JP6740951B2 - Metal film forming equipment - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質膜を基板の表面に接触させて、基板の表面に金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜装置に関する。 The present invention relates to a metal film forming apparatus for bringing a solid electrolyte film into contact with the surface of a substrate to form a metal film on the surface of the substrate.
従来から、陽極と、前記陽極の下方に配置された陰極に相当する基板との間において、固体電解質膜を基板に接触させた状態で、陽極と陰極に電圧を印加することにより、基板の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置が、利用されている。 Conventionally, between the anode and the substrate corresponding to the cathode arranged below the anode, the surface of the substrate is obtained by applying a voltage to the anode and the cathode with the solid electrolyte membrane being in contact with the substrate. A film forming apparatus for forming a metal film on a substrate is used.
このような技術として、たとえば、特許文献1には、以下の成膜装置が提案されている。この成膜装置は、陽極と、陽極の下方において陽極と基板との間に配置される固体電解質膜と、固体電解質膜と陽極とに接触するように金属溶液を収容する溶液収容部と、陽極と基板の間に、電圧を印加する電源部と、を備えている。
As such a technique, for example,
成膜時には、陽極と基板との間に電圧を印加すると、溶液収容部に収容された金属溶液に含まれる金属イオンが、固体電解質膜内を、陽極から基板に向かう方向に移動し、基板の表面で還元される。これにより、基板の表面に金属皮膜を成膜することができる。 At the time of film formation, when a voltage is applied between the anode and the substrate, the metal ions contained in the metal solution contained in the solution container move in the solid electrolyte membrane in the direction from the anode to the substrate, Reduced on the surface. As a result, a metal film can be formed on the surface of the substrate.
しかしながら、特許文献1に示す成膜装置では、金属皮膜の成膜後、固体電解質膜を交換する際、陽極の下方に固体電解質膜が配置されているため、これらの間に存在する金属溶液が、溶液収容部から流下して漏洩してしまう。また、成膜時に、金属溶液から酸素ガスが発生するが、この酸素ガスは、気泡となって、浮力により金属溶液中を浮上し、陽極に付着することがある。これにより、成膜時に、陽極に付着した酸素ガスが付着した部分が、電気的に絶縁されるため、成膜不良が発生するおそれがある。
However, in the film forming apparatus disclosed in
このような点を鑑みると、たとえば、陽極の上方に固体電解質膜を配置し、陽極とともに金属溶液を収容する溶液収容部(チャンバ)を設ければ、固体電解質膜の取り外しに拘わらず、金属溶液を溶液収容部に収容した状態を保持することができる。これにより、固体電解質膜の交換時の金属溶液の液漏れを低減することができる。 In view of such a point, for example, if the solid electrolyte membrane is arranged above the anode and a solution containing portion (chamber) for containing the metal solution is provided together with the anode, the metal solution is removed regardless of the removal of the solid electrolyte membrane. It is possible to maintain the state in which is stored in the solution storage portion. As a result, liquid leakage of the metal solution when replacing the solid electrolyte membrane can be reduced.
しかしながら、このような構造を採用しても、固体電解質膜を搬送して交換する際には、固体電解質膜が溶液収容部に引っ掛かり、固体電解質膜が破損するとともに、溶液収容部内の金属溶液が、溶液収容部からこぼれるおそれがある。 However, even if such a structure is adopted, when the solid electrolyte membrane is conveyed and replaced, the solid electrolyte membrane is caught in the solution containing portion, the solid electrolyte membrane is damaged, and the metal solution in the solution containing portion is , There is a risk of spilling from the solution container.
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体電解質膜が溶液収容部に引っ掛かることを防止するとともに、溶液収容部内の金属溶液が溶液収容部からこぼれることを回避することができる金属皮膜の成膜装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to prevent the solid electrolyte membrane from being caught in the solution storage portion, and the metal solution in the solution storage portion from the solution storage portion. An object of the present invention is to provide a metal film forming apparatus capable of avoiding spilling.
前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、陽極と、前記陽極と、陰極に相当する基板との間において、前記基板の表面が接触するように、前記陽極の上方に配置される固体電解質膜と、前記陽極とともに金属イオンを含む金属溶液を収容する収容空間が形成され、前記収容空間が上方に開口するように開口部が形成された溶液収容部と、前記溶液収容部の前記収容空間に、前記金属溶液を供給する液供給部と、前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加する電源部と、を備えた金属皮膜の成膜装置であり、前記固体電解質膜は、前記開口部を覆うように配置されており、前記溶液収容部は、前記固体電解質膜に接触した状態で前記開口部を封止するように配置された第1シール材と、前記第1シール材の外側を囲うように配置された第2シール材と、前記第1シール材と前記第2シール材との間に形成された前記金属溶液を排液する排液口と、を備えており、前記成膜装置は、前記液供給部により前記収容空間に金属溶液を供給した状態で、前記固体電解質膜を搬送する搬送部をさらに備えることを特徴とする。 In view of the above problems, the apparatus for depositing a metal film according to the present invention, between the anode, the anode, and a substrate corresponding to the cathode, above the anode so that the surface of the substrate is in contact. A solid electrolyte membrane to be arranged, a storage space for storing a metal solution containing metal ions is formed together with the anode, a solution storage part having an opening formed so that the storage space opens upward, and the solution storage A liquid supply unit for supplying the metal solution to the accommodation space of a unit, and a power supply unit for applying a voltage between the anode and the substrate, wherein The electrolyte membrane is arranged so as to cover the opening, and the solution storage portion is arranged so as to seal the opening in a state of being in contact with the solid electrolyte membrane; A second seal member arranged so as to surround the outside of the first seal member; and a drain port for draining the metal solution formed between the first seal member and the second seal member. It is characterized in that the film forming apparatus further comprises a carrying unit for carrying the solid electrolyte membrane in a state where the metal solution is supplied to the accommodation space by the liquid supply unit.
本発明に係る金属皮膜の成膜装置によれば、収容空間の開口部を封止するように配置された第1シール材と、第1シール材の外側を囲うように配置された第2シール材とにより、成膜時には、固体電解質膜と溶液収容部が接触した状態で、収容空間を封止することができる。これにより、収容空間に収容された金属溶液が漏れることなく、固体電解質膜に接触した基板の表面に金属皮膜を成膜することができる。 According to the metal film forming apparatus of the present invention, the first seal member arranged to seal the opening of the accommodation space and the second seal member arranged to surround the outer side of the first seal member. The material can seal the storage space in the state where the solid electrolyte membrane and the solution storage portion are in contact with each other during film formation. As a result, a metal coating can be formed on the surface of the substrate in contact with the solid electrolyte membrane without the metal solution contained in the accommodation space leaking.
成膜後には、液供給部で収容空間に供給される金属溶液により、固体電解質膜は、溶液収容部から浮き上がるため、溶液収容部に接触することなく固体電解質膜を搬送部により搬送することができる。これにより、固体電解質膜を搬送して交換する際に、固体電解質膜が溶液収容部に引っ掛かることを防止することができる。 After the film formation, the solid electrolyte membrane is lifted from the solution storage portion by the metal solution supplied to the storage space in the liquid supply portion, so that the solid electrolyte membrane can be transported by the transport portion without contacting the solution storage portion. it can. This can prevent the solid electrolyte membrane from being caught in the solution storage portion when the solid electrolyte membrane is transported and replaced.
さらに、溶液収容部から固体電解質膜を浮き上がらせた金属溶液は、気泡を巻き込むことなく、第1および第2シール材に間に形成された排液口からは排液され、金属溶液が溶液収容部からこぼれることはない。 Furthermore, the metal solution in which the solid electrolyte membrane is lifted from the solution storage portion is drained from the drain port formed between the first and second sealing materials without entraining bubbles, and the metal solution is stored in the solution storage portion. It does not spill from the department.
以下に、図1〜3を参照して、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置を説明する。 Hereinafter, a metal film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1.金属皮膜の成膜装置1について
まず、金属皮膜の成膜装置1について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置1の模式的断面図であり、図2は、図1に示す成膜装置1の要部断面図である。図3は、固体電解質膜13を搬送時における収容空間G内の金属溶液Lの流れを説明するための図であり、(a)は、図2に示すチャンバ15の平面図であり、(b)は、図1に示す成膜装置1の要部断面図である。
1. Metal
図1に示すように、本実施形態に係る成膜装置1は、金属イオンから金属を析出させて、析出した金属からなる金属皮膜を基板Bの表面に成膜する装置である。ここで、基板Bは、アルミニウムなどの金属材料からなる基板、樹脂またはシリコン基板の処理表面に金属下地層が形成されている基板、または、一方向に電流が流れる半導体基板(ダイオード)などを挙げることができる。
As shown in FIG. 1, the
成膜装置1は、金属製の陽極11と、陽極11の上方に配置され、陰極に相当する基板Bとの間に配置された固体電解質膜13と、陽極11と基板Bとの間に電圧を印加する電源部14と、を少なくとも備えている。
The
陽極11は、チャンバ(溶液収容部)15を介して電源部14の正極に電気的に接続されており、陰極となる基板Bは、たとえば導電性材料からなる基板保持部材17を介して、電源部14の負極に電気的に接続されている。チャンバ15には、後述する金属溶液Lを収容する収容空間Gが形成されており、金属溶液Lに対して不溶性の材料からなる。基板保持部材17には、基板Bを吸引するための吸引通路17aが形成されており、その上方には、基板Bを固体電解質膜13に押圧する押圧用のシリンダ18が配置されている。
The
陽極11は、チャンバ15の収容空間Gに配置されており、金属溶液Lに対して不溶性を有した酸化ルテニウム、白金、酸化イリジウムなどを挙げることができ、これらの金属が銅板などに被覆された陽極であってもよい。本実施形態では、陽極11は、金属皮膜の金属と同じ金属(金属溶液Lの金属イオンの金属)からなる可溶性の陽極であってもよい。
The
固体電解質膜13は、上述した金属溶液Lに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸することができ、電圧を印加したときに基板Bの表面において金属イオン由来の金属を析出することができるのであれば、特に限定されるものではない。固体電解質膜13の材質としては、たとえばデュポン社製のナフィオン(登録商標)などのフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン(登録商標)(CMV、CMD、CMFシリーズ)などのイオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。
The
本実施形態では、固体電解質膜13は、帯状であり、その一端側は、送り出しローラ31Aに巻き付けられており、その他端側は、巻き取りローラ31Bに巻き付けられている。図1に示すように、チャンバ15の両側には、搬送ローラ33、33が配置されており、搬送ローラ33、33の高さを調整することにより、固体電解質膜13は、チャンバ15の開口部15aの上方でチャンバ15からわずかに離間した位置に配置されてもよい。なお、固体電解質膜13は、成膜時には、基板Bに押圧されることにより、開口部15aを覆い、収容空間Gを完全に封止する。
In the present embodiment, the
送り出しローラ31Aと、巻き取りローラ31Bとは、同期して回転するように構成されており、これらの回転により、固体電解質膜13を搬送することがきる。本発明でいう「搬送部」が、送り出しローラ31Aおよび巻き取りローラ31Bに相当する。
The
本実施形態では、送り出しローラ31Aと巻き取りローラ31Bとは、金属皮膜の成膜後に、後述する供給ポンプ23を稼働した状態(供給ポンプ23により収容空間Gに金属溶液Lを供給した状態)で、同期して回転し、固体電解質膜13を搬送する。これにより、固体電解質膜13がチャンバ15から浮き上がり、チャンバ15に接触することなく、固体電解質膜13を搬送することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、チャンバ(溶液収容部)15は、上述したように、金属溶液Lを収容するものであり、その内部には、金属溶液Lを収容する収容空間Gが形成されている。金属溶液Lは、たとえば、銅、ニッケル、銀などのイオンを含む電解液などを挙げることができ、金属溶液Lには、金属皮膜となる金属が、イオンの状態で存在する。 In the present embodiment, the chamber (solution storage unit) 15 stores the metal solution L as described above, and the storage space G for storing the metal solution L is formed inside thereof. The metal solution L may be, for example, an electrolytic solution containing ions of copper, nickel, silver or the like, and the metal forming the metal film is present in the metal solution L in an ionic state.
チャンバ15には、収容空間Gが形成されており、チャンバ15の上部には、収容空間Gが上方に開口するように、陽極11の表面の大きさと同じまたはそれよりも大きい開口部15aが形成されている。成膜時には、固体電解質膜13が開口部15aを覆うように配置される。
A storage space G is formed in the
収容空間Gが上方に開口しているので、固体電解質膜13に欠陥があったり、金属の異常析出により固体電解質膜13が破損したりしても、収容空間Gから金属溶液Lが漏れ出すことはない。
Since the accommodation space G is open upward, even if the
本実施形態では、成膜装置1は、チャンバ15の収容空間Gに金属溶液Lを供給する供給ポンプ23(液供給部)を備えている。供給ポンプ23は、金属溶液Lを収容したタンク26から金属溶液Lを吸い込むようにタンク26に接続されている。
In the present embodiment, the
供給ポンプ23は、供給流路15bを介して、チャンバ15の収容空間Gに連通しており、チャンバ15に供給される金属溶液Lは、固体電解質膜13に向かって吹き付けるように、供給流路15bが形成されている。供給流路15bの収容空間Gに面した開口(供給口)は、開口部15aの近傍の収容空間Gを形成する周壁面に沿ってスリット状に形成されている。
The
また、チャンバ15には、供給流路15bから供給され、収容空間Gに収容された金属溶液Lを排出する排出流路15cが形成されており、排出流路15cは、タンク26に連通している。排出流路15cの収容空間Gに面した開口(排出口)は、開口部15aの近傍の収容空間Gを形成する周壁面に沿ってスリット状に形成されている。
Further, the
このような開口を有した供給流路15bおよび排出流路15cを形成することにより、金属溶液Lの液流で、固体電解質膜13に陽極11から発生した気泡が付着することを抑えることができる。また、金属溶液Lの液流で流された気泡は、収容空間Gに供給された金属溶液Lとともに、供給ポンプ23からの液圧により、排出流路15cを介して、タンク26に排出することができる。
By forming the
さらに、図1および図3(a)に示すように、チャンバ15は、第1シール材41と第2シール材42とを備えている。第1シール材41は、固体電解質膜13と接触した状態で、収容空間Gの開口部15aを封止するように配置されている。第2シール材42は、第1シール材41の外側を囲うように配置されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3( a ), the
第1シール材41と第2シール材42との間には、これらの間に流れた金属溶液Lを排液する排液口15dが形成されている。排液口15dは、排液通路15eを介して、排液ポンプ24に接続されている。排液ポンプ24は、チャンバ15の排液口15dから排出された金属溶液Lを、タンク26に押し出すように、排液通路15eを介して、タンク26に接続されている。
A
2.金属皮膜の成膜方法について
以下に、本実施形態に係る金属皮膜の成膜方法を図1および図2を参照しながら説明する。まず、本実施形態では、固体電解質膜13を、チャンバ15の開口部15aの上方において、開口部15aを覆うように配置する。
2. Metal Film Forming Method A metal film forming method according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. First, in the present embodiment, the
次に、図2に示すように、基板保持部材17の吸引通路17a内のエアを吸引することにより、基板保持部材17に基板Bを吸着させ、これを保持する。この状態で、シリンダ18により、基板保持部材17を降下させ、基板Bを固体電解質膜13に押圧する。
Next, as shown in FIG. 2, by sucking the air in the
これにより、固体電解質膜13で開口部15aを覆い、固体電解質膜13に第1および第2シール材41、42が接触して押圧され、金属溶液Lが収容される収容空間Gを固体電解質膜13で完全に封止することができる。
As a result, the
この状態で、図1に示すように、金属溶液Lを収容したタンク26から金属溶液Lを吸い込むように供給ポンプ23を稼働させて、供給流路15bを介して、チャンバ15の収容空間Gに金属溶液Lを供給する。収容空間Gに供給された金属溶液Lは、所定の圧力に達すると、収容空間Gから排出流路15cを介して、タンク26に排出される。
In this state, as shown in FIG. 1, the
次に、陽極11と基板Bとの間に、電源部14により、電圧を印加する。陽極11と基板Bとの間に電圧を印加すると、収容空間Gに収容された金属溶液Lの金属イオンが、固体電解質膜13内を、陽極11から基板Bに向かって流れ、基板Bの表面で、これが還元されて、金属が析出される。これにより、基板Bの表面に金属皮膜を成膜することができる。
Next, a voltage is applied between the
金属皮膜の成膜が完了した後、シリンダ18により、基板保持部材17を上昇させて、基板Bを固体電解質膜13から引き離し、吸引通路17a内のエアの吸引を停止し、基板保持部材17から基板Bを取り外す。
After the formation of the metal film is completed, the
シリンダ18により、基板保持部材17を上昇させて、基板Bを固体電解質膜13から引き離した際には、図3(a)、(b)に示すように、供給ポンプ23が稼働しているので、収容空間Gに収容された金属溶液Lは、開口部15aから溢れ出す。
When the
しかしながら、この際、排液ポンプ24を稼働させることにより、溢れ出した金属溶液Lは、第1シール材41と第2シール材42との間に形成された排液口15dから排出することができる。
However, at this time, by operating the
排液口15dから排出された金属溶液Lは、図3(b)に示すように、排液通路15eを介して、排液ポンプ24に吸い込まれ、吸い込まれた金属溶液Lは、タンク26内に排出される。金属溶液Lは、第1および第2シール材41、42間に形成された排液口15dから排出されるため、開口部15aから金属溶液Lが溢れ出したとしても、これがチャンバ15からこぼれることを回避することができる。
As shown in FIG. 3B, the metal solution L discharged from the
さらに、本実施形態では、供給ポンプ23と排液ポンプ24とを同時に稼働しているため、固体電解質膜13とチャンバ15との間には、図3(a)に示すような金属溶液Lの液流が発生する。このため、たとえ、固体電解質膜13が、チャンバ15から浮き上がるとともに、大気が気泡としてこれらの間に入り込むことを防止することができる。
Further, in the present embodiment, since the
さらに、上述したように、供給ポンプ23から供給される金属溶液Lにより、固体電解質膜13は、チャンバ15から浮き上がるため、固体電解質膜13を、チャンバ15に接触することなく、送り出しローラ31Aと巻き取りローラ31Bにより搬送することができる。これにより、固体電解質膜13を搬送して交換する際に、固体電解質膜13がチャンバ15に引っ掛かることを防止することができる。
Further, as described above, the
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within the scope not departing from the gist of the present invention. However, they are included in the present invention.
1:成膜装置、11:陽極、13:固体電解質膜、14:電源部、15チャンバ(溶液処理部)、15a:開口部、15d:排液口、23:供給ポンプ、24:排液ポンプ、26:タンク、31A:送り出しローラ(搬送部)、31B:巻き取りローラ(搬送部)、41:第1シール材、42:第2シール材、G:収容空間、L:金属溶液 1: film forming device, 11: anode, 13: solid electrolyte membrane, 14: power supply part, 15 chamber (solution processing part), 15a: opening part, 15d: drain port, 23: supply pump, 24: drain pump , 26: tank, 31A: delivery roller (conveying section), 31B: winding roller (conveying section), 41: first sealing material, 42: second sealing material, G: accommodation space, L: metal solution
Claims (1)
前記陽極と、陰極に相当する基板との間において、前記基板の表面が接触するように、前記陽極の上方に配置される固体電解質膜と、
前記陽極とともに金属イオンを含む金属溶液を収容する収容空間が形成され、前記収容空間が上方に開口するように開口部が形成された溶液収容部と、
前記溶液収容部の前記収容空間に、前記金属溶液を供給する液供給部と、
前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加する電源部と、を備えた金属皮膜の成膜装置であり、
前記固体電解質膜は、前記開口部を覆うように配置されており、
前記溶液収容部は、前記固体電解質膜に接触した状態で前記開口部を封止するように配置された第1シール材と、前記第1シール材の外側を囲うように配置された第2シール材と、前記第1シール材と前記第2シール材との間に形成された前記金属溶液を排液する排液口と、を備えており、
前記成膜装置は、前記液供給部により前記収容空間に金属溶液を供給した状態で、前記固体電解質膜を搬送する搬送部をさらに備えることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。 An anode,
Between the anode and the substrate corresponding to the cathode, so that the surface of the substrate is in contact, a solid electrolyte membrane disposed above the anode,
A storage space for storing a metal solution containing metal ions is formed together with the anode, and a solution storage part having an opening formed so that the storage space opens upward,
In the storage space of the solution storage unit, a liquid supply unit that supplies the metal solution,
A power supply unit for applying a voltage between the anode and the substrate, and a metal film forming apparatus comprising:
The solid electrolyte membrane is arranged to cover the opening,
The solution accommodating portion is arranged so as to seal the opening while being in contact with the solid electrolyte membrane, and a second seal arranged so as to surround the outside of the first sealing material. A drainage port for draining the metal solution formed between the first sealing material and the second sealing material,
The said film-forming apparatus is further equipped with the conveyance part which conveys the said solid electrolyte membrane in the state which supplied the metal solution to the said accommodation space by the said liquid supply part, The film-forming apparatus of the metal film characterized by the above-mentioned.
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JP2018178140A (en) | 2018-11-15 |
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