JP2017197778A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜室への酸素や水分の混入を防止する。【解決手段】成膜装置（１０）は、パージ室（１１）と、開閉される２つの型（２３１，２３２）が閉じられることで気密される内部空間（２３１ｄ，２３２ｄ）を有し、内部空間（２３１ｄ，２３２ｄ）において成膜対象部材（ＷＳ）に対する成膜処理を実行する成膜室（２３０）と、を備える。成膜室（２３０）はパージ室（１１）の内部に設けられている。パージ室（１１）は不活性ガスで満たされている。【選択図】図１

Description

この発明は、成膜装置に関する。

特許文献１には、真空予備室とゲートで仕切られた成膜室に基板を投入する場合に、真空予備室を窒素（不活性ガス）雰囲気として基板を取り扱うことが記載されている。

特開２０００−１６０３２２号公報

しかし、従来技術のような真空予備室を有さない設備を利用する場合、真空予備室を利用して不活性ガス雰囲気で基板を取り扱うことはできないため、如何にして成膜室への空気に含まれる酸素や水分の混入を防止し、膜質の悪化を抑制するかが課題である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、成膜装置が提供される。この成膜装置は、パージ室と、開閉される２つの型を有し、前記２つの型が閉じられることで気密される内部空間において成膜対象部材に対する成膜処理を実行する成膜室と、を備える。前記成膜室は前記パージ室の内部に設けられており、前記パージ室は不活性ガスで満たされている。
この形態の成膜装置によれば、成膜室の周囲を囲むパージ室が不活性ガスで満たされているので、成膜室の２つの型の開閉を不活性ガス雰囲気で行なうことができ、膜質の悪化を招く酸素や水分の成膜室への混入を抑制し、膜質の悪化を抑制することが可能である。

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、成膜装置や成膜方等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての成膜装置の構成を示す概略図である。 基板及びマスキングプレートを保持した搬送用パレットについて示す分解斜視図である。 成膜室について示す概略斜視図である。 成膜室のＸＹ平面に沿った概略断面を示す概略断面図である。 パージ室を満たす不活性ガスの流れについて示す説明図である。

Ａ．実施形態：
図１は本発明の一実施形態としての成膜装置１０の構成を示す概略図である。図１には、互いに直交する３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚ方向が示されている。Ｚ方向は長手方向（図の左右方向）、Ｘ方向は幅方向（図の奥行方向）、Ｙ方向は上下方向（図の上下方向）を示している。この成膜装置１０は、いわゆるプラズマＣＶＤ法（plasma CVD; plasma-enhanced chemical vapor deposition）によって成膜対象部材である基板ＷＳの表面の成膜対象部分に炭素薄膜を形成する。なお、本例では、燃料電池のセルに用いられるセパレータを成膜対象部材である基板ＷＳとする。セパレータは、導電性を有するガス不透過の板状部材（例えば金属板）によって構成されており、セパレータの表面の成膜対象部分を成膜することにより、導電性や耐腐食性を向上させることができる。

成膜装置１０は、パージ室１１を備えている。パージ室１１は、Ｚ方向に沿って順に設けられたパーティション１２，１３によって、搬入部１００と、成膜部２００と、搬出部３００とに、区分されている。各パーティション１２，１３には、それぞれ、後述する開口部１２ａ，１２ｂ，１３ａが設けられている。

搬入部１００は、成膜対象の基板ＷＳがストックされた投入ストッカ１３０を取り換え可能に設置する投入室１１０と、基板ＷＳを投入室１１０からパージ室１１内に投入する投入装置１２０と、を備えている。なお、投入ストッカ１３０の投入室１１０への設置は、不図示の扉を介して実行される。基板ＷＳのパージ室１１内への投入は、投入室１１０に設けられた投入扉１１２を開き、投入装置１２０が投入ストッカ１３０に載置された基板ＷＳをパージ室１１まで取り出すことによって実行される。投入装置１２０としては、例えば、搬送ロボットのように、投入室１１０から基板ＷＳを取り出して搬送し、後述する搬送装置２１０へ受け渡すことが可能な種々の搬送装置を用いることができる。

成膜部２００は、搬送装置２１０と、加熱装置２２０と、成膜室２３０と、マスキングプレート搬送装置２４０（以下、「ＭＰ搬送装置２４０」とも呼ぶ）と、パレット搬送装置２５０と、を備えている。加熱装置２２０と成膜室２３０とは、搬送装置２１０の搬送経路に沿って、この順に配置されている。

搬送装置２１０は、第１のパーティション１２の開口部１２ａを介して、搬入部１００から成膜部２００内に、基板ＷＳを搬入し、加熱装置２２０を経由して成膜室２３０へ搬送する。但し、搬送装置２１０による基板ＷＳの搬送は、搬送用パレットＡＰに基板ＷＳとマスキングプレートＭＰｕ，ＭＰｄを保持した状態で実行される。

図２は、基板ＷＳ及びマスキングプレートＭＰｕを保持した搬送用パレットＡＰについて示す分解斜視図である。搬送用パレットＡＰは、矩形枠プレートＰｆの枠内に、基板ＷＳの下面（−Ｙ方向側の面）の非成膜対象部分（図の例では、基板ＷＳの周辺部）をマスクするための下側マスキングプレートＭＰｄが設けられている。矩形枠プレートＰｆとマスキングプレートＭＰｄとの間には、下側マスキングプレートＭＰｄを囲うようにインシュレータＩＮＳが設けられている。下側マスキングプレートＭＰｄの上部には、基板ＷＳを載置するための基板載置部Ａｗｓが形成され、その上部には、上側マスキングプレートＭＰｕを載置するためのマスキングプレート載置部Ａｍｐが形成されている。上側マスキングプレートＭＰｕは、基板ＷＳの上面（＋Ｙ方向側の面）の非成膜対象部分（図の例では、基板ＷＳの周辺部）をマスクするためのプレートである。基板載置部Ａｗｓに基板ＷＳを載置し、マスキングプレート載置部Ａｍｐに上側マスキングプレートＭＰｕを載置することで、図２の下部に示すように、搬送用パレットＡＰに基板ＷＳ及びマスキングプレートＭＰｄ，ＭＰｕが保持される。なお、搬送用パレットＡＰの矩形枠プレートＰｆにはＡｌ，Ｔｉ，ＳＵＳ等の導電性部材が用いられる。インシュレータＩＮＳにはＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２等の絶縁性部材が用いられる。マスキングプレートＭＰｄ，ＭＰｕにはＴｉ，ＳＵＳ等の導電性部材が用いられる。

基板ＷＳを保持する前の搬送用パレットＡＰは、図１に示すように、パレット搬送装置２５０によってパーティション１２の開口部１２ｂを介して成膜部２００から搬入部１００へ搬送され、搬送装置２１０に受け渡される。搬送用パレットＡＰは、長手方向（Ｘ方向）の端部が搬送装置２１０によって支持されて搬送される。なお、この搬送用パレットＡＰの端部の位置は、成膜室２３０に対してＸ方向の外側に位置しており、搬送装置２１０は、加熱装置２２０及び成膜室２３０の外部に設けられている。

基板ＷＳの搬送用パレットＡＰへの保持は、搬送装置２１０によって基板載置位置で支持された搬送用パレットＡＰに、投入装置１２０によって基板ＷＳが載置されることにより実行される。また、上側マスキングプレートＭＰｕの搬送用パレットＡＰへの保持は、マスキングプレート載置位置において、搬送用パレットＡＰに載置された基板ＷＳ上に、ＭＰ搬送装置２４０によって上側マスキングプレートＭＰｕが載置されることにより実行される。なお、以下では、基板ＷＳ及びマスキングプレートＭＰｄ，ＭＰｕが保持された状態の搬送用パレットＡＰを「保持状態パレットＡＰ」とも呼ぶ。

加熱装置２２０は、搬送装置２１０によって搬送されてきた保持状態パレットＡＰのうち、少なくとも、後述する成膜室２３０の内部空間内に配置される部分を加熱する。これは、成膜室２３０の内部空間内に配置される保持状態パレットＡＰの部分に付着する水分を除去するとともに、再付着を防止して、成膜された膜の膜質の悪化を抑制するためである。加熱装置２２０としては、例えば、ランプ加熱装置を用いることができる。但し、これに限定されるものではなく、種々の加熱装置を利用することができる。加熱温度は、例えば、２００℃〜９００℃の高温に設定されることが好ましい。

成膜室２３０は、搬送装置２１０によって搬送されてきた保持状態パレットＡＰの基板ＷＳの成膜対象部分に対する成膜処理をプラズマＣＶＤ法によって実行する装置である。

図３は、成膜室２３０について示す概略斜視図である。成膜室２３０は、下型２３１及び上型２３２を有している。下型２３１の上面の中央部には溝２３１ｄが設けられており、上型２３２の下面には下型２３１の溝２３１ｄに対向する溝２３２ｄが設けられている。

上型２３２は、不図示の駆動機構により、下型２３１に対して上下方向（Ｙ方向）に移動して開閉可能な構成とされている。なお、下型２３１を上型２３２に対して上下方向に移動させて開閉可能な構成としてもよく、下型２３１及び上型２３２の両方を上下方向に移動させて開閉可能な構成としてもよい。

成膜室２３０は、上型２３２を閉じて上型２３２と下型２３１の間に保持状態パレットＡＰを挟持することにより成膜処理が可能な密封状態となり、以下で説明するように、基板ＷＳの成膜対象部分ＷＳｔに対する成膜処理を実行する。

図４は、成膜室２３０のＸＹ平面に沿った概略断面を示す概略断面図である。上型２３２の下面２３２ａには、保持状態パレットＡＰのインシュレータＩＮＳ（図２）の外周を囲むようにＯリング２３３が設けられており、下型２３１の上面２３１ａには、上型２３２のＯリング２３３に対向配置されたＯリング２３３が設けられている。上型２３２が開かれた状態で、搬送装置２１０（図１）によって下型２３１上に保持状態パレットＡＰが搬入されることにより、保持状態パレットＡＰは下型２３１に支持される。そして、図４に示すように、保持状態パレットＡＰを挟持するように、下型２３１に対して上型２３２が閉じられることにより、下型２３１のＯリング２３３及び上型２３２のＯリング２３３が保持状態パレットＡＰの矩形枠プレートＰｆに密接する。これにより、下型２３１の上面２３１ａに設けられた溝２３１ｄ、及び、上型２３２の下面２３２ａに設けられた溝２３２ｄは、気密された内部空間を構成する。溝２３１ｄは、下側マスキングプレートＭＰｄで覆われていない基板ＷＳの成膜対象部分ＷＳｔｄを下側から覆う内部空間である。溝２３２ｄは、上側マスキングプレートＭＰｕで覆われていない基板ＷＳの成膜対象部分ＷＳｔｕを上側から覆う内部空間である。

下型２３１の溝２３１ｄの底面２３１ｃ及び上型２３２の溝２３２ｄの底面２３２ｃには、原料ガス供給装置５１０に接続された原料ガス供給孔２３７と、排気装置５２０に接続された排気孔２３６と、が設けられている。

また、下型２３１には、プラズマ発生用電源５３０に接続された電源端子２３５が設けられている。なお、電源端子２３５は、インシュレータ２３４によって下型２３１に対して絶縁されている。上型２３２が閉じられた状態においては、電源端子２３５の先端が保持状態パレットＡＰの下側マスキングプレートＭＰｄに接触して、基板ＷＳとマスキングプレートＭＰｄ，ＭＰｕがプラズマ発生用電源５３０に電気的に接続された状態となる。

下型２３１と上型２３２と保持状態パレットＡＰの矩形枠プレートＰｆはアースされている。保持状態パレットＡＰにおいて、矩形枠プレートＰｆと、基板ＷＳ及びマスキングプレートＭＰｄ，ＭＰｕとは、インシュレータＩＮＳによって絶縁されている。

成膜処理を実行する場合、排気装置５２０によって内部空間２３１ｄ，２３２ｄ内の圧力を処理圧力（例えば、１０Ｐａ）まで減圧（真空引き）し、原料ガス供給装置５１０から原料ガス（例えば、ピリジン（ｐｙ；Ｃ₅Ｈ₅Ｎ））を供給し、プラズマ発生用電源５３０からプラズマ発生電圧（例えば、−２．５ｋＶ）を基板ＷＳに与えることにより、原料ガスをプラズマ化して、基板ＷＳの成膜対象部分ＷＳｔｄ，ＷＳｔｕに炭素薄膜を形成することができる。

成膜処理後の保持状態パレットＡＰは、図１に示すように、搬送装置２１０によって、成膜室２３０から取り出されて下流側へ搬送される。そして、成膜処理後の保持状態パレットＡＰのうち、上側マスキングプレートＭＰｕはＭＰ搬送装置２４０に受け渡されて再利用され、搬送用パレットＡＰはパレット搬送装置２５０に受け渡されて再利用される。成膜済の基板ＷＳは基板搬送装置３１０に受け渡される。

なお、搬送装置２１０は、例えば、搬送レールのように、加熱装置２２０及び成膜室２３０のＸ方向の外側で搬送用パレット（保持状態パレット）ＡＰを支持しつつ、Ｚ方向に沿って搬送することが可能な種々の搬送装置を用いることができる。また、ＭＰ搬送装置２４０は、例えば、搬送ロボットのように、使用済みの上側マスキングプレートＭＰｕを搬送装置２１０から受け取り、搬送装置２１０の上流へ搬送し、マスキングプレート載置位置において、搬送用パレットＡＰに載置された基板ＷＳ上に新たな上側マスキングプレートＭＰｕとして載置することが可能な種々の搬送装置を用いることができる。パレット搬送装置２５０も同様に、使用済みの搬送用パレットＡＰを搬送装置２１０から受け取り、搬送装置２１０の上流へ搬送し、基板載置位置において、搬送装置２１０に新たな搬送用パレットＡＰとして受け渡すことが可能な種々の搬送装置を用いることができる。

基板搬送装置３１０は、搬送装置２１０から受け取った成膜済みの基板ＷＳを、第２のパーティション１３の開口部１３ａを介して搬出部３００へ搬出する。基板搬送装置３１０としては、例えば、搬送ロボットのように、搬送装置２１０から成膜済みの基板ＷＳを受け取り、搬出部３００へ搬送することが可能な種々の搬送装置を用いることができる。

搬出部３００は、成膜済みの基板ＷＳをストックする取出ストッカ４４０を取り換え可能に設置する取出室４３０と、成膜済みの基板ＷＳを基板搬送装置３１０から受け取って取出室４３０の取出ストッカ４４０に収容する搬出装置４１０と、を備えている。取出ストッカ４４０の取出室４３０への設置は、不図示の扉を介して実行される。成膜済の基板ＷＳの取出ストッカ４４０への収容は、取出室４３０に設けられた取出扉４３２を開き、搬出装置４１０が取出ストッカ４４０に成膜済みの基板ＷＳを収容することによって実行される。搬出装置４１０としては、例えば、搬送ロボットのように、基板搬送装置３１０から成膜済みの基板ＷＳを受け取って、取出室４３０の取出ストッカ４４０へ収容することが可能な種々の搬送装置を用いることができる。

パージ室１１の成膜部２００の上部(天井）には、不活性ガス供給装置１５に接続された不活性ガス供給口Ｍｉｎが設けられており、外部の大気圧と同じ気圧の不活性ガス（本例では、窒素ガス（Ｎ_２））が成膜部２００内に供給される。成膜部２００の下部（床）には、不活性ガス排出装置１６に接続された不活性ガス排出口Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２が設けられており、成膜部２００に満たされた不活性ガスが大気圧と同じ気圧の状態を保つように、不活性ガスが排出される。また、搬入部１００と搬出部３００にも、同様の不活性ガス排出口Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２が設けられている。パージ室１１には、不活性ガス供給口Ｍｉｎから不活性ガスが供給され、パージ室１１内の気圧の状態を大気圧と同じ状態、又は大気圧より高い圧力に保ちつつ、不活性ガス排出口Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２，Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２から不活性ガスが排出される。これにより、パージ室１１は、内部空間の全体にわたって不活性ガスで満たされた状態となる。また、パージ室１１を満たした不活性ガスの流れが、中央の成膜室２３０から各不活性ガス排出口Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２，Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２に向かう向きとなるように、不活性ガス供給口Ｍｉｎ及び不活性ガス排出口Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２，Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２が配置されている。

また、各パーティション１２，１３には、それぞれ、上部に設けられた不活性ガス供給口Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２と、下部に設けられた不活性ガス排出口Ｐｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２とを備えている。これにより、各パーティション１２，１３には、上部から下部に向かって不活性ガスが流れるようになっている。

図５は、パージ室１１を満たす不活性ガスの流れについて示す説明図である。図５は、基本的には図１の成膜装置１０と同じであるが、不活性ガスの流れを示す上で不要な構成を省略している。また、破線矢印は、不活性ガスの概略的な流れを示している。

上記したように、パージ室１１を満たした不活性ガスの流れが、中央の成膜室２３０から各不活性ガス排出口Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２，Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２に向かう向きとなるように、不活性ガス供給口Ｍｉｎ及び不活性ガス排出口Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２，Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２が配置されている。従って、成膜部２００へ流入した不活性ガスは、成膜部２００の内部を満たすとともに、成膜室２３０を中心として、第１のパーティション１２の開口部１２ａ，１２ｂを介して搬入部１００へ流入して搬入部１００内を満たし、第２のパーティション１３の開口部１３ａを介して搬出部３００へ流出して搬出部３００内を満たす。これにより、投入室１１０から空気（特に、酸素や水分）が搬入部１００内に流入したとしても、成膜部２００への空気の流入を抑制することができる。また、取出室４３０から空気が搬出部３００内に流入したとしても、成膜部２００への空気の流入を抑制することができる。

また、各パーティション１２，１３には、上部から下部へ向かって不活性ガスが流れることにより、開口部１２ａ，１２ｂに、不活性ガスによるカーテン構造が設けられているので、これによっても、搬入部１００及び搬出部３００から成膜部２００への空気の流入を抑制することができる。

また、上記したように、投入室１１０の投入ストッカ１３０から成膜対象の基板ＷＳを投入する場合にのみ、投入室１１０の投入扉１１２を開いて基板ＷＳを取り出すことができるので、投入室１１０から搬入部１００内への空気の流入を極力低減することができる。同様に、取出室４３０の取出ストッカ４４０に成膜済みの基板ＷＳを収容する場合にのみ、取出室４３０の取出扉４３２を開いて基板ＷＳを収容することができるので、取出室４３０から搬出部３００への空気の流入を極力低減することができる。

また、成膜室２３０のＺ方向の両側には、不活性ガス供給口Ｍｉｎから不活性ガス排出口Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２へ向かう不活性ガスの流れが形成されるので、成膜室２３０への酸素や水分の流入を抑制することができる。

以上説明したように、成膜室２３０は、その周囲が不活性ガスによって密封されるように不活性ガスで満たされているので、成膜室２３０の下型２３１及び上型２３２（図３，４）を開閉しても、成膜室２３０内への空気（特に、酸素及び水分）の流入を抑制することができ、成膜された膜の膜質の悪化を抑制することができる。

また、基板ＷＳを成膜室２３０へ搬送する搬送装置２１０を、成膜室２３０の外側で、大気圧と同じ気圧の不活性ガスで満たされたパージ室１１内に配置しているので、従来技術の真空予備室を備える成膜装置のように、減圧高温雰囲気に搬送装置が配置される構造に比べて高速な搬送が可能である。

Ｂ．変形例：
（１）変形例１
上記実施形態では、成膜室２３０の前段に加熱装置２２０を備えているが、加熱装置２２０を省略してもよい。

（２）変形例２
また、上記実施形態では、各パーティション１２，１３に不活性ガスを流す構造としているが、この構造を省略してもよい。

（３）変形例３
また、上記実施形態では、マスキングプレートＭＰｄ，ＭＰｕによって成膜対象部材の基板ＷＳの非成膜対象部分をマスクする構成としているが、マスキングプレートＭＰｄ，ＭＰｕを省略してもよい。また、２つの型を閉じたときに、２つの型同士が接触して密封した成膜室を形成し、密封した成膜室内に搬送用パレットを用いずに配置した基板ＷＳに成膜処理を実行する構成としてもよい。

（４）変形例４
また、上記実施形態では、成膜室２３０は、プラズマＣＶＤ法による成膜処理を実行する成膜室として説明したが、これに限定されるものではなく、スパッタリングによる成膜処理を実行する成膜室、プラズマＣＶＤ以外のＣＶＤによる成膜処理を実行する成膜室等の種々の成膜装置の成膜室としてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…成膜装置
１１…パージ室
１２，１３…パーティション
１２ａ，１２ｂ，１３ａ…開口部
１５…不活性ガス供給装置
１６…不活性ガス排出装置
１００…搬入部
１１０…投入室
１１２…投入扉
１２０…投入装置
１３０…投入ストッカ
２００…成膜部
２１０…搬送装置
２２０…加熱装置
２３０…成膜室
２３１…下型
２３１ａ…上面
２３１ｃ…底面
２３１ｄ…溝（内部空間）
２３２…上型
２３２ａ…下面
２３２ｃ…底面
２３２ｄ…溝(内部空間）
２３３…Ｏリング
２３４…インシュレータ
２３５…電源端子
２３６…排気孔
２３７…原料ガス供給孔
２４０…マスキングプレート搬送装置（ＭＰ搬送装置）
２５０…パレット搬送装置
３００…搬出部
３１０…基板搬送装置
４１０…搬出装置
４３０…取出室
４３２…取出扉
４４０…取出ストッカ
５１０…原料ガス供給装置
５２０…排気装置
５３０…プラズマ発生用電源
ＡＰ…搬送用パレット（保持状態パレット）
Ａｍｐ…マスキングプレート載置部
Ａｗｓ…基板載置部
ＩＮＳ…インシュレータ
ＭＰｄ，ＭＰｕ…マスキングプレート
Ｐｆ…矩形枠プレート
Ｍｉｎ…不活性ガス供給口
Ｍｏｕｔ１，Ｍｏｕｔ２，Ｃｏｕｔ１，Ｃｏｕｔ２…不活性ガス排出口
Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２…不活性ガス供給口
Ｐｏｕｔ１，Ｐｏｕｔ２…不活性ガス排出口
ＷＳ…基板
ＷＳｔ，ＷＳｔｄ，ＷＳｔｕ…成膜対象部分

Claims (1)

1. 成膜装置であって、
   パージ室と、
   開閉される２つの型を有し、前記２つの型が閉じられることで気密される内部空間において成膜対象部材に対する成膜処理を実行する成膜室と、
   を備え、
   前記成膜室は前記パージ室の内部に設けられており、
   前記パージ室は不活性ガスで満たされている、成膜装置。

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