JP6863199B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、導電性のワークにプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。
ワークにプラズマ処理を行う装置として、特許文献１には、上下に２分割される成膜容器によってワークを挟み、成膜容器内にプラズマを発生させて成膜を行う装置が記載されている。
特開２００９−６２５７９号公報
成膜容器によってワークを挟み、成膜容器内にプラズマを発生させる場合において、成膜容器内で異常放電が発生する場合があった。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本開示の一形態によれば、導電性を有する平板状のワークにプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、前記ワークの少なくとも片側の処理対象部分が配置される窪み部と、前記窪み部の外側に前記窪み部から連続的に設けられた周縁部と、を有する導電性の真空容器と；前記周縁部に対して、前記ワークを離間しかつ絶縁して保持する保持部材と；前記ワークと前記真空容器との間に電圧を印加する電圧印加部と；前記周縁部のうち、前記ワークと対向する部位を覆う絶縁層と、を備える。
このような形態のプラズマ処理装置であれば、周縁部のうち、ワークと対向する部位は絶縁層で覆われているので、ワークと真空容器との間に電圧を印加してワークに対してプラズマ処理を行いつつ、ワークと周縁部との間で異常放電が発生することを抑制することができる。
（２）上記形態において、前記窪み部は、底部と、前記底部と前記周縁部とを接続する側部と、を備え；前記絶縁層は、さらに、前記側部を覆っていてもよい。
この形態によれば、周縁部に次いでワークに近接する電極部分である側部と、ワークと、の間で異常放電が発生することを抑制することができる。
（３）上記形態において、前記絶縁層は、前記真空容器から取り外し可能であってもよい。
この形態によれば、プラズマ処理時に発生する異物等が絶縁層の表面に付着した場合であっても、絶縁層を真空容器から取り外して交換・清掃することができる。そのため、絶縁層の表面に異物が堆積することによる異常放電の発生を抑制することができる。
（４）上記形態において、前記窪み部は、前記ワークの表側と裏側とに対応して設けられた第１窪み部と第２窪み部と、を有してもよい。
この形態によれば、ワークの表側及び裏側をプラズマ処理しつつ、ワークと周縁部との間で異常放電が発生することを抑制することができる。
本開示は、上述したプラズマ処理装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、ワークの一部にプラズマ処理を行う方法等の形態で実現することができる。
第一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。 プラズマ処理装置の分解斜視図である。 プラズマ処理装置の部分拡大断面図である。 プラズマ処理装置の部分拡大断面図である。 プラズマ処理装置によるワークのプラズマ処理方法について示す工程図である。 第２実施形態におけるプラズマ処理装置を示す図である。 第３実施形態におけるプラズマ処理装置を示す図である。 第４実施形態におけるプラズマ処理装置を示す図である。 第５実施形態におけるプラズマ処理装置を示す図である。
・第１実施形態
図１は、第一実施形態におけるプラズマ処理装置２００の構成を示す概略断面図である。図２は、プラズマ処理装置２００の分解斜視図である。図１及び図２には、相互に略直交するＸＹＺ軸が図示されている。なお、略直交とは、９０°±２０°の範囲を含む。本実施形態では、Ｙ方向は略鉛直方向であり、Ｘ方向は略水平方向である。Ｚ方向は略鉛直方向及び略水平方向に垂直な方向である。このことは、以降の図においても同様である。
プラズマ処理装置２００は、導電性を有する平板状のワークＷの一部にプラズマ処理を行う装置である。プラズマ処理は、プラズマを用いてワークＷに成膜又はエッチングを行う処理である。本実施形態では、ワークＷは、処理対象物１０とマスキング部材２１、２２とを含む。本実施形態では、処理対象物１０は、燃料電池のセパレータの基材として用いられる平板状の金属であり、例えば、チタンやチタン合金により形成される。プラズマ処理装置２００は、処理対象物１０の処理対象部分１０Ａに、例えばプラズマＣＶＤ法により導電性の炭素系薄膜を形成する。
プラズマ処理装置２００は、真空容器（チャンバー）１００と、絶縁部材３０と、パレット１３０と、シール部材６１、６２と、絶縁層４１、４２と、電圧印加部７０と、を備える。プラズマ処理装置２００は、さらに、開閉装置５０と、搬送装置５５と、ガス供給装置８０と、排気装置９０と、制御部９５と、を備える。なお、図２では、絶縁層４１、４２と、開閉装置５０と、搬送装置５５と、電圧印加部７０及びその導入部７１と、ガス供給装置８０及び供給口８１と、排気装置９０及び排気口９１と、制御部９５と、は図示を省略している。
本実施形態において、真空容器１００は、対向配置される第１の型１１０及び第２の型１２０を備える導電性の容器である。本実施形態では、真空容器１００は、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に分割される。真空容器１００は、例えば、ステンレス、アルミニウム、チタン等の金属により形成される。
第１の型１１０は、ワークＷの片側の処理対象部分１０Ａが配置される第１窪み部１１４と、第１窪み部１１４の外側に第１窪み部１１４から連続的に設けられた第１周縁部１１１と、を備える。第１窪み部１１４は、ワークＷの表側に対応して設けられている。真空容器１００内にワークＷが配置された状態において、第１窪み部１１４はワークＷから離間する方向に窪んでおり、本実施形態ではワークＷの上面側の処理対象部分１０Ａから見て上方（＋Ｙ方向）に窪んでいる。また、第１窪み部１１４は、底部１１３と、底部１１３と第１周縁部１１１とを接続する側部１１２と、を備える。第１周縁部１１１は、ワークＷの処理対象部分１０Ａ以外の少なくとも一部と、離間した状態で対向する。本実施形態では、第１周縁部１１１は、マスキング部材２１、２２の一部と、離間した状態で対向する。本実施形態では、側部１１２と第１周縁部１１１との接続箇所は、処理対象物１０の端部と、同一のＹＺ平面上に位置している。
第２の型１２０は、第２窪み部１２４と、第２窪み部１２４の外側に第２窪み部１２４から連続的に設けられた第２周縁部１２１と、を備える。第２窪み部１２４は、ワークＷの裏側に対応して設けられている。真空容器１００内にワークＷが配置された状態において、第２窪み部１２４は、ワークＷの下面側の処理対象部分１０Ａから見て下方（−Ｙ方向）に窪んでいる。第２窪み部１２４は、底部１２３と、底部１２３と第２周縁部１２１とを接続する側部１２２と、を備える。第２周縁部１２１は、ワークＷの処理対象部分１０Ａ以外の少なくとも一部と、離間した状態で対向する。本実施形態では、第２周縁部１２１は、マスキング部材２２の一部と、離間した状態で対向する。第２周縁部１２１は、第１の型１１０の第１周縁部１１１と対応する部分に配置されている。本実施形態では、側部１２２と第２周縁部１２１との接続箇所は、処理対象物１０の端部と、同一のＹＺ平面上に位置している。本実施形態において、第１周縁部１１１及び第２周縁部１２１は、ＸＺ平面と平行である。
第１の型１１０及び第２の型１２０は、真空容器１００内にガス供給装置８０からガスを供給するための供給口８１と、真空容器１００内を排気装置９０によって排気するための排気口９１と、を備える。供給口８１及び排気口９１には、開閉可能な弁が設けられている。また、第２の型１２０は、ワークＷと真空容器１００との間に電圧を印加するための導入部７１を備える。第２の型１２０と導入部７１との間は、絶縁部材３５によって電気的に絶縁されている。本実施形態において、真空容器１００は、アース電位を有している。
図３は、プラズマ処理装置２００の部分拡大断面図である。図３には、図１のＸ１部分が示されている。図３に示すように、第１周縁部１１１のうち、ワークＷと対向する部位は、絶縁層４１によって覆われている。本実施形態では、絶縁層４１は、第１周縁部１１１のうち、マスキング部材２１、２２と対向する部位と、絶縁部材３０と対向する部位と、を連続的に覆う。また、本実施形態において、第２周縁部１２１のうち、ワークＷと対向する部位は、絶縁層４２で覆われている。本実施形態では、絶縁層４２は、第２周縁部１２１のうち、マスキング部材２１、２２と対向する部位、絶縁部材３０と対向する部位、及び、パレット１３０の一部と対向する部位を、連続的に覆う。絶縁層４１は、第１周縁部１１１の表面に対する絶縁物のコーティングによって形成されており、絶縁層４２は、第２周縁部１２１の表面に対する絶縁物のコーティングによって形成されている。コーティングは、絶縁物の溶射、塗装、噴射、蒸着等によって行うことができる。本実施形態では、絶縁層４１、４２のＹ方向に沿った厚さは、約４００μｍである。絶縁層４１、４２のＹ方向に沿った厚さは、絶縁性を十分に確保する観点から、３００μｍ以上であることが好ましい。また、絶縁層４１、４２のＹ方向に沿った厚さは、コーティングによって形成された絶縁層４１、４２が第１周縁部１１１、第２周縁部１２１から剥離することを抑制する観点から、５００μｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、絶縁層４１、４２は高純度の酸化アルミニウムであるホワイトアルミナにより形成されている。絶縁層４１、４２に用いられる絶縁物は、例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、又はこれらを２つ以上用いたものであってもよい。
図１及び図２に戻り、マスキング部材２１、２２は、処理対象物１０の非処理対象部分１０Ｂを覆う部材である。言い換えると、マスキング部材２１、２２は、処理対象物１０の処理対象部分１０Ａにおいて開口する部材である。本実施形態では、マスキング部材２１（上側マスキング部材２１）は、処理対象物１０の第１の型１１０側に配置されている。マスキング部材２２（下側マスキング部材２２）は、処理対象物１０の第２の型１２０側に配置されている。本実施形態において、下側マスキング部材２２は、処理対象物１０を支持する。本実施形態において、マスキング部材２１、２２は、一部が第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に配置され、他の部分が第１周縁部１１１と第２周縁部１２１の間に配置されている。マスキング部材２１、２２は、導電性を有している。マスキング部材２１、２２は、ワークＷと同じ材料によって形成されていてもよい。処理対象物１０とマスキング部材２１、２２とは、接触することにより電気的に接続されている。なお、本実施形態において、図１〜図４に示すように、非処理対象部分１０Ｂは、処理対象物１０の外周に位置しており、マスキング部材２１、２２は処理対象物１０の外周部分を覆っているが、例えば、非処理対象部分１０Ｂが処理対象物１０の中央部分の一部にある場合には、マスキング部材２１、２２は当該中央部分の一部を覆う形状であってもよい。
絶縁部材３０は、第１周縁部１１１と第２周縁部１２１との間に配置され、ワークＷのうちの下側マスキング部材２２と接触する。絶縁部材３０は、下側マスキング部材２２に接触して下側マスキング部材２２を支持する。絶縁部材３０は、例えば、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、又はこれらを２つ以上用いたもの等で形成されている。
パレット１３０は、導電性の板状部材である。パレット１３０は、ワークＷを真空容器１００内に搬送する部材でもある。パレット１３０は、第１周縁部１１１と第２周縁部１２１との間に配置される。本実施形態では、パレット１３０には、絶縁部材３０、下側マスキング部材２２、処理対象物１０及び上側マスキング部材２１が、この順に＋Ｙ方向に積載されており、パレット１３０は、絶縁部材３０を介してワークＷを保持する。本実施形態では、パレット１３０は、真空容器１００が閉じられた状態において真空容器１００外に露出する縁部１３０ｔを有する。縁部１３０ｔは、後述する搬送装置５５がパレット１３０を搬送する際に、パレット１３０に接触する部分である。本実施形態において、パレット１３０は、アース電位を有している。パレット１３０は、例えば、アルミニウム、ステンレスやチタン等により構成される。
シール部材６１、６２は、第１周縁部１１１と第２周縁部１２１との間に配置され、パレット１３０に接触する。シール部材６１、６２は、真空容器１００内の気密を保つための部材である。シール部材６１、６２は、絶縁性の部材であり、本実施形態ではゴム製の環状部材である。本実施形態では、シール部材６１、６２は、オーリングを用いている。本実施形態では、シール部材６１は第１の型１１０に設けられた溝部に嵌め込まれている。シール部材６２は、第２の型１２０に設けられた溝部に嵌め込まれている。本実施形態において、シール部材６１、６２、パレット１３０は、第１周縁部１１１及び第２周縁部１２１に対してワークＷを離間しかつ絶縁して保持する保持部材でもある。
開閉装置５０は、真空容器１００を開閉するための装置である。本実施形態では、開閉装置５０は、第１の型１１０を＋Ｙ方向に移動させて真空容器１００を開き、第１の型１１０を−Ｙ方向に移動させて真空容器１００を閉じる。
搬送装置５５は、パレット１３０を真空容器１００内へ搬送し、パレット１３０を真空容器１００外へ搬送するための装置である。本実施形態では、搬送装置５５は、パレット１３０の縁部１３０ｔに接触して、真空容器１００が開いた状態において、パレット１３０及びパレット１３０に積載された絶縁部材３０、マスキング部材２１、２２、処理対象物１０を真空容器１００内に搬送する。また、搬送装置５５は、搬送したパレット１３０を下方に移動させることによってパレット１３０をシール部材６２を介して第２の型１２０上に設置する。また、搬送装置５５は、上方に移動させたパレット１３０をＸＺ平面に沿って移動させて真空容器１００外へ搬送することも可能である。
電圧印加部７０は、ワークＷと真空容器１００との間に電圧を印加するための装置である。電圧印加部７０は、真空容器１００内に供給された原料ガスをプラズマ化するための電場を生成する。本実施形態では、導入部７１とワークＷ（処理対象物１０及びマスキング部材２１、２２）は陰極であり、第１の型１１０、第２の型１２０及びパレット１３０は陽極である。本実施形態では、電圧印加部７０は、ワークＷと真空容器との間にバイアス電圧を印加する。電圧印加部７０は、例えば、導入部７１を介してワークＷと真空容器１００との間に−３０００Ｖの電圧を印加することができる。なお、本実施形態では、真空容器１００及びパレット１３０はアース（０Ｖ）に接続されている。
ガス供給装置８０は、供給口８１を介して、真空容器１００内にキャリアガス及び原料ガスを供給する。本実施形態では、ガス供給装置８０は、キャリアガスとして例えば窒素（Ｎ２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスを供給し、原料ガスとして例えばピリジン（Ｃ５Ｈ５Ｎ）ガスを供給する。ガス供給装置８０は、異なる種類のガスを貯留するタンクと接続されている。ガス供給装置８０は、各タンクと供給口８１との間に設けられた切替弁が操作されることにより、供給口８１に供給されるガスの種類を切り替えることが可能である。また、ガス供給装置８０は、真空容器１００内の圧力を、開閉装置５０が真空容器１００を開くことが可能な程度の圧力に戻すために、プラズマ処理装置２００による成膜後やエッチング後に真空容器１００内に例えば窒素ガスを供給して真空容器１００を復圧する。
排気装置９０は、排気口９１を介して、真空容器１００内を排気する。排気装置９０は、例えば、ロータリポンプや拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ等により構成される。
制御部９５は、プラズマ処理装置２００全体の動作を制御する。制御部９５は、ＣＰＵとメモリーとを含む。ＣＰＵは、メモリーに格納されたプログラムを実行することによって、プラズマ処理装置２００の制御を行う。このプログラムは、各種記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御部９５は、開閉装置５０を制御して真空容器１００を開き、搬送装置５５を制御してパレット１３０を搬送する。真空容器１００内にパレット１３０が搬送された後、制御部９５が真空容器１００を閉じると、シール部材６１、６２がパレット１３０に接触することによって、第１周縁部１１１及び第２周縁部１２１に対してワークＷが離間される。また、制御部９５は、排気装置９０を制御して真空容器１００内を排気し、ガス供給装置８０を制御して真空容器１００内にガスを供給し、電圧印加部７０を制御してワークＷと真空容器１００との間に電圧を印加する。
図４は、プラズマ処理装置２００の部分拡大断面図である。図４には、図１に破線で示したＸ１部分が示されている。説明の便宜上、図４においては、図３で示した絶縁層４１、４２は図示を省略している。図４には、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所（接触点Ｐ１）と、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所（接触点Ｐ２）と、が示されている。接触点Ｐ１は、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１周縁部１１１に対向する箇所である。接触点Ｐ１は、プラズマ処理装置２００の断面（図４）において、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第１周縁部１１１に最も近い接触箇所である。接触点Ｐ２は、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２周縁部１２１に対向する箇所である。接触点Ｐ２は、プラズマ処理装置２００の断面（図４）において、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所のうち、第２周縁部１２１に最も近い接触箇所である。図４にはさらに、接触点Ｐ１と第１周縁部１１１との距離Ａ１と、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１と、が示されている。距離Ａ１は、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所と、第１周縁部１１１との最短距離である。距離Ｂ１は、第１窪み部１１４と対向するワークＷと、第１窪み部１１４の底部１１３との距離であり、第１窪み部１１４の底部１１３とワークＷとの最短距離である。また、図４には、接触点Ｐ２と第２周縁部１２１との距離Ａ２と、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離Ｂ２と、が示されている。距離Ａ２は、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所と、第２周縁部１２１との最短距離である。距離Ｂ２は、第２窪み部１２４と対向するワークＷと、第２窪み部１２４の底部１２３との距離であり、第２窪み部１２４の底部１２３とワークＷとの最短距離である。プラズマ処理装置２００において、距離Ａ１は距離Ｂ１よりも小さい。言い換えると、ワークＷと第１周縁部１１１とで形成される空間は、ワークＷと第１窪み部１１４とで形成される空間よりも小さい。また、本実施形態では、距離Ａ２は、距離Ｂ２よりも小さい。言い換えると、ワークＷと第２周縁部１２１とで形成される空間は、ワークＷと第２窪み部１２４とで形成される空間よりも小さい。
距離Ａ１及び距離Ａ２は、ワークＷと真空容器１００との間に電圧を印加した場合に、ワークＷと真空容器１００（第１周縁部１１１、第２周縁部１２１）との間に形成されるシースの距離よりも短い。本実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は、２．０ｍｍ以下である。なお、真空容器１００とワークＷとの絶縁性を十分に保つ観点から、距離Ａ１及び距離Ａ２は、０．５ｍｍよりも大きいことが好ましい。
図４には、さらに、第１窪み部１１４と第１周縁部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２周縁部１２１との接続箇所Ｑ２から接触点Ｐ１、Ｐ２までのＸ軸に沿った最短距離Ｃが示されている。距離Ｃは、第１窪み部１１４の側部１１２及び第２窪み部１２４の側部１２２から、接触点Ｐ１、Ｐ２までのＸ軸に沿った最短距離でもある。本実施形態では、距離Ｃは、０（ゼロ）よりも大きい。本実施形態では、距離Ｃは、１０ｍｍ以上である。
図５は、プラズマ処理装置２００によるワークＷのプラズマ処理方法について示す工程図である。以下では、プラズマ処理装置２００により処理対象物１０の処理対象部分１０Ａに成膜を行う方法を例に挙げて説明する。プラズマ処理装置２００による成膜では、まず、ワークＷが真空容器１００内に搬送される搬送工程が行われる（ステップＳ１０）。本実施形態では、パレット１３０上に、絶縁部材３０、下側マスキング部材２２、処理対象物１０が積載され、さらに、処理対象物１０の上に上側マスキング部材２１が積載される。こうすることによって、処理対象物１０の非処理対象部分１０Ｂが、マスキング部材２１、２２によって覆われる。その後、真空容器１００の第１の型１１０が開閉装置５０によって＋Ｙ方向に移動され、絶縁部材３０、マスキング部材２１、２２及び処理対象物１０が積載されたパレット１３０が、搬送装置５５によって真空容器１００内に搬送される。搬送されたパレット１３０は、シール部材６２を介して第２の型１２０上に配置される。搬送工程では、パレット１３０が第２の型１２０上に配置されると、真空容器１００が閉じられる。本実施形態では、開閉装置５０によって第１の型１１０が−Ｙ方向に移動される。真空容器１００が閉じられると、シール部材６１、６２がパレット１３０に接触し、ワークＷと第１周縁部１１１及び第２周縁部１２１が離間される。こうすることによって、ワークＷと第１周縁部１１１との間に隙間が形成され、ワークＷと第２周縁部１２１との間に隙間が形成される。また、接触点Ｐ１と第１周縁部１１１との距離Ａ１は、ワークＷと第１窪み部１１４との距離Ｂ１よりも小さくなる。接触点Ｐ２と第２周縁部１２１との距離Ａ２は、ワークＷと第２窪み部１２４との距離Ｂ２よりも小さくなる。
次に、真空容器１００内のガスが排気される排気工程が行われる（ステップＳ２０）。本実施形態では、プラズマ処理装置２００は、例えば、窒素ガス雰囲気に設置されている。排気工程では、排気装置９０によって排気口９１を介して真空容器１００内の窒素ガスが排気され、真空容器１００内が真空化される。
次に、電圧印加工程が行われる（ステップＳ３０）。電圧印加工程では、ガス供給装置８０により供給口８１を介して真空容器１００の内部にガスが供給されるとともに、電圧印加部７０によりワークＷと真空容器１００との間に電圧が印加されて、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内にプラズマが発生する。電圧印加工程では、真空容器１００内が高温化する。
本実施形態では、電圧印加工程は、昇温・エッチング工程と、第１層形成工程と、堆積工程と、を含む。昇温・エッチング工程は、ワークＷを昇温させるとともに、ワークＷに付着した水分等を除去する工程である。第１層形成工程は、昇温・エッチング工程の後に、成膜速度が比較的遅くなるように、電圧印加部７０、ガス供給装置８０を制御してワークＷに緻密な層を形成するための工程である。堆積工程は、第１層の上に、第１層の形成よりも早い成膜速度で膜を堆積させる工程である。例えば、昇温・エッチング工程では、アルゴンガスが供給される。第１層形成工程及び堆積工程では、キャリアガスとして、例えば、水素ガス及びアルゴンガスが供給され、原料ガスとして、窒素ガス及びピリジンガスが供給されて、処理対象物１０の処理対象部分１０Ａに薄膜が形成される。電圧印加工程が終了すると、ガスの供給と電圧の印加とが停止される。
次に、真空容器１００内の圧力が調整される復圧工程が行われる（ステップＳ４０）。本実施形態では、真空容器１００内の圧力を、開閉装置５０によって真空容器１００を開くことが可能な程度の圧力に戻すために、ガス供給装置８０によって真空容器１００内に窒素ガスが供給される。なお、真空容器１００内の圧力が調整されると、第１の型１１０が開閉装置５０によって＋Ｙ方向に移動され、搬送装置５５によって絶縁部材３０、マスキング部材２１、２２及び処理対象物１０が積載されたパレット１３０が、真空容器１００から搬出される。以上のようにしてプラズマ処理装置２００による一連のプラズマ処理が終了する。
プラズマ処理装置２００では、真空容器１００とワークＷとを電極として、真空容器１００とワークＷとの間に電圧を印加するので、真空容器１００内に別途電極を配置せずに、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内で、ワークＷの処理対象部分１０Ａを成膜又はエッチングすることができる。電極である第１周縁部１１１とワークＷとの距離は、第１周縁部１１１とワークＷとの間で火花放電やグロー放電といった異常放電の発生を抑制可能な距離に調整されることが好ましい。第１周縁部１１１とワークＷとの間で異常放電が発生すると、ワークＷに対する成膜やエッチングが正常に行われないためである。しかし、異常放電の発生を抑制可能な距離は、プラズマ処理時の圧力、電圧により異なる。また、プラズマ処理時に真空容器１００内が高温化することにより、真空容器１００やワークＷに歪みが生じる場合がある。そのため、異常放電の発生を抑制可能なように真空容器１００を設計することが困難な場合がある。同様の問題は、第２周縁部１２１とワークＷとの間でも生じ得る。
本実施形態のプラズマ処理装置２００によれば、第１周縁部１１１のうち、ワークＷと対向する部位は、絶縁層４１で覆われているので、ワークＷと真空容器１００との間に電圧を印加してワークＷにプラズマ処理を行いつつ、第１周縁部１１１とワークＷとの間で異常放電が発生することを抑制することができる。同様に、第２周縁部１２１のうち、ワークＷと対向する部位は、絶縁層４２で覆われているので、ワークＷと真空容器１００との間に電圧を印加してワークＷにプラズマ処理を行いつつ、第２周縁部１２１とワークＷとの間で異常放電が発生することを抑制することができる。
また、本実施形態のプラズマ処理装置２００によれば、第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４を備えるので、ワークＷの表側及び裏側をプラズマ処理しつつ、ワークＷと第１周縁部１１１及びワークＷと第２周縁部１２１との間で異常放電が発生することを抑制することができる。
また、本実施形態のプラズマ処理装置２００では、真空容器１００が閉じられた状態において、ワークＷと接触する絶縁部材３０は第１の型１１０の第１周縁部１１１と第２の型１２０の第２周縁部１２１との間に配置され、ワークＷと絶縁部材３０との接触点（接触箇所）Ｐ１と、第１周縁部１１１と、の距離Ａ１は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離Ｂ１よりも小さいため、ワークＷと第１周縁部１１１とで形成される空間に第１窪み部１１４や第２窪み部１２４からプラズマが侵入することが抑制される。そのため、接触点Ｐ１におけるプラズマの量が低減されるので、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所における異常放電の発生を抑制することができる。
同様に、ワークＷと絶縁部材３０との接触点（接触箇所）Ｐ２と、第２周縁部１２１と、の距離Ａ２は、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離Ｂ２よりも小さいため、ワークＷと第２周縁部１２１とで形成される空間に第２窪み部１２４や第１窪み部１１４からプラズマが侵入することが抑制される。そのため、接触点Ｐ２におけるプラズマの量が低減されるので、異常放電の発生を抑制することができる。
また、第１窪み部１１４と第１周縁部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２周縁部１２１との接続箇所Ｑ２から、絶縁部材３０までのＸ軸に沿った距離Ｃは０（ゼロ）よりも大きいため、第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４で形成されるプラズマが発生する空間と、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ１、Ｐ２とが離れている。そのため、接触点Ｐ１、Ｐ２におけるプラズマの量がより低減されるので、異常放電の発生をより抑制することができる。
また、プラズマ処理装置２００において、ワークＷの処理対象部分１０Ａは第１窪み部１１４内の空間及び第２窪み部１２４内の空間に向けられており、ワークＷの端部（マスキング部材２２の端部）とは、第１周縁部１１１と第２周縁部１２１との間に位置している。そのため、ワークＷ全体をプラズマが発生する空間内に収容する場合と比較して、プラズマ処理装置２００を小型化することができる。また、プラズマ処理装置２００では、プラズマ処理のために排気が行われる空間が小さいので、排気に要する時間を短くすることができ、ワークＷにプラズマ処理を行うために要する時間を短くすることができる。
・第２実施形態
図６は、第２実施形態におけるプラズマ処理装置２００ａの部分拡大断面図である。図６には、プラズマ処理装置２００ａにおいて、図１に示すＸ１に対応する箇所が示されている。第２実施形態のプラズマ処理装置２００ａが第１実施形態のプラズマ処理装置２００と異なる点は、絶縁層４１ａが、第１周縁部１１１のうちワークＷと対向する部位に加え、側部１１２の表面を覆う点である。また、絶縁層４２ａが、第２周縁部１２１のうちワークＷと対向する部位に加え、側部１２２の表面を覆う点である。絶縁層４１ａは、第１周縁部１１１及び側部１１２に対する絶縁物のコーティングによって形成されており、絶縁層４２ａは、第２周縁部１２１及び側部１２２に対する絶縁物のコーティングによって形成されている。プラズマ処理装置２００ａのその他の構成は、第１実施形態のプラズマ処理装置２００と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置２００ａによれば、第１実施形態の効果を奏するのに加え、第１周縁部１１１に次いでワークＷに近接する電極部分である側部１１２と、ワークＷと、の間で異常放電が発生することを抑制することができる。同様に、第２周縁部１２１に次いでワークＷに近接する電極部分である側部１２２と、ワークＷと、の間で異常放電が発生することを抑制することができる。
なお、図６に示すように、本実施形態では、絶縁層４１ａは、側部１１２の表面全体を覆っているが、絶縁層４１ａは、側部１１２の表面のうち一部を覆っていてもよい。この場合には、絶縁層４１ａは、少なくとも第１周縁部１１１との接続箇所、すなわち、角部を覆っていることが好ましい。絶縁層４１ａは、底部１１３に近い側（＋Ｙ方向側）を覆っていなくともよい。同様に、絶縁層４２ａは、側部１２２の表面のうち一部を覆っていてもよく、この場合には、絶縁層４２ａは、少なくとも第２周縁部１２１との接続箇所、すなわち、角部を覆っていることが好ましい。このようにすれば、角部で発生する異常放電を抑制することができる。絶縁層４２ａは、底部１２３に近い側（−Ｙ方向側）に配置されていなくともよい。このようにすれば、側部１１２、１２２とワークＷとの間の異常放電の発生を抑制しつつ、電極面積を確保することができる。側部１１２、１２２のうち、絶縁層４１ａ、４２ａで覆われる箇所は、プラズマ処理によるワークＷの異常放電痕の発生の有無と、絶縁層４１ａ、４２ａの配置箇所と、の関係を実験やシミュレーションにより求めることで決定されてもよい。
また、第１周縁部１１１を覆う絶縁層と、側部１１２を覆う絶縁層と、は異なる絶縁材料により構成されていてもよい。同様に、第２周縁部１２１を覆う絶縁層と、側部１２２を覆う絶縁層と、は異なる絶縁材料により構成されていてもよい。
・第３実施形態
以下、第３実施形態から第５実施形態では、プラズマ処理装置の他の構成について説明する。図７は、第３実施形態におけるプラズマ処理装置２００ｍを示す図である。本実施形態においても、第１実施形態と同様に第１周縁部１１１ｍ、第２周縁部１２１ｍのうち、ワークＷと対向する部位は、絶縁層４１、４２で覆われている。第３実施形態のプラズマ処理装置２００ｍが第１実施形態のプラズマ処理装置２００と異なる点は、第１の型１１０ｍの第１窪み部１１４ｍと第１周縁部１１１ｍとの接続箇所Ｑ１及び第２の型１２０ｍの第２窪み部１２４ｍと第２周縁部１２１ｍとの接続箇所Ｑ２から、ワークＷと絶縁部材３０との接触点Ｐ１、Ｐ２までの第１周縁部１１１ｍに沿った最短距離が、０（ゼロ）である点である。本実施形態では、真空容器１００ｍにおける接続箇所Ｑ２と接触点Ｐ２とは、同一のＹＺ平面に位置している。また、上述の第１実施形態と同様に、接触点Ｐ１と第１周縁部１１１ｍとの距離は、ワークＷと第１窪み部１１４ｍの底部１１３ｍとの距離よりも小さい。また、接触点Ｐ２と第２周縁部１２１ｍとの距離は、ワークＷと第２窪み部１２４ｍの底部１２３ｍとの距離よりも小さい。本実施形態のプラズマ処理装置２００ｍによっても、上述の第１実施形態と同様に、異常放電の発生を抑制することができる。
・第４実施形態
図８は、第４実施形態におけるプラズマ処理装置２００ｂを示す図である。本実施形態のプラズマ処理装置２００ｂは、第１実施形態のプラズマ処理装置２００とは異なり、ワークＷの片側のみにプラズマ処理を行う。真空容器１００ｂは、第２の型１２０を備えておらず、パレット１３０ｂ上に絶縁部材３０ｂが接触し、絶縁部材３０ｂ上に下側マスキング部材２２ｂが接触し、下側マスキング部材２２ｂ上に処理対象物１０の裏側の全面が接触し、処理対象物１０の表側の非処理対象部分１０Ｂ上に上側マスキング部材２１ｂが接触する。プラズマ処理装置２００ｂでは、絶縁性のシール部材６１が保持部材に相当する。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１周縁部１１１のうち、ワークＷと対向する部位は絶縁層４１ｂで覆われている。また、本実施形態においても、ワークＷと絶縁部材３０ｂとの接触箇所Ｐ１ｂと、第１周縁部１１１と、の距離は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離よりも小さい。第４実施形態におけるプラズマ処理装置２００ｂのその他の構成は第１実施形態と同様である。本実施形態のプラズマ処理装置２００ｂによっても、上述の第１実施形態と同様に、異常放電の発生を抑制することができる。
・第５実施形態
図９は、第５実施形態におけるプラズマ処理装置２００ｎを示す図である。プラズマ処理装置２００ｎは、パレット１３０、絶縁部材３０を備えておらず、ワークＷが搬送装置５５によって真空容器１００内に搬送される。本実施形態では、ワークＷは処理対象物１０ｎであり、上述の実施形態と異なりマスキング部材２１、２２を含んでいない。処理対象部分１０ｎＡは、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に配置され、非処理対象部分１０ｎＢは、第１周縁部１１１と第２周縁部１２１との間に配置される。プラズマ処理装置２００ｎでは、絶縁性のシール部材６１ｎ、６２ｎが、第１周縁部１１１と第２周縁部１２１との間でワークＷに接触し、ワークＷを第１周縁部１１１と第２周縁部１２１から離間しつつ絶縁して保持する。プラズマ処理装置２００ｎでは、シール部材６１ｎ、６２ｎが保持部材に相当する。シール部材６１ｎは、第１の型１１０の第１周縁部１１１及び処理対象物１０ｎの非処理対象部分１０ｎＢに接触している。シール部材６２ｎは、第２の型１２０の第２周縁部１２１及び非処理対象部分１０ｎＢに接触している。本実施形態においても、第１実施形態と同様に第１周縁部１１１のうち、ワークＷと対向する部位は、絶縁層４１ｎで覆われており、第２周縁部１２１のうち、ワークＷと対向する部位は、絶縁層４２ｎで覆われている。また、図９には、ワークＷとシール部材６１ｎとの接触点Ｐ１ｎと、ワークＷとシール部材６２ｎとの接触点Ｐ２ｎと、が示されている。本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、接触点Ｐ１ｎと第１周縁部１１１との距離は、ワークＷと第１窪み部１１４の底部１１３との距離よりも小さい。また、接触点Ｐ２ｎと第２周縁部１２１との距離は、ワークＷと第２窪み部１２４の底部１２３との距離よりも小さい。本実施形態のプラズマ処理装置２００ｎによっても、上述の第１実施形態と同様に異常放電の発生を抑制することができる。
・第６実施形態
上述の種々の実施形態における、絶縁層４１、４２、４１ａ、４２ａ、４１ｎ、４２ｎは、真空容器１００、１００ｂ、１００ｍから取り外し可能なように構成されていてもよい。例えば、凸部を有し、焼結された絶縁体を用意する。この絶縁体の凸部が嵌め込み可能なように、第１周縁部１１１、１１１ｍ、第２周縁部１２１、１２１ｍに凹部を設けてもよい。こうすることによって、ワークＷのうち、第１周縁部１１１、１１１ｍ、第２周縁部１２１、１２１ｍと対向する部位が、絶縁層で覆われるようにしてもよい。側部１１２、１２２についても、絶縁体の凸部が嵌め込み可能な凹部を設けてもよい。また、絶縁体と、第１周縁部１１１、１１１ｍ、第２周縁部１２１、１２１ｍと、に固定用の螺旋穴を設け、焼結された絶縁体と、第１周縁部１１１、１１１ｍ、第２周縁部１２１、１２１ｍとを、絶縁性の螺旋で固定するようにしてもよい。同様に、絶縁体と側部１１２、１２２とに固定用の螺旋穴を儲け、焼結された絶縁体と、側部１１２、１２２とを、絶縁性の螺旋で固定するようにしてもよい。
このようにすれば、プラズマ処理時に発生する異物等が絶縁層の表面に付着した場合であっても、真空容器１００、１００ｂ、１００ｍから絶縁層を取り外して交換・清掃することができる。そのため、絶縁層の表面に異物が堆積することによる異常放電の発生を抑制することができる。
なお、第２実施形態の絶縁層４１ａ、４２ａを、真空容器１００から取り外し可能なように構成する場合には、第１周縁部１１１を覆う絶縁層と、側部１１２を覆う絶縁層と、は一体に構成されていなくともよく、第１周縁部１１１を覆う絶縁層と、側部１１２を覆う絶縁層と、は分離可能であってもよい。同様に、第２周縁部１２１を覆う絶縁層と、側部１２２を覆う絶縁層と、は一体に構成されていなくともよく、第２周縁部１２１を覆う絶縁層と、側部１２２を覆う絶縁層と、は分離可能であってもよい。
・その他の実施形態
上述の第１実施形態から第４実施形態において、絶縁層４１、４１ｂは、第１周縁部１１１、１１１ｍのうち、ワークＷと対向する部位に形成されていればよく、絶縁部材３０、３０ｂに対向する部位に形成されていなくともよい。同様に、絶縁層４２は、第２周縁部１２１、１２１ｍのうち、ワークＷと対向する部位に形成されていればよく、絶縁部材３０やパレット１３０に対向する部位に形成されていなくともよい。このようにしても、ワークＷと真空容器１００、１００ｍとの間に電圧を印加してワークＷをプラズマ処理しつつ、ワークＷと第１周縁部１１１、１１１ｍとの間で異常放電が発生することを抑制することができる。また、ワークＷと第２周縁部１２１、１２１ｍとの間で異常放電が発生することを抑制することができる。
上述の実施形態では、真空容器１００、１００ｂ、１００ｍ、及びパレット１３０はアース電位であるが、真空容器１００、１００ｂ、１００ｍ、及びパレット１３０はアース電位でなくてもよい。電圧印加部７０は真空容器１００、１００ｂ、１００ｍ、とワークＷとの間に、ワークＷをプラズマ処理するための電圧を印加できればよく、原料ガスによっては、ワークＷと真空容器１００との間に正（プラス）の電圧を印加してもよい。
上述の実施形態において、処理対象物１０、１０ｎは、セパレータに限らず、燃料電池に用いられる集電板や、他の導電性部材であってもよい。プラズマ処理装置２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｍ、２００ｎは、炭素系薄膜以外の他の種類の薄膜をワークＷに成膜してもよく、例えば、金や、白金、タンタルなどの金属元素の薄膜を成膜してもよい。また、プラズマ処理装置２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｍ、２００ｎは、例えば、アルゴンガスや、塩素ガスを用いて、ワークＷにエッチングを行ってもよい。
上述の実施形態において、第１窪み部１１４、１１４ｍ、第２窪み部１２４、１２４ｍは、側部と、底部とが区分されていなくともよい。第１窪み部１１４、１１４ｍ、第２窪み部１２４、１２４ｍは、例えば、半球状であってもよい。この場合には、窪み部のうち、周縁部と接続する箇所及びその近傍が連続的に絶縁層で覆われていてもよい。
本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組合せを行うことが可能である。また、前述した実施形態及び各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
１０、１０ｎ…処理対象物
１０Ａ、１０ｎＡ…処理対象部分
１０Ｂ、１０ｎＢ…非処理対象部分
２１、２２、２１ｂ、２２ｂ…マスキング部材
３０、３０ｂ絶縁部材
３５…絶縁部材
４１、４２、４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４１ｎ、４２ｎ…絶縁層
５０…開閉装置
５５…搬送装置
６１、６１ｎ、６２、６２ｎ…シール部材
７０…電圧印加部
７１…導入部
８０…ガス供給装置
８１…供給口
９０…排気装置
９１…排気口
９５…制御部
１００、１００ｂ、１００ｍ…真空容器
１１０、１１０ｍ…第１の型
１１１、１１１ｍ…第１周縁部
１１２…側部
１１３、１１３ｍ…底部
１１４、１１４ｍ…第１窪み部
１２０、１２０ｍ…第２の型
１２１、１２１ｍ…第２周縁部
１２２…側部
１２３、１２３ｍ…底部
１２４、１２４ｍ…第２窪み部
１３０、１３０ｂ…パレット
１３０ｔ…縁部
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｍ、２００ｎ…プラズマ処理装置
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ…距離
Ｐ１、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｎ、Ｐ２、Ｐ２ｎ…接触点
Ｑ２…接続箇所
Ｗ…ワーク

Claims (4)

  1. 導電性を有する平板状のワークにプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
    前記ワークの少なくとも片側の処理対象部分が配置される窪み部と、前記窪み部の外側に前記窪み部から連続的に設けられた周縁部と、を有する導電性の真空容器と、
    前記周縁部に対して、前記ワークを離間しかつ絶縁して保持する保持部材と、
    前記ワークと前記真空容器との間に電圧を印加する電圧印加部と、
    前記周縁部のうち、前記ワークと対向する部位を覆う絶縁層と、を備える、
    プラズマ処理装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
    前記窪み部は、底部と、前記底部と前記周縁部とを接続する側部と、を備え、
    前記絶縁層は、さらに、前記側部を覆う、プラズマ処理装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
    前記絶縁層は、前記真空容器から取り外し可能である、プラズマ処理装置。
  4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
    前記窪み部は、前記ワークの表側と裏側とに対応して設けられた第１窪み部と第２窪み部と、を有する、プラズマ処理装置。
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