(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ成膜装置であって、
真空状態に保持され、基板に対する成膜処理が実行される成膜室と、
前記成膜室に隣接し、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出を行う搬送機構が設置され、少なくとも、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出が実行されるときには、真空状態に保持される真空予備室と、
を備え、
前記搬送機構は、
前記基板を保持する保持部と、
直線的な伸縮運動によって、前記保持部を、前記真空予備室と前記成膜室との間で移動させる支持腕部と、
を備え、
前記真空予備室は、前記成膜室の重力方向上側に設置されており、
前記保持部は、表面が前記重力方向に平行になる配置角度で、前記基板を保持し、
前記支持腕部は、重力方向に平行に伸縮運動することにより、前記基板を前記配置角度のまま、前記成膜室へ搬入する、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、
前記支持腕部には、前記基板が前記成膜室内に搬入されたときに、前記成膜室と前記真空予備室とを連結する搬送口を封止するキャップ部が設けられており、
前記成膜室では、前記保持部に保持されたままの前記基板に対して成膜処理が実行される、プラズマ成膜装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のプラズマ成膜装置であって、
前記基板には予め貫通孔が形成されており、
前記保持部は、前記貫通孔に係合する係合部を備え、前記係合部に前記基板を吊り下げて保持する、プラズマ成膜装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ成膜装置であって、
前記成膜室は、互いに並列に配置され、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備える、第１と第２の成膜室を含み、
前記真空予備室は、前記第１と第２の成膜室のそれぞれに隣接して、互いに並列に配置され、真空状態を作るための共通の真空ポンプを備える、第１と第２の真空予備室を含む、プラズマ成膜装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマ成膜装置であって、
前記第１と第２の成膜室では、交互に成膜処理が実行され、
前記第１の成膜室において成膜処理が実行されているときに、
前記第２の真空予備室の前記搬送機構は、前記第２の成膜室において成膜された処理済みの基板を前記第２の成膜室から搬出し、前記第２の真空予備室において、前記処理済みの基板と、成膜処理前の新しい基板とが取り替えられ、前記第２の真空予備室が真空化された後に、前記新しい基板を前記第２の成膜室へ搬入する、プラズマ成膜装置。
【請求項６】
請求項１記載のプラズマ成膜装置であって、
前記成膜室は、交互に成膜処理が実行される第１と第２の成膜室を含み、
前記搬送機構は、前記第１の成膜室において成膜処理が実行されているときに、前記第２の成膜室への前記基板の搬入を実行する、プラズマ成膜装置。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマ成膜装置であって、
前記真空予備室は、室外に、前記基板を収容可能な程度の容積を有する基板収容室を備え、
前記基板収容室は、外部から前記基板を収容するために開閉する入口部と、前記基板収容室から前記真空予備室へと前記基板を導入するために開閉する出口部と、を備え、
前記基板収容室は、
（ｉ）外部から前記基板が収容される際には、前記出口部を閉じるとともに、前記入口部を開き、
（ｉｉ）前記基板が前記基板収容室に収容されたときには、前記出口部を閉じたまま、前記入口部を閉じ、
（ｉｉｉ）前記基板を前記基板収容室から前記真空予備室に導入する際には、前記入口部を閉じたまま、前記出口部を開く、プラズマ成膜装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載のプラズマ成膜装置であって、
前記第１と第２の成膜室は、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備えている、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、プラズマ成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空状態に保持された成膜室において、原料ガスをプラズマ化することにより生成される金属イオンを、基板表面に吸着させて成膜す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、成膜室に成膜対象となる基板を設置する際にも、成膜室の真空状態を保持するために、成膜室の前段に真空予備室が設けられる。また、プラズマ成膜装置では、真空予備室と成膜室との間の基板の搬送を実行する搬送機構が設けられる。
【０００３】
ところで、プラズマ成膜装置では、複数の基板に対する成膜を、流れ工程によって連続的に実行することにより、全体の処理時間を短縮することが要求されている。しかし、上述したように、成膜室に対して基板を搬入・搬出する基板の搬送工程は、ロボットアームなどの複雑な機構を有する搬送機構によって、真空予備室を介して実行される。そのため、その基板の搬送工程が、プラズマ成膜装置における処理時間のボトルネックとなっていた。
【０００４】
また、プラズマ成膜装置は、真空予備室や搬送機構などの基板の搬送工程のための機構によって、装置構成が大型化してしまう場合があった。これまで、プラズマ成膜装置において、装置内における基板の搬送工程を効率的に実行して処理時間を短縮することや、基板の搬送のための機構をコンパクトに構成して、装置構成を小型化にすることについて十分な工夫がなされてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６４２１３号公報
【特許文献２】特開平１１−１０２９５１号公報
【特許文献３】特開２００９−０３２３１２号公報
【特許文献４】特開２００８−００４５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、プラズマ成膜装置において、基板の搬送工程を効率化し、基板の搬送工程のための機構を小型化す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】
【０００７】
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。本発明の一形態は、プラズマ成膜装置であって、真空状態に保持され、基板に対する成膜処理が実行される成膜室と、前記成膜室に隣接し、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出を行う搬送機構が設置され、少なくとも、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出が実行されるときには、真空状態に保持される真空予備室と、を備え、前記搬送機構は、前記基板を保持する保持部と、直線的な伸縮運動によって、前記保持部を、前記真空予備室と前記成膜室との間で移動させる支持腕部と、を備え、前記真空予備室は、前記成膜室の重力方向上側に設置されており、前記保持部は、表面が前記重力方向に平行になる配置角度で、前記基板を保持し、前記支持腕部は、重力方向に平行に伸縮運動することにより、前記基板を前記配置角度のまま、前記成膜室へ搬入する、プラズマ成膜装置として提供される。
【０００８】
［適用例１］
プラズマ成膜装置であって、真空状態に保持され、基板に対する成膜処理が実行される成膜室と、前記成膜室に隣接し、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出を行う搬送機構が設置され、少なくとも、前記成膜室に対する前記基板の搬入および搬出が実行されるときには、真空状態に保持される真空予備室と、を備え、前記搬送機構は、前記基板を保持する保持部と、直線的な伸縮運動によって、前記保持部を、前記真空予備室と前記成膜室との間で移動させる支持腕部と、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、搬送機構の有する支持腕部の直線的な伸縮運動によって、簡易かつ迅速に基板の搬送を実行することができる。また、搬送機構を簡易に構成できるため、装置構成を小型化することができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載のプラズマ成膜装置であって、前記支持腕部には、前記基板が前記成膜室内に搬入されたときに、前記成膜室と前記真空予備室とを連結する搬送口を封止するキャップ部が設けられており、前記成膜室では、前記保持部に保持されたままの前記基板に対して成膜処理が実行される、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板の搬入とともに成膜室の搬送口が気密に閉塞されるため、基板の搬送工程における搬送口の開閉を効率的に実行できる。
【００１０】
［適用例３］
適用例３記載のプラズマ成膜装置であって、前記真空予備室は、前記成膜室の重力方向上側に設置されており、前記保持部は、表面が前記重力方向に平行になる配置角度で、前記基板を保持し、前記支持腕部は、重力方向に平行に伸縮運動することにより、前記基板を前記配置角度のまま、前記成膜室へ搬入する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板が重力方向に沿った角度で配置されるため、成膜処理の際に、基板が重力の影響で撓んでしまったり、基板表面に成膜室の汚れが落下して付着してしまうことが抑制される。
【００１１】
［適用例４］
適用例３記載のプラズマ成膜装置であって、前記基板には予め貫通孔が形成されており、前記保持部は、前記貫通孔に係合する係合部を備え、前記係合部に前記基板を吊り下げて保持する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板の保持機構を簡易に構成することができる。また、基板の保持機構により、基板に外力が付与されて、基板が変形してしまうことを抑制できる。
【００１２】
［適用例５］
適用例２から４のいずれかに記載のプラズマ成膜装置であって、前記成膜室は、互いに並列に配置され、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備える、第１と第２の成膜室を含み、前記真空予備室は、前記第１と第２の成膜室のそれぞれに隣接して、互いに並列に配置され、真空状態を作るための共通の真空ポンプを備える、第１と第２の真空予備室を含む、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、複数の基板を連続的に成膜することができる。また、成膜処理のための構成部を成膜室同士で共有するため、装置構成の小型化が可能である。
【００１３】
［適用例６］
適用例５記載のプラズマ成膜装置であって、前記第１と第２の成膜室では、交互に成膜処理が実行され、前記第１の成膜室において成膜処理が実行されているときに、前記第２の真空予備室の前記搬送機構は、前記第２の成膜室において成膜された処理済みの基板を前記第２の成膜室から搬出し、前記第２の真空予備室において、前記処理済みの基板と、成膜処理前の新しい基板とが取り替えられ、前記第２の真空予備室が真空化された後に、前記新しい基板を前記第２の成膜室へ搬入する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、流れ工程により、複数の基板を連続的に成膜する場合に、基板の単位間数当たりの処理時間を短縮することが可能である。
【００１４】
［適用例７］
適用例１記載のプラズマ成膜装置であって、前記成膜室は、交互に成膜処理が実行される第１と第２の成膜室を含み、前記搬送機構は、前記第１の成膜室において成膜処理が実行されているときに、前記第２の成膜室への前記基板の搬入を実行する、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、第１と第２の成膜室が搬送機構を共有でき、装置の小型化が可能である。また、流れ工程により、複数の基板を連続的に成膜する場合に、基板の単位間数当たりの処理時間を短縮することが可能である。
【００１５】
［適用例８］
適用例７記載のプラズマ成膜装置であって、前記真空予備室は、室外に、前記基板を収容可能な程度の容積を有する基板収容室を備え、前記基板収容室は、外部から前記基板を収容するために開閉する入口部と、前記基板収容室から前記真空予備室へと前記基板を導入するために開閉する出口部と、を備え、前記基板収容室は、
（ｉ）外部から前記基板が収容される際には、前記出口部を閉じるとともに、前記入口部を開き、
（ｉｉ）前記基板が前記基板収容室に収容されたときには、前記出口部を閉じたまま、前記入口部を閉じ、
（ｉｉｉ）前記基板を前記基板収容室から前記真空予備室に導入する際には、前記入口部を閉じたまま、前記出口部を開く、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、基板を導入する際に真空予備室に侵入する外気の量を低減できる。従って、真空予備室や成膜室に余分な水分が侵入してしまうことを抑制でき、成膜環境を良好に保持できる。また、真空予備室の真空度の低下が抑制されるため、真空予備室の真空状態の保持のための消費エネルギーを低減することができる。
【００１６】
［適用例９］
適用例７または適用例８記載のプラズマ成膜装置であって、前記第１と第２の成膜室は、真空状態を保持するための共通の真空ポンプを備えている、プラズマ成膜装置。
このプラズマ成膜装置であれば、第１と第２の成膜室が真空ポンプを共有するため、装置構成を小型化することができる。
【００１７】
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、プラズマ成膜装置の制御方法および制御装置、プラズマ成膜装置における基板の搬送方法、それらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プラズマ成膜装置の構成を示す概略図。
【図２】成膜対象となる基板の構成を示す概略図。
【図３】真空予備室に設けられた第１の基板導入部の構成を示す概略図。
【図４】基板の真空予備室への導入工程を工程順に示す概略図。
【図５】基板の真空予備室への導入工程を工程順に示す概略図。
【図６】第１の成膜室の構成を示す概略図。
【図７】第１の成膜室への基板５の搬入工程を工程順に示す概略図。
【図８】第１と第２の成膜室における処理工程のタイムチャートを示す説明図。
【図９】第１実施例のプラズマ成膜装置の他の構成例を説明するための概略図。
【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】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１２】プラズマ成膜装置における成膜室への基板の搬送工程を工程順に示す概略図。
【図１３】プラズマ成膜装置における成膜室への基板の搬送工程を工程順に示す概略図。
【図１４】第３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１５】基板を重力方向に沿って吊り下げた状態で成膜処理を実行することによる効果を説明するための模式図。
【図１６】比較例としてのプラズマ成膜装置の構成を示す概略図。
【図１７】参考例としての燃料電池の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A．第１実施例：
A1．第１実施例の他の構成例：
B．第２実施例：
C．第３実施例
D．変形例：
E．比較例：
F．参考例：
【００２０】
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（後述）の表面全体に炭素薄膜を形成する。なお、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、他の種類の構造であるものとしても良い。
【００２１】
プラズマ成膜装置１００は、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂと、真空予備室２０と、を備える。第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂはそれぞれ、真空予備室２０の外周に配置され、真空予備室２０と、入口１１を介して連結されている。
【００２２】
第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂにはそれぞれ真空ポンプ１５が接続されており、室内が真空状態に保持されている。第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂでは、それぞれに独立に成膜処理が実行される。第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂにおける成膜処理のための詳細な構成については後述する。
【００２３】
真空予備室２０には、真空ポンプ２５が接続されている。真空予備室２０は、真空ポンプ２５によって、その室内が真空状態に保持される。また、真空予備室２０には、真空予備室２０の上方から成膜対象である基板を室内に導入するための第１と第２の基板導入部３０ａ，３０ｂが設けられている。図１では、第１と第２の基板導入部３０ａ，３０ｂが設けられている位置を二点鎖線で図示してある。
【００２４】
第１と第２の基板導入部３０ａ，３０ｂはそれぞれ、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂのそれぞれと、真空予備室２０の中心２１を挟んで対向する位置に配置されている。より具体的には、第１の基板導入部３０ａと第２の成膜室１０ｂとが、真空予備室２０の中心２１を挟んで対角する位置に配置され、第２の基板導入部３０ｂと第１の成膜室１０ａとが、真空予備室２０の中心２１を挟んで対角する位置に配置されている。第１と第２の基板導入部３０ａ，３０ｂの構成については後述する。
【００２５】
真空予備室２０の室内には、基板を搬送するための搬送機構４０が設置されている。搬送機構４０は、回転基台４１と、伸縮アーム部４２と、保持部４３と、を備える。回転基台４１は、真空予備室２０の中心２１に固定的に設置されている。回転基台４１は、伸縮アーム部４２の一端と連結されており、伸縮アーム部４２を略水平に保持する。
【００２６】
また、回転基台４１は、その内部に、モータなどの回転駆動部（図示は省略）を備え、真空予備室２０の中心２１を中心として、伸縮アーム部４２を水平面に沿って３６０°、回転移動させることが可能である。さらに、回転基台４１は、伸縮アーム部４２の高さ位置を、重力方向に沿った上下方向に調整することが可能である。
【００２７】
伸縮アーム部４２は、直線的に伸縮可能に構成された支持腕部である。伸縮アーム部４２は、例えば、ソレノイド機構などの電磁力を利用した機構や油圧による機構によって伸縮する。保持部４３は、伸縮アーム部４２の先端に設けられている。保持部４３はフォーク状に構成されており、成膜対象である基板を載置することが可能である。なお、保持部４３の基板を載置する面には、基板の位置ずれを抑制するための突起部４４が設けられている。
【００２８】
搬送機構４０は、伸縮アーム部４２の水平面に沿った回転移動と、伸縮アーム部４２による直線的な伸縮運動とによって、第１と第２の基板導入部３０ａ，３０ｂと、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂとの間における基板の受け渡し（搬送）を実行する。なお、第１と第２の基板導入部３０ａ，３０ｂにおける基板の受取工程および第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂにおける基板の搬入工程の詳細については後述する。
【００２９】
図２は、本実施例のプラズマ成膜装置１００において成膜対象となる基板５の構成を示す概略図である。基板５は、燃料電池のセパレータとして用いられる、導電性およびガス不透過性を有する板状部材（例えば金属板）である。基板５は、略長方形形状を有しており、その外周四辺に沿った所定の位置に複数の貫通孔６が配列されている。貫通孔６は、燃料電池を構成したときに、反応ガスなどの流体のマニホールドを構成する。なお、燃料電池の詳細な構成については、参考例として、実施例の後に説明する。
【００３０】
図３は、真空予備室２０に設けられた第１の基板導入部３０ａの構成を示す概略図であり、第１の基板導入部３０ａを水平面に沿って見たときの図である。図３には、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。なお、以下では、第１の基板導入部３０ａについて説明するが、第２の基板導入部３０ａの構成についても、第１の基板導入部３０ａと同様である。
【００３１】
第１の基板導入部３０ａは、真空予備室２０の上面２２に設けられた貫通孔２２ｔと、基板載置台３１と、昇降機構３２と、上蓋部３３と、によって構成される。真空予備室２０の上面２２に設けられた貫通孔２２ｔは、水平角度で配置された基板５を収容可能な程度の開口サイズと深さとを有している。
【００３２】
基板載置台３１は、基板５を水平に載置可能な台面を有しており、貫通孔２２ｔの下側に配置されている。また、基板載置台３１は、その下側から昇降機構３２によって、上下方向に移動可能なように支持されている。
【００３３】
なお、基板載置台３１の台面の外周端部は、基板載置台３１が最も高い位置まで上昇されたときに、貫通孔２２ｔの外周縁部と面接触して、貫通孔２２ｔの下側の開口部を密閉するように構成されている。また、基板載置台３１の内部には、その台面から突出して、台面に載置された基板５を持ち上げることができる複数のピン３１ｐが収容されている。
【００３４】
昇降機構３２は、支持軸３２ｓと、支持軸駆動部３２ｄとを備える。支持軸３２ｓは、基板載置台３１を支持するとともに、真空予備室２０の下側に設けられた支持軸駆動部３２ｄによって重力方向に沿って直線的に上下方向に移動する。昇降機構３２は、基板載置台３１を、真空予備室２０の上面から底面まで昇降移動させることができる。
【００３５】
上蓋部３３は、貫通孔２２ｔの上側の開口部を密閉可能に構成されている。上蓋部３３は、基板載置台３１への基板５の載置の際、および、基板載置台３１からの基板５の取り外しの際に、貫通孔２２ｔの開口部を開放する。
【００３６】
図４（Ａ），（Ｂ）および図５（Ａ），（Ｂ）は、基板５の真空予備室２０への導入工程を工程順に示す概略図である。図４（Ａ），（Ｂ）および図５（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、真空予備室２０に設けられた第１の基板導入部３０ａと、重力方向を示す矢印Ｇとを、図３と同様に図示してある。また、図４（Ｂ）および図５（Ａ），（Ｂ）には、搬送機構４０を図示してある。
【００３７】
基板５の真空予備室２０への導入工程は、まず、図３に示した状態から開始される。具体的には、基板載置台３１が、最も高い位置まで移動して、貫通孔２２ｔの下側の開口部を密閉し、上蓋部３３が、貫通孔２２ｔの上側の開口部を開放している状態である。なお、真空予備室２０の室内は真空状態に保持されている。
【００３８】
この状態のときに、基板５を、貫通孔２２ｔ内に収容するとともに基板載置台３１の台面に水平に載置し、上蓋部３３によって貫通孔２２ｔの上側の開口部を密閉する（図４（Ａ））。これによって、貫通孔２２ｔの内壁面と、基板載置台３１の台面と、上蓋部３３の底面とで囲まれた、基板５を収容する程度の容積を有する気密空間である収容室３５が形成される。
【００３９】
次の工程では、基板載置台３１を真空予備室２０の底面まで移動させる（図４（Ｂ））。このとき、基板５を収容していた収容室３５に基板５とともに収容されていた空気が、真空予備室２０内に入り込むことになるため、真空ポンプ２５を駆動させて、真空予備室２０の真空度の低下を抑制する。なお、収容室３５は、前記したとおり、基板５を収容できる程度の容積であるため、この工程において真空予備室２０に入り込む空気の量はごくわずかである。
【００４０】
また、この工程では、基板載置台３１の下降の際に、基板載置台３１の内部に収容されていた複数のピン３１ｐを基板載置台３１の台面から突出させる。これによって、基板５が台面から持ち上げられる。なお、この工程では、基板載置台３１の下降の最中に、搬送機構４０の伸縮アーム部４２を、第１の基板導入部３０ａの形成位置まで回転移動させておく。
【００４１】
次の工程では、搬送機構４０の伸縮アーム部４２を、基板５に向かって直線的に伸長させ、保持部４３を、基板載置台３１の台面と、基板５との間に入り込ませる（図５（Ａ））。そして、基板５を持ち上げていた複数のピン３１ｐを基板載置台３１の内部に戻すことにより、基板５を保持部４３の上に載置させる（図５（Ｂ））。
【００４２】
なお、このとき、保持部４３の突起部４４を、基板５の貫通孔６に嵌り込ませる。この保持部４３の突起部４４によって、この後の保持部４３の移動の際に、基板５の配置位置がずれて、保持部４３から脱落してしまうことが抑制される。
【００４３】
基板５が保持部４３に載置された後、伸縮アーム部４２は直線的に収縮する。そして、伸縮アーム部４２は回転基台４１を中心に回転して、基板５を第１の成膜室１０ａの手前まで移動させる。
【００４４】
このように、本実施例の第１の基板導入部３０ａであれば、貫通孔２２ｔと、基板載置台３１と、上蓋部３３とで構成されていた基板５の収容室３５（図４（Ａ））に存在していたわずかな空気の侵入のみで、基板５を真空予備室２０内に収容することができる。従って、真空予備室２０や第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂへの余分な水分の侵入が抑制され、基板５に対する成膜処理を良好に実行することができる。また、真空予備室２０を真空状態に保持するための真空ポンプ２５の駆動量を低減することができ効率的である。
【００４５】
図６（Ａ），（Ｂ）は、第１の成膜室１０ａの構成を示す概略図である。図６（Ａ）は、第１の成膜室１０ａと真空予備室２０の一部とを水平面に沿って見たときの図であり、図６（Ｂ）は、第１の成膜室１０ａと真空予備室２０の一部とを重力方向に沿って見たときの図である。
【００４６】
なお、図６（Ａ），（Ｂ）には、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。また、図６（Ａ），（Ｂ）には、第１の成膜室１０ａに設置された状態の基板５を一点鎖線で図示してあり、図６（Ｂ）には、第１の成膜室１０ａに基板５を設置する際に搬送機構４０の保持部４３が進入する位置を破線で図示してある。以下では、第１の成膜室１０ａについて説明するが、第２の成膜室１０ｂの構成も同様であるため、その図示および説明は省略する。
【００４７】
第１の成膜室１０ａの室内には、設置された基板５を囲むように防着板１３が配置されている。防着板１３は、成膜処理の際に、プラズマ中に生成される、カーボン中間体などの汚れの原因物質が、第１の成膜室１０ａの内壁面に付着することを防止する。また、後述するように、防着板１３は、原料ガスのプラズマを生成するための電極としても機能する。以後、本明細書では、防着板１３で囲まれた領域を「プラズマ生成領域」とも呼ぶ。なお、防着板１３には、プラズマ生成領域への基板５の導入を阻害しないように、第１の成膜室１０ａの入口１１と同程度のサイズの開口入口部１３ｅが設けられている。
【００４８】
第１の成膜室１０ａの底面には、基板５を水平に保持するための４本の保持軸１２が略垂直に立てられている。各保持軸１２は、第１の成膜室１０ａの底面に沿って配置されている防着板１３を貫通して、プラズマ生成領域に突出している。各保持軸１２は、その先端部が基板５の貫通孔６に嵌ることにより、基板５を保持する。
【００４９】
なお、各保持軸１２は、基板５の設置のために第１の成膜室１０ａの室内に進入した搬送機構４０の保持部４３と緩衝しない位置に設けられている（図６（Ｂ））。また、各保持軸１２は、防着板１３とは電気的に絶縁されている。
【００５０】
ここで、第１の成膜室１０ａは、さらに、成膜処理のための構成部として、プラズマ発生用電源５０と、原料ガス供給部６０と、排ガス処理部６５と、シリンダバルブ７０と、を備えている。プラズマ発生用電源５０は、保持軸１２を介して基板５と電気的に接続されるとともに、防着板１３と電気的に接続され、基板５と防着板１３との間に、原料ガスをプラズマ化するための電場を生成する。なお、本実施例では、プラズマ発生用電源５０は、基板５を負極とし、防着板１３を陽極として電圧を印加する。
【００５１】
原料ガス供給部６０は、原料ガスの貯蔵タンク（図示は省略）を備えており、配管６１を介して、第１の成膜室１０ａの室内に配置されたシャワー管６２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）が供給される。なお、シャワー管６２は、プラズマ生成領域において、基板５の両面に沿って原料ガスを噴射可能なように構成されている。
【００５２】
排ガス処理部６５は、排ガスを吸引するためのポンプ（図示は省略）を備え、配管６６を介して、プラズマ生成領域に接続されている。排ガス処理部６５は、成膜に用いられることのなかった原子を含む排ガスを、第１の成膜室１０ａの外部へと排出する。プラズマ生成領域における排ガスの吸引口は、原料ガスのシャワー管６２の開口方向に対向して配置されている防着板１３に設けられている。なお、排ガス処理部６５は、真空化処理のための真空ポンプ１５を利用して排ガスを吸引するものとしても良いし、排ガス吸引のための専用のポンプを備えるものとしても良い。
【００５３】
シリンダバルブ７０は、第１の成膜室１０ａの入口１１を封止する。シリンダバルブ７０は、駆動部本体である筒部が真空予備室２０の室外の上方に配置されており、シリンダ軸を第１の成膜室１０ａの入口１１に向かって斜め上方から伸縮させる。シリンダ軸の先端には、弁体７１が取り付けられており、第１の成膜室１０ａの入口１１の外周には、弁体７１を受け止める弁座７２が設けられている。
【００５４】
シリンダバルブ７０は、成膜処理前の基板５を第１の成膜室１０ａに搬入するとき、および、成膜処理後の基板５を第１の成膜室１０ａから搬出するときに、入口１１を開く。また、シリンダバルブ７０は、それら以外のときには、入口１１が閉じられた状態を保持する。このように、シリンダバルブ７０であれば、シリンダ軸の直線運動のみで、第１の成膜室１０ａの入口１１の開閉を実行できるため、入口１１の開閉動作の所要時間の短縮が可能である。
【００５５】
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の成膜室１０ａへの基板５の搬入工程を工程順に示す概略図である。図７（Ａ）〜（Ｃ）には、第１の成膜室１０ａと、真空予備室２０の一部と、重力方向を示す矢印Ｇとが図６と同様に図示してある。また、図７（Ａ），（Ｂ）には、搬送機構４０の一部が図示してある。
【００５６】
基板５の搬入工程では、まず、搬送機構３０が、伸縮アーム部４２を回転移動させて、第１の成膜室１０ａの入口１１の手前に基板５を搬送してきたときに、シリンダバルブ７０を駆動させて、第１の成膜室１０ａの入口１１を開く（図７（Ａ））。そして、伸縮アーム部４２を直線的に伸長させて、基板５が載置された保持部４３を、第１の成膜室１０ａ内のプラズマ生成領域に進入させる。
【００５７】
次に、伸縮アーム部４２を重力方向下側にわずかに移動させて、基板５を保持軸１２に係合させて保持させる（図７（Ｂ））。その後、伸縮アーム部４２を収縮させて、保持部４３を真空予備室２０まで戻す。なお、伸縮アーム部４２は、第２の成膜室１０ｂから成膜済みの基板５を搬出させるために、すぐに、第２の成膜室１０ｂの方へと回転移動させる。伸縮アーム部４２が第１の成膜室１０ａの入口の手前から移動した直後に、シリンダバルブ７０によって、第１の成膜室１０ａの入口１１を閉じ、第１の成膜室１０ａにおける成膜処理を開始する。
【００５８】
第１の成膜室１０ａ（図６）では、成膜処理は、以下のように実行される。プラズマ発生用電源５０によって、プラズマ生成領域に電場を生成する。原料ガス供給部６０によって、第１の成膜室１０ａへの原料ガスの供給を開始するとともに、排ガス処理部６５を駆動させて、排ガスの外部への誘導を開始する。第１の成膜室１０ａの室温が、３５０℃〜４００℃程度まで上昇すると、原料ガスのプラズマが生じ、プラズマ中の炭素原子の陽イオンが、陰極である基板５の表面に吸着され、炭素薄膜が形成される。
【００５９】
ところで、前記したとおり、成膜処理は高温な状態で実行されるため、基板５は、その耐熱性によっては、熱変形を生じてしまう可能性がある。しかし、本実施例のプラズマ成膜装置１００であれば、第１の成膜室１０ａにおいて、基板５は、保持軸１２の先端に載置されているのみであり、その外周端が開放されている。そのため、成膜処理中における基板５の、表面に沿った方向への熱膨張が阻害されて、基板５が変形してしまうことが抑制される。
【００６０】
成膜処理の実行後には、成膜処理後の基板５は、図７で説明したのと逆の手順で、第１の成膜室１０ａから搬出される。また、第１の成膜室１０ａから搬出された基板５は、搬送機構４０によって、第１の基板導入部３０ａに搬送され、図３〜図５で説明したのと逆の手順で、真空予備室２０から取り出される。
【００６１】
図８は、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂにおける処理工程のタイムチャートを示す説明図である。本実施例のプラズマ成膜装置１００では、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂにおける成膜処理は交互に実行される。そして、一方の成膜室において成膜処理が実行されている間に、他方の成膜室では基板５の搬入・搬出が実行される。
【００６２】
具体的には、第１の成膜室１０ａにおいて成膜処理が実行されている間に、搬送機構４０が第２の成膜室１０ｂからの成膜処理済みの基板５の搬出、および、第２の成膜室１０ｂへの成膜処理前の新しい基板５の搬入が実行される。また、第２の成膜室１０ｂにおいて成膜処理が実行されている間には、搬送機構４０が第１の成膜室１０ａからの成膜処理済みの基板５の搬出、および、第１の成膜室１０ａへの成膜処理前の新しい基板５の搬入が実行される。このように、本実施例のプラズマ成膜装置１００であれば、複数の基板５に対して、連続的かつ効率的に成膜処理を実行することが可能である。
【００６３】
以上のように、本実施例のプラズマ成膜装置１００では、搬送機構４０の伸縮アーム部４２の回転移動と、直線方向の伸縮運動と、によって、真空予備室２０と第１または第２の成膜室１０ａ，１０ｂとの間の基板５の搬送が実行される。即ち、基板５の搬送が、簡易な構成の搬送機構４０による無駄のない運動によって、迅速且つ効率的に実行される。また、搬送機構４０の運動がほぼ水平面に沿った運動であるため、真空予備室２０の高さを低減して小型化することが可能である。さらに、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂについても、基板５の厚みに応じた高さと、基板５の幅に応じた横幅とで構成でき、小型化が可能である。
【００６４】
A1．第１実施例の他の構成例：
図９は、第１実施例のプラズマ成膜装置１００の他の構成例を説明するための概略図である。なお、図９には、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂを便宜上、並列に図示してある。上記第１実施例では、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂのそれぞれが、真空ポンプ１５や、プラズマ発生用電源５０、原料ガス供給部６０、排ガス処理部６５を備えていた。しかし、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂは、これらの各構成部５０，６０，６５を共有するものとしても良い。
【００６５】
この構成例では、真空ポンプ１５は、切替バルブ１６を介して分岐した配管１７によって、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂのそれぞれに接続されている。なお、真空ポンプ１５は、真空化処理の処理対象を、切替バルブ１６によって切り替えることが可能であり、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂの真空化処理を交互に実行することができる。
【００６６】
また、プラズマ発生用電源５０は、切替スイッチ５１を介して、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂの保持軸１２および防着板１３に接続されている。原料ガス供給部６０は、切替バルブ６３を介して分岐した配管６１によって、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂに接続されている。排ガス処理部６５は、切替バルブ６７を介して分岐した配管６６によって、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂに接続されている。プラズマ発生用電源５０、原料ガス供給部６０、排ガス処理部６５は、切替スイッチ５１や、切替バルブ６３，６７の切替動作によって、成膜処理の実行タイミングに合わせて、それぞれの処理対象を切り替えることができる。
【００６７】
このように、この構成例のプラズマ成膜装置１００であれば、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂとの間で、成膜処理のための各構成部を共有しているため、装置の小型化が可能である。
【００６８】
B．第２実施例：
図１０，図１１は本発明の第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である。図１０には、第２実施例のプラズマ成膜装置３００を、重力方向に沿って見たときの正面図を図示してある。図１１には、第２実施例のプラズマ成膜装置３００の第１の成膜処理系３０１を水平面に沿って見たときの側面図を図示してある。また、図１０および図１１には、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。
【００６９】
このプラズマ成膜装置３００は、プラズマＣＶＤ法による成膜処理を交互に実行する第１と第２の成膜処理系３０１，３０２を備える。なお、プラズマ成膜装置３００の成膜対象である基板５は、第１実施例と同様に、燃料電池に用いられるセパレータ基材である。図１０では、基板５を一点鎖線で図示してある。以下では、第１の成膜処理系３０１の構成について説明するが、第２の成膜処理系３０２の構成も同様である。
【００７０】
第１の成膜処理系３０１は、搬送機構３１０と、真空予備室３２０と、成膜室３３０とを備える。搬送機構３１０と、真空予備室３２０と、成膜室３３０とは、この順で直列に（一直線上に）連結されている。なお、真空予備室３２０は、基板５を収容可能な程度の容積で構成されていれば良く、成膜室３３０は、プラズマ生成領域を形成可能な程度の容積を有するように構成されていれば良い。
【００７１】
搬送機構３１０は、シリンダ軸３１１と、シリンダ筒３１２と、摺動部３１５とを備える。シリンダ筒３１２は、真空予備室３２０に向かって延伸して、真空予備室３２０の壁面に連結されている。なお、シリンダ筒３１２の内部空間と、真空予備室３２０の内部空間とは連通されている。
【００７２】
シリンダ軸３１１は、シリンダ筒３１２の筒内において、往復摺動可能なように配置されている。なお、シリンダ軸３１１の一方の端部は、真空予備室３２０に突出している。また、シリンダ軸３１１の、他方（シリンダ筒３１２に収容されている方）の端部には、磁石３１１ｍが設けられている。
【００７３】
摺動部３１５は、シリンダ筒３１２の外周において往復摺動可能に嵌められた環状のスライダである。摺動部３１５の内周側には、電磁石３１６が設けられている。搬送機構３１０では、摺動部３１５の電磁石３１６と磁石３１１ｍとの間の磁力を利用して、摺動部３１５とともにシリンダ軸３１１を往復運動させる。
【００７４】
真空予備室３２０は、搬送機構３１０の反対側に、成膜室３３０の入口３３５と連結される連通口３２１が設けられている。連通口３２１には、ゲートバルブ３２２が設けられている。ゲートバルブ３２２は、重力方向に沿って往復移動するシャッター３２２ｓによって、連通口３２１を開閉する。ゲートバルブ３２２は、真空予備室３２０の内部空間が外気に曝される場合には、事前に連通口３２１を閉じて成膜室３３０の真空状態を保持する。
【００７５】
真空予備室３２０の水平面に沿った重力方向上側の面には、基板５を真空予備室３２０内に導入するための基板導入口３２３が設けられている。図１０では、基板導入口３２３の形成領域を破線で図示してある。基板導入口３２３は、可動式の外蓋部３２３ｃによって開閉される。なお、基板導入口３２３の外周には、外蓋部３２３ｃとの間のシール性を確保するためのシール部３２３ｓが配置されている。
【００７６】
真空予備室３２０の内部空間には、弁体３２４と、基板保持部３２５と、が収容されている。弁体３２４は、真空予備室３２０内に突出しているシリンダ軸３１１の端部に取り付けられている。弁体３２４は、シリンダ軸３１１の往復運動によって、真空予備室３２０内の、搬送機構３１０側の端部から成膜室３３０側の端部までの間を往復移動し、ゲートバルブ３２２が開いているときに、連通口３２１を密閉することができる。なお、弁体３２４の連通口３２１側の面には、気密性を確保するためのシール部３２４ｓが設けられている。
【００７７】
基板保持部３２５は、基板５を載置可能な枠（フレーム）状部材である。基板保持部３２５は、弁体３２４の連通口３２１側の面に接続・保持されており、弁体３２４が成膜室３３０側へと移動し、連通口３２１を閉塞するときには、成膜室３３０の内部空間に収容される。なお、基板保持部３２５には、基板５の貫通孔６に嵌り込む複数の突起部３２５ｐが設けられている。この突起部３２５ｐによって、基板保持部３２５の移動の際に、基板５の配置位置がずれてしまうことを抑制できる。
【００７８】
ここで、真空予備室３２０には、真空ポンプ３２６が接続されている。真空ポンプ３２６は、基板導入口３２３が閉じられているときに駆動し、真空予備室３２０を真空化する。なお、真空ポンプ３２６は、切替バルブ３２８を介して分岐した配管３２７によって第１と第２の成膜処理系３０１，３０２の両方の真空予備室３２０に接続されている。
【００７９】
成膜室３３０には、基板５の設置位置を囲むように防着板３３１が配置されて、プラズマ生成領域が形成されている。なお、防着板３３１には、プラズマ生成領域に基板５を導入するための開口部３３１ｅが、入口３３５と同程度の開口サイズで設けられている。また、成膜室３３０のプラズマ生成領域内には、基板５の両面に沿って原料ガスを流すことができるように構成されたシャワー管３５１が配置されている。
【００８０】
成膜室３３０は、さらに、真空ポンプ３３２と、プラズマ発生用電源３４０と、原料ガス供給部３５０と、排ガス処理部３６０とを備えている。真空ポンプ３３２は、切替バルブ３３４を介して分岐した配管３３３によって第１と第２の成膜処理系３０１，３０２の両方の真空予備室３２０に接続されており、各真空予備室３２０の真空状態を保持する。
【００８１】
プラズマ発生用電源３４０は、切替スイッチ３４１を介して、第１と第２の成膜処理系３０１，３０２の両方の成膜室３３０にプラズマ生成のための電力を供給可能に接続されている。具体的には、プラズマ発生用電源３４０は、各成膜室３３０の防着板３３１を陽極として、各成膜室３３０に収容された基板５を陰極として電力を供給する。
【００８２】
なお、プラズマ発生用電源３４０は、基板保持部３２５と電気的に接続されているものとしても良い。あるいは、プラズマ発生用電源３４０は、図示せざる端子によって、基板保持部３２５が成膜室３３０に収容されたときに、基板保持部３２５および基板５と電気的に接続されるものとしても良い。
【００８３】
原料ガス供給部３５０は、切替バルブ３５３を介して分岐した配管３５２によって、第１と第２の成膜処理系３０１，３０２の成膜室３３０のそれぞれに配置されたシャワー管３５１に接続されている。排ガス処理部３６０は、切替バルブ３６２を介して分岐した配管３６１によって第１と第２の成膜処理系３０１，３０２の成膜室３３０におけるプラズマ生成領域に接続されている。
【００８４】
このように、第２実施例のプラズマ成膜装置３００では、真空ポンプ３２６，３３２や、プラズマ発生用電源３４０、原料ガス供給部３５０、排ガス処理部３６０を、２つの成膜処理系３０１，３０２で共有しているため、装置の小型化が可能である。
【００８５】
図１２（Ａ），（Ｂ），図１３（Ａ），（Ｂ）は、プラズマ成膜装置３００における成膜室３３０への基板５の搬送工程を工程順に示す概略図である。図１２（Ａ），（Ｂ），図１３（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、図１１と同様な第１の成膜処理系３０１の側面図を図示してある。なお、以下では、第１の成膜処理系３０１における基板５の搬送工程について説明するが、第２の成膜処理系３０２における基板５の搬送工程も同様である。
【００８６】
まず、外蓋部３２３ｃを基板導入口３２３から移動させて真空予備室３２０の室内が外気に曝された状態とし、基板５を、基板導入口３２３から真空予備室３２０に導入し、基板保持部３２５の上に配置する（図１２（Ａ））。なお、このときには、ゲートバルブ３２２を閉じた状態にして、成膜室３３０の真空状態を保持しておく。
【００８７】
次に、外蓋部３２３ｃによって基板導入口３２３を閉塞させるとともに、真空ポンプ３２６を駆動させて、真空予備室３２０を真空状態にする（図１２（Ｂ））。そして、ゲートバルブ３２２を開き、シリンダ軸３１１を伸長させて、成膜室３３０のプラズマ生成領域内に内基板５を直線的に移動させる（図１３（Ｃ））。なお、基板５がプラズマ生成領域の所定の設置位置に到達すると、シリンダ軸３１１に取り付けられた弁体３２４によって、成膜室３３０は密閉される。
【００８８】
この状態で、基板５に対して成膜処理が実行される。成膜処理の詳細については、第１実施例と同様であるため省略する。なお、第２実施例のプラズマ成膜装置３００においても、基板５は、その外周端が開放された状態で、基板保持部３２５に載置されている。そのため、基板５の表面に沿った方向への熱膨張が阻害されず、基板５の変形が抑制される。
【００８９】
成膜処理が完了した後には、シリンダ軸３１１を短縮（後退）させて、成膜室３３０から成膜済みの基板５を搬出し、ゲートバルブ３２２を閉じる（図１３（Ｄ））。その後、真空予備室３２０にガスを導入して、その真空状態を解除し、外蓋部３２３ｃを基板導入口３２３から移動させ、基板５を真空予備室３２０から取り出す。
【００９０】
なお、第２実施例のプラズマ成膜装置３００では、第１実施例のプラズマ成膜装置１００と同様な手順（図８）で、第１と第２の成膜処理系３０１，３０２が交互に成膜処理を実行する。従って、複数の基板５に対して、連続的かつ効率的に成膜処理を実行することが可能である。
【００９１】
以上のように、第２実施例のプラズマ成膜装置３００であれば、搬送機構３１０のシリンダ軸３１１による直線的な往復運動によって、成膜室３３０に対する基板５の搬送が無駄なく迅速に実行される。また、第２実施例のプラズマ成膜装置３００では、真空予備室３２０が、基板５を収容可能な程度の容積しか有していないため、基板５を成膜室３３０に搬入する前に実行される真空化処理の所要時間を短縮できる。さらに、基板５を成膜室３３０に収容するとともに弁体３２４によって成膜室３３０が密閉されるため、成膜室３３０の開閉処理の所要時間が短縮される。また、第２実施例のプラズマ成膜装置３００であれば、真空予備室３２０も成膜室３３０も最小限度の容積で構成することができるため、装置構成を小型化することができる。
【００９２】
C．第３実施例：
図１４は本発明の第３実施例としてのプラズマ成膜装置３００Ａの構成を示す概略図である。図１４に図示された第１と第２の成膜処理系３０１，３０２は、基板保持部３２５に換えて基板保持部３２５Ａが設けられている点と、配置方向が異なる点以外は、第２実施例で説明した第１と第２の成膜処理系３０１，３０２と同様な構成を有している。
【００９３】
なお、図１４では、図１０，図１１に示された各構成部と同じ構成・機能を有する構成部には同じ符号を付して示してある。また、図１４には、重力方向を示す矢印Ｇを図示してある。
【００９４】
第３実施例のプラズマ成膜装置３００Ａは、第２実施例のプラズマ成膜装置３００と同様な第１と第２の成膜処理系３０１，３０２を備えている。ただし、第１と第２の成膜処理系３０１，３０２は、基板５の搬送方向が重力方向と平行になるように、搬送機構３１０を重力方向上側とし、成膜室３３０を重力方向下側として配置されている。
【００９５】
また、第３実施例のプラズマ成膜装置３００Ａでは、シリンダ軸３１１に連結されている基板保持部３２５Ａは、先端にフック状の係合部３２５ｆを備えている。基板保持部３２５Ａは、その係合部３２５ｆを、基板５の貫通孔６に係合させて、基板５を吊り下げて保持する。
【００９６】
このように、第３実施例のプラズマ成膜装置３００Ａでは、基板５は、重力方向に平行に直線的に移動するのみで、成膜室３３０のプラズマ生成領域に搬入される。そして、基板保持部３２５Ａの係合部３２５ｆに吊り下げられたまま成膜処理が実行される。
【００９７】
図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、基板５を重力方向に沿って吊り下げた状態で成膜処理を実行することによる効果を説明するための模式図である。図１５（Ａ）には、第２実施例のプラズマ成膜装置３００の成膜室３３０において、基板５が基板保持部３２５の上に水平に配置されている状態を図示してある。
【００９８】
プラズマＣＶＤ法による成膜処理は高温（３５０℃以上）で実行されるため、基板５は熱変形を生じやすい状態となる。そのため、第２実施例のように、基板５を水平に保持している場合には、基板５の耐熱性やサイズ、厚みによっては、重力によって撓みを生じてしまう可能性がある。こうした基板５の撓みを抑制するためには、図１５（Ｂ）の矢印で示す方向に、基板５に対して引っ張り方向の外力を付与する機構を設けることが望ましい。
【００９９】
しかし、そのような外力付与機構を設けることは、成膜装置の構成を複雑化させたり、大型化させたりする原因となる。また、引っ張り外力の付与によって、確実に基板５の撓みを抑制するためには、基板５に付与する引っ張り外力を、基板５の温度変化に応じて制御するなど、複雑な制御が必要となる可能性もある。
【０１００】
これに対して、第３実施例のプラズマ成膜装置３００Ａであれば、基板５は重力方向に沿って吊り下げられているため、成膜処理において加熱された場合であっても、図１５（Ａ）のような撓みを生じることが抑制される。従って、成膜処理後の基板５における変形が抑制され、成膜状態も良好となる。
【０１０１】
また、成膜室３３０において、基板５が水平に配置されている場合には、成膜処理中に、防着板３３１に付着して堆積されたカーボン膜ＣＤなどが重力によって基板５の表面に落下してしまう可能性がある（図１５（Ａ））。この場合には、基板５の表面の一部が、カーボン膜ＣＤによってマスクされた状態で、成膜処理行われることになるため、図１５（Ｃ）に示すように、処理後の基板５の表面に成膜ムラＣＢが生じてしまう可能性がある。
【０１０２】
これに対して、第３実施例のプラズマ成膜装置３００Ａであれば、基板５は重力方向に沿って吊り下げられているため、防着板１３に堆積されたカーボン膜が基板５の表面に落下することが抑制されている。従って、基板５に成膜ムラが生じることが抑制され、その成膜状態が良好となる。
【０１０３】
さらに、第３実施例のプラズマ成膜装置３００Ａであれば、基板５は、貫通孔６に係合部３２５ｆが係合することにより保持されているのみである。そのため、チャック部などによって基板５を狭持して把持する場合よりも、基板５に付与される外力が低減されており、基板５の保持機構による変形が抑制される。
【０１０４】
以上のように、第３実施例のプラズマ成膜装置３００Ａであれば、重力方向に沿った簡易な直線運動によって、成膜室３３０に対する基板５の搬送が効率的に実行される。また、基板５を保持する基板保持部３２５Ａが先端に係合部３２５ｆを有するのみの簡易な構成であるため、真空予備室３２０や成膜室３３０をより小型化することが可能である。さらに、上述したように、成膜処理中における基板５の熱変形や、汚れの付着による成膜ムラの発生が抑制される。
【０１０５】
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。
【０１０６】
D1．変形例１：
上記実施例のプラズマ成膜装置１００，３００，３００Ａでは、基板５に炭素薄膜を形成していた。しかし、プラズマ成膜装置１００，３００，３００Ａは、炭素薄膜以外の他の種類の薄膜を、基板５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。
【０１０７】
D2．変形例２：
上記実施例のプラズマ成膜装置１００，３００，３００Ａでは、燃料電池のセパレータの基材として用いられる基板５を成膜対象としていた。しかし、成膜対象となる基板は、他の用途に用いられるものであっても良い。また、基板５には、貫通孔６が設けられていなくとも良い。
【０１０８】
D3．変形例３：
上記第１実施例のプラズマ成膜装置１００では、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂを備えていた。しかし、第１実施例のプラズマ成膜装置１００は、第１の成膜室１０ａのみ備えるものとしても良いし、さらに、複数の成膜室を備えているものとしても良い。また、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂでは、交互に成膜処理が実行されていたが、第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂでは、交互に成膜処理が実行されなくとも良い。
【０１０９】
D4．変形例４：
上記第２実施例および第３実施例のプラズマ成膜装置３００，３００Ａは、成膜処理を交互に実行する第１と第２の成膜処理系３０１，３０２を備えていた。しかし、第２実施例および第３実施例のプラズマ成膜装置３００，３００Ａは、第１の成膜処理系３０１のみを備えるものとしても良い。また、第１と第２の成膜処理系３０１，３０２では、交互に成膜処理が実行されなくとも良い。
【０１１０】
D5．変形例５：
上記第２実施例および第３実施例では、第１と第２の成膜処理系３０１，３０２の間で、真空予備室３２０用の真空ポンプ３２６や、成膜室３３０用の真空ポンプ３３２、プラズマ発生用電源３４０、原料ガス供給部３５０を共有していた。しかし、第１と第２の成膜処理系３０１，３０２は、それらの構成部をそれぞれに備えているものとしても良い。
【０１１１】
D6．変形例６：
上記第３実施例では、基板５が基板保持部３２５Ａの係合部３２５ｆに吊り下げられて保持されていた。しかし、基板保持部３２５Ａは、係合部３２５ｆ以外の構成（例えば、チャック部など）により、基板５を保持するものとしても良い。
【０１１２】
E．比較例：
図１６（Ａ）は、本発明の比較例としてのプラズマ成膜装置４００の構成を示す概略図である。この比較例のプラズマ成膜装置４００は、成膜室４２２の前段と後段とにそれぞれ第１と第２の真空予備室４２１，４２３が設けられている。成膜室４２２と、第１と第２の真空予備室４２１，４２３との間にはそれぞれ、ゲートバルブ４３０が設けられている。
【０１１３】
比較例のプラズマ成膜装置４００では、成膜対象である基板５は、枠状の支持部材４１１によって支持された状態で、搬送部４１２に載置される。そして、搬送部４１２は、基板５を載置したまま、自身の備えるローラ機構４１３によって移動することにより、第１の真空予備室４２１から成膜室４２２への基板５の搬入と、成膜室４２２から第２の真空予備室４２３への基板５の搬出とを実行する。
【０１１４】
この比較例のプラズマ成膜装置４００では、成膜処理の際に、成膜室４２２に基板５とともに搬送部４１２が収容される。従って、搬送部４１２の収容空間を確保するために、成膜室４２２が大型化してしまう。また、成膜処理の際に生じた汚れの原因物質が、搬送部４１２に付着し、搬送部４１２を劣化させてしまう可能性がある。また、搬送部４１２に付着した汚れの原因物質が、隣接する真空予備室４２１，４２２に移動し、真空予備室４２１，４２２を汚染・劣化させてしまう可能性がある。
【０１１５】
これに対して、上記実施例のプラズマ成膜装置１００，３００，３００Ａであれば、基板５を搬送する搬送機構の全体または一部が成膜室の外部に配置されている。そのため、成膜室を小型化することが可能である。また、搬送機構によって、真空予備室に汚れの原因物質が運搬されることを抑制できる。
【０１１６】
図１６（Ｂ）は、比較例のプラズマ成膜装置４００におけるゲートバルブ４３０の開閉機構を説明するための概略図である。比較例のプラズマ成膜装置４００では、ゲートバルブ４３０が閉じているときには、その弁体４３１は成膜室４２２の入口部に向かって押しつけられた状態となる（紙面左側の図）。
【０１１７】
そして、ゲートバルブ４３０が開くときには、弁体４３１が一旦、成膜室４２２の入口部から離間するように移動した後、当該入口部からオフセットする方向に移動する二段階の移動が実行される（紙面右側の図）。このように、比較例のプラズマ成膜装置４００では、ゲートバルブ４３０の開閉が二段階の運動によって行われるため、その開閉動作の所要時間が長くなる。
【０１１８】
これに対して、上記第１実施例のシリンダバルブ７０であれば、斜め上方への弁体７１の直線的な移動のみで第１と第２の成膜室１０ａ，１０ｂの開閉が実行される。また、第２実施例および第３実施例のプラズマ成膜装置３００，３００Ａであれば、弁体３２４の直線的な移動により、連通口３２１の開閉が実行される。従って、その開閉動作の所要時間が比較例よりも短縮される。また、開閉動作の所要時間が短縮される分だけ、真空予備室へのカーボン中間体の漏洩や、排熱の伝搬などが抑制される。
【０１１９】
F．参考例：
図１７は基板５の使用用途の一例としての燃料電池５００を説明するための概略図である。図１７は、燃料電池５００の構成を示す概略図である。この燃料電池５００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５００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。
【０１２０】
燃料電池５００は、膜電極接合体５１０と、セパレータ５２０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５１０は、電解質膜５１１の外側に２つの電極５１２，５１３が設けられた発電体である。電解質膜５１１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。
【０１２１】
各電極５１２，５１３はそれぞれ、電解質膜５１１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５１２，５１３は、例えば、白金担持カーボンによって構成することができる。各電極５１２，５１３の外側の面には、ガス拡散層５１５が設けられている。ガス拡散層５１５は、炭素繊維などの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。
【０１２２】
膜電極接合体５１０の外周端には、当該外周端を被覆するようにシール部５３０が形成されている。シール部５３０は、反応ガスがシール部５３０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５１０を狭持するセパレータ５２０同士の間の短絡を防止する。なお、シール部５３０には、各膜電極接合体５１０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。
【０１２３】
セパレータ５２０は、それぞれが各電極５１２，５１３と対向するように配置される２枚のプレート５２１，５２２を備える。２つのプレート５２１，５２２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５２３が形成されている。各プレート５２１，５２２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５２３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５２１，５２２の外表面に付着させて形成されるものとしても良い。
【０１２４】
ここで、セパレータ５２０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５２０を構成する各プレート５２１，５２２は、燃料電池５００に供給される水素をはじめとする各流体や、燃料電池５００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５２０の各プレート５２１，５２２は、耐腐食性が向上されることが好ましい。
【０１２５】
また、セパレータ５２０の各プレート５２１，５２２は、膜電極接合体５１０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５２０は、膜電極接合体５１０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５２１，５２２は、その表面抵抗が低減されることが好ましい。
【０１２６】
そこで、上記実施例で説明したプラズマ成膜装置１００，３００，３００Ａによって、セパレータ５２０を構成するための基板５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５２０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１００，３００，３００Ａであれば、基板５の変形が抑制された状態で、厚みが均一な薄膜を形成することができる。そのため、セパレータ５２０と、それに隣接する各構成部との接触状態を良好にでき、燃料電池５００の発電性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１０ａ…第１の成膜室
１０ｂ…第２の成膜室
１１…入口
１２…保持軸
１３…防着板
１３ｅ…開口入口部
１５…真空ポンプ
１６…切替バルブ
１７…配管
２０…真空予備室
２１…中心
２２…上面
２２ｔ…貫通孔
２５…真空ポンプ
３０…搬送機構
３０ａ…第１の基板導入部
３０ｂ…第２の基板導入部
３１…基板載置台
３１ｐ…ピン
３２…昇降機構
３２ｓ…支持軸
３２ｄ…支持軸駆動部
３３…上蓋部
３５…収容室
４０…搬送機構
４１…回転基台
４２…伸縮アーム部
４３…保持部
４４…突起部
５０…プラズマ発生用電源
５１…切替スイッチ
６０…原料ガス供給部
６１…配管
６２…シャワー管
６３…切替バルブ
６５…排ガス処理部
６６…配管
６７…切替バルブ
７０…シリンダバルブ
７１…弁体
７２…弁座
１００，３００，３００Ａ…プラズマ成膜装置
３０１…第１の成膜処理系
３０２…第２の成膜処理系
３１０…搬送機構
３１１…シリンダ軸
３１１ｍ…磁石
３１２…シリンダ筒
３１５…摺動部
３１６…電磁石
３２０…真空予備室
３２１…連通口
３２２…ゲートバルブ
３２２ｓ…シャッター
３２３…基板導入口
３２３ｃ…外蓋部
３２３ｓ…シール部
３２４…弁体
３２４ｓ…シール部
３２５，３２５Ａ…基板保持部
３２５ｆ…係合部
３２５ｐ…突起部
３２６…真空ポンプ
３２７…配管
３２８…切替バルブ
３３０…成膜室
３３１…防着板
３３１ｅ…開口部
３３２…真空ポンプ
３３３…配管
３３４…切替バルブ
３３５…入口
３４０…プラズマ発生用電源
３４１…切替スイッチ
３５０…原料ガス供給部
３５１…シャワー管
３５２…配管
３５３…切替バルブ
３６０…排ガス処理部
３６１…配管
３６２…切替バルブ
４００…プラズマ成膜装置
４１１…支持部材
４１２…搬送部
４１３…ローラ機構
４２１…第１の真空予備室
４２２…成膜室
４２３…第２の真空予備室
４３０…ゲートバルブ
４３１…弁体
５００…燃料電池
５１０…膜電極接合体
５１１…電解質膜
５１２，５１３…電極
５１５…ガス拡散層
５２０…セパレータ
５２１，５２２…プレート
５２３…流路形成層
５３０…シール部
ＣＢ…成膜ムラ
ＣＤ…カーボン膜
【図１】
0005785131.tif 000002
【図２】
0005785131.tif 000003
【図３】
0005785131.tif 000004
【図４】
0005785131.tif 000005
【図５】
0005785131.tif 000006
【図６】
0005785131.tif 000007
【図７】
0005785131.tif 000008
【図８】
0005785131.tif 000009
【図９】
0005785131.tif 000010
【図１０】
0005785131.tif 000011
【図１１】
0005785131.tif 000012
【図１２】
0005785131.tif 000013
【図１３】
0005785131.tif 000014
【図１４】
0005785131.tif 000015
【図１５】
0005785131.tif 000016
【図１６】
0005785131.tif 000017
【図１７】
0005785131.tif 000018