JPH04314864A - 基体表面のプラズマクリーニング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基体表面のプラズマクリ
ーニング方法に関し、とりわけ自動車の窓ガラスや建築
物の窓ガラスさらにはフラットディスプレイ用ガラス板
のような比較的大面積の基体に薄膜を被覆するときに適
した基体表面のクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、減圧された真空槽内で基体表
面に光学的特性、電気的特性あるいは機械的特性を付加
する目的で各種の金属薄膜、金属化合物薄膜、有機薄膜
を被覆する際に真空槽内で基体表面のクリーニングと基
体表面への膜の被覆とを一連のプロセスとしておこなう
ときのクリーニング方法としては、（１）真空槽内に設
けられた紫外線ランプから高エネルギ−紫外線を基体の
被覆面に照射して該基体表面に付着している有機物を分
解・気化して除去する方法、（２）真空槽内壁と放電電
極との間で高周波電力もしくは直流電力を印加してグロ
ー放電を生起させ、イオンボンバードあるいは化学反応
によって基体表面に付着している有機物あるいは水分を
分解蒸発させて除去する方法、が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記（
１）の紫外線照射によるクリーニング方法は、有機物に
対しては比較的良好に分解・除去できるものの、水分あ
るいは無機物に対する除去率は極めて低いという問題が
あった。又、前記（２）のグロー放電を利用したクリー
ニング方法は、プラズマ密度が低いために基体表面に到
達するイオンまたは化学的活性種の量が極めて小さく、
プラズマ反応による基体表面の付着物の除去率は小さい
という問題があり、さらに基体の面積が大きくなればな
る程プラズマ生成空間の増大によってプラズマ密度もま
すます小さくなり、付着物除去の効果が小さくなってし
まうという問題があった。またイオンボンバードによる
クリーニング効果をねらうために洗浄すべき基体にバイ
アス電圧を印加する場合においても、大面積でかつガラ
ス基体のような絶縁性の材料に対して深いバイアス電圧
の印加を安定して行うことは困難であった。本発明は、
上記従来の課題を解決するためになされたものであって
、たとえば３０ｃｍ×３０ｃｍ以上の大面積の基体でも
基体表面に付着している有機物、水分を表面全体にわた
って良好に除去し得るクリーニング方法を提供するもの
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、減圧された雰
囲気が調節できる真空槽内で基体表面をプラズマクリー
ニングする方法であって、前記真空槽に複合陰極型プラ
ズマ発生源と陽極とを対向して配置し、前記プラズマ発
生源内に外部よりガスを導入して前記ガスを含むプラズ
マを発生させ、その後前記プラズマ発生源に対して前記
陽極を正電位にすることにより、前記プラズマを前記プ
ラズマ発生源内より低い圧力に維持した前記真空槽内に
引き出して前記プラズマ発生源と前記陽極との間に高密
度プラズマを発生させ、しかるのち前記高密度プラズマ
を磁場手段によりシート状プラズマとし、前記シート状
プラズマに前記基体表面をさらすことを特徴とする基体
表面のプラズマクリーニング方法である。

【０００５】本発明に用いることができる複合陰極型プ
ラズマ発生源としては、たとえば真空第２５巻第１０号
（１９８２発刊）に記載されているものを好んで用いる
ことができる。本発明の方法によりクリーニングされた
基体に、基体と密着力が大きい被膜を被覆する方法とし
ては、特に限定されないが、例えばスパッタリング法の
他真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、カ
ソードアーク蒸着法等を用いることができる。そしてプ
ラズマクリーニングと被膜の被覆は連続して、すなわち
途中で真空を破ることなく行うのが好ましい。また、本
発明のプラズマクリーニング方法を用いて基体表面を清
浄にするときは、基体を加熱ヒーターにより加熱するこ
とは、付着物の熱脱離と相まってよりいっそうのクリー
ニング効果が得られるので好ましい。

【０００６】

【作用】本発明にかかるプラズマは、高エネルギー電子
を含んだ大電流アーク放電によって発生しているため、
従来のグロー放電プラズマに比べてプラズマ密度が５０
〜１００倍程度高く、ガスの電離度は数十％となる。し
たがって、基体に到達するイオンあるいは化学的活性種
はグロー放電の数十倍以上の量となる。その結果、基体
表面に存在する付着物との間で高いプラズマ化学反応が
生じ、基体表面の付着物は効果的に除去される。また、
シート状に変形されたプラズマを基体に平行して生成す
ることにより、大面積の基体表面の全体にわたって均一
に付着物の除去を行なうことができる。

【０００７】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。 図１は本発明の基体表面のプラズマクリーニング方法を
実施するための装置の一実施例の断面図で、プラズマク
リーニング後基体表面に被膜を被覆するためのスパッタ
リングカソードが併設されている。図２は本発明にかか
るシートプラズマのプラズマ密度を説明するための図で
、図３は本発明に用いられる複合陰極型プラズマ発生源
の主要部であるホローカソード型放電電極の概略断面図
である。

【０００８】図１に示されるように減圧された真空槽１
に複合陰極型プラズマ発生源２と陽極３とが対向して配
置されている。複合陰極型プラズマ発生源２と陽極３は
、真空槽１とは電気絶縁材１８を介して電気的に絶縁さ
れ、直流放電電源４に接続されている。複合陰極型プラ
ズマ発生源は、タンタル製のパイプ状補助陰極１２とＬ
ａＢ６　製の円盤状主陰極１３を有するホロ−カソード
型放電電極１５、プラズマ中の電子を加速するための電
子加速用第１中間電極１４および電子加速用第２中間電
極２０とからなっている。ホローカソード型放電電極１
５は、図３に示すように熱容量の小さいパイプ状補助陰
極１２と、ＬａＢ６　製の主陰極１３とを有し、水冷機
構１９により冷却されている。補助陰極１２に初期放電
を集中させて主陰極１３を加熱し、主陰極でアーク放電
をおこなわせてプラズマを発生させる。ここで補助陰極
１２はＷ，Ｔａ，Ｍｏ等の高融点金属のパイプ状のもの
が好んで用いられる。パイプ状補助電極１２の内部を経
て外部から制御された量の水素、アルゴン、ヘリウムま
たはそれらの混合ガスを導入し、その後ホローカソード
型放電電極１５に直流電力を直流放電電源４から供給し
て電子を発生させる。この発生させた電子をホローカソ
ード型放電電極１５と電子加速用第１中間電極１４と第
２中間電極２０との間に電位差を外部より適当に与える
ことによって真空槽１内に引き出し、プラズマ発生源２
と陽極３との間の真空槽１の内部空間に低電圧・大電流
のプラズマを生起させる。放電に使用されるガスとして
は水素ガス、アルゴン、ヘリウムの単一のガスのほか、
それらの混合ガスが好適に使用され、酸素ガスおよび窒
素ガスを含んだプラズマを発生させる場合は真空槽１に
設けられたガス導入パイプ１１からこれら反応性のガス
を真空槽１内に導入する。複合陰極型プラズマ発生源２
内の圧力を１００Ｐａ（パスカル）程度になるように調
節し、かつ、真空槽１内の圧力を０．０５〜０．５Ｐａ
になるように調節される。複合陰極型プラズマ発生源２
内の圧力を真空槽１内の空間の圧力よりも大きくするこ
とにより、真空槽１内のガスイオンの逆流による陰極の
損傷が抑制される。また、外部より複合陰極型プラズマ
発生源２内に導入するキャリアガスの電離効率が飛躍的
に大きくなり、その結果大電流放電が可能となる。

【０００９】真空槽１内に引き出されたプラズマは、特
開昭５９−２７４９９号公報に記載されている方法、す
なわちプラズマ誘導用空芯コイル９による磁場と互いに
Ｎ極が対向するように配置された一対のプラズマ圧縮用
永久磁石１０の磁場を印加する方法により、真空槽１内
で厚みが薄く、かつ、大きな面積にわたって均一に広が
ったシート状のプラズマ６とすることができる。

【００１０】クリーニングを行なう基体は前記シート状
プラズマに対して固定しておくと付着物の除去が効果的
に行なわれるが、連続的にシート状プラズマに対して平
行に移動させてもよい。そしてクリーニングを行なう基
体５はシート状プラズマ６とほぼ平行に近接して配置さ
れる。基体５とシート状プラズマ６との距離は短い程ク
リーニングは効果的に行われるが、短すぎるとプラズマ
により発生する熱のため基体が損傷することがあるので
、１０ｍｍ以上の距離を置くことが好ましい。また、基
体がプラズマから離れすぎると基体近傍のプラズマ密度
が小さくなりクリーニング効果が低下するので２００ｍ
ｍ以下の距離で基体を配置することが好ましい。

【００１１】実施例１ 図１の真空槽１内を排気口１７から真空排気ポンプ（図
示されていない）で６．７×１０ー４Ｐａ以下になるま
で真空排気した。その後プラズマ発生源のタンタル製の
パイプ状補助電極１２からアルゴンガスを約３０ｓｃｃ
ｍ導入し、複合陰極型プラズマ発生源２に１００Ａの電
流を供給し、陽極３との間に大電流アーク放電プラズマ
を生起させた。この時シート状プラズマ６は、プラズマ
誘導空芯用コイル９とプラズマ圧縮用永久磁石１０の磁
場によって幅約４５ｃｍ　、長さ約８０ｃｍ、厚み約２
ｃｍのシート状であった。この状態でシート状プラズマ
６の中心付近のプラズマ密度をラングミュアプローブに
よってプラズマからの距離が１５ｍｍ〜７５ｍｍの範囲
で測定した。図２はその測定結果である。シート状プラ
ズマからの距離が１５ｍｍにおけるプラズマ密度は約８
．３×１０１０ｃｍ−３　であり、プラズマ密度はプラ
ズマの中心からの距離が大きくなるとともに減少するが
、従来のグロー放電プラズマと比較して約５０倍〜１０
０倍以上の高密度プラズマであった。また、シート状プ
ラズマ面内のプラズマ密度分布を同様の方法で測定した
結果、１０％以下に納まった非常に均一なプラズマであ
った。

【００１２】実施例２ 純水による超音波洗浄および乾燥を施した５０ｃｍ角の
フロートガラスを図１の基体保持機構１６で保持したの
ち、真空槽１内を真空排気し、実施例１で述べた方法と
同様の方法でアルゴンからなるシート状プラズマを基体
から２５ｍｍの位置に基体と平行に生起させた。この後
、ガス導入パイプ１１からコントロールバルブ１９を介
してから２００ｓｃｃｍの酸素ガスを真空槽１内に導入
し、アルゴンと酸素からなるシート状プラズマとした。 この状態で２分間待機したのち直流放電電源からの電力
の印加およびガスの導入を停止し、シート状プラズマの
発生を止めた。この直後、ガス導入パイプ１１から酸素
ガスを５０ｓｃｃｍ導入し、スパッタリングターゲット
として金属チタンが接合されているスパッタリングカソ
ード７にスパッタリング電源８から直流電力を供給して
、プラズマクリーニングされた基体表面に酸化チタンの
薄膜を約５００ｎｍ形成した。酸素ガス導入およびスパ
ッタリング電源を停止し、真空槽１内を大気圧に戻した
後、酸化チタンの薄膜が被覆されたガラスサンプルを得
た。得られた薄膜の付着力をスクラッチ試験機（レスカ
製ＣＳＲ−０２）で測定したしたところ２８ｍＮの値が
得られた。この値はガラス基体内の中央部、周辺部、コ
ーナー部のいずれにおいてもほぼ同一の値であった。

【００１３】比較例 実施例２とは基体のプラズマクリーニングを行なわなか
ったことの他は全く同じようにして、酸化チタンの薄膜
が被覆された比較サンプルを得た。同じようにしてスク
ラッチ試験機により酸化チタン薄膜の付着力を測定した
ところ、基体の表面内で５〜１３ｍＮとばらついた付着
強度を示した。上記に示すように、本発明の実施例の方
法では酸化チタン被膜の基体に対する付着力が極めて高
いことが確認された。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば基体の表面を均一にクリ
ーニングすることができるので、付着力が大きい薄膜被
膜物品を得ることが出来る。とりわけ建築用や自動車用
の窓ガラスあるいはフラットディスプレイ等に用いられ
る大面積の基体に対してもクリーニングを均一に行なう
ことができる。

【００１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するのに用いた装置の断面図。

【図２】本発明にかかるシート状プラズマのプラズマ密
度を説明するための図。

【図３】本発明にかかる複合陰極型プラズマ発生源の主
要部であるホローカソード型放電電極の概略断面図。

【符号の説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧された雰囲気が調節できる真空槽内で
   基体表面をプラズマクリーニングする方法において、前
   記真空槽に複合陰極型プラズマ発生源と陽極とを対向し
   て配置し、前記プラズマ発生源内に外部よりガスを導入
   して前記ガスを含むプラズマを前記プラズマ発生源内に
   発生させ、その後前記プラズマ発生源に対して前記陽極
   を正電位にすることにより、前記プラズマを前記プラズ
   マ発生源内より低い圧力に維持した前記真空槽内に引き
   出して前記プラズマ発生源と前記陽極との間に高密度プ
   ラズマを発生させ、しかるのち前記高密度プラズマを磁
   場手段によりシート状プラズマとし、前記シート状プラ
   ズマに前記基体表面をさらすことを特徴とする基体表面
   のプラズマクリーニング方法。
2. 【請求項２】前記シート状プラズマが、水素、ヘリウム
   、酸素、アルゴンからなる群から選ばれた少くなくとも
   １種の電離によって生成されていることを特徴とする請
   求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】前記基体が加熱ヒータにより加熱されてい
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。