JPH01256543A - 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、特に平面シート状物や長尺物のプラ
ズマ処理装置としては、従来多くの提案がなされている
。例えば、特公昭６０−１１１４９号、同６０−３１９
３９公報公報には、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６０−１３４０６１号、同６１−２２８０２
８号、特公昭６０−５９２５１号、同６１−３６８６２
公報公報には、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６０−１１１５０号、同６０−５４４２８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。

（発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、上記特公昭６０−１１１４９号、同６０−
３１９３９公報公報の提案は、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６０−１
３４０６１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６０−５４４２８公報公報の提案では、多
層化した各電極１−で高周波等の位相にズレを生じ、電
極間で相互干渉して、安定した運転及び品質を得る上に
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
転の安全性、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
すべく、真空容器とその中に配設され被処理物の走行方
向に関して膨出した曲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
電極との間に通すだ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６１−１７１４６４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両帯する種々の
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
を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
極周辺部で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。

（課題を解決するだめの手段） 本発明は真空容器とその中に配設され被処理物の走行方
向に関して膨出した曲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
ートおよび布或いは繊維、糸等の長尺状、平面状或いは
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図は本発明の一具体例を示す一部省略概要正面図、
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、真空容器は横型円筒形容
器Ａ、　　Ｂ、　Ｃの３部分よりなり、容器Ａ。

Ｂと容器Ａ、　Ｃとは通路１７．１８によってそれぞれ
互いに連通ずる。容器Ａはプラズマ処理室、容器Ｂ、　
Ｃはそれぞれ処理布帛８の供給ローラー９と巻取ローラ
ー１０とを別個に収容する。容器Ｂ、　Ｃは合体して単
一の容器となし供給ローラー９と巻取ローラー１０とを
共に収容することもでき、また、１個の容器Ａの中にす
べてを収納して容器Ｂ、　Ｃを省略することも簡単な設
計変更によって可能である。

容器への細部を説明する第３図において、非接地電極４
群の略々中心に電力導入部１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。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。

隣り合った非接地電極の周方向へ延びる軸のなす角度は
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。

非接地電極４は第３図に示すように処理布帛を効率よく
安定してその表面に接触させるために、処理布帛の走行
方向に関して膨出した処理表面を有する形状となす。膨
出曲面の曲率、形状は電極の長さや前後のガイドローラ
ーの径および処理布帛の変形のし易さや、作用張力によ
って適宜に選定する必要があるが、電極長に対して中央
部の高さはｌ／１００以上であれば充分であり、１７５
０以上であれば更に好ましい。処理布帛の案内手段であ
るガイドローラー６．７は、被処理物を非接地電極によ
りよく接触させる位置に設ける。

非接地電極４に対向する接地電極５は棒状でも平板状で
もよいが、好ましくは非接地電極の膨出面に対応する凹
曲面を有し、更に好ましくは同じ曲率の凹面を有する。

これによって、プラズマ放電の電極間での均一性が向上
し処理物の品質の均一性向上が可能となる。

接地電極と非接地電極の配置は、真空容器の中心付近か
ら周囲へ延びる放射状に配置することが好ましい。

接地電極５と非接地電極４とは互いに等しい面間隔を以
て設置することが好ましい。

面間距離は、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、−船
釣に真空度が小さく、人力エネルギーが小さい場合は狭
くする方がよく、通常１０ｃ＋ａ以下、好ましくは５ｃ
ｍである。例えば酸素プラズマの場合で真空度がｌ　ｍ
ｍＨｇ程度では、０．５〜３ｃｆｆｉ程度が効果的であ
る。非接地電極４ふよび接地電極５の材質は導電性の高
い金属、例えばアルミ゛ニウム、銅、鐵、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、パンチング板或いはメツシュ（金網）
等が使用できるが、入力電力がＱ、１ｗ／ｃａ＋２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。また温調装置或いは冷
却装置としては、冷媒通路１９．２０を経て冷媒の通っ
た蛇管或いはジャケットを電極に設置するのが好ましい
。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ＣＶＯ、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、
それによって処理布帛を非接地電極上に接触可能とする
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Ｂは処理布帛の供給ローラー９を、又真空容器
Ｃは電動機１６などによって駆動される巻取りローラー
ｌＯを収容する。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、これらの供給ローラー９と巻取りロー
ラー１０とを収納し得るよう真空容器Ａの形状構造を適
宜設計することは容易である。

真空容器Ａ内にはまた、供給ローラー９から供給される
処理布帛８を接地電極と非接地電極との間の空隙へ順次
導き、巻取ローラーｌＯ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
ふ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
接地電極面に摺接して走行し得るよう調整して配設する
。

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或いは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
防止するために、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、加熱防止のために、シリ
コーンゴム、ＳＢＲゴム、ＳＢＲゴム、フッ素ゴム等、
ゴムコーティング或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２３上を走行
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
ト状か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
使用しろるが、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、アルミニウム管或いは
ガラス管等が好ましい。

（作　用） 本発明装置の図示の例にあっては、真空容器Ｂ内の布帛
は供給ローラー９から、ガイドローラー２１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、再び通路１９よりガイドローラー２
２に案内されて巻取りローラー１０に巻取られる。

本発明において、処理布帛８は非接地電極近傍に生成し
ているプラズマシース内部、好ましくは非接地電極から
５ｍｍ以内を走行し、更に好ましくは非接地電極に接触
させる。従来の方法では、被処理物は接地電極上或いは
非接地電極と接地電極の中間に浮かせて走行させていた
ために、処理速度や効果が十分でなく、ある程度充分な
効果を出すためには、大きな処理装置を必要とした。ま
た、本発明では非接地電極形状が処理布帛の走行方向に
関して膨出した処理面をもっており、被処理物の非接地
電極への接触効果は非常に高い。このため、小出力、短
時間で頗る均一な処理が可能となる。

本発明の被処理物をプラズマシース内、好ましくは非接
地電極に接触させておく効果の理由は判明しないが、非
接地電極にマイナスのセルフバイアスが発生し、プラズ
マ中のプラス荷電粒子が加速されて被処理物に衝突する
ためと推測される。

プラズマ用の電力の導入は電力導入部ｌにより集中的に
行う。各非接地電極４へは電力導入部１より電極連結部
材２を通じて電力の導入を行う。

又、電源は電力導入部が１ケ所であるために、単□−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５０　Ｈｚ。

６０　Ｈｚ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、数ＫＨｚ
から数百ＫＨｚの低周波或いは高周波が好ましいが、１
３．５６　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。また、低周波或いは高周波の人力エ
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／
ｃｍ’以上、好ましくは０．２〜ＩＱ　ｗ／ｃｍ２、更
に好ましくはＯ，ｌ〜ｌ　ｗ／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、ブタン或いはベンゼン、アクリ
ル酸、スチレン等の重合性有機モノマーガスを用いるこ
とができ、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
Ｆ、、　ＣＦ２Ｃｌ、、　ＣＦＣｌ３．　ＣＨＦ３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．旧〜１０ａｕｎＨｇ、
好ましくは０．１〜５　ｍｍ１１ｇ、更に好ましくは０
．２〜ｌ　＋ｕ＋Ｈｇに調整する。真空度の調整は排気
速度と共にガス或いはモノマーガスの導入により行うこ
とができるが、目的とする処理を好ましく行うだめには
、導入ガスの調整による方が好ましい。

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右よび異種反応の防
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、排出するかに大きく影響される。

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。

本発明装置の好適な実施態様を整理して、以下に記す。

（１）　　非接地電極表面が凹面状である請求項記載の
装置。

（２）非接地電極表面と接地電極表面が等しい面間距離
をもって対向する請求項記載の装置。

（３）非接地電極表面および／または接地電極表面が温
調可能である請求項記載の装置。

（４）被処理物が非接地電極の表面に接触する請求項記
載の装置。

（発明の効果） 本発明にかか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できるために
、複数個の非接地電極に各々同一位相の電力を導入する
ことができるようになった。

また、各電極への電力導入部を統一できたために、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を
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。

また、非接地電極周囲の空間が従来のものよりずっと狭
くなってあり、この部分での不用なプラズマ放電が低減
され、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、および処理布帛を提供できる。

【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一部省略概要正・
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・・・処理布帛９・・・供給ローラー　　
　１０・・・巻取りローラー１１・・・ガス導入孔　　
　　１２・・・排気孔１３・・・フレーム　　　　　１
４・・・カバー１５・・・端子　　　　　　　１６・・
・電動機１７、１８・ｔ・通路 ２１、２２・・・ガイドローラー ２３・・・ガイドレール 特許出願人　鐘　紡　株　式　会　社 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空容器とその中に配設され被処理物の走行方向に
   関して膨出した曲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。