JPH01283361A - 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６０−１３４０６１号、同６１−２２８０２
８号、特公昭６０−５９２５１号、同６１−３６８６２
号各公報Ｇこは、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−
３］９３９Ｍ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６０−１
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スレを生し、電極
間で相互干渉して、安定した運転及び品質を得る」−に
問題かある。

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。

（課題を解決するための手段） 本発明は真空容器とその中に配設され且つ被被処理物の
走向方向に関して膨出した処理表面を有する複数個の接
地電極と該接地電極の処理表面に対向した凹曲面を有す
る複数個の非接地電極とよりなり、被処理物を上記接地
電極と非接地電極との間に通ずための案内手段を具備し
たプラズマ処理装置において、外気と連通し且つ電力導
入部を内蔵する制限空間を上記非接地電極群の中央部に
配しかつ前記非接地電極はその一端を」１記制限空間を
画する壁を貫いて前記電力導入部にそれぞれ連結すると
共に他端を円周方向へ延ばして配設されてなることを特
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。

添付第１図は本発明の具体例を示す装置の一部省略概要
正面図、第２図は第１図の要部の概要正面図、第３図は
第２図の概要側面図、又第４図は接地電極の拡大概要図
である。

第１図において、真空容器は横型円筒形容器１゜２．３
の３部分よりなり、通路１５によって互いに連通ずる。

容器１はプラズマ処理室、容器２．３はそれぞれ処理布
帛１２の供給ローラー１８と巻取ローラー１９とを別個
に収容する。容器２，３は合体して単一の容器となし供
給ローラー１８と巻取ローラー１９とを共に収容するこ
ともでき、また、１個の容器１の中にすべてを収納して
容器２，３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１の細部を説明する第２図および第３図に・おいて
、非接地電極９群の略々中心に匣体または筒体４で区画
された制限空間３１が設けられる。制限空間３１はプラ
ズマ処理室の前後またはそれらのいずれかにおいて外気
と連通し、電力導入部６を内蔵する。該電力導入部より
延びる複数個の電極連結部ｉＦＡ’　７は制限空間３１
を画する匣体または筒体４の壁を貫いて、その貫通端８
が放射状に配置された複数個の非接地電極９を支持する
とともに電力導入部６と各非接地電極とを電気的に接続
する。

電極連結部材７は、第２図に示ずよ・うに絶縁材１１に
より匣体または筒体４の壁に電気的Ｇこ絶縁し且つ気密
に支承されるとともに、ミノｊ導入部６は高周波電源か
らの端子５とカンプリングされる。

電力導入部６は匣体または筒体４によって画される制限
空間３１の中心に位置し、該電力導入部６から延びて匣
体または筒体の壁に達する電極連結部材７はすべて等長
で等角度放射状配置にあることが最も好ましい。また、
匣体または筒体の壁より各非接地電極９へ至る貫通端８
の長さを極力短くしそれぞれ等しくすること、および非
接地電極９を等角度放射状配置にすることか同様に最も
好ましい。前記制限空間３１の大きさおよび長さ、即ち
、匣体、筒体の寸法ば、」１記貫通端８の長さを極力短
く保持する限り、装置の目的、形状およびプラズマ処理
室内へ導入するガス、水、その他の配管の種類、数によ
り任意に設定し得る。更に貫通端８は不用放電を防くた
めに絶縁被覆することも好ましい。

電極連結部材７と非接地電極９とは必ずしも同軸上にあ
るを要しない。しかしながら、電力導入部６から各非接
地電極９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。

接地電極１０は、第２図に示すように支持部材２８によ
って真空容器壁またはカバー２９に支持され、非接地電
極９に対向して装設される。また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、処理布帛の走向方
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１／１００以上であれば充分であり、１１５０
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１３．１４は、被処理物を接地電極によ
りよく接触させる位置におく。ガイドローラー１４は、
接地電極の外においてもよいが第４図に示すように、実
質的に接地電極の内部に設置してもよい。

接地電極１０に対向する非接地電極９は棒状でも平板状
でもよいが、好ましくは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。

接地電極も非接地電極と同様、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。

非接地電極は、その全面でプラズマ放電させるべく、全
表面を金属板で覆うことが好ましい。

接地電極１０と非接地電極９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、入力エネルギーが小さい場合は狭
くする方がよく、通常１０ｃｍ以下、好ましくは５ｃｍ
である。例えば酸素プラズマの場合で真空度がｌｍｍＨ
ｇ程度では、０．５〜３ｃｍ程度が効果的である。非接
地電極９および接地電極１０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０．１ｗ／ｃｍ２以上では孔、凹
凸のない平板が好ましい。

非接地電極９および接地電極１０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
しろるが、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、第３図および第４図に示すように通
路２４．２５を経て冷媒の通った蛇管或いはジャケット
３０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２は処理布帛の供給ローラー１８を、又真空容
器３は電動機などによって駆動される巻取りローラー１
９を収容する。供給ローラー１８と巻取りローラー１９
とは電動機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１内に、これらの供給ローラー１８と巻取りロ
ーラー１９とを収納し得るよう真空容器１の形状構造を
適宜設計することは容易である。

真空容器１内にはまた、供給ローラー１８から供給され
る処理布帛１２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１９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−等１３．１４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
布帛が接地電極面に摺接して走行し得るよ・つＵ’？ｄ
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１
３．１４の材質は、処理布帛に較べてエツチング性の小
さい、耐熱性にずくれた、例えば金属、セラミンク、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。ローラーの表面ば、処理布帛のスリン
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、ＮＢＲゴム、ＳＢＲコム、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、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３２に支承されるとと
もに、接地電極を相互に結んだカバー２９により被覆し
て一体となすことができ、また供給ローラー１８、巻取
りローラー１９はそれぞれフレーム２６．２７に支承さ
れガイトレール２０．２１Ｊ−を走行して真空容器に装
脱可能となし得る。

カバー２９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
いか、耐プラズマ性、耐熱性にずくれた無機質、例えば
ガランい無機結晶等がよい。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、均一性の点て、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か、ガス導
入孔２２と真空ポンプに通ずる排気−１］− 孔２３七を具え、上記主要構成部材等の内容物を装脱す
るだ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２２のカス吹出し口の形状は、細長いスワン
ｌ−状か小孔を多数有するものか、またガス吹出し口は
電極の全幅に亘って存在することか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、プラス千ンク等有機物
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１ｌｉ４
える金属、例えばステン１／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） 本発明装置の開示の例にあっては、真空容器２内の布帛
は供給ローラー１８から、カイトローラー１６で走行径
路を規制され、通路１５を通って真空容器１へ入り、電
極間隙を通過した後、再ひ通路１５よりガイドローラー
］７に案内されて巻取りＵ２−ラー１９に巻取られる。

−１，３− プラズマ用の電力の導入は電力導入部６により集中的に
行う。各非接地電極９へは電力導入部６より電極連結部
材７および貫通端８を通して電力の導入を行う。又、電
源しま電力導入部が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
ランスは殆となくなる。

非接地電極９には、プラズマ発生用の５０１１２．６０
１１ｚ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Ｋ）１
２から数百Ｋ１１ｚの低周波或いは゛高周波が好ましい
か、１３．５６Ｍ１１２の高周波か処理効率、処理−ノ
スＩ・等の点−ζ特に好ましい。また、低周波或いは高
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
．０ｂｙ／ｃ＋ｎ２以」二、好ましくは０．２−Ｌｏｗ
／ｃｍ２、更に好ましくは０．１〜１ｗ／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、ブタン或いはヘンゼン、アクリ
ル酸、スチレン等の重合性有機上ツ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
Ｆａ、ＣＦ２Ｃｌ□、　ＣＦＣＩ＋、　Ｃｌ１Ｆ３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
発生ずる領域、すなわち通常０．０１〜１０ｍｍ　ｔｌ
　ｇ、好ましくは０．１〜５　ｍｍ）Ｉｇ、更に好まし
くは０．２〜１ｍｍ１１ｇ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ため
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２２を通して、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、排出するかに大きく影響され
る。接地電極相互間を結んだカバー２９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。

本発明に於いて処理布帛１２は接地電極１０と非接地電
極９の間において接地電極の表面に接触させる。

被処理物を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
プラズマに於いては、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。

（１）各非接地電極が被処理物の走行方向に凹面状の表
面を有する請求項記載の装置。

（２）各非接地電極が棒状命極よりなる請求項記載の装
置。

（３）非接地電極表面と接地電極表面とが等間隔を特徴
とする請求項記載の装置。

（４）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。

（５）処理布帛が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。特にプラズマ処理室内部に配した制限空間内
の電力導入部から非接地電極に電極連結部材の貫通端を
経て最短距離を以って電力を投入できるために、必要な
プラズマ処理空間以外における不用放電、例えば電極連
結部材間の放電、それによる機材の損傷等、従来経験さ
れた不都合が極端に減少する。

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
なっており、この部分での不用なプラズマ放電が低減さ
れることも相俟って、投入電力がより効率的に使用され
るようになった。更に非接地電極の周囲をすへてプラス
マ放電空間とすることができ、処理室の有効利用、電力
ロスの低減が達成される。

また、接地電極が処理布帛の走行方向に膨出した凸状曲
面を有しており、被処理物の非接地電極への密着性を非
常に高くでき、あらゆる条件において非常に均一な処理
品質を得ることが可能となった。

以上述べてきたように本発明により、従来装置に較べて
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関はその要部を示す概要正面間、 第３図は第２図の概要側面口、 第４図は本発明装置に用いられる接地電極の拡大概要図
である。 １．２．３・・・横型円筒形容器 ４・・・匣体または筒体　　５・・・端子６・・・電力
導入部　　　　７・・・電極連結部材８・・・貫通端　
　　　　　９・・非接地電極１０・・・接地電極　　　
　　１１・・・絶縁相１２・・・処理布帛　　　　　１
３．１．４・・・ガイトロール１５・・通路　　　　　
　　１６．１７・・・ガイＩ・ロール１８・供給ローラ
ー　　　１９・・・巻取ローラー２０、２１・・ガイト
レール　２２・・・ガス導入孔２３・・・すｌ−気孔　
　　　　　２４．２５・・・温調用媒体通路２６、２７
・・・フレーム　　　２８・・・支持部＋Ａ２９・・・
カバー　　　　　　３０・・・ジャゲラ１〜３１・・・
１ｌｉｌｌ　Ｗ　空間３２・フレーム第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且つ被被処理物の走行
   方向に関して膨出した処理表面を有する複数個の接地電
   極と該接地電極の処理表面に対向した凹曲面を有する複
   数個の非接地電極とよりなり、被被処理物を上記接地電
   極と非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、外気と連通し且つ電力導入
   部を内蔵する制限空間を上記非接地電極群の中央部に配
   しかつ前記非接地電極はその一端を上記制限空間を画す
   る壁を貫いて前記電力導入部にそれぞれ連結すると共に
   他端を円周方向へ延ばして配設されてなることを特徴と
   するプラズマ処理装置。