被膜形成装置
【課題】複数の真空処理室を直線的に配置した従来の装置にあっては、全体構造が大型化して、製造コストの低減やタクトタイムの短縮が難しいという問題点があった。
【解決手段】プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置であって、所定間隔で配列した複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐと、これらの真空チャンバーを移動させるターンテーブル４と、ワークＷを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空ポンプ３を備え、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐが、ワークＷを保持するワーク治具４と、スパッタリング用のターゲット５と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段１４と、ターゲット５に高電圧を印加する電圧印加手段１６を備えた構成とし、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現した。
【解決手段】プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置であって、所定間隔で配列した複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐと、これらの真空チャンバーを移動させるターンテーブル４と、ワークＷを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空ポンプ３を備え、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐが、ワークＷを保持するワーク治具４と、スパッタリング用のターゲット５と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段１４と、ターゲット５に高電圧を印加する電圧印加手段１６を備えた構成とし、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート状のワークに非晶質炭素膜などの被膜を形成するのに用いられる被膜形成装置に関し、とくに、被膜を有するワークの量産化に好適な被膜形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の被膜形成装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。この特許文献１に記載の装置は、基板の片面を連続的に真空処理するインライン式の装置であって、直線的に連接された複数の真空処理室と、基板を保持して複数の真空処理室に順次搬送される複数のキャリアなどを備え、各真空処理室に対して基板を二列で順次搬送して真空処理を行うものである。特許文献１には、真空処理として、基板の表面にスパッタリングによる成膜を行うことが記載されている。また、上記の装置は、各真空処理室での処理時間を調整するために、真空処理室の間に予備室を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４１７７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の装置を使用して基板にスパッタリングによる被膜を形成するには、少なくとも、基板を収容した真空処理室を真空引きして室内の不純物を除去する工程と、真空処理室を加熱して室内の水分を除去する工程と、不活性ガスをイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、基板に被膜を形成する工程と、基板の冷却を行う工程を経る必要があり、当然のことながら各工程の処理時間が異なるものとなっている。
【０００５】
ところが、上記したような従来の装置にあっては、複数の真空処理室を直線的に配置し、その複数の真空処理室（工程）に基板を順次搬送する構造であり、全ての基板を一斉に同速度で搬送することができないので、予備室を設けて処理時間の差を調整することが不可欠である。これにより、従来の装置は、全体構造が大型化して、製造コストの低減やタクトタイムの短縮が難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる被膜形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の被膜形成装置は、プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置である。この被膜形成装置は、所定間隔で配列した複数の真空チャンバーと、これらの真空チャンバーをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、ワークを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空排気手段を備えている。
【０００８】
そして、被膜形成装置は、各真空チャンバーが、その内部でワークを保持するワーク治具と、スパッタリング用のターゲットと、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、ターゲットに高電圧を印加する電圧印加手段を備えている構成としており、その構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
上記の構成では、不活性ガスを導入した真空雰囲気において、ターゲットを陰極として高電圧を印加することでグロー放電が発生し、不活性ガスをイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、ワークに被膜を形成する。この際、弾き飛ばすターゲットの原子・分子のエネルギー量を増すために、ターゲットの裏面に、外側磁極の磁力を内側より強くして磁力のバランスを意図的に崩した非平衡磁場を形成する磁気回路を備えている。また、被膜形成中にワークに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークに照射することができ、ターゲットの原子・分子のエネルギー量を増大することができ、これにより被膜特性を制御することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の被膜形成装置によれば、プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の被膜形成装置の一実施形態を説明する平面図（Ａ）及び真空チャンバーの断面図（Ｂ）である。
【図２】本発明の被膜形成装置の他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図３】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図４】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明するブロック図である。
【図５】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図６】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する各々断面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図７】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図８】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態を説明する平面図である。
【図９】本発明の導電部材を説明する要部の断面部である。
【図１０】導電部材の導電性炭素層における炭素膜構造と水素量による３元状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の被膜形成装置の一実施形態を説明する図である。
図１（Ａ）に示す被膜形成装置は、プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置である。ワークＷは、その平面形状や材料がとくに限定されるものではないが、例えば金属製の矩形のプレートであって、その表面にスパッタリングにより導電性被膜を形成することで、導電部材として用いられる。この場合、ワークＷは導電部材の基材である。
【００１３】
被膜形成装置は、所定間隔で配列した複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐと、これらの真空チャンバー１Ａ〜１Ｐをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、ワークＷを収容した真空チャンバー１Ａ〜１Ｐの内部を真空引きする真空排気手段を備えている。この実施形態では、１６個の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを例示しており、チャンバー移送手段がロータリテーブル２であり、真空排気手段が真空ポンプ３である。
【００１４】
図示例の被膜形成装置は、基台５０上に、回転駆動されるロータリテーブル２を備えており、このロータリテーブル２上に、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを等間隔で放射状に配列している。これにより、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、円形の周回経路上に配置され、その配列方向に一斉に移動する。
【００１５】
各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、図１（Ｂ）にも示すように、１枚のワークＷを収容して処理するのに足りる大きさであり、多数枚のワークを処理する真空処理室に比べて明らかに小型である。各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、その内部でワークＷを保持するワーク治具４と、スパッタリング用のターゲット５と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段１４と、ターゲット５を陰極として高電圧を印加する電圧印加手段１６を備えている。また、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、弾き飛ばすターゲット５の原子・分子のエネルギー量を増すための磁気回路６をターゲット５の裏面に備えており、このほか、内部を加熱するための加熱手段７を備えている。
【００１６】
図１（Ｂ）に示す真空チャンバー１Ａ〜１Ｐでは、ワークＷの片側に、ターゲット５及び磁気回路６が配置してある。したがって、この実施形態では、ワークＷの片面に被膜を形成する。なお、ワークＷの両面に被膜を形成する場合には、後述する実施形態のようにワークＷの両側にターゲット５及び磁気回路６を配置すればよい。
【００１７】
ワーク治具４は、プレート状のワークＷの両端部を保持し、この際、ターゲット５の表面とワークＷの表面とが平行となる状態に前記ワークＷを保持する。また、図示例のワーク治具４は、固定式のものであるが、後述する可動式の場合には、ワークの移動距離を短縮するために、矩形状のワークＷの長辺を保持して短辺に沿う方向に移動する構成にするのが望ましい。
【００１８】
被膜形成装置におけるスパッタリングとしては、弾き飛ばすターゲット５の原子・分子のエネルギー量を増すため、外側磁極の磁力を内側よりも強くして磁力のバランスを意図的に崩した非平衡磁場を形成する磁気回路６をターゲット６の裏面に備えたアンバランスドマグネトロンスパッタ（UBMS）法としても良い。また、被膜形成中にワークＷに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークＷに照射するようにし、被膜特性を制御する方式にするのがより望ましい。
【００１９】
上記の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、図１（Ａ）に一部を示すように、ロータリテーブル４の外周側となる先端部に、その内部を開閉する蓋体Ｃを備えると共に、ロータリテーブル４の中心となる基端部に、配管８が連結してある。
【００２０】
これに対して、被膜形成装置は、先述の真空ポンプ３のほか、不活性ガス供給装置９及び主電源１０を備えている。そして、被膜形成装置は、ロータリテーブル４の中心に、流体経路や電気配線を含む分岐体１１を備え、分岐体１１及び各配管（一部を示す）８を介して、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐの真空引きや、不活性ガス及び電力の供給を行うようにしてある。このため、各配管７には、真空チャンバー内の減圧状態を維持するためのバルブや、不活性ガスの流量調整を行うためのバルブが設けてある。
【００２１】
また、被膜形成装置は、図１（Ａ）に示すように、円形の周回経路において、準備領域Ａ１と、真空引き領域Ａ２と、加熱領域Ａ３と、ボンバード領域Ａ４と、成膜領域Ａ５を図中矢印で示す一方向に順に備えている。
【００２２】
準備領域Ａ１は、当該領域における真空チャンバー（１Ｏ〜１Ｃ）に対してワークＷを出し入れするための領域である。真空引き領域Ａ２は、ワークＷを収容した真空チャンバー（１Ｄ，１Ｅ）内を真空引きして不純物を除去するための領域である。加熱領域Ａ３は、真空チャンバー（１Ｆ，１Ｇ）内を加熱して水分を除去するための領域である。ボンバード領域Ａ４は、真空チャンバー（１Ｈ，１Ｉ）内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するための領域である。そして、成膜領域Ａ５は、当該領域における真空チャンバー（１Ｊ〜１Ｎ）内のワークＷの表面に被膜を形成するための領域である。
【００２３】
上記の成膜領域Ａ５では、不活性ガスを導入した真空雰囲気において、ターゲット５を陰極として高電圧を印加することでグロー放電が発生し、不活性ガス（例えばアルゴンガス）をイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、ワークＷに被膜を形成する。すなわち、スパッタリングによる被膜形成が行われることとなる。
【００２４】
ここで、ワーク（基板）にスパッタリングによる被膜を形成する場合には、先述したように様々な工程を経ることになるが、この際、各工程における処理時間は様々である。これに対して、本発明の被膜形成装置は、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐが一斉に等速度で移動するので、各工程の処理時間を真空チャンバー１Ａ〜１Ｐの移動距離に換算して、各領域Ａ１〜Ａ５の長さを設定する。
【００２５】
上記構成を備えた被膜形成装置は、ロータリテーブル４により、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐをその配列方向に一斉に移動させて、夫々の領域Ａ１〜Ａ５に順次移動させる。これにより、個々の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐにおいて、真空引き、加熱、ボンバード処理及びスパッタリングによる被膜形成が順に行われる。すなわち、一つの真空チャンバー内で全工程が完了する。そして、とくに準備領域Ａにおいては、蓋体Ｃを開放して、被膜形成後のワークＷを取り出し、同真空チャンバー内の検査や清掃等を適宜実施し、同真空チャンバーに次のワークＷを収容する。
【００２６】
このようにして、被膜形成装置は、複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを用いて、連続的にワークＷに被膜形成を行うことができ、処理後のワークＷの取り出しや新たなワークＷの供給も順次行うことができる。したがって、当該被膜形成装置によれば、プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。
【００２７】
また、上記の被膜形成装置は、ワーク治具４が、ターゲット５の表面とワークＷの表面とが平行となる状態に前記ワークＷを保持することから、ターゲット５とワークＷとの位置関係が一定に保たれる。これにより、ワークＷの両面に被膜を均一に形成することができるほか、膜厚調整などの制御性を高めることもできる。
【００２８】
さらに、上記の被膜形成装置は、複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを周回経路上に配置し、これらを一斉に移動させて、準備領域Ａ１、真空引き領域Ａ２、加熱領域Ａ３、ボンバード領域Ａ４、及び成膜領域Ａ５に順次移動させるので、従来の装置のような予備室が一切不要である。これにより、被膜形成装置は、装置構造が小型になり、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化をさらに促進させることができると共に、被膜を有するワークＷの量産化に極めて有用なものとなる。
【００２９】
図２は、本発明の被膜形成装置の他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。なお、以下の各実施形態においては、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３０】
図示の真空チャンバー１Ａは、その内部に、ターゲット５、不活性ガを導入手段１４、電圧印加手段１６、及び磁気回路６で構成した処理ステージを一方向に複数配列してある。この実施形態では、二つの処理ステージＳ１，Ｓ２を備えている。この場合、ワーク治具４は、個々の処理ステージＳ１，Ｓ２に対してワークＷを順次搬送する可動式のワーク治具である。
【００３１】
上記真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、最初の処理ステージＳ１で、ワークＷの片面にスパッタリングにより被膜を形成し、次に、ワーク治具４を次の処理ステージＳ２に移動させ、先に形成した被膜の上に、第２の被膜を形成する。この場合、成膜領域Ａ５は、図１（Ａ）中に示すように、第１及び第２の成膜領域Ａ５ａ，Ａ５ｂとなる。
【００３２】
上記の被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの片面に、複数層（二層）の被膜を形成することができ、このようなワークＷの生産性を高めることができる。
【００３３】
図３は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、先の実施形態と同様に、複数（二つ）の処理ステージＳ１，Ｓ２を備えている。そして、両処理ステージＳ１，Ｓ２が、ワーク治具４に保持されたワークＷを間にして、一対のターゲット５及び磁気回路６を対称的に備えたものとなっている。ワーク治具４は、個々の処理ステージＳ１，Ｓ２に対してワークＷを順次搬送する可動式のワーク治具である。
【００３４】
上記真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの両面に、複数層（二層）の被膜を形成することができ、このようなワークＷの生産性を高めることができる。
【００３５】
また、上記の真空チャンバー１Ａは、一方の処理ステージＳ１のターゲット５と、他方の処理ステージＳ２のターゲット５との間に、遮蔽板１２が設けてある。これにより、ターゲット５の材料（原子・分子）の飛散範囲を抑制することができ、夫々の処理ステージＳ１，Ｓ２において良好な被膜形成を行うことができる。
【００３６】
図４は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明するブロック図である。図示の真空チャンバー１Ａは、真空ポンプ（真空排気手段）３及び不活性ガス供給装置９等のほか、先の図２及び図３に示すように、各処理ステージＳ１，Ｓ２におけるターゲット５とワークＷとの間にバイアス電圧Ｂを印加する電源１３，１３を備えている。
【００３７】
上記の真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、被膜形成中にワークに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークに照射することができ、ターゲット５の原子・分子のエネルギー量を増大することができ、成膜時間の短縮化に伴ってタクトタイムのさらなる短縮化を実現する。また、被膜特性の制御を行うことが可能になり、被膜構造や膜厚の調整などの制御性を高めることができる。
【００３８】
図５は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、二枚のワークＷ，Ｗを重ねて保持すルワーク治具４を備えている。この場合、各処理ステージＳ１，Ｓ２には、一対のターゲット５及び磁気回路６が対称的に配置してある。
【００３９】
上記の真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの片面に複数層の被膜を形成することができ、このようなワークＷの生産性をより一層高めることができる。
【００４０】
図６は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、ワーク治具４が、一枚のワークＷを夫々保持する第１及び第２の治具４Ａ，４Ｂから成っている。第１及び第２の治具４Ａ，４Ｂは、個々の処理ステージＳ１，Ｓ２に対してワークＷを順次搬送する可動式のワーク治具である。各処理ステージＳ１，Ｓ２には、一対のターゲット５及び磁気回路６が対称的に配置してある。
【００４１】
上記の真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの片面又は両面に、単層又は複数層の被膜を形成することができる。すなわち、図６（Ａ）に示すように第１及び第２の処理ステージＳ１、Ｓ２に夫々のワークＷ，Ｗを停止させたり、図６（Ｂ）に示すように第１処理ステージＳ１に両方のワークＷ，Ｗを停止させたり、ワークＷの位置を入れ替えたりすることで、ワークＷに対する被膜形成を選択的に行うことができる。
【００４２】
図７は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、ワーク治具４が固定式であって、ターゲット５が移動可能な構造になっている。このような構成であっても、先の実施形態と同様に良好な被膜を形成することが可能である。
【００４３】
図８は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の被膜形成装置は、複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｌを直線的に配列したものである。この被膜形成装置は、リニア駆動式のチャンバー移送手段１５により、真空チャンバー１Ａ〜１Ｌをその配列方向（図中において右方向）に一斉に移動させる。そして、搬送経路上に、ワークＷの収容領域Ａ１１、真空引き領域Ａ１２、加熱領域Ａ１３、ボンバード領域Ａ１４、成膜領域Ａ１５及びワークＷの取り出し領域Ａ１６を順に設定している。
【００４４】
上記の被膜形成装置にあっても、先の実施形態と同様に、プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。
【００４５】
また、上記のように真空チャンバー１Ａ〜１Ｌを直線的に配列した構成では、これらの下側に復路を設け、無限軌道状の周回経路にすることもできる。さらに、上記の被膜形成装置では、装置の一方側からワークを搬入して、装置の他方側からワークを搬出することとなり、図１に示す先の被膜形成装置では、装置の片側でワークの搬入及び搬出を行うこととなる。したがって、生産ラインのレイアウトなどに応じて、真空チャンバーの配列が異なる被膜形成装置を選択すればよい。
【００４６】
ここで、上記の被膜形成装置により被膜形成されたワークの具体例としては、プレート状の導電部材が挙げられる。この導電部材には、例えば、膜電極構造体とともに燃料電池を構成するセパレータとして用いられるものがある。
【００４７】
図９に示す導電部材Ｅは、例えば、図４に示す真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置により製造したものである。導電部材Ｅは、前記セパレータとして用いるものであって、基材としてのワークＷがステンレス製である。そして、ワークＷの表面に、図４中の最初の処理ステージＳ１及び図１（Ａ）中の第１成膜領域Ａ５ａにおいて一層目の被膜を形成し、次に、図４中の次の処理ステージＳ２及び図１（Ａ）中の第２成膜領域Ａ５ｂにおいて二層目の被膜を形成する。
【００４８】
このとき、導電部材Ｅは、一層目の被膜が、クロムの中間層Ｌ１であって、二層目の被膜が、導電性炭素を含む導電性炭素層Ｌ２である。導電性炭素層Ｌ２は、非昌質炭素膜であって、代表的にはＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）である。
【００４９】
また、上記の導電部材Ｅにおける導電性炭素層Ｌ２は、図１０に示すように、炭素と水素との結合がＳＰ３である場合に比べて、同結合がＳＰ２である方が電気伝導性が大きくなり、且つ水素は少ない方が望ましい。したがって、上記導電部材Ｅを製造する際には、図１に示す実施形態で説明したように、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する工程（加熱領域Ａ３）と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去する工程（ボンバード領域Ａ４）が必須である。
【００５０】
そして、導電部材Ｅは、より望ましくは、導電性炭素層Ｌ２において、ラマン散乱分光分析により測定されたＤバンドピーク強度（ＩＤ）と、Ｇバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）を１．３以上としている。この強度比Ｒが高くなるほどＳＰ２結合に近くなり、電気伝導性が大きくなる。また、中間層Ｌ２は、柱状構造を有しており、さらに中間層Ｌ１の表面上に、導電性炭素層Ｌ２を構成する突起状粒子が存在しているものとしている。
【００５１】
上記の導電性炭素層Ｌ２は、中間層Ｌ１上に配置され、導電性炭素を含む層である。この層の存在によって、導電部材（セパレータ）Ｅの導電性を確保しつつ、ワーク（基材）Ｗのみの場合と比較して耐食性が改善されうる。
【００５２】
導電性炭素として使用可能な炭素材料は、導電部材（セパレータ）Ｅとしての接触抵抗を増大させない限りにおいて、とくに限定されることはない。炭素材料の結晶性や結晶性組成については、例えば、ラマン散乱分光分析により算出される、Ｇバンドピークと強度とＤバンドピーク強度との比（強度比Ｒ値：ＩＤ／ＩＧ）を用いることができる。
【００５３】
炭素材料をラマン分光法により分析すると、通常１３５０ｃｍ−１付近及び１５８４ｃｍ−１付近にピークが生じる。結晶性の高いグラファイトは、１５８４ｃｍ−１付近にシングルピークを有し、このピークは通常『Ｇバンド』と称される。一方、結晶性が低くなる（結晶構造欠陥が増す）につれて、１３５０ｃｍ−１付近のピークが現れてくる。このピークは通常『Ｄバンド』と称される（なお、ダイヤモンドのピークは厳密には１３３３ｃｍ−１）であり、上記のＤバンドとは区別される）。Ｄバンドピーク強度（ＩＤ）とＧバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）は、炭素材料のグラファイトクラスターサイズやグラファイト構造の乱れ具合（結晶構造欠陥性）、ＳＰ２結合比率どの指標として用いられる。すなわち、本発明においては、導電性炭素層Ｌ２の接触抵抗の指標とすることができ、導電性炭素層Ｌ２の導電性を制御する膜質パラメータとして用いることができる。
【００５４】
Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）値は、顕微ラマン分光器を用いて、炭素材料のラマンスペクトルを計測することにより算出される。具体的には、Ｄバンドと呼ばれる１３００〜１４００ｃｍ−１のピーク強度（ＩＤ）と、Ｇバンドと呼ばれる１５００〜１６００ｃｍ−１のピーク強度（ＩＧ）との相対的強度比（ピーク面積比（ＩＤ／ＩＧ））を算出することにより求められる。
【００５５】
ここで、導電性炭素層Ｌ２の強度比（Ｒ値）が所定の範囲にある場合、接触抵抗の増大を顕著に抑制させることができる。よって、導電性炭素として用いる炭素材料は、導電性短資層Ｌ２がかかる所定の強度比を有するように選択することが好ましい。具体的には、導電性炭素層Ｌ２の強度比（Ｒ値）に関する所定の範囲は、以下に限定されることはないが、好ましくは先述したように１．３以上であり、より好ましくは１．４〜２．０であり、さらに好ましくは１．４〜１．９であり、とくに好ましくは１．５〜１．８である。この値が１．３以上であれば、積層方向の導電性が充分に確保された導電性炭素層Ｌ２が得られる。また、Ｒ値が２．０以下であれば、グラファイト成分の減少を抑制することができる。さらに、導電性炭素層Ｌ２自体の内部応力の増大をも抑制でき、下地である中間層Ｌ１との密着性を一層向上させることができる。
【００５６】
このようにして、導電部材Ｅは、導電性炭素層Ｌ２により、高い導電性及び耐食性が得られると共に、クロム製の中間層Ｌ１により導電性炭素層Ｌ２の密着性が高くなり、長期にわたって良好な性能を維持し得るものとなる。
【００５７】
本発明の被膜形成装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、構成の細部を適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ〜１Ｐ 真空チャンバー
２ ロータリテーブル（チャンバー移送手段）
３ 真空ポンプ（真空排気手段）
４ ワーク治具
４Ａ 第１の治具
４Ｂ 第２の治具
５ ターゲット
６ 磁気回路
１３ （バイアス電圧の）電源
１４ 不活性ガス導入手段
１５ チャンバー移送手段
１６ 電圧印加手段
Ａ１ 準備領域
Ａ２ Ａ１２ 真空引き領域
Ａ３ Ａ１３ 加熱領域
Ａ４ Ａ１４ ボンバード領域
Ａ５ Ａ１５ 第１成膜領域
Ａ５ａ 第１成膜領域
Ａ５ｂ 第２成膜領域
Ａ１１ 収容領域
Ａ１６ 取り出し領域
Ｅ 導電部材
Ｌ１ 中間層
Ｌ２ 導電性炭素層
Ｓ１ Ｓ２ 処理ステージ
Ｗ ワーク（基材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート状のワークに非晶質炭素膜などの被膜を形成するのに用いられる被膜形成装置に関し、とくに、被膜を有するワークの量産化に好適な被膜形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の被膜形成装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。この特許文献１に記載の装置は、基板の片面を連続的に真空処理するインライン式の装置であって、直線的に連接された複数の真空処理室と、基板を保持して複数の真空処理室に順次搬送される複数のキャリアなどを備え、各真空処理室に対して基板を二列で順次搬送して真空処理を行うものである。特許文献１には、真空処理として、基板の表面にスパッタリングによる成膜を行うことが記載されている。また、上記の装置は、各真空処理室での処理時間を調整するために、真空処理室の間に予備室を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４１７７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の装置を使用して基板にスパッタリングによる被膜を形成するには、少なくとも、基板を収容した真空処理室を真空引きして室内の不純物を除去する工程と、真空処理室を加熱して室内の水分を除去する工程と、不活性ガスをイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、基板に被膜を形成する工程と、基板の冷却を行う工程を経る必要があり、当然のことながら各工程の処理時間が異なるものとなっている。
【０００５】
ところが、上記したような従来の装置にあっては、複数の真空処理室を直線的に配置し、その複数の真空処理室（工程）に基板を順次搬送する構造であり、全ての基板を一斉に同速度で搬送することができないので、予備室を設けて処理時間の差を調整することが不可欠である。これにより、従来の装置は、全体構造が大型化して、製造コストの低減やタクトタイムの短縮が難しいという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる被膜形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の被膜形成装置は、プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置である。この被膜形成装置は、所定間隔で配列した複数の真空チャンバーと、これらの真空チャンバーをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、ワークを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空排気手段を備えている。
【０００８】
そして、被膜形成装置は、各真空チャンバーが、その内部でワークを保持するワーク治具と、スパッタリング用のターゲットと、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、ターゲットに高電圧を印加する電圧印加手段を備えている構成としており、その構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
上記の構成では、不活性ガスを導入した真空雰囲気において、ターゲットを陰極として高電圧を印加することでグロー放電が発生し、不活性ガスをイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、ワークに被膜を形成する。この際、弾き飛ばすターゲットの原子・分子のエネルギー量を増すために、ターゲットの裏面に、外側磁極の磁力を内側より強くして磁力のバランスを意図的に崩した非平衡磁場を形成する磁気回路を備えている。また、被膜形成中にワークに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークに照射することができ、ターゲットの原子・分子のエネルギー量を増大することができ、これにより被膜特性を制御することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の被膜形成装置によれば、プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の被膜形成装置の一実施形態を説明する平面図（Ａ）及び真空チャンバーの断面図（Ｂ）である。
【図２】本発明の被膜形成装置の他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図３】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図４】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明するブロック図である。
【図５】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図６】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する各々断面図（Ａ）（Ｂ）である。
【図７】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバーを説明する断面図である。
【図８】本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態を説明する平面図である。
【図９】本発明の導電部材を説明する要部の断面部である。
【図１０】導電部材の導電性炭素層における炭素膜構造と水素量による３元状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の被膜形成装置の一実施形態を説明する図である。
図１（Ａ）に示す被膜形成装置は、プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置である。ワークＷは、その平面形状や材料がとくに限定されるものではないが、例えば金属製の矩形のプレートであって、その表面にスパッタリングにより導電性被膜を形成することで、導電部材として用いられる。この場合、ワークＷは導電部材の基材である。
【００１３】
被膜形成装置は、所定間隔で配列した複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐと、これらの真空チャンバー１Ａ〜１Ｐをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、ワークＷを収容した真空チャンバー１Ａ〜１Ｐの内部を真空引きする真空排気手段を備えている。この実施形態では、１６個の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを例示しており、チャンバー移送手段がロータリテーブル２であり、真空排気手段が真空ポンプ３である。
【００１４】
図示例の被膜形成装置は、基台５０上に、回転駆動されるロータリテーブル２を備えており、このロータリテーブル２上に、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを等間隔で放射状に配列している。これにより、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、円形の周回経路上に配置され、その配列方向に一斉に移動する。
【００１５】
各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、図１（Ｂ）にも示すように、１枚のワークＷを収容して処理するのに足りる大きさであり、多数枚のワークを処理する真空処理室に比べて明らかに小型である。各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、その内部でワークＷを保持するワーク治具４と、スパッタリング用のターゲット５と、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段１４と、ターゲット５を陰極として高電圧を印加する電圧印加手段１６を備えている。また、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、弾き飛ばすターゲット５の原子・分子のエネルギー量を増すための磁気回路６をターゲット５の裏面に備えており、このほか、内部を加熱するための加熱手段７を備えている。
【００１６】
図１（Ｂ）に示す真空チャンバー１Ａ〜１Ｐでは、ワークＷの片側に、ターゲット５及び磁気回路６が配置してある。したがって、この実施形態では、ワークＷの片面に被膜を形成する。なお、ワークＷの両面に被膜を形成する場合には、後述する実施形態のようにワークＷの両側にターゲット５及び磁気回路６を配置すればよい。
【００１７】
ワーク治具４は、プレート状のワークＷの両端部を保持し、この際、ターゲット５の表面とワークＷの表面とが平行となる状態に前記ワークＷを保持する。また、図示例のワーク治具４は、固定式のものであるが、後述する可動式の場合には、ワークの移動距離を短縮するために、矩形状のワークＷの長辺を保持して短辺に沿う方向に移動する構成にするのが望ましい。
【００１８】
被膜形成装置におけるスパッタリングとしては、弾き飛ばすターゲット５の原子・分子のエネルギー量を増すため、外側磁極の磁力を内側よりも強くして磁力のバランスを意図的に崩した非平衡磁場を形成する磁気回路６をターゲット６の裏面に備えたアンバランスドマグネトロンスパッタ（UBMS）法としても良い。また、被膜形成中にワークＷに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークＷに照射するようにし、被膜特性を制御する方式にするのがより望ましい。
【００１９】
上記の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐは、図１（Ａ）に一部を示すように、ロータリテーブル４の外周側となる先端部に、その内部を開閉する蓋体Ｃを備えると共に、ロータリテーブル４の中心となる基端部に、配管８が連結してある。
【００２０】
これに対して、被膜形成装置は、先述の真空ポンプ３のほか、不活性ガス供給装置９及び主電源１０を備えている。そして、被膜形成装置は、ロータリテーブル４の中心に、流体経路や電気配線を含む分岐体１１を備え、分岐体１１及び各配管（一部を示す）８を介して、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐの真空引きや、不活性ガス及び電力の供給を行うようにしてある。このため、各配管７には、真空チャンバー内の減圧状態を維持するためのバルブや、不活性ガスの流量調整を行うためのバルブが設けてある。
【００２１】
また、被膜形成装置は、図１（Ａ）に示すように、円形の周回経路において、準備領域Ａ１と、真空引き領域Ａ２と、加熱領域Ａ３と、ボンバード領域Ａ４と、成膜領域Ａ５を図中矢印で示す一方向に順に備えている。
【００２２】
準備領域Ａ１は、当該領域における真空チャンバー（１Ｏ〜１Ｃ）に対してワークＷを出し入れするための領域である。真空引き領域Ａ２は、ワークＷを収容した真空チャンバー（１Ｄ，１Ｅ）内を真空引きして不純物を除去するための領域である。加熱領域Ａ３は、真空チャンバー（１Ｆ，１Ｇ）内を加熱して水分を除去するための領域である。ボンバード領域Ａ４は、真空チャンバー（１Ｈ，１Ｉ）内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するための領域である。そして、成膜領域Ａ５は、当該領域における真空チャンバー（１Ｊ〜１Ｎ）内のワークＷの表面に被膜を形成するための領域である。
【００２３】
上記の成膜領域Ａ５では、不活性ガスを導入した真空雰囲気において、ターゲット５を陰極として高電圧を印加することでグロー放電が発生し、不活性ガス（例えばアルゴンガス）をイオン化してターゲットに衝突させることでターゲットの原子・分子を弾き飛ばし、ワークＷに被膜を形成する。すなわち、スパッタリングによる被膜形成が行われることとなる。
【００２４】
ここで、ワーク（基板）にスパッタリングによる被膜を形成する場合には、先述したように様々な工程を経ることになるが、この際、各工程における処理時間は様々である。これに対して、本発明の被膜形成装置は、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐが一斉に等速度で移動するので、各工程の処理時間を真空チャンバー１Ａ〜１Ｐの移動距離に換算して、各領域Ａ１〜Ａ５の長さを設定する。
【００２５】
上記構成を備えた被膜形成装置は、ロータリテーブル４により、各真空チャンバー１Ａ〜１Ｐをその配列方向に一斉に移動させて、夫々の領域Ａ１〜Ａ５に順次移動させる。これにより、個々の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐにおいて、真空引き、加熱、ボンバード処理及びスパッタリングによる被膜形成が順に行われる。すなわち、一つの真空チャンバー内で全工程が完了する。そして、とくに準備領域Ａにおいては、蓋体Ｃを開放して、被膜形成後のワークＷを取り出し、同真空チャンバー内の検査や清掃等を適宜実施し、同真空チャンバーに次のワークＷを収容する。
【００２６】
このようにして、被膜形成装置は、複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを用いて、連続的にワークＷに被膜形成を行うことができ、処理後のワークＷの取り出しや新たなワークＷの供給も順次行うことができる。したがって、当該被膜形成装置によれば、プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。
【００２７】
また、上記の被膜形成装置は、ワーク治具４が、ターゲット５の表面とワークＷの表面とが平行となる状態に前記ワークＷを保持することから、ターゲット５とワークＷとの位置関係が一定に保たれる。これにより、ワークＷの両面に被膜を均一に形成することができるほか、膜厚調整などの制御性を高めることもできる。
【００２８】
さらに、上記の被膜形成装置は、複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｐを周回経路上に配置し、これらを一斉に移動させて、準備領域Ａ１、真空引き領域Ａ２、加熱領域Ａ３、ボンバード領域Ａ４、及び成膜領域Ａ５に順次移動させるので、従来の装置のような予備室が一切不要である。これにより、被膜形成装置は、装置構造が小型になり、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化をさらに促進させることができると共に、被膜を有するワークＷの量産化に極めて有用なものとなる。
【００２９】
図２は、本発明の被膜形成装置の他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。なお、以下の各実施形態においては、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３０】
図示の真空チャンバー１Ａは、その内部に、ターゲット５、不活性ガを導入手段１４、電圧印加手段１６、及び磁気回路６で構成した処理ステージを一方向に複数配列してある。この実施形態では、二つの処理ステージＳ１，Ｓ２を備えている。この場合、ワーク治具４は、個々の処理ステージＳ１，Ｓ２に対してワークＷを順次搬送する可動式のワーク治具である。
【００３１】
上記真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、最初の処理ステージＳ１で、ワークＷの片面にスパッタリングにより被膜を形成し、次に、ワーク治具４を次の処理ステージＳ２に移動させ、先に形成した被膜の上に、第２の被膜を形成する。この場合、成膜領域Ａ５は、図１（Ａ）中に示すように、第１及び第２の成膜領域Ａ５ａ，Ａ５ｂとなる。
【００３２】
上記の被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの片面に、複数層（二層）の被膜を形成することができ、このようなワークＷの生産性を高めることができる。
【００３３】
図３は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、先の実施形態と同様に、複数（二つ）の処理ステージＳ１，Ｓ２を備えている。そして、両処理ステージＳ１，Ｓ２が、ワーク治具４に保持されたワークＷを間にして、一対のターゲット５及び磁気回路６を対称的に備えたものとなっている。ワーク治具４は、個々の処理ステージＳ１，Ｓ２に対してワークＷを順次搬送する可動式のワーク治具である。
【００３４】
上記真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの両面に、複数層（二層）の被膜を形成することができ、このようなワークＷの生産性を高めることができる。
【００３５】
また、上記の真空チャンバー１Ａは、一方の処理ステージＳ１のターゲット５と、他方の処理ステージＳ２のターゲット５との間に、遮蔽板１２が設けてある。これにより、ターゲット５の材料（原子・分子）の飛散範囲を抑制することができ、夫々の処理ステージＳ１，Ｓ２において良好な被膜形成を行うことができる。
【００３６】
図４は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明するブロック図である。図示の真空チャンバー１Ａは、真空ポンプ（真空排気手段）３及び不活性ガス供給装置９等のほか、先の図２及び図３に示すように、各処理ステージＳ１，Ｓ２におけるターゲット５とワークＷとの間にバイアス電圧Ｂを印加する電源１３，１３を備えている。
【００３７】
上記の真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、被膜形成中にワークに印加されるバイアス電圧によってエネルギーを制御した不活性ガスのイオンをワークに照射することができ、ターゲット５の原子・分子のエネルギー量を増大することができ、成膜時間の短縮化に伴ってタクトタイムのさらなる短縮化を実現する。また、被膜特性の制御を行うことが可能になり、被膜構造や膜厚の調整などの制御性を高めることができる。
【００３８】
図５は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、二枚のワークＷ，Ｗを重ねて保持すルワーク治具４を備えている。この場合、各処理ステージＳ１，Ｓ２には、一対のターゲット５及び磁気回路６が対称的に配置してある。
【００３９】
上記の真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの片面に複数層の被膜を形成することができ、このようなワークＷの生産性をより一層高めることができる。
【００４０】
図６は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、ワーク治具４が、一枚のワークＷを夫々保持する第１及び第２の治具４Ａ，４Ｂから成っている。第１及び第２の治具４Ａ，４Ｂは、個々の処理ステージＳ１，Ｓ２に対してワークＷを順次搬送する可動式のワーク治具である。各処理ステージＳ１，Ｓ２には、一対のターゲット５及び磁気回路６が対称的に配置してある。
【００４１】
上記の真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置は、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができるうえに、ワークＷの片面又は両面に、単層又は複数層の被膜を形成することができる。すなわち、図６（Ａ）に示すように第１及び第２の処理ステージＳ１、Ｓ２に夫々のワークＷ，Ｗを停止させたり、図６（Ｂ）に示すように第１処理ステージＳ１に両方のワークＷ，Ｗを停止させたり、ワークＷの位置を入れ替えたりすることで、ワークＷに対する被膜形成を選択的に行うことができる。
【００４２】
図７は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態における真空チャンバー１Ａを説明する図である。図示の真空チャンバー１Ａは、ワーク治具４が固定式であって、ターゲット５が移動可能な構造になっている。このような構成であっても、先の実施形態と同様に良好な被膜を形成することが可能である。
【００４３】
図８は、本発明の被膜形成装置のさらに他の実施形態を説明する図である。
図示の被膜形成装置は、複数の真空チャンバー１Ａ〜１Ｌを直線的に配列したものである。この被膜形成装置は、リニア駆動式のチャンバー移送手段１５により、真空チャンバー１Ａ〜１Ｌをその配列方向（図中において右方向）に一斉に移動させる。そして、搬送経路上に、ワークＷの収容領域Ａ１１、真空引き領域Ａ１２、加熱領域Ａ１３、ボンバード領域Ａ１４、成膜領域Ａ１５及びワークＷの取り出し領域Ａ１６を順に設定している。
【００４４】
上記の被膜形成装置にあっても、先の実施形態と同様に、プレート状のワークＷの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置において、製造コストの低減やタクトタイムの短縮化を実現することができる。
【００４５】
また、上記のように真空チャンバー１Ａ〜１Ｌを直線的に配列した構成では、これらの下側に復路を設け、無限軌道状の周回経路にすることもできる。さらに、上記の被膜形成装置では、装置の一方側からワークを搬入して、装置の他方側からワークを搬出することとなり、図１に示す先の被膜形成装置では、装置の片側でワークの搬入及び搬出を行うこととなる。したがって、生産ラインのレイアウトなどに応じて、真空チャンバーの配列が異なる被膜形成装置を選択すればよい。
【００４６】
ここで、上記の被膜形成装置により被膜形成されたワークの具体例としては、プレート状の導電部材が挙げられる。この導電部材には、例えば、膜電極構造体とともに燃料電池を構成するセパレータとして用いられるものがある。
【００４７】
図９に示す導電部材Ｅは、例えば、図４に示す真空チャンバー１Ａを備えた被膜形成装置により製造したものである。導電部材Ｅは、前記セパレータとして用いるものであって、基材としてのワークＷがステンレス製である。そして、ワークＷの表面に、図４中の最初の処理ステージＳ１及び図１（Ａ）中の第１成膜領域Ａ５ａにおいて一層目の被膜を形成し、次に、図４中の次の処理ステージＳ２及び図１（Ａ）中の第２成膜領域Ａ５ｂにおいて二層目の被膜を形成する。
【００４８】
このとき、導電部材Ｅは、一層目の被膜が、クロムの中間層Ｌ１であって、二層目の被膜が、導電性炭素を含む導電性炭素層Ｌ２である。導電性炭素層Ｌ２は、非昌質炭素膜であって、代表的にはＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）である。
【００４９】
また、上記の導電部材Ｅにおける導電性炭素層Ｌ２は、図１０に示すように、炭素と水素との結合がＳＰ３である場合に比べて、同結合がＳＰ２である方が電気伝導性が大きくなり、且つ水素は少ない方が望ましい。したがって、上記導電部材Ｅを製造する際には、図１に示す実施形態で説明したように、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する工程（加熱領域Ａ３）と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去する工程（ボンバード領域Ａ４）が必須である。
【００５０】
そして、導電部材Ｅは、より望ましくは、導電性炭素層Ｌ２において、ラマン散乱分光分析により測定されたＤバンドピーク強度（ＩＤ）と、Ｇバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）を１．３以上としている。この強度比Ｒが高くなるほどＳＰ２結合に近くなり、電気伝導性が大きくなる。また、中間層Ｌ２は、柱状構造を有しており、さらに中間層Ｌ１の表面上に、導電性炭素層Ｌ２を構成する突起状粒子が存在しているものとしている。
【００５１】
上記の導電性炭素層Ｌ２は、中間層Ｌ１上に配置され、導電性炭素を含む層である。この層の存在によって、導電部材（セパレータ）Ｅの導電性を確保しつつ、ワーク（基材）Ｗのみの場合と比較して耐食性が改善されうる。
【００５２】
導電性炭素として使用可能な炭素材料は、導電部材（セパレータ）Ｅとしての接触抵抗を増大させない限りにおいて、とくに限定されることはない。炭素材料の結晶性や結晶性組成については、例えば、ラマン散乱分光分析により算出される、Ｇバンドピークと強度とＤバンドピーク強度との比（強度比Ｒ値：ＩＤ／ＩＧ）を用いることができる。
【００５３】
炭素材料をラマン分光法により分析すると、通常１３５０ｃｍ−１付近及び１５８４ｃｍ−１付近にピークが生じる。結晶性の高いグラファイトは、１５８４ｃｍ−１付近にシングルピークを有し、このピークは通常『Ｇバンド』と称される。一方、結晶性が低くなる（結晶構造欠陥が増す）につれて、１３５０ｃｍ−１付近のピークが現れてくる。このピークは通常『Ｄバンド』と称される（なお、ダイヤモンドのピークは厳密には１３３３ｃｍ−１）であり、上記のＤバンドとは区別される）。Ｄバンドピーク強度（ＩＤ）とＧバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）は、炭素材料のグラファイトクラスターサイズやグラファイト構造の乱れ具合（結晶構造欠陥性）、ＳＰ２結合比率どの指標として用いられる。すなわち、本発明においては、導電性炭素層Ｌ２の接触抵抗の指標とすることができ、導電性炭素層Ｌ２の導電性を制御する膜質パラメータとして用いることができる。
【００５４】
Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）値は、顕微ラマン分光器を用いて、炭素材料のラマンスペクトルを計測することにより算出される。具体的には、Ｄバンドと呼ばれる１３００〜１４００ｃｍ−１のピーク強度（ＩＤ）と、Ｇバンドと呼ばれる１５００〜１６００ｃｍ−１のピーク強度（ＩＧ）との相対的強度比（ピーク面積比（ＩＤ／ＩＧ））を算出することにより求められる。
【００５５】
ここで、導電性炭素層Ｌ２の強度比（Ｒ値）が所定の範囲にある場合、接触抵抗の増大を顕著に抑制させることができる。よって、導電性炭素として用いる炭素材料は、導電性短資層Ｌ２がかかる所定の強度比を有するように選択することが好ましい。具体的には、導電性炭素層Ｌ２の強度比（Ｒ値）に関する所定の範囲は、以下に限定されることはないが、好ましくは先述したように１．３以上であり、より好ましくは１．４〜２．０であり、さらに好ましくは１．４〜１．９であり、とくに好ましくは１．５〜１．８である。この値が１．３以上であれば、積層方向の導電性が充分に確保された導電性炭素層Ｌ２が得られる。また、Ｒ値が２．０以下であれば、グラファイト成分の減少を抑制することができる。さらに、導電性炭素層Ｌ２自体の内部応力の増大をも抑制でき、下地である中間層Ｌ１との密着性を一層向上させることができる。
【００５６】
このようにして、導電部材Ｅは、導電性炭素層Ｌ２により、高い導電性及び耐食性が得られると共に、クロム製の中間層Ｌ１により導電性炭素層Ｌ２の密着性が高くなり、長期にわたって良好な性能を維持し得るものとなる。
【００５７】
本発明の被膜形成装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、構成の細部を適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１Ａ〜１Ｐ 真空チャンバー
２ ロータリテーブル（チャンバー移送手段）
３ 真空ポンプ（真空排気手段）
４ ワーク治具
４Ａ 第１の治具
４Ｂ 第２の治具
５ ターゲット
６ 磁気回路
１３ （バイアス電圧の）電源
１４ 不活性ガス導入手段
１５ チャンバー移送手段
１６ 電圧印加手段
Ａ１ 準備領域
Ａ２ Ａ１２ 真空引き領域
Ａ３ Ａ１３ 加熱領域
Ａ４ Ａ１４ ボンバード領域
Ａ５ Ａ１５ 第１成膜領域
Ａ５ａ 第１成膜領域
Ａ５ｂ 第２成膜領域
Ａ１１ 収容領域
Ａ１６ 取り出し領域
Ｅ 導電部材
Ｌ１ 中間層
Ｌ２ 導電性炭素層
Ｓ１ Ｓ２ 処理ステージ
Ｗ ワーク（基材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置であって、
所定間隔で配列した複数の真空チャンバーと、
これらの真空チャンバーをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、
ワークを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空排気手段を備え、
各真空チャンバーが、その内部でワークを保持するワーク治具と、スパッタリング用のターゲットと、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、ターゲットに高電圧を印加する電圧印加手段を備えていることを特徴とする被膜形成装置。
【請求項２】
前記ワーク治具が、ターゲットの表面とワークの表面とが平行となる状態に前記ワークを保持することを特徴とする請求項１に記載の被膜形成装置。
【請求項３】
前記真空チャンバーの内部に、ターゲット及びこのターゲットの裏面に磁場を形成する磁気回路で構成した処理ステージを一方向に複数配列し、
前記ワーク治具が、個々の処理ステージに対してワークを順次搬送する可動式のワーク治具であることを特徴とする請求項１又は２に記載の被膜形成装置。
【請求項４】
前記処理ステージが、ワーク治具に保持されたワークを間にして、一対のターゲット及び磁気回路を対称的に備えていることを特徴とする請求項３に記載の被膜形成装置。
【請求項５】
前記真空チャンバーが、ワークにバイアス電圧を印加する電源を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項６】
前記ワーク治具が、二枚のワークを重ねて保持するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項７】
前記ワーク治具が、一枚のワークを夫々保持する第１及び第２の治具から成り、第１及び第２の治具が、個々の処理ステージに対してワークを順次搬送する可動式のワーク治具であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項８】
複数の真空チャンバーが、周回経路に沿って配列してあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項９】
前記周回経路上に、真空チャンバーに対してワークを出し入れする準備領域と、ワークを収容した真空チャンバー内を真空引きして不純物を除去する真空引き領域と、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する加熱領域と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するボンバード領域と、最初の処理ステージにおいてワークの表面に被膜を形成する成膜領域を順に備え、
チャンバー移送手段により、各真空チャンバーを配列方向に移動させて、夫々の領域に順次移動させることを特徴とする請求項８に記載の被膜形成装置。
【請求項１０】
前記真空チャンバー内に二つの処理ステージを備え、
前記周回経路上に、真空チャンバーに対してワークを出し入れする準備領域と、ワークを収容した真空チャンバー内を真空引きして不純物を除去する真空引き領域と、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する加熱領域と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するボンバード領域と、最初の処理ステージにおいてワークの表面に被膜を形成する第１成膜領域と、次のステージに移動させたワークの表面に被膜を形成する第２成膜領域を順に備え、
チャンバー移送手段により、各真空チャンバーを配列方向に移動させて、夫々の領域に順次移動させることを特徴とする請求項８に記載の被膜形成装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の被膜形成装置によって製造した導電部材であって、
基材としてのワークがステンレス製であり、
第１成膜領域で形成した被膜が、クロムの中間層であり、
第２成膜領域で形成した被膜が、導電性炭素を含む導電性炭素層であることを特徴とする導電部材。
【請求項１２】
前記導電性炭素層において、ラマン散乱分光分析により測定されたＤバンドピーク強度（ＩＤ）と、Ｇバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）が１．３以上であり、
前記中間層は、柱状構造を有しており、さらに前記中間層の表面上に、前記導電性炭素層を構成する突起状粒子が存在していることを特徴とする請求項１１に記載の導電部材。
【請求項１】
プレート状のワークの表面にスパッタリングにより被膜を形成する装置であって、
所定間隔で配列した複数の真空チャンバーと、
これらの真空チャンバーをその配列方向に移動させるチャンバー移送手段と、
ワークを収容した真空チャンバーの内部を真空引きする真空排気手段を備え、
各真空チャンバーが、その内部でワークを保持するワーク治具と、スパッタリング用のターゲットと、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、ターゲットに高電圧を印加する電圧印加手段を備えていることを特徴とする被膜形成装置。
【請求項２】
前記ワーク治具が、ターゲットの表面とワークの表面とが平行となる状態に前記ワークを保持することを特徴とする請求項１に記載の被膜形成装置。
【請求項３】
前記真空チャンバーの内部に、ターゲット及びこのターゲットの裏面に磁場を形成する磁気回路で構成した処理ステージを一方向に複数配列し、
前記ワーク治具が、個々の処理ステージに対してワークを順次搬送する可動式のワーク治具であることを特徴とする請求項１又は２に記載の被膜形成装置。
【請求項４】
前記処理ステージが、ワーク治具に保持されたワークを間にして、一対のターゲット及び磁気回路を対称的に備えていることを特徴とする請求項３に記載の被膜形成装置。
【請求項５】
前記真空チャンバーが、ワークにバイアス電圧を印加する電源を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項６】
前記ワーク治具が、二枚のワークを重ねて保持するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項７】
前記ワーク治具が、一枚のワークを夫々保持する第１及び第２の治具から成り、第１及び第２の治具が、個々の処理ステージに対してワークを順次搬送する可動式のワーク治具であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項８】
複数の真空チャンバーが、周回経路に沿って配列してあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の被膜形成装置。
【請求項９】
前記周回経路上に、真空チャンバーに対してワークを出し入れする準備領域と、ワークを収容した真空チャンバー内を真空引きして不純物を除去する真空引き領域と、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する加熱領域と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するボンバード領域と、最初の処理ステージにおいてワークの表面に被膜を形成する成膜領域を順に備え、
チャンバー移送手段により、各真空チャンバーを配列方向に移動させて、夫々の領域に順次移動させることを特徴とする請求項８に記載の被膜形成装置。
【請求項１０】
前記真空チャンバー内に二つの処理ステージを備え、
前記周回経路上に、真空チャンバーに対してワークを出し入れする準備領域と、ワークを収容した真空チャンバー内を真空引きして不純物を除去する真空引き領域と、真空チャンバー内を加熱して水分を除去する加熱領域と、真空チャンバー内に不活性ガスを供給してワーク表面の酸化被膜を除去するボンバード領域と、最初の処理ステージにおいてワークの表面に被膜を形成する第１成膜領域と、次のステージに移動させたワークの表面に被膜を形成する第２成膜領域を順に備え、
チャンバー移送手段により、各真空チャンバーを配列方向に移動させて、夫々の領域に順次移動させることを特徴とする請求項８に記載の被膜形成装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の被膜形成装置によって製造した導電部材であって、
基材としてのワークがステンレス製であり、
第１成膜領域で形成した被膜が、クロムの中間層であり、
第２成膜領域で形成した被膜が、導電性炭素を含む導電性炭素層であることを特徴とする導電部材。
【請求項１２】
前記導電性炭素層において、ラマン散乱分光分析により測定されたＤバンドピーク強度（ＩＤ）と、Ｇバンドピーク強度（ＩＧ）との強度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）が１．３以上であり、
前記中間層は、柱状構造を有しており、さらに前記中間層の表面上に、前記導電性炭素層を構成する突起状粒子が存在していることを特徴とする請求項１１に記載の導電部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１８４４９０（Ｐ２０１２−１８４４９０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５００３３（Ｐ２０１１−５００３３）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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