JPH0663101B2 - プラズマ処理装置 - 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、特に平面状ア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60−11,149号、同60−31,939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ており、また特開昭
60−134,061号、同61−228,028号、特公昭60−59,251
号、同61−36,862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60−11,150号、同60−54,4
28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60−11,149号、同60−31,939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60−134,061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60−54,428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62−33,442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放射状に配設された平面
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、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の要部を示す概要正面
図、第２図はその全体を示す概要正面図、また第３図は
第２図の概要側面図である。

第１図および第２図において、プラズマ処理室を画する
真空容器１中には、非接地電極９群の中心に匣体または
筒体28で区画された制限空間４が設けられる。制限空間
４は真空容器１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材７は、制
限空間４を画する匣体または筒体28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、絶縁材11により匣体
または筒体28の壁に電気的に絶縁し且つ気密に支承され
るとともに、電力導入部６は高周波電源からの端子５と
カップリングされる。

電力導入部６は匣体または筒体28によって画される制限
空間４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へ至る貫端８の長さ
を極力短くし、それぞれ等しくすること、それらの表面
を絶縁被覆すること、および非接地電極９を等角度放射
状配置にすることが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、筒体の寸法は、上
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。

非接地電極９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って案
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、電極連結部
材７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。

平面状接地電極10は、非接地電極９の両面に、それぞれ
対向して装設される。接地電極10と非接地電極９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ッチングか、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、鉄、ステンレス銅およびそれらの各種金属メッ
キ物などが好ましい。形状としては平板、パンチング板
あるいはメッシュ（金網）等使用できるが、入力電力が
0.1W／cm^２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
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、第３図に示すように路24,25を経て
冷媒の通った蛇管あるいはジャケッ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
ラズマエッチング等）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って安定な処理が
可能となる。

第２図および第３図に示すように、この具体例において
は、真空容器１は通路15,15′を介してそれぞれ真空容
器2,3と連通し、真空容器１は、その中に上述のように
電極を配設したプラズマ処理室となし、真空容器2,3内
には処理布帛供給ローラー18と巻取りローラー19とを個
別に収納する。このようにして供給ローラー18と巻取り
ローラー19の各占有空間を真空容器１の外部に設けるこ
とによって真空容器１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。

供給ローラー18と巻取りローラー19とは電動機26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内にはまた、供給ローラー18から供給される
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、巻取りローラー19へ送り出すための案内手段、例え
ばガイドバー、ガイドローラー等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1
3,14の材質は、処理布帛に比べてエッチング性の小さ
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あるいは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、フッ素ゴム等、ゴムコ
ーティングある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27に支承
されるとともに、接地電極を相互に結んだカバーにより
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20,20′に支承さ
れ、ガイドレール17を走行して真空容器に装脱可能とな
し得る。

前記カバー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23と真空ポンプに通ずる排気孔22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23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。

真空容器2,3は合体して単一の容器となし、布帛供給ロ
ーラー18と巻取りローラー19とを一緒に収容し、真空容
器１と１個の通路で連通させることも出来る。

真空容器１は更に処理布帛の供給ローラーと、電動機な
どによって駆動される巻取りローラーとを放射状電極対
間の空間に具えるよう設計することができる。

（作用） 本発明装置の図示の例にあっては、真空容器２の布帛は
供給ローラー18から、ガイドローラー16で走行経路を規
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、通路15′よりガイドローラ17に案内されて
巻取りローラー19に巻取られる。

プラズマ用の電力の導入は、電力導入部６により集中的
に行なう。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９には、プラズマ発生用の50Hz、60Hzの商業
用周波数、キロヘルツの低周波数およびメガヘルからギ
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、13.56
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。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、処理速度等によって変化
するが、通常単位面積当り0.01W／cm^２以上、好ましく
は0.2〜10W／cm^２、更に好ましくは0.1〜1W／cm^２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モーガスを用いる
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ッチングには、酸素、
空気、窒素、アルゴン、水素、炭酸ガス、ヘリウムやCF
_４,CF_２Cl_２,CFCl_３,CHF_３等のハロゲン化炭化水素およ
び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、すなわち常0.01〜10mmHg、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23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
地電極相互間を結だカバー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12は接地電極10と非接地電極９
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
マエッ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。

（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った。

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
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。

又、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で
き、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の要部を示す概要正面
図、 第２図はその全体を示す概要正面図、また 第３図は第２図の概要側面図である。 1,2,3……真空容器、４……制限空間 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……絶縁材、12……布帛 13,14……ガイドロール、15,15′……通路 16,17……ガイドロール、18……供給ローラー 19……巻取りローラー、20,20′……フレーム 21……ガイドレール、22……排気孔 23……ガス導入孔、24,25……温調用媒体通路 26……電動機、27……フレーム 28……匣体または筒体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器とその中に放射状に配設された平
   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、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
   それぞれ連結したことを特徴とするプラズマ処理装置。