JP5692160B2 - 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、成膜対象である基板が配置される成膜室と、前記成膜室において、前記基板を囲むように配置され、前記成膜室の壁面への汚れの付着を防止する複数の防着板と、を備え、前記複数の防着板は、前記基板の表面に対向して平行に配置される面を有し、プラズマを生成する電極として機能する電極防着板を含み、前記電極防着板は、熱膨張したときに、互いに対向する端部の少なくとも一方が、対向する前記基板の表面に沿った方向に変位可能に配置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、防着板であり、プラズマ生成のための電極としても機能する電極防着板が熱膨張した場合であっても、その電極防着板の板面が歪むような変形が抑制される。従って、防着板の歪みによる成膜状態の劣化が抑制される。
適用例1記載のプラズマ成膜装置であって、前記電極防着板は、前記基板の両面に対向して平行に配置される面を有する第1と第2の正面電極防着板と、前記基板の側端面に対向して平行に配置される面を有し、前記第1と第2の正面電極防着板と隣合う、第1と第2の側面電極防着板と、を含み、前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、成膜処理中の熱膨張によって互いに干渉し合わないように離間して配置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板を囲むように複数の電極防着板が配列されている場合であっても、その電極防着板同士が熱膨張によって干渉し合うことが抑制される。従って、各電極防着板の板面が歪むような変形が抑制され、防着板の歪みによる成膜状態の劣化が抑制される。
適用例2記記載のプラズマ成膜装置であって、前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、平板部材によって構成されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、電極防着板における、熱膨張による歪みの発生をより効果的に抑制することができる。また、各電極防着板に付着した汚れの除去を、容易、かつ、確実に実行することができ、電極防着板に付着した汚れによる成膜状態の劣化を抑制することができる。
適用例3記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、前記成膜室には、前記隣り合う電極防着板のそれぞれの端部に接触して、前記隣り合う電極防着板のそれぞれを支持しつつ、前記隣り合う電極防着板同士の間の間隙を補完する支持部材が設置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、熱膨張による干渉を抑制するための各電極防着板同士の間の間隙を、各電極防着板の支持部材によって補完することができ、当該間隙から反応中間体などの汚れの原因物質が漏洩してしまうことを抑制できる。従って、成膜室の壁面への汚れの付着によるプラズマ成膜装置の性能劣化を抑制することができる。また、この支持部材であれば、各電極防着板を接触により支持しているのみであるため、各電極防着板の成膜室に対する着脱が容易となる。従って、電極防着板の洗浄・補修などのメンテナンスが容易となる。
適用例1から適用例4のいずれか一つに記載のプラズマ成膜装置であって、前記成膜室にガスを供給し、前記ガスの流れによって、プラズマ中で生成された汚れの原因物質が前記成膜室内の所定の部位へ付着することを抑制する防着ガス供給部を備える、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、防着ガス供給部が供給するガスの流れによって、成膜室内の所定の部位への汚れの付着を抑制できる。従って、成膜室内の汚れによるプラズマ成膜装置の性能劣化が抑制される。
適用例4を引用する適用例5に記載のプラズマ成膜装置であって、前記防着ガス供給部は、前記支持部材に設けられた、前記ガスを噴射するガスノズルを備え、前記ガスノズルの噴射圧力によって、前記支持部材に向かう前記汚れの原因物質の移動を抑制して、前記支持部材への汚れの付着を防止する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、支持部材によって、電極防着板に囲まれた領域外への汚れの原因物質の漏洩を抑制しつつ、防着ガス供給部から供給されるガスによって支持部材に汚れの原因物質が付着することを抑制できる。従って、汚れの付着によるプラズマ成膜装置の性能劣化が、より抑制される。
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。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10の表面全体に炭素薄膜を形成する。基板10に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、他の種類の構造で有るものとしても良い。
図6は、第1実施例の他の構成例としての外周防着板143Aの構成を示す概略図である。図6は、第1の支持部材144が省略されている点と、第2の支持部材145がプラズマ生成領域140の外側に追加されている点と、正面防着板143aの端部が側面防着板143bより突出している点以外は、図2とほぼ同じである。
図7は、第1実施例の他の構成例としての外周防着板143Bの構成を示す概略図である。図7は、第1と第2の支持部材144,145に換えて第3の支持部材146が設けられている点と、平板状の側面防着板143bに換えて、曲げ部を有する側面防着板143bBが設けられている点以外は、図2とほぼ同じである。
図8は、第1実施例の他の構成例としての外周防着板143Cの構成を示す概略図である。この構成例の外周防着板143Cは、第1の外周防着板1431と、第2の外周防着板1432と、第3の外周防着板1433と、第4の外周防着板1434と、補助防着板1435とを含む。第1から第4の外周防着板1431〜1434と、補助防着板1435とはそれぞれ、成膜室110を上方から重力方向に沿って見たときに、基板10の外周に沿って、基板10を囲むように、互いに離間して配置される。具体的には、以下の通りである。
図9,図10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9は、防着ガス供給部170と、ガス配管171と、ガスノズル172とが追加されている点以外は、図1とほぼ同じである。図10は、ガスノズル172が追加されている点以外は、図2とほぼ同じである。この第2実施例のプラズマ成膜装置100Aは、成膜処理の際に、プラズマ生成領域140に対して、第1の支持部材144に対する汚れの付着を抑制するための防着ガスを供給する。具体的には、以下の通りである。
図11(A),(B)は基板10の使用用途の一例としての燃料電池200を説明するための概略図である。図11(A)は、燃料電池200の構成を示す概略図である。この燃料電池200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200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。
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100,100Aでは、基板10に炭素薄膜を形成していた。しかし、プラズマ成膜装置100,100Aは、炭素薄膜以外の他の種類の薄膜を、基板10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100,100Aでは、全ての防着板141〜143が、プラズマ生成のための電極として機能していた。しかし、プラズマ成膜装置100,100Aでは、全ての防着板141〜143が、電極として機能していなくとも良い。防着板141〜143は、少なくとも、基板10の板面と対向するように配置された正面防着板143aが、基板10の対極をなす電極として機能していれば良い。
上記第2実施例では、防着ガス供給部170は、防着ガスとして窒素ガスをプラズマ生成領域140に流入させていた。しかし、防着ガス供給部170は、防着ガスとして、窒素ガス以外のガスを、プラズマ生成領域140に流入させるものとしても良い。防着ガス供給部170は、例えば、アルゴンガス(Ar)などの、原料ガスの分解反応に対して不活性なガスを流入させるものとしても良い。また、防着ガス供給部170は、防着ガスとして、原料ガスと同種のガスを供給するものとしても良い。
上記第2実施例では、防着ガスを噴射するガスノズル172は、プラズマ生成領域140に向かって開口した状態で第1の支持部材144に埋設されていた。しかし、ガスノズル172は、第1の支持部材144に埋設されていなくとも良く、成膜室110内の他の部位に配置されているものとしても良い。ガスノズル172は、汚れの付着を防止したい所定の部位に応じた場所に適宜配置されていれば良い。
上記実施例では、プラズマ成膜装置100,100Aは、基板10の表面全体に成膜していた。しかし、プラズマ成膜装置100,100Aは、基板10の表面全体に成膜しなくとも良く、例えば、基板10の一方の板面のみに成膜するものとしても良い。この場合には、基板10の成膜面に対向する板面を有する防着板が、基板10の成膜面に沿った方向に端部の位置が変位できる熱膨張吸収部を有するように配置されていれば良い。
上記実施例では、各外周防着板は、基板10に対して等距離dだけ離間して、基板10の各面に対して平行に配置されていた。しかし、各外周防着板は、基板10に対して、等距離dで離間していなくとも良く、異なる距離で離間していても良い。また、各外周防着板は、基板10の表面に対して、平行に配置されていなくとも良い。
11…マニホールド孔
100,100A…プラズマ成膜装置
110…成膜室
111…密閉空間
112…天井部
113…側壁部
114…床部
120…原料ガス供給部
121…原料ガス供給配管
122…シャワー管
123…シャワー孔
130…プラズマ発生用電源
140…プラズマ生成領域
141…上側防着板
142…下側防着板
143,143A,143B,143C…外周防着板
143a…正面防着板
143b,143bB…側面防着板
1431〜1434…第1から第4の外周防着板
1435…補助防着板
144…第1の支持部材
145…第2の支持部材
146…第3の支持部材
146d…溝部
151…チャック部
152…支持部
153…支持部
160…排ガス処理部
161…排ガス配管
170…防着ガス供給部
171…ガス配管
172…ガスノズル
200…燃料電池
210…膜電極接合体
211…電解質膜
212,213…電極
215…ガス拡散層
220…セパレータ
221,222…プレート
223…流路形成層
230…シール部
300…外周防着板
301〜304…第1から第4の面
305…内部空間
310…外周防着板
311,312…第1と第2の防着板
311a,312a…正面部
311b,312b…側面部
311c,312c…係合部
313…内部空間
Claims (6)
- プラズマ成膜装置であって、
成膜対象である基板が配置される成膜室と、
前記成膜室において、前記基板を囲むように配置され、前記成膜室の壁面への汚れの付着を防止する複数の防着板と、
を備え、
前記複数の防着板は、前記基板の表面に対向して平行に配置される面を有し、プラズマを生成する電極として機能する複数の電極防着板を含み、
前記複数の電極防着板は、熱膨張したときに、互いに対向する端部の少なくとも一方が、対向する前記基板の表面に沿った方向に変位可能に配置されており、
前記成膜室には、前記複数の前記電極防着板のうちの隣り合う電極防着板のそれぞれの端部に接触して、前記隣り合う電極防着板のそれぞれを支持しつつ、前記隣り合う電極防着板同士の間の間隙を補完する支持部材が設置されている、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、
前記電極防着板は、
前記基板の両面に対向して平行に配置される面を有する第1と第2の正面電極防着板と、
前記基板の側端面に対向して平行に配置される面を有し、前記第1と第2の正面電極防着板と隣合う、第1と第2の側面電極防着板と、
を含み、
前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、成膜処理中の熱膨張によって互いに干渉し合わないように離間して配置されている、プラズマ成膜装置。 - 請求項2記載のプラズマ成膜装置であって、
前記第1と第2の正面電極防着板および前記第1と第2の側面電極防着板はそれぞれ、平板部材によって構成されている、プラズマ成膜装置。 - 請求項3記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、
前記支持部材は、前記第1と第2の正面電極防着板と前記第1と第2の側面電極防着板のそれぞれの間の間隙を補完する、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、
前記成膜室にガスを供給し、前記ガスの流れによって、プラズマ中で生成された汚れの原因物質が前記成膜室内の所定の部位へ付着することを抑制する防着ガス供給部を備える、プラズマ成膜装置。 - 請求項4に従属する請求項5に記載のプラズマ成膜装置であって、
前記防着ガス供給部は、前記支持部材に設けられた前記ガスを噴射するガスノズルを備え、前記ガスノズルの噴射圧力によって、前記支持部材に向かう前記汚れの原因物質の移動を抑制して、前記支持部材への汚れの付着を防止する、プラズマ成膜装置。
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