JPH0518330B2 - - Google Patents

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、フイルム、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60−11149
号、同60−31939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61−228028号、特公昭60−59251号、同61
−36862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60−11150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。

（本発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、上記特公昭60−11149号、同60−
31939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60−134061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60−11150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
点を解消すべく、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
ズマ処理装置を曩に特願昭62−33442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つ
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、フイ
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。

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
ツプリングされる。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つ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、隣り合つた非接地電極間
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、一般的に真
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１
mmHg程度では、0.5〜３cm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
はメツシユ（金網）等使用できるが、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、冷媒の通つた蛇管あるいはジヤケツトを電
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、それによつ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つて安定な
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などによつて駆動
される巻取りローラー１０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に
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、テンシヨン等
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、セラミツク、金属コーテイングセラミツクあ
るいはNBR、シリコーン等のゴムコーテイング
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、処理布帛のスリツプを防
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、NBRゴム、SBRゴム、フ
ツ素ゴム等、ゴムコーテイングあるいはゴムチユ
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、細長いスリツト
状か小孔を多数有するものが、またガス吹出し口
は電極の全幅に亘つ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、
プラスチツ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、銅管、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内には電極を配設し、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つて真空容器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
あつては、第１図に示した例よりも２倍の電極が
設けられ、従つ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
通つて真空容器Ａへ入り、電極間隙を通過した
後、通路１９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とを一
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１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つた
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、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の低周波あるいは高周波が好
ましいが、13.56MHz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、処理速度等によつて変化するが、通
常単位面積当り0.01W／cm²以上、好ましくは0.2
〜10W／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
性有機モノマ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CF₄、CF₂Cl₂、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0.001〜10
mmHg、好ましくは0.1〜５mmHg、更に好ましく
は0.2〜１mmHg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・排出するかに大き
く影響される。接地電極相互間を結んだカバー１
４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極あ
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、従つてその空間で処理する
ことによつて極めて処理速度、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
トツ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つた。

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つた。従つて、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つた。

又、非接地電極周囲の空間が従来のものよりず
つて狭くなつ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
れるようになつた。

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提供
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、１０…巻取りローラー、
１１…ガス導入孔、１２…排気孔、１３…フレー
ム、１４…カバー、１５…端子、１６…電動機、
１７…ガイドレール、１８，１９…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。