JP2019019384A - 処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の中央部と外周部とに温度差が生じて基板が変形する。【解決手段】処理装置は、真空容器であって、第１の型は第１平面部と第１平面部から窪みワークの処理対象部分が配置される第１窪み部を有し、第１平面部と第２の型との間にワークの外周部分の少なくとも一部が配置される真空容器と、第１窪み部に配置される電極と、電極に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、処理対象部分の温度を計測する第１放射温度計と、外周部分の温度を計測する第２放射温度計と、プラズマ処理を制御する制御部と、を備える。制御部は、プラズマ処理を行う際に、処理対象部分の温度と外周部分の温度との温度差が許容温度差に収まるように、高周波電力印加部の動作を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、ワークの一部にプラズマ処理を行う処理装置に関する。

基板にプラズマ処理を行う方法として、特許文献１には、上下に２分割される成膜容器によって基板を挟み、成膜容器内にプラズマを発生させて成膜を行う方法が記載されている。

特開２００９−９８０９４号公報

特許文献１記載の技術では、基板の外周部は成膜容器に挟まれているためプラズマ発生時にプラズマに曝されがたく、基板の中央部と外周部とに温度差が生じて基板が変形するおそれがあった。

本発明は、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）本発明の一形態によれば、ワークの一部にプラズマ処理を行う処理装置が提供される。この処理装置は、対向配置される第１の型及び第２の型を備える真空容器であって；前記第１の型は第１平面部と前記第１平面部から窪んだ第１窪み部であって、前記ワークの処理対象部分が配置される第１窪み部を有し、前記第１平面部と前記第２の型との間に、前記処理対象部分の外周に位置する前記ワークの外周部分の少なくとも一部が配置される、真空容器と；前記第１窪み部に配置され、高周波電力が印加される電極と；前記電極に高周波電力を印加する高周波電力印加部と；前記処理対象部分の温度を計測する第１放射温度計と；前記外周部分の温度を計測する第２放射温度計と；前記プラズマ処理を制御する制御部と；を備え；前記制御部は、前記プラズマ処理を行う際に、前記第１放射温度計により計測される前記処理対象部分の温度と、前記第２放射温度計により計測される前記外周部分の温度との温度差が、予め定められた前記処理対象部分の温度に対応する許容温度差に収まるように、前記高周波電力印加部の動作を制御する。
この形態の処理装置によれば、ワークの処理対象部分と、処理対象部分の外周部分と、の温度差が許容温度差に収まるようにすることができるので、ワークの変形を抑制することができる。

本発明は、上述した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プラズマ処理方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態における処理装置の構成を示す概略断面図。 処理装置の分解斜視図。 電極を＋Ｙ方向から見た図。 処理装置の部分拡大図。 処理装置によるプラズマ処理方法の一例について示す工程図。 第１放射温度計の計測対象部分と第２放射温度計の計測対象部分ｎの一例を示す説明図。 処理対象部分と外周部分との温度差により発生するワークの塑性変形について示す説明図。 高周波電力印加部の動作の制御の一例について示す工程図。 高周波電力印加部のフィードバック制御の有無による塑性変形量の測定結果の一例を比較して示す説明図。 第２実施形態における処理装置を示す図。 第３実施形態における処理装置を示す図。 第４実施形態における処理装置を示す図。 第５実施形態における処理装置を示す図。

・第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態における処理装置２００の構成を示す概略断面図である。図２は、処理装置２００の分解斜視図である。図１及び図２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。なお、直交とは、９０°±２０°の範囲を含んでいう。本実施形態では、鉛直方向はＹ方向であり、水平方向はＸ方向である。鉛直方向及び水平方向に垂直な方向はＺ方向である。このことは、以降の図においても同様である。

処理装置２００は、導電性を有するワーク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、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。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板状の金属である。

処理装置２００は、真空容器（チャンバー）１００と、電極４５、４６と、高周波電力印加部４０と、第１放射温度計４３と、第２放射温度計４４と、を備える。処理装置２００は、さらに、絶縁部材３０と、開閉装置５０と、搬送装置５５と、シール部材６１、６２と、バイアス電力印加部７０と、ガス供給装置８０と、排気装置９０と、制御部９５と、パレット１３０とを備える。なお、図２では、開閉装置５０と、搬送装置５５と、電極４５、４６と、バイアス電力印加部７０及びその電力導入部７１と、高周波電力印加部４０及びその電力導入部４１、４２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。

真空容器１００は、分割可能な容器である。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、金属製の容器であり、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）により形成される。真空容器１００は、対向配置される第１の型１１０と第２の型１２０とを備える。第１の型１１０は、第１平面部１１１と第１平面部１１１から窪んだ第１窪み部１１４とを備える。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。第１窪み部１１４は、側部１１２と底部１１３とを備える。本実施形態では、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所は、処理対象部分１０Ａ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２の型１２０は、第２平面部１２１と、第２平面部１２１から窪んだ１２４とを備える。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、側部１２２と底部１２３とを備える。第２平面部１２１は、第１の型１１０の第１平面部１１１に対応する部分に配置されている。本実施形態では、第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所は、処理対象部分１０Ａ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平面部１１１及び第２平面部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１の型１１０は、電極４５に高周波電力を印加するための電力導入部４１を備えており、第２の型１２０は、電極４６に高周波電力を印加するための電力導入部４２と、ワークＷにバイアス電力を印加するための電力導入部７１と、を備えている。第１の型１１０と電力導入部４１との間、第２の型１２０と電力導入部７１との間及び第２の型１２０と電力導入部４２との間は、それぞれ、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。

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及びマスキング部材２２は、第１平面部１１１と第２平面部の間に配置されている。マスキング部材２１、２２は、導電性の部材で形成されている。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。

ワークＷのうち、処理対象部分１０Ａの外周に位置する非処理対象部分１０Ｂと、マスキング部材２１、２２とを、以降、「ワークＷの外周部分」とも呼ぶ。本実施形態では、ワークＷの外周部分は、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に配置されている。なお、ワークＷの外周部分は、少なくとも一部が第１平面部１１１と第２の型１２０の間に配置されていればよい。例えば、マスキング部材２１、２２の一端部は、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に露出していてもよい。

絶縁部材３０は、第１の型１１０の第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置され、ワークＷと接触する。本実施形態では、絶縁部材３０は第１平面部１１１と第２平面部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。本実施形態では、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、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等のセラミックスで形成されている。

パレット１３０は、金属製の板状部材である。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の型１１０の第１平面部１１１と第２の型１２０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（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）等により構成される。

シール部材６１、６２は、第１の型１１０の第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置されている。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は、ワークＷを第１平面部１１１及び第２の型１２０から離間させる離間部材でもある。

第１放射温度計４３は、ワークＷの処理対象部分１０Ａの温度を計測する。本実施形態では、第１放射温度計４３は、処理対象部分１０Ａの上面側の計測対象部分Ｐｄの温度を非接触で計測するように、第１の型１１０の上部に設けられている。第２放射温度計４４は、ワークＷの外周部分の温度を計測する。本実施形態では、第２放射温度計４４は、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に配置された、非処理対象部分１０Ｂに対応する上側マスキング部材２１の部分の計測対象部分Ｐｎの温度を非接触で計測するように、第１の型１１０に設けられている。

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。

バイアス電力印加部７０は、ワークＷにバイアス電力を印加するための装置である。バイアス電力印加部７０は、真空容器１００内に供給された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、電力導入部７１と処理対象物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、バイアス電力印加部７０は、下側マスキング部材２２を通じて処理対象物１０にバイアス電圧を印加する。バイアス電力印加部７０は、例えば、電力導入部７１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。

図３は、電極４５を＋Ｙ方向から見た図である。以下、図１及び図３を用いて、電極４５、４６及び高周波電力印加部４０について説明する。電極４５は、第１の型１１０の底部１１３側に配置されている（図１）。電極４５は、第１電極４ａと、第２電極４ｂと、第３電極４ｃと、第４電極４ｄと、から構成されている（図３）。第１電極４ａと第２電極４ｂをあわせた大きさは、マスキング部材２１、２２の開口の大きさと略等しい。第１電極４ａ〜第４電極４ｄには、それぞれ、電力導入部４１が接続されている。本実施形態では、第２の型１２０の底部１２３側に配置された電極４６もまた、電極４５と同様に第１電極４ａ〜第４電極４ｄから構成され、電極４６の第１電極４ａ〜第４電極４ｄには、それぞれ、電力導入部４２が接続されている。本実施形態では、電極４５と第１の型１１０との距離及び電極４６と第２の型１２０との距離は、シースの距離よりも短い。

電極４５、４６には、高周波電力印加部４０によって高周波電力が印加される。高周波電力印加部４０は、電極４５、４６に、高周波電力を印加することにより、真空容器１００内に供給されたガスをプラズマ化するための電場を生成する。高周波電力印加部４０は、後述の制御部９５の制御により、電極４５、４６の第１電極４ａ、第２電極４ｂ、第３電極４ｃ、第４電極４ｄに印加する高周波電力の大きさを、それぞれ異ならせることが可能である。なお、電極４６は電極４５と同じ構造を有していなくともよく、電極４６は一つの電極から構成されていてもよい。

図１に戻り、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（Ｎ_２）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（Ｃ_５Ｈ_５Ｎ）ガスを供給する。エッチングが行われる際には、原料ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスが供給されてもよい。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、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、処理装置２００全体の動作を制御する。制御部９５は、ＣＰＵとメモリとを含む。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムを実行することによって、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、離間部材としてのシール部材６１、６２がパレット１３０に接触することによって、ワークＷと第１平面部１１１及び第２の型１２０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、バイアス電力印加部７０を制御してワークＷに電力を印加する。さらに、制御部９５は、後述するように、第１放射温度計４３、第２放射温度計４４から得られる温度に基づいて高周波電力印加部４０の動作を制御する。

図４は、処理装置２００の部分拡大図である。図４には、図１に破線で示したＸ部分が示されている。図４には、さらに、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所（接触箇所Ｐ１）と、ワークＷと絶縁部材３０とが接触する箇所（接触箇所Ｐ２）と、が示されている。接触箇所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平面部１１１に対向する箇所である。接触箇所Ｐ１は、処理装置２００の断面（図３）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平面部１１１に最も近い接触箇所である。接触箇所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平面部１２１に対向する箇所である。接触箇所Ｐ２は、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平面部１２１に最も近い接触箇所である。図４にはさらに、接触箇所Ｐ１と第１平面部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平面部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、接触箇所Ｐ２と第２平面部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平面部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。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平面部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平面部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。

本実施形態では、距離Ａ１及び距離Ａ２は、ワークＷと真空容器１００との間に電力を印加した場合に、ワークＷと真空容器１００（第１平面部１１１、第２平面部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以上であることが好ましい。

図４には、さらに、第１窪み部１１４と第１平面部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２平面部１２１との接続箇所Ｑ２から接触箇所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、接触箇所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、処理装置２００によるプラズマ処理方法の一例について示す工程図である。以下では、処理装置２００によりワークＷの一部に成膜を行う方法を例に挙げて説明する。処理装置２００による成膜では、まず、ワークＷが真空容器１００内に搬送されるワーク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、離間部材としてのシール部材６１、６２がパレット１３０に接触し、ワークＷと第１平面部１１１及び第２平面部１２１が離間される。こうすることによって、ワークＷと第１平面部１１１との間に隙間が形成され、ワークＷと第２平面部１２１との間に隙間が形成された状態で、ワークＷは真空容器１００の内部に密封される。また、接触箇所Ｐ１と第１平面部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。接触箇所Ｐ２と第２平面部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、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、電力印加工程が行われる（ステップＳ３０）。電力印加工程では、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、高周波電力印加部４０により電極４５、４６に高周波電力が印加され、バイアス電力印加部７０によりワークＷにバイアス電力が印加されて、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。

本実施形態では、電力印加工程は、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高周波電力印加部４０、バイアス電力印加部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。なお、電力印加工程における全ての工程において、高周波電力印加部４０とバイアス電力印加部７０とによる電力の印加が行われなくともよい。例えば、制御部９５は、昇温・エッチング工程と、第１層形成工程において、高周波電力印加部４０とバイアス電力印加部７０による電力の印加を行い、堆積工程において高周波電力印加部４０による電力の印加を行うようにしてもよい。

電力印加工程では、真空容器１００の第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内が高温化する。例えば、第１窪み部１１４内及び第２窪み部１２４内に配置される処理対象物１０の中央部分の温度は、６００℃に達する。電力印加工程が終了すると、ガスの供給と電力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。以上のようにして処理装置２００による一連のプラズマ処理が終了する。以下、プラズマ処理における高周波電力印加部４０の動作制御について説明する。

図６は、第１放射温度計４３の計測対象部分Ｐｄと第２放射温度計４４の計測対象部分Ｐｎの一例を示す説明図である。本実施形態では、第１放射温度計４３は、ワークＷ（処理対象物１０）の上面側の処理対象部分１０Ａの中央位置を処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄとし、その計測対象部分Ｐｄの温度を処理対象部分１０Ａの温度として計測する。また、第２放射温度計４４は、ワークＷの上面側の非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応する上側マスキング部材２１の位置を計測対象部分Ｐｎとし、その計測対象部分Ｐｎの温度をワークＷの外周部分の温度として計測する。

処理対象部分１０Ａの温度と処理対象部分１０Ａの外周部分の温度とを計測するのは、プラズマ処理時において、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と、第１窪み部１１４内及び第２窪み部内に位置する処理対象部分１０Ａの温度は、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に位置するワークＷの外周部分（非処理対象部分１０Ｂ）の温度よりも高くなって、温度差が発生するためである。

処理対象物１０の温度差に着目すると、本実施形態では、処理対象物１０の非処理対象部分１０Ｂは、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に配置され、かつ、マスキング部材２１、２２によって覆われている。非処理対象部分１０Ｂは、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に配置されてプラズマに曝され難いことに加え、マスキング部材２１、２２によって熱が奪われるので、処理対象部分１０Ａと非処理対象部分１０Ｂとで、温度差が発生するためである。この温度差によって、後述するようにワークＷ（処理対象物１０）に反りやうねり等の塑性変形が発生するためである。

また、処理対象部分１０Ａの中央位置を処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄとしているのは、処理対象部分１０Ａの中央位置が最も高温になる可能性が高いためである。非処理対象部分１０Ｂの長手方向（Ｘ方向）の外周端部の中央位置に対応する上側マスキング部材２１の位置を処理対象物１０の外周部分の計測対象部分Ｐｎとしているのは、非処理対象部分１０Ｂの長手方向）の外周端部の中央位置が最も低温になる可能性が高いためである。但し、計測対象部分は、これらの位置に限定されるものではない。なお、以下では、説明の便宜上、処理対象部分１０Ａの計測対象部分Ｐｄを単に「処理対象部分Ｐｄ」とも呼び、外周部分の計測対象部分Ｐｎを単に「外周部分Ｐｎ」とも呼ぶ。

図７は、処理対象部分Ｐｄと外周部分Ｐｎとの温度差により発生するワークＷ（処理対象物１０）の塑性変形について示す説明図である。図７は、横軸を処理対象部分Ｐｄの温度とし、縦軸を外周部分Ｐｎの温度として、塑性変形が発生する温度差（塑性変形発生温度差）Ｔｐｄを示している。この塑性変形発生温度差Ｔｐｄは、ワークＷ（処理対象物１０）の部材に応じて定まるものである。この塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも上側の領域（図のハッチングの領域）であれば、処理対象部分Ｐｄの温度に対する外周部分Ｐｎの温度の差が塑性変形発生温度差Ｔｐｄに比べて小さくなるので、塑性変形の発生は抑制される。これに対して、塑性変形発生温度差Ｔｐｄから下側の領域（図の無ハッチングの領域）の場合、処理対象部分Ｐｄの温度に対する外周部分Ｐｎの温度の差が塑性変形発生温度差Ｔｐｄに比べて大きくなるので、塑性変形の発生が増大される。

そこで、本実施形態では、以下で説明するように、高周波電力印加部４０の動作を制御して、塑性変形の発生を抑制する。

図８は、高周波電力印加部４０の動作の制御の一例について示す工程図である。制御部９５によって高周波電力印加部４０による高周波電力の印加動作の制御が開始されると、まず、処理対象部分Ｐｄの温度Ｔｄ及び外周部分Ｐｎの温度Ｔｎが計測される（ステップＳ３１０）。そして、塑性変形発生温度差Ｔｐｄを予め定められた処理対象部分１０Ａの温度に対応する許容温度差として、（Ｔｄ−Ｔｎ）＜Ｔｐｄとなるように、高周波電力の印加動作がフィードバック制御される（ステップＳ３２０）。具体的には、（Ｔｄ−Ｔｎ）≧Ｔｐｄの場合には、電極４５、４６のうち第４電極４ｄ、又は、第３電極４ｃ及び第４電極４ｄに印加する高周波電力の大きさを増加させる。（Ｔｄ−Ｔｎ）＜Ｔｐｄの場合には、電極４５、４６の各電極（第１電極４ａ〜第４電極４ｄ）に印加する現在の高周波電力の大きさを維持する。又は、（Ｔｄ−Ｔｎ）＜Ｔｐｄの場合には、電極４５、４６のうち第４電極４ｄ、又は、第３電極４ｃ及び第４電極４ｄに印加する高周波電力の大きさを減少させる。なお、処理対象部分Ｐｄの温度Ｔｄに対応する許容温度差としての塑性変形発生温度差Ｔｐｄは、予め制御部９５に記憶されており、計測された処理対象部分Ｐｄの温度Ｔｄに応じた許容温度差としての塑性変形発生温度差Ｔｐｄが、上述の判断に利用される。そして、ステップＳ３１０，Ｓ３２０の処理は、ステップＳ３０（図５）における処理が終了するまで、繰り返し実行される（ステップＳ３３０）。

図９は、高周波電力印加部４０のフィードバック制御（ＦＢ制御）の有無による塑性変形量の測定結果の一例を比較して示す説明図である。なお、この測定には、燃料電池のセパレータの基材として用いられる板状の金属部材の一例であるチタン材（厚さ０．５ｍｍ、幅は２００ｍｍ、長さは４００ｍｍ）を処理対象物１０として用いた。マスキング部材２１、２２は、処理対象物１０と特性をあわせるため、同じチタン材を用いた。

高周波電力印加部４０のフィードバック制御がなかった場合、処理対象部分Ｐｄの温度に対する外周部分Ｐｎの温度の温度差（図中、実線及び◆で示す）は、塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも下側の領域となり、反り量も許容値（１０ｍｍ）よりも大きい値となった。これに対して、高周波電力印加部４０のフィードバック制御があった場合、処理対象部分Ｐｄの温度に対する外周部分Ｐｎの温度の温度差（図中、実線及び■で示す）は、塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも上側の領域となり、反り量は許容値（１０ｍｍ）よりも小さい値となった。すなわち、処理対象部分Ｐｄの温度に対する外周部分Ｐｎの温度の温度差が塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも小さくなるように、高周波電力印加部４０の動作を制御することにより、許容値よりも低い反り量とすることができ、塑性変形量を抑制できることを確認した。

なお、上述の説明では、塑性変形発生温度差Ｔｐｄを許容温度差としてフィードバック制御する場合を例に説明した。しかしながら、高周波電力印加部４０の動作制御はこれに限定されるものではなく、処理対象部分Ｐｄの温度に対応する許容温度差を塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも小さくする、すなわち、許容温度差を、図９（図７）において実線で示した塑性変形発生温度差Ｔｐｄよりも上側となるようにしてもよい。このようにすれば、処理対象部分Ｐｄの温度と外周部分Ｐｎの温度の差が、より小さな温度差に収まるようにフィードバック制御することができるので、温度差により発生する変形をより抑制することができ、変形の許容値を低くすることができる。

また、本実施形態の処理装置２００によれば、真空容器１００が閉じた状態において、ワークＷ（マスキング部材２２）と接触する絶縁部材３０は第１の型１１０の第１平面部１１１と第２の型１２０との間に配置され、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所Ｐ１と、第１平面部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平面部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、接触箇所Ｐ１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。

同様に、ワークＷ（マスキング部材２２）と絶縁部材３０との接触箇所Ｐ２と、第２平面部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平面部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、接触箇所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平面部１１１との接続箇所Ｑ１及び第２窪み部１２４と第２平面部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との接触箇所Ｐ１、Ｐ２とが離れている。そのため、接触箇所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、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所Ｐ１と、第１平面部１１１と、の距離Ａ１は、ワークＷと第１平面部１１１との間に形成されるシースの距離よりも短いため、ワークＷと第１平面部１１１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。また、ワークＷと絶縁部材３０との接触箇所Ｐ２と、第２平面部１２１と、の距離Ａ２は、ワークＷと第２平面部１２１との間に形成されるシースの距離よりも短いため、ワークＷと第２平面部１２１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。そのため、接触箇所Ｐ１、Ｐ２におけるプラズマの量が効果的に低減されるので、異常放電の発生を効果的に抑制することができる。

距離Ａ１及び距離Ａ２は２．０ｍｍ以下であるため、ワークＷと第１平面部１１１とで形成される空間及びワークＷと第２平面部１２１とで形成される空間に、第１窪み部１１４及び第２窪み部１２４からプラズマが侵入することが一層抑制される。また、ワークＷと第１平面部１１１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。また、ワークＷと第２平面部１２１との間にプラズマを発生させないようにすることができる。そのため、接触箇所Ｐ１、Ｐ２におけるプラズマの量が一層低減されるので、異常放電の発生を一層抑制することができる。

また、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、絶縁部材３０と、処理対象部分１０Ａの外周部分とは、第１平面部１１１と第２平面部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、処理装置２００を小型化することができる。また、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に成膜又はエッチング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１０は、第２実施形態における処理装置２００ａを示す図である。処理装置２００ａを用いたプラズマ処理方法が第１実施形態の処理装置２００（図１）と異なる点は、電極４５と電極４６に印加される高周波電力が制御部９５ａによってそれぞれ独立にフィードバック制御される点である。そのため、処理装置２００ａでは、ワークＷの上面側の処理対象部分１０Ａの温度を計測する第１放射温度計４３及び外周部分の温度を計測する第２放射温度計４４に加えて、ワークＷの下面側の処理対象部分１０Ａの温度を計測する第１放射温度計４３ａ及び外周部分の温度を計測する第２放射温度計４４ａが、第２の型１２０に設けられている。制御部９５ａは、第１放射温度計４３、第２放射温度計４４の計測結果に基づいて、高周波電力印加部４０による電極４５の動作のフィードバック制御（図８）を行い、第１放射温度計４３ａ、第２放射温度計４４ａの計測結果に基づいて、高周波電力印加部４０による電極４６の動作のフィードバック制御（図８）を行う。また、処理装置２００ａでは、第１実施形態の処理装置２００と同様に、高周波電力印加部４０、開閉装置５０、搬送装置５５、バイアス電力印加部７０、ガス供給装置８０、及び、排気装置９０を備えるが、図示の便宜上省略されている。なお、第２実施形態の処理装置２００ａ及び処理装置２００ａを用いたプラズマ処理方法のその他の構成は、上述の第１実施形態と同様である。第２実施形態おいても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。

また、第２実施形態の処理装置２００ａによれば、ワークＷにより第１窪み部１１４内の空間と第２窪み部１２４内の空間とが分離され、高周波電力印加部４０は電極４５に印加する高周波電力の大きさと、電極４６に印加する高周波電力の大きさと、を異ならせることが可能であるため、処理対象部分１０Ａの上面側と下面側との成膜密度やエッチング密度、膜厚やエッチング量を異ならせることができる。例えば、処理対象物１０が燃料電池に用いられるセパレータであり、処理対象部分１０Ａの上面側に冷却水流路が形成されており、下面側に燃料ガスの流路が形成されている場合には、燃料電池の性能を高めるために、少なくとも下面側の成膜密度を高めることが好ましい。第２実施形態の処理装置２００ａによれば、電極４６に印加する電力を電極４５に印加する電力よりも大きくしつつ、フィードバック制御を行うことによって下面側のみ成膜密度を高めることができる。そのため、処理対象物１０の一方の面の成膜密度やエッチング密度を高める場合において、消費される電力を抑制することができる。電極４６に印加する電力を電極４５に印加する電力よりも大きくすることは、例えば、電極４６の第１電極４ａ〜第４電極４ｄに印加する高周波電力の大きさを、電極４５の第１電極４ａ〜第４電極４ｄに印加する高周波電力の大きさよりも大きくすることである。

・第３実施形態
図１１は、第３実施形態における処理装置２００ｂを示す図である。処理装置２００ｂは、第１実施形態の処理装置２００とは異なり、ワークＷ（処理対象物１０）の第１窪み部１１４側のみにプラズマ処理を行う。そのため、真空容器１００ｂでは、第２の型１２０ｂと処理対象物１０との間に空間がなく、第２の型１２０ｂには高周波電力印加用の電極４６が設けられておらず、第２の型１２０ｂ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の下側全面が接触する。また、処理装置２００ｂは、ワークＷを積載するパレット１３０を備えていない。また、本実施形態では、第１の型１１０ｂ側に電力導入部７１が備えられている。処理装置２００ｂでは、絶縁部材３０ｂが第１平面部１１１と第２の型１２０ｂとの間でワークＷに接触する。処理装置２００ｂでは、絶縁性のシール部材６１と絶縁部材３０ｂとが、ワークＷを第１平面部１１１部及び前記第２の型１２０ｂから離間させる離間部材に相当する。なお、本実施形態においても、上述の第１実施形態と同様に、高周波電力印加部４０、開閉装置５０、搬送装置５５、バイアス電力印加部７０、ガス供給装置８０、排気装置９０、及び、制御部９５を備えるが、図示の便宜上省略されている。このことは、以降の実施形態においても同様である。第３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平面部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３実施形態における処理装置２００ｂのその他の構成は第１実施形態と同様である。また、第３実施形態における処理装置２００ｂによるプラズマ処理方法は、制御部９５が電極４５にのみフィードバック制御を行う点を除き、第１実施形態と同様である。そのため、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、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１２は、第４実施形態における処理装置２００ｃを示す図である。処理装置２００ｃと上述の第１実施形態における処理装置２００（図１）とが異なる主な点は、パレット１３０を用いずワークＷが配置される点である。そのため、処理装置２００ｃでは、真空容器１００ｃにおいて、第２の型１２０ｃの第２平面部１２１ｃが絶縁部材３０ｃと接触しつつ、ワークＷと第２の型１２０ｃとを離間させている。また、絶縁性のシール部材６１が、第１平面部１１１と第２の型１２０とを離間させている。シール部材６１と絶縁部材３０ｃとは、離間部材に相当する。なお、上述の第１実施形態と同様に、第４実施形態においても、ワークＷと絶縁部材３０ｃとの接触箇所Ｐ１ｃと、第１平面部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、ワークＷと絶縁部材３０ｃとの接触箇所Ｐ２ｃと、第２平面部１２１ｃ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。第４実施形態における処理装置２００ｃのその他の構成は第１実施形態の処理装置２００と同様である。また、第４実施形態における処理装置２００ｃによるプラズマ処理方法は、第１実施形態と同様である。そのため、第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。なお、第４実施形態においても、第２実施形態と同様に、電極４５と電極４６に印加される高周波電力が制御部９５によってそれぞれ独立にフィードバック制御されてもよい。

・第５実施形態
図１３は、第５実施形態における処理装置２００ｎを示す図である。処理装置２００ｎでは、パレット１３０及び絶縁部材３０が用いられずに、ワークＷ（処理対象物１０ｎ）が搬送装置５５によって真空容器１００内に搬送される。処理装置２００ｎでは、絶縁性のシール部材６１ｎ、６２ｎが、第１平面部１１１と第２の型１２０との間でワークＷに接触する。処理装置２００ｎでは、シール部材６１ｎ、６２ｎがワークＷを第１平面部１１１部及び前記第２の型１２０から離間させる離間部材に相当する。シール部材６１ｎは、第１の型１１０の第１平面部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平面部１２１及び非処理対象部分１０ｎＢに接触している。第５実施形態では、第１放射温度計４３は、処理対象部分１０ｎＡの中央部分を計測し、第２放射温度計４４は、処理対象部分１０ｎＡの外周部分Ｐｎである、第１平面部１１１と第２平面部１２１との間に位置する非処理対象部分１０ｎＢの温度Ｔｎを計測する。また、図１３には、ワークＷとシール部材６１ｎとの接触箇所Ｐ１ｎと、ワークＷとシール部材６２ｎとの接触箇所Ｐ２ｎと、が示されている。第５実施形態においても、上述の第１実施形態と同様に、接触箇所Ｐ１ｎと第１平面部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、接触箇所Ｐ２ｎと第２平面部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。第５実施形態における処理装置２００ｎのその他の構成は第１実施形態の処理装置２００と同様である。また、第５実施形態における処理装置２００ｎによるプラズマ処理方法は、第１実施形態と同様である。そのため、第５実施形態においても、第１実施形態と同様に、塑性変形の発生を抑制することができる。また、異常放電の発生を抑制することができる。なお、第５実施形態においても、第２実施形態と同様に、電極４５と電極４６に印加される高周波電力が制御部９５によってそれぞれ独立にフィードバック制御されてもよい。また、第５実施形態において、ワークＷは、処理対象物１０ｎとマスキング部材２１、２２とにより構成されていてもよい。

本発明は、上述の実施形態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。

４ａ…第１電極
４ｂ…第２電極
４ｃ…第３電極
４ｄ…第４電極
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、２２ｂ…マスキング部材
３０、３０ｂ、３０ｃ…絶縁部材
３５…絶縁部材
４０…高周波電力印加部
４１、４２…電力導入部
４３、４３ａ…第１放射温度計
４４、４４ａ…第２放射温度計
４５、４６…電極
５０…開閉装置
５５…搬送装置
６１、６１ｎ、６２、６２ｎ…シール部材
７０…バイアス電力印加部
７１…電力導入部
８０…ガス供給装置
８１…供給口
９０…排気装置
９１…排気口
９５、９５ａ…制御部
１００、１００ｂ、１００ｃ…真空容器
１１０、１１０ｂ…第１の型
１１１…第１平面部
１１２…側部
１１３…底部
１１４…第１窪み部
１２０、１２０ｂ、１２０ｃ…第２の型
１２１、１２１ｃ…第２平面部
１２２…側部
１２３…底部
１２４…第２窪み部
１３０…パレット
１３０ｔ…縁部
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｎ…処理装置
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ…距離
Ｐ１、Ｐ１ｂ、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｎ、Ｐ２、Ｐ２ｃ、Ｐ２ｎ…接触箇所
Ｐｄ…処理対象部分の計測対象部分
Ｐｎ…外周部分の計測対象部分
Ｑ１、Ｑ２…接続箇所
Ｔｄ、Ｔｎ…温度
Ｔｐｄ…塑性変形発生温度差
Ｗ…ワーク

Claims (1)

1. ワークの一部にプラズマ処理を行う処理装置であって、
   対向配置される第１の型及び第２の型を備える真空容器であって、
   前記第１の型は第１平面部と前記第１平面部から窪んだ第１窪み部であって、前記ワークの処理対象部分が配置される第１窪み部を有し、前記第１平面部と前記第２の型との間に、前記処理対象部分の外周に位置する前記ワークの外周部分の少なくとも一部が配置される、真空容器と、
   前記第１窪み部に配置され、高周波電力が印加される電極と、
   前記電極に高周波電力を印加する高周波電力印加部と、
   前記処理対象部分の温度を計測する第１放射温度計と、
   前記外周部分の温度を計測する第２放射温度計と、
   前記プラズマ処理を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記プラズマ処理を行う際に、前記第１放射温度計により計測される前記処理対象部分の温度と、前記第２放射温度計により計測される前記外周部分の温度との温度差が、予め定められた前記処理対象部分の温度に対応する許容温度差に収まるように、前記高周波電力印加部の動作を制御する、処理装置。

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