JP2018031044A

JP2018031044A - 表面処理方法

Info

Publication number: JP2018031044A
Application number: JP2016162853A
Authority: JP
Inventors: 正一郎熊本; Shoichiro Kumamoto; 飯塚　和孝; Kazutaka Iizuka; 和孝飯塚; 拓哉板倉; Takuya Itakura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-01

Abstract

【課題】成膜室で発生した滓や成膜の原材料に由来する残留ガスが搬送部に付着することを抑制する表面処理方法の提供。【解決手段】ＣＶＤ成膜装置（１００）を用いて、ワーク（Ｗ１）に成膜する表面処理方法である。ＣＶＤ成膜装置（１００）は、試料ガスを供給される成膜室（１）と、ワーク（Ｗ１）を搬送する搬送部（３）と、真空予備室（２）に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部（５、６）と、を備える。搬送部（３）がワーク（Ｗ１）を真空予備室（２）から成膜室（１）へ搬送させるとき、不活性ガスを真空予備室（２）へ供給する。搬送部（３）がワーク（Ｗ）を真空予備室（２）から成膜室（１）へ搬送させた後、真空予備室（２）と成膜室（１）との連通を遮断させて、真空予備室（２）の圧力Ｐ１が成膜室（１）の圧力Ｐ２よりも大きくなるように、不活性ガスを真空予備室（２）へ供給する。【選択図】図２

Description

本発明は、表面処理方法に関し、ＣＶＤ法を用いて成膜する表面処理方法に関する。

特許文献１には、試料をロードロック室（真空予備室）から処理室（成膜室）へ搬送させて、ＣＶＤ法を用いて処理室内で試料に成膜する表面処理方法が開示されている。

特開２００６−２１６６２５号公報

このような表処理方法において、真空予備室内と成膜室内との間を移動することのできる搬送部を用いて、試料を搬送することができる。このような場合、成膜室で発生した滓や、成膜の原材料に由来する残留ガスが、搬送部等に付着することがある。このような場合、搬送部等の動作に、影響を与えるおそれがある。

本発明に係る表面処理方法は、成膜室で発生した滓や成膜の原材料に由来する残留ガスが搬送部に付着することを抑制するものとする。

本発明に係る表面処理方法は、
試料ガスを供給される成膜室と、
ワークが入室する、又は、退室することのできるように前記成膜室と連通する真空予備室と、
前記成膜室と前記真空予備室との間を移動させるよう、前記ワークを搬送する搬送部と、
前記真空予備室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を備えるＣＶＤ成膜装置を用いて、前記ワークに成膜する表面処理方法であって、
前記搬送部が前記ワークを前記真空予備室から前記成膜室へ搬送させるとき、前記不活性ガスを前記真空予備室へ供給し、
前記搬送部が前記ワークを前記真空予備室から前記成膜室へ搬送させた後、前記真空予備室と前記成膜室との連通を遮断させて、前記真空予備室の圧力Ｐ１が前記成膜室の圧力Ｐ２よりも大きくなるように、前記不活性ガスを前記真空予備室へ供給する。
このような構成によれば、搬送部がワークを真空予備室から成膜室へ搬送させるとき、不活性ガスを供給するため、不活性ガスが真空予備室から成膜室へ流れるため、成膜室に供給された試料ガスが、真空予備室に入り込むことを抑制される。また、搬送部がワークを真空予備室から成膜室へ搬送させて、真空予備室と成膜室との連通を遮断させた後において、真空予備室の圧力Ｐ１が前記成膜室の圧力Ｐ２よりも大きい。そのため、成膜室に供給された試料ガスが、真空予備室に入り込むことを抑制される。したがって、成膜室で発生した滓や成膜の原材料に由来する残留ガスが搬送部に付着することを抑制することができる。

実施の形態１に係るＣＶＤ成膜装置を模式的に示す断面図である。実施の形態１に係るＣＶＤ成膜装置を用いた成膜方法の一工程を示す模式図である。実施の形態１に係るＣＶＤ成膜装置を用いた成膜方法の一工程を示す模式図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
以下、図１を参照して実施の形態１に係るＣＶＤ成膜装置の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るＣＶＤ成膜装置を模式的に示す断面図である。図１では、右手系ｘｙｚ三次元座標を規定した。

図１に示すように、ＣＶＤ成膜装置１００は、ハードウェア構成として、成膜室１と、真空予備室２と、搬送部３とを含む。

成膜室１は、ワークＷ１を配置し、表面処理としてＣＶＤ法（化学蒸着法）を実施して、ワーク表面に成膜することができる。成膜室１は、真空ポンプ（図示略）と、試料ガスを供給するガス供給装置（図示略）と気体を授受可能に接続されている。試料ガスは、ワーク表面に成膜される膜を構成する材料を含む。成膜室１は、必要に応じて、真空ポンプを用いて成膜室１内側のガスを外側に排出して真空状態にしたり、所定の圧力の試料ガスを含ませたりすることができる。真空ポンプと、ガス供給装置とは、電源（図示略）に電気的に接続されて、電気を供給される。また、真空ポンプと、ガス供給装置とは、成膜制御部（図示略）に接続されて、制御信号を与えられて、制御される。

なお、ワークＷ１の具体例として、チタン又はチタン合金からなる板材が挙げられる。表面処理として、カーボンを主成分とする材料をワークにコーティングを施すことができる。表面処理製品の一例として、ＦＣ（燃料電池）セパレータが挙げられる。

真空予備室２は、ワークＷ１が入室する、又は、退室することのできるように成膜室１と連通する。真空予備室２は、真空ポンプ（図示略）と接続されており、その内部のガスを外側に排出することによって、真空状態にすることができる。図１に示す真空予備室２の一例は、成膜室１の上側（図１では、ｚ軸プラス側）に設けられている。真空予備室２と成膜室１との境界には、ゲートバルブ４が設けられている。ゲートバルブ４は板状体を位置方向（図１では、ｘ軸方向）に往復移動させることによって開閉する。ゲートバルブ４を開閉させることによって、真空予備室２と成膜室１との間を連通させたり、遮断したりすることができる。

搬送部３は、昇降機レール３０と、シャフト３１と、昇降機３２と、シール部材３３、ワーク保持部３４とを含む。昇降機レール３０は、真空予備室２に設けられている。図１に示す昇降機レール３０の一例は、真空予備室２の上側（図１では、ｚ軸プラス側）に設けられており、真空予備室２の上方に延びる筒状体である。シャフト３１は、昇降機レール３０の長手方向における長さよりも、長い棒状体である。シャフト３１は、昇降機３２を介して、昇降機レール３０に移動可能に保持されている。シャフト３１の成膜室１側の端には、ワーク保持部３４が設けられている。ワーク保持部３４はワークＷ１を保持する。シャフト３１のワーク保持部３４側から昇降機レール３０側に、シール部材３３が設けられている。シール部材３３は、シャフト３１の軸と交差する平面を有し、成膜室１の開口部と同じ、又は大きい形状を有する。シール部材３３は、例えば、Ｏリングを備えるとよい。昇降機３２は、シャフト３１を保持したまま、昇降機レール３０に沿って、往復移動することができる。昇降機３２は、例えば、マグネットを用いて昇降させることができる。そのため、シャフト３１は、成膜室１と真空予備室２と昇降機レール３０との間を移動することができ、ワーク保持部３４に保持されたワークＷ１は、成膜室１と真空予備室２との間を移動することができる。

ガスタンク６が、気体を授受可能に搬送部３に接続されている。ガスタンク６は、例えば、Ｎ_２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガスを貯蔵している。図１に示す一例では、ガスタンク６と搬送部３とは、ガス管を用いて接続することができ、ガス管の中途にはバルブ５が設けられている。バルブ５を開閉することによって、不活性ガスをガスタンク６から搬送部３の昇降機レール３０の上部へ供給する、又は停止する。バルブ５及びガスタンク６は、不活性ガス供給部として機能する。なお、ガスタンク６の代わりに、Ｎ_２ガス生成器を用いてもよい。

真空予備室圧力センサ７が、真空予備室２に設けられており、順次真空予備室２の内側に含まれるガスの圧力Ｐ１を計測する。成膜室圧力センサ８が、成膜室１に設けられており、順次、成膜室１の内側に含まれるガスの圧力Ｐ２を計測する。

なお、ＣＶＤ成膜装置１００は、圧力制御部９を備えるとよい。圧力制御部９は、ハードウェア構成として、例えば、シーケンス制御装置、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算回路と、プログラムメモリやデータメモリその他のＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する記憶装置等を備える。圧力制御部９は、例えば、真空予備室圧力センサ７及び成膜室圧力センサ８が計測したガスの圧力Ｐ１、Ｐ２を示す信号を受けて、バルブ５の開閉度合いを変化させて、不活性ガスの搬送部３への供給量を変化させる。具体的には、圧力制御部９は、搬送部３がワークＷ１を真空予備室２から成膜室１へ搬送させるとき、真空予備室２の圧力Ｐ１が成膜室１の圧力Ｐ２よりも大きくなるように、不活性ガスを真空予備室２へ供給する。

(表面処理方法)
次に、図１〜図３を参照して、実施の形態１に係るＣＶＤ成膜装置１００を用いて、表面処理方法について説明する。図２及び図３は、実施の形態１に係るＣＶＤ成膜装置を用いた成膜方法の一工程を示す模式図である。図２及び図３では、図１と同様に、右手系ｘｙｚ三次元座標を規定した。

本表面処理方法では、複数のワークＷ１を連続して表面処理することができる。ここでは、少なくとも１回ワークＷ１を表面処理した後で、別のワークＷ１について表面処理する場合について述べる。図１に示すように、予め行ったワークＷ１の表面処理によって、成膜室１で発生した滓Ｃ１や成膜の原材料に由来する残留ガスＧ１が、成膜室１の内側にある。

ワークＷ１を真空予備室２に搬送し、ガスを真空予備室２の内側から排出し、真空予備室２の内側空間を真空状態にする（真空予備ステップＳＴ１）。

続いて、図２に示すように、不活性ガスを搬送部３へ供給しつつ、ゲートバルブ４を開い、ワークＷ１を成膜室１へ搬送させる（搬送ステップＳＴ２）。不活性ガスの搬送部３へ供給量の一具体例は、１ｓｃｃｍである。搬送部３へ供給された不活性ガスＦ１は、昇降機レール３０、真空予備室２、成膜室１、とこの順に流入する。そのため、成膜室１の滓Ｃ１や残留ガスＧ１が成膜室１の内側から真空予備室２の内側へ流入し難い。ワークＷ１を成膜室１へ搬送させると、シール部材３３が成膜室１の開口部に当接し、成膜室１の開口を塞ぐ。これによって、成膜室１と真空予備室２とを遮断する。

続いて、図３に示すように、真空予備室２の内側に含まれるガスの圧力Ｐ１が、成膜室１の内側に含まれるガスの圧力Ｐ２より大きくなるように、調圧する（調圧ステップＳＴ３）。搬送部３へ供給された不活性ガスＦ１は、真空予備室２に流入するものの、シール部材３３が成膜室１と真空予備室２とを遮断するため、成膜室１に殆ど流入しない。これらの調圧によって、真空予備室２の内側に含まれるガスの圧力Ｐ１が、成膜室１の内側に含まれるガスの圧力Ｐ２より大きいため、成膜室１の内側から真空予備室の内側へ滓Ｃ１や残留ガスＧ１が流入し難い。なお、圧力Ｐ１の一例は５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下の範囲内であり、圧力Ｐ２の一例は５Ｐａ以上５０Ｐａ未満の範囲内である。圧力Ｐ１の一例は、圧力Ｐ２の１〜３０倍の範囲内である。このように圧力Ｐ１、Ｐ２を調圧すると好ましい。

最後に、ワークＷ１に成膜し、表面処理製品を形成する（成膜ステップＳＴ４）。成膜後、表面処理品を真空予備室２に搬送し、真空予備室２を大気開放し、表面処理品を真空予備室２から取り出す。以上より、表面処理品を製造することができる。

以上、実施の形態１に係る表面処理方法によれば、搬送部がワークを真空予備室から成膜室へ搬送させるとき、不活性ガスを供給する。また、搬送部がワークを真空予備室から成膜室へ搬送させた後、真空予備室と成膜室との連通を遮断させて、真空予備室の圧力Ｐ１が前記成膜室の圧力Ｐ２よりも大きい。これらによって、成膜室に供給された試料ガスが、真空予備室に入り込むことを抑制される。したがって、成膜室で発生した滓や成膜の原材料に由来する残留ガスが搬送部に付着することを抑制することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１に係る表面処理方法では、搬送部３からＮ_２ガスを供給したが、成膜室１から上側の部位、例えば、真空予備室２におけるゲートバルブ４側からＮ_２ガスを供給してもよい。

１００ＣＶＤ成膜装置
１成膜室２真空予備室
３搬送部５バルブ
６ガスタンクＷ１ワーク

Claims

試料ガスを供給される成膜室と、
ワークが入室する、又は、退室することのできるように前記成膜室と連通する真空予備室と、
前記成膜室と前記真空予備室との間を移動させるよう、前記ワークを搬送する搬送部と、
前記真空予備室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を備えるＣＶＤ成膜装置を用いて、前記ワークに成膜する表面処理方法であって、
前記搬送部が前記ワークを前記真空予備室から前記成膜室へ搬送させるとき、前記不活性ガスを前記真空予備室へ供給し、
前記搬送部が前記ワークを前記真空予備室から前記成膜室へ搬送させた後、前記真空予備室と前記成膜室との連通を遮断させて、前記真空予備室の圧力Ｐ１が前記成膜室の圧力Ｐ２よりも大きくなるように、前記不活性ガスを前記真空予備室へ供給する。
表面処理方法。