JPH0518331B2 - - 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60−31939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。

（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。
また前記特願昭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を
曩に特願昭62−171464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附帯する種々の
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、かつ電極周辺部での不用有害なカバー放
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、フイ
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によつて
それぞれ互いに連通する。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
によつて可能である。

容器Ａ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とカツプ
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。

隣り合つ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、作用張力によつて適宜に選
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、1/50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。これによつて、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、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１mmHg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、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ユ（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を経て冷媒の通つた蛇管
或いはジヤケツ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
時間にわたつ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などによつて駆動される
巻取りローラー１０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、セラミツク、金属コーテイングセラミツク或
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ゴム、
フツ素ゴム等、ゴムコーテイング或いはゴムチユ
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、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つては、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を通つて真
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２２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、大きな処理処理を必要とした。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つており、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１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
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。

低温プラズマの安定した発生のためには、数Ｋ
Hzから数百ＫHzの低周波或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。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0.01〜10mm
Hg、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
距離をもつ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つ
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つた。

また、非接地電極周囲の空間が従来のものより
ずつと狭くなつており、この部分での不用なプラ
ズマ放電が低減され、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、１４…カバー、１５…端子、１６…電動
機、１７，１８…通路、２１，２２…ガイドロー
ラー、２３…ガイドレール。

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。