噴霧装置及び微粒子固定方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a fine particle spraying apparatus and a fine particle fixing method capable of fixing fine particles having a small particle diameter on a substrate without agglomeration.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、分散媒に微粒子を分散させた懸濁液の液滴を基板へ吹き付け、分散媒を揮発させて微粒子を基板上に固定する微粒子噴霧装置であって、懸濁液の液滴を噴霧する噴霧器と、懸濁液の噴霧方向に対して斜めに配置された傾斜面を備えた乾燥筐体と、乾燥筐体に導入する気体を第1の温度に加熱する第1のヒータと、第1の温度に加熱された気体を傾斜面に沿って乾燥筐体内に導入する手段と、第1の温度に加熱されて乾燥筐体内に導入された気体の流れの傾斜面よりも下流側において基板を保持し、基板を第1の温度よりも高い第2の温度に加熱する第2のヒータとを有し、噴霧器から傾斜面へ向けて噴霧された懸濁液の液滴を、第1の温度に加熱された気体の流れによって搬送し、基板へ吹き付けることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention sprays a liquid droplet of a suspension in which fine particles are dispersed in a dispersion medium, volatilizes the dispersion medium, and fixes the fine particles on the substrate. A spray device for spraying droplets of a suspension, a drying casing having an inclined surface arranged obliquely with respect to a spraying direction of the suspension, and a gas introduced into the drying casing A first heater that heats the gas to the first temperature, a means for introducing the gas heated to the first temperature into the drying casing along the inclined surface, and the heating to the first temperature in the drying casing A second heater for holding the substrate downstream of the inclined surface of the introduced gas flow and heating the substrate to a second temperature higher than the first temperature; The suspension sprayed droplets are conveyed by a gas stream heated to a first temperature; And wherein the blowing the plate.

本発明によれば、粒径が小さい微粒子を凝集させることなく基板上に固定できるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that fine particles having a small particle diameter can be fixed on a substrate without agglomerating.

図1は、本発明にかかる微粒子噴霧装置の実施の形態1の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a fine particle spray device according to the present invention. 図2は、実施の形態1にかかる微粒子噴霧装置を用いて粒径が数μm以下である珪素微粒子を含む純水を噴霧した基板表面の顕微鏡写真である。FIG. 2 is a photomicrograph of the substrate surface sprayed with pure water containing silicon fine particles having a particle size of several μm or less using the fine particle spraying apparatus according to the first embodiment. 図3は、本発明にかかる微粒子噴霧装置の実施の形態2の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the fine particle spray device according to the present invention.

以下に、本発明にかかる微粒子噴霧装置及び微粒子固定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a fine particle spraying apparatus and a fine particle fixing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明にかかる微粒子噴霧装置の実施の形態1の構成を示す図である。微粒子噴霧装置1は、分散媒に微粒子を分散させた懸濁液2を噴霧器3から噴霧する。噴霧器3は乾燥筐体4に接続されている。乾燥筐体4には第1のヒータとしてのヒータ5によって加熱された気体が加熱気体導入管12を介して導入される。噴霧器3の下部には、乾燥筐体4を挟んで、微粒子を固定する基板6が設置される。基板6は、第2のヒータとしてのヒータ7によって加熱される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a fine particle spray device according to the present invention. The fine particle spray device 1 sprays a suspension 2 in which fine particles are dispersed in a dispersion medium from a sprayer 3. The sprayer 3 is connected to the drying housing 4. A gas heated by a heater 5 as a first heater is introduced into the dry casing 4 through a heated gas introduction pipe 12. A substrate 6 for fixing the fine particles is placed under the sprayer 3 with the drying housing 4 interposed therebetween. The substrate 6 is heated by a heater 7 as a second heater.

分散媒は、用いる微粒子の材質や表面状態に応じて選択する。例えば、表面が酸化された珪素微粒子は親水性を示すため、純水を分散媒として使用できる。純水に分散することが難しい材質の微粒子の場合は、適宜アルコールや界面活性剤を添加しても良い。また、分散媒中の微粒子分散の安定性を向上させるために、微粒子が分散された分散媒を超音波や攪拌棒で攪拌してもよい。微粒子の粒径は噴霧器3の性能に依存するが、分散安定性の点では数十μm以下であることが好ましい。   The dispersion medium is selected according to the material and surface state of the fine particles used. For example, since fine silicon particles whose surfaces are oxidized exhibit hydrophilicity, pure water can be used as a dispersion medium. In the case of fine particles made of a material that is difficult to disperse in pure water, an alcohol or a surfactant may be added as appropriate. Further, in order to improve the stability of the fine particle dispersion in the dispersion medium, the dispersion medium in which the fine particles are dispersed may be stirred with ultrasonic waves or a stirring rod. The particle size of the fine particles depends on the performance of the sprayer 3, but is preferably several tens of μm or less from the viewpoint of dispersion stability.

噴霧器3は、例えば質量分析装置に用いられるネブライザを用いると良い。珪素微粒子を噴霧する場合は噴霧器3として石英で構成されるネブライザを用いることにより、珪素微粒子がネブライザに突き刺さって出口を塞ぐことを防止できる。したがって、噴霧器3出口での微粒子詰まりを抑制する点では、石英製のネブライザの方が樹脂製のネブライザよりも好適である。噴霧器3へは分散媒に微粒子を分散させた懸濁液2及びキャリアガス8を導入する。キャリアガス8は噴霧器3の先端の細管から高速に噴出される。キャリアガス8の種類としては、分散媒や微粒子と反応しないガス種であれば良い。例えば、窒素ガスやアルゴンガスが適している。   The nebulizer 3 may be a nebulizer used in a mass spectrometer, for example. When spraying silicon fine particles, a nebulizer made of quartz is used as the sprayer 3 to prevent the silicon fine particles from sticking into the nebulizer and closing the outlet. Therefore, the nebulizer made of quartz is more preferable than the nebulizer made of resin in terms of suppressing the clogging of the fine particles at the outlet of the sprayer 3. A suspension 2 in which fine particles are dispersed in a dispersion medium and a carrier gas 8 are introduced into the sprayer 3. The carrier gas 8 is ejected from the narrow tube at the tip of the sprayer 3 at a high speed. The type of carrier gas 8 may be any gas type that does not react with the dispersion medium or fine particles. For example, nitrogen gas or argon gas is suitable.

噴霧器3の先端にキャリアガス8とは別の細管で導入されている懸濁液2は、ベルヌーイ効果によって噴出口付近の圧力が低下することで噴霧器3の外部へ吐出される。高速に噴出するガス流によって噴霧器3から吐出された懸濁液2は微小な液滴となる。液滴の径は気体の流速や液体の粘度、表面張力に依存するが、純水を用いた場合には約10〜20μmとなる。懸濁液2は、上記のようにベルヌーイ効果による圧力低下を利用することでポンプを用いなくとも自然に吸引することができるが、分散媒に対して微粒子の割合が多く、懸濁液2の自然吸引が困難な場合は、ペリスタルティックポンプで液体を送液するとよい。なお、キャリアガス8の流量が多くなると液滴の粒径も大きくなるため、キャリアガス8の流量としては、懸濁液2を液滴化でき、かつ液滴の粒径が大きくなり過ぎない範囲とすることが好ましい。例えば、市販のネブライザを噴霧器3として用いる場合には、キャリアガス8の流量は0.5〜2L/minの範囲が望ましい。   The suspension 2 introduced into the tip of the sprayer 3 by a narrow tube different from the carrier gas 8 is discharged to the outside of the sprayer 3 due to the pressure in the vicinity of the jet outlet being reduced by the Bernoulli effect. The suspension 2 discharged from the sprayer 3 by the gas flow ejected at high speed becomes minute droplets. The diameter of the droplet depends on the flow rate of the gas, the viscosity of the liquid, and the surface tension, but is about 10 to 20 μm when pure water is used. The suspension 2 can be naturally sucked without using a pump by utilizing the pressure drop due to the Bernoulli effect as described above, but the ratio of the fine particles to the dispersion medium is large. When natural suction is difficult, liquid may be sent with a peristaltic pump. In addition, since the particle size of the droplet increases as the flow rate of the carrier gas 8 increases, the flow rate of the carrier gas 8 is a range in which the suspension 2 can be formed into droplets and the particle size of the droplets does not become too large. It is preferable that For example, when a commercially available nebulizer is used as the nebulizer 3, the flow rate of the carrier gas 8 is desirably in the range of 0.5 to 2 L / min.

噴霧器3は、ネブライザに限定されるものではなく、粒径数十μmの微粒子を含む液滴を吐出できる構成であれば良い。例えば公知の技術として、振動オリフィスによるエアロゾル発生装置や超音波ミスト発生装置などであっても良い。   The nebulizer 3 is not limited to a nebulizer, and may have any configuration that can eject droplets containing fine particles having a particle size of several tens of μm. For example, as a known technique, an aerosol generating device or an ultrasonic mist generating device using a vibrating orifice may be used.

図1に示したように、噴霧された微粒子を含む分散媒は乾燥筐体4に導入されるが、ヒータ5で加熱されて加熱気体導入管12を介して乾燥筐体4に導入される気体の温度及び流速を調整することで、懸濁液2の液滴に含まれる分散媒が乾燥筐体4内で完全には蒸発しない条件(分散媒の沸点未満)に設定する。例えば、純水を分散媒に用いた場合は、乾燥筐体4内の平均温度が80〜90℃となるようにヒータ5の温度を設定することが好ましい。また、加熱気体導入管12を介して乾燥筐体4内に導入する気体の流速は、1〜5L/minの範囲に設定すると良い。加熱気体導入管12を介して乾燥筐体4内に導入する気体の流速は、小さすぎると傾斜面としての筐体面9に衝突する液滴が多くなって材料効率が低下する。逆に大きすぎると、粗大な液滴が筐体面9に衝突せずに基板6に着弾してしまう。ただし、上記の流速はあくまでも一例であり、乾燥筐体4の大きさによって加熱された気体の流速を変えることは、設計の範疇である。加熱された気体の種類としては、分散媒及び微粒子と反応しないガス種であれば良い。例えば、分散媒として純水、微粒子として珪素を用いた場合、加熱された気体としてはアルゴンを用いるのが良い。   As shown in FIG. 1, the dispersion medium containing the sprayed fine particles is introduced into the drying casing 4, but the gas heated by the heater 5 and introduced into the drying casing 4 through the heated gas introduction pipe 12. By adjusting the temperature and the flow velocity of the liquid, the dispersion medium contained in the droplets of the suspension 2 is set to a condition that does not completely evaporate in the dry casing 4 (below the boiling point of the dispersion medium). For example, when pure water is used as the dispersion medium, it is preferable to set the temperature of the heater 5 so that the average temperature in the dry casing 4 is 80 to 90 ° C. Moreover, the flow rate of the gas introduced into the drying housing 4 through the heated gas introduction pipe 12 is preferably set in the range of 1 to 5 L / min. If the flow rate of the gas introduced into the dry casing 4 through the heated gas introduction pipe 12 is too small, the number of liquid droplets that collide with the casing surface 9 as an inclined surface increases and the material efficiency decreases. Conversely, if it is too large, coarse droplets will land on the substrate 6 without colliding with the housing surface 9. However, the above-described flow velocity is merely an example, and changing the flow velocity of the heated gas according to the size of the dry casing 4 is a design category. The heated gas may be any gas that does not react with the dispersion medium and the fine particles. For example, when pure water is used as the dispersion medium and silicon is used as the fine particles, argon may be used as the heated gas.

また、ヒータ5によって加熱された気体をプラズマ化する大気圧プラズマ装置を用いて、プラズマ化したガスを乾燥筐体4に導入することで、微粒子の表面を活性化することも有効である。例えば、ガスに水素ガスを2〜3vol%添加してガスをプラズマ化し、微粒子珪素に照射することで、珪素微粒子表面の自然酸化膜を除去することが可能となる。水素ガスの量を爆発限界濃度未満とすることで、水素爆発の発生を防止できる。なお、水素以外の還元性ガスを用いて微粒子の表面を活性化することも可能である。   It is also effective to activate the surface of the fine particles by introducing the plasmad gas into the dry casing 4 using an atmospheric pressure plasma apparatus that converts the gas heated by the heater 5 into plasma. For example, it is possible to remove the natural oxide film on the surface of the silicon fine particles by adding 2 to 3 vol% of hydrogen gas to the gas to make the gas into plasma and irradiating the fine particle silicon. The occurrence of hydrogen explosion can be prevented by setting the amount of hydrogen gas below the explosion limit concentration. It is also possible to activate the surface of the fine particles using a reducing gas other than hydrogen.

噴霧器3から噴霧される懸濁液2(微粒子を分散媒に分散させた液)は噴霧方向に対して基板方向に傾斜させた筐体面9に噴霧される。一方、ヒータ5によって加熱された気体は、懸濁液2が吹き付けられる筐体面9の面に沿った方向に吹き付けられる。本構成により、微粒子や液滴の径が大きいものは乾燥筐体4の筐体面9に衝突するが、微粒子や液滴の径が小さいものは加熱された気体の流れによって、筐体面9に沿った方向に流れる。以上の構成により、微粒子や液滴の径が相対的に大きいものを分別できる。すなわち、径の大きい液滴はヒータ5によって加熱された気体がなす気流の影響が重力よりも小さいため、筐体面9に衝突するのに対し、径の小さい液滴は、ヒータ5によって加熱された気体がなす気流の影響が重力よりも強いため、筐体面9に沿った方向に流される。また、噴霧器3からの延長線上に位置する筐体面9に、粗大な微粒子を捕集する捕集板10を設置することで、粗大な微粒子が基板6上に落下することを防ぐことができる。捕集板10は例えば、金属細線からなるメッシュ板や、ブラストなどで粗面処理した金属板などが適している。   The suspension 2 (liquid in which fine particles are dispersed in a dispersion medium) sprayed from the sprayer 3 is sprayed on the housing surface 9 inclined in the substrate direction with respect to the spraying direction. On the other hand, the gas heated by the heater 5 is sprayed in a direction along the surface of the housing surface 9 to which the suspension 2 is sprayed. With this configuration, particles having large diameters and droplets collide with the casing surface 9 of the dry casing 4, while those having small diameters and droplets have small diameters along the casing surface 9 due to the flow of heated gas. Flowing in the direction With the above configuration, particles having relatively large diameters of fine particles and droplets can be separated. That is, since the droplet having a large diameter collides with the housing surface 9 because the influence of the air flow generated by the gas heated by the heater 5 is smaller than the gravity, the droplet having the small diameter is heated by the heater 5. Since the influence of the air flow made by the gas is stronger than the gravity, the air flows in the direction along the housing surface 9. Moreover, it is possible to prevent the coarse particles from falling onto the substrate 6 by installing the collecting plate 10 for collecting the coarse particles on the housing surface 9 located on the extension line from the sprayer 3. As the collection plate 10, for example, a mesh plate made of fine metal wires, a metal plate roughened with blasting, or the like is suitable.

乾燥筐体4を介して、基板方向に傾斜させた筐体面9の延長線上に(ヒータ5によって加熱された気体の流れの下流側に)基板6を配置する。基板6を積載するヒータ7は、分散媒の沸点以上の温度に設定することが望ましい。例えば、分散媒に純水を用いた場合は100℃以上、望ましくは120〜180℃の範囲が好ましい。ここでは、ヒータ7による熱で乾燥筐体4が加熱されることを防止するために、180℃を上限としているが、乾燥筐体4がヒータ7による熱の影響を受けないのであれば、ヒータ7をこれ以上の温度に設定することも可能である。乾燥筐体4によって分散媒が一部蒸発した状態で、微粒子と分散媒とからなる懸濁液2の液滴が基板6に着弾する。懸濁液2の液滴が基板6に着弾した際に分散媒の量が多い場合は、着弾した周りの微粒子を分散媒が取り込むことで微粒子の凝集が発生してしまうが、分散媒の量を適切にすることで微粒子の凝集を抑制することが可能となる。ここで、ヒータ7が分散媒の沸点よりも低い温度であるか、ヒータ5及びヒータ7の一方のみ備えた構成であると、基板6に着弾した液滴の分散媒が揮発しきらないうちに次の懸濁液2の液滴が着弾するようになり、分散媒が積算的に増加するため、基板6の表面全体が分散媒で濡れてしまう現象が発生する。本実施の形態の構成であれば、基板6への着弾とほぼ同時に分散媒を揮発させることが可能となるため、分散媒による微粒子の凝集を抑制しつつ、分散媒の液滴の質量を活用することで粒径が小さい微粒子も、基板6への着弾をより効率良く行うことができる。すなわち、微粒子は分散媒の液滴に含まれて懸濁液2として噴霧されるため、微粒子自体の粒径が小さくても効率良く基板6へ着弾させることができる。   The substrate 6 is disposed on the extended line of the housing surface 9 inclined in the substrate direction via the dry housing 4 (on the downstream side of the gas flow heated by the heater 5). The heater 7 on which the substrate 6 is loaded is preferably set to a temperature equal to or higher than the boiling point of the dispersion medium. For example, when pure water is used as the dispersion medium, it is preferably 100 ° C. or higher, and preferably in the range of 120 to 180 ° C. Here, in order to prevent the drying casing 4 from being heated by the heat of the heater 7, the upper limit is 180 ° C. However, if the drying casing 4 is not affected by the heat of the heater 7, the heater It is also possible to set 7 to a temperature higher than this. In a state where the dispersion medium is partially evaporated by the dry casing 4, the droplets of the suspension 2 composed of the fine particles and the dispersion medium land on the substrate 6. When the amount of the dispersion medium is large when the droplets of the suspension 2 land on the substrate 6, the dispersion medium takes in the surrounding fine particles that have landed, and the aggregation of the fine particles occurs. It becomes possible to suppress the aggregation of the fine particles by appropriately adjusting. Here, if the heater 7 is at a temperature lower than the boiling point of the dispersion medium or has only one of the heater 5 and the heater 7, the dispersion medium of the droplets that have landed on the substrate 6 is not completely volatilized. Since the next droplet of the suspension 2 comes to land and the dispersion medium increases in an integrated manner, the entire surface of the substrate 6 gets wet with the dispersion medium. With the configuration of the present embodiment, it is possible to volatilize the dispersion medium almost simultaneously with landing on the substrate 6, so that the mass of droplets of the dispersion medium is utilized while suppressing the aggregation of fine particles by the dispersion medium. By doing so, fine particles having a small particle diameter can be landed on the substrate 6 more efficiently. That is, since the fine particles are included in the dispersion medium droplets and sprayed as the suspension 2, even if the fine particles themselves have a small particle size, they can be landed efficiently on the substrate 6.

図2は、実施の形態1にかかる微粒子噴霧装置を用いて粒径が数μm以下である珪素微粒子を含む純水を噴霧した基板表面の顕微鏡写真である。粒径がサブマイクロメートルから数マイクロメートルである微粒子であっても基板に固定できていることが確認できる。すなわち、本実施形態にかかる微粒子噴霧装置により、微粒子を基板に固定できる。   FIG. 2 is a photomicrograph of the substrate surface sprayed with pure water containing silicon fine particles having a particle size of several μm or less using the fine particle spraying apparatus according to the first embodiment. It can be confirmed that even fine particles having a particle diameter of submicrometer to several micrometers can be fixed to the substrate. That is, the fine particles can be fixed to the substrate by the fine particle spray device according to the present embodiment.

なお、図1には図示していないが、基板6に対して噴霧器3を相対的に移動させる機構を設けることも可能である。すなわち、広い面積の基板6に対する噴霧器3や乾燥筐体4などの位置を変えながら懸濁液2の液滴を噴霧する構成としても良い。   Although not shown in FIG. 1, a mechanism for moving the sprayer 3 relative to the substrate 6 may be provided. That is, it is good also as a structure which sprays the droplet of the suspension liquid 2 changing the position of the sprayer 3 with respect to the board | substrate 6 of a large area, the drying housing | casing 4, etc. FIG.

以上のように、本実施の形態にかかる微粒子噴霧装置は、微粒子を含む液滴を帯電させることなく基板に向けて噴霧するため、ガラスなどの絶縁体を基板として用いた場合でも液滴の着弾によって基板が帯電することはない。したがって、液滴を効率良く基板に着弾させて微粒子を基板上に固定できる。   As described above, since the fine particle spraying device according to the present embodiment sprays droplets containing fine particles toward the substrate without charging, even when an insulator such as glass is used as the substrate, the droplets land. Does not charge the substrate. Therefore, the droplets can be efficiently landed on the substrate and the fine particles can be fixed on the substrate.

また、固体状態の微粒子を用いて基板上に拡散配置できるため、材料ガスを用いて基板上に微粒子を析出させる場合と比較すると材料効率が高く、原材料の減量化を図れる。また、材料ガスをプラズマ化させたりする処理は不要であるため、エネルギー消費量を削減でき、製造工程における環境負荷を低減できる。さらに、固体状態の微粒子は容易に分散媒と分離できるため、再資源化が可能である。   Further, since the solid state fine particles can be diffused and arranged on the substrate, the material efficiency is higher and the amount of raw materials can be reduced compared with the case where the fine particles are deposited on the substrate using the material gas. Moreover, since the process which makes material gas into plasma is unnecessary, energy consumption can be reduced and the environmental load in a manufacturing process can be reduced. Furthermore, since the solid particles can be easily separated from the dispersion medium, they can be recycled.

実施の形態2.
図3は、本発明にかかる微粒子噴霧装置の実施の形態2の構成を示す図である。微粒子噴霧装置1は、分散媒に微粒子が分散した懸濁液2を噴霧器3から噴霧する。噴霧器3は乾燥筐体4に接続されている。乾燥筐体4の外周には筐体を取り巻く形で第3のヒータとしての筐体ヒータ11が設置されている。乾燥筐体4内の雰囲気は、加熱された乾燥筐体4からの熱輻射や熱伝達によって加熱される。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the fine particle spray device according to the present invention. The fine particle spray device 1 sprays a suspension 2 in which fine particles are dispersed in a dispersion medium from a sprayer 3. The sprayer 3 is connected to the drying housing 4. A casing heater 11 as a third heater is installed on the outer periphery of the dry casing 4 so as to surround the casing. The atmosphere in the dry casing 4 is heated by heat radiation or heat transfer from the heated dry casing 4.

乾燥筐体4には、ヒータ5で加熱された気体が導入される。噴霧器3から噴霧される懸濁液2は噴霧方向に対して基板方向に傾斜させた筐体面9に吹き付けられる。一方、ヒータ5によって加熱された気体は、懸濁液2が吹き付けられる筐体面9の面に沿った方向に吹き付けられる。   A gas heated by the heater 5 is introduced into the dry casing 4. The suspension 2 sprayed from the sprayer 3 is sprayed onto the housing surface 9 inclined in the substrate direction with respect to the spraying direction. On the other hand, the gas heated by the heater 5 is sprayed in a direction along the surface of the housing surface 9 to which the suspension 2 is sprayed.

乾燥筐体4を介して、傾斜させた筐体面9の延長線上に(ヒータ5によって加熱された気体の流れの下流側に)基板6を配置する。基板6はヒータ7によって加熱される。分散媒に微粒子を分散させた懸濁液2や噴霧器3の詳細については実施の形態1と同様であっても良い。   The substrate 6 is disposed on the extended line of the inclined casing surface 9 (on the downstream side of the gas flow heated by the heater 5) via the dry casing 4. The substrate 6 is heated by the heater 7. The details of the suspension 2 in which the fine particles are dispersed in the dispersion medium and the sprayer 3 may be the same as those in the first embodiment.

本実施の形態であれば、乾燥筐体4内の雰囲気を筐体ヒータ11で加熱するので、乾燥筐体4内部での気体の温度差を小さくすることが可能となり、捕集板10付近での対流の発生を抑制できる。これにより、粗大な粒子が捕集板10に衝突することは、捕集板10付近で発生した上昇気流によって阻害されにくくなり、粗大な粒子をより確実に捕集板10で捕集することが可能となる。例えば、筐体ヒータ11の設定温度をヒータ5の設定温度と同じくらいの温度とすることで、乾燥筐体4内の温度差を小さくできる。   In the present embodiment, since the atmosphere in the dry casing 4 is heated by the casing heater 11, it is possible to reduce the temperature difference of the gas inside the dry casing 4, and in the vicinity of the collecting plate 10. The occurrence of convection can be suppressed. As a result, the collision of coarse particles with the collection plate 10 is less likely to be hindered by the rising air flow generated in the vicinity of the collection plate 10, and the coarse particles can be collected more reliably by the collection plate 10. It becomes possible. For example, the temperature difference in the dry casing 4 can be reduced by setting the set temperature of the casing heater 11 to the same temperature as the set temperature of the heater 5.

乾燥筐体4内の気流は、温度差による対流及び噴霧器3からの気流となる。乾燥筐体4内の温度差を小さくすることにより、噴霧器3以外の要因で発生する気流を低減でき、基板面内の噴霧状態を均一化する上で有利である。筐体内の温度差を小さくする手段として、乾燥筐体4を加熱する筐体ヒータ11を複数設置してそれぞれ温度設定を行うことで、対流を低減することが可能である。加熱された気体は乾燥筐体4の上部に集まりやすいため、乾燥筐体4の上部の筐体ヒータ11の温度を下部の筐体ヒータ11に比べて低く設定することが有効である。   The airflow in the dry housing 4 becomes convection due to a temperature difference and airflow from the sprayer 3. By reducing the temperature difference in the dry housing 4, the air flow generated by factors other than the sprayer 3 can be reduced, which is advantageous in making the spray state in the substrate surface uniform. As a means for reducing the temperature difference in the housing, convection can be reduced by installing a plurality of housing heaters 11 for heating the dry housing 4 and setting the temperature respectively. Since the heated gas tends to collect at the upper part of the dry casing 4, it is effective to set the temperature of the casing heater 11 at the upper part of the drying casing 4 to be lower than that at the lower casing heater 11.

以上のように、本発明にかかる微粒子噴霧装置及び微粒子固定方法は、粒径が小さい微粒子を凝集させることなく基板上に固定できる点で有用であり、特に、ガラスなどの絶縁体基板上に微粒子を固定するのに適している。   As described above, the fine particle spraying apparatus and the fine particle fixing method according to the present invention are useful in that fine particles having a small particle diameter can be fixed on a substrate without agglomeration, and in particular, fine particles on an insulating substrate such as glass. Suitable for fixing.

1 微粒子噴霧装置
2 懸濁液
3 噴霧器
4 乾燥筐体
5、7 ヒータ
6 基板
8 キャリアガス
9 筐体面
10 捕集板
11 筐体ヒータ
12 加熱空気導入管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fine particle spray apparatus 2 Suspension 3 Sprayer 4 Drying housing 5, 7 Heater 6 Substrate 8 Carrier gas 9 Housing surface 10 Collection plate 11 Housing heater 12 Heated air introduction pipe

Claims (6)

分散媒に微粒子を分散させた懸濁液の液滴を基板へ吹き付け、前記分散媒を揮発させて前記微粒子を前記基板上に固定する微粒子噴霧装置であって、
前記懸濁液の液滴を噴霧する噴霧器と、
前記懸濁液の噴霧方向に対して斜めに配置された傾斜面を備えた乾燥筐体と、
前記乾燥筐体に導入する気体を第1の温度に加熱する第1のヒータと、
前記第1の温度に加熱された気体を前記傾斜面に沿って前記乾燥筐体内に導入する手段と、
前記第1の温度に加熱されて前記乾燥筐体内に導入された気体の流れの前記傾斜面よりも下流側において前記基板を保持し、該基板を前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱する第2のヒータとを有し、
前記噴霧器から前記傾斜面へ向けて噴霧された前記懸濁液の液滴を、前記第1の温度に加熱された気体の流れによって搬送し、前記基板へ吹き付けることを特徴とする微粒子噴霧装置。
A fine particle spraying device that sprays droplets of a suspension in which fine particles are dispersed in a dispersion medium onto a substrate, volatilizes the dispersion medium and fixes the fine particles on the substrate,
A sprayer for spraying droplets of the suspension;
A drying housing having an inclined surface arranged obliquely with respect to the spraying direction of the suspension;
A first heater for heating the gas introduced into the dry casing to a first temperature;
Means for introducing the gas heated to the first temperature into the drying casing along the inclined surface;
The substrate is held on the downstream side of the inclined surface of the gas flow heated to the first temperature and introduced into the drying casing, and the substrate is held at a second temperature higher than the first temperature. A second heater for heating to
A fine particle spraying apparatus, wherein the droplets of the suspension sprayed from the sprayer toward the inclined surface are conveyed by a gas flow heated to the first temperature and sprayed onto the substrate.
前記第2の温度は、前記分散媒の沸点以上であることを特徴とする請求項1記載の微粒子噴霧装置。   The fine particle spray apparatus according to claim 1, wherein the second temperature is equal to or higher than a boiling point of the dispersion medium. 前記第1の温度は、前記分散媒の沸点未満であることを特徴とする請求項1又は2記載の微粒子噴霧装置。   The fine particle spraying device according to claim 1 or 2, wherein the first temperature is lower than a boiling point of the dispersion medium. 前記乾燥筐体を加熱する第3のヒータを有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の微粒子噴霧装置。   The fine particle spraying device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a third heater for heating the dry casing. 前記傾斜面に、前記懸濁液の液滴を捕集する手段を設けたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の微粒子噴霧装置。   The fine particle spraying device according to any one of claims 1 to 4, wherein means for collecting droplets of the suspension are provided on the inclined surface. 分散媒に微粒子を分散させた懸濁液の液滴を基板へ吹き付け、前記分散媒を揮発させて前記微粒子を前記基板上に固定する微粒子固定方法であって、
第1の温度に加熱された気体を筐体内面に沿わせて前記乾燥筐体内に導入する工程と、
前記第1の温度に加熱された気体が沿って流れている前記筐体内面へ向けて、前記懸濁液の液滴を斜めから噴霧する工程と、
前記筐体内面の前記第1の温度に加熱された気体の流れの下流側に設置されて前記第1の温度よりも高い第2の温度に加熱された前記基板に、前記第1の温度に加熱された気体の流れによって搬送された前記懸濁液の液滴を吹き付ける工程とを有することを特徴とする微粒子固定方法。
A fine particle fixing method of spraying droplets of a suspension in which fine particles are dispersed in a dispersion medium onto a substrate, volatilizing the dispersion medium, and fixing the fine particles on the substrate,
Introducing the gas heated to the first temperature into the dry casing along the inner surface of the casing;
Spraying the suspension liquid droplets obliquely toward the inner surface of the housing along which the gas heated to the first temperature flows;
The substrate installed on the downstream side of the flow of gas heated to the first temperature on the inner surface of the housing and heated to a second temperature higher than the first temperature is set to the first temperature. And a step of spraying droplets of the suspension conveyed by the heated gas flow.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7629635B2 (en) 2021-08-10 2025-02-14 株式会社川本製作所 Snowfall sensor and snow melting device

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