等离子体处理装置的制作方法

本发明涉及一种例如对片状基材进行成膜等等离子体处理的等离子体处理装置。

背景技术：

作为此种等离子体处理装置，存在可对片状基材进行连续成膜的被称为辊对辊(rolltoroll)方式者，根据所述方式，与被称为盒对盒(cassettetocassette)方式的断续成膜相比，成膜速度快，可实现生产性的提升。

作为所述辊对辊方式的等离子体处理装置，如专利文献1所示，存在具有送出片状基材的送出辊及卷取片状基材的卷取辊，并构成为将片状基材一面沿着水平方向搬运一面在等离子体处理室内进行等离子体处理的等离子体处理装置。

然而，若为所述构成，则因在等离子体处理中片状基材被等离子体的离子能量加热而软化，并且为了以免挠曲而由卷取辊对所述软化的片状基材进行拉伸，所以片状基材趋于朝着宽度方向中央部收缩。由此，在片状基材中产生褶皱。所述问题在片状基材薄的情况下更显著。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2015-185494号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

因此，本发明是为了一举解决所述问题而成，其主要课题在于实现生产性的提升并且即使在片状基材薄的情况下，也可防止褶皱的产生。

[解决问题的技术手段]

即，本发明的等离子体处理装置，包括：等离子体处理室，对片状基材进行等离子体处理；高频天线，用以使所述等离子体处理室内产生等离子体；以及送出机构，将所述片状基材沿着上下方向送出至所述等离子体处理室内。

根据如此构成的等离子体处理装置，送出机构将片状基材沿着上下方向送出至等离子体处理室，所以可减少等离子体处理中的片状基材的挠曲。

由此，可藉由连续地送出片状基材而实现生产性的提升，同时减少对片状基材施加的张力，所以即使在片状基材薄的情况下，也可防止褶皱的产生。

优选：所述送出机构设于所述等离子体处理室的上方。

根据如此构成的等离子体处理装置，设于等离子体处理室的上方的送出机构将片状基材送出至下方，所以即使不从下方进行拉伸，片状基材也会因自重而下降。

由此，可尽可能地减小施加至片状基材的张力，从而可防止褶皱的产生。

另一方面，在将送出机构设于等离子体处理室的上方的情况下，对送出机构安装或取下片状基材的作业很难。

因此，为了实现作业性的提升，优选还包括：卷取机构，沿着上下方向卷取已穿过所述等离子体处理室的所述片状基材，所述送出机构及所述卷取机构设于所述等离子体处理室的下方。

若为所述构成，则可容易对送出机构及卷取机构安装或取下片状基材。

在由卷取辊卷取经等离子体处理的片状基材的情况下，因对被等离子体中的离子能量加热的片状基材施加张力而容易产生褶皱。

因此，为了一面卷取经等离子体处理的片状基材，一面可防止褶皱的产生，优选包括：卷取辊，卷取所述片状基材；以及冷却辊，一面将经等离子体处理的所述片状基材引导至所述卷取辊一面对所述片状基材进行冷却。

若为所述构成，则即使对片状基材施加了张力，也可通过在由卷取辊卷取之前对片状基材进行冷却而防止褶皱的产生。

之所以在片状基材中产生褶皱，是因为在拉伸被所述各种因素加热了的片状基材时，片状基材趋于朝着宽度方向中央收缩。

因此，为了抑制片状基材向宽度方向中央的收缩，优选还包括：引导辊，将所述经等离子体处理的所述片状基材引导至所述冷却辊，所述引导辊构成为先接受下降的所述片状基材的宽度方向外侧端部，后接受所述片状基材的宽度方向中央部。

若引导辊为所述形状，则已到达引导辊的片状基材被朝宽度方向外侧拉伸，所以可抑制向宽度方向中央的收缩，从而可在不产生褶皱的情况下将片状基材引导至冷却辊。

优选还包括：张力检测单元，对由所述卷取辊施加至所述片状基材的张力进行检测；以及控制装置，基于所述张力检测单元所检测出的张力，对所述送出机构或所述卷取辊中的至少一者进行控制。

若为所述构成，则可将片状基材的送出速度或卷取速度控制为不产生褶皱的速度。

作为更显著地发挥所述作用效果的具体的实施形态，可列举在所述等离子体处理室中设有对所述片状基材进行加热的加热器的构成。

然而，在等离子体处理室中形成有用以将由送出机构送出的片状基材搬入至等离子体处理室的狭缝或用以将经等离子体处理的片状基材从等离子体处理室搬出的狭缝。为了减少供给至等离子体处理室的原料气体的泄漏量，这些狭缝优选宽度窄。

然而，当想要使片状基材通过自重而下降时，会产生片状基材摆动，刮擦狭缝而受到损伤的问题。

因此，优选：在所述等离子体处理室的彼此相向的相向壁上形成有所述片状基材能够穿过的狭缝，在所述狭缝设有对所述片状基材的搬运进行引导的一对引导板。

若为所述构成，则即使片状基材摆动，也可通过引导板来防止片状基材刮擦狭缝，从而可防止片状基材的损伤。

优选包括：房间，被供给与供给至所述等离子体处理室的原料气体不同种类的气体；以及减压室，存在于所述房间与所述等离子体处理室之间，并且比所述房间及所述等离子体处理室更受到减压。

若为所述构成，则因使减压室位于两房间之间，所以可防止原料气体与不同种类的气体混合。

[发明的效果]

根据如此构成的本发明，即使在片状基材薄的情况下也可防止褶皱的产生，并且实现生产性的提升。

附图说明

图1是表示实施方式的等离子体处理装置的构成的示意图。

图2是表示本实施方式的第1引导辊的构成的示意图。

图3是表示其他实施方式的等离子体处理装置的构成的示意图。

图4是表示其他实施方式的等离子体处理装置的构成的示意图。

图5是表示其他实施方式的第1引导辊的构成的示意图。

图6是表示其他实施方式的等离子体处理装置的构成的示意图。

符号的说明

100：等离子体处理装置

x：等离子体处理室

3：高频天线

4：加热器

5：高频电源

p：引导板

z：片状基材

10：送出机构

20：卷取机构

d1：第1减压室

d2：第2减压室

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的等离子体处理装置的一实施方式进行说明。

本实施方式的等离子体处理装置100例如用于制造燃料电池用隔膜(separator)，此处是在片状基材z上形成具有对酸或碱的抗腐蚀性的阻气被膜。

此处的片状基材z例如为厚度20μm左右的铝，阻气被膜为具有导电性且抑制氧及水蒸气的渗透的例如导电性类金刚石碳(diamond-likecarbon，dlc)被膜。但是，作为片状基材z或阻气被膜，并不限于所述内容，也可进行各种选择。

具体来说，等离子体处理装置100为所谓的辊对辊方式者，如图1所示，包括：送出机构10，送出片状基材z；等离子体处理室x，对送出的片状基材z进行等离子体处理；以及卷取机构20，对经等离子体处理的片状基材z进行卷取。

送出机构10从卷绕片状基材z而成的线圈(coil)材将片状基材z送出，至少包括组装有线圈材的送出辊11。所述送出辊11与所组装的线圈材电性连接，被未图示的偏压电源施加后述的等离子体处理中的负的直流电压或负的脉冲电压。

所述送出机构10例如被收容于通过具有涡轮分子泵tmp或回转泵(rotarypump)rp等的第1排气系统e1进行排气的搬出室m，在所述搬出室m形成有供由送出辊11送出的片状基材z穿过的第1狭缝s1。对本实施方式的搬出室m例如供给氮气并保持为1pa，但所供给的气体种类或所保持的压力并不限于此。

并且，送出机构10包括将由送出辊11送出的片状基材z引导至狭缝的多个引导辊12。这些引导辊12旋转自如，此处示出了三个引导辊12，但引导辊12的数量并不限于此，也不是必须使用引导辊12。

而且，本实施方式的送出机构10设于等离子体处理室x的上方，将片状基材z送出至下方。具体来说，构成为：所述搬出室m位于等离子体处理室x的上方，已穿过形成于所述搬出室m的下壁ma的第1狭缝s1的片状基材z沿着铅垂方向通过自重而下降，并朝向等离子体处理室x。

若像这样使片状基材z通过自重而下降，则片状基材z容易摆动，从而存在刮擦第1狭缝s1而受到损伤的可能性。因此，在第1狭缝s1设有对片状基材z的搬运进行引导的一对引导板p。这些引导板p以对要穿过第1狭缝s1的片状基材z进行夹持的方式相向设置，沿着片状基材z的搬运方向即铅垂方向在第1狭缝s1的上方及下方延伸。这些引导板p的间隔若过窄则片状基材z会与引导板p接触，若过宽则供给至搬出室m的气体变得容易泄露，所以优选1mm以上且5mm以下，更优选2mm。另外，引导板p的间隔与第1狭缝s1的宽度几乎相等。

等离子体处理室x通过所述第1排气系统e1进行排气，并设有用以使所述等离子体处理室x产生等离子体的高频天线3及对搬运至所述等离子体处理室x的片状基材z进行加热的加热器4。对所述等离子体处理室x供给等离子体的原料气体并保持为规定的压力。另外，供给至等离子体处理室x的气体种类或所保持的压力并不限于后述内容，也可适当变更。

在本实施方式中，将进行不同的等离子体处理的两个等离子体处理室x沿着片状基材z的搬运方向串联设置。这些等离子体处理室x隔着间隔壁xa而上下相邻，以下，将上侧的等离子体处理室x称为第1等离子体处理室x1，将下侧的等离子体处理室x称为第2等离子体处理室x2。另外，第1等离子体处理室x1与第2等离子体处理室x2通过共同的第1排气系统e1进行排气，但也可使用单独的排气系统来进行排气。而且，此处，第1等离子体处理室x1的高频天线3与第2等离子体处理室x2的高频天线3均设于片状基材z的其中一面侧(表面侧)，但也可将第1等离子体处理室x1的高频天线3设于片状基材z的其中一面侧(表面侧)并将第2等离子体处理室x2的高频天线3设于片状基材z的另一面侧(背面侧)。

第1等离子体处理室x1是为了提升后述导电性dlc被膜的密接性而对片状基材z形成核(譬如说是像头发的发根那样)的房间。若进行更具体的说明，则是对第1等离子体处理室x1例如供给甲烷等碳化合物气体作为原料气体并保持为1pa，并经由未图示的匹配器对高频天线3施加来自高频电源5的高频电力，由此在片状基材z的表面附近产生包含碳离子的放电等离子体。并且，经由所述送出辊11将负的直流电压或负的脉冲电压施加至片状基材z，由此对片状基材z的表面注入碳离子而形成核。

所述第1等离子体处理室x1位于搬出室m的下方，构成为：从搬出室m下降的片状基材z穿过形成于上壁xb的第2狭缝s2而被搬入，并且形成有核的片状基材z穿过形成于下壁即间隔壁xa的第3狭缝s3而被搬出。另外，与所述第1狭缝s1同样地，在这些第2狭缝s2及第3狭缝s3设有一对引导板p，这些引导板p的间隔因所述原因而优选为1mm以上且5mm以下，更优选为2mm。

然而，供给至第1等离子体处理室x1的原料气体与供给至所述搬出室m的气体为彼此不同的种类。因此，若第1等离子体处理室x1与搬出室m隔着形成有狭缝的间隔壁而相邻，则在各房间的压力存在差异的情况下，压力高的房间的气体会经由狭缝而流入至压力低的房间，从而不同种类的气体会混合。由此，例如在作为原料气体的甲烷流入至搬出室m的情况下，因对片状基材z施加所述负的直流电压或负的脉冲电压而产生等离子体，从而对片状基材z形成被膜。所述被膜因搬出室m低于第1等离子体处理室x1的温度而成为绝缘膜，从而导致后述阻气被膜的导电性的下降。

因此，使第1等离子体处理室x1与搬出室m之间存在比这些房间更受到减压的第1减压室d1。所述第1减压室d1在上壁d1a形成有所述第1狭缝s1，并在下壁d1b形成有所述第2狭缝s2，并且例如通过具有涡轮分子泵tmp或回旋泵rp等的第2排气系统e2进行排气，并被保持为例如10^-3pa。之所以可以像这样将第1减压室d1保持为与第1等离子体处理室x1或搬出室m不同的压力，是因为极力缩窄了连通这些房间的第1狭缝s1或第2狭缝s2的宽度(优选为1mm以上且5mm以下，更优选为2mm)并且分别设置对搬出室m或第1等离子体处理室x1进行排气的第1排气系统e1与对第1减压室d1进行排气的第2排气系统e2。

由此，供给至第1等离子体处理室x1的原料气体即使流入至第1减压室d1，也会被从第1减压室d1排出，所以不会流入至搬入室m，供给至搬出室m的气体即使流入至第1减压室d1，也会被从第1减压室d1排出，所以不会流入至第1等离子体处理室x1。因此，可防止供给至各房间m、x1的气体混合。由此，可防止作为原料气体的甲烷流入至搬出室m而导致对片状基材z形成绝缘膜，从而可确保后述阻气被膜的导电性。

第2等离子体处理室x2是对在第1等离子体处理室x1中进行了等离子体处理的片状基材z形成作为阻气被膜的导电性dlc被膜的房间。若进行更具体的说明，则是对第2等离子体处理室x2例如供给甲烷与乙炔的混合气体作为原料气体并保持为1pa，并经由未图示的匹配器对高频天线3施加来自高频电源5的高频电力，由此在片状基材z的表面附近产生包含碳离子的放电等离子体。此时，为了使导电性dlc被膜导电化，此处，通过加热器4对片状基材z进行基底加热至例如150℃～400℃。并且，经由所述送出辊11将负的直流电压或负的脉冲电压施加至片状基材z，并且通过加热器4或等离子体中的离子能量对片状基材z进行追加加热，由此在片状基材z的表面形成导电性dlc被膜。另外，通过等离子体中的离子能量进行的加热是通过将等离子体中的离子注入至片状基材z将所述离子的动能转换为热而发生，在片状基材z薄至例如20μm左右的情况下，片状基材z的热容量小，由此加热变显著。

所述第2等离子体处理室x2配置于第1等离子体处理室x1的下方，构成为：在第1等离子体处理室x中进行了等离子体处理的片状基材z穿过形成于上壁即间隔壁xa的第3狭缝s3而被搬入，并且形成有导电性dlc被膜的片状基材z穿过形成于下壁xc的第4狭缝s4而被搬出。另外，与所述第1狭缝s1同样地，在第4狭缝s4设有一对引导板p，这些引导板p的间隔因所述原因而优选为1mm以上且5mm以下，更优选为2mm。

经如此等离子体处理的片状基材z，即形成有导电性dlc被膜的片状基材z由设于第2等离子体处理室x2的下方的卷取机构20卷取。

卷取机构20至少包括将片状基材z卷取为线圈状的卷取辊21，并收容于位于第2等离子体处理室x2的下方的卷取室n。所述卷取室n通过所述第1排气系统e1进行排气，并在上壁na形成有供经等离子体处理的片状基材z穿过的第5狭缝s5。另外，对卷取室n进行排气的排气系统也可独立于第1排气系统e1。对本实施方式的卷取室n例如供给氮气并保持为1pa，但所供给的气体种类或所保持的压力并不限于此。

而且，跟所述第1等离子体处理室x1与搬出室m之间同样地，使卷取室n与第2等离子体处理室x2之间存在第2减压室d2。所述第2减压室d2在上壁d2a形成有所述第4狭缝s4，并在下壁d2b形成有所述第5狭缝s5，并且例如通过具有涡轮分子泵tmp等的第2排气系统e2进行排气，并被保持为例如10^-3pa。此处，通过与第1减压室共同的第2排气系统e2对第2减压室d2进行排气。另外可以将第2减压室d2保持为与第2等离子体处理室x2或卷取室n不同的压力的原因与所述第1减压室d1相同。

由此，供给至第2等离子体处理室x2的原料气体即使流入至第2减压室d2，也会被从第2减压室d2排出，所以不会流入至卷取室n，供给至卷取室n的气体即使流入至第2减压室d2，也会被从第2减压室d2排出，所以不会流入至第2等离子体处理室x2。因此，可防止供给至各房间x2、n的气体混合。

本实施方式的卷取机构20具有将已穿过第5狭缝s5的片状基材z引导至卷取辊21的多个引导辊22。此处，示出了三个引导辊22，但引导辊22的数量并不限于此。以下，为了对这些引导辊22进行区分，从搬运方向上游侧起称为第1引导辊22(a)、第2引导辊22(b)及第3引导辊22(c)。

第1引导辊22(a)为接受已穿过第5狭缝s5的片状基材z并将其引导至第2引导辊22(b)的旋转自如的辊。所述第1引导辊22(a)以先接受下降的片状基材z的宽度方向外侧端部，后接受所述片状基材z的宽度方向中央部的方式进行弯曲。具体来说，所述第1引导辊22(a)如图2所示，一面保持着以朝下方膨胀出的方式弯曲为弓形状的状态一面进行旋转，将片状基材z向宽度方向外侧扩展或趋于扩展。

第2引导辊22(b)将片状基材z引导至第3引导辊22(c)，并且构成检测对片状基材z施加的张力的未图示的张力检测机构。具体来说，所述第2引导辊22(b)是构成为根据施加至片状基材z的张力而例如沿径向移动的所谓的张力辊，并与对其移动量进行检测的例如压电元件等未图示的检测元件一起构成张力检测单元。

所述张力检测单元所检测出的检测张力，如图1所示，被输出至控制装置6，所述控制装置6对检测张力与预先设定的目标张力进行比较，并以使检测张力接近目标张力的方式，例如对送出辊11的旋转速度进行控制。另外，作为控制装置6，也可以构成为对卷取辊21的旋转速度进行控制，以使检测张力接近目标张力。

第3引导辊22(c)是用以一面将片状基材z引导至卷取辊21，一面对所述片状基材z进行冷却的旋转自如的辊。具体来说，第3引导辊22(c)是在内部形成有流动例如水等冷却液的流路的冷却(水冷)辊。

根据如此构成的本实施方式的等离子体处理装置100，设于等离子体处理室x的上方的送出机构10将片状基材z沿着铅垂方向送出至下方，片状基材z通过自重而下降，所以可尽可能地减小施加至片状基材z的张力。

由此，在片状基材z薄的情况下，虽然除了加热器4之外，片状基材z还会被等离子体中的离子能或因离子被偏压电压加速而被增大化的离子能进行追加加热，但可将用以卷取经等离子体处理的片状基材z的张力抑制得极小。结果，可通过辊对辊方式实现生产性的提升，同时防止在形成于片状基材z的膜上产生褶皱。

而且，第1引导辊22(a)以先接受下降的片状基材z的宽度方向外侧端部，后接受所述片状基材z的宽度方向中央部的方式进行弯曲，所以可将到达第1引导辊22(a)的片状基材z向宽度方向外侧拉伸，从而可一面抑制褶皱的产生一面将片状基材z引导至第2引导辊22(b)。

并且，通过使用张力辊作为第2引导辊22(b)，而对施加至片状基材z的张力进行检测，并基于所述检测张力对送出辊11的旋转速度进行控制，所以可一面将施加至片状基材z的张力抑制在不发生褶皱的程度一面将片状基材z送出。

另外，因使用冷却辊作为第3引导辊22(c)，所以可在由卷取辊21进行卷取前，对被加热器加热或被等离子体中的离子能加热的片状基材z进行冷却，从而可更切实地防止卷取片状基材z时褶皱的产生。

另外，本发明并不限于所述实施方式。

例如，在所述实施方式中，是将两个等离子体处理室x串联配置，但也可如图3所示，等离子体处理室x为一个。此情况下，若不需要所述实施方式的在第1等离子体处理室x中进行的离子注入，则也可省略离子注入步骤。而且，虽未图示，但也可设置三个以上的等离子体处理室x。并且，也可在搬出室m中对片状基材z进行等离子体处理。

另外，在图3所示的等离子体处理室x中，设有一对高频天线3及与各高频天线3相向的一对加热器4，这些高频天线3设于片状基材z的其中一面侧(表面侧)及另一面侧(背面侧)。由此，可对片状基材z的表面及背面连续地进行成膜。

并且，在所述实施方式的等离子体处理室x中设有加热器4，但不是必须对等离子体处理室x设置加热器4。之所以在此情况下片状基材z会受到加热，是因为通过对片状基材z施加负的直流电压或负的脉冲电压而对片状基材z注入离子，尤其是在片状基材z薄至例如20μm左右的情况下，片状基材z的热容量小而容易被加热。

而且，作为送出机构10，如图4所示，只要将至少一部分，具体来说是构成送出机构10的辊的至少一个设于等离子体处理室x的上方即可。换句话说，如图4所示，例如送出辊11不是必须位于等离子体处理室x的上方。

关于卷取机构20也相同，只要将至少一部分，具体来说是构成卷取机构20的辊的至少一个设于等离子体处理室x的下方即可，如图4所示，例如卷取辊21不是必须位于等离子体处理室x的下方。

在所述实施方式中，对以朝下方膨胀出的方式进行弯曲的第1引导辊22(a)进行了说明，但也可如图5所示，为轴向中央部的外径小于轴向端部的外径的形状。

并且，送出机构10不是必须设于等离子体处理室x的上方，也可如图6所示，设于等离子体处理室x的下方。即，送出机构10只要将片状基材z沿着上下方向送出至等离子体处理室x内即可。

若为所述构成，则因将送出机构10及卷取机构20设于等离子体处理室x的下方，所以可使对这些送出机构及卷取机构20安装或取下片状基材z的作业简便。

另外，等离子体处理装置在所述实施方式中构成为将片状基材从上方送出至下方，但也可构成为将片状基材从下方送出至上方。

即，也可将送出机构10设于等离子体处理室x的下方，并将卷取机构20设于等离子体处理室x的上方。

而且，在所述实施方式中，是通过碳离子的注入来形成核，但也可通过氮离子的注入来形成核。

并且，也可省略形成核的等离子体处理，或者在形成核的等离子体处理的基础上，进行除去片状基材的氧化被膜(al2o3)的等离子体处理。具体来说，作为所述等离子体处理，可列举对等离子体处理室x例如导入氩气并保持为1pa，通过产生等离子体而除去氧化被膜的氩气清洗。

另外，在所述实施方式中，是通过卷取机构20对进行了等离子体处理的片状基材进行卷取，但例如若要对经等离子体处理的片状基材进行切断或折叠，则不是必须对等离子体处理装置配备卷取机构20。

片状基材并不限于铝，也可为具有镍(ni)、铁(fe)、镁(mg)、钛(ti)或含有这些金属的不锈钢等合金中的至少一种金属者。

阻气被膜并不限于导电性dlc被膜，既可为作为导电性碳被膜的导电性非晶碳被膜，也可为金属碳化物被膜、金属碳氧化物被膜、金属氮化物被膜、金属硼化物被膜及金属硅化物被膜等。

关于阻气被膜的形成，并不限于利用所述实施方式所叙述的内容，例如也可使用等离子体化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)法、真空蒸镀法、溅镀法、离子镀(ionplating)法等。

另外，本发明并不限于所述实施方式，当然可在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。