(57)【要約】【課題】チャンバ内でプラズマ処理中に碍子が露出していても、当該碍子を介してマスキング治具とパレットとの間で異常放電が生じることがないプラズマ装置の治具を提供する。【解決手段】プラズマ装置の治具１は、ワークの一部をマスクするとともに、第１接続部材３１，４１を有するマスキング治具３，４と、第２接続部材５１、５２を有してワーク及びマスキング治具を支持するパレット５と、第１接続部材と第２接続部材との間に配置された碍子６，７とを備え、パレットは中央に開口部を有し、ワーク及びマスキング治具は、開口部の内側に配置され、第１接続部材と、第２接続部材と、碍子とによって、マスキング治具とパレットとが接続され、碍子は、第１接続部材と第２接続部材との対向領域に対応する広がりを有する本体部と、第１接続部材及び第２接続部材に対して先端がそれぞれ当接する凸部６２，７２とを有するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの一部をマスクするとともに、第１接続部材を有するマスキング治具と、
第２接続部材を有して前記ワーク及び前記マスキング治具を支持するパレットと、
前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に配置された碍子とを備え、
前記パレットは中央に開口部を有し、
前記ワーク及び前記マスキング治具は、前記開口部の内側に配置され、
前記第１接続部材と、前記第２接続部材と、前記碍子とによって、前記マスキング治具と前記パレットとが接続され、
前記碍子は、前記第１接続部材と前記第２接続部材との対向領域に対応する広がりを有する本体部と、前記第１接続部材及び前記第２接続部材に対して先端がそれぞれ当接する凸部とを有する
プラズマ装置の治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ装置の治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理対象物であるワークに対してプラズマ処理を行い、当該ワークの表面の一部に成膜又はエッチングをするプラズマ装置が開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９７８３７号公報
【特許文献２】特開２０１７−１９７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の発明は、ワーク端部の上下をマスキング治具で挟んで、チャンバ内でプラズマ処理を行うものである。このとき、ワーク及びマスキング治具は負極電位に属し、ワークとマスキング治具とを支持するパレット及びチャンバは接地電位に属するため、マスキング治具の外周に碍子を配置して、マスキング治具とパレットとを絶縁する必要がある。
【０００５】
しかしながら、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子が露出した状態にあると、碍子表面で蓄積された電荷がプラズマ中に放出されることにより、異常放電が生じるおそれがある。このため、碍子が露出するマスキング治具の外周部分においてプラズマを発生させることができず、プラズマ処理中にワーク内に熱ムラが生じてワークが反ってしまうことがあった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子が露出していても、当該碍子を介してマスキング治具とパレットとの間で異常放電が生じることがないプラズマ装置の治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るプラズマ装置の治具は、ワークの一部をマスクするとともに、第１接続部材を有するマスキング治具と、第２接続部材を有してワーク及びマスキング治具を支持するパレットと、第１接続部材と第２接続部材との間に配置された碍子とを備え、パレットは中央に開口部を有し、ワーク及びマスキング治具は、開口部の内側に配置され、第１接続部材と、第２接続部材と、碍子とによって、マスキング治具とパレットとが接続され、碍子は、第１接続部材と第２接続部材との対向領域に対応する広がりを有する本体部と、第１接続部材及び第２接続部材に対して先端がそれぞれ当接する凸部とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子が露出していても、当該碍子を介してマスキング治具とパレットとの間で異常放電が生じることがないプラズマ装置の治具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るプラズマ装置の治具１を示す斜視図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａ’に沿ったマスキング治具２、パレット５、碍子６，７の断面図である。
【図３】実施の形態に係る碍子６を示す斜視図である。
【図４】参考例であるプラズマ装置の治具１１の断面図である。
【図５】参考例であるプラズマ装置の治具１１の断面図である。
【図６】参考例であるプラズマ装置の治具１１の断面図である。
【図７】実施の形態に係るプラズマ装置の治具１を用いたときのプラズマ装置の放電レベルを示す図である。
【図８】変形例１に係るプラズマ装置の治具１０１の断面図である。
【図９】変形例２に係る碍子を示す斜視図である。
【図１０】変形例３に係る碍子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具について説明する。
本実施の形態に係るプラズマ装置は、燃料電池のセパレータとなるワークにカーボンコーティングを施すプラズマＣＶＤ装置である。
一般に、プラズマ装置は、真空チャンバ、真空ポンプ、電源、ガス供給装置などを備え、プログラムにより自動運転されるものであるが、装置全体の構成や動作については、特許文献１，２に詳細に記載されており、ここでは、図示及び説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１を示す斜視図である。
治具１は、マスキング治具２、パレット５、碍子（図示せず）などを備えている。
マスキング治具２は浮島治具とも呼ばれ、共に導電性の下マスキング治具３及び上マスキング治具４で構成される。マスキング治具２はプラズマ処理時には陰極となり、−３０００Ｖの電圧が印加される。なお、マスキング治具２は、下マスキング治具３又は上マスキング治具４の一方だけで構成されていても良い。
【００１２】
パレット５は金属製の板状部材で構成され、その中央に開口部を有し、開口部の内側において碍子を介してワーク（図示せず）及びマスキング治具２を支持する。また、パレット５はプラズマ処理時には陽極となり、アース（０Ｖ）に接続される。
なお、図１では、開口部周囲のパレット５上にシール部材８が示されている。シール部材８は、例えば、Ｏリングであって、パレット５を上下の真空チャンバで挟んだときに、パレット５と上下の真空チャンバとの間にそれぞれ配置されて、真空チャンバの気密性を保つものである。
【００１３】
図２は、図１の線Ａ−Ａ’に沿ったマスキング治具２、パレット５、碍子６，７の断面図である。
マスキング治具２は、上述したように、下マスキング治具３及び上マスキング治具４で構成される。また、下マスキング治具３及び上マスキング治具４はそれぞれ位置決めブロック（第１接続部材）３１、４１を有する。
【００１４】
マスキング治具２は、下マスキング治具３上にワーク（図示せず）を載置し、ワーク上に上マスキング治具４を載置して、下マスキング治具３及び上マスキング治具４でワークの端部を挟んで、ワークの端部をマスクする。
【００１５】
パレット５は、上述したように、碍子６，７を介してワーク及びマスキング治具２を支持する。このために、パレット５は位置決めブロック（第２接続部材）５１，５２を有する。位置決めブロック５１は、碍子６を介して位置決めブロック３１と接続され、下マスキング治具３の位置を決定する。位置決めブロック５２は、碍子７を介して位置決めブロック４１と接続され、上マスキング治具４の位置を決定する。
【００１６】
碍子６，７は、アルミナ又は二酸化ケイ素などのセラミックスで形成され、本体部６１，７１と凸部６２，７２とで構成される。碍子６，７の断面は略十字形状である。
碍子６，７の凸部６２，７２は、その先端において位置決めブロック５１，５２，３１，４１の凹部と当接又は嵌合する。
【００１７】
碍子６，７の本体部６１，７１は、位置決めブロック５１，５２と、位置決めブロック３１，４１とが対向する領域に対応する広がりを有する。すなわち、図２に示す構成を上方向から透視した（つまり、平面透視した）ときに、位置決めブロック５１と位置決めブロック３１とが重なる領域、及び、位置決めブロック５２と位置決めブロック４１とが重なる領域と同等の大きさか、当該領域からはみ出すような大きさを、本体部６１，７１は有している。
【００１８】
図３は、本実施の形態に係る碍子６を示す斜視図である。
碍子６は、広がりの大きな円盤状の本体部６１の上下面のそれぞれに、やはり円盤状の凸部６２を有している。なお、碍子７も碍子６と同様の形状を有しており、ここでは、図示及び説明を省略する。
【００１９】
本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１は、このような構成により、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子６，７が露出していても、碍子６，７を介してマスキング治具２とパレット５との間で異常放電が生じることがないという優れた効果を奏する。
このため、マスキング治具２の外周部分においてもプラズマを発生させることができ、ワーク内に熱ムラが生じてワークが反ってしまうようなことはない。
【００２０】
次に、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１が上記優れた効果を奏する理由について説明する。
一般に、マスキング治具とパレットとの間で碍子を介して異常放電が生じる理由として、沿面放電、三重点、火花放電の３つを挙げることができる。
【００２１】
沿面放電とは、マスキング治具から放出された電子が碍子表面を伝ってパレットまで到達し、マスキング治具とパレットとが短絡するものである。碍子は一定距離まではその表面で電流を流す特性がある。対策として、一般に、碍子そのものを長くし、また、碍子表面を波状などの複雑な形状にして、マスキング治具とパレットとの間の碍子表面に沿った沿面距離を長くし短絡を防いでいるが、これでは碍子が大きく、また、複雑になってしまう。
【００２２】
図４は、参考例であるプラズマ装置の治具１１の断面図である。治具１１は、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１の碍子７はそのままで、碍子６だけを円筒形の碍子１６に置き換えたものである。
プラズマ装置の治具１１を用いて、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１で沿面放電が生じない理由を説明する。
【００２３】
碍子１６にはその本体部に横方向の広がりがないので、碍子１６の沿面距離は、パレット５の位置決めブロック５１から下マスキング治具３の位置決めブロック３１までの直線距離に等しくなり、極めて短く、位置決めブロック５１と位置決めブロック３１との間で沿面放電が発生する可能性が大きい。
【００２４】
これに対して、碍子７では、本体部７１に横方向の広がりがあり、碍子７の沿面距離は、パレット５の位置決めブロック５２から上マスキング治具４の位置決めブロック４１までの直線距離に、碍子７の凸部７２外周端から本体部７１外周端までの長さの２倍の距離が加わり、長くなって、位置決めブロック５２と位置決めブロック４１との間で沿面放電が発生する可能性は小さくなる。
【００２５】
つまり、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１は、碍子６，７の本体部６１，７１が横広がりを有しているので、パレット５の位置決めブロック５１，５２から上下マスキング治具３，４の位置決めブロック３１，４１までの沿面距離が大きくなり、沿面放電が発生する可能性は小さい。
【００２６】
また、三重点とは、マスキング治具、碍子、プラズマの３つが接する点のことであり、三重点近傍の碍子表面に、マスキング治具（陰極）から放出された電子が蓄積されるが、三重点近傍で電子を蓄積しきれなくなったときに、当該電子がプラズマ空間に一気に放出されて異常放電が発生する。対策として、一般に、碍子を削り込んで、マスキング治具と碍子との間に狭い微細な隙間を作り、マスキング治具と碍子との接点にまでプラズマが届かないようにしているが、そのためには、碍子そのものをやはり大きくしなくてはならない。
【００２７】
図５は、やはり、参考例であるプラズマ装置の治具１１の断面図である。図５の治具１１は、図４のものと同じである。
プラズマ装置の治具１１を用いて、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１で三重点による異常放電が生じない理由を説明する。
【００２８】
碍子１６にはその本体部に横方向の広がりがないので、パレット５の位置決めブロック５１と、下マスキング治具３の位置決めブロック３１と、碍子１６とで形成される空間に、プラズマが容易に入り込み、三重点が形成された状態が長く続き、異常放電が発生する可能性が大きい。
【００２９】
なお、図５では、図及び説明を分りやすくするために、位置決めブロック５１と、位置決めブロック３１と、碍子１６とで形成される空間のうちの左側の部分にだけプラズマが入り込んでいる状態を示しているが、実際には、当該空間全てにプラズマが入り込み、また、他の空間においてもプラズマが発生している。
【００３０】
これに対して、碍子７では、本体部７１に横方向の広がりがあり、また、本体部７１の上下面に凸部７２があるので、上マスキング治具４の位置決めブロック４１と碍子７との間に、例えば、１．５μｍ以下の微細な隙間が形成される。仮にこの隙間にプラズマが入り込むことがあっても、上マスキング治具４と碍子７とが接するような奥にまでは到達することができずに、三重点が形成されることは妨げられる。
【００３１】
つまり、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１は、碍子６，７の本体部６１，７１が横広がりを有し、また、本体部７１の上下面に凸部７２があるので、マスキング治具３，４と碍子６，７との間に微細な隙間が形成され、プラズマがマスキング治具３，４と碍子６，７との接点まで届かず、三重点による異常放電が発生する可能性は小さい。
【００３２】
また、火花放電とは、マスキング治具とパレットとの間隔が小さいときに、マスキング治具から放出された電子が空間を伝ってパレットにまで到達して雷（アーク）となり、マスキング治具とパレットとが短絡するものである。対策として、一般に、マスキング治具とパレットとの間隔を大きくしているが、このためには、やはり碍子を大きくしなくてはならない。
【００３３】
図６は、参考例であるプラズマ装置の治具１１の断面図である。図６の治具１１は、図４，５のものと同じである。
プラズマ装置の治具１１を用いて、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１で火花放電が生じない理由を説明する。
【００３４】
碍子１６にはその本体部に横方向の広がりがないので、パレット５の位置決めブロック５１と、下マスキング治具３の位置決めブロック３１とが対面して、火花放電が発生する可能性が大きい。
なお、図６でも、説明を分りやすくするために、位置決めブロック５１と、位置決めブロック３１と、碍子１６とで形成される空間のうちの左側の部分にだけプラズマが発生している状態を示しているが、実際には、他の空間においてもプラズマが発生している。
【００３５】
これに対して、碍子７では、本体部７１に横方向の広がりがあり、その大きさは、上述したように、パレット５の位置決めブロック５２と上マスキング治具４の位置決めブロック４１とが重なる領域と同等か、当該領域からはみ出すものである。このため、位置決めブロック５２と位置決めブロック４１との間には、碍子７の本体部７１が存在し、位置決めブロック５２と位置決めブロック４１とが対面することはなく、火花放電が発生する可能性は小さい。
【００３６】
つまり、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１は、碍子６，７の本体部６１，７１が横広がりを有しているので、パレット５の位置決めブロック５１，５２と、上下マスキング治具３，４の位置決めブロック３１，４１との間に碍子６，７の本体部６１，７１が存在し、位置決めブロック５１，５２と、位置決めブロック３１，４１とが対面することがなく、火花放電が発生する可能性は小さい。
【００３７】
本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１は、このように、沿面放電、三重点、火花放電の３つを抑えて、マスキング治具３，４とパレット５との間で碍子を介して異常放電が生じることを防いでおり、結果として、更に、安定したプラズマ放電が得られるという優れた効果も奏する。
【００３８】
図７は、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１を用いたときのプラズマ装置の放電レベルを示す図である。横軸はチャンバ内圧力を示し、縦軸は印加電圧を示す。
従来の局所チャンバでの放電レベルと比べて、本実施の形態に係る放電レベルは、チャンバ内圧力、印加電圧を共に大きくすることができる。
このとき、チャンバ内圧力と加工時間とは反比例の関係があり、本実施の形態に係るプラズマ処理により、従来の半分の時間で加工ができるようになる。また、印加電圧は、プラズマ強度を上げることに貢献し、原料ガスの使用効率を１．２倍程度まで向上させることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１については、様々な変形、修正が可能である。
図８は、変形例１に係るプラズマ装置の治具１０１の断面図である。パレットの位置決めブロック１５１、碍子１０６、マスキング治具の位置決めブロック１２１の断面だけを抽出して示している。
変形例１に係る碍子１０６は本体部の上下面に凸部がない平板形状となっており、代わりに、位置決めブロック１５１、位置決めブロック１２１が上面又は下面に凸部を有して、それらの先端部が碍子１０６と当接している。
【００４０】
このような構成によっても、碍子１０６の沿面距離が大きくなり、マスキング治具と碍子１０６との間に微細な隙間ができ、また、パレットとマスキング治具とが対面することがないので、マスキング治具とパレットとの間での碍子を介する異常放電を抑えることができる。
なお、変形例１に係る碍子１０６では、その沿面距離が実施の形態に係る碍子６，７のものよりも若干小さくなるので、必要に応じて、碍子１０６の広がり（上下面の面積）を更に大きくしても良い。
【００４１】
図９は、変形例２に係る碍子を示す斜視図である。
マスキング治具とパレットとの間での碍子を介する異常放電を抑えることができるのであれば、碍子の本体部及び凸部は必ずしも円盤形状、円柱形状でなくても良く、例えば、図９に示すように、６角平板形状、４角平板形状、６角柱形状、４角柱形状などの多角平板形状、多角柱形状であっても良い。もちろん、本体部を円盤形状にし、凸部を６角柱形状にするなど、本体部と凸部とで異なる平板形状、柱形状などを用いても良い。
【００４２】
図１０は、変形例３に係る碍子を示す斜視図である。
碍子は、組み合わせたときに、本体部と凸部とを構成できるのであれば、必ずしも一部品で、すなわち、一体的に形成されていなくても良い。
【００４３】
以上、説明したように、本実施の形態に係るプラズマ装置の治具１は、ワークの一部をマスクするとともに、第１接続部材３１，４１を有するマスキング治具３，４と、第２接続部材５１、５２を有してワーク及びマスキング治具３，４を支持するパレット５と、第１接続部材３１，４１と第２接続部材５１、５２との間に配置された碍子６，７とを備え、パレット５は中央に開口部を有し、ワーク及びマスキング治具３，４は、開口部の内側に配置され、第１接続部材３１，４１と、第２接続部材５１、５２と、碍子６，７とによって、マスキング治具３，４とパレット５とが接続され、碍子６，７は、第１接続部材３１，４１と第２接続部材５１、５２との対向領域に対応する広がりを有する本体部と、第１接続部材３１，４１及び第２接続部材５１、５２に対して先端がそれぞれ当接する凸部６２，７２とを有するものである。
【００４４】
このような構成により、チャンバ内でプラズマ処理中に碍子６，７が露出していても、碍子６，７を介してマスキング治具３，４とパレット５との間で異常放電が生じることがない。
【符号の説明】
【００４５】
１，１１，１０１    プラズマ装置の治具
２    マスキング治具
３    下マスキング治具
３１，１３１    下マスキング治具の位置決めブロック（第１接続部材）
４    上マスキング治具
４１    上マスキング治具の位置決めブロック（第１接続部材）
５    パレット
５１、５２，１５１    パレットの位置決めブロック（第２接続部材）
６，７，１６，１０６    碍子
６１，７１    碍子の本体部
６２，７２    碍子の凸部
８    シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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