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JP7616038B2 - Metal film forming apparatus and method - Google Patents
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Description

本発明は、基材の表面に金属皮膜を成膜する成膜装置、およびその成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus for forming a metal film on the surface of a substrate, and a film forming method thereof.

従来から、基材の表面に金属を析出させて金属皮膜を成膜することが行われている(例えば、特許文献1)。特許文献1には、陽極と、陽極と陰極となる基材との間に配置される固体電解質膜(以下、電解質膜ともいう)と、陽極と基材との間に電圧を印加する電源部と、陽極と電解質膜との間に、金属イオンを含む電解液を収容する収容体と、を備える金属皮膜の成膜装置が記載されている。 Conventionally, a metal coating has been formed by depositing a metal on the surface of a substrate (for example, see Patent Document 1). Patent Document 1 describes a metal coating forming device that includes an anode, a solid electrolyte membrane (hereinafter also referred to as electrolyte membrane) disposed between the anode and the substrate serving as the cathode, a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate, and a container that contains an electrolyte solution containing metal ions between the anode and the electrolyte membrane.

この成膜装置では、電解質膜を基材に接触させた状態で、電源部を用いて、陽極と基材との間に電圧が印加される。これにより、電解質膜に含有された金属イオンは、電解質膜に接触した基材の表面に移動し、この基材の表面で還元される。この結果、基材の表面に金属が析出され、金属皮膜が成膜される。 In this film forming device, with the electrolyte membrane in contact with the substrate, a voltage is applied between the anode and the substrate using a power supply. This causes the metal ions contained in the electrolyte membrane to migrate to the surface of the substrate in contact with the electrolyte membrane and are reduced on the surface of the substrate. As a result, the metal is deposited on the surface of the substrate, forming a metal film.

特開2016-169399号公報JP 2016-169399 A

ところで、上記成膜装置では、成膜速度を高めるため、加熱された電解液で金属皮膜を成膜することがある。この場合、加熱された電解液は、収容体に収容されるため、電解液の熱は、収容体と電解質膜に伝達し、収容体と電解質膜は加熱される。 In the above-mentioned film forming device, the metal film may be formed using a heated electrolyte to increase the film formation speed. In this case, the heated electrolyte is contained in a container, and the heat of the electrolyte is transferred to the container and the electrolyte membrane, causing the container and the electrolyte membrane to become heated.

金属皮膜の成膜が終了した後、収容体の電解液を大気に入替えることがある。しかしながら、この際、電解質膜に付着した電解液が、電解質膜の熱により、収容体内の大気等に蒸発する。特に、収容体に蓄熱された熱は、電解質膜に伝達され続けるため、電解液の蒸発が継続して助長され、電解質膜が乾燥状態になる。このような乾燥に起因して、電解質膜の内部や表面にめっき成分(例えば硫酸銅など)が析出することがある。めっき成分が電解質膜に析出した状態で、電源部を用いて陽極と基材との間に電圧が印加されると、成膜した金属皮膜にピットやピンホールが生じることがある。 After the formation of the metal film is completed, the electrolyte in the container may be replaced with the atmosphere. However, at this time, the electrolyte attached to the electrolyte membrane evaporates into the atmosphere in the container due to the heat of the electrolyte membrane. In particular, the heat stored in the container continues to be transferred to the electrolyte membrane, which promotes the continued evaporation of the electrolyte solution and causes the electrolyte membrane to become dry. This drying may cause plating components (such as copper sulfate) to precipitate inside or on the surface of the electrolyte membrane. When a voltage is applied between the anode and the substrate using a power supply unit while the plating components are precipitated on the electrolyte membrane, pits and pinholes may occur in the formed metal film.

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電解質膜に付着した電解液の蒸発を抑制することにより、成膜品質の向上を図る金属皮膜の成膜装置、およびその成膜方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of these points, and its purpose is to provide a metal film forming device and a film forming method that improves the quality of the film by suppressing the evaporation of the electrolyte solution adhering to the electrolyte membrane.

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、前記陽極と基材との間に配置された固体電解質膜と、前記基材を陰極として前記陽極と前記基材との間に電圧を印加する電源部と、前記陽極と金属イオンを含む電解液とを収容し、前記基材の側に開口した開口部を前記固体電解質膜で覆った収容体と、前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態で前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記固体電解質膜の内部に含有された前記金属イオンを還元することで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を前記基材の表面に成膜する金属皮膜の成膜装置であって、前記収容体に収容される前記電解液の温度が所定の温度になるように、前記電解液を加熱する加熱装置と、前記収容体に収容された前記電解液を大気と入替える気液入替え装置と、をさらに備え、前記収容体には、前記開口部の周縁部に沿って、前記固体電解質膜が取付けられた位置に、前記収容体から前記固体電解質膜へ向かう熱を断熱する断熱空間が形成されている、ことを特徴とする。 In view of the above problem, the metal film forming apparatus according to the present invention includes an anode, a solid electrolyte membrane disposed between the anode and a substrate, a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate using the substrate as a cathode, a container that contains the anode and an electrolyte solution containing metal ions and has an opening on the substrate side covered with the solid electrolyte membrane, and a voltage is applied between the anode and the substrate while the solid electrolyte membrane is in contact with the substrate, thereby reducing the metal ions contained inside the solid electrolyte membrane to form a metal film derived from the metal ions on the surface of the substrate. The metal film forming apparatus further includes a heating device that heats the electrolyte solution contained in the container so that the temperature of the electrolyte solution is a predetermined temperature, and a gas-liquid exchanger that exchanges the electrolyte solution contained in the container with air, and the container is characterized in that a heat insulating space that insulates the heat from the container to the solid electrolyte membrane is formed along the periphery of the opening at the position where the solid electrolyte membrane is attached.

本発明に係る成膜装置では、加熱装置により所定の温度に加熱された電解液が収容体に収容されるので、電解液の熱は、電解質膜及び収容体に伝達し、これらが加熱される。たとえば、成膜終了後などには、当該成膜装置では、気液入替え装置によって、収容体に収容された電解液は大気と入替えられる。収容体の電解液を大気と入替えた際、電解液から伝達された熱が収容体に蓄熱されていたとしても、上記断熱空間により、収容体から電解質膜へ向かう熱を断熱することができるので、電解質膜は収容体からの熱で加熱され難い。特に、電解液の熱は収容空間の壁面全体に伝達されるが、断熱空間が開口部の周縁部に沿って形成されているため、たとえば周縁部の一部から局所的に電解質膜に熱が伝達されることを抑制することができる。このため、周縁部に接触した電解質膜を、均一に断熱することができる。よって、電解質膜に付着した電解液の大気等への蒸発が抑制され、電解質膜の乾燥が生じにくくなる。このため、電解質膜の内部や表面での金属成分の析出が抑制される。したがって、成膜した金属皮膜にピットやピンホールが生じることを回避し、成膜品質を向上させることができる。 In the film forming apparatus according to the present invention, the electrolyte heated to a predetermined temperature by the heating device is contained in the container, so that the heat of the electrolyte is transferred to the electrolyte membrane and the container, and these are heated. For example, after the film formation is completed, the electrolyte contained in the container is replaced with air by the gas-liquid exchange device in the film forming apparatus. When the electrolyte in the container is replaced with air, even if the heat transferred from the electrolyte is stored in the container, the heat from the container to the electrolyte membrane can be insulated by the above-mentioned insulating space, so that the electrolyte membrane is not easily heated by the heat from the container. In particular, the heat of the electrolyte is transferred to the entire wall surface of the container space, but since the insulating space is formed along the periphery of the opening, it is possible to suppress the heat from being transferred locally from a part of the periphery to the electrolyte membrane. Therefore, the electrolyte membrane in contact with the periphery can be uniformly insulated. Therefore, the electrolyte attached to the electrolyte membrane is suppressed from evaporating into the atmosphere, etc., and the electrolyte membrane is less likely to dry out. Therefore, the precipitation of metal components inside and on the surface of the electrolyte membrane is suppressed. This prevents pits and pinholes from appearing in the deposited metal film, improving the quality of the film.

好ましい態様としては、前記断熱空間は、前記開口部を形成する前記収容体の端面に設けられた溝部の内部空間であり、前記固体電解質膜は、前記収容体の端面に取付けられ、前記断熱空間を封止している。 In a preferred embodiment, the heat insulating space is the internal space of a groove provided in the end face of the container that forms the opening, and the solid electrolyte membrane is attached to the end face of the container to seal the heat insulating space.

この態様によれば、電解質膜は、収容体の端面に取付けられ、断熱空間を封止している。このため、収容体に対し、電解質膜を安定して取付けることができる。このように、収容体への電解質膜の取付けの安定性を向上させるとともに、収容体から電解質膜への断熱性を向上させることができる。 According to this aspect, the electrolyte membrane is attached to the end face of the housing, sealing the insulating space. This allows the electrolyte membrane to be stably attached to the housing. In this way, the stability of the electrolyte membrane attachment to the housing can be improved, and the insulation from the housing to the electrolyte membrane can be improved.

好ましい態様としては、前記断熱空間は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている。減圧された空間は、減圧されていないものに比べて、断熱性が高い空間であるので、当該断熱空間により、収容体から電解質膜への熱の伝達を、より一層抑えることができる。 In a preferred embodiment, the heat insulating space is depressurized to a pressure lower than atmospheric pressure. A depressurized space has higher insulation properties than a non-depressurized space, and the heat insulating space can further suppress the transfer of heat from the container to the electrolyte membrane.

好ましい態様としては、前記成膜装置は、前記基材が前記固体電解質膜に対向するように、前記収容体の下方において前記基材を保持する基台と、前記固体電解質膜と前記基材が接離自在となるように、前記収容体及び前記基台の少なくともいずれか一方を昇降させる昇降装置と、前記昇降装置及び前記気液入替え装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記気液入替え装置の動作を制御することにより前記収容体の内部を前記電解液から前記大気に入替え、その後、前記昇降装置の動作を制御することにより前記固体電解質膜を前記基材から離間させる。 In a preferred embodiment, the film forming apparatus includes a base that holds the substrate below the container so that the substrate faces the solid electrolyte membrane, a lifting device that raises and lowers at least one of the container and the base so that the solid electrolyte membrane and the substrate can be brought into contact with and separated from each other, and a control device that controls the operation of the lifting device and the gas-liquid exchange device, and the control device controls the operation of the gas-liquid exchange device to replace the electrolyte solution inside the container with the atmosphere, and then controls the operation of the lifting device to separate the solid electrolyte membrane from the substrate.

この態様によれば、収容体の内部の電解液が大気に入替えられた後、電解質膜が基材から離間する。このため、収容体が基台に対し離間した場合には、電解液の重量による電解質膜の変形は生じ難い。このため、電解質膜の変形を回避するとともに、収容体の内部に大気が導入された際の電解質膜の乾燥を回避することができる。よって、より均質な成膜を実現することができるので、成膜品質をさらに向上させることができる。 According to this embodiment, the electrolyte membrane is separated from the substrate after the electrolyte solution inside the container is replaced with the atmosphere. Therefore, when the container is separated from the base, the electrolyte membrane is unlikely to be deformed due to the weight of the electrolyte solution. This makes it possible to avoid deformation of the electrolyte membrane and to prevent the electrolyte membrane from drying out when the atmosphere is introduced into the container. This allows for more uniform membrane formation, further improving the quality of the membrane formation.

本願では、金属皮膜を好適に成膜することができる成膜方法をさらに開示する。本発明に係る金属皮膜の成膜方法は、金属イオンを含む電解液と接触した固体電解質膜を基材に接触させた状態で、陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加し、前記固体電解質膜の内部に含有された前記金属イオンを還元することで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を前記基材の表面に成膜する成膜方法であって、収容体に形成された開口部を覆った前記固体電解質膜を、前記基材に接触させる工程と、前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態、かつ、所定の温度に加熱された前記電解液を前記収容体に収容した状態で、前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記金属皮膜を成膜する工程と、前記金属皮膜の成膜後、前記収容体に収容された前記電解液を大気と入替える工程と、を含み、前記収容体として、前記開口部の周縁部に沿って、前記固体電解質膜が取付けられた位置に、前記収容体から前記固体電解質膜へ向かう熱を断熱する断熱空間が形成された収容体を用いる、ことを特徴とする。 The present application further discloses a deposition method that can effectively deposit a metal coating. The method for forming a metal film according to the present invention is a method for forming a metal film derived from the metal ions on the surface of a substrate by applying a voltage between an anode and the substrate, which is a cathode, in a state where a solid electrolyte film that has been in contact with an electrolytic solution containing metal ions is in contact with the substrate, and reducing the metal ions contained inside the solid electrolyte film. The method includes the steps of: bringing the solid electrolyte film covering an opening formed in a container into contact with the substrate; applying a voltage between the anode and the substrate in a state where the solid electrolyte film is in contact with the substrate and the electrolytic solution heated to a predetermined temperature is contained in the container, thereby forming the metal film; and replacing the electrolytic solution contained in the container with air after the metal film is formed. The container is characterized in that a heat insulating space that insulates the heat from the container to the solid electrolyte film is formed along the periphery of the opening at the position where the solid electrolyte film is attached.

本発明に係る成膜方法では、金属皮膜の成膜前から、所定の温度に加熱された電解液が収容体に収容されるので、電解液の熱は、電解質膜及び収容体に伝達し、これらは加熱される。金属皮膜の成膜後には、収容体に収容された電解液が大気に入替えられる。電解液と大気の入替え後、さらに、収容体に電解液を供給し、上述した一連の工程により複数の金属皮膜を成膜する場合であっても、収容体に大気が導入された状態において収容体から電解質膜へ向かう熱を、上記断熱空間により断熱することができる。このため、電解質膜は収容体からの熱で加熱され難い。特に、上述した一連の工程を繰り返す中で、電解液の熱は収容空間の壁面全体に蓄熱されるが、断熱空間が開口部の周縁部に沿って形成されているため、たとえば周縁部の一部から局所的に電解質膜に熱が伝達されることを抑制することができる。このため、周縁部に接触した電解質膜を、均一に断熱することができる。よって、電解質膜に付着した電解液の大気等への蒸発が抑制され、電解質膜の乾燥が生じにくくなる。このため、電解質膜の内部や表面での金属成分の析出が抑制される。したがって、成膜した金属皮膜にピットやピンホールが生じることを回避し、成膜品質を向上させることができる。 In the film forming method according to the present invention, since the electrolyte heated to a predetermined temperature is contained in the container before the metal film is formed, the heat of the electrolyte is transferred to the electrolyte membrane and the container, which are heated. After the metal film is formed, the electrolyte contained in the container is replaced with the atmosphere. Even if the electrolyte is further supplied to the container after the electrolyte is replaced with the atmosphere and a plurality of metal films are formed by the above-mentioned series of steps, the heat directed from the container to the electrolyte membrane in a state in which the atmosphere is introduced into the container can be insulated by the above-mentioned insulating space. Therefore, the electrolyte membrane is not easily heated by the heat from the container. In particular, while the above-mentioned series of steps are repeated, the heat of the electrolyte is stored on the entire wall surface of the container space, but since the insulating space is formed along the peripheral portion of the opening, it is possible to suppress the heat being transferred locally from, for example, a part of the peripheral portion to the electrolyte membrane. Therefore, the electrolyte membrane in contact with the peripheral portion can be uniformly insulated. Therefore, the electrolyte attached to the electrolyte membrane is suppressed from evaporating into the atmosphere, etc., and the electrolyte membrane is less likely to dry out. This suppresses the precipitation of metal components inside and on the surface of the electrolyte membrane. This prevents pits and pinholes from appearing in the formed metal film, improving the quality of the film.

好ましい態様としては、前記断熱空間は、前記開口部を形成する前記収容体の端面に設けられた溝部の内部空間であり、前記固体電解質膜は、前記収容体の端面に取付けられ、前記断熱空間を封止している。 In a preferred embodiment, the heat insulating space is the internal space of a groove provided in the end face of the container that forms the opening, and the solid electrolyte membrane is attached to the end face of the container to seal the heat insulating space.

この態様によれば、電解質膜は、収容体の端面に取付けられ、断熱空間を封止している。このため、収容体に対し、電解質膜を安定して取付けることができる。このように、収容体への電解質膜の取付けの安定性を向上させるとともに、収容体から電解質膜への断熱性を向上させることができる。 According to this aspect, the electrolyte membrane is attached to the end face of the housing, sealing the insulating space. This allows the electrolyte membrane to be stably attached to the housing. In this way, the stability of the electrolyte membrane attachment to the housing can be improved, and the insulation from the housing to the electrolyte membrane can be improved.

好ましい態様としては、前記断熱空間は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている。減圧された空間は、減圧されていないものに比べて、断熱性が高い空間であるので、当該断熱空間により、収容体から電解質膜への熱の伝達を、より一層抑えることができる。 In a preferred embodiment, the heat insulating space is depressurized to a pressure lower than atmospheric pressure. A depressurized space has higher insulation properties than a non-depressurized space, and the heat insulating space can further suppress the transfer of heat from the container to the electrolyte membrane.

好ましい態様としては、前記基材に接触させる工程において、前記基材が前記固体電解質膜に対向するように、前記収容体の下方に前記基材を配置し、前記電解液を大気と入替える工程において、前記基材が前記固体電解質膜に接触した状態で、前記電解液を大気と入替え、前記電解液を大気に入替えた後、前記固体電解質膜を前記基材の表面から離間させる。 In a preferred embodiment, in the step of contacting the substrate, the substrate is disposed below the container so that the substrate faces the solid electrolyte membrane, and in the step of replacing the electrolyte with the atmosphere, the electrolyte is replaced with the atmosphere while the substrate is in contact with the solid electrolyte membrane, and after the electrolyte is replaced with the atmosphere, the solid electrolyte membrane is separated from the surface of the substrate.

この態様によれば、収容体の内部の電解液が大気に入替えられた後、電解質膜が基材から離間する。このため、収容体が基台に対し離間した場合には、電解液の重量による固体電解質膜の変形は生じ難い。このため、電解質膜の変形を回避するとともに、収容体の内部に大気が導入された際の電解質膜の乾燥を回避することができる。よって、より均質な成膜を実現することができるので、成膜品質をさらに向上させることができる。 According to this embodiment, the electrolyte membrane is separated from the substrate after the electrolyte solution inside the container is replaced with the atmosphere. Therefore, when the container is separated from the base, the solid electrolyte membrane is unlikely to be deformed due to the weight of the electrolyte solution. This makes it possible to avoid deformation of the electrolyte membrane and to prevent the electrolyte membrane from drying out when the atmosphere is introduced into the container. This allows for more uniform membrane formation, further improving the quality of the membrane formation.

本発明によれば、固体電解質膜に付着した電解液の蒸発を抑制することにより、成膜品質を向上することができる。 According to the present invention, the evaporation of the electrolyte attached to the solid electrolyte film can be suppressed, thereby improving the quality of the film formation.

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。1 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1の成膜装置において、電解液が注入された状態を示すものである。2 shows a state in which an electrolyte solution has been injected into the film forming apparatus of FIG. 1. 図1の成膜装置において、基台の側から見た収容体を示す図である。2 is a view showing a container as viewed from the base side in the film forming apparatus of FIG. 1; FIG. 図1の成膜装置による成膜方法を説明するフローチャートである。2 is a flowchart illustrating a film forming method using the film forming apparatus of FIG. 1 . 本発明の実施形態に係る成膜装置の変形例1を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first modified example of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る成膜装置の変形例2を示す模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a second modified example of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る成膜装置の変形例3を示す模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a third modified example of the film forming apparatus according to the embodiment of the present invention.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置について説明する。 The following describes a metal film deposition device according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置1Aの模式的断面図である。図2は、図1の成膜装置1Aにおいて、電解液Lが注入された状態を示すものである。図3は、図1の成膜装置1Aにおいて、基台20の側から見た収容体15を示す図である。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus 1A according to an embodiment of the present invention. Figure 2 shows the state in which an electrolyte L has been poured into the film forming apparatus 1A of Figure 1. Figure 3 shows the container 15 of the film forming apparatus 1A of Figure 1 as viewed from the side of the base 20.

図1から図3に示すように、成膜装置1Aは、陽極11と、陽極11と基材Bとの間に配置された固体電解質膜(以下、電解質膜ともいう)13と、基材Bを陰極として陽極11と基材Bとの間に電圧を印加する電源部14と、を備える。成膜装置1Aは、収容体15をさらに備える。収容体15は、陽極11と金属イオンを含む電解液Lとを収容し、収容体15の開口部15hは、固体電解質膜13で覆われている。 As shown in Figures 1 to 3, the film forming apparatus 1A includes an anode 11, a solid electrolyte membrane (hereinafter also referred to as electrolyte membrane) 13 disposed between the anode 11 and the substrate B, and a power supply unit 14 that applies a voltage between the anode 11 and the substrate B with the substrate B serving as a cathode. The film forming apparatus 1A further includes a container 15. The container 15 contains the anode 11 and an electrolyte solution L containing metal ions, and an opening 15h of the container 15 is covered with the solid electrolyte membrane 13.

図2に示すように、成膜装置1Aは、電解質膜13を基材Bに接触させた状態で陽極11と基材Bとの間に電圧を印加し、電解質膜13の内部に含有された金属イオンを還元することで、金属イオンに由来した金属皮膜Fを基材Bの表面B1に成膜する装置である。なお、本実施形態では、説明の便宜上、陽極11の下方に電解質膜13を配置し、さらにその下方に基材Bを配置することを前提として、成膜装置1Aの構成部材の位置関係を特定する。しかしながら、基材Bの表面B1に金属皮膜Fを成膜することができるのであれば、この位置関係に限定されるものではなく、たとえば、図1の成膜装置1Aの上下が反転していてもよい。 As shown in FIG. 2, the film forming apparatus 1A is an apparatus that applies a voltage between the anode 11 and the substrate B while the electrolyte membrane 13 is in contact with the substrate B, and reduces the metal ions contained inside the electrolyte membrane 13 to form a metal film F derived from the metal ions on the surface B1 of the substrate B. Note that in this embodiment, for convenience of explanation, the positional relationship of the components of the film forming apparatus 1A is specified on the assumption that the electrolyte membrane 13 is placed below the anode 11, and the substrate B is placed further below that. However, as long as the metal film F can be formed on the surface B1 of the substrate B, this positional relationship is not limited, and for example, the film forming apparatus 1A in FIG. 1 may be upside down.

基材Bは、陰極(すなわち導電性を有した表面)として機能するものであればよい。基材Bは、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、鉄等の金属材料からなってもよく、樹脂、セラミックス等の表面に、銅などの金属層が被覆されてもよい。成膜装置1Aは、基材Bが電解質膜13に対向するように、収容体15の下方において基材Bを保持する基台20をさらに備える。基材Bは、電源部14の負極に電気的に接続される。 The substrate B may be any material that functions as a cathode (i.e., a surface having electrical conductivity). The substrate B may be made of a metal material such as copper, silver, gold, nickel, aluminum, or iron, or may be made of a resin, ceramic, or the like, with a metal layer such as copper coated on the surface. The film forming apparatus 1A further includes a base 20 that holds the substrate B below the container 15 so that the substrate B faces the electrolyte membrane 13. The substrate B is electrically connected to the negative electrode of the power supply unit 14.

陽極11は、基材Bの成膜領域に応じた形状となっている。基材Bの成膜領域とは、陽極11と対向する基材Bの表面B1の部分を意味する。陽極11は、金属皮膜Fと同じ金属からなる。陽極11は、非多孔質(たとえば無孔質)でもよいし、多孔質でもよい。また、陽極11は、ブロック状または平板状であってもよいし、金属製のボール状であってもよい。陽極11の材料としては、例えば、銅、ニッケル、金、または、銀などを挙げることができる。陽極11は、電解液Lに対して可溶性を有してもよい。つまり、電源部14を用いて電圧を印加することにより陽極11が溶解してもよい。しかし、金属イオンを含む電解液Lのみで成膜するのであれば、陽極11は溶解しなくてもよい。陽極11は、電源部14の正極に電気的に接続される。 The anode 11 has a shape corresponding to the film formation region of the substrate B. The film formation region of the substrate B means the portion of the surface B1 of the substrate B facing the anode 11. The anode 11 is made of the same metal as the metal coating F. The anode 11 may be non-porous (for example, non-porous) or porous. The anode 11 may be block-shaped or flat, or may be a metal ball. Examples of the material of the anode 11 include copper, nickel, gold, and silver. The anode 11 may be soluble in the electrolyte L. In other words, the anode 11 may be dissolved by applying a voltage using the power supply unit 14. However, if the film is formed only using the electrolyte L containing metal ions, the anode 11 does not need to be dissolved. The anode 11 is electrically connected to the positive electrode of the power supply unit 14.

電解液Lは、成膜すべき金属皮膜Fの金属をイオンの状態で含有している液であり、その金属としては、銅、ニッケル、金、または、銀などを挙げることができる。電解液Lは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸、またはピロリン酸などの酸で溶解(イオン化)した水溶液である。たとえば金属が銅の場合には、電解液Lとしては、硫酸銅、ピロリン酸銅などを含む水溶液を挙げることができる。 The electrolyte L is a liquid that contains the metal of the metal film F to be formed in an ionic state, and examples of such metals include copper, nickel, gold, and silver. The electrolyte L is an aqueous solution in which such metals are dissolved (ionized) with an acid such as nitric acid, phosphoric acid, succinic acid, sulfuric acid, or pyrophosphoric acid. For example, when the metal is copper, examples of the electrolyte L include an aqueous solution containing copper sulfate, copper pyrophosphate, and the like.

電解質膜13は、電解液Lに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸(含有)することが可能となる膜であり、可撓性を有する膜である。電解質膜13は、電源部14により電圧を印加したときに基材Bにおいて金属イオンが還元され、金属イオン由来の金属が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。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(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。図1、図2に示すように、電解質膜13は、収容体15に取付けられた状態で、基材Bの成膜領域と対向する膜中央部13aと、膜中央部13aの外側に位置する膜外側部13bとを含む。 The electrolyte membrane 13 is a flexible membrane that can be impregnated (contained) with metal ions by contacting it with the electrolytic solution L. The electrolyte membrane 13 is not particularly limited as long as the metal ions are reduced in the substrate B when a voltage is applied by the power supply unit 14, and the metal derived from the metal ions can be precipitated. Examples of the material of the electrolyte membrane 13 include fluorine-based resins such as Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, hydrocarbon-based resins, polyamic acid resins, and resins with ion exchange functions such as Selemion (CMV, CMD, CMF series) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. As shown in Figures 1 and 2, the electrolyte membrane 13 includes a membrane center portion 13a facing the membrane formation region of the substrate B and a membrane outer portion 13b located outside the membrane center portion 13a when attached to the container 15.

図1及び図3に示すように、収容体15は、基台20の側に開口部15hが形成された筐体である。収容体15は、筐体の底部に相当する中央壁部15eと、中央壁部15eの周縁から基台20の側に延在した側壁部15fとを有する。中央壁部15eと側壁部15fとにより囲われた空間が、陽極11及び電解液Lを収容する収容空間15dとなっている。陽極11は、中央壁部15eに取付けられており、中央壁部15eには、後述する直動アクチュエータ70のロッド72の先端が固着されている。側壁部15fの端面15gは、基材Bの側に開口した開口部15hを形成する枠状の端面であり、電解質膜13に対向した収容体15の端面である。陽極11と電解質膜13とは、互いに離間して収容体15に取付けられ、これらの間の収容空間15dに電解液Lが充填される。このように、収容体15は、収容空間15dに収容された電解液Lが、陽極11および電解質膜13に直接接触する構造となっている。収容体15は、電解液Lに対して不溶性の材料からなる。 As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the container 15 is a housing with an opening 15h formed on the side of the base 20. The container 15 has a central wall 15e corresponding to the bottom of the housing, and a side wall 15f extending from the periphery of the central wall 15e to the side of the base 20. The space surrounded by the central wall 15e and the side wall 15f is a storage space 15d that stores the anode 11 and the electrolyte L. The anode 11 is attached to the central wall 15e, and the tip of the rod 72 of the linear actuator 70 described later is fixed to the central wall 15e. The end surface 15g of the side wall 15f is a frame-shaped end surface that forms the opening 15h that opens to the side of the substrate B, and is the end surface of the container 15 facing the electrolyte membrane 13. The anode 11 and the electrolyte membrane 13 are attached to the container 15 at a distance from each other, and the storage space 15d between them is filled with the electrolyte L. In this way, the container 15 is structured so that the electrolyte L contained in the container space 15d is in direct contact with the anode 11 and the electrolyte membrane 13. The container 15 is made of a material that is insoluble in the electrolyte L.

図3に示すように、収容体15において、開口部15hの周縁には周縁部15aが形成されている。なお、周縁部15aは、側壁部15fの内側における開口部15hの側の一部、及び、端面15gにおける開口部15hの側の一部、を含む部分である。側壁部15fの端面15gには、開口部15hの周縁部15aに沿って、溝部40が形成されている。溝部40は、開口部15hを周回するように形成されている。溝部40は、連続的に形成されてもよいし(図3)、断続的に形成されてもよい。溝部40は、端面15gから、電解質膜13とは反対方向に凹んで形成されている。具体的には、溝部40は、電解質膜13と対向する底壁面44と、底壁面44から電解質膜13の側へ伸びる一対の側壁面46とを含む。溝部40の内部空間48は、底壁面44及び一対の側壁面46によって形成される。溝部40は、電解質膜13の側、即ち底壁面44と対向する側において溝開口部42を有する。溝部40は、収容体15の端面15gに、例えば機械加工することにより、成形することができるものであり、本実施形態では、溝部40は、機械的な剛性のある収容体15に形成されたものである。このため、たとえば、収容体15が基台20に当接した際に、溝部40は変形しない。 As shown in FIG. 3, in the housing 15, a peripheral portion 15a is formed around the periphery of the opening 15h. The peripheral portion 15a includes a part of the side of the opening 15h on the inside of the side wall portion 15f and a part of the side of the opening 15h on the end face 15g. A groove portion 40 is formed on the end face 15g of the side wall portion 15f along the peripheral portion 15a of the opening 15h. The groove portion 40 is formed so as to go around the opening 15h. The groove portion 40 may be formed continuously (FIG. 3) or intermittently. The groove portion 40 is formed recessed from the end face 15g in the opposite direction to the electrolyte membrane 13. Specifically, the groove portion 40 includes a bottom wall surface 44 facing the electrolyte membrane 13 and a pair of side wall surfaces 46 extending from the bottom wall surface 44 toward the electrolyte membrane 13. The internal space 48 of the groove 40 is formed by a bottom wall surface 44 and a pair of side wall surfaces 46. The groove 40 has a groove opening 42 on the side of the electrolyte membrane 13, i.e., the side facing the bottom wall surface 44. The groove 40 can be formed on the end surface 15g of the housing 15, for example, by machining. In this embodiment, the groove 40 is formed on the housing 15, which has mechanical rigidity. For this reason, for example, when the housing 15 abuts against the base 20, the groove 40 does not deform.

電解質膜13は、膜外側部13bにおいて、端面15gに取付けられ、溝部40の内部空間48を封止している。つまり、電解質膜13は、収容体15の開口部15hを膜中央部13aで覆うとともに、溝部40の溝開口部42を膜外側部13bで覆っている。溝部40の内部空間48は、収容体15から電解質膜13へ向かう熱を断熱する断熱空間であり、電解質膜13が、溝部40の溝開口部42を覆うことから、この断熱空間は、電解質膜13が取付けられた位置(具体的には、端面15gの位置)に形成される。なお、図1及び図2には、矩形の断面を有する溝部40が示されている。しかし、溝部40の断面形状は矩形に限定されるものではなく、たとえば溝部40は、一対の側壁面46が底壁面44から電解質膜13へ向かって互いに離間するように形成されてもよいし、互いに接近するように形成されてもよい。このように、溝部40によって内部空間48が形成されるため、この内部空間48により、収容体15から電解質膜13へ向かう熱が断熱される。また、収容体15の端面15gに、電解質膜13を安定して取付けることができる。 The electrolyte membrane 13 is attached to the end face 15g at the membrane outer part 13b, and seals the internal space 48 of the groove 40. That is, the electrolyte membrane 13 covers the opening 15h of the container 15 with the membrane center part 13a, and covers the groove opening 42 of the groove 40 with the membrane outer part 13b. The internal space 48 of the groove 40 is an insulating space that insulates the heat from the container 15 toward the electrolyte membrane 13, and since the electrolyte membrane 13 covers the groove opening 42 of the groove 40, this insulating space is formed at the position where the electrolyte membrane 13 is attached (specifically, the position of the end face 15g). Note that FIGS. 1 and 2 show the groove 40 having a rectangular cross section. However, the cross-sectional shape of the groove 40 is not limited to a rectangle, and for example, the groove 40 may be formed so that a pair of side wall surfaces 46 are separated from each other from the bottom wall surface 44 toward the electrolyte membrane 13, or may be formed so as to approach each other. In this way, the groove 40 forms an internal space 48, which insulates the heat from the housing 15 to the electrolyte membrane 13. In addition, the electrolyte membrane 13 can be stably attached to the end surface 15g of the housing 15.

好ましくは、内部空間48は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている。この減圧された内部空間48により、収容体15から電解質膜13への熱の伝達を、より一層抑えることができる。 Preferably, the internal space 48 is depressurized to a pressure lower than atmospheric pressure. This depressurized internal space 48 can further reduce the transfer of heat from the housing 15 to the electrolyte membrane 13.

なお、端面15gには、必要に応じて、周縁部15aに沿ってシール材がさらに設けられていてもよい。シール材は、たとえば、収容体15が基台20に当接した際に、変形するようなゴムまたは樹脂などの弾性材料からなる封止材である。シール材は、たとえば、端面15gのうち、開口部15hに隣接する側に設けられてもよい。 Note that, if necessary, a sealant may be further provided on the end face 15g along the peripheral portion 15a. The sealant is, for example, a sealing material made of an elastic material such as rubber or resin that deforms when the housing 15 abuts against the base 20. The sealant may be provided, for example, on the side of the end face 15g adjacent to the opening 15h.

収容体15の側壁部15fには、電解液Lを収容空間15dに供給する供給流路15bと、電解液Lを収容空間15dから排出する排出流路15cが形成されている。供給流路15bと排出流路15cとは、いずれも収容空間15dに連通しており、これらは、収容空間15dを挟んで形成されている。供給流路15bおよび排出流路15cは、側壁部15fの外面から、収容空間15dを形成する内壁面に進むに従って、電解質膜13に近づくように、側壁部15fが延在する方向(即ち側壁部15fの厚み方向)に対して、傾斜している。供給流路15b及び排出流路15cはそれぞれ、後述する液供給管50及び液排出管52に流体的に接続されている。 The side wall portion 15f of the container 15 is formed with a supply flow path 15b for supplying the electrolyte L to the storage space 15d and a discharge flow path 15c for discharging the electrolyte L from the storage space 15d. Both the supply flow path 15b and the discharge flow path 15c are connected to the storage space 15d, and are formed on either side of the storage space 15d. The supply flow path 15b and the discharge flow path 15c are inclined with respect to the direction in which the side wall portion 15f extends (i.e., the thickness direction of the side wall portion 15f) so as to approach the electrolyte membrane 13 as they proceed from the outer surface of the side wall portion 15f to the inner wall surface that forms the storage space 15d. The supply flow path 15b and the discharge flow path 15c are fluidly connected to a liquid supply pipe 50 and a liquid discharge pipe 52, respectively, which will be described later.

図1及び図2に示すように、成膜装置1Aは、電解質膜13と基材Bが接離自在となるように、収容体15及び基台20の少なくともいずれか一方を昇降させる直動アクチュエータ70(昇降装置)を備える。本実施形態では、基台20が固定されており、収容体15が直動アクチュエータ70により昇降する。直動アクチュエータ70は、電動式のアクチェータであり、たとえば、モータ(図示せず)が取付けられたガイド71と、このガイド71に対して直動するロッド72と、を含む。ロッド72は、たとえばボールねじ等(図示せず)によって、モータの回転運動が直動運動に変換されるものである。この直動アクチュエータ70により、基台20に対して収容体15を昇降させて、電解質膜13を基材Bに接離させることが可能になる。なお、直動アクチュエータ70は基台20の下部に設けられてもよい。この場合、基台20を昇降させて、電解質膜13に基材Bを接離させることが可能になる。 1 and 2, the film forming apparatus 1A includes a linear actuator 70 (lifting device) that lifts and lowers at least one of the container 15 and the base 20 so that the electrolyte membrane 13 and the substrate B can be brought into contact with and separated from each other. In this embodiment, the base 20 is fixed, and the container 15 is lifted and lowered by the linear actuator 70. The linear actuator 70 is an electric actuator, and includes, for example, a guide 71 to which a motor (not shown) is attached, and a rod 72 that moves linearly relative to the guide 71. The rod 72 converts the rotational motion of the motor into linear motion, for example, by a ball screw or the like (not shown). The linear actuator 70 lifts and lowers the container 15 relative to the base 20, making it possible to bring the electrolyte membrane 13 into contact with and separate from the substrate B. The linear actuator 70 may be provided at the bottom of the base 20. In this case, the base 20 is lifted and lowered to bring the substrate B into contact with and separate from the electrolyte membrane 13.

次いで、成膜装置1Aに電解液Lを循環させるための機構について説明する。図1に示すように、成膜装置1Aは、収容体15に接続され、収容体15へ供給される電解液Lを貯蔵する液タンクTを備える。液タンクTの電解液Lは、後述するポンプPにより吸引され、液供給管50を介して収容体15に供給される。また、成膜時に使用された電解液Lは、液排出管52を介して収容体15から液タンクTに排出される。また、液タンクTの内面には、液面センサ92が取付けられている。液面センサ92は、液タンクTの内部の電解液Lの高さを連続値(たとえば0%~100%)で計測し、この計測値を後述する制御装置90へ送信する。液面センサ92としては、たとえば、超音波式、圧力式などが挙げられるが、液タンクTの電解液Lの高さを計測することができれば、これらに限定されるものではない。 Next, a mechanism for circulating the electrolyte L in the film forming apparatus 1A will be described. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 1A is connected to a container 15 and includes a liquid tank T for storing the electrolyte L to be supplied to the container 15. The electrolyte L in the liquid tank T is sucked by a pump P, which will be described later, and is supplied to the container 15 through a liquid supply pipe 50. The electrolyte L used during film formation is discharged from the container 15 to the liquid tank T through a liquid discharge pipe 52. A liquid level sensor 92 is attached to the inner surface of the liquid tank T. The liquid level sensor 92 measures the height of the electrolyte L inside the liquid tank T as a continuous value (for example, 0% to 100%) and transmits the measured value to a control device 90, which will be described later. Examples of the liquid level sensor 92 include an ultrasonic type and a pressure type, but are not limited to these as long as it can measure the height of the electrolyte L in the liquid tank T.

また、成膜装置1Aは、収容体15に収容される電解液Lの温度が所定の温度になるように、電解液Lを加熱する加熱装置30を備える。加熱装置30は、電解液Lを30℃~90℃程度に加熱する。加熱装置30は、たとえば抵抗加熱による発熱部を有するものであってよい。加熱装置30は、たとえば発熱部が電解液Lに浸漬され、電解液Lを直接加熱するものであってもよいし、発熱部が液タンクTの外側に取付けられ、液タンクTを介して電解液Lを加熱するものでもよい。また、加熱装置30は、液供給管50に取付けられてもよいし、収容体15に内蔵されてもよい。たとえば、加熱装置30は、収容体15の側壁部15fに内蔵されてもよい。 The film forming apparatus 1A also includes a heating device 30 that heats the electrolyte L contained in the container 15 so that the electrolyte L is heated to a predetermined temperature. The heating device 30 heats the electrolyte L to about 30°C to 90°C. The heating device 30 may have a heat generating portion that generates heat by resistance heating, for example. The heating device 30 may have a heat generating portion immersed in the electrolyte L and directly heat the electrolyte L, or may have a heat generating portion attached to the outside of the liquid tank T and heat the electrolyte L via the liquid tank T. The heating device 30 may also be attached to the liquid supply pipe 50 or may be built into the container 15. For example, the heating device 30 may be built into the side wall portion 15f of the container 15.

液供給管50には、液タンクTから収容体15へ電解液Lを供給するポンプPが設けられている。本実施形態では、ポンプPは、正回転及び逆回転可能に構成されたものである。ポンプPが正回転することにより、液タンクTから液供給管50内に電解液Lが吸引され、その電解液Lが、収容体15の収容空間15dに圧送される。他方、ポンプPが逆回転するとき、液供給管50を通じて収容体15から液タンクTに電解液Lが戻される。ポンプPを用いた、収容体15における電解液Lと大気との入替えについては後述する。 The liquid supply pipe 50 is provided with a pump P that supplies the electrolyte L from the liquid tank T to the container 15. In this embodiment, the pump P is configured to be capable of rotating in both forward and reverse directions. When the pump P rotates forward, the electrolyte L is sucked from the liquid tank T into the liquid supply pipe 50, and the electrolyte L is pumped into the container space 15d of the container 15. On the other hand, when the pump P rotates reversely, the electrolyte L is returned from the container 15 to the liquid tank T through the liquid supply pipe 50. The replacement of the electrolyte L in the container 15 with the atmosphere using the pump P will be described later.

液排出管52には、電解液Lの流れ方向を切換える三方弁60が設けられている。具体的には、三方弁60は、液排出管52を通って収容体15から液タンクTへ向かう電解液Lの流れ方向D1と、大気導入管62及び液排出管52を通って、外部から収容体15へ向かう大気の流れ方向D2と、を切換える(図1参照)。また、液排出管52には、上記流れ方向D1において、三方弁60の下流側に、圧力調整弁58が介在されており、これにより、収容空間15dに収容された電解液Lの圧力(液圧)が所定の圧力を超えることが防止される。ポンプPを連続して正回転することにより、液タンクTの電解液Lは、収容体15の収容空間15dに連続して供給され、収容空間15dの電解液Lは、圧力調整弁58により、一定の圧力に保持される。 The liquid discharge pipe 52 is provided with a three-way valve 60 that switches the flow direction of the electrolyte L. Specifically, the three-way valve 60 switches between the flow direction D1 of the electrolyte L from the container 15 to the liquid tank T through the liquid discharge pipe 52 and the flow direction D2 of the atmosphere from the outside to the container 15 through the air inlet pipe 62 and the liquid discharge pipe 52 (see FIG. 1). In addition, a pressure adjustment valve 58 is interposed in the liquid discharge pipe 52 downstream of the three-way valve 60 in the flow direction D1, which prevents the pressure (liquid pressure) of the electrolyte L contained in the container space 15d from exceeding a predetermined pressure. By continuously rotating the pump P in the forward direction, the electrolyte L in the liquid tank T is continuously supplied to the container space 15d of the container 15, and the electrolyte L in the container space 15d is maintained at a constant pressure by the pressure adjustment valve 58.

次いで、収容体15に収容された電解液Lを大気と入替えるための機構について説明する。成膜装置1Aは、収容体15に収容された電解液Lを大気と入替える気液入替え装置80を備える。気液入替え装置80は、収容体15の収容空間15dを電解液Lから大気に入替えることにより、収容体15に収容された電解液Lを液タンクTに戻す。気液入替え装置80は、ポンプP及び三方弁60を含んでよい。本実施形態では、ポンプPが気液入替え装置80の構成要素である場合を説明する。ポンプPを逆回転させることにより、収容体15から液供給管50に電解液Lが吸引され、その電解液Lが液タンクTに圧送される。このとき、外部から収容体15へ向かう大気の流れ方向D2を形成するように三方弁60が切換えられるので、ポンプPが逆回転を続けると、大気導入管62、液排出管52、排出流路15cを通じて、収容体15の収容空間15dに大気が導入される。このように、気液入替え装置80は、ポンプPの逆回転、及び三方弁60の切換えにより、収容空間15dに収容された電解液Lを大気に入替える。 Next, a mechanism for exchanging the electrolyte L contained in the container 15 with the atmosphere will be described. The film forming apparatus 1A is equipped with a gas-liquid exchanger 80 that exchanges the electrolyte L contained in the container 15 with the atmosphere. The gas-liquid exchanger 80 returns the electrolyte L contained in the container 15 to the liquid tank T by exchanging the electrolyte L in the storage space 15d of the container 15 with the atmosphere. The gas-liquid exchanger 80 may include a pump P and a three-way valve 60. In this embodiment, the case where the pump P is a component of the gas-liquid exchanger 80 will be described. By rotating the pump P in the reverse direction, the electrolyte L is sucked from the container 15 to the liquid supply pipe 50, and the electrolyte L is pumped to the liquid tank T. At this time, the three-way valve 60 is switched to form an air flow direction D2 from the outside toward the container 15, so that as the pump P continues to rotate in reverse, air is introduced into the container space 15d of the container 15 through the air inlet pipe 62, the liquid outlet pipe 52, and the outlet flow path 15c. In this way, the gas-liquid exchanger 80 replaces the electrolyte L contained in the container space 15d with the atmosphere by rotating the pump P in reverse and switching the three-way valve 60.

図1、図2に示すように、成膜装置1Aは、直動アクチュエータ70及び気液入替え装置80の動作を制御する制御装置90を備える。制御装置90は、成膜装置1Aの動作を総合的に制御するものであり、有線又は無線により、成膜装置1Aの各構成要素との間で情報の送受信を実施することができる。たとえば、制御装置90は、液面センサ92から送信された電解液Lの高さに関する信号、ガイド71に対するロッド72のストローク量に関する信号、ポンプPの回転数や回転方向に関する情報などを送受信してもよい。制御装置90は、その一機能として、気液入替え装置80の動作を制御する機能を有する。制御装置90は、気液入替え装置80の動作を制御することにより収容体15の内部を電解液Lから大気に入替える。具体的には、制御装置90は、ポンプPを逆回転させるようにその回転方向を制御するとともに、収容空間15dに大気を導入するように三方弁60の切換えを制御する。 1 and 2, the film forming apparatus 1A includes a control device 90 that controls the operation of the linear actuator 70 and the gas-liquid exchanger 80. The control device 90 comprehensively controls the operation of the film forming apparatus 1A, and can transmit and receive information between each component of the film forming apparatus 1A by wire or wirelessly. For example, the control device 90 may transmit and receive a signal related to the height of the electrolyte L transmitted from the liquid level sensor 92, a signal related to the stroke amount of the rod 72 relative to the guide 71, and information related to the rotation speed and rotation direction of the pump P. One of the functions of the control device 90 is to control the operation of the gas-liquid exchanger 80. The control device 90 replaces the electrolyte L in the container 15 with the atmosphere by controlling the operation of the gas-liquid exchanger 80. Specifically, the control device 90 controls the rotation direction of the pump P so as to rotate it in the reverse direction, and controls the switching of the three-way valve 60 so as to introduce the atmosphere into the container space 15d.

また、制御装置90は、その一機能として、直動アクチュエータ70の動作を制御する機能を有する。制御装置90は、収容体15の内部を電解液Lから大気に入替えた後、直動アクチュエータ70の動作を制御することにより電解質膜13を基材Bから離間させる。具体的には、制御装置90は、収容体15を基台20から離間させるように、直動アクチュエータ70のロッド72の移動方向を制御する。このように、制御装置90は、収容体15の内部の電解液Lが大気に入替えられた後、電解質膜13が基材Bから離間させる。このため、収容体15が基台20に対し離間した場合には、電解液Lの重量による電解質膜13の変形は生じ難い。このため、電解質膜13の変形を回避するとともに、収容体15の内部に大気が導入された際の電解質膜13の乾燥を回避することができる。よって、より均質な成膜を実現することができるので、成膜品質をさらに向上させることができる。ここでは、制御装置90の一機能を説明したが、制御装置90を用いた成膜装置1A全体の動作制御については、後述する。後述する成膜方法に含まれる各工程(S100~S180)は、制御装置90が、成膜装置1Aの各構成要素の動作を制御することにより、実現される。 In addition, the control device 90 has a function of controlling the operation of the linear actuator 70 as one of its functions. After replacing the electrolyte solution L with atmospheric air inside the container 15, the control device 90 separates the electrolyte membrane 13 from the substrate B by controlling the operation of the linear actuator 70. Specifically, the control device 90 controls the movement direction of the rod 72 of the linear actuator 70 so as to separate the container 15 from the base 20. In this way, after the electrolyte solution L inside the container 15 is replaced with atmospheric air, the control device 90 separates the electrolyte membrane 13 from the substrate B. Therefore, when the container 15 is separated from the base 20, the electrolyte membrane 13 is unlikely to be deformed due to the weight of the electrolyte solution L. Therefore, it is possible to avoid deformation of the electrolyte membrane 13 and to avoid drying of the electrolyte membrane 13 when atmospheric air is introduced into the container 15. Therefore, a more uniform film can be formed, and the film formation quality can be further improved. Here, one function of the control device 90 has been described, but the operation control of the entire film forming apparatus 1A using the control device 90 will be described later. Each step (S100 to S180) included in the film forming method described below is realized by the control device 90 controlling the operation of each component of the film forming apparatus 1A.

本実施形態に係る成膜装置1Aでは、加熱装置30により所定の温度に加熱された電解液Lが収容体15に収容されるので、電解液Lの熱は、電解質膜13及び収容体15に伝達し、これらが加熱される。たとえば、成膜終了後などには、当該成膜装置1Aでは、気液入替え装置80によって、収容体15に収容された電解液Lは大気と入替えられる。収容体15の電解液Lを大気と入替えた際、電解液Lから伝達された熱が収容体15に蓄熱されていたとしても、溝部40の内部空間48により、収容体15から電解質膜13へ向かう熱を断熱することができるので、電解質膜13は収容体15からの熱で加熱され難い。よって、電解質膜13に付着した電解液Lの大気等への蒸発が抑制され、電解質膜13の乾燥が生じにくくなる。このため、電解質膜13の内部や表面での金属成分の析出が抑制される。したがって、成膜した金属皮膜Fにピットやピンホールが生じることを回避し、成膜品質を向上させることができる。 In the film forming apparatus 1A according to the present embodiment, the electrolyte L heated to a predetermined temperature by the heating device 30 is contained in the container 15, so that the heat of the electrolyte L is transferred to the electrolyte membrane 13 and the container 15, and these are heated. For example, after the film formation is completed, the electrolyte L contained in the container 15 is replaced with air by the gas-liquid exchange device 80 in the film forming apparatus 1A. When the electrolyte L in the container 15 is replaced with air, even if the heat transferred from the electrolyte L is stored in the container 15, the internal space 48 of the groove portion 40 can insulate the heat from the container 15 to the electrolyte membrane 13, so that the electrolyte membrane 13 is not easily heated by the heat from the container 15. Therefore, the electrolyte L attached to the electrolyte membrane 13 is suppressed from evaporating into the atmosphere, etc., and the electrolyte membrane 13 is less likely to dry out. As a result, the precipitation of metal components inside and on the surface of the electrolyte membrane 13 is suppressed. This prevents pits and pinholes from appearing in the formed metal film F, improving the quality of the film.

特に、電解液Lの熱は収容空間15dの壁面全体に伝達されるが、開口部15hの周縁部15aに沿って溝部40が連続的に形成されている場合、たとえば周縁部15aの一部から局所的に電解質膜13に熱が伝達されることを抑制することができる。このため、周縁部15aに接触した電解質膜13を、均一に断熱することができる。 In particular, the heat of the electrolyte L is transferred to the entire wall surface of the storage space 15d, but when the groove portion 40 is continuously formed along the peripheral portion 15a of the opening 15h, it is possible to suppress the heat from being transferred locally from a part of the peripheral portion 15a to the electrolyte membrane 13. Therefore, the electrolyte membrane 13 in contact with the peripheral portion 15a can be uniformly insulated.

次いで、本実施形態に係る成膜装置1Aを用いた成膜方法を説明する。図4は、図1の成膜装置1Aによる成膜方法を説明するフローチャートである。本実施形態に係る成膜方法は、金属イオンを含む電解液Lと接触した電解質膜13を基材Bに接触させた状態で、陽極11と、陰極となる基材Bとの間に電圧を印加し、電解質膜13の内部に含有された金属イオンを還元することで、金属イオンに由来した金属皮膜Fを基材Bの表面B1に成膜するものである。 Next, a film formation method using the film formation apparatus 1A according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a flow chart explaining the film formation method using the film formation apparatus 1A of FIG. 1. In the film formation method according to this embodiment, an electrolyte membrane 13, which has been in contact with an electrolytic solution L containing metal ions, is brought into contact with a substrate B, and a voltage is applied between the anode 11 and the substrate B, which acts as a cathode, to reduce the metal ions contained inside the electrolyte membrane 13, thereby forming a metal coating F derived from the metal ions on the surface B1 of the substrate B.

本実施形態に係る成膜方法では、まず、成膜前の前提として、上述した収容体15を用いる。収容体15には、開口部15hの周縁部15aに沿って、電解質膜13が取付けられた位置に、溝部40が形成されている。溝部40の内部空間48は、開口部15hを形成する収容体15の端面15gに設けられる。この端面15gには、電解質膜13が取付けられ、内部空間48を封止している。当該内部空間48は、収容体15から電解質膜13へ向かう熱を断熱する断熱空間である。この内部空間48により、収容体15から電解質膜13へ向かう熱が断熱される。また、収容体15の端面15gに、電解質膜13を安定して取付けることができる。好ましくは、内部空間48は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている。この減圧された内部空間48により、収容体15から電解質膜13への熱の伝達を、より一層抑えることができる。 In the film forming method according to the present embodiment, first, the above-mentioned housing 15 is used as a premise before film formation. In the housing 15, a groove 40 is formed along the peripheral portion 15a of the opening 15h at the position where the electrolyte membrane 13 is attached. The internal space 48 of the groove 40 is provided in the end surface 15g of the housing 15 that forms the opening 15h. The electrolyte membrane 13 is attached to this end surface 15g, sealing the internal space 48. The internal space 48 is an insulating space that insulates against heat from the housing 15 to the electrolyte membrane 13. This internal space 48 insulates against heat from the housing 15 to the electrolyte membrane 13. In addition, the electrolyte membrane 13 can be stably attached to the end surface 15g of the housing 15. Preferably, the internal space 48 is depressurized to a pressure lower than atmospheric pressure. This depressurized internal space 48 can further suppress the transfer of heat from the housing 15 to the electrolyte membrane 13.

本成膜方法では、電解質膜13を基材Bに接触させる工程(S100、S110)を実施する。S100では、制御装置90は、図示しない搬送装置等を制御し、基材Bが電解質膜13に対向するように、収容体15の下方に配置された基台20に基材Bを保持する。 In this membrane forming method, the steps (S100, S110) of bringing the electrolyte membrane 13 into contact with the substrate B are carried out. In S100, the control device 90 controls a conveying device (not shown) and the like to hold the substrate B on the base 20 arranged below the container 15 so that the substrate B faces the electrolyte membrane 13.

S110では、制御装置90は、直動アクチュエータ70に対しロッド72を伸長させる信号を送信し、ガイド71に対しロッド72を下方へ移動させる。これにより、収容体15が下降し、電解質膜13を基材Bの表面B1に接触させる。 In S110, the control device 90 sends a signal to the linear actuator 70 to extend the rod 72, moving the rod 72 downward relative to the guide 71. This causes the container 15 to descend, bringing the electrolyte membrane 13 into contact with the surface B1 of the substrate B.

次いで、本成膜方法では、金属皮膜を成膜する工程(S120~S140)を実施する。この工程では、電解質膜13を基材Bに接触させた状態、かつ、所定の温度に加熱された電解液Lを収容体15に収容した状態で、陽極11と基材Bとの間に電圧を印加する。後述するように、本実施形態では、S110の工程を実施した後、S130の工程において電解液Lを収容体15に収容する場合を説明する。この場合、電解液Lの重量による電解質膜13の変形を回避できるので好ましい。しかし、電解質膜13の変形が抑制されるのであれば、たとえばS120及びS130の工程を実施し、その後、S110の工程を実施してもよい。 Next, in this film formation method, the steps of forming a metal film (S120 to S140) are performed. In this step, a voltage is applied between the anode 11 and the substrate B with the electrolyte membrane 13 in contact with the substrate B and with the electrolyte solution L heated to a predetermined temperature contained in the container 15. As will be described later, in this embodiment, after the step S110 is performed, the electrolyte solution L is contained in the container 15 in the step S130. This is preferable because it is possible to avoid deformation of the electrolyte membrane 13 due to the weight of the electrolyte solution L. However, if deformation of the electrolyte membrane 13 can be suppressed, for example, the steps S120 and S130 may be performed, and then the step S110 may be performed.

S120では、制御装置90は、三方弁60に対し所定の弁切換信号を送信し、電解液Lの流れ方向D1を形成するように、三方弁60の切換えを実施する。この結果、液タンクTから収容体15へ電解液Lを流すことができる。 In S120, the control device 90 transmits a predetermined valve switching signal to the three-way valve 60, and switches the three-way valve 60 so as to form a flow direction D1 of the electrolyte L. As a result, the electrolyte L can flow from the liquid tank T to the container 15.

S130では、制御装置90は、ポンプPに対し所定の駆動信号を送信し、電解液Lを貯蔵する液タンクTから収容体15の収容空間15dに所定の温度に加熱された電解液Lを収容するように、ポンプPを正回転させる。この結果、電解液Lが、液供給管50を通じて収容体15に収容される。この際、ポンプPを連続して正回転することで、電解液Lが収容体15に連続して供給され、収容体15の内部の電解液Lは、圧力調整弁58により一定の圧力に保持される。 In S130, the control device 90 transmits a predetermined drive signal to the pump P, and rotates the pump P in the forward direction so as to accommodate the electrolyte L heated to a predetermined temperature from the liquid tank T that stores the electrolyte L into the accommodation space 15d of the accommodation body 15. As a result, the electrolyte L is accommodated in the accommodation body 15 through the liquid supply pipe 50. At this time, by continuously rotating the pump P in the forward direction, the electrolyte L is continuously supplied to the accommodation body 15, and the electrolyte L inside the accommodation body 15 is maintained at a constant pressure by the pressure adjustment valve 58.

S140では、制御装置90は、電解質膜13を基材Bの表面B1に接触させた状態で、電源部14を制御することにより陽極11と基材Bとの間に電圧を一定時間印加し、金属皮膜Fを成膜する。これにより、固体電解質膜13に含有された金属イオンは、基材Bに移動して、その表面B1で還元される。この結果、基材Bの表面B1に金属が析出し、基材Bの表面B1に一定の膜厚の金属皮膜Fが成膜される。 In S140, the control device 90 applies a voltage between the anode 11 and the substrate B for a certain period of time by controlling the power supply unit 14 while the electrolyte membrane 13 is in contact with the surface B1 of the substrate B, thereby forming a metal film F. As a result, the metal ions contained in the solid electrolyte membrane 13 move to the substrate B and are reduced on the surface B1. As a result, metal is precipitated on the surface B1 of the substrate B, and a metal film F with a certain thickness is formed on the surface B1 of the substrate B.

次いで、本成膜方法では、金属皮膜Fの成膜後、収容体15に収容された電解液Lを大気と入替える工程(S150、S160)を実施する。S150では、基材Bが電解質膜13に接触した状態で、電解液Lを大気と入替える。制御装置90は、ポンプPが逆回転するように、ポンプPに対し所定の駆動信号を送信するとともに、液面センサ92から、液タンクT内における電解液Lの高さに関する信号を受信する。制御装置90は、電解液Lが全て液タンクTに回収されるまで(液タンクT内の電解液Lの高さが所定の高さになったと判断されるまで)、ポンプPの逆回転を続ける。次いで、S160では、制御装置90は、三方弁60に対し所定の弁切換信号を一定時間送信し、大気の流れ方向D2を形成するように、三方弁60の切換えを実施する。制御装置90は、導入される大気の量(単位時間当たりの吸気量×時間)が、収容体15の収容空間15dの容量となるまで、三方弁60の切換えを継続する。 Next, in this film forming method, after the metal film F is formed, the process (S150, S160) of replacing the electrolyte L contained in the container 15 with air is performed. In S150, the electrolyte L is replaced with air while the substrate B is in contact with the electrolyte membrane 13. The control device 90 transmits a predetermined drive signal to the pump P so that the pump P rotates in the reverse direction, and receives a signal from the liquid level sensor 92 regarding the height of the electrolyte L in the liquid tank T. The control device 90 continues to rotate the pump P in the reverse direction until all of the electrolyte L is collected in the liquid tank T (until it is determined that the height of the electrolyte L in the liquid tank T has reached a predetermined height). Next, in S160, the control device 90 transmits a predetermined valve switching signal to the three-way valve 60 for a certain period of time, and switches the three-way valve 60 to form the air flow direction D2. The control device 90 continues switching the three-way valve 60 until the amount of air being introduced (amount of intake air per unit time x time) becomes the capacity of the storage space 15d of the storage body 15.

本成膜方法では、電解液Lを大気に入替えた後(S150、S160)、電解質膜13を基材Bの表面B1から離間させる(S170)。制御装置90は、直動アクチュエータ70に対しロッド72を戻すための信号を送信する。この結果、ガイド71に対しロッド72が上方へ移動し、収容体15が上昇する。このように、収容体15の内部の電解液Lが大気に入替えられた後、電解質膜13が基材Bから離間するため、収容体15が基台20に対し離間した場合には、電解液Lの重量による電解質膜13の変形は生じ難い。このため、電解質膜13の変形を回避するとともに、収容体15の内部に大気が導入された際の電解質膜13の乾燥を回避することができる。よって、より均質な成膜を実現することができるので、成膜品質をさらに向上させることができる。 In this film forming method, after replacing the electrolyte solution L with the atmosphere (S150, S160), the electrolyte membrane 13 is separated from the surface B1 of the substrate B (S170). The control device 90 sends a signal to the linear actuator 70 to return the rod 72. As a result, the rod 72 moves upward relative to the guide 71, and the container 15 rises. In this way, after the electrolyte solution L inside the container 15 is replaced with the atmosphere, the electrolyte membrane 13 is separated from the substrate B, so that when the container 15 is separated from the base 20, the electrolyte membrane 13 is unlikely to be deformed due to the weight of the electrolyte solution L. Therefore, it is possible to avoid deformation of the electrolyte membrane 13 and to avoid drying of the electrolyte membrane 13 when the atmosphere is introduced into the container 15. Therefore, a more uniform film can be formed, and the film formation quality can be further improved.

最後に、本成膜方法では、基台20から基材Bを取外す工程(S180)を実施する。制御装置90は、図示しない搬送装置等を制御し、基台20から基材Bを取外す。以上のようにして、本成膜方法は終了し、制御装置90を用いた成膜装置1Aの一連の制御は、スタートに戻る。なお、上記成膜方法は、全工程を制御装置90により実施されるものでなくてもよく、少なくとも一部の工程を手動により実施してもよい。 Finally, in this film formation method, a process (S180) is carried out to remove the substrate B from the base 20. The control device 90 controls a transport device (not shown) and the like to remove the substrate B from the base 20. In this manner, this film formation method ends, and the series of controls of the film formation apparatus 1A using the control device 90 returns to the start. Note that the above film formation method does not require all steps to be performed by the control device 90, and at least some of the steps may be performed manually.

本実施形態に係る成膜方法では、金属皮膜Fの成膜前から、所定の温度に加熱された電解液Lが収容体15に収容されるので、電解液Lの熱は、電解質膜13及び収容体15に伝達し、これらは加熱される。金属皮膜Fの成膜後には、収容体15に収容された電解液Lが大気に入替えられる。電解液Lと大気の入替え後、さらに、収容体15に電解液Lを供給し、上述した一連の工程により複数の金属皮膜Fを成膜する場合であっても、収容体15に大気が導入された状態において収容体15から電解質膜13へ向かう熱を、溝部40の内部空間48により断熱することができる。このため、電解質膜13は収容体15からの熱で加熱され難い。 In the film forming method according to the present embodiment, since the electrolyte L heated to a predetermined temperature is contained in the container 15 before the metal film F is formed, the heat of the electrolyte L is transferred to the electrolyte membrane 13 and the container 15, which are heated. After the metal film F is formed, the electrolyte L contained in the container 15 is replaced with the atmosphere. Even if the electrolyte L is replaced with the atmosphere and the electrolyte L is further supplied to the container 15 and multiple metal films F are formed by the above-mentioned series of steps, the heat from the container 15 to the electrolyte membrane 13 when the atmosphere is introduced into the container 15 can be insulated by the internal space 48 of the groove 40. Therefore, the electrolyte membrane 13 is not easily heated by the heat from the container 15.

特に、上述した一連の工程を繰り返す中で、電解液Lの熱は収容空間15dの壁面全体に蓄熱されやすいが、溝部40の内部空間48が開口部15hの周縁部15aに沿って形成されているため、たとえば周縁部15aの一部から局所的に電解質膜13に熱が伝達されることを抑制することができる。このため、周縁部15aに接触した電解質膜13を、均一に断熱することができる。よって、電解質膜13に付着した電解液Lの大気等への蒸発が抑制され、電解質膜13の乾燥が生じにくくなる。このため、電解質膜13の内部や表面での金属成分の析出が抑制される。したがって、成膜した金属皮膜Fにピットやピンホールが生じることを回避し、成膜品質を向上させることができる。 In particular, while the above-mentioned series of steps are repeated, heat from the electrolyte L is likely to accumulate on the entire wall surface of the storage space 15d. However, since the internal space 48 of the groove portion 40 is formed along the peripheral portion 15a of the opening 15h, it is possible to suppress the heat from being transferred locally from a part of the peripheral portion 15a to the electrolyte membrane 13. Therefore, the electrolyte membrane 13 in contact with the peripheral portion 15a can be uniformly insulated. Therefore, the electrolyte solution L attached to the electrolyte membrane 13 is suppressed from evaporating into the atmosphere, etc., and the electrolyte membrane 13 is less likely to dry out. Therefore, the precipitation of metal components inside and on the surface of the electrolyte membrane 13 is suppressed. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of pits and pinholes in the formed metal film F, and improve the quality of the film formation.

<変形例1>
図5は、本発明の実施形態に係る成膜装置1Aの変形例1を示す模式的断面図である。変形例1に係る成膜装置1Bは、上記実施形態に係る成膜装置1Aに対して、溝部40の数、即ち内部空間48の数が異なる。以下、上記実施形態に係る成膜装置1Aと同じ又は類似する機能を有する構成については、当該実施形態に係る成膜装置1Aと同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、成膜装置1Bは、成膜装置1Aと同様に、電解液Lを循環させる機構(液タンクT、ポンプPなど)、収容体15を昇降させる機構(直動アクチュエータ70)、制御装置90など他の構成要素を備えるものである。
<Modification 1>
5 is a schematic cross-sectional view showing a first modified example of the film forming apparatus 1A according to the embodiment of the present invention. The film forming apparatus 1B according to the first modified example is different from the film forming apparatus 1A according to the above embodiment in the number of grooves 40, i.e., the number of internal spaces 48. Hereinafter, the same reference numerals as those in the film forming apparatus 1A according to the above embodiment are used to designate configurations having the same or similar functions as those in the film forming apparatus 1A according to the above embodiment, and the description thereof is omitted, and the different parts are described. Note that, like the film forming apparatus 1A, the film forming apparatus 1B is provided with other components such as a mechanism for circulating the electrolytic solution L (liquid tank T, pump P, etc.), a mechanism for raising and lowering the container 15 (linear actuator 70), and a control device 90.

図5に示すように、収容体15の端面15gには複数の溝部40が形成されている。溝部40の各々により、側壁部15fの端面15gには、複数の内部空間48が形成される。溝部40はそれぞれ、開口部15hを包囲するように互いに間隔を空けて延在する。このため、1つの溝部40が形成されている場合よりも、電解質膜13は、端面15gに、より多くの部分で取付けられる。このように、複数の溝部40が開口部15hを包囲するように互いに間隔を空けて形成されているため、収容体15における電解質膜13の取付け位置を増やすことができる。よって、収容体15に電解質膜13を安定して取付けることができる。 As shown in FIG. 5, a plurality of grooves 40 are formed on the end surface 15g of the housing 15. The grooves 40 form a plurality of internal spaces 48 on the end surface 15g of the side wall portion 15f. The grooves 40 extend at intervals from each other so as to surround the opening 15h. Therefore, the electrolyte membrane 13 can be attached to the end surface 15g in a larger number of portions than when a single groove 40 is formed. In this way, the plurality of grooves 40 are formed at intervals from each other so as to surround the opening 15h, so that the number of attachment positions of the electrolyte membrane 13 in the housing 15 can be increased. Therefore, the electrolyte membrane 13 can be stably attached to the housing 15.

<変形例2>
図6は、本発明の実施形態に係る成膜装置1Aの変形例2を示す模式的断面図である。変形例2に係る成膜装置1Cは、上記実施形態に係る成膜装置1Aに対して、溝部40に断熱材100が収容されている点で異なる。以下、上記実施形態に係る成膜装置1Aと同じ又は類似する機能を有する構成については、当該実施形態に係る成膜装置1Aと同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、成膜装置1Cは、成膜装置1Aと同様に、電解液Lを循環させる機構(液タンクT、ポンプPなど)、収容体15を昇降させる機構(直動アクチュエータ70)、制御装置90など他の構成要素を備えるものである。
<Modification 2>
6 is a schematic cross-sectional view showing a modified example 2 of the film forming apparatus 1A according to the embodiment of the present invention. The film forming apparatus 1C according to the modified example 2 is different from the film forming apparatus 1A according to the embodiment in that a heat insulating material 100 is accommodated in the groove portion 40. Hereinafter, the same reference numerals as those in the film forming apparatus 1A according to the embodiment are used to designate components having the same or similar functions as those in the film forming apparatus 1A according to the embodiment, and the description thereof is omitted, and the different parts are described. Note that, like the film forming apparatus 1A, the film forming apparatus 1C includes other components such as a mechanism for circulating the electrolytic solution L (liquid tank T, pump P, etc.), a mechanism for raising and lowering the container 15 (linear actuator 70), and a control device 90.

図6に示すように、変形例2に係る成膜装置1Cは、溝部40の内部空間48に収容された断熱材100を含む。断熱材100としては、たとえば、発泡系断熱材、繊維系断熱材、エアロゲルなどを挙げることができる。断熱材100は、溝部40に対応する形状を有し、内部空間48を全て充填するように収容されてもよい。なお、断熱材100は、溝部40とは異なる形状を有し、溝部40との間に隙間を持って収容されてもよい。断熱材100は、溝部40の内部で圧縮するものでもよいし、圧縮しない(即ち非圧縮)のものでもよい。また、図6では示されていないが、電解質膜13の膜外側部13bと収容体15の端面15gとの間には、シール部材が配置されてもよい。断熱材100は、当該シール部材よりも高い断熱性を有する。具体的には、断熱材100は、シール部材よりも、収容体15から電解質膜13へ向かう熱に対し、高い断熱性を有する。 As shown in FIG. 6, the film forming apparatus 1C according to the second modification includes a heat insulating material 100 accommodated in the internal space 48 of the groove 40. Examples of the heat insulating material 100 include a foam-based heat insulating material, a fiber-based heat insulating material, and an aerogel. The heat insulating material 100 may have a shape corresponding to the groove 40 and may be accommodated so as to fill the entire internal space 48. The heat insulating material 100 may have a shape different from the groove 40 and may be accommodated with a gap between it and the groove 40. The heat insulating material 100 may be compressed inside the groove 40, or may not be compressed (i.e., non-compressed). Although not shown in FIG. 6, a seal member may be disposed between the membrane outer side portion 13b of the electrolyte membrane 13 and the end surface 15g of the container 15. The heat insulating material 100 has higher heat insulating properties than the seal member. Specifically, the heat insulating material 100 has higher heat insulating properties against heat directed from the container 15 to the electrolyte membrane 13 than the seal member.

上述したように、本変形例2に係る成膜装置1Cによれば、溝部40の内部空間48に収容された断熱材100を含むため、収容体15から電解質膜13への熱の伝達を、より一層抑えることができる。 As described above, the film forming apparatus 1C according to the second modified example includes the insulating material 100 housed in the internal space 48 of the groove portion 40, and therefore the transfer of heat from the container 15 to the electrolyte membrane 13 can be further suppressed.

<変形例3>
図7は、本発明の変形例3に係る金属皮膜の成膜装置1Dの模式的断面図である。変形例3に係る成膜装置1Dは、実施形態に係る成膜装置1Aに対して、気液入替え装置80aの構成が異なる。以下、実施形態に係る成膜装置1Aと同じ又は類似する機能を有する構成については、この成膜装置1Aと同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。
<Modification 3>
7 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus 1D according to a modified example 3 of the present invention. The film forming apparatus 1D according to the modified example 3 is different from the film forming apparatus 1A according to the embodiment in the configuration of the gas-liquid exchanger 80a. Hereinafter, components having the same or similar functions as the film forming apparatus 1A according to the embodiment will be denoted by the same reference numerals as the film forming apparatus 1A, and the description thereof will be omitted, and the different parts will be described.

変形例3に係る成膜装置1Dにおいて、気液入替え装置80aは、三方弁60、及び圧縮機110を含む。三方弁60は、液供給管50において、ポンプPと収容体15の供給流路15bとの間に配置されている。三方弁60は、液供給管50を通って液タンクTから収容体15へ向かう電解液Lの流れ方向D3と、圧縮空気導入管64及び液供給管50を通って、圧縮機110から収容体15へ向かう圧縮空気の流れ方向D4と、を切換える(図7参照)。三方弁60が、上記流れ方向D3を形成するように切換えられているとき、ポンプPを正回転させることにより、液タンクTの電解液Lは、液供給管50を通って収容体15へ供給される。他方、三方弁60が、上記流れ方向D4を形成するように切換えられているとき、圧縮機110から圧送された圧縮空気が、圧縮空気導入管64及び液供給管50を介して、収容体15へ供給される。この圧縮空気により、収容空間15dに収容された電解液Lが押し出され、電解液Lは液排出管52を通じて液タンクTに回収される。このとき、圧縮空気が収容空間15dに残ることにより、電解液Lと大気の入替えが完了する。このように、気液入替え装置80aは、三方弁60の切換え、及び圧縮機110による圧縮空気の圧送により、収容空間15dに収容された電解液Lを大気に入替える。 In the film forming apparatus 1D according to the third modification, the gas-liquid exchanger 80a includes a three-way valve 60 and a compressor 110. The three-way valve 60 is disposed in the liquid supply pipe 50 between the pump P and the supply flow path 15b of the container 15. The three-way valve 60 switches between the flow direction D3 of the electrolyte L from the liquid tank T to the container 15 through the liquid supply pipe 50 and the flow direction D4 of the compressed air from the compressor 110 to the container 15 through the compressed air introduction pipe 64 and the liquid supply pipe 50 (see FIG. 7). When the three-way valve 60 is switched to form the above-mentioned flow direction D3, the electrolyte L in the liquid tank T is supplied to the container 15 through the liquid supply pipe 50 by rotating the pump P in the forward direction. On the other hand, when the three-way valve 60 is switched to form the flow direction D4, compressed air sent from the compressor 110 is supplied to the container 15 through the compressed air inlet pipe 64 and the liquid supply pipe 50. The compressed air pushes out the electrolyte L contained in the storage space 15d, and the electrolyte L is collected in the liquid tank T through the liquid discharge pipe 52. At this time, the compressed air remains in the storage space 15d, completing the exchange of the electrolyte L with the atmosphere. In this way, the gas-liquid exchange device 80a exchanges the electrolyte L contained in the storage space 15d with the atmosphere by switching the three-way valve 60 and sending compressed air by the compressor 110.

本発明を以下の実施例により説明する。 The present invention is illustrated by the following examples.

熱回路網法を用いて、電解質膜13の膜外側部13bに対応する部分(以下、A部ともいう)の温度、膜中央部13aに対応する部分(以下、B部ともいう)の温度を算出した。計算条件は、収容体15の中央壁部15e及び側壁部15fに対応する部分を70℃に設定し、収容体15の収容空間15d及び収容体15の外部に対応する部分における空気の温度を40℃に設定した。この状態を60秒保持した場合の、A部の温度、B部の温度を算出した。 Using the thermal network method, the temperature of the part corresponding to the membrane outer part 13b of the electrolyte membrane 13 (hereinafter also referred to as part A) and the temperature of the part corresponding to the membrane center part 13a (hereinafter also referred to as part B) were calculated. The calculation conditions were that the parts corresponding to the central wall part 15e and the side wall part 15f of the housing body 15 were set to 70°C, and the air temperature in the housing space 15d of the housing body 15 and the part corresponding to the outside of the housing body 15 was set to 40°C. The temperatures of parts A and B were calculated when this state was maintained for 60 seconds.

実施例では、側壁部15fの端面15gに対応する部分と膜外側部13bに対応する部分との間に、溝部40の内部空間48に対応する断熱空間をモデル化した。これに対し、比較例では、側壁部15fに対応する部分と膜外側部13bに対応する部分とを直接接触する状態をモデル化した。 In the example, a heat insulating space corresponding to the internal space 48 of the groove 40 was modeled between the portion corresponding to the end face 15g of the side wall 15f and the portion corresponding to the membrane outer portion 13b. In contrast, in the comparative example, a state in which the portion corresponding to the side wall 15f and the portion corresponding to the membrane outer portion 13b are in direct contact was modeled.

<解析結果の確認>

Figure 0007616038000001
<Confirmation of analysis results>
Figure 0007616038000001

(結果および考察)
上記表1に示すように、実施例では、B部の温度は、収容空間及び収容体外部の空気の温度(40℃)と略同等であり、B部は、その周辺の空気の温度と平衡状態にあることが理解される。また、A部の温度は、収容体の側壁部の温度(70℃)よりも大幅に低い。このため、収容体の側壁部からA部へ向かう熱の伝達が、断熱空間により抑制されていることが理解される。
(Results and Discussion)
As shown in Table 1 above, in the embodiment, the temperature of part B is approximately equal to the temperature of the air in the storage space and outside the storage body (40°C), and it is understood that part B is in equilibrium with the temperature of the air around it. Also, the temperature of part A is significantly lower than the temperature of the side wall of the storage body (70°C). Therefore, it is understood that the transfer of heat from the side wall of the storage body to part A is suppressed by the insulating space.

比較例では、B部の温度は、収容空間及び収容体外部の空気の温度(40℃)と略同等であり、この点は、実施例と同様の結果が得られた。しかしながら、A部の温度は、収容体の側壁部の温度(70℃)と同等であり、収容体の側壁部からA部へ向かう熱は、断熱されず、A部へ伝達されたことが理解される。 In the comparative example, the temperature of part B was approximately equal to the temperature of the air in the storage space and outside the storage body (40°C), and in this respect, similar results were obtained as in the example. However, the temperature of part A was equal to the temperature of the side wall of the storage body (70°C), and it can be seen that the heat moving from the side wall of the storage body to part A was not insulated and was transferred to part A.

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係る成膜装置1A、1B、1C、1Dに限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせても良い。例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的態様によって適宜変更され得る。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the film forming apparatuses 1A, 1B, 1C, and 1D according to the above-mentioned embodiments, but includes all aspects included in the concept of the present invention and the scope of the claims. In addition, each configuration may be appropriately and selectively combined to achieve the above-mentioned problems and effects. For example, the shape, material, arrangement, size, etc. of each component in the above-mentioned embodiments may be appropriately changed depending on the specific embodiment of the present invention.

例えば上記実施形態では、断熱空間が溝部40である場合、即ち電解質膜13の側において開口している場合について説明した。しかし、断熱空間は、側壁部15fにおける中空の空間(開口部を有さない空間)であってもよい。 For example, in the above embodiment, the case where the insulating space is the groove portion 40, i.e., the opening on the electrolyte membrane 13 side, has been described. However, the insulating space may be a hollow space (a space without an opening) in the side wall portion 15f.

1A、1B、1C、1D:成膜装置、11:陽極、13:固体電解質膜、14:電源部、15:収容体、15a:周縁部、15f:側壁部、15g:端面、15h:開口部、40:溝部、48:内部空間(断熱空間)、20:基台、30:加熱装置、70:直動アクチュエータ(昇降装置)、80、80a:気液入替え装置、90:制御装置、B:基材、B1:表面、F:金属皮膜、L:電解液 1A, 1B, 1C, 1D: Film forming device, 11: Anode, 13: Solid electrolyte film, 14: Power supply, 15: Container, 15a: Periphery, 15f: Side wall, 15g: End face, 15h: Opening, 40: Groove, 48: Internal space (thermal insulation space), 20: Base, 30: Heating device, 70: Linear actuator (lifting device), 80, 80a: Gas-liquid exchange device, 90: Control device, B: Substrate, B1: Surface, F: Metal film, L: Electrolyte

Claims (8)

陽極と、
前記陽極と基材との間に配置された固体電解質膜と、
前記基材を陰極として前記陽極と前記基材との間に電圧を印加する電源部と、
前記陽極と金属イオンを含む電解液とを収容し、前記基材の側に開口した開口部を前記固体電解質膜で覆った収容体と、
前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態で前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記固体電解質膜の内部に含有された前記金属イオンを還元することで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を前記基材の表面に成膜する金属皮膜の成膜装置であって、
前記収容体に収容される前記電解液の温度が所定の温度になるように、前記電解液を加熱する加熱装置と、
前記収容体に収容された前記電解液を大気と入替える気液入替え装置と、をさらに備え、
前記収容体には、前記開口部の周縁部に沿って、前記固体電解質膜が取付けられた位置に、前記収容体から前記固体電解質膜へ向かう熱を断熱する断熱空間が形成されている、ことを特徴とする金属皮膜の成膜装置。
An anode;
a solid electrolyte membrane disposed between the anode and a substrate;
a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate, the substrate being a cathode;
a container that contains the anode and an electrolytic solution containing metal ions, and an opening that opens to the side of the base material is covered with the solid electrolyte membrane;
a voltage is applied between the anode and the substrate in a state in which the solid electrolyte membrane is in contact with the substrate, and the metal ions contained inside the solid electrolyte membrane are reduced to form a metal coating derived from the metal ions on a surface of the substrate,
a heating device that heats the electrolyte so that the electrolyte contained in the container has a predetermined temperature;
a gas-liquid exchanger that exchanges the electrolyte contained in the container with air;
a heat insulating space is formed in the container along the periphery of the opening at the position where the solid electrolyte membrane is attached, for insulating heat from the container to the solid electrolyte membrane.
前記断熱空間は、前記開口部を形成する前記収容体の端面に設けられた溝部の内部空間であり、前記固体電解質膜は、前記収容体の端面に取付けられ、前記断熱空間を封止している、ことを特徴とする請求項1に記載の金属皮膜の成膜装置。 The metal coating deposition device according to claim 1, characterized in that the heat insulating space is an internal space of a groove provided in the end face of the container that forms the opening, and the solid electrolyte film is attached to the end face of the container to seal the heat insulating space. 前記断熱空間は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている、ことを特徴とする請求項2に記載の金属皮膜の成膜装置。 The metal coating deposition device according to claim 2, characterized in that the heat insulating space is depressurized to a pressure lower than atmospheric pressure. 前記成膜装置は、
前記基材が前記固体電解質膜に対向するように、前記収容体の下方において前記基材を保持する基台と、
前記固体電解質膜と前記基材が接離自在となるように、前記収容体及び前記基台の少なくともいずれか一方を昇降させる昇降装置と、
前記昇降装置及び前記気液入替え装置の動作を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記気液入替え装置の動作を制御することにより前記収容体の内部を前記電解液から前記大気に入替え、その後、前記昇降装置の動作を制御することにより前記固体電解質膜を前記基材から離間させる、ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の金属皮膜の成膜装置。
The film forming apparatus includes:
a base that holds the substrate below the container such that the substrate faces the solid electrolyte membrane;
a lifting device that lifts and lowers at least one of the container and the base so that the solid electrolyte membrane and the base material can be brought into contact with and separated from each other;
A control device that controls the operation of the lifting device and the gas-liquid exchange device,
4. The metal coating deposition apparatus according to claim 1, wherein the control device controls an operation of the gas-liquid exchanger to exchange the electrolyte solution in the container with the atmosphere, and then controls an operation of the lifting device to separate the solid electrolyte film from the substrate.
金属イオンを含む電解液と接触した固体電解質膜を基材に接触させた状態で、陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加し、前記固体電解質膜の内部に含有された前記金属イオンを還元することで、前記金属イオンに由来した金属皮膜を前記基材の表面に成膜する成膜方法であって、
収容体に形成された開口部を覆った前記固体電解質膜を、前記基材に接触させる工程と、
前記固体電解質膜を前記基材に接触させた状態、かつ、所定の温度に加熱された前記電解液を前記収容体に収容した状態で、前記陽極と前記基材との間に電圧を印加し、前記金属皮膜を成膜する工程と、
前記金属皮膜の成膜後、前記収容体に収容された前記電解液を大気と入替える工程と、を含み、
前記収容体として、前記開口部の周縁部に沿って、前記固体電解質膜が取付けられた位置に、前記収容体から前記固体電解質膜へ向かう熱を断熱する断熱空間が形成された収容体を用いる、ことを特徴とする金属皮膜の成膜方法。
A film formation method for forming a metal coating on a surface of a substrate by applying a voltage between an anode and the substrate, the anode being a cathode, in a state in which a solid electrolyte membrane, which has been in contact with an electrolytic solution containing metal ions, is brought into contact with the substrate, and the metal ions contained inside the solid electrolyte membrane are reduced, the metal coating being derived from the metal ions, comprising:
contacting the solid electrolyte membrane covering the opening formed in the container with the substrate;
a step of applying a voltage between the anode and the substrate while the solid electrolyte membrane is in contact with the substrate and the electrolyte solution heated to a predetermined temperature is contained in the container, thereby forming the metal coating;
and replacing the electrolyte contained in the container with air after the metal coating is formed.
the container has an insulating space formed along the periphery of the opening at the position where the solid electrolyte membrane is attached, for insulating against heat flowing from the container to the solid electrolyte membrane.
前記断熱空間は、前記開口部を形成する前記収容体の端面に設けられた溝部の内部空間であり、前記固体電解質膜は、前記収容体の端面に取付けられ、前記断熱空間を封止している、ことを特徴とする請求項5に記載の金属皮膜の成膜方法。 The method for forming a metal film according to claim 5, characterized in that the heat insulating space is an internal space of a groove provided in the end face of the container that forms the opening, and the solid electrolyte film is attached to the end face of the container to seal the heat insulating space. 前記断熱空間は、大気圧よりも低い圧力に減圧されている、ことを特徴とする請求項6に記載の金属皮膜の成膜方法。 The method for forming a metal coating according to claim 6, characterized in that the heat insulating space is depressurized to a pressure lower than atmospheric pressure. 前記基材に接触させる工程において、前記基材が前記固体電解質膜に対向するように、前記収容体の下方に前記基材を配置し、
前記電解液を大気と入替える工程において、前記基材が前記固体電解質膜に接触した状態で、前記電解液を大気と入替え、
前記電解液を大気に入替えた後、前記固体電解質膜を前記基材の表面から離間させる、ことを特徴とする請求項5から7までのいずれか一項に記載の金属皮膜の成膜方法。
In the step of contacting the substrate, the substrate is disposed below the container so that the substrate faces the solid electrolyte membrane;
In the step of replacing the electrolytic solution with air, the electrolytic solution is replaced with air while the substrate is in contact with the solid electrolyte membrane;
8. The method for forming a metal coating according to claim 5, further comprising the step of separating the solid electrolyte membrane from the surface of the substrate after the electrolyte solution has been replaced with air.
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