図面 (/)

技術 プラズマCVD装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 浅井達也佐藤貴康
出願日 2018年9月19日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-174656
公開日 2020年3月26日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-045520
状態 未査定
技術分野 CVD プラズマの発生及び取扱い
主要キーワード 脱気ポンプ プラズマ体積 炭素被膜 プラス極 マイナス極 炭素イオン 排水経路 ミラー磁場
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

ワークに成膜する被膜の成膜速度を高め、生産性を高めることができるプラズマCVD装置を提供する。

解決手段

ワークWにプラズマPを生成し、ワークWの表面に被膜を成膜するプラズマCVD装置1である。プラズマCVD装置1は、ワークWを収容する密閉空間Sが形成された成膜室11と、ワークWに対して重畳的に電圧印加して、ワークWの周りにプラズマを生成する直流電源14Aおよび高周波電源14Bと、密閉空間Sに収容されたワークWを挟むように配置された一対のコイル15A、15Bを有し、一方のコイル15Aから他方のコイル15Bに向かうように磁場Eを印加する磁場印加手段17と、を備える。

概要

背景

従来から、ワークの表面に成膜する装置として、プラズマCVD装置が利用されている。このプラズマCVD装置は、ワークを収容する密閉空間が形成された成膜室と、ワークの周りプラズマを生成する直流電源とを備えている(たとえば特許文献1参照)。ワークに被膜を成膜する際には、被膜の原料となる原料ガスを成膜室に供給し、電源によりワークに電圧印加することにより、原料ガスをプラズマ化して、原料ガスの一部となるイオンをワークに付着させる。

概要

ワークに成膜する被膜の成膜速度を高め、生産性を高めることができるプラズマCVD装置を提供する。ワークWにプラズマPを生成し、ワークWの表面に被膜を成膜するプラズマCVD装置1である。プラズマCVD装置1は、ワークWを収容する密閉空間Sが形成された成膜室11と、ワークWに対して重畳的に電圧を印加して、ワークWの周りにプラズマを生成する直流電源14Aおよび高周波電源14Bと、密閉空間Sに収容されたワークWを挟むように配置された一対のコイル15A、15Bを有し、一方のコイル15Aから他方のコイル15Bに向かうように磁場Eを印加する磁場印加手段17と、を備える。

目的

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ワークに成膜する被膜の成膜速度を速め、生産性を高めることができるプラズマCVD装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

ワークにプラズマを生成し、ワークの表面に被膜成膜するプラズマCVD装置であって、前記プラズマCVD装置は、前記ワークを収容する密閉空間が形成された成膜室と、前記ワークに対して重畳的に電圧印加して、前記ワークの周りにプラズマを生成する直流電源および高周波電源と、前記密閉空間に収容された前記ワークを挟むように配置された一対のコイルを有し、一方のコイルから他方のコイルに向かうように磁場を印加する磁場印加手段と、を備えることを特徴とするプラズマCVD装置。

技術分野

0001

本発明は、ワークにプラズマを生成し、ワークの表面に被膜成膜するプラズマCVD装置に関する。

背景技術

0002

従来から、ワークの表面に成膜する装置として、プラズマCVD装置が利用されている。このプラズマCVD装置は、ワークを収容する密閉空間が形成された成膜室と、ワークの周りにプラズマを生成する直流電源とを備えている(たとえば特許文献1参照)。ワークに被膜を成膜する際には、被膜の原料となる原料ガスを成膜室に供給し、電源によりワークに電圧印加することにより、原料ガスをプラズマ化して、原料ガスの一部となるイオンをワークに付着させる。

先行技術

0003

特開2018−040025号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に示すプラズマCVD装置では、ワークに成膜される被膜の成膜速度が遅く、生産性が十分であるとは言えない。

0005

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ワークに成膜する被膜の成膜速度を速め、生産性を高めることができるプラズマCVD装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

前記課題を鑑みて、本発明に係るプラズマCVD装置は、ワークにプラズマを生成し、ワークの表面に被膜を成膜するプラズマCVD装置であって、前記プラズマCVD装置は、前記ワークを収容する密閉空間が形成された成膜室と、前記ワークに対して重畳的に電圧を印加して、前記ワークの周りにプラズマを生成する直流電源および高周波電源と、前記密閉空間に収容された前記ワークを挟むように配置された一対のコイルを有し、一方のコイルから他方のコイルに向かうように磁場を印加する磁場印加手段と、を備えることを特徴とする。

発明の効果

0007

本発明によれば、成膜室に収容したワークに対して、直流電源および高周波電源の電圧を重畳的にワークに印加して、ワークの周りに原料ガスに由来するプラズマを生成することができる。この際、直流電源の電圧により、原料ガスに由来するイオンがワークに吸着され、高周波電源の電圧により、プラズマが高密度化される。

0008

これに加えて、磁場印加手段により、密閉空間に収容されたワークを挟むように配置された一対のコイルに通電すると、一方のコイルから他方のコイルに向かうように磁場が印加される。これにより、ワークを挟んで一対のコイル間に、単純ミラー磁場が形成される。具体的には、プラズマを構成する荷電粒子は、磁力線に巻き付きながら、それに沿って運動し、磁力線が収束しているコイルの両端で反射する。この結果、プラズマは磁力線で囲まれた内部に閉じ込められる。この結果、原料ガスに由来するプラズマを磁場により、ワークの周りに閉じ込め、プラズマ体積縮小させ、プラズマの高密度化を図ることができる。

0009

このようにして、これまでに比べて、原料ガス由来のイオンをワークに付着させることができ、ワークに成膜する被膜の成膜速度を速め、生産性を高めることができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施形態に係るプラズマCVD装置の模式図である。
図1に示すプラズマCVD装置の断面図である。
図2に示すプラズマCVD装置の原理を説明するための図である。
燃料電池用セパレータ炭素被膜を成膜するプラズマCVD装置の模式図である。
図4に示す直流電源でセパレータに一定の電圧を印加した状態で、高周波電源の出力と、一対のコイルに通電した電流とを変化させたときに生成されるプラズマ密度(成膜速度)を示したグラフ
図4に示すプラズマCVD装置の変形例を示した模式図である。

実施例

0011

以下に、図1図6を参照しながら本発明の実施形態に係るプラズマCVD装置を説明する。

0012

1.プラズマCVD装置1について
図1に示すように、本実施形態に係るプラズマCVD装置1は、ワークWにプラズマPを生成し、ワークWの表面に被膜を成膜する装置である。プラズマCVD装置1は、ワークWを収容する密閉空間Sが形成された成膜室11を備えている。成膜室11には、密閉空間S内のガス排気する脱気ポンプ12が接続されている。脱気ポンプ12を駆動することにより、密閉空間Sを減圧状態(好ましくは真空状態)にすることができる。さらに、成膜室には、原料ガスを密閉空間S内に供給する原料ガス供給源13が接続されている。原料ガスは、ワークWに成膜する被膜の原料となるガスである。

0013

プラズマCVD装置1は、密閉空間S内に収容されたワークWに対して、電圧を印加する直流電源(DC電源)14Aと、高周波電源(RF電源)14Bと、を備えている。これにより、ワークWに対して、直流電源14Aの電圧と、高周波電源14Bの電圧を重畳的に印加し、ワークWの周りにプラズマPを生成することができる。直流電源14Aと、高周波電源14Bとにより重畳的に印加される電圧の波形は、直流電源14Aの電圧の波形と、高周波電源14Bの電圧の波形とを重ね合わせた波形である。

0014

ワークW(具体的には、ワークWを密閉空間S内に固定する治具(図示せず)など)には、直流電源14Aのマイナス極と、高周波電源14Bのマイナス極が接続されており、直流電源14Aのプラス極と、高周波電源14Bのプラス極は、接地されている。

0015

これにより、成膜室11の外壁とワークWとの間に電圧が印加され、ワークWがマイナス帯電し、ワークWの周りに、上述した原料ガスGに由来したプラズマを生成することができる。なお、直流電源14Aおよび高周波電源14Bと、ワークWとの電気的な接続は、公知のプラズマCVD装置と同様の一般的な接続である。

0016

さらに、本実施形態では、プラズマCVD装置1は、密閉空間Sに収容されたワークWを挟むように配置された一対のコイル15A、15Bを有している。コイル15A、15Bには、磁場Eが印加可能なように、直流または交流の電源(図示せず)が接続されている。具体的には、コイル15A、15Bに電流Iを通電すると、一方のコイル15Aから他方のコイル15Bに磁場Eが印加されるように、コイル15A、15Bが構成されている。一対のコイル15A、15Bと、これに通電される電源(図示せず)とが、本発明でいう「磁場印加手段」である。

0017

2.被膜の成膜方法について
図1に示すプラズマCVD装置1を用いて、ワークWに被膜を成膜する。ここでは、ワークWの素材は特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス鋼チタン、または、チタン合金などの金属を挙げることができる。ワークWに、炭素被膜を成膜する場合には、原料ガスに炭化水素系ガスが用いられる。

0018

被膜を成膜する際には、まず、ワークWを成膜室11の密閉空間Sに収容し、次に、脱気ポンプ12で、密閉空間S内のガスを吸引し、密閉空間Sを減圧し、真空に近い状態にする。

0019

次に、コイル15A、15Bに電流Iを通電し、一方のコイル15Aから他方のコイル15Bに向かうように磁場Eを印加する。これと同時に、成膜室11内に、原料ガス供給源13から原料ガスを供給するとともに、密閉空間S内に収容されたワークWに対して、直流電源(DC電源)14Aと、高周波電源(RF電源)14BとからワークWに電圧を印加する。

0020

これにより、成膜室11に収容したワークWに対して、直流電源14Aおよび高周波電源14Bの電圧を重畳的にワークWに印加して、ワークWの周りに原料ガスGに由来するプラズマを生成することができる。

0021

この際、直流電源14Aの電圧により、原料ガスGに由来するイオンがワークWに吸着され、高周波電源14Bの電圧により、プラズマPが高密度化される。このような結果、直流電源14Aにより、負の電圧が印加されたワークWと、プラズマPの界面にシースが形成され、シースの電場で、原料ガス(例えば炭化水素系ガス)Gに由来するイオン(例えば炭素イオン)が加速される。

0022

これに加えて、密閉空間Sに収容されたワークWを挟むように配置された一対のコイル15A、15Bに通電すると、一方のコイル15Aから他方のコイル15Bに向かうように磁場Eが印加される。これにより、ワークWを挟んで一対のコイル15A、15Bの間に、単純ミラー磁場が形成される。

0023

具体的には、図3に示すように、プラズマPを構成する荷電粒子Aは、磁力線Lに巻き付きながら、それに沿って運動し、磁力線Lが収束しているコイル15A、15Bの両端で反射する。この結果、プラズマPは磁力線Lで囲まれた内部に閉じ込められる。この結果、原料ガスGに由来するプラズマPをミラー磁場(磁場E)により、ワークWの周りに閉じ込め、プラズマPの体積を縮小させ、プラズマPの高密度化を図ることができる。

0024

このようにして、これまでに比べて、原料ガスG由来のイオンを、より短時間でワークWに付着させることができるため、ワークWに成膜する被膜の成膜速度を速め、生産性を高めることができる。

0025

ここで、発明者らは、図4に示す、プラズマCVD装置1Aで、燃料電池単セルを構成するセパレータW1に炭素被膜を成膜した。セパレータW1は、チタン製であり、その外形は、長辺および短辺からなる矩形状である。セパレータW1には、その長辺方向に沿って複数の溝部waが形成されている。

0026

なお、プラズマCVD装置1Aが図2に示すプラズマCVD装置1と相違する点は、一対のコイル15A、15Bを上下方向に配置した点であり、図2に示すプラズマCVD装置1と同じ機能を有する構成は、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

0027

ここで、図5に示すように、直流電源14AでセパレータW1に一定の電圧を印加した状態で、高周波電源14Bの出力と、一対のコイル15A、15Bに通電した電流とを変化させたときに生成されるプラズマ密度(成膜速度)を確認した。図5のグラフに示す各曲線は、同程度のブラズマ密度となるコイルの電流と高周波電源の出力の関係を示した曲線である。図5から、高周波電源14Bの出力と、コイル15A、15Bに通電した電流とを増加させると、成膜速度が増加することが分かる。

0028

ここで、図6に示すように、炭化水素系ガス(例えばアセチレンガス)を原料ガスとして、直流電源14AでセパレータW1に一定の電圧(−700V)のみを印加した場合には、炭素被膜の成膜速度は、1.5nm/秒であった。

0029

一方、直流電源14AでセパレータW1に一定の電圧(−700V)を印加した状態で、高周波電源14Bの出力を20Wとし、一対のコイル15A、15Bに通電した電流を20Aとした場合には、炭素被膜の成膜速度は、3.0nm/秒であった。これらの結果から、高周波電源14Bからの電圧をセパレータW1に印加し、さらに、一対のコイル15A、15Bを通電することで、成膜速度が最大で2倍に増加することが確認できた。

0030

図4に示すプラズマCVD装置1Aでは、矩形状のセパレータW1を、その短辺方向から挟み込むように、一対のコイル15A、15Bを配置したが、例えば、図6に示すプラズマCVD装置1Bのように、矩形状のセパレータW1を、その長辺方向から挟み込むように、一対のコイル15A、15Bを配置してもよい。

0031

このプラズマCVD装置1Bには、炭化水素ガス(例えばアセチレンガス)などの原料ガスGを成膜室11に供給する原料ガス供給源13の他に、不活性ガスG1を成膜室11に供給する不活性ガス供給源19が接続されている。

0032

成膜前に、不活性ガス供給源19から成膜室11に不活性ガスG1を供給することにより、成膜室11内のガスを入れ替えるとともに、この不活性ガスG1を成膜時と同様にして、プラズマ化することにより、セパレータW1の表面をクリーニングすることができる。

0033

さらに、矩形状のセパレータW1を、その長辺方向から挟み込むように、一対のコイル15A、15Bを配置したので、長辺方向に沿って複数の溝部waを含む部分に、より均一な膜厚の炭素被膜を成膜することができる。

0034

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

0035

たとえば、セパレータW1に、燃料電池の発電時に生成される生成水排水経路が形成されている場合には、この排水経路を形成する部分を挟むように、一対のコイルを配置すれば、この部分の炭素被膜の膜厚をより均一にすることができる。これにより、排水経路の耐久性を向上することができる。

0036

1:プラズマCVD装置、11:成膜室、14A:直流電源、14B:高周波電源、15A:一方のコイル、15B:他方のコイル、17:磁場印加手段、E:磁場、I:電流、S:密閉空間、W:ワーク

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 住友電工ハードメタル株式会社の「 回転切削工具」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題・解決手段】回転切削工具は、本体部と、シャンク部とを有する。本体部は、先端を有する。シャンク部は、先端とは反対側において本体部に連なる。本体部には、正のねじれ角を有する第1切れ刃と、負のねじれ角... 詳細

  • ラムリサーチコーポレーションの「 3次元垂直NANDワード線用の金属充填プロセス」が 公開されました。( 2020/10/29)

    課題】【解決手段】 半導体基板上にタングステンなどの遷移金属を堆積させる方法が開示される。この方法は、水素でバランスされたジボランのガス混合物を供給することを含み、水素はガス混合物中のジボランを安定... 詳細

  • 東京エレクトロン株式会社の「 基板処理方法及び基板処理装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】マスクの開口部を閉塞させずに、マスクの下地膜をシュリンクさせる。【解決手段】シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板を準備する工程... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ