(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ成膜装置であって、
成膜対象である基板が配置される成膜室と、
前記成膜室において、前記基板を囲むように配置され、前記成膜室の壁面への汚れの付着を防止する複数の防着板と、
を備え、
前記複数の防着板は、前記基板の表面に対向して平行に配置される面を有し、プラズマを生成する電極として機能する複数の電極防着板を含み、
前記複数の電極防着板は、熱膨張したときに、互いに対向する端部の少なくとも一方が、対向する前記基板の表面に沿った方向に変位可能に配置されており、
前記成膜室には、前記複数の前記電極防着板のうちの隣り合う電極防着板のそれぞれの端部に接触して、前記隣り合う電極防着板のそれぞれを支持しつつ、前記隣り合う電極防着板同士の間の間隙を補完する支持部材が設置されている、プラズマ成膜装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ成膜装置であって、
前記電極防着板は、
前記基板の両面に対向して平行に配置される面を有する第１と第２の正面電極防着板と、
前記基板の側端面に対向して平行に配置される面を有し、前記第１と第２の正面電極防着板と隣合う、第１と第２の側面電極防着板と、
を含み、
前記第１と第２の正面電極防着板および前記第１と第２の側面電極防着板はそれぞれ、成膜処理中の熱膨張によって互いに干渉し合わないように離間して配置されている、プラズマ成膜装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ成膜装置であって、
前記第１と第２の正面電極防着板および前記第１と第２の側面電極防着板はそれぞれ、平板部材によって構成されている、プラズマ成膜装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、
前記支持部材は、前記第１と第２の正面電極防着板と前記第１と第２の側面電極防着板のそれぞれの間の間隙を補完する、プラズマ成膜装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ成膜装置であって、
前記成膜室にガスを供給し、前記ガスの流れによって、プラズマ中で生成された汚れの原因物質が前記成膜室内の所定の部位へ付着することを抑制する防着ガス供給部を備える、プラズマ成膜装置。
【請求項６】
請求項４に従属する請求項５に記載のプラズマ成膜装置であって、
前記防着ガス供給部は、前記支持部材に設けられた前記ガスを噴射するガスノズルを備え、前記ガスノズルの噴射圧力によって、前記支持部材に向かう前記汚れの原因物質の移動を抑制して、前記支持部材への汚れの付着を防止する、プラズマ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板の表面に成膜するプラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板などの基板の表面を金属薄膜によってコーティングすることができるプラズマ成膜装置が知られている（下記特許文献１等）。プラズマ成膜装置では、原料ガスをプラズマ化して生成した金属イオンを、成膜対象である基板に付着させて成膜する。通常、プラズマ成膜装置は、成膜室の壁面に、プラズマ中で生成される汚れの原因物質が付着することを防止するための防着板によって保護される。
【０００３】
ところで、プラズマ成膜装置には、その防着板に、プラズマ生成のための電極として機能させるものがある。しかし、プラズマ成膜装置では、成膜処理中に成膜室内が高温（例えば、３００〜４００℃程度）になるため、防着板を電極として機能させている場合には、その防着板の熱膨張による変形が、成膜状態に影響してしまう可能性がある。
【０００４】
また、プラズマ成膜装置では、防着板が熱膨張により変形して成膜室の壁面と接触してしまう場合がある。この場合には、その防着板が冷却されて、成膜室内の処理温度が低下してしまう原因となる。成膜室内の処理温度が低下すると、薄膜と基板との間の密着性が低下してしまう。
【０００５】
さらに、プラズマ成膜装置において、防着板に付着した汚れの除去が十分に行えてない場合には、その残存している汚れが成膜状態を劣化させる原因となることが知られている。以上のように、プラズマ成膜装置では、防着板の熱膨張や、汚れなどが、プラズマ成膜装置の成膜性能に大きく影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７７７９９号公報
【特許文献２】特開２０００−２２２７２４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８６５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、プラズマ成膜装置の成膜性能を向上させる技術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】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
プラズマ成膜装置であって、成膜対象である基板が配置される成膜室と、前記成膜室において、前記基板を囲むように配置され、前記成膜室の壁面への汚れの付着を防止する複数の防着板と、を備え、前記複数の防着板は、前記基板の表面に対向して平行に配置される面を有し、プラズマを生成する電極として機能する電極防着板を含み、前記電極防着板は、熱膨張したときに、互いに対向する端部の少なくとも一方が、対向する前記基板の表面に沿った方向に変位可能に配置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、防着板であり、プラズマ生成のための電極としても機能する電極防着板が熱膨張した場合であっても、その電極防着板の板面が歪むような変形が抑制される。従って、防着板の歪みによる成膜状態の劣化が抑制される。
【００１０】
［適用例２］
適用例１記載のプラズマ成膜装置であって、前記電極防着板は、前記基板の両面に対向して平行に配置される面を有する第１と第２の正面電極防着板と、前記基板の側端面に対向して平行に配置される面を有し、前記第１と第２の正面電極防着板と隣合う、第１と第２の側面電極防着板と、を含み、前記第１と第２の正面電極防着板および前記第１と第２の側面電極防着板はそれぞれ、成膜処理中の熱膨張によって互いに干渉し合わないように離間して配置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板を囲むように複数の電極防着板が配列されている場合であっても、その電極防着板同士が熱膨張によって干渉し合うことが抑制される。従って、各電極防着板の板面が歪むような変形が抑制され、防着板の歪みによる成膜状態の劣化が抑制される。
【００１１】
［適用例３］
適用例２記記載のプラズマ成膜装置であって、前記第１と第２の正面電極防着板および前記第１と第２の側面電極防着板はそれぞれ、平板部材によって構成されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、電極防着板における、熱膨張による歪みの発生をより効果的に抑制することができる。また、各電極防着板に付着した汚れの除去を、容易、かつ、確実に実行することができ、電極防着板に付着した汚れによる成膜状態の劣化を抑制することができる。
【００１２】
［適用例４］
適用例３記載のプラズマ成膜装置であって、さらに、前記成膜室には、前記隣り合う電極防着板のそれぞれの端部に接触して、前記隣り合う電極防着板のそれぞれを支持しつつ、前記隣り合う電極防着板同士の間の間隙を補完する支持部材が設置されている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、熱膨張による干渉を抑制するための各電極防着板同士の間の間隙を、各電極防着板の支持部材によって補完することができ、当該間隙から反応中間体などの汚れの原因物質が漏洩してしまうことを抑制できる。従って、成膜室の壁面への汚れの付着によるプラズマ成膜装置の性能劣化を抑制することができる。また、この支持部材であれば、各電極防着板を接触により支持しているのみであるため、各電極防着板の成膜室に対する着脱が容易となる。従って、電極防着板の洗浄・補修などのメンテナンスが容易となる。
【００１３】
［適用例５］
適用例１から適用例４のいずれか一つに記載のプラズマ成膜装置であって、前記成膜室にガスを供給し、前記ガスの流れによって、プラズマ中で生成された汚れの原因物質が前記成膜室内の所定の部位へ付着することを抑制する防着ガス供給部を備える、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、防着ガス供給部が供給するガスの流れによって、成膜室内の所定の部位への汚れの付着を抑制できる。従って、成膜室内の汚れによるプラズマ成膜装置の性能劣化が抑制される。
【００１４】
［適用例６］
適用例４を引用する適用例５に記載のプラズマ成膜装置であって、前記防着ガス供給部は、前記支持部材に設けられた、前記ガスを噴射するガスノズルを備え、前記ガスノズルの噴射圧力によって、前記支持部材に向かう前記汚れの原因物質の移動を抑制して、前記支持部材への汚れの付着を防止する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、支持部材によって、電極防着板に囲まれた領域外への汚れの原因物質の漏洩を抑制しつつ、防着ガス供給部から供給されるガスによって支持部材に汚れの原因物質が付着することを抑制できる。従って、汚れの付着によるプラズマ成膜装置の性能劣化が、より抑制される。
【００１５】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、プラズマ成膜装置、その装置に用いられる防着板、その防着板の配置方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プラズマ成膜装置の構成を示す概略図。
【図２】成膜室における外周防着板の配置構成を説明するための概略図。
【図３】成膜室における外周防着板の配置構成を説明するための概略図。
【図４】第１参考例としての外周防着板を説明するための概略図。
【図５】第２参考例としての外周防着板を説明するための概略図。
【図６】他の構成例としての外周防着板の構成を示す概略図。
【図７】他の構成例としての外周防着板の構成を示す概略図。
【図８】他の構成例としての外周防着板の構成を示す概略図。
【図９】第２実施例としてのプラズマ成膜装置の構成を示す概略図。
【図１０】第２実施例としてのプラズマ成膜装置の構成を示す概略図。
【図１１】基板の使用用途の一例としての燃料電池を説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としてのプラズマ成膜装置１００の構成を示す概略図である。なお、図１には、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。このプラズマ成膜装置１００は、いわゆるプラズマＣＶＤ法（plasma CVD； plasma-enhanced chemical vapor deposition）によって、成膜対象である基板１０の表面全体に炭素薄膜を形成する。基板１０に成膜される炭素薄膜の構造としては、アモルファス構造や、グラファイト構造であるものとしても良く、他の種類の構造で有るものとしても良い。
【００１８】
なお、本実施例では、基板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板である。燃料電池の詳細な構成については、実施例の後に説明する。
【００１９】
プラズマ成膜装置１００は、成膜室１１０と、原料ガス供給部１２０と、プラズマ発生用電源１３０と、排ガス処理部１６０と、を備える。成膜室１１０は、チャンバーとも呼ばれ、天井部１１２と、側壁部１１３と、床部１１４とによって囲まれた、基板１０を収容する密閉空間１１１を有する。基板１０は、天井部１１２に設けられたチャック部１５１によって把持され、その表面（板面および側端面）が成膜室１１０の内壁面と平行な状態で、密閉空間１１１内に垂下される。
【００２０】
なお、成膜室１１０の天井部１１２は、基板１０を成膜室１１０に収容・設置するために、側壁部１１３の上側端部から離間させることができるが、その詳細な説明は省略する。また、成膜室１１０の外側の壁面には、当該壁面を冷却するための冷媒の循環路が設けられるが、その図示および説明は省略する。
【００２１】
成膜室１１０の密閉空間１１１には、基板１０の全体を囲むように、上側防着板１４１と、下側防着板１４２と、外周防着板１４３とが、成膜室１１０の内壁面に沿って配置されている。防着板１４１〜１４３は、成膜処理の際にプラズマ中に生成される汚れの原因物質が、成膜室１１０の壁面へ付着することを防止する。なお、成膜室１１０内に堆積された汚れは、プラズマによって分解され、異常放電の発生原因となる可能性があり、プラズマ成膜装置１００の成膜性能の劣化の原因となる。
【００２２】
ここで、本実施例のプラズマ成膜装置１００では、防着板１４１〜１４３は、導電性を有する板状部材によって構成されており、成膜処理の際に、原料ガス（反応ガス）のプラズマを生成するため電極としても機能する。本明細書では、防着板１４１〜１４３によって囲まれた領域１４０を「プラズマ生成領域１４０」とも呼ぶ。各防着板１４１〜１４３は、成膜室１１０内において、以下のように配置されている。
【００２３】
上側防着板１４１は、平板状の部材によって構成されており、天井部１１２に設けられた支持部１５２によって保持され、基板１０の上側において、成膜室１１０の天井面と平行に配置される。なお、上側防着板１４１には、基板１０を把持するチャック部１５１の軸部や原料ガスの供給配管１２１を挿通するための貫通孔が設けられている。
【００２４】
ここで、上側防着板１４１は、外周防着板１４３の上側端部とは離間して配置されている。この上側防着板１４１と外周防着板１４３の上側端部との間の間隙は、後述する外周防着板１４３同士の間の間隙と同様に、各外周防着板１４３の上側端部が熱膨張によって、上方向に変位可能にするためのものである。
【００２５】
下側防着板１４２は、平板状の部材によって構成されており、床部１１４に設けられた支持部１５３によって保持され、基板１０の下側において、成膜室１１０の床面と平行に配置される。なお、下側防着板１４２には、外周防着板１４３の支持部材１４４，１４５が設けられている。また、下側防着板１４２には、排ガス配管１６１が接続される貫通孔が設けられている。
【００２６】
外周防着板１４３は、基板１０の平面（板面）に平行に配置される、２枚の正面防着板１４３ａと、基板１０の側端面と平行に配置される、２枚の側面防着板１４３ｂとを含む。各外周防着板１４３は、曲げ部を有していない平板状の部材によって構成されており、第１と第２の支持部材１４４，１４５に支持されて、下側防着板１４２の板面上に、着脱可能に立てられる。各外周防着板１４３の配置構成の詳細は後述する。
【００２７】
原料ガス供給部１２０は、原料ガスの貯蔵タンクを備えており、原料ガス供給配管１２１と、シャワー管１２２とを介して、プラズマ生成領域１４０内に原料ガスを供給する。本実施例では、原料ガスとして、ピリジン（ｐｙ；Ｃ5Ｈ5Ｎ）を供給する。
【００２８】
原料ガス供給配管１２１は、天井部１１２および上側防着板１４１を貫通して、プラズマ生成領域１４０内に配置されたシャワー管１２２に接続されている。シャワー管１２２は、基板１０の上方であって、外周防着板１４３の上側端部より下方の位置において、上側防着板１４１の板面に平行に配置されている。シャワー管１２２には、基板１０に向かって、原料ガスを噴射可能なように、複数のシャワー孔１２３が形成されている。
【００２９】
プラズマ発生用電源１３０は、基板１０と、各防着板１４１〜１４３と電気的に接続されており、プラズマ生成領域１４０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。本実施例のプラズマ成膜装置１００では、プラズマ発生用電源１３０は、基板１０側を負極とし、各防着板１４１〜１４３を陽極として電場を生成する。排ガス処理部１６０は、排ガスを吸引するためのポンプを備え、排ガス配管１６１を介して、成膜に用いられることのなかった原子を含む排ガスを、成膜室１１０の外部へと排出する。
【００３０】
プラズマ成膜装置１００では、その成膜処理の際には、成膜室１１０が真空化される。そして、プラズマ生成領域１４０内に、電場が生成されるとともに、原料ガスが供給され、成膜室１１０の室温が、高温（３５０〜４００℃程度）にされる。これによって、原料ガスがプラズマ化し、炭素原子の陽イオンが、陰極である基板１０の表面に付着し、炭素薄膜が形成される。なお、この成膜処理の際には、プラズマ中に生成されたカーボン中間体などの余剰物質が、防着板１４１〜１４３に汚れとして付着することになる。
【００３１】
図２，図３は、成膜室１１０における外周防着板１４３の配置構成を説明するための概略図である。図２は、成膜室１１０のプラズマ生成領域１４０を、上方から重力方向に沿って見たときの概略図である。図２には、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。なお、図２では、下側防着板１４２の図示は省略してある。
【００３２】
図３（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、外周防着板１４３が支持部材１４４，１４５によって支持されている状態を示す概略斜視図である。図３（Ａ），（Ｂ）には、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。また、図３（Ｂ）では、側面防着板１４３ｂに隣り合う正面防着板１４３ａの図示は便宜上省略してある。
【００３３】
上述したとおり、各外周防着板１４３は、下側防着板１４２に設けられた第１と第２の支持部材１４４，１４５によって支持された状態で、下側防着板１４２の板面上に立てられている。具体的には以下の通りである。
【００３４】
第１の支持部材１４４は、略Ｌ字型の断面形状を有する柱状部材であり、下側防着板１４２の板面上に立てられた状態の各外周防着板１４３と同程度の高さを有している（図３（Ａ））。第１の支持部材１４４は、内角側の面が隣り合う正面防着板１４３ａと側面防着板１４３ｂのそれぞれの端部に接触するように、プラズマ生成領域１４０の角部に沿って配置される。これによって、各外周防着板１４３が下側防着板１４２の外側へと倒れないように支持する。
【００３５】
第２の支持部材１４５は、プラズマ生成領域１４０内において、下側防着板１４２の板面から重力方向上側へと突出する突起部を構成する部材である（（図３（Ｂ））。第２の支持部材１４５は、各外周防着板１４３の下側端部の一部と係合して、当該端部が下側防着板１４２の内側へと移動してしまうことを抑制する。
【００３６】
ここで、正面防着板１４３ａはそれぞれ、基板１０の板面から距離ｄだけ離間した位置に配置されており、側面防着板１４３ｂはそれぞれ、基板１０の側端面から距離ｄだけ離間した位置に配置されている。このように、各外周防着板１４３は、基板１０に対して等間隔ｄを有して配置されているため、成膜の際には、基板１０の外周に、均一な電場を形成することができる。従って、基板１０に形成される薄膜の厚みが、より均一化される。
【００３７】
また、本実施例のプラズマ成膜装置１００では、各外周防着板１４３は、互いの隣り合う端部同士が離間した状態で配置されており（図２）、その上側端部も、上側防着板１４１から離間した状態である（図１）。そして、各外周防着板１４３は、第１と第２の支持部材１４４，１４５に接触して支持されているのみであり、可動できる状態で支持されている。従って、成膜処理の際に、成膜室１１０内が高温状態となり、各外周防着板１４３が熱膨張した場合には、各外周防着板１４３の端部の位置が変位する。即ち、各外周防着板１４３における熱膨張は、それらの間に設けられた間隙に吸収される。
【００３８】
さらに、本実施例の各外周防着板１４３は、それぞれが分離独立しており、第１と第２の支持部材１４４，１４５の間に差し込まれて設置されているのみであるため、成膜処理後の成膜室１１０からの脱着が容易である。また、各外周防着板１４３は、平板状の部材であるため、いわゆるショットブラストなどによって、付着したカーボン中間体などの汚れを容易に除去できる。
【００３９】
なお、本実施例では、第１の支持部材１４４が、各外周防着板１４３の間に配置されており、各外周防着板１４３同士の間の間隙を閉塞している（図２）。これによって、第１の支持部材１４４は、カーボン中間体などの汚れの原因物質が、外周防着板１４３同士の間隙から漏洩して、成膜室１１０の壁面に付着してしまうことを抑制する。また、本実施例の第１の支持部材１４４は、導電性部材によって構成されており、プラズマ発生のための電場の形成に寄与する。このように、本実施例の第１の支持部材１４４は、外周防着板１４３と同様に、防着板としても機能している。
【００４０】
図４は、第１参考例としての外周防着板３００を説明するための概略図である。図４（Ａ）は、外周防着板３００の構成を示す概略斜視図である。図４（Ｂ）は、成膜室１１０に設置された外周防着板３００を上方から重力方向に沿って見たときの概略図である。この第１参考例の外周防着板３００は、略直方体形状の筒状部材を構成している（図４（Ａ））。
【００４１】
第１参考例の外周防着板３００は、プラズマ成膜装置１００の成膜室１１０において、下側防着板１４２の板面上に配置され、その筒内の内部空間３０５に基板１０を収容する（図４（Ｂ））。具体的には、基板１０は、その板面が、第１参考例の外周防着板３００の第１と第２の面３０１，３０２と平行になり、その側端面が、第３と第４の面３０３，３０４と平行になるように収容される。なお、基板１０は、第１参考例の外周防着板３００の各面３０１〜３０４とそれぞれ等距離ｄだけ離間するように収容される。
【００４２】
図４（Ｃ）は、第１参考例の外周防着板３００の、成膜処理の際の熱膨張による変形を説明するための模式図である。図４（Ｃ）は、成膜室１１０の側壁部１１３の図示が追加されている点と、第１参考例の外周防着板３００の一部が変形している点以外は、図４（Ｂ）とほぼ同じである。
【００４３】
第１参考例の外周防着板３００は、筒状部材であるため、各面３０１〜３０４が連結されている。従って、成膜処理中の高温状態によって、第１参考例の外周防着板３００が熱膨張すると、各面３０１〜３０４は、その熱膨張量の差によって歪みを生じてしまう可能性がある。各面３０１〜３０４に歪みが生じると、各面３０１〜３０４と基板１０との間の距離も変化するため、基板１０との間に形成される電場が不均一となり、形成される薄膜の厚みが不均一となってしまう可能性がある。
【００４４】
また、図示したように、第１の面３０１や第２の面３０２が外側に湾曲して成膜室１１０の側壁部１１３と接触してしまうと、第１または第２の面３０１，３０２が、側壁部１１３によって冷却されていまい、処理温度が低下する原因となる。例えば、４０℃以下に冷却されている側壁部１１３に外周防着板３００の一部が接触すると、３５０℃の処理温度が、３００℃以下まで低下してしまう場合がある。このように処理温度が低下してしまうと、基板１０と薄膜との密着性が低下し、薄膜の耐久性が低下してしまう。
【００４５】
また、第１参考例の外周防着板３００は、成膜処理によって、その内壁面に汚れが付着する。ショットブラストでは、粒体（投射材）を洗浄対象に投射して衝突させることにより、汚れを除去するため、成膜処理後の汚れの除去が、平板状部材によって構成された本実施例の外周防着板１４３よりも困難となってしまう。
【００４６】
図５は、第２参考例としての外周防着板３１０を説明するための概略図である。図５（Ａ）は、外周防着板３１０の構成を示す概略斜視図である。図５（Ｂ）は、成膜室１１０に設置された外周防着板３１０を上方から重力方向に沿って見たときの概略図である。この第２参考例の外周防着板３１０は、第１と第２の防着板３１１，３１２を組み合わせることにより、基板１０を収容可能な略直方体の筒状部材を構成する（図５（Ａ））。
【００４７】
第２参考例の外周防着板３１０を構成する第１と第２の防着板３１１，３１２はそれぞれ、板状部材を曲げ加工することにより形成されており、正面部３１１ａ，３１２ａと、側面部３１１ｂ，３１２ｂと、係合部３１１ｃ，３１２ｃとを有する。以下では、第１の防着板３１１の各部３１１ａ〜３１１ｃについて説明するが、第２の防着板３１２の各部３１２ａ〜３１２ｃは、第１の防着板３１１の各部３１１ａ〜３１１ｃと同様な構成であるため、その説明は省略する。
【００４８】
第１の防着板３１１の正面部３１１ａは、成膜室１１０において、基板１０の板面と平行に対向する部位である。側面部３１１ｂと係合部３１１ｃとはそれぞれ、正面部３１１ａの互いに対向する両端から、ほぼ直角に曲げられて形成された部位である。
【００４９】
側面部３１１ｂは、成膜室１１０において、基板１０の側端面と平行に対向する。係合部３１１ｃは、成膜室１１０において、第２の防着板３１２の側面部３１２ｂの端部と係合する。基板１０は、この第２参考例の外周防着板３１０の内部空間３１３に、その板面が正面部３１１ａ，３１２ａと距離ｄだけ離れ、その側端面が側面部３１１ｂ，３１２ｂと距離ｄだけ離れるように配置される（図５（Ｂ））。
【００５０】
図５（Ｃ）は、第２参考例の外周防着板３１０の、成膜処理の際の熱膨張による変形を説明するための模式図である。図５（Ｃ）は、変形した第１参考例の外周防着板３００に換えて、変形した第２参考例の外周防着板３１０が図示されている点以外は、図４（Ｃ）とほぼ同じである。
【００５１】
第２参考例の外周防着板３１０の２つの防着板３１１，３１２は、成膜処理の際には、互いに拘束し合うように配置されている。そのため、第１参考例の外周防着板３００と同様に、熱膨張によって変形してしまう可能性がある。
【００５２】
また、第２参考例の外周防着板３１０は、２つの防着板３１１，３１２を組み合わせて構成されているため、成膜処理後には、それらを分離することにより、第１参考例の外周防着板３００よりも容易に、汚れの除去が可能である。しかし、２つの防着板３１１，３１２は角部を有しているため、当該角部に付着した汚れの除去が困難になってしまう可能性がある。
【００５３】
これら２つの参考例の外周防着板３００，３１０に対し、本実施例の外周防着板１４３であれば、前記したとおり、各防着板１４３ａ，１４３ｂが、それらの端部の位置が変位可能な状態で、離間されて配置されている（図２）。従って、各防着板１４３ａ，１４３ｂの面に沿った方向への熱膨張が阻害されず、板面が歪むような変形が抑制される。また、各防着板１４３ａ，１４３ｂは、成膜室１１０からの取り外しが容易であり、成膜処理において付着した汚れの除去作業も簡易かつ確実に行うことができる。
【００５４】
以上のように、本実施例のプラズマ成膜装置１００であれば、外周防着板１４３や支持部材１４４，１４５などの簡易な構成により、外周防着板１４３の熱膨張や、成膜室１１０への汚れの付着によるプラズマ成膜装置１００の成膜性能の劣化が抑制されている。
【００５５】
A1．第１実施例の他の構成例１：
図６は、第１実施例の他の構成例としての外周防着板１４３Ａの構成を示す概略図である。図６は、第１の支持部材１４４が省略されている点と、第２の支持部材１４５がプラズマ生成領域１４０の外側に追加されている点と、正面防着板１４３ａの端部が側面防着板１４３ｂより突出している点以外は、図２とほぼ同じである。
【００５６】
この構成例では、外周防着板１４３Ａの各防着板１４３ａ，１４３ｂが、下側防着板１４２（図示は省略）に設けられた一対の第２の支持部材１４５によって、下側端部が狭持されて、下側防着板１４２の板面上に、互いに離間した状態で立てられている。このような構成であっても、各防着板１４３ａ，１４３ｂは、それぞれの板面に沿った方向への熱膨張が抑制されないため、その板面が歪む変形が抑制される。また、各防着板１４３ａ，１４３ｂの成膜室１１０からの取り外しが容易であり、各防着板１４３ａ，１４３ｂが平板状であるため、成膜処理後の汚れの除去作業が容易かつ確実に行える。
【００５７】
なお、この構成例では、正面防着板１４３ａの端部を、側面防着板１４３ｂの外側の板面より、正面防着板１４３ａの板面に沿った方向に突出させることにより、各防着板１４３ａ，１４３ｂの間の間隙が狭隘に構成されている。これによって、汚れの原因物質が、プラズマ生成領域１４０から漏洩し、成膜室１１０の壁面に付着してしまうことが抑制される。
【００５８】
A2．第１実施例の他の構成例２：
図７は、第１実施例の他の構成例としての外周防着板１４３Ｂの構成を示す概略図である。図７は、第１と第２の支持部材１４４，１４５に換えて第３の支持部材１４６が設けられている点と、平板状の側面防着板１４３ｂに換えて、曲げ部を有する側面防着板１４３ｂＢが設けられている点以外は、図２とほぼ同じである。
【００５９】
この構成例では、各防着板１４３ａ，１４４ｂＢは、２つの第３の支持部材１４６によって支持される。第３の支持部材１４６は、下側防着板１４２（図示は省略）の板面上において対角に位置するように固定的に立てられた柱状の部材であり、その側面に、高さ方向に沿って形成された溝部１４６ｄを有している。第３の支持部材１４６のそれぞれは、側面に設けられた２つの溝部１４６ｄに、各防着板１４３ａ，１４４ｂＢの端部を勘合させることにより、各防着板１４３ａ，１４４ｂＢを支持する。
【００６０】
ここで、第３の支持部材１４６によって支持されていない方の正面防着板１４３ａの端部と側面防着板１４３ｂＢの端部とは互いに離間されている。これによって、各防着板１４３ａ，１４３ｂＢは、図示した矢印の方向への熱膨張が可能である。従って、成膜処理の際の高温状態によって、各防着板１４３ａ，１４３ｂＢの、基板１０と対向する板面が歪むことが抑制される。
【００６１】
また、この構成例では、側面防着板１４３ｂＢは、第３の支持部材１４６に支持されていない方の端部が、隣り合う正面防着板１４３ａの方へと直角に曲げられた曲げ部を有している。この曲げ部によって、正面防着板１４３ａと側面防着板１４３ｂＢとの間の間隙が狭隘化されており、汚れの原因物質がプラズマ生成領域１４０の外部へと漏洩することが抑制されている。
【００６２】
A3．第１実施例の他の構成例３：
図８は、第１実施例の他の構成例としての外周防着板１４３Ｃの構成を示す概略図である。この構成例の外周防着板１４３Ｃは、第１の外周防着板１４３１と、第２の外周防着板１４３２と、第３の外周防着板１４３３と、第４の外周防着板１４３４と、補助防着板１４３５とを含む。第１から第４の外周防着板１４３１〜１４３４と、補助防着板１４３５とはそれぞれ、成膜室１１０を上方から重力方向に沿って見たときに、基板１０の外周に沿って、基板１０を囲むように、互いに離間して配置される。具体的には、以下の通りである。
【００６３】
第１と第２の外周防着板１４３１，１４３２は、基板１０を挟んで互いに対向する位置に配置されており、それぞれが、基板１０の板面から距離ｄだけ離れた位置において、当該板面に平行に配置されている。第３と第４の外周防着板１４３３，１４３４は、基板１０を挟んで互いに対向して配置されており、それぞれが、基板１０の側端面から距離ｄだけ離れた位置において、当該側端面に平行に配置されている。
【００６４】
補助防着板１４３５は、第３の外周防着板１４３３より外側の位置であって、第３の外周防着板１４３３からわずかに離間した位置において、第３の外周防着板１４３３と平行に配置されている。補助防着板１４３５は、第１の外周防着板１４３１の端部と、第３の外周防着板１４３３の端部との間の間隙からの汚れの原因物質の漏洩を抑制する。
【００６５】
ここで、第１の外周防着板１４３１と、補助防着板１４３５とは、下側防着板１４２（図示は省略）の板面に垂直に立てられた柱状の第３の支持部材１４６によって支持されている。具体的には、第１の外周防着板１４３１と補助防着板１４３５とは、互いに隣り合う端部がそれぞれ、第３の支持部材１４６の側面に設けられた溝部１４６ｄに勘合されて固定的に支持される。また、第２の外周防着板１４３２と、第３の外周防着板１４３３についても、互いに隣り合う端部がそれぞれ、第３の支持部材１４６の溝部１４６ｄに勘合されて、固定的に支持される。
【００６６】
第４の外周防着板１４３４は、下側防着板１４２に設けられた一対の第２の支持部材１４５によって、下側の端部が狭持されて、下側防着板１４２の板面上に立てられている。なお、第４の外周防着板１４３４と隣り合う、第１と第２の外周防着板１４３１，１４３２の端部は、第４の外周防着板１４３４の方へと直角に折り曲げられて、第４の外周防着板１４３４の板面に沿って延伸している。これによって、第４の外周防着板１４３４と、第１と第２の外周防着板１４３１，１４３２との間の間隙から、汚れの原因物質が漏洩することが抑制される。
【００６７】
以上のように、この構成例の外周防着板１４３Ｃでは、各外周防着板１４３１〜１４３４はいずれも、下側防着板１４２の板面に沿った方向（矢印で図示）に変位可能な端部を有している。従って、各外周防着板１４３１〜１４３４はいずれも、その端部の変位によって、熱膨張による変形が吸収されるため、成膜処理の際に、板面が歪む変形が抑制される。
【００６８】
B．第２実施例：
図９，図１０は、本発明の第２実施例としてのプラズマ成膜装置１００Ａの構成を示す概略図である。図９は、防着ガス供給部１７０と、ガス配管１７１と、ガスノズル１７２とが追加されている点以外は、図１とほぼ同じである。図１０は、ガスノズル１７２が追加されている点以外は、図２とほぼ同じである。この第２実施例のプラズマ成膜装置１００Ａは、成膜処理の際に、プラズマ生成領域１４０に対して、第１の支持部材１４４に対する汚れの付着を抑制するための防着ガスを供給する。具体的には、以下の通りである。
【００６９】
防着ガス供給部１７０は、窒素ガス（Ｎ2）を貯蔵するガスタンクを備えており、ガス配管１７１を介して接続された複数のガスノズル１７２から、その窒素ガスを噴射することが可能である。複数のガスノズル１７２は、４つの第１の支持部材１４４のそれぞれに埋設されている。具体的には、複数のガスノズル１７２は、第１の支持部材１４４のそれぞれの高さ方向に一列に等間隔で、プラズマ生成領域１４０に向かって開口するように設けられている。
【００７０】
防着ガス供給部１７０は、原料ガス供給部１２０によるプラズマ生成領域１４０への原料ガスの供給が開始されると、プラズマ生成領域１４０に対して、防着ガスとしての窒素ガスの供給を開始する。この窒素ガスの供給圧力によって、プラズマ生成領域１４０内の汚れの原因物質が各外周防着板１４３ａ，１４３ｂ同士の間隙へと流入することが抑制され、第１の支持部材１４４への汚れの付着が抑制される。なお、プラズマ生成領域１４０に供給された窒素ガスは、原料ガスの分解反応を促進する反応補助ガスとして機能するため、基板１０に対する成膜が促進される。
【００７１】
C．参考：
図１１（Ａ），（Ｂ）は基板１０の使用用途の一例としての燃料電池２００を説明するための概略図である。図１１（Ａ）は、燃料電池２００の構成を示す概略図である。この燃料電池２００は、反応ガスとして水素（燃料ガス）と酸素（酸化ガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。なお、燃料電池２００は、固体高分子形燃料電池でなくとも良く、セパレータを備えた他の種類の燃料電池であるものとしても良い。
【００７２】
燃料電池２００は、膜電極接合体２１０と、セパレータ２２０とが交互に積層されたスタック構造を有する。膜電極接合体２１０は、電解質膜２１１の外側に２つの電極２１２，２１３が設けられた発電体である。電解質膜２１１は、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を示すイオン交換膜によって構成される。
【００７３】
各電極２１２，２１３はそれぞれ、電解質膜２１１の外表面に形成されたガス拡散性を有する電極であり、電気化学反応を促進するための触媒が担持されている。各電極２１２，２１３は、触媒担持カーボンによって構成することができる。触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）を用いることができる。
【００７４】
各電極２１２，２１３の外側の面には、ガス拡散層２１５が設けられている。ガス拡散層２１５は、反応ガスを拡散させて電極２１２，２１３の全体に行き渡らせるための層である。ガス拡散層２１５は、導電性およびガス透過性・ガス拡散性を有する多孔質の繊維基材（例えば、炭素繊維や黒鉛繊維など）や、いわゆるエキスパンドメタルなどの金属加工板によって構成することができる。なお、ガス拡散層２１５は省略されるものとしても良い。
【００７５】
膜電極接合体２１０の外周端には、当該外周端を被覆するようにシール部２３０が形成されている。シール部２３０は、反応ガスがシール部２３０に囲まれた領域から漏洩することを防止するとともに、膜電極接合体２１０を狭持するセパレータ２２０同士の間の短絡を防止する。なお、シール部２３０には、各膜電極接合体２１０に反応ガスを供給するためのマニホールドが形成されるが、その図示および説明は省略する。
【００７６】
セパレータ２２０は、それぞれが各電極２１２，２１３と対向するように配置される２枚のプレート２２１，２２２を備える。２つのプレート２２１，２２２の間には、反応ガスや冷媒のための流路を構成する流路形成層２２３が形成されている。各プレート２２１，２２２は、導電性を有するガス不透過の板状部材（例えば金属板）によって構成することができる。流路形成層２２３は樹脂フィルムと導電性部材とを組み合わせて構成されるものとしても良いし、金属材料を各プレート２２１，２２２の外表面に付着させて形成されるものとしても良い。
【００７７】
図１１（Ｂ）は、セパレータ２２０を構成する２つのプレート２２１，２２２の基材である基板１０の構成を示す概略図である。基板１０は、略長方形の形状を有しており、その２つの外周辺に沿った端部には、反応ガスや冷媒のためのマニホールドを構成する貫通孔であるマニホールド孔１１が形成されている。
【００７８】
ここで、セパレータ２２０は、反応ガスや冷媒のための流路が形成された流体流路として機能する。即ち、セパレータ２２０を構成する各プレート２２１，２２２は、燃料電池２００に供給される水素をはじめとする各流体や、燃料電池２００で生成される水分と、高温環境下（例えば８０℃程度）で直接的に接触する。そのため、セパレータ２２０の各プレート２２１，２２２は、耐腐食性が向上されることが好ましい。
【００７９】
また、セパレータ２２０の各プレート２２１，２２２は、膜電極接合体２１０における発電反応で生じた水分を発電領域から円滑に誘導するために、親水性が向上されていることが好ましい。さらに、セパレータ２２０は、膜電極接合体２１０で発電された電気の導電パスとしても機能するため、各プレート２２１，２２２は、その表面抵抗が低減されることが好ましい。
【００８０】
そこで、上記実施例で説明したプラズマ成膜装置１００，１００Ａによって、セパレータ２２０を構成するための基板１０の外表面を炭素薄膜によってコーティングすることにより、そうしたセパレータ２２０の耐腐食性や導電性を向上させることができる。特に、本実施例で説明したプラズマ成膜装置１００，１００Ａであれば、上述したように、厚みが均一化され、基板１０との密着性や耐久性が向上された薄膜を形成可能であるため、燃料電池２００の発電性能を向上させるための薄膜を形成することが可能である。
【００８１】
D．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８２】
D1．変形例１：
上記実施例のプラズマ成膜装置１００，１００Ａでは、基板１０に炭素薄膜を形成していた。しかし、プラズマ成膜装置１００，１００Ａは、炭素薄膜以外の他の種類の薄膜を、基板１０の外表面に成膜するものとしても良い。例えば、プラズマ成膜装置１００は、金や、白金、タンタルなどの金属元素の薄膜を成膜するものとしても良い。
【００８３】
D2．変形例２：
上記実施例のプラズマ成膜装置１００，１００Ａでは、全ての防着板１４１〜１４３が、プラズマ生成のための電極として機能していた。しかし、プラズマ成膜装置１００，１００Ａでは、全ての防着板１４１〜１４３が、電極として機能していなくとも良い。防着板１４１〜１４３は、少なくとも、基板１０の板面と対向するように配置された正面防着板１４３ａが、基板１０の対極をなす電極として機能していれば良い。
【００８４】
D3．変形例３：
上記第２実施例では、防着ガス供給部１７０は、防着ガスとして窒素ガスをプラズマ生成領域１４０に流入させていた。しかし、防着ガス供給部１７０は、防着ガスとして、窒素ガス以外のガスを、プラズマ生成領域１４０に流入させるものとしても良い。防着ガス供給部１７０は、例えば、アルゴンガス（Ａｒ）などの、原料ガスの分解反応に対して不活性なガスを流入させるものとしても良い。また、防着ガス供給部１７０は、防着ガスとして、原料ガスと同種のガスを供給するものとしても良い。
【００８５】
D4．変形例４：
上記第２実施例では、防着ガスを噴射するガスノズル１７２は、プラズマ生成領域１４０に向かって開口した状態で第１の支持部材１４４に埋設されていた。しかし、ガスノズル１７２は、第１の支持部材１４４に埋設されていなくとも良く、成膜室１１０内の他の部位に配置されているものとしても良い。ガスノズル１７２は、汚れの付着を防止したい所定の部位に応じた場所に適宜配置されていれば良い。
【００８６】
D5．変形例５：
上記実施例では、プラズマ成膜装置１００，１００Ａは、基板１０の表面全体に成膜していた。しかし、プラズマ成膜装置１００，１００Ａは、基板１０の表面全体に成膜しなくとも良く、例えば、基板１０の一方の板面のみに成膜するものとしても良い。この場合には、基板１０の成膜面に対向する板面を有する防着板が、基板１０の成膜面に沿った方向に端部の位置が変位できる熱膨張吸収部を有するように配置されていれば良い。
【００８７】
D6．変形例６：
上記実施例では、各外周防着板は、基板１０に対して等距離ｄだけ離間して、基板１０の各面に対して平行に配置されていた。しかし、各外周防着板は、基板１０に対して、等距離ｄで離間していなくとも良く、異なる距離で離間していても良い。また、各外周防着板は、基板１０の表面に対して、平行に配置されていなくとも良い。
【符号の説明】
【００８８】
１０…基板
１１…マニホールド孔
１００，１００Ａ…プラズマ成膜装置
１１０…成膜室
１１１…密閉空間
１１２…天井部
１１３…側壁部
１１４…床部
１２０…原料ガス供給部
１２１…原料ガス供給配管
１２２…シャワー管
１２３…シャワー孔
１３０…プラズマ発生用電源
１４０…プラズマ生成領域
１４１…上側防着板
１４２…下側防着板
１４３，１４３Ａ，１４３Ｂ，１４３Ｃ…外周防着板
１４３ａ…正面防着板
１４３ｂ，１４３ｂＢ…側面防着板
１４３１〜１４３４…第１から第４の外周防着板
１４３５…補助防着板
１４４…第１の支持部材
１４５…第２の支持部材
１４６…第３の支持部材
１４６ｄ…溝部
１５１…チャック部
１５２…支持部
１５３…支持部
１６０…排ガス処理部
１６１…排ガス配管
１７０…防着ガス供給部
１７１…ガス配管
１７２…ガスノズル
２００…燃料電池
２１０…膜電極接合体
２１１…電解質膜
２１２，２１３…電極
２１５…ガス拡散層
２２０…セパレータ
２２１，２２２…プレート
２２３…流路形成層
２３０…シール部
３００…外周防着板
３０１〜３０４…第１から第４の面
３０５…内部空間
３１０…外周防着板
３１１，３１２…第１と第２の防着板
３１１ａ，３１２ａ…正面部
３１１ｂ，３１２ｂ…側面部
３１１ｃ，３１２ｃ…係合部
３１３…内部空間
【図１】
0005692160.tif 000002
【図２】
0005692160.tif 000003
【図３】
0005692160.tif 000004
【図４】
0005692160.tif 000005
【図５】
0005692160.tif 000006
【図６】
0005692160.tif 000007
【図７】
0005692160.tif 000008
【図８】
0005692160.tif 000009
【図９】
0005692160.tif 000010
【図１０】
0005692160.tif 000011
【図１１】
0005692160.tif 000012