JP5692160B2 - Plasma deposition system - Google Patents
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Description
この発明は、基板の表面に成膜するプラズマ成膜装置に関する。 The present invention relates to a plasma film forming apparatus for forming a film on a surface of a substrate.
金属板などの基板の表面を金属薄膜によってコーティングすることができるプラズマ成膜装置が知られている(下記特許文献1等)。プラズマ成膜装置では、原料ガスをプラズマ化して生成した金属イオンを、成膜対象である基板に付着させて成膜する。通常、プラズマ成膜装置は、成膜室の壁面に、プラズマ中で生成される汚れの原因物質が付着することを防止するための防着板によって保護される。 2. Description of the Related Art A plasma film forming apparatus that can coat the surface of a substrate such as a metal plate with a metal thin film is known (Patent Document 1 below). In the plasma film forming apparatus, metal ions generated by converting a source gas into plasma are attached to a substrate that is a film forming target to form a film. Usually, the plasma film forming apparatus is protected by a deposition plate for preventing the causative substance of dirt generated in the plasma from adhering to the wall surface of the film forming chamber.
ところで、プラズマ成膜装置には、その防着板に、プラズマ生成のための電極として機能させるものがある。しかし、プラズマ成膜装置では、成膜処理中に成膜室内が高温(例えば、300〜400℃程度)になるため、防着板を電極として機能させている場合には、その防着板の熱膨張による変形が、成膜状態に影響してしまう可能性がある。 By the way, in some plasma film forming apparatuses, the deposition preventing plate functions as an electrode for generating plasma. However, in the plasma film forming apparatus, the film forming chamber is heated to a high temperature (for example, about 300 to 400 ° C.) during the film forming process. Deformation due to thermal expansion may affect the film formation state.
また、プラズマ成膜装置では、防着板が熱膨張により変形して成膜室の壁面と接触してしまう場合がある。この場合には、その防着板が冷却されて、成膜室内の処理温度が低下してしまう原因となる。成膜室内の処理温度が低下すると、薄膜と基板との間の密着性が低下してしまう。 In the plasma film forming apparatus, the deposition preventing plate may be deformed by thermal expansion and come into contact with the wall surface of the film forming chamber. In this case, the deposition preventing plate is cooled, which causes a decrease in the processing temperature in the film forming chamber. When the processing temperature in the film formation chamber is lowered, the adhesion between the thin film and the substrate is lowered.
さらに、プラズマ成膜装置において、防着板に付着した汚れの除去が十分に行えてない場合には、その残存している汚れが成膜状態を劣化させる原因となることが知られている。以上のように、プラズマ成膜装置では、防着板の熱膨張や、汚れなどが、プラズマ成膜装置の成膜性能に大きく影響する。 Further, it is known that in the plasma film forming apparatus, when the dirt attached to the deposition preventing plate cannot be sufficiently removed, the remaining dirt causes the film forming state to deteriorate. As described above, in the plasma film forming apparatus, the thermal expansion or contamination of the deposition preventing plate greatly affects the film forming performance of the plasma film forming apparatus.
本発明は、プラズマ成膜装置の成膜性能を向上させる技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which improves the film-forming performance of a plasma film-forming apparatus.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
プラズマ成膜装置であって、成膜対象である基板が配置される成膜室と、前記成膜室において、前記基板を囲むように配置され、前記成膜室の壁面への汚れの付着を防止する複数の防着板と、を備え、前記複数の防着板は、前記基板の表面に対向して平行に配置される面を有し、プラズマを生成する電極として機能する電極防着板を含み、前記電極防着板は、熱膨張したときに、互いに対向する端部の少なくとも一方が、対向する前記基板の表面に沿った方向に変位可能に配置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、防着板であり、プラズマ生成のための電極としても機能する電極防着板が熱膨張した場合であっても、その電極防着板の板面が歪むような変形が抑制される。従って、防着板の歪みによる成膜状態の劣化が抑制される。
[Application Example 1]
A plasma deposition apparatus, which is disposed so as to surround the substrate in a deposition chamber in which a substrate to be deposited is disposed and in the deposition chamber, and prevents dirt from adhering to the wall surface of the deposition chamber. A plurality of deposition preventing plates, the plurality of deposition preventing plates having a surface arranged in parallel to face the surface of the substrate, and functioning as an electrode for generating plasma The electrode deposition plate is disposed such that at the time of thermal expansion, at least one of end portions facing each other is displaceable in a direction along the surface of the facing substrate.
In this plasma deposition apparatus, even if the electrode deposition plate which is a deposition plate and also functions as an electrode for plasma generation is thermally expanded, the plate surface of the electrode deposition plate is distorted. Deformation is suppressed. Therefore, the deterioration of the film formation state due to distortion of the deposition preventing plate is suppressed.
[適用例2]
適用例1記載のプラズマ成膜装置であって、前記電極防着板は、前記基板の両面に対向して平行に配置される面を有する第1と第2の正面電極防着板と、前記基板の側端面に対向して平行に配置される面を有し、前記第1と第2の正面電極防着板と隣合う、第1と第2の側面電極防着板と、を含み、前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、成膜処理中の熱膨張によって互いに干渉し合わないように離間して配置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板を囲むように複数の電極防着板が配列されている場合であっても、その電極防着板同士が熱膨張によって干渉し合うことが抑制される。従って、各電極防着板の板面が歪むような変形が抑制され、防着板の歪みによる成膜状態の劣化が抑制される。
[Application Example 2]
The plasma film forming apparatus according to Application Example 1, wherein the electrode deposition plate includes first and second front electrode deposition plates having surfaces arranged in parallel to face both surfaces of the substrate; A first and second side electrode electrode-adhering plate having a surface arranged in parallel to face the side end surface of the substrate and adjacent to the first and second front electrode electrode-adhering plates; The first and second front electrode deposition plates and the first and second side electrode deposition plates are spaced apart from each other so as not to interfere with each other due to thermal expansion during the film formation process. , Plasma deposition equipment.
With this plasma deposition apparatus, even when a plurality of electrode deposition plates are arranged so as to surround the substrate, the electrode deposition plates are prevented from interfering with each other due to thermal expansion. Therefore, the deformation | transformation which the plate | board surface of each electrode adhesion prevention board distorts is suppressed, and the deterioration of the film-forming state by the distortion of an adhesion prevention board is suppressed.
[適用例3]
適用例2記記載のプラズマ成膜装置であって、前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、平板部材によって構成されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、電極防着板における、熱膨張による歪みの発生をより効果的に抑制することができる。また、各電極防着板に付着した汚れの除去を、容易、かつ、確実に実行することができ、電極防着板に付着した汚れによる成膜状態の劣化を抑制することができる。
[Application Example 3]
In the plasma film forming apparatus described in Application Example 2, each of the first and second front electrode deposition plates and the first and second side electrode deposition plates is configured by a flat plate member. Plasma deposition system.
With this plasma film forming apparatus, the generation of distortion due to thermal expansion in the electrode deposition plate can be more effectively suppressed. In addition, removal of dirt attached to each electrode deposition plate can be easily and reliably performed, and deterioration of the film formation state due to dirt adhered to the electrode deposition plate can be suppressed.
[適用例4]
適用例3記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、前記成膜室には、前記隣り合う電極防着板のそれぞれの端部に接触して、前記隣り合う電極防着板のそれぞれを支持しつつ、前記隣り合う電極防着板同士の間の間隙を補完する支持部材が設置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、熱膨張による干渉を抑制するための各電極防着板同士の間の間隙を、各電極防着板の支持部材によって補完することができ、当該間隙から反応中間体などの汚れの原因物質が漏洩してしまうことを抑制できる。従って、成膜室の壁面への汚れの付着によるプラズマ成膜装置の性能劣化を抑制することができる。また、この支持部材であれば、各電極防着板を接触により支持しているのみであるため、各電極防着板の成膜室に対する着脱が容易となる。従って、電極防着板の洗浄・補修などのメンテナンスが容易となる。
[Application Example 4]
The plasma film forming apparatus according to Application Example 3, wherein the film forming chamber is in contact with each end of the adjacent electrode protection plate and supports each of the adjacent electrode protection plates. However, the plasma film-forming apparatus in which the supporting member which supplements the gap | interval between the said adjacent electrode adhesion prevention plates is installed.
With this plasma film-forming apparatus, the gap between the electrode protection plates for suppressing interference due to thermal expansion can be supplemented by the support member of each electrode protection plate, and the reaction intermediate from the gap. It is possible to suppress leakage of causative substances such as the body. Therefore, it is possible to suppress the performance deterioration of the plasma film forming apparatus due to the adhesion of dirt to the wall surface of the film forming chamber. Further, with this support member, each electrode deposition plate is only supported by contact, so that each electrode deposition plate can be easily attached to and detached from the film forming chamber. Accordingly, maintenance such as cleaning and repairing of the electrode protection plate is facilitated.
[適用例5]
適用例1から適用例4のいずれか一つに記載のプラズマ成膜装置であって、前記成膜室にガスを供給し、前記ガスの流れによって、プラズマ中で生成された汚れの原因物質が前記成膜室内の所定の部位へ付着することを抑制する防着ガス供給部を備える、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、防着ガス供給部が供給するガスの流れによって、成膜室内の所定の部位への汚れの付着を抑制できる。従って、成膜室内の汚れによるプラズマ成膜装置の性能劣化が抑制される。
[Application Example 5]
The plasma film forming apparatus according to any one of Application Example 1 to Application Example 4, wherein a gas is supplied to the film forming chamber, and a cause substance of dirt generated in the plasma is generated by the gas flow. A plasma film-forming apparatus comprising an anti-adhesion gas supply unit that suppresses adhesion to a predetermined site in the film-forming chamber.
With this plasma film forming apparatus, it is possible to suppress the adhesion of dirt to a predetermined site in the film forming chamber by the gas flow supplied by the deposition gas supply unit. Accordingly, performance degradation of the plasma film forming apparatus due to contamination in the film forming chamber is suppressed.
[適用例6]
適用例4を引用する適用例5に記載のプラズマ成膜装置であって、前記防着ガス供給部は、前記支持部材に設けられた、前記ガスを噴射するガスノズルを備え、前記ガスノズルの噴射圧力によって、前記支持部材に向かう前記汚れの原因物質の移動を抑制して、前記支持部材への汚れの付着を防止する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、支持部材によって、電極防着板に囲まれた領域外への汚れの原因物質の漏洩を抑制しつつ、防着ガス供給部から供給されるガスによって支持部材に汚れの原因物質が付着することを抑制できる。従って、汚れの付着によるプラズマ成膜装置の性能劣化が、より抑制される。
[Application Example 6]
The plasma film forming apparatus according to Application Example 5 that cites Application Example 4, wherein the deposition gas supply unit includes a gas nozzle that injects the gas and is provided on the support member, and an injection pressure of the gas nozzle The plasma film-forming apparatus which suppresses the movement of the causative substance of the stain toward the support member and prevents the adhesion of the stain to the support member.
In the case of this plasma film forming apparatus, the support member suppresses the leakage of the causative substance outside the region surrounded by the electrode protection plate, and the support member by the gas supplied from the deposition gas supply unit. It can suppress that the causative substance of dirt adheres. Therefore, the performance deterioration of the plasma film forming apparatus due to the adhesion of dirt is further suppressed.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、プラズマ成膜装置、その装置に用いられる防着板、その防着板の配置方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in the form of a plasma film forming apparatus, a deposition plate used in the apparatus, a method for arranging the deposition plate, and the like. .
A.第1実施例:
図1は本発明の一実施例としてのプラズマ成膜装置100の構成を示す概略図である。なお、図1には、重力方向を示す矢印Gを図示してある。このプラズマ成膜装置100は、いわゆるプラズマCVD法(plasma CVD; plasma-enhanced chemical vapor deposition)によって、成膜対象である基板10の表面全体に炭素薄膜を形成する。基板10に成膜される炭素薄膜の構造としては、アモルファス構造や、グラファイト構造であるものとしても良く、他の種類の構造で有るものとしても良い。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a plasma
なお、本実施例では、基板10は、燃料電池のセパレータの基材として用いられる平板状の金属板である。燃料電池の詳細な構成については、実施例の後に説明する。
In this embodiment, the
プラズマ成膜装置100は、成膜室110と、原料ガス供給部120と、プラズマ発生用電源130と、排ガス処理部160と、を備える。成膜室110は、チャンバーとも呼ばれ、天井部112と、側壁部113と、床部114とによって囲まれた、基板10を収容する密閉空間111を有する。基板10は、天井部112に設けられたチャック部151によって把持され、その表面(板面および側端面)が成膜室110の内壁面と平行な状態で、密閉空間111内に垂下される。
The plasma
なお、成膜室110の天井部112は、基板10を成膜室110に収容・設置するために、側壁部113の上側端部から離間させることができるが、その詳細な説明は省略する。また、成膜室110の外側の壁面には、当該壁面を冷却するための冷媒の循環路が設けられるが、その図示および説明は省略する。
The
成膜室110の密閉空間111には、基板10の全体を囲むように、上側防着板141と、下側防着板142と、外周防着板143とが、成膜室110の内壁面に沿って配置されている。防着板141〜143は、成膜処理の際にプラズマ中に生成される汚れの原因物質が、成膜室110の壁面へ付着することを防止する。なお、成膜室110内に堆積された汚れは、プラズマによって分解され、異常放電の発生原因となる可能性があり、プラズマ成膜装置100の成膜性能の劣化の原因となる。
In the sealed
ここで、本実施例のプラズマ成膜装置100では、防着板141〜143は、導電性を有する板状部材によって構成されており、成膜処理の際に、原料ガス(反応ガス)のプラズマを生成するため電極としても機能する。本明細書では、防着板141〜143によって囲まれた領域140を「プラズマ生成領域140」とも呼ぶ。各防着板141〜143は、成膜室110内において、以下のように配置されている。
Here, in the plasma
上側防着板141は、平板状の部材によって構成されており、天井部112に設けられた支持部152によって保持され、基板10の上側において、成膜室110の天井面と平行に配置される。なお、上側防着板141には、基板10を把持するチャック部151の軸部や原料ガスの供給配管121を挿通するための貫通孔が設けられている。
The upper
ここで、上側防着板141は、外周防着板143の上側端部とは離間して配置されている。この上側防着板141と外周防着板143の上側端部との間の間隙は、後述する外周防着板143同士の間の間隙と同様に、各外周防着板143の上側端部が熱膨張によって、上方向に変位可能にするためのものである。
Here, the upper
下側防着板142は、平板状の部材によって構成されており、床部114に設けられた支持部153によって保持され、基板10の下側において、成膜室110の床面と平行に配置される。なお、下側防着板142には、外周防着板143の支持部材144,145が設けられている。また、下側防着板142には、排ガス配管161が接続される貫通孔が設けられている。
The lower
外周防着板143は、基板10の平面(板面)に平行に配置される、2枚の正面防着板143aと、基板10の側端面と平行に配置される、2枚の側面防着板143bとを含む。各外周防着板143は、曲げ部を有していない平板状の部材によって構成されており、第1と第2の支持部材144,145に支持されて、下側防着板142の板面上に、着脱可能に立てられる。各外周防着板143の配置構成の詳細は後述する。
The outer peripheral
原料ガス供給部120は、原料ガスの貯蔵タンクを備えており、原料ガス供給配管121と、シャワー管122とを介して、プラズマ生成領域140内に原料ガスを供給する。本実施例では、原料ガスとして、ピリジン(py;C5H5N)を供給する。
The source
原料ガス供給配管121は、天井部112および上側防着板141を貫通して、プラズマ生成領域140内に配置されたシャワー管122に接続されている。シャワー管122は、基板10の上方であって、外周防着板143の上側端部より下方の位置において、上側防着板141の板面に平行に配置されている。シャワー管122には、基板10に向かって、原料ガスを噴射可能なように、複数のシャワー孔123が形成されている。
The source
プラズマ発生用電源130は、基板10と、各防着板141〜143と電気的に接続されており、プラズマ生成領域140に供給された原料ガスをプラズマ化するための電場を生成する。本実施例のプラズマ成膜装置100では、プラズマ発生用電源130は、基板10側を負極とし、各防着板141〜143を陽極として電場を生成する。排ガス処理部160は、排ガスを吸引するためのポンプを備え、排ガス配管161を介して、成膜に用いられることのなかった原子を含む排ガスを、成膜室110の外部へと排出する。
The plasma generating
プラズマ成膜装置100では、その成膜処理の際には、成膜室110が真空化される。そして、プラズマ生成領域140内に、電場が生成されるとともに、原料ガスが供給され、成膜室110の室温が、高温(350〜400℃程度)にされる。これによって、原料ガスがプラズマ化し、炭素原子の陽イオンが、陰極である基板10の表面に付着し、炭素薄膜が形成される。なお、この成膜処理の際には、プラズマ中に生成されたカーボン中間体などの余剰物質が、防着板141〜143に汚れとして付着することになる。
In the plasma
図2,図3は、成膜室110における外周防着板143の配置構成を説明するための概略図である。図2は、成膜室110のプラズマ生成領域140を、上方から重力方向に沿って見たときの概略図である。図2には、重力方向を示す矢印Gを図示してある。なお、図2では、下側防着板142の図示は省略してある。
2 and 3 are schematic views for explaining the arrangement configuration of the outer peripheral
図3(A),(B)はそれぞれ、外周防着板143が支持部材144,145によって支持されている状態を示す概略斜視図である。図3(A),(B)には、重力方向を示す矢印Gを図示してある。また、図3(B)では、側面防着板143bに隣り合う正面防着板143aの図示は便宜上省略してある。
FIGS. 3A and 3B are schematic perspective views showing a state in which the outer
上述したとおり、各外周防着板143は、下側防着板142に設けられた第1と第2の支持部材144,145によって支持された状態で、下側防着板142の板面上に立てられている。具体的には以下の通りである。
As described above, each outer
第1の支持部材144は、略L字型の断面形状を有する柱状部材であり、下側防着板142の板面上に立てられた状態の各外周防着板143と同程度の高さを有している(図3(A))。第1の支持部材144は、内角側の面が隣り合う正面防着板143aと側面防着板143bのそれぞれの端部に接触するように、プラズマ生成領域140の角部に沿って配置される。これによって、各外周防着板143が下側防着板142の外側へと倒れないように支持する。
The
第2の支持部材145は、プラズマ生成領域140内において、下側防着板142の板面から重力方向上側へと突出する突起部を構成する部材である((図3(B))。第2の支持部材145は、各外周防着板143の下側端部の一部と係合して、当該端部が下側防着板142の内側へと移動してしまうことを抑制する。
The
ここで、正面防着板143aはそれぞれ、基板10の板面から距離dだけ離間した位置に配置されており、側面防着板143bはそれぞれ、基板10の側端面から距離dだけ離間した位置に配置されている。このように、各外周防着板143は、基板10に対して等間隔dを有して配置されているため、成膜の際には、基板10の外周に、均一な電場を形成することができる。従って、基板10に形成される薄膜の厚みが、より均一化される。
Here, each of the front
また、本実施例のプラズマ成膜装置100では、各外周防着板143は、互いの隣り合う端部同士が離間した状態で配置されており(図2)、その上側端部も、上側防着板141から離間した状態である(図1)。そして、各外周防着板143は、第1と第2の支持部材144,145に接触して支持されているのみであり、可動できる状態で支持されている。従って、成膜処理の際に、成膜室110内が高温状態となり、各外周防着板143が熱膨張した場合には、各外周防着板143の端部の位置が変位する。即ち、各外周防着板143における熱膨張は、それらの間に設けられた間隙に吸収される。
Moreover, in the plasma film-forming
さらに、本実施例の各外周防着板143は、それぞれが分離独立しており、第1と第2の支持部材144,145の間に差し込まれて設置されているのみであるため、成膜処理後の成膜室110からの脱着が容易である。また、各外周防着板143は、平板状の部材であるため、いわゆるショットブラストなどによって、付着したカーボン中間体などの汚れを容易に除去できる。
Furthermore, each outer
なお、本実施例では、第1の支持部材144が、各外周防着板143の間に配置されており、各外周防着板143同士の間の間隙を閉塞している(図2)。これによって、第1の支持部材144は、カーボン中間体などの汚れの原因物質が、外周防着板143同士の間隙から漏洩して、成膜室110の壁面に付着してしまうことを抑制する。また、本実施例の第1の支持部材144は、導電性部材によって構成されており、プラズマ発生のための電場の形成に寄与する。このように、本実施例の第1の支持部材144は、外周防着板143と同様に、防着板としても機能している。
In the present embodiment, the
図4は、第1参考例としての外周防着板300を説明するための概略図である。図4(A)は、外周防着板300の構成を示す概略斜視図である。図4(B)は、成膜室110に設置された外周防着板300を上方から重力方向に沿って見たときの概略図である。この第1参考例の外周防着板300は、略直方体形状の筒状部材を構成している(図4(A))。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an outer peripheral
第1参考例の外周防着板300は、プラズマ成膜装置100の成膜室110において、下側防着板142の板面上に配置され、その筒内の内部空間305に基板10を収容する(図4(B))。具体的には、基板10は、その板面が、第1参考例の外周防着板300の第1と第2の面301,302と平行になり、その側端面が、第3と第4の面303,304と平行になるように収容される。なお、基板10は、第1参考例の外周防着板300の各面301〜304とそれぞれ等距離dだけ離間するように収容される。
The outer peripheral
図4(C)は、第1参考例の外周防着板300の、成膜処理の際の熱膨張による変形を説明するための模式図である。図4(C)は、成膜室110の側壁部113の図示が追加されている点と、第1参考例の外周防着板300の一部が変形している点以外は、図4(B)とほぼ同じである。
FIG. 4C is a schematic diagram for explaining deformation due to thermal expansion during the film forming process of the outer peripheral
第1参考例の外周防着板300は、筒状部材であるため、各面301〜304が連結されている。従って、成膜処理中の高温状態によって、第1参考例の外周防着板300が熱膨張すると、各面301〜304は、その熱膨張量の差によって歪みを生じてしまう可能性がある。各面301〜304に歪みが生じると、各面301〜304と基板10との間の距離も変化するため、基板10との間に形成される電場が不均一となり、形成される薄膜の厚みが不均一となってしまう可能性がある。
Since the outer periphery
また、図示したように、第1の面301や第2の面302が外側に湾曲して成膜室110の側壁部113と接触してしまうと、第1または第2の面301,302が、側壁部113によって冷却されていまい、処理温度が低下する原因となる。例えば、40℃以下に冷却されている側壁部113に外周防着板300の一部が接触すると、350℃の処理温度が、300℃以下まで低下してしまう場合がある。このように処理温度が低下してしまうと、基板10と薄膜との密着性が低下し、薄膜の耐久性が低下してしまう。
Further, as illustrated, when the
また、第1参考例の外周防着板300は、成膜処理によって、その内壁面に汚れが付着する。ショットブラストでは、粒体(投射材)を洗浄対象に投射して衝突させることにより、汚れを除去するため、成膜処理後の汚れの除去が、平板状部材によって構成された本実施例の外周防着板143よりも困難となってしまう。
In addition, the outer peripheral
図5は、第2参考例としての外周防着板310を説明するための概略図である。図5(A)は、外周防着板310の構成を示す概略斜視図である。図5(B)は、成膜室110に設置された外周防着板310を上方から重力方向に沿って見たときの概略図である。この第2参考例の外周防着板310は、第1と第2の防着板311,312を組み合わせることにより、基板10を収容可能な略直方体の筒状部材を構成する(図5(A))。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an outer periphery-preventing
第2参考例の外周防着板310を構成する第1と第2の防着板311,312はそれぞれ、板状部材を曲げ加工することにより形成されており、正面部311a,312aと、側面部311b,312bと、係合部311c,312cとを有する。以下では、第1の防着板311の各部311a〜311cについて説明するが、第2の防着板312の各部312a〜312cは、第1の防着板311の各部311a〜311cと同様な構成であるため、その説明は省略する。
The first and second
第1の防着板311の正面部311aは、成膜室110において、基板10の板面と平行に対向する部位である。側面部311bと係合部311cとはそれぞれ、正面部311aの互いに対向する両端から、ほぼ直角に曲げられて形成された部位である。
The
側面部311bは、成膜室110において、基板10の側端面と平行に対向する。係合部311cは、成膜室110において、第2の防着板312の側面部312bの端部と係合する。基板10は、この第2参考例の外周防着板310の内部空間313に、その板面が正面部311a,312aと距離dだけ離れ、その側端面が側面部311b,312bと距離dだけ離れるように配置される(図5(B))。
The
図5(C)は、第2参考例の外周防着板310の、成膜処理の際の熱膨張による変形を説明するための模式図である。図5(C)は、変形した第1参考例の外周防着板300に換えて、変形した第2参考例の外周防着板310が図示されている点以外は、図4(C)とほぼ同じである。
FIG. 5C is a schematic diagram for explaining the deformation due to thermal expansion during the film forming process of the outer peripheral
第2参考例の外周防着板310の2つの防着板311,312は、成膜処理の際には、互いに拘束し合うように配置されている。そのため、第1参考例の外周防着板300と同様に、熱膨張によって変形してしまう可能性がある。
The two
また、第2参考例の外周防着板310は、2つの防着板311,312を組み合わせて構成されているため、成膜処理後には、それらを分離することにより、第1参考例の外周防着板300よりも容易に、汚れの除去が可能である。しかし、2つの防着板311,312は角部を有しているため、当該角部に付着した汚れの除去が困難になってしまう可能性がある。
In addition, since the outer peripheral
これら2つの参考例の外周防着板300,310に対し、本実施例の外周防着板143であれば、前記したとおり、各防着板143a,143bが、それらの端部の位置が変位可能な状態で、離間されて配置されている(図2)。従って、各防着板143a,143bの面に沿った方向への熱膨張が阻害されず、板面が歪むような変形が抑制される。また、各防着板143a,143bは、成膜室110からの取り外しが容易であり、成膜処理において付着した汚れの除去作業も簡易かつ確実に行うことができる。
In contrast to these two outer
以上のように、本実施例のプラズマ成膜装置100であれば、外周防着板143や支持部材144,145などの簡易な構成により、外周防着板143の熱膨張や、成膜室110への汚れの付着によるプラズマ成膜装置100の成膜性能の劣化が抑制されている。
As described above, in the case of the plasma
A1.第1実施例の他の構成例1:
図6は、第1実施例の他の構成例としての外周防着板143Aの構成を示す概略図である。図6は、第1の支持部材144が省略されている点と、第2の支持部材145がプラズマ生成領域140の外側に追加されている点と、正面防着板143aの端部が側面防着板143bより突出している点以外は、図2とほぼ同じである。
A1. Other configuration examples of the first embodiment 1:
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration of an outer
この構成例では、外周防着板143Aの各防着板143a,143bが、下側防着板142(図示は省略)に設けられた一対の第2の支持部材145によって、下側端部が狭持されて、下側防着板142の板面上に、互いに離間した状態で立てられている。このような構成であっても、各防着板143a,143bは、それぞれの板面に沿った方向への熱膨張が抑制されないため、その板面が歪む変形が抑制される。また、各防着板143a,143bの成膜室110からの取り外しが容易であり、各防着板143a,143bが平板状であるため、成膜処理後の汚れの除去作業が容易かつ確実に行える。
In this configuration example, each of the
なお、この構成例では、正面防着板143aの端部を、側面防着板143bの外側の板面より、正面防着板143aの板面に沿った方向に突出させることにより、各防着板143a,143bの間の間隙が狭隘に構成されている。これによって、汚れの原因物質が、プラズマ生成領域140から漏洩し、成膜室110の壁面に付着してしまうことが抑制される。
In this configuration example, the end portions of the front
A2.第1実施例の他の構成例2:
図7は、第1実施例の他の構成例としての外周防着板143Bの構成を示す概略図である。図7は、第1と第2の支持部材144,145に換えて第3の支持部材146が設けられている点と、平板状の側面防着板143bに換えて、曲げ部を有する側面防着板143bBが設けられている点以外は、図2とほぼ同じである。
A2. Other configuration example 2 of the first embodiment:
FIG. 7 is a schematic view showing a configuration of an outer peripheral
この構成例では、各防着板143a,144bBは、2つの第3の支持部材146によって支持される。第3の支持部材146は、下側防着板142(図示は省略)の板面上において対角に位置するように固定的に立てられた柱状の部材であり、その側面に、高さ方向に沿って形成された溝部146dを有している。第3の支持部材146のそれぞれは、側面に設けられた2つの溝部146dに、各防着板143a,144bBの端部を勘合させることにより、各防着板143a,144bBを支持する。
In this configuration example, each of the
ここで、第3の支持部材146によって支持されていない方の正面防着板143aの端部と側面防着板143bBの端部とは互いに離間されている。これによって、各防着板143a,143bBは、図示した矢印の方向への熱膨張が可能である。従って、成膜処理の際の高温状態によって、各防着板143a,143bBの、基板10と対向する板面が歪むことが抑制される。
Here, the end portion of the front
また、この構成例では、側面防着板143bBは、第3の支持部材146に支持されていない方の端部が、隣り合う正面防着板143aの方へと直角に曲げられた曲げ部を有している。この曲げ部によって、正面防着板143aと側面防着板143bBとの間の間隙が狭隘化されており、汚れの原因物質がプラズマ生成領域140の外部へと漏洩することが抑制されている。
Further, in this configuration example, the side surface protection plate 143bB has a bent portion in which the end portion not supported by the
A3.第1実施例の他の構成例3:
図8は、第1実施例の他の構成例としての外周防着板143Cの構成を示す概略図である。この構成例の外周防着板143Cは、第1の外周防着板1431と、第2の外周防着板1432と、第3の外周防着板1433と、第4の外周防着板1434と、補助防着板1435とを含む。第1から第4の外周防着板1431〜1434と、補助防着板1435とはそれぞれ、成膜室110を上方から重力方向に沿って見たときに、基板10の外周に沿って、基板10を囲むように、互いに離間して配置される。具体的には、以下の通りである。
A3. Other configuration example 3 of the first embodiment:
FIG. 8 is a schematic view showing a configuration of an outer
第1と第2の外周防着板1431,1432は、基板10を挟んで互いに対向する位置に配置されており、それぞれが、基板10の板面から距離dだけ離れた位置において、当該板面に平行に配置されている。第3と第4の外周防着板1433,1434は、基板10を挟んで互いに対向して配置されており、それぞれが、基板10の側端面から距離dだけ離れた位置において、当該側端面に平行に配置されている。
The first and second outer
補助防着板1435は、第3の外周防着板1433より外側の位置であって、第3の外周防着板1433からわずかに離間した位置において、第3の外周防着板1433と平行に配置されている。補助防着板1435は、第1の外周防着板1431の端部と、第3の外周防着板1433の端部との間の間隙からの汚れの原因物質の漏洩を抑制する。
The
ここで、第1の外周防着板1431と、補助防着板1435とは、下側防着板142(図示は省略)の板面に垂直に立てられた柱状の第3の支持部材146によって支持されている。具体的には、第1の外周防着板1431と補助防着板1435とは、互いに隣り合う端部がそれぞれ、第3の支持部材146の側面に設けられた溝部146dに勘合されて固定的に支持される。また、第2の外周防着板1432と、第3の外周防着板1433についても、互いに隣り合う端部がそれぞれ、第3の支持部材146の溝部146dに勘合されて、固定的に支持される。
Here, the first outer
第4の外周防着板1434は、下側防着板142に設けられた一対の第2の支持部材145によって、下側の端部が狭持されて、下側防着板142の板面上に立てられている。なお、第4の外周防着板1434と隣り合う、第1と第2の外周防着板1431,1432の端部は、第4の外周防着板1434の方へと直角に折り曲げられて、第4の外周防着板1434の板面に沿って延伸している。これによって、第4の外周防着板1434と、第1と第2の外周防着板1431,1432との間の間隙から、汚れの原因物質が漏洩することが抑制される。
The fourth outer
以上のように、この構成例の外周防着板143Cでは、各外周防着板1431〜1434はいずれも、下側防着板142の板面に沿った方向(矢印で図示)に変位可能な端部を有している。従って、各外周防着板1431〜1434はいずれも、その端部の変位によって、熱膨張による変形が吸収されるため、成膜処理の際に、板面が歪む変形が抑制される。
As described above, in the outer
B.第2実施例:
図9,図10は、本発明の第2実施例としてのプラズマ成膜装置100Aの構成を示す概略図である。図9は、防着ガス供給部170と、ガス配管171と、ガスノズル172とが追加されている点以外は、図1とほぼ同じである。図10は、ガスノズル172が追加されている点以外は、図2とほぼ同じである。この第2実施例のプラズマ成膜装置100Aは、成膜処理の際に、プラズマ生成領域140に対して、第1の支持部材144に対する汚れの付着を抑制するための防着ガスを供給する。具体的には、以下の通りである。
B. Second embodiment:
9 and 10 are schematic views showing the configuration of a plasma
防着ガス供給部170は、窒素ガス(N2)を貯蔵するガスタンクを備えており、ガス配管171を介して接続された複数のガスノズル172から、その窒素ガスを噴射することが可能である。複数のガスノズル172は、4つの第1の支持部材144のそれぞれに埋設されている。具体的には、複数のガスノズル172は、第1の支持部材144のそれぞれの高さ方向に一列に等間隔で、プラズマ生成領域140に向かって開口するように設けられている。
The deposition preventing
防着ガス供給部170は、原料ガス供給部120によるプラズマ生成領域140への原料ガスの供給が開始されると、プラズマ生成領域140に対して、防着ガスとしての窒素ガスの供給を開始する。この窒素ガスの供給圧力によって、プラズマ生成領域140内の汚れの原因物質が各外周防着板143a,143b同士の間隙へと流入することが抑制され、第1の支持部材144への汚れの付着が抑制される。なお、プラズマ生成領域140に供給された窒素ガスは、原料ガスの分解反応を促進する反応補助ガスとして機能するため、基板10に対する成膜が促進される。
The deposition
C.参考:
図11(A),(B)は基板10の使用用途の一例としての燃料電池200を説明するための概略図である。図11(A)は、燃料電池200の構成を示す概略図である。この燃料電池200は、反応ガスとして水素(燃料ガス)と酸素(酸化ガス)の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。なお、燃料電池200は、固体高分子形燃料電池でなくとも良く、セパレータを備えた他の種類の燃料電池であるものとしても良い。
C. reference:
FIGS. 11A and 11B are schematic views for explaining a
燃料電池200は、膜電極接合体210と、セパレータ220とが交互に積層されたスタック構造を有する。膜電極接合体210は、電解質膜211の外側に2つの電極212,213が設けられた発電体である。電解質膜211は、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示すイオン交換膜によって構成される。
The
各電極212,213はそれぞれ、電解質膜211の外表面に形成されたガス拡散性を有する電極であり、電気化学反応を促進するための触媒が担持されている。各電極212,213は、触媒担持カーボンによって構成することができる。触媒としては、例えば白金(Pt)を用いることができる。
Each of the
各電極212,213の外側の面には、ガス拡散層215が設けられている。ガス拡散層215は、反応ガスを拡散させて電極212,213の全体に行き渡らせるための層である。ガス拡散層215は、導電性およびガス透過性・ガス拡散性を有する多孔質の繊維基材(例えば、炭素繊維や黒鉛繊維など)や、いわゆるエキスパンドメタルなどの金属加工板によって構成することができる。なお、ガス拡散層215は省略されるものとしても良い。
A
膜電極接合体210の外周端には、当該外周端を被覆するようにシール部230が形成されている。シール部230は、反応ガスがシール部230に囲まれた領域から漏洩することを防止するとともに、膜電極接合体210を狭持するセパレータ220同士の間の短絡を防止する。なお、シール部230には、各膜電極接合体210に反応ガスを供給するためのマニホールドが形成されるが、その図示および説明は省略する。
A
セパレータ220は、それぞれが各電極212,213と対向するように配置される2枚のプレート221,222を備える。2つのプレート221,222の間には、反応ガスや冷媒のための流路を構成する流路形成層223が形成されている。各プレート221,222は、導電性を有するガス不透過の板状部材(例えば金属板)によって構成することができる。流路形成層223は樹脂フィルムと導電性部材とを組み合わせて構成されるものとしても良いし、金属材料を各プレート221,222の外表面に付着させて形成されるものとしても良い。
The
図11(B)は、セパレータ220を構成する2つのプレート221,222の基材である基板10の構成を示す概略図である。基板10は、略長方形の形状を有しており、その2つの外周辺に沿った端部には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドを構成する貫通孔であるマニホールド孔11が形成されている。
FIG. 11B is a schematic diagram illustrating a configuration of the
ここで、セパレータ220は、反応ガスや冷媒のための流路が形成された流体流路として機能する。即ち、セパレータ220を構成する各プレート221,222は、燃料電池200に供給される水素をはじめとする各流体や、燃料電池200で生成される水分と、高温環境下(例えば80℃程度)で直接的に接触する。そのため、セパレータ220の各プレート221,222は、耐腐食性が向上されることが好ましい。
Here, the
また、セパレータ220の各プレート221,222は、膜電極接合体210における発電反応で生じた水分を発電領域から円滑に誘導するために、親水性が向上されていることが好ましい。さらに、セパレータ220は、膜電極接合体210で発電された電気の導電パスとしても機能するため、各プレート221,222は、その表面抵抗が低減されることが好ましい。
Moreover, it is preferable that each
そこで、上記実施例で説明したプラズマ成膜装置100,100Aによって、セパレータ220を構成するための基板10の外表面を炭素薄膜によってコーティングすることにより、そうしたセパレータ220の耐腐食性や導電性を向上させることができる。特に、本実施例で説明したプラズマ成膜装置100,100Aであれば、上述したように、厚みが均一化され、基板10との密着性や耐久性が向上された薄膜を形成可能であるため、燃料電池200の発電性能を向上させるための薄膜を形成することが可能である。
Therefore, by coating the outer surface of the
D.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
D1.変形例1:
上記実施例のプラズマ成膜装置100,100Aでは、基板10に炭素薄膜を形成していた。しかし、プラズマ成膜装置100,100Aは、炭素薄膜以外の他の種類の薄膜を、基板10の外表面に成膜するものとしても良い。例えば、プラズマ成膜装置100は、金や、白金、タンタルなどの金属元素の薄膜を成膜するものとしても良い。
D1. Modification 1:
In the plasma
D2.変形例2:
上記実施例のプラズマ成膜装置100,100Aでは、全ての防着板141〜143が、プラズマ生成のための電極として機能していた。しかし、プラズマ成膜装置100,100Aでは、全ての防着板141〜143が、電極として機能していなくとも良い。防着板141〜143は、少なくとも、基板10の板面と対向するように配置された正面防着板143aが、基板10の対極をなす電極として機能していれば良い。
D2. Modification 2:
In the plasma
D3.変形例3:
上記第2実施例では、防着ガス供給部170は、防着ガスとして窒素ガスをプラズマ生成領域140に流入させていた。しかし、防着ガス供給部170は、防着ガスとして、窒素ガス以外のガスを、プラズマ生成領域140に流入させるものとしても良い。防着ガス供給部170は、例えば、アルゴンガス(Ar)などの、原料ガスの分解反応に対して不活性なガスを流入させるものとしても良い。また、防着ガス供給部170は、防着ガスとして、原料ガスと同種のガスを供給するものとしても良い。
D3. Modification 3:
In the second embodiment, the deposition
D4.変形例4:
上記第2実施例では、防着ガスを噴射するガスノズル172は、プラズマ生成領域140に向かって開口した状態で第1の支持部材144に埋設されていた。しかし、ガスノズル172は、第1の支持部材144に埋設されていなくとも良く、成膜室110内の他の部位に配置されているものとしても良い。ガスノズル172は、汚れの付着を防止したい所定の部位に応じた場所に適宜配置されていれば良い。
D4. Modification 4:
In the second embodiment, the
D5.変形例5:
上記実施例では、プラズマ成膜装置100,100Aは、基板10の表面全体に成膜していた。しかし、プラズマ成膜装置100,100Aは、基板10の表面全体に成膜しなくとも良く、例えば、基板10の一方の板面のみに成膜するものとしても良い。この場合には、基板10の成膜面に対向する板面を有する防着板が、基板10の成膜面に沿った方向に端部の位置が変位できる熱膨張吸収部を有するように配置されていれば良い。
D5. Modification 5:
In the above embodiment, the plasma
D6.変形例6:
上記実施例では、各外周防着板は、基板10に対して等距離dだけ離間して、基板10の各面に対して平行に配置されていた。しかし、各外周防着板は、基板10に対して、等距離dで離間していなくとも良く、異なる距離で離間していても良い。また、各外周防着板は、基板10の表面に対して、平行に配置されていなくとも良い。
D6. Modification 6:
In the above-described embodiment, the outer peripheral adhesion preventing plates are arranged in parallel to the respective surfaces of the
10…基板
11…マニホールド孔
100,100A…プラズマ成膜装置
110…成膜室
111…密閉空間
112…天井部
113…側壁部
114…床部
120…原料ガス供給部
121…原料ガス供給配管
122…シャワー管
123…シャワー孔
130…プラズマ発生用電源
140…プラズマ生成領域
141…上側防着板
142…下側防着板
143,143A,143B,143C…外周防着板
143a…正面防着板
143b,143bB…側面防着板
1431〜1434…第1から第4の外周防着板
1435…補助防着板
144…第1の支持部材
145…第2の支持部材
146…第3の支持部材
146d…溝部
151…チャック部
152…支持部
153…支持部
160…排ガス処理部
161…排ガス配管
170…防着ガス供給部
171…ガス配管
172…ガスノズル
200…燃料電池
210…膜電極接合体
211…電解質膜
212,213…電極
215…ガス拡散層
220…セパレータ
221,222…プレート
223…流路形成層
230…シール部
300…外周防着板
301〜304…第1から第4の面
305…内部空間
310…外周防着板
311,312…第1と第2の防着板
311a,312a…正面部
311b,312b…側面部
311c,312c…係合部
313…内部空間
DESCRIPTION OF
Claims (6)
成膜対象である基板が配置される成膜室と、
前記成膜室において、前記基板を囲むように配置され、前記成膜室の壁面への汚れの付着を防止する複数の防着板と、
を備え、
前記複数の防着板は、前記基板の表面に対向して平行に配置される面を有し、プラズマを生成する電極として機能する複数の電極防着板を含み、
前記複数の電極防着板は、熱膨張したときに、互いに対向する端部の少なくとも一方が、対向する前記基板の表面に沿った方向に変位可能に配置されており、
前記成膜室には、前記複数の前記電極防着板のうちの隣り合う電極防着板のそれぞれの端部に接触して、前記隣り合う電極防着板のそれぞれを支持しつつ、前記隣り合う電極防着板同士の間の間隙を補完する支持部材が設置されている、プラズマ成膜装置。 A plasma deposition apparatus,
A deposition chamber in which a substrate to be deposited is placed;
In the film formation chamber, a plurality of deposition plates that are disposed so as to surround the substrate and prevent adhesion of dirt to the wall surface of the film formation chamber;
With
The plurality of deposition plates include a plurality of electrode deposition plates having a surface disposed in parallel to face the surface of the substrate and functioning as electrodes for generating plasma,
The plurality of electrode deposition plates are arranged such that, when thermally expanded, at least one of end portions facing each other is displaceable in a direction along the surface of the facing substrate .
The film forming chamber is in contact with the respective end portions of the adjacent electrode protection plates of the plurality of electrode protection plates, and supports the adjacent electrode protection plates while supporting the adjacent electrode protection plates. A plasma film forming apparatus in which a support member that complements a gap between the electrode- deposited plates is provided .
前記電極防着板は、
前記基板の両面に対向して平行に配置される面を有する第1と第2の正面電極防着板と、
前記基板の側端面に対向して平行に配置される面を有し、前記第1と第2の正面電極防着板と隣合う、第1と第2の側面電極防着板と、
を含み、
前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、成膜処理中の熱膨張によって互いに干渉し合わないように離間して配置されている、プラズマ成膜装置。 The plasma film-forming apparatus according to claim 1,
The electrode deposition plate is
First and second front electrode deposition plates having surfaces disposed in parallel opposite to both surfaces of the substrate;
A first and second side electrode deposition plate having a surface disposed parallel to the side end surface of the substrate and adjacent to the first and second front electrode deposition plates;
Including
The first and second front electrode deposition plates and the first and second side electrode deposition plates are spaced apart from each other so as not to interfere with each other due to thermal expansion during the film formation process. , Plasma deposition equipment.
前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、平板部材によって構成されている、プラズマ成膜装置。 The plasma film forming apparatus according to claim 2,
The plasma deposition apparatus, wherein the first and second front electrode deposition plates and the first and second side electrode deposition plates are each constituted by a flat plate member.
前記支持部材は、前記第1と第2の正面電極防着板と前記第1と第2の側面電極防着板のそれぞれの間の間隙を補完する、プラズマ成膜装置。 The plasma film-forming apparatus according to claim 3, further comprising:
The support member, the first and second front and electrode deposition preventing plate wherein the first and that complements the gap between the respective second side surface electrodes deposition preventing plate, the plasma deposition apparatus.
前記成膜室にガスを供給し、前記ガスの流れによって、プラズマ中で生成された汚れの原因物質が前記成膜室内の所定の部位へ付着することを抑制する防着ガス供給部を備える、プラズマ成膜装置。 The plasma film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A gas is supplied to the film formation chamber, and an adhesion gas supply unit is provided that suppresses the cause of contamination generated in the plasma from adhering to a predetermined site in the film formation chamber by the gas flow. Plasma deposition system.
前記防着ガス供給部は、前記支持部材に設けられた前記ガスを噴射するガスノズルを備え、前記ガスノズルの噴射圧力によって、前記支持部材に向かう前記汚れの原因物質の移動を抑制して、前記支持部材への汚れの付着を防止する、プラズマ成膜装置。 The plasma film-forming apparatus according to claim 5, which is dependent on claim 4,
The deposition preventing gas supply unit includes a gas nozzle that injects the gas provided in the support member, and suppresses the movement of the causative substance of the dirt toward the support member by the injection pressure of the gas nozzle, thereby supporting the support. A plasma film forming apparatus that prevents dirt from adhering to a member.
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