JP5692161B2 - プラズマ成膜装置 - Google Patents
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Description
プラズマ成膜装置であって、真空状態に保持され、基板に対する成膜処理が実行される成膜室と、前記成膜室の真空状態よりも真空度の低い低真空状態に保持され、前記基板が通過する真空予備室と、前記成膜室と前記真空予備室よりも小さい容積を有し、前記成膜室と前記真空予備室との間に設けられ、前記成膜室と前記真空予備室との間での前記基板の搬送を仲介する、中間室と、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、成膜室と真空予備室との間に設けられた、容積の小さい中間室によって、基板の搬入・搬出の際の成膜室における気圧の変動が抑制される。従って、成膜室の真空化処理を効率化することができ、基板の搬送工程を効率化することができる。また、真空予備室の真空度を成膜室よりも低い真空度に設定しているため、真空予備室のための真空化処理を成膜室の真空化処理よりも小さい消費エネルギーで実行することができる。
適用例1記載のプラズマ成膜装置であって、前記中間室は、前記成膜室との間に設けられた気密に開閉可能な第1の連通部と、前記真空予備室との間に設けられた気密に開閉可能な第2の連通部と、を備え、前記真空予備室との間で前記基板の搬送を行うときには、前記第2の連通部を開く前に、前記第1の連通部を閉じた状態とし、前記成膜室との間で前記基板の搬送を行うときには、前記第1の連通部を開く前に、前記第2の連通部を閉じた状態とする、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、真空予備室に対する基板の搬入・搬出の際の、真空予備室または成膜室における気圧の変動量を確実に低減することができる。
適用例2記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、前記真空予備室よりも小さい容積を有し、前記中間室より前段または後段において、前記真空予備室との間で前記基板の搬送を行う予備室を備える、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、真空予備室における気圧の変動量を、容積の小さい予備室によって低減することができる。
適用例3記載のプラズマ成膜装置であって、前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室と、前記成膜室とが、直列に連結され、前記基板が直線的に搬送される、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板の搬送路を最小限に短縮でき、基板の搬送工程を効率化することができる。
適用例4記載のプラズマ成膜装置であって、前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室とはそれぞれ、前記成膜室に対する重力方向の高低差が順に大きくなるように配置されており、前記基板を、重力を利用して搬送する、プラズマ成膜装置。このプラズマ成膜装置では、前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室と、前記成膜室が、前記予備室、前記真空予備室、前記中間室、前記成膜室の順、または、前記成膜室、前記中間室、前記真空予備室、前記予備室の順、で直列に連結されていることによって、前記基板は、前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室と、前記成膜室と、の間を直線的に搬送され、前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室と、前記成膜室と、はそれぞれ、重力方向に高低差を有するように配置されており、前記基板が、重力を利用して、前記予備室、前記真空予備室、前記中間室、前記成膜室の順、または、前記成膜室、前記中間室、前記真空予備室、前記予備室の順、で搬送される。このプラズマ成膜装置であれば、基板の搬送を、重力を利用して実行するため、基板の搬送工程を効率化することができる。
適用例3から5のいずれかに記載のプラズマ成膜装置であって、前記真空予備室は、前記成膜室の前段に設けられた前段真空予備室と、前記成膜室の後段に設けられた後段真空予備室と、を含み、
前記中間室は、前記前段真空予備室と、前記成膜室との間に設けられた前段中間室と、前記後段真空予備室と、前記成膜室との間に設けられた後段中間室と、を含み、
前記予備室は、前記前段真空予備室の前段に設けられた前段予備室と、前記後段真空予備室の後段に設けられた後段予備室と、を含み、
前記基板を、前記前段予備室、前記前段真空予備室、前記前段中間室、前記成膜室、前記後段中間室、前記後段真空予備室、前記後段予備室の順で搬送する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、成膜室へ基板を搬入する搬送工程と、成膜室から搬出される処理済みの基板の搬送工程と、において実行される真空化処理の処理効率を向上させることができる。
適用例1から6のいずれかに記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、前記真空予備室の真空状態を保持するための第1の真空ポンプと、前記成膜室の真空状態を保持するための第2の真空ポンプと、を備え、前記第1の真空ポンプの方が、前記第2の真空ポンプよりも容量が小さい、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、真空予備室と成膜室の所定の真空度に応じた真空ポンプを用いて真空処理を実行することができる。
適用例1から7のいずれかに記載のプラズマ成膜装置であって、前記中間室の容積は、前記真空予備室および前記成膜室の容積の1/100以下である、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板の搬入・搬出の際の成膜室や真空予備室における気圧の変動量を確実に低減することができる。
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。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5の表面全体に炭素薄膜を形成する。なお、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、他の種類の構造であるものとしても良い。
図6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6は、後段中間室50および後段真空予備室60が省略されている点以外は、図1とほぼ同じである。なお、第2実施例のプラズマ成膜装置100Aの各処理室10〜40,70の構成は、第1実施例のプラズマ成膜装置100と同様である(図2)。
ところで、本発明の実施例としてのプラズマ成膜装置は、以下のように構成することも可能である。以下では、第2実施例のプラズマ成膜装置100Aと同様な各処理室10〜40,70を有する構成を基本構成として、プラズマ成膜装置の他の構成例を説明する。
図8は、他の構成例としてのプラズマ成膜装置100aの構成を説明するための概略図である。図8には、プラズマ成膜装置100aにおける各処理室10〜40,70の配置構成を模式的に図示してある。なお、図8では、搬送中の基板5、5cを、一点鎖線によって段階的に図示してある。また、図8では、成膜室40の概略的な内部構成を破線で図示してある。
図9は、他の構成例としてのプラズマ成膜装置100bの構成を説明するための概略図である。図9の紙面左側には、上記の第2実施例のプラズマ成膜装置100Aの各処理室10〜40,70の配置構成を模式的に図示してあり、紙面右側には、この構成例におけるプラズマ成膜装置100bの各処理室10〜40,70の配置構成を模式的に図示してある。
図10は、他の構成例としてのプラズマ成膜装置100cの構成を説明するための概略図である。図10には、プラズマ成膜装置100cにおける第1と第2の真空ポンプ110,120の配管接続の構成を図示してある。
図11は、他の構成例としてのプラズマ成膜装置100dの構成を説明するための概略図である。この構成例のプラズマ成膜装置100dは、基板5を1つずつ成膜処理する成膜室40に換えて、複数の基板5を搬送しつつ成膜する成膜室40dが設けられている点と、出口予備室70に換えて、搬出機構75を備える出口予備室70dが設けられている点以外は、第2実施例のプラズマ成膜装置100Aと同様である。
図12は、他の構成例としてのプラズマ成膜装置100eの構成を説明するための概略図である。図12には、図11で説明したのと同様な成膜室40dと出口予備室70dとを備えるプラズマ成膜装置100eの構成を模式的に図示してある。なお、図12には、搬送中の基板5の軌跡を一点鎖線によって段階的に図示してある。また、図12には、重力方向を示す矢印Gを図示してある。
図13は、他の構成例としてのプラズマ成膜装置100fの構成を説明するための概略図である。図13は、前段中間室30と成膜室40の間に、第2の前段真空予備室20aと第2の前段中間室30aとが追加されている点以外は図6とほぼ同じである。なお、第2の前段真空予備室20aと第2の前段中間室30aの構成はそれぞれ、前段真空予備室20と前段中間室30の構成と同様である。
なお、この発明は上記の実施例や構成例、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。
上記実施例では、容積の小さい処理室10,30,50,70が、容積の大きい真空予備室20,60の1/100程度の容積を有していた。しかし、容積の小さい処理室10,30,50,70の容積は、容積の大きい処理室20,60の1/100程度の容積でなくとも良い。ただし、容積の小さい処理室10,30,50,70の容積を、容積の大きい処理室20,60の1/100以下の容積とすれば、確実に、基板5,5cの搬入・搬出の際の真空予備室20,60における気圧の変動量を低減することができる。
上記第1実施例では、成膜室40の前段(上流側)の搬送路として機能する入口予備室10、前段真空予備室20,前段中間室30が設けられていた。しかし、プラズマ成膜装置では、成膜室40の前段における容積の異なる処理室10〜30を組み合わせた基板5の搬送経路の構成が省略されるものとしても良い。プラズマ成膜装置では、少なくとも、成膜室40の前段または後段のいずれか一方において、そうした容積の異なる処理室を組み合わせて、真空予備室の気圧の変動を抑制した搬送経路の構成が設けられていれば良い。
上記実施例のプラズマ成膜装置100,100Aは、入口予備室10や出口予備室70を備えていた。しかし、プラズマ成膜装置100,100Aでは、入口予備室10や出口予備室70が省略されるものとしても良い。そのような構成であっても、前段真空予備室20や後段真空予備室60と成膜室40との間に、前段真空予備室20や後段真空予備室60より容積の小さい中間室30,50が設けられていることにより、基板5,5cの搬入・搬出の際の成膜室40における真空度の低下が抑制される。
上記実施例のプラズマ成膜装置では、基板5,5cが、重力を利用して搬送されていた。しかし、基板5,5cの搬送は、重力を利用しない搬送機構によって行われるものとしても良い。ただし、上記実施例のように、基板5,5cを重力を利用して直線的に搬送する構成であれば、基板5,5cの搬送機構によって装置が大型化してしまうことや、搬送機構によるエネルギーの消費量の増大を抑制できる。また、搬送機構に用いられるオイルなどの油分などによって、成膜処理が阻害されることを回避できる。
図14は基板5の使用用途の一例としての燃料電池500を説明するための概略図である。図17は、燃料電池500の構成を示す概略図である。この燃料電池500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500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。
6…貫通孔
10…入口予備室
11a…第1の開口部
11b…第2の開口部
12…ゲートバルブ
20…前段真空予備室
20a…第2の前段真空予備室
21a…第1の開口部
21b…第2の開口部
22…ゲートバルブ
30…前段中間室
30a…第2の前段中間室
31a…第1の開口部
31b…第2の開口部
32…ゲートバルブ
40,40d…成膜室
41a…第1の開口部
41b…第2の開口部
42…ゲートバルブ
43…保持部
43L…ロック部
43a,43b…溝部材
44…シャワー管
44a,44b…平行配管部
45…防着板
46…保持部材
47…搬送機構
50…後段中間室
51a…第1の開口部
51b…第2の開口部
52…ゲートバルブ
60…後段真空予備室
61a…第1の開口部
61b…第2の開口部
62…ゲートバルブ
70,70d…出口予備室
71a…第1の開口部
71b…第2の開口部
72,73…ゲートバルブ
75…搬出機構
100,100A,100a〜100f…プラズマ成膜装置
110…第1の真空ポンプ
120…第2の真空ポンプ
130…第3の真空ポンプ
140…原料ガス供給部
150…排ガス処理部
160…プラズマ発生用電源
170…切替バルブ
171〜174…配管
500…燃料電池
510…膜電極接合体
511…電解質膜
512,513…電極
515…ガス拡散層
520…セパレータ
521,522…プレート
523…流路形成層
530…シール部
LS…搭載空間
TG…ガイド
Claims (5)
- プラズマ成膜装置であって、
真空状態に保持され、基板に対する成膜処理が実行される成膜室と、
前記成膜室の真空状態よりも真空度の低い低真空状態に保持され、前記基板が通過する真空予備室と、
前記成膜室と前記真空予備室よりも小さい容積を有し、前記成膜室と前記真空予備室との間に設けられ、前記成膜室と前記真空予備室との間での前記基板の搬送を仲介する、中間室と、
前記真空予備室よりも小さい容積を有し、前記真空予備室との間で前記基板の搬送を行う予備室と、
を備え、
前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室と、前記成膜室が、前記予備室、前記真空予備室、前記中間室、前記成膜室の順、または、前記成膜室、前記中間室、前記真空予備室、前記予備室の順、で直列に連結されていることによって、前記基板は、前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室と、前記成膜室と、の間を直線的に搬送され、
前記予備室と、前記真空予備室と、前記中間室と、前記成膜室と、はそれぞれ、重力方向に高低差を有するように配置されており、前記基板を、重力を利用して、前記予備室、前記真空予備室、前記中間室、前記成膜室の順、または、前記成膜室、前記中間室、前記真空予備室、前記予備室の順、で搬送する、プラズマ成膜装置。 - 請求項1記載のプラズマ成膜装置であって、
前記中間室は、
前記成膜室との間に設けられた気密に開閉可能な第1の連通部と、
前記真空予備室との間に設けられた気密に開閉可能な第2の連通部と、
を備え、
前記真空予備室との間で前記基板の搬送を行うときには、前記第2の連通部を開く前に、前記第1の連通部を閉じた状態とし、
前記成膜室との間で前記基板の搬送を行うときには、前記第1の連通部を開く前に、前記第2の連通部を閉じた状態とする、プラズマ成膜装置。 - 請求項1または請求項2に記載のプラズマ成膜装置であって、
前記真空予備室は、前記成膜室の前段に設けられた前段真空予備室と、前記成膜室の後段に設けられた後段真空予備室と、を含み、
前記中間室は、前記前段真空予備室と、前記成膜室との間に設けられた前段中間室と、前記後段真空予備室と、前記成膜室との間に設けられた後段中間室と、を含み、
前記予備室は、前記前段真空予備室の前段に設けられた前段予備室と、前記後段真空予備室の後段に設けられた後段予備室と、を含み、
前記基板を、前記前段予備室、前記前段真空予備室、前記前段中間室、前記成膜室、前記後段中間室、前記後段真空予備室、前記後段予備室の順で搬送する、プラズマ成膜装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、
前記真空予備室の真空状態を保持するための第1の真空ポンプと、
前記成膜室の真空状態を保持するための第2の真空ポンプと、
を備え、
前記第1の真空ポンプの方が、前記第2の真空ポンプよりも容量が小さい、プラズマ成膜装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のプラズマ成膜装置であって、
前記中間室の容積は、前記真空予備室および前記成膜室の容積の1/100以下である、プラズマ成膜装置。
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