JP2008280561A - Film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents

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昌彦 飯島
Satoshi Aoyama
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition apparatus and a film deposition method by which occurrence of a warp in a substrate can be suppressed. <P>SOLUTION: The film deposition apparatus is used for depositing a film on the substrate (25) by a vapor-phase film deposition method and characterized by being provided with a holding means (10) for holding the substrate (25) slidably in the surface direction of the substrate (25). In the film deposition apparatus, the substrate (25) is held slidably in the surface direction of the substrate (25) by the holding means (10). In this case, stress caused by the difference between thermal expansion coefficients of the substrate (25) and the film is dispersed by sliding of the substrate (25). Thereby, the warpage of the substrate (25) can be reduced. Consequently, occurrence of defects in the film can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method.

燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。   A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of the environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.

燃料電池のうち固体の電解質を用いたものには、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、水素分離膜電池等がある。ここで、水素分離膜電池とは、緻密な水素分離膜を備えた燃料電池である。緻密な水素分離膜は水素透過性を有する金属によって形成される層であり、アノードとしても機能する。水素分離膜電池は、この水素分離膜上にプロトン伝導性を有する電解質膜が成膜された構造をとっている。水素分離膜に供給された水素はプロトンに変換され、プロトン伝導性の電解質膜中を移動し、カソードにおいて酸素と結合して発電が行われる。   Among the fuel cells, those using solid electrolytes include solid polymer fuel cells, solid oxide fuel cells, hydrogen separation membrane cells, and the like. Here, the hydrogen separation membrane battery is a fuel cell provided with a dense hydrogen separation membrane. The dense hydrogen separation membrane is a layer formed of a metal having hydrogen permeability and also functions as an anode. The hydrogen separation membrane battery has a structure in which an electrolyte membrane having proton conductivity is formed on the hydrogen separation membrane. Hydrogen supplied to the hydrogen separation membrane is converted into protons, moves through the proton-conducting electrolyte membrane, and combines with oxygen at the cathode to generate power.

水素分離膜上に電解質膜を成膜する方法としては、水素分離膜からなる基板上に気相成膜法により電解質膜を成膜する方法が用いられる(例えば、特許文献1参照)。   As a method for forming an electrolyte membrane on a hydrogen separation membrane, a method of forming an electrolyte membrane on a substrate made of a hydrogen separation membrane by a vapor deposition method is used (for example, see Patent Document 1).

特開2005−302424号公報JP 2005-302424 A

ここで、水素分離膜を構成する物質と電解質膜を構成する物質とが異なっていることから、水素分離膜と電解質膜との間には熱膨張率差が生じる。この場合、温度変化に伴って水素分離膜に反りが発生する。それにより、電解質膜に欠陥が発生するおそれがある。その結果、水素分離膜と電解質膜上に設けられる電極との間に短絡が発生するおそれがある。   Here, since the substance constituting the hydrogen separation membrane is different from the substance constituting the electrolyte membrane, a difference in thermal expansion coefficient occurs between the hydrogen separation membrane and the electrolyte membrane. In this case, the hydrogen separation membrane warps as the temperature changes. This may cause defects in the electrolyte membrane. As a result, a short circuit may occur between the hydrogen separation membrane and the electrode provided on the electrolyte membrane.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、基板の反りの発生を抑制することができる成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of suppressing the occurrence of warping of a substrate.

本発明に係る成膜装置は、気相成膜法により基板上に膜を成膜する成膜装置であって、基板を基板の面方向に摺動可能に保持する保持手段を備えることを特徴とするものである。本発明に係る成膜装置によれば、基板は、保持手段によって基板の面方向に摺動可能に保持されている。この場合、基板と膜との間の熱膨張率差に起因する応力が基板の摺動によって分散される。それにより、基板の反りが緩和される。その結果、膜に欠陥が生じることが抑制される。   A film forming apparatus according to the present invention is a film forming apparatus for forming a film on a substrate by a vapor phase film forming method, and includes a holding means for holding the substrate so as to be slidable in the surface direction of the substrate. It is what. According to the film forming apparatus of the present invention, the substrate is held by the holding means so as to be slidable in the surface direction of the substrate. In this case, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the film is dispersed by the sliding of the substrate. Thereby, the warpage of the substrate is alleviated. As a result, the occurrence of defects in the film is suppressed.

上記構成において、保持手段は、基板に対して基板の厚さ方向に押圧をかけて基板を保持するものであってもよい。上記構成において、保持手段は、基板の外周部に対して基板の厚さ方向に押圧をかけて基板を保持するものであってもよい。この構成によれば、基板における膜が成膜される領域を広く確保することができる。   In the above configuration, the holding unit may hold the substrate by pressing the substrate in the thickness direction of the substrate. In the above configuration, the holding unit may hold the substrate by pressing the outer peripheral portion of the substrate in the thickness direction of the substrate. According to this configuration, it is possible to secure a wide region where a film is formed on the substrate.

上記構成において、基板を加熱する加熱手段をさらに備えていてもよい。この構成によれば、基板を膜の成膜温度まで加熱することができる。上記構成において、基板は、水素透過性を有する水素分離膜であり、膜は、プロトン伝導性を有する電解質膜であってもよい。この構成によれば、電解質膜に欠陥が生じることを抑制できる。それにより、水素分離膜と電解質膜上に設けられる電極との短絡を抑制することができる。   In the above configuration, a heating unit for heating the substrate may be further provided. According to this configuration, the substrate can be heated to the film formation temperature. In the above configuration, the substrate may be a hydrogen permeable membrane having hydrogen permeability, and the membrane may be an electrolyte membrane having proton conductivity. According to this structure, it can suppress that a defect arises in an electrolyte membrane. Thereby, a short circuit between the hydrogen separation membrane and the electrode provided on the electrolyte membrane can be suppressed.

本発明に係る成膜方法は、基板を基板の面方向に摺動可能に保持する保持工程と、基板上に膜を気相成膜法により成膜する成膜工程とを含むことを特徴とするものである。本発明に係る成膜方法によれば、基板は、保持手段によって基板の面方向に摺動可能に保持されている。この場合、基板と膜との間の熱膨張率差に起因する応力が基板の摺動によって分散される。それにより、基板の反りが緩和される。その結果、膜に欠陥が生じることが抑制される。   The film forming method according to the present invention includes a holding step of holding the substrate slidably in the surface direction of the substrate, and a film forming step of forming a film on the substrate by a vapor deposition method. To do. According to the film forming method of the present invention, the substrate is held by the holding means so as to be slidable in the surface direction of the substrate. In this case, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the film is dispersed by the sliding of the substrate. Thereby, the warpage of the substrate is alleviated. As a result, the occurrence of defects in the film is suppressed.

上記成膜方法において、保持工程は、成膜工程の後に行われるものであってもよい。上記成膜方法において、保持工程は、基板に対して基板の厚さ方向に押圧をかけることによって基板を保持する工程であってもよい。上記成膜方法において、保持工程は、基板の外周部に対して基板の厚さ方向に押圧をかけることによって基板を保持する工程であってもよい。この成膜方法によれば、基板における膜が成膜される領域を広く確保することができる。   In the film forming method, the holding step may be performed after the film forming step. In the film forming method, the holding step may be a step of holding the substrate by pressing the substrate in the thickness direction of the substrate. In the film forming method, the holding step may be a step of holding the substrate by pressing the outer peripheral portion of the substrate in the thickness direction of the substrate. According to this film forming method, it is possible to secure a wide area for forming a film on the substrate.

上記成膜方法において、成膜工程は、基板を加熱する加熱工程を含むものであってもよい。この成膜方法によれば、基板を膜の成膜温度まで加熱することができる。上記成膜方法において、基板は、水素透過性を有する水素分離膜であり、膜は、プロトン伝導性を有する電解質膜であってもよい。この成膜方法によれば、電解質膜に欠陥が生じることを抑制できる。それにより、水素分離膜と電解質膜上に設けられる電極との短絡を抑制することができる。   In the film forming method, the film forming process may include a heating process for heating the substrate. According to this film formation method, the substrate can be heated to the film formation temperature. In the film forming method, the substrate may be a hydrogen permeable membrane having hydrogen permeability, and the membrane may be an electrolyte membrane having proton conductivity. According to this film forming method, it is possible to suppress the occurrence of defects in the electrolyte membrane. Thereby, a short circuit between the hydrogen separation membrane and the electrode provided on the electrolyte membrane can be suppressed.

本発明によれば、基板の反りの発生を抑制することができる成膜装置および成膜方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film-forming apparatus and film-forming method which can suppress generation | occurrence | production of the curvature of a board | substrate can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る成膜装置について説明する。第1の実施の形態に係る成膜装置100は、気相成膜法により基板上に膜を成膜する成膜装置である。気相成膜法としては、特に限定されず、例えばPVD法、CVD法等を用いることができる。
(First embodiment)
A film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. A film forming apparatus 100 according to the first embodiment is a film forming apparatus that forms a film on a substrate by a vapor deposition method. The vapor deposition method is not particularly limited, and for example, a PVD method, a CVD method, or the like can be used.

図1は、成膜装置100の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、成膜装置100は、成膜室5内に基板を保持するための保持手段10、基板を加熱するための加熱手段20等が配置された構造を有する。成膜室5としては、例えば真空チャンバ等を用いることができる。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the film forming apparatus 100. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 100 has a structure in which a holding means 10 for holding a substrate, a heating means 20 for heating the substrate, and the like are arranged in the film forming chamber 5. As the film forming chamber 5, for example, a vacuum chamber or the like can be used.

保持手段10は、基板を基板の面方向に摺動可能に保持する保持手段である。例えば、保持手段10として、基板に対して基板の厚さ方向に押圧をかけて基板を保持する保持手段を用いることができる。   The holding unit 10 is a holding unit that holds the substrate slidably in the surface direction of the substrate. For example, as the holding unit 10, a holding unit that holds the substrate by pressing the substrate in the thickness direction of the substrate can be used.

加熱手段20は、基板を所定の温度まで加熱する手段である。加熱手段20を備えることにより、基板を所定温度まで加熱してから膜を成膜することができる。加熱手段20としては、例えば、電気ヒータ等を用いることができる。   The heating means 20 is a means for heating the substrate to a predetermined temperature. By providing the heating means 20, the film can be formed after the substrate is heated to a predetermined temperature. As the heating means 20, for example, an electric heater or the like can be used.

図2(a)および図2(b)は、保持手段10の模式図である。図2(a)は、保持手段10に基板25が保持されている状態を基板25の膜が成膜される面(以下、成膜面と称する)側から見た模式図である。図2(b)は、図2(a)のA−A線断面図である。   FIG. 2A and FIG. 2B are schematic views of the holding means 10. FIG. 2A is a schematic view of the state in which the substrate 25 is held by the holding means 10 as viewed from the surface on which the film of the substrate 25 is formed (hereinafter referred to as a film formation surface). FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図2(a)および図2(b)に示すように、保持手段10は、支持台12および押さえ金具14を備える。支持台12は、基板25を支持する台である。基板25は、支持台12に設置される。支持台12としては、特に限定されないが、例えばステンレス等を用いることができる。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the holding means 10 includes a support base 12 and a presser fitting 14. The support table 12 is a table that supports the substrate 25. The substrate 25 is installed on the support base 12. Although it does not specifically limit as the support stand 12, For example, stainless steel etc. can be used.

押さえ金具14は、例えばステンレスからなる板バネ等からなり、支持台12に固定されている。押さえ金具14は、基板25の厚さ方向に押圧をかけることによって基板25を保持する。この場合、基板25は、押さえ金具14によって保持されつつ、基板25の面方向に摺動可能である。なお、押さえ金具14は複数設けられていてもよい。   The presser fitting 14 is made of, for example, a plate spring made of stainless steel, and is fixed to the support base 12. The pressing metal 14 holds the substrate 25 by applying pressure in the thickness direction of the substrate 25. In this case, the substrate 25 is slidable in the surface direction of the substrate 25 while being held by the presser fitting 14. Note that a plurality of pressing metal fittings 14 may be provided.

続いて、本実施の形態に係る成膜装置100の作用について説明する。図3(a)〜図3(d)は、成膜装置100に係る保持手段10を用いて基板25上に膜30を気相成膜する工程を示す模式図である。図3(a)〜図3(d)を用いて、成膜装置100の作用について説明する。   Subsequently, the operation of the film forming apparatus 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 3A to FIG. 3D are schematic views showing a process of forming a film 30 on the substrate 25 in a vapor phase using the holding unit 10 according to the film forming apparatus 100. The operation of the film formation apparatus 100 will be described with reference to FIGS.

まず、図3(a)に示すように、基板25が保持手段10により保持される。押さえ金具14は、基板25の成膜面に対し厚さ方向に押圧をかけることによって基板25を保持する。それにより、基板25は、押さえ金具14によって保持されつつ、基板25の面方向に摺動可能である。なお、保持手段10は、基板25の外周部に押圧をかけて基板25を保持することが好ましい。基板25における膜が成膜される領域を広く確保することができるからである。   First, as shown in FIG. 3A, the substrate 25 is held by the holding means 10. The pressing metal 14 holds the substrate 25 by pressing the film forming surface of the substrate 25 in the thickness direction. Thereby, the substrate 25 is slidable in the surface direction of the substrate 25 while being held by the presser fitting 14. The holding means 10 preferably holds the substrate 25 by pressing the outer periphery of the substrate 25. This is because it is possible to secure a wide region where the film on the substrate 25 is formed.

基板25としては、特に限定されないが、例えば水素透過性を有する水素分離膜を用いることができる。水素分離膜としては、例えば、Pd(パラジウム)、V(バナジウム)、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)等の金属、またはこれらの合金等を用いることができる。また、これらの水素透過性金属層の2面のうち電解質膜が成膜される側の面上に、水素解離能を有するPd、Pd合金等の膜が形成されたものを水素分離膜として用いてもよい。水素分離膜の膜厚は、特に限定されないが、例えば5μm〜100μm程度である。水素分離膜は、自立膜であってもよく、多孔質状の卑金属板によって支持されていてもよい。   Although it does not specifically limit as the board | substrate 25, For example, the hydrogen separation membrane which has hydrogen permeability can be used. As the hydrogen separation membrane, for example, a metal such as Pd (palladium), V (vanadium), Ta (tantalum), Nb (niobium), or an alloy thereof can be used. In addition, a hydrogen separation membrane in which a film of Pd, Pd alloy or the like having hydrogen dissociation ability is formed on the surface of the two surfaces of the hydrogen permeable metal layer on which the electrolyte membrane is formed is used. May be. Although the film thickness of a hydrogen separation membrane is not specifically limited, For example, it is about 5 micrometers-100 micrometers. The hydrogen separation membrane may be a self-supporting membrane or may be supported by a porous base metal plate.

次に、図3(b)に示すように、加熱手段20によって基板25が加熱される。本実施の形態においては、基板25は、後述する膜30の成膜温度まで加熱される。   Next, as shown in FIG. 3B, the substrate 25 is heated by the heating means 20. In the present embodiment, the substrate 25 is heated to the film formation temperature of the film 30 described later.

次に、図3(c)に示すように、膜30が基板25上に、例えばPVD法等の気相成膜法により成膜される。膜30としては、特に限定されないが、基板25が水素分離膜である場合にはプロトン伝導性を有する電解質膜を用いることができる。電解質膜としては、プロトン伝導性電解質であれば特に限定されないが、例えば、ペロブスカイト型電解質(SrZrInO等)、パイロクロア型電解質(LnZr(Ln:La(ランタン)、Nd(ネオジム)、Sm(サマリウム)等))、モナザイト型希土類オルトリン酸塩電解質(LnPO(Ln:La、Pr(プラセオジム)、Nd、Sm等))、ゼニタイプ型希土類オルトリン酸塩電解質(LnPO(Ln:La、Pr、Nd、Sm等))、希土類メタリン酸塩電解質(LnP(Ln:La、Pr、Nd、Sm等))、希土類オキシリン酸塩電解質(Ln18(Ln:La、Pr、Nd、Sm等))等を用いることができる。また、電解質膜の膜厚は、特に限定されないが、例えば1μm程度である。 Next, as shown in FIG. 3C, the film 30 is formed on the substrate 25 by a vapor deposition method such as a PVD method. The membrane 30 is not particularly limited, but when the substrate 25 is a hydrogen separation membrane, an electrolyte membrane having proton conductivity can be used. The electrolyte membrane is not particularly limited as long as it is a proton conductive electrolyte. For example, a perovskite type electrolyte (SrZrInO 3 or the like), a pyrochlore type electrolyte (Ln 2 Zr 2 O 7 (Ln: La (lanthanum)), Nd (neodymium) , Sm (samarium), etc.)), monazite type rare earth orthophosphate electrolyte (LnPO 4 (Ln: La, Pr (praseodymium), Nd, Sm, etc.))), xenitype type rare earth orthophosphate electrolyte (LnPO 4 (Ln: La , Pr, Nd, Sm, etc.)), rare earth metaphosphate electrolyte (LnP 3 O 9 (Ln: La, Pr, Nd, Sm, etc.)), rare earth oxyphosphate electrolyte (Ln 7 P 3 O 18 (Ln: La , Pr, Nd, Sm, etc.)) and the like can be used. The thickness of the electrolyte membrane is not particularly limited, but is about 1 μm, for example.

次に、図3(d)に示すように、基板25は、保持手段10によって保持されたまま冷却される。この場合、基板25は、押さえ金具14によって保持されつつ図3(d)の矢印方向に収縮する。基板25が水素分離膜でありかつ膜30が電解質膜である場合には、図3(a)〜図3(d)の工程により、水素分離膜−電解質膜接合体が完成する。   Next, as shown in FIG. 3D, the substrate 25 is cooled while being held by the holding means 10. In this case, the substrate 25 contracts in the direction of the arrow in FIG. In the case where the substrate 25 is a hydrogen separation membrane and the membrane 30 is an electrolyte membrane, the hydrogen separation membrane-electrolyte membrane assembly is completed by the steps of FIGS. 3A to 3D.

第1の実施の形態に係る成膜装置100によれば、基板25は、保持手段10によって基板25の面方向に摺動可能に保持されている。この場合、基板25と膜30との間の熱膨張率差に起因する応力が基板25の摺動によって分散される。それにより、基板25の反りが緩和される。その結果、膜30に欠陥が生じることが抑制される。膜30が電解質膜からなる場合、水素分離膜と電解質膜上に設けられる電極との短絡を抑制することができる。   According to the film forming apparatus 100 according to the first embodiment, the substrate 25 is held by the holding unit 10 so as to be slidable in the surface direction of the substrate 25. In this case, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 25 and the film 30 is dispersed by the sliding of the substrate 25. Thereby, the warp of the substrate 25 is alleviated. As a result, the occurrence of defects in the film 30 is suppressed. When the membrane 30 is made of an electrolyte membrane, a short circuit between the hydrogen separation membrane and the electrode provided on the electrolyte membrane can be suppressed.

なお、押さえ金具14による押圧力は、基板25と膜30との熱膨張率差、基板25および膜30の材質、基板25および膜30の厚み等に応じて適宜選択される。また、保持手段10の構成は、基板25を基板25の面方向に摺動可能に保持できるものであれば、図2(a)に示す構成に限定されない。また、基板25は、図3(a)〜図3(c)の工程においては押さえ金具14によって保持されていなくてもよい。図3(d)の冷却工程において基板25が押さえ金具14によって保持されていれば、基板25と膜30との間の熱膨張率差に起因する応力を分散させることができるからである。   The pressing force by the pressing metal 14 is appropriately selected according to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 25 and the film 30, the material of the substrate 25 and the film 30, the thickness of the substrate 25 and the film 30, and the like. Further, the configuration of the holding means 10 is not limited to the configuration shown in FIG. 2A as long as the substrate 25 can be slidably held in the surface direction of the substrate 25. Moreover, the board | substrate 25 does not need to be hold | maintained by the pressing metal fitting 14 in the process of Fig.3 (a)-FIG.3 (c). This is because, if the substrate 25 is held by the presser fitting 14 in the cooling step of FIG. 3D, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 25 and the film 30 can be dispersed.

(第2の実施の形態)
続いて、本発明の第2の実施の形態に係る成膜装置100aについて説明する。第2の実施の形態に係る成膜装置100aは、第1の実施の形態に係る保持手段10の代わりに保持手段10aを備える。その他の構成は、第1の実施の形態に係る成膜装置100と同じため、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Subsequently, a film forming apparatus 100a according to a second embodiment of the present invention will be described. The film forming apparatus 100a according to the second embodiment includes a holding unit 10a instead of the holding unit 10 according to the first embodiment. Since other configurations are the same as those of the film forming apparatus 100 according to the first embodiment, description thereof is omitted.

図4(a)および図4(b)は、保持手段10aの模式図である。図4(a)は、保持手段10aに基板25が保持されている状態を基板25の成膜面側から見た模式図である。図4(b)は、図4(a)のB−B線断面のC部分を拡大した模式図である。図4(a)および図4(b)に示すように、保持手段10aは、支持台12aおよびボルト14aを備える。本実施の形態においては、貫通孔22が形成された基板を基板25として用いる。   4 (a) and 4 (b) are schematic views of the holding means 10a. FIG. 4A is a schematic view of the state in which the substrate 25 is held by the holding unit 10 a as viewed from the film formation surface side of the substrate 25. FIG. 4B is an enlarged schematic view of a C portion of the cross section taken along the line BB in FIG. As shown in FIGS. 4A and 4B, the holding means 10a includes a support base 12a and a bolt 14a. In the present embodiment, a substrate in which the through hole 22 is formed is used as the substrate 25.

支持台12aは、基板25を支持する台である。基板25は、支持台12aに支持される。支持台12aとしては、特に限定されないが、例えばステンレス等を用いることができる。図4(b)に示すように、支持台12aには、ボルト14aが螺合されるネジ穴が形成されている。ボルト14aの径は、貫通孔22の径よりも小さく設定されている。   The support table 12 a is a table that supports the substrate 25. The board | substrate 25 is supported by the support stand 12a. Although it does not specifically limit as the support stand 12a, For example, stainless steel etc. can be used. As shown in FIG. 4B, a screw hole into which the bolt 14a is screwed is formed in the support base 12a. The diameter of the bolt 14 a is set smaller than the diameter of the through hole 22.

ボルト14aは、貫通孔22を介して保持手段10aのネジ穴に螺合される。それにより、基板25の厚さ方向に押圧がかかり、基板25が保持手段10aによって保持される。ボルト14aによる締結力は、基板25が基板25の面方向に摺動可能な程度である。なお、基板25には貫通孔22が複数設けられていてもよい。この場合、貫通孔22の位置に対応して、支持台12aにネジ穴が形成される。   The bolt 14 a is screwed into the screw hole of the holding means 10 a through the through hole 22. Thereby, pressure is applied in the thickness direction of the substrate 25, and the substrate 25 is held by the holding means 10a. The fastening force by the bolt 14 a is such that the substrate 25 can slide in the surface direction of the substrate 25. The substrate 25 may be provided with a plurality of through holes 22. In this case, a screw hole is formed in the support base 12a corresponding to the position of the through hole 22.

第2の実施の形態に係る成膜装置100aにおいても、基板25の冷却工程において、基板25が基板25の面方向に摺動する。それにより、基板25と膜30との間の熱膨張率差に起因する応力が分散される。それにより、基板25の反りが緩和される。   Also in the film forming apparatus 100 a according to the second embodiment, the substrate 25 slides in the surface direction of the substrate 25 in the cooling process of the substrate 25. Thereby, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 25 and the film 30 is dispersed. Thereby, the warp of the substrate 25 is alleviated.

なお、ボルト14aによる押圧力は、基板25と膜30の熱膨張率差、基板25および膜30の材質、基板25および膜30の厚み等に応じて適宜選択される。また、保持手段10aの構成は、基板25を基板25の面方向に摺動可能に保持できるものであれば、図4(a)に示す構成に限定されない。   The pressing force by the bolt 14a is appropriately selected according to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 25 and the film 30, the material of the substrate 25 and the film 30, the thickness of the substrate 25 and the film 30, and the like. In addition, the configuration of the holding unit 10a is not limited to the configuration illustrated in FIG. 4A as long as the substrate 25 can be slidably held in the surface direction of the substrate 25.

以下、上記実施の形態に係る成膜装置により基板25上に膜30を成膜し、その特性を調べた。   Hereinafter, the film 30 was formed on the substrate 25 by the film forming apparatus according to the above embodiment, and the characteristics were examined.

(実施例)
実施例においては、第1の実施の形態に係る成膜装置100を用いて基板上に膜をPVD法により成膜した。まず、基板として、17mm角、厚さ80μmのPdを準備した。次に、成膜装置100を用いて、基板上に、膜厚2μmのSrZrInOからなる膜を成膜した。成膜温度は、600℃とした。次いで、押さえ金具14によって基板を保持しつつ、基板および膜を室温まで冷却した。なお、Pdの熱膨張率は、12×10−6/Kである。また、SrZrInOの熱膨張率は、10×10−6/Kである。
(Example)
In Examples, a film was formed on a substrate by the PVD method using the film forming apparatus 100 according to the first embodiment. First, as a substrate, 17 mm square and 80 μm thick Pd were prepared. Next, a film made of SrZrInO 3 having a film thickness of 2 μm was formed on the substrate using the film forming apparatus 100. The film forming temperature was 600 ° C. Next, the substrate and the film were cooled to room temperature while holding the substrate by the presser fitting 14. The thermal expansion coefficient of Pd is 12 × 10 −6 / K. The thermal expansion coefficient of SrZrInO 3 is 10 × 10 −6 / K.

(比較例)
比較例においては、PVD法により基板上に膜を成膜し、基板を支持台に固定しつつ基板および膜を室温まで冷却した。その他の条件は、実施例と同様である。
(Comparative example)
In the comparative example, a film was formed on the substrate by the PVD method, and the substrate and the film were cooled to room temperature while fixing the substrate to the support base. Other conditions are the same as in the example.

(分析)
実施例および比較例に係る水素分離膜−電解質膜接合体の反り量を測定した。まず、各水素分離膜−電解質膜接合体を、凸部が上側になるように平滑な平面に配置する。次に、凸部の頂点と平面との距離を測定した。この距離を反り量と定義した。比較例に係る水素分離膜−電解質膜接合体の反り量は、3.5mmであった。これに比較して、実施例に係る水素分離膜−電解質膜接合体の反り量は、1.0mmであった。このように、保持手段によって基板を基板の面方向に摺動させつつ保持することによって、反り量を大幅に低減させることができた。
(analysis)
The amount of warpage of the hydrogen separation membrane-electrolyte membrane assembly according to Examples and Comparative Examples was measured. First, each hydrogen separation membrane-electrolyte membrane assembly is arranged on a smooth plane so that the convex portion is on the upper side. Next, the distance between the vertex of the convex portion and the plane was measured. This distance was defined as the amount of warpage. The amount of warpage of the hydrogen separation membrane-electrolyte membrane assembly according to the comparative example was 3.5 mm. In comparison with this, the amount of warpage of the hydrogen separation membrane-electrolyte membrane assembly according to the example was 1.0 mm. Thus, the amount of warpage could be greatly reduced by holding the substrate while sliding it in the surface direction of the substrate by the holding means.

本発明の第1の実施の形態に係る成膜装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the film-forming apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る保持手段の模式図である。It is a schematic diagram of the holding means which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施の形態に係る成膜装置の効果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the effect of the film-forming apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る成膜装置に係る保持手段の模式図である。It is a schematic diagram of the holding means concerning the film-forming apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

5 成膜室
10 保持手段
12 支持台
14 押さえ金具
20 加熱手段
22 貫通孔
25 基板
30 膜
Reference Signs List 5 Deposition chamber 10 Holding means 12 Support base 14 Press fitting 20 Heating means 22 Through hole 25 Substrate 30 Film

Claims (11)

気相成膜法により基板上に膜を成膜する成膜装置であって、
前記基板を前記基板の面方向に摺動可能に保持する保持手段を備えることを特徴とする成膜装置。
A film forming apparatus for forming a film on a substrate by a vapor deposition method,
A film forming apparatus comprising: holding means for holding the substrate slidably in a surface direction of the substrate.
前記保持手段は、前記基板に対して前記基板の厚さ方向に押圧をかけて前記基板を保持することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the holding unit holds the substrate by pressing the substrate in a thickness direction of the substrate. 前記保持手段は、前記基板の外周部に対して前記基板の厚さ方向に押圧をかけて前記基板を保持することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the holding unit holds the substrate by pressing the outer peripheral portion of the substrate in the thickness direction of the substrate. 前記基板を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, further comprising a heating unit that heats the substrate. 前記基板は、水素透過性を有する水素分離膜であり、
前記膜は、プロトン伝導性を有する電解質膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の成膜装置。
The substrate is a hydrogen separation membrane having hydrogen permeability,
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the membrane is an electrolyte membrane having proton conductivity.
基板を前記基板の面方向に摺動可能に保持する保持工程と、
前記基板上に膜を気相成膜法により成膜する成膜工程とを含むことを特徴とする成膜方法。
Holding the substrate slidably in the surface direction of the substrate;
And a film forming step of forming a film on the substrate by a vapor phase film forming method.
前記保持工程は、前記成膜工程の後に行われることを特徴とする請求項6記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 6, wherein the holding step is performed after the film forming step. 前記保持工程は、前記基板に対して前記基板の厚さ方向に押圧をかけることによって前記基板を保持する工程であることを特徴とする請求項6または7記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 6, wherein the holding step is a step of holding the substrate by pressing the substrate in a thickness direction of the substrate. 前記保持工程は、前記基板の外周部に対して前記基板の厚さ方向に押圧をかけることによって前記基板を保持する工程であることを特徴とする請求項6または7記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 6, wherein the holding step is a step of holding the substrate by pressing the outer peripheral portion of the substrate in the thickness direction of the substrate. 前記成膜工程は、前記基板を加熱する加熱工程を含むことを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 6, wherein the film forming step includes a heating step of heating the substrate. 前記基板は、水素透過性を有する水素分離膜であり、
前記膜は、プロトン伝導性を有する電解質膜であることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の成膜方法。
The substrate is a hydrogen separation membrane having hydrogen permeability,
The film forming method according to claim 6, wherein the membrane is an electrolyte membrane having proton conductivity.
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