JP5785131B2 - 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、前記成膜室に隣接し、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出を行う搬送機構が設置され、少なくとも、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出が実行されるときには、真空状態に保持される真空予備室と、を備え、前記搬送機構は、前記基板を保持する保持部と、直線的な伸縮運動によって、前記保持部を、前記真空予備室と前記成膜室との間で移動させる支持腕部と、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、搬送機構の有する支持腕部の直線的な伸縮運動によって、簡易かつ迅速に基板の搬送を実行することができる。また、搬送機構を簡易に構成できるため、装置構成を小型化することができる。
適用例1記載のプラズマ成膜装置であって、前記支持腕部には、前記基板が前記成膜室内に搬入されたときに、前記成膜室と前記真空予備室とを連結する搬送口を封止するキャップ部が設けられており、前記成膜室では、前記保持部に保持されたままの前記基板に対して成膜処理が実行される、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板の搬入とともに成膜室の搬送口が気密に閉塞されるため、基板の搬送工程における搬送口の開閉を効率的に実行できる。
適用例3記載のプラズマ成膜装置であって、前記真空予備室は、前記成膜室の重力方向上側に設置されており、前記保持部は、表面が前記重力方向に平行になる配置角度で、前記基板を保持し、前記支持腕部は、重力方向に平行に伸縮運動することにより、前記基板を前記配置角度のまま、前記成膜室へ搬入する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板が重力方向に沿った角度で配置されるため、成膜処理の際に、基板が重力の影響で撓んでしまったり、基板表面に成膜室の汚れが落下して付着してしまうことが抑制される。
適用例3記載のプラズマ成膜装置であって、前記基板には予め貫通孔が形成されており、前記保持部は、前記貫通孔に係合する係合部を備え、前記係合部に前記基板を吊り下げて保持する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板の保持機構を簡易に構成することができる。また、基板の保持機構により、基板に外力が付与されて、基板が変形してしまうことを抑制できる。
適用例2から4のいずれかに記載のプラズマ成膜装置であって、前記成膜室は、互いに並列に配置され、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備える、第1と第2の成膜室を含み、前記真空予備室は、前記第1と第2の成膜室のそれぞれに隣接して、互いに並列に配置され、真空状態を作るための共通の真空ポンプを備える、第1と第2の真空予備室を含む、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、複数の基板を連続的に成膜することができる。また、成膜処理のための構成部を成膜室同士で共有するため、装置構成の小型化が可能である。
適用例5記載のプラズマ成膜装置であって、前記第1と第2の成膜室では、交互に成膜処理が実行され、前記第1の成膜室において成膜処理が実行されているときに、前記第2の真空予備室の前記搬送機構は、前記第2の成膜室において成膜された処理済みの基板を前記第2の成膜室から搬出し、前記第2の真空予備室において、前記処理済みの基板と、成膜処理前の新しい基板とが取り替えられ、前記第2の真空予備室が真空化された後に、前記新しい基板を前記第2の成膜室へ搬入する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、流れ工程により、複数の基板を連続的に成膜する場合に、基板の単位間数当たりの処理時間を短縮することが可能である。
適用例1記載のプラズマ成膜装置であって、前記成膜室は、交互に成膜処理が実行される第1と第2の成膜室を含み、前記搬送機構は、前記第1の成膜室において成膜処理が実行されているときに、前記第2の成膜室への前記基板の搬入を実行する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、第1と第2の成膜室が搬送機構を共有でき、装置の小型化が可能である。また、流れ工程により、複数の基板を連続的に成膜する場合に、基板の単位間数当たりの処理時間を短縮することが可能である。
適用例7記載のプラズマ成膜装置であって、前記真空予備室は、室外に、前記基板を収容可能な程度の容積を有する基板収容室を備え、前記基板収容室は、外部から前記基板を収容するために開閉する入口部と、前記基板収容室から前記真空予備室へと前記基板を導入するために開閉する出口部と、を備え、前記基板収容室は、
(i)外部から前記基板が収容される際には、前記出口部を閉じるとともに、前記入口部を開き、
(ii)前記基板が前記基板収容室に収容されたときには、前記出口部を閉じたまま、前記入口部を閉じ、
(iii)前記基板を前記基板収容室から前記真空予備室に導入する際には、前記入口部を閉じたまま、前記出口部を開く、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板を導入する際に真空予備室に侵入する外気の量を低減できる。従って、真空予備室や成膜室に余分な水分が侵入してしまうことを抑制でき、成膜環境を良好に保持できる。また、真空予備室の真空度の低下が抑制されるため、真空予備室の真空状態の保持のための消費エネルギーを低減することができる。
適用例7または適用例8記載のプラズマ成膜装置であって、前記第1と第2の成膜室は、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備えている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、第1と第2の成膜室が真空ポンプを共有するため、装置構成を小型化することができる。
A.第1実施例:
A1.第1実施例の他の構成例:
B.第2実施例:
C.第3実施例
D.変形例:
E.比較例:
F.参考例:
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(後述)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9は、第1実施例のプラズマ成膜装置100の他の構成例を説明するための概略図である。なお、図9には、第1と第2の成膜室10a,10bを便宜上、並列に図示してある。上記第1実施例では、第1と第2の成膜室10a,10bのそれぞれが、真空ポンプ15や、プラズマ発生用電源50、原料ガス供給部60、排ガス処理部65を備えていた。しかし、第1と第2の成膜室10a,10bは、これらの各構成部50,60,65を共有するものとしても良い。
図10,図11は本発明の第2実施例としてのプラズマ成膜装置の構成を示す概略図である。図10には、第2実施例のプラズマ成膜装置300を、重力方向に沿って見たときの正面図を図示してある。図11には、第2実施例のプラズマ成膜装置300の第1の成膜処理系301を水平面に沿って見たときの側面図を図示してある。また、図10および図11には、重力方向を示す矢印Gを図示してある。
図14は本発明の第3実施例としてのプラズマ成膜装置300Aの構成を示す概略図である。図14に図示された第1と第2の成膜処理系301,302は、基板保持部325に換えて基板保持部325Aが設けられている点と、配置方向が異なる点以外は、第2実施例で説明した第1と第2の成膜処理系301,302と同様な構成を有している。
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。
上記実施例のプラズマ成膜装置100,300,300Aでは、基板5に炭素薄膜を形成していた。しかし、プラズマ成膜装置100,300,300Aは、炭素薄膜以外の他の種類の薄膜を、基板5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。
上記実施例のプラズマ成膜装置100,300,300Aでは、燃料電池のセパレータの基材として用いられる基板5を成膜対象としていた。しかし、成膜対象となる基板は、他の用途に用いられるものであっても良い。また、基板5には、貫通孔6が設けられていなくとも良い。
上記第1実施例のプラズマ成膜装置100では、第1と第2の成膜室10a,10bを備えていた。しかし、第1実施例のプラズマ成膜装置100は、第1の成膜室10aのみ備えるものとしても良いし、さらに、複数の成膜室を備えているものとしても良い。また、第1と第2の成膜室10a,10bでは、交互に成膜処理が実行されていたが、第1と第2の成膜室10a,10bでは、交互に成膜処理が実行されなくとも良い。
上記第2実施例および第3実施例のプラズマ成膜装置300,300Aは、成膜処理を交互に実行する第1と第2の成膜処理系301,302を備えていた。しかし、第2実施例および第3実施例のプラズマ成膜装置300,300Aは、第1の成膜処理系301のみを備えるものとしても良い。また、第1と第2の成膜処理系301,302では、交互に成膜処理が実行されなくとも良い。
上記第2実施例および第3実施例では、第1と第2の成膜処理系301,302の間で、真空予備室320用の真空ポンプ326や、成膜室330用の真空ポンプ332、プラズマ発生用電源340、原料ガス供給部350を共有していた。しかし、第1と第2の成膜処理系301,302は、それらの構成部をそれぞれに備えているものとしても良い。
上記第3実施例では、基板5が基板保持部325Aの係合部325fに吊り下げられて保持されていた。しかし、基板保持部325Aは、係合部325f以外の構成(例えば、チャック部など)により、基板5を保持するものとしても良い。
図16(A)は、本発明の比較例としてのプラズマ成膜装置400の構成を示す概略図である。この比較例のプラズマ成膜装置400は、成膜室422の前段と後段とにそれぞれ第1と第2の真空予備室421,423が設けられている。成膜室422と、第1と第2の真空予備室421,423との間にはそれぞれ、ゲートバルブ430が設けられている。
図17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。
10b…第2の成膜室
11…入口
12…保持軸
13…防着板
13e…開口入口部
15…真空ポンプ
16…切替バルブ
17…配管
20…真空予備室
21…中心
22…上面
22t…貫通孔
25…真空ポンプ
30…搬送機構
30a…第1の基板導入部
30b…第2の基板導入部
31…基板載置台
31p…ピン
32…昇降機構
32s…支持軸
32d…支持軸駆動部
33…上蓋部
35…収容室
40…搬送機構
41…回転基台
42…伸縮アーム部
43…保持部
44…突起部
50…プラズマ発生用電源
51…切替スイッチ
60…原料ガス供給部
61…配管
62…シャワー管
63…切替バルブ
65…排ガス処理部
66…配管
67…切替バルブ
70…シリンダバルブ
71…弁体
72…弁座
100,300,300A…プラズマ成膜装置
301…第1の成膜処理系
302…第2の成膜処理系
310…搬送機構
311…シリンダ軸
311m…磁石
312…シリンダ筒
315…摺動部
316…電磁石
320…真空予備室
321…連通口
322…ゲートバルブ
322s…シャッター
323…基板導入口
323c…外蓋部
323s…シール部
324…弁体
324s…シール部
325,325A…基板保持部
325f…係合部
325p…突起部
326…真空ポンプ
327…配管
328…切替バルブ
330…成膜室
331…防着板
331e…開口部
332…真空ポンプ
333…配管
334…切替バルブ
335…入口
340…プラズマ発生用電源
341…切替スイッチ
350…原料ガス供給部
351…シャワー管
352…配管
353…切替バルブ
360…排ガス処理部
361…配管
362…切替バルブ
400…プラズマ成膜装置
411…支持部材
412…搬送部
413…ローラ機構
421…第1の真空予備室
422…成膜室
423…第2の真空予備室
430…ゲートバルブ
431…弁体
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
CB…成膜ムラ
CD…カーボン膜
Claims (8)
- 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、
前記成膜室に隣接し、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出を行う搬送機構が設置され、少なくとも、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出が実行されるときには、真空状態に保持される真空予備室と、
を備え、
前記搬送機構は、
前記基板を保持する保持部と、
直線的な伸縮運動によって、前記保持部を、前記真空予備室と前記成膜室との間で移動させる支持腕部と、
を備え、
前記真空予備室は、前記成膜室の重力方向上側に設置されており、
前記保持部は、表面が前記重力方向に平行になる配置角度で、前記基板を保持し、
前記支持腕部は、重力方向に平行に伸縮運動することにより、前記基板を前記配置角度のまま、前記成膜室へ搬入する、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、
前記支持腕部には、前記基板が前記成膜室内に搬入されたときに、前記成膜室と前記真空予備室とを連結する搬送口を封止するキャップ部が設けられており、
前記成膜室では、前記保持部に保持されたままの前記基板に対して成膜処理が実行される、プラズマ成膜装置。 - 請求項1または請求項2記載のプラズマ成膜装置であって、
前記基板には予め貫通孔が形成されており、
前記保持部は、前記貫通孔に係合する係合部を備え、前記係合部に前記基板を吊り下げて保持する、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、
前記成膜室は、互いに並列に配置され、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備える、第1と第2の成膜室を含み、
前記真空予備室は、前記第1と第2の成膜室のそれぞれに隣接して、互いに並列に配置され、真空状態を作るための共通の真空ポンプを備える、第1と第2の真空予備室を含む、プラズマ成膜装置。 - 請求項4記載のプラズマ成膜装置であって、
前記第1と第2の成膜室では、交互に成膜処理が実行され、
前記第1の成膜室において成膜処理が実行されているときに、
前記第2の真空予備室の前記搬送機構は、前記第2の成膜室において成膜された処理済みの基板を前記第2の成膜室から搬出し、前記第2の真空予備室において、前記処理済みの基板と、成膜処理前の新しい基板とが取り替えられ、前記第2の真空予備室が真空化された後に、前記新しい基板を前記第2の成膜室へ搬入する、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、
前記成膜室は、交互に成膜処理が実行される第1と第2の成膜室を含み、
前記搬送機構は、前記第1の成膜室において成膜処理が実行されているときに、前記第2の成膜室への前記基板の搬入を実行する、プラズマ成膜装置。 - 請求項6記載のプラズマ成膜装置であって、
前記真空予備室は、室外に、前記基板を収容可能な程度の容積を有する基板収容室を備え、
前記基板収容室は、外部から前記基板を収容するために開閉する入口部と、前記基板収容室から前記真空予備室へと前記基板を導入するために開閉する出口部と、を備え、
前記基板収容室は、
(i)外部から前記基板が収容される際には、前記出口部を閉じるとともに、前記入口部を開き、
(ii)前記基板が前記基板収容室に収容されたときには、前記出口部を閉じたまま、前記入口部を閉じ、
(iii)前記基板を前記基板収容室から前記真空予備室に導入する際には、前記入口部を閉じたまま、前記出口部を開く、プラズマ成膜装置。 - 請求項6または請求項7記載のプラズマ成膜装置であって、
前記第1と第2の成膜室は、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備えている、プラズマ成膜装置。
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