JPH01256541A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、長尺物体の連続的プラズマ処理装置に関する
。更に詳しくは、膜、フィルム、シート、布、繊維等の
長尺物体、特に平面状あるいは比較的厚さが小さく、幅
の大きい長尺被処理物（以下処理布帛ということがある
）のプラズマ処理を連続的に行なうための装置に関する
。

（従来の技術） プラズマ処理装置、特に平面状シート状物や長尺物のプ
ラズマ処理装置としては、従来数多くの提案がなされて
いる。例えば、特公昭６Ｏ−ＩＬ１４９号、同６０−３
１，９３９号各公報には、大面積の一対の対向電極の間
に布帛を通して処理するプラズマ処理装置が提案されて
おり、また特開昭６０−１３４，０６１号、同６１−２
２８．０２８号、特公昭６０−５９．２５１号、同６１
−３６．８６２号各公報には、複数個の非接地電極を円
筒状接地電極の周りに配設したプラズマ処理装置が提案
されている。さらに特公昭６０−１１，１５０号、同６
０−５４．４２８号各公報には、多層化平行平板電極を
有するプラズマ処理装置の提案がある。

（本発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、上記特公昭６０−１１．１４９号、同６０
−３１．９３９号各公報の提案は、大面積の電極面にお
ける処理程度の局部的バラツキによる不均一処理や、電
極の上下、左右空間にプラズマ放電が発生することによ
る処理効率の低下等の問題がある。また前記特開昭６０
−１３４．０６１号公報その他の提案においては、電極
の処理面積を余り大きくすることができず、また非接地
電極周りでの放電ロスが避けられない。前記特公昭６０
−１１，１５０号、同６０−５４．４２８号各公報の提
案では、多層化した各電極上で高周波等の位相にズレを
生じ、電極間で相互干渉して、安定した運転および品質
を得る上に問題がある。

このように従来公知のプラズマ処理装置の、いずれにも
運転の安定性、品質の均一性、および投入電力に対する
処理効率のすべてを充分満足し得るものはない。

本発明者等は、これら従来提案された装置の欠点を解消
すべ（、真空容器とその中に配設された平面状処理表面
を有する複数個の非接地電極と該非接地電極処理表面に
対向して設けられた接地電極とよりなり、被処理物を上
記非接地電極と接地電極との間に通すための案内手段を
具備したプラズマ処理装置を嚢に特願昭６２−３３，４
４２号として提案した。この提案になる装置は従来公知
の装置に付帯する種々の技術的課題の多くを解決するこ
とに成功したが、引続き研究を重ねた結果、装置のコン
パクト化、処理効率の向上等の面において尚改良の必要
を見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の目的とするところは、複数個の電極を有しなが
ら、各電極間でプラズマの相互干渉が発生せず、かつ電
極周辺部の不用有害なプラズマ放電を極力抑えたプラズ
マ処理装置を提供するにある。また別の目的は、より安
定した運転ができ、かつ高品位で均一な被処理物をより
効率よく製造できる装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、真空容器とその中に配設された平面状処理表
面を有する複数個の非接地電極と該非接地電極処理表面
に対向して設けられた接地電極とよりなり、被処理物を
上記非接地電極と接地電極との間に通すための案内手段
を具備したプラズマ処理装置において、上記非接地電極
群の中央部に電力導入部を配置し、かつ該電力導入部と
それぞれ連結した前記非接地電極を放射状に配設したこ
とを特徴とするプラズマ処理装置である。

本発明で適用される被処理物としては膜、フィルム、シ
ートおよび布あるいは繊維、糸等の長尺状、平面状ある
いは比較的厚さが薄い物であれば特に限定されない。

以下添付図面に示す実施態様について本発明を詳述する
。

第１図は本発明装置の一興体例を示す概要正面図、第２
図はその概要側面図、第３図は本発明装置の別の具体例
を示す概要正面図、また第４図は第３図の要部をなすプ
ラズマ処理室の概要正面図である。

第１図および第２図において、真空容器Ａ中には、非接
地電極４群の中心に電力導入部ｌが位置し、該電力導入
部より延びる複数個の電極連結部材２は、放射状に配置
された複数個の非接地電極４を支持するとともに電力導
入部１と各非接地電極とを電気的に接続する。電力導入
部１は、絶縁軸受部３により真空容器に電気的に絶縁し
て支承されるとともに、高周波電源からの端子１５とカ
ップリングされる。非接地電極４は平面状処理表面を有
し、表裏両面のなす角度は特に限定されないが、後述の
案内手段によって案内される走行処理布帛を電極面に平
行となし易い適宜な角度とする。

電極連結部材２と非接地電極４とは必ずしも同軸上にあ
るを要しない。しかしながら、電極連結部材２から各非
接地電極４までの電気抵抗および距離を等しくすること
が電力配分のバランスという点で好ましい。

放射状配置において、隣り合った非接地電極間のなす角
度はすべて等しくなくてもよいが、等角度放射状である
ことが最も好ましい。

平面状接地電極５は、非接地電極４の両面に、それぞれ
対向して装設される。接地電極５と非接地電極４とは互
いに平行に、等距離はなれて設置する方が好ましい。電
極間距離は、入力エネルギー、電極形状、真空度、処理
速度およびプラズマエツチングか、プラズマ重合か、プ
ラズマＣＶＤか、という処理方法により異なるが、−射
的に真空度が小さく、入力エネルギーが小さい場合は狭
くする方がよく、通常１０　ｃｒａ以下、好ましくは５
ｃｍである。例えば酸素プラズマの場合で真空度がｌｍ
ｍＨｇ程度では、０．５〜３ｃＩＩｌ程度が効果的であ
る。非接地電極４および接地電極５の材質は導電性の高
い金属、例えばアルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼お
よびそれらの各種金属メツキ物などが好ましい。形状と
しては平板、パンチング板あるいはメツシュ（金１ｉｉ
）等使用できるが、入力電力が０．１　Ｗ／ｃｍ”以上
では、孔、凹凸のない平板が好ましい。

非接地電極４および接地電極５は内部に温調用媒体の通
路を設けて温調可能、殊に冷却可能にすることが好まし
い。媒体としては流動性のあるものならばすべて使用し
うるが、電気的に絶縁物である純水、有機溶媒や各種熱
交換用のガス、蒸気が好ましい。また温調装置あるいは
冷却装置としては、冷媒の通った蛇管あるいはジャケッ
トを電極に設置するのが好ましい。非接地電極を温調す
ることにより、各種プラズマ処理（例えばプラズマ重合
、プラズマＣＶＤ、プラズマエツチング等）に応じた最
も適切な温度に基板温度を設定できる。

こうして非接地電極の温度を任意に設定できることと、
それによって処理試料を非接地電極上に接触できること
により長時間にわたって安定な処理が可能となる。真空
容器Ａは更に処理布帛の供給ローラー９と、電動機１６
などによって駆動される巻取りローラーＩＯとを放射状
電極対間の空間に具える。供給ローラー９と巻取りロー
ラー１０とは電動機１６の連結機構を適宜双方間で反転
駆動可能となすことにより、リバーシブルとすることは
好ましいことである。

真空容器Ａ内にはまた、供給ローラー９から供給される
布帛８を接地電極と非接地電極との間の空隙へ順次導き
、巻取りローラー１０へ巻取るための案内手段、例えば
ガイドバー、ガイドローラー等６．７が、各電極基部お
よび先端部近傍の適宜な位置に配設される。これら案内
手段は固定ロール、従動ロール、駆動ロールあるいはそ
れらの組合せを布帛の目付け、走行速度、テンション等
の条件により適宜に用いることができ、処理布帛が非接
地電極または接地電極面に極力近接し、好ましくは摺接
して走行し得るよう調整して配設することがよい。

処理布帛をプラズマ空間を走行させるためのローラー６
．７の材質は、処理布帛に比べてエツチング性の小さい
、耐熱性にすぐれた、例えば金属、セラミック、金属コ
ーティングセラミックあるいはＮＢＲ、シリコーン等の
ゴムコーティング等がよい。またローラーは接地されて
いる方がよい。

ローラーの表面は、処理布帛のスリップを防止する為に
、鏡面加工のものが好ましい。更に好ましくは、被処理
物の走行安定性、加熱防止の為に、シリコーンゴム、Ｎ
ＢＲゴム、ＳＢＲゴム、フッ素ゴム等、ゴムコーティン
グあるいはゴムチューブで被覆したものがよい。

真空容器内の非接地電極、接地電極、処理布帛案内手段
、電力導入部等の主要構成部材は、フレーム１３に支承
されるとともに、接地電極を相互に結んだカバー１４に
より被覆されて一体となり、ガイドレール１７を走行し
て真空容器に装脱される。

カバー１４の材質は絶縁物でも導電性物質でもよいが、
好ましくは電極材料と同質のもの、例えばステンレス、
アルミニウム、銅板等であり、更に好ましくは中央部に
プラズマ空間を監視できる透視窓を有するのがよい。透
視窓の材質は、透視可能ならば有機物でも無機物でもよ
いが、耐プラズマ性、耐熱性にすぐれた無機質、例えば
ガラス、無機結晶等がよい。またカバーは接地されてい
る方がよく、この場合カバーと非接地電極４の間隔は、
プラズマの安定性、均一性の点で、接地電極と非接地電
極の間隔より大きい方がよい。

真空容器は、内外圧差少なくとも１気圧に耐えるもので
あればその形状・寸法は特に限定されないが、ガス導入
孔１１と真空ポンプに通ずる排気孔１２とを具え、上記
主要構成部材等の内容物を装脱するための開閉装置を有
し、好ましくは内容物モニタリング用の透視窓を具備す
る。ガス導入孔１１のガス吹出し口の形状は、細長いス
リット状が小孔を多数有するものが、またガス吹出し口
は電極の全幅に亘って存在することが導入ガスと分解ガ
スの比率にムラがなくなり、安定した処理効果が得られ
好ましい。ガス導入配管の材質は、プラスチック等有機
物も使用しうるが、長期に亘り安定して使用するために
は、化学的に安定で耐プラズマ性が高く、高温に耐える
金属、例えばステンレス管、鋼管、アルミニウム管ある
いはガラス管等が好ましい。

第３図および第４図に示した具体例においては、真空容
器Ａと通路１８．１９を介してそれぞれ連通された真空
容器Ｂ、Ｃを別途設け、真空容器Ａ内には電挽を配設し
、真空容器Ｂ、Ｃ内に処理布帛供給ローラー９と巻取り
ローラー１０とを個別に収納する。このようにして供給
ローラー９と巻取りローラー１０の各占有空間を真空容
器Ａの外部に設けることによって真空容器Ａ内に配設す
る電極の数を増加し、プラズマ処理能力を増大させるこ
とができる。第３図および第４図の例にあっては、第１
図に示した例よりも２倍の電極が設けられ、従ってプラ
ズマ処理能力は倍増する。真空容器Ｂの布帛は供給ロー
ラー９から、ガイドローラー２０で走行径路を規制され
、通路１８を通って真空容器Ａへ入り、電極間隙を通過
した後、通路■９よりガイドローラー２１に案内されて
巻取りローラー１０に巻取られる。

真空容器Ｂ、Ｃは合体して単一の容器となし、布帛供給
ローラー９と巻取りローラー１０とを−・緒に収容し、
真空容器と１個の通路で連通させることも出来る。

（作　用） プラズマ用の電力の導入は、電力導入部１により集中的
に行なう。各非接地電極４へは電力導入部ｌより電極連
結部材２を通じて電力の導入を行なう。又、電源は電力
導入部が１ケ所であるために、単一の電源を使用でき複
数個の電源を使った時の各電源間の発振周波数等のズレ
による高周波の相互干渉、プラズマのアンバランスは殆
どなくなる。

非接地電極４には、プラズマ発生用の５０Ｈｚ。

６０Ｈｚの商業用周波数、キロヘルツの低周波数および
メガヘルツからギガヘルツ領域の高周波数の電力を導入
して、接地電極との間で低温ガスプラズマを発生させる
。

低温ガスプラズマの安定した発生のためには、＠　Ｋ　
Ｈｚから数百ＫＨｚの低周波あるいは高周波が好ましい
が、１３．５６　ＭＨｚの高周波が処理効率、処理コス
ト等の点で特に好ましい。又、低周波あるいは高周波の
入力エネルギーは電極形状、電極間距離、真空度、処理
速度等によって変化するが、通常単位面積当り０．０１
Ｗ／　ｃｍ２以上、好ましくは０．２〜ＬＯＷ　／　ｃ
ｍ”、更に好ましくは０．１〜ＩＷ／ｃｍ２である。

低温ガスプラズマを発生させるガスとしては、酸素、窒
素、アルゴン、ヘリウム、水素等の非重合性ガスやメタ
ン、エタン、プロパン、ブタンあるいはベンゼン、アク
リル酸、スチレン等の重合性有機モノモーガスを用いる
ことが出来、目的に応じて選択する。

ポリエステル繊維等のプラズマエツチングには、酸素、
空気、窒素、アルゴン、水素、炭酸ガス、ヘリウムやＣ
Ｆａ　、ＣＦｚＣｆｉ□、ＣＦＣｌｚ。

ＣＨＦ　ｓ等のハロゲン化炭化水素およびその誘導体の
単独あるいは混合ガスが使用できる。

プラズマ空間の真空度は、低温ガスプラズマが安定して
発生する領域、すなわち通常０．０１〜１０ｍｎ＋Ｈｇ
、好ましくはＱ、ｌ　〜５ｎ＋ｍＨｇ　、更に好ましく
は０．２〜ｌｍｍＨｇに調整する。真空度の調整は排気
速度と共にガスあるいはモノマーガスの導入により行な
う事が出来るが、目的とする処理を好ましく行なう為に
は、導入ガスの調整による。

ガスの導入は、ガス導入管を通じて、被処理物の処理面
側に吹き出すことが好ましい。このことにより、被処理
物の処理面には常に新しい導入ガスが接触し、さらにプ
ラズマ処理により発生した分解ガスは、効率的にプラズ
マ空間より排出される。導入ガスの分解ガスに対する比
は少なくとも１、好ましくは２以上、更に好ましくは４
以上である。プラズマ処理の効率化および異種反応の防
止には導入ガスをいかに効率よくプラズマ化し被処理物
表面に当てるかおよび分解ガスをいかに効率よく被処理
物表面より除去・排出するかに太きく影響される。接地
電極相互間を結んだカバー１４は導入ガスおよび分解ガ
スを効率よく置換する作用をなす。

本発明において処理布帛８は接地電極５と非接地電極４
の間、好ましくは接地電極あるいは非接地電極表面の近
傍に、更に好ましくは接地電掘あるいは非接地電極の表
面に接触させ、特に好ましくは非接地電極表面に接触さ
せる。被処理物を非接地電極に接触させた場合、プラズ
マエツチング。

効果が大きくなるがこれは次のような理由と思われる。

プラズマ特に低周波および高周波電位の印加による低温
プラズマにおいては、プラズマ空間にセルフバイアスが
発生するが、そのセルフバイアスの生成領域では質量の
大きなイオンの運動エネルギーが極めて大きく、従って
その空間で処理することによって極めて処理速度、処理
効果を増大させ得る。

被処理物を連続的に処理することも、走行、ストップ処
理の繰り返しも可能である。

本発明装置の好適な実施態様を整理して、以下に記す。

（イ）接地電極表面が平面状である請求項記載の装置。

（ロ）非接地電極表面と接地電極表面が等距離に対向す
る請求項記載の装置。

（ハ）非接地電極表面及び／又は接地電極表面が温調可
能である請求項記載の装置。

（ニ）被処理物が非接地電極の表面に接触するよう案内
手段を配設する請求項記載の装置。

（ホ）被処理物が接地電極の表面に接触するよう案内手
段を配設する請求項記載の装置。

（発明の効果） 本発明によるプラズマ処理装置では、電力導入部から非
接地電極までの距離を等しくとることが出来るために、
複数個の非接地電極に各々同一位相の電力を導入するこ
とが出来るようになった。

又、各電極への電力導入部を統一出来たために単一の電
源で済むようになった。従って、従来の多層化電極を有
するプラズマ処理装置に見られた複数の電極間でのプラ
ズマの相互干渉および複数の電源間での相互干渉が防止
でき、安定した運転、安定した品質が得られるようにな
った。

又、非接地電極周囲の空間が従来のものよりずっと狭く
なっておりこの部分での不用なプラズマ放電が低減でき
、投入電力がより効率的に使用されるようになった。

以上述べたように、本発明装置により従来の装置に比べ
て大幅なコストダウン、高品質、高安定なプラズマ処理
装置およびプラズマ処理物が堤供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一具体例を示す概要正面図、 第２図はその概要側面図、 第３図は本発明装置の別の具体例を示す概要正面図、 また第４図は第３図の要部をなすプラズマ処理室の概要
正面図である。 Ａ、Ｂ、Ｃ・・・真空容器　　　１・・・電力導入部２
・・・電極連結部材　　　３・・・絶縁軸受部４・・・
非接地電極　　　　５・・・接地電極６．７・・・案内
手段　　　　８・・・布帛９・・・供給ローラー　　　
ＩＯ・・・巻取りローラー１１・・・ガス導入孔　　　
　１２・・・排気孔Ｉ３・・・フレーム　　　　　Ｉ４
・・・カバー１５・・・端子　　　　　　　１６・・・
電動機１７・・・ガイドレール　　　１Ｂ、　１９・・
・通路２０．２１　・・・ガイドローラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空容器とその中に配設された平面状処理表面を有
   する複数個の非接地電極と該非接地電極処理表面に対向
   して設けられた接地電極とよりなり、被処理物を上記非
   接地電極と接地電極との間に通すための案内手段を具備
   したプラズマ処理装置において、上記非接地電極群の中
   央部に電力導入部を配置し、かつ該電力導入部とそれぞ
   れ連結した前記非接地電極を放射状に配設したことを特
   徴とするプラズマ処理装置。