(57)【要約】【課題】固体電解質膜がチャンバに引っ掛かることを防止し、チャンバ内の金属溶液がチャンバ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。【解決手段】成膜装置１の固体電解質膜１３は、チャンバ１５の開口部１５ａを覆い、収容空間Ｇを封止するよう配置されており、チャンバ１５は、開口部１５ａを封止する第１シール材４１と、その外側を囲う第２シール材４２と、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とを備えている。成膜装置１は、供給ポンプにより収容空間Ｇに金属溶液Ｌを供給した状態で、固体電解質膜１３を搬送する送り出しローラ３１Ａと、巻き取りローラ３１Ｂとをさらに備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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金属皮膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０５１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。
【図２】図１に示す成膜装置の要部断面図である。
【図３】固体電解質膜を搬送時における収容空間内の金属溶液の流れを説明するための図であり、（ａ）は、図２に示すチャンバの平面図であり、（ｂ）は、図１に示す成膜装置の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【符号の説明】
【００４６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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