JPH08306500A - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 処理物Ｐを収容する真空容器１の壁面に電極
取付用の開口部２が形成され、この開口部２には、誘電
材料電極６および高周波導入電極７とからなる高周波電
極８が、開口部２の外側にパッキン５を介して開口部２
を覆うように、この開口部２に沿って平行に配設されて
いる。また、高周波電極８にはマッチングユニット１２
を介して高周波電源１１が接続されてエネルギーが投入
される。 【効果】 開口部２に対向するように処理物Ｐを配した
り、あるいはこの開口部２を横切るように処理物Ｐを送
り出したりすることにより、処理物Ｐと高周波電極８と
の距離を等しくして、これに伴いプラズマの強度も均一
とすることができ、処理物Ｐの全体に亙って均一なプラ
ズマ処理を施すことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、処理物にプラズマ表面
処理、エッチング、あるいは薄膜形成等を施すのに用い
られるプラズマ発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波電極を利用したこの種のプラズマ
発生装置は、例えば有機または無機材質の製品または材
料の表面を、各種のガスをプラズマ化した環境中で親水
化したり、撥水化したり、または表面を荒らしたり、も
しくは反応性ガスを用いてプラズマ反応により処理物表
面に薄膜形成したりするのに用いられる。このようなプ
ラズマ発生装置の高周波電極は、処理物を収容する真空
容器への設置方法によって、銅あるいはアルミニウムな
どの金属材料よりなる電極を真空容器内に配置し、真空
シール機構を有する高周波導入端子によって高周波電源
と接続させてエネルギー投入する電極構造の内部電極方
式と、真空容器の壁面開口部にパイレックスガラスまた
は石英などよりなる鐘状またはパイプ状の高周波誘電体
を取り付けるとともに、その外表面に銅製の板、パイ
プ、もしくはコイルを巻き付けて電極を構成し、これに
負荷マッチングをとった高周波電源を接続することによ
りエネルギーを投入する外部電極方式とに分類される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
プラズマ発生装置の真空容器内におけるプラズマの強度
は電極からの距離によって大きく変化することになる。
ところが、後者の外部電極方式のプラズマ発生装置にお
いては、真空容器の内部から見た電極の形状が円形とな
るため、従来特に処理物が大型の場合に均一なプラズマ
処理を施すには、電極により発生したプラズマ環境を磁
場を利用して制御したり、処理物をその各部位が電極に
対して同じ確率で相対するように移動したりする必要が
あった。しかしながら、このうち磁場を利用してプラズ
マ環境を制御する方法では、収容容器内に磁場を発生す
る手段とこれを制御する手段とが必要となるため、当該
プラズマ発生装置の構造の複雑化を招くという問題があ
った。

【０００４】一方、処理物を真空容器内で移動させる方
法を採るものとしては、例えば特開平５−３３１２０７
号公報に記載されたプラズマ発生装置が知られている。
このプラズマ発生装置では、円筒胴型の真空容器の外周
壁面に釣り鐘状の複数の電極が、平面視において等間隔
に、かつ周方向において上下方向に互い違いに配置され
るとともに、上記真空容器内に処理物を支持して回転さ
せる回転支持機構が設けられており、この回転支持機構
によって処理物を回転させて電極との間に相対運動を与
えつつ、プラズマ処理を行うようになされており、回転
支持機構による処理物の回転により、真空容器の周方向
におけるプラズマ強度の変化による影響は防ぐことが可
能となる。しかしながら、真空容器の上下方向における
プラズマ処理の均一性については、電極を互い違いに配
置することによって均一な処理がなされるように図られ
てはいるものの、電極からの距離の相違によるプラズマ
強度の変化を完全に相殺することは不可能であり、部分
的にある程度の不均一が生じることは避けられなかっ
た。

【０００５】本発明は、このような背景の下になされた
ものであって、その目的とするところは、特に外部電極
方式のプラズマ発生装置において、均一なプラズマ処理
を行うことが可能なプラズマ発生装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、か
かる目的を達成するために、本発明は、処理物を収容す
る真空容器の壁面に電極取付用の開口部を形成し、この
開口部に高周波電極を、該開口部に沿って平行に配設し
たことを特徴とする。

【０００７】

【作用】このような構成のプラズマ発生装置によれば、
誘電材料電極が開口部に平行となるように配設されてい
るので、この開口部に平行な面においては電極からの距
離が等しくなり、これに伴い電極により生じるプラズマ
の強度も均一なものとなる。従って、この開口部に対向
するように処理物を配したり、あるいはこの開口部を横
切るように処理物を電極に対して相対移動させたりする
ことにより、処理物の全体に亙って均一なプラズマ処理
を施すことが可能となる。

【０００８】ここで、上記高周波電極を、シール材を介
して上記開口部の外側に該開口部を覆うように配設する
ことにより、真空容器内が減圧されるに従い電極がシー
ル材を押圧するように付勢されるため、真空容器の気密
性を確実に維持することが可能となる。また、処理物の
表裏にプラズマ処理を施す場合などには、処理物を間に
挟む真空容器の一対の壁面のそれぞれに高周波電極を配
設することにより、生産性の向上を図ることができる。

【０００９】さらに、処理物を電極に対して相対移動さ
せる場合には、真空容器に、上記開口部を横切るように
処理物を送り出す送り手段を設けるとともに、高周波電
極を、処理物の送り方向に平行に、かつ上記開口部に臨
む方向から見て該送り方向に交差する方向に延びるよう
に配設することにより、プラズマ処理の均一性を確保し
つつも開口部および電極の面積を小さくすることができ
る。さらにまた、かかる構成を採る場合には、上記送り
方向に沿って複数の電極を配設することにより、送り方
向のプラズマ処理速度の向上を図って単位時間当たりの
処理量を増大することができる。

【００１０】一方、処理物が長尺のシート状である場合
などには、上記送り手段に、ロール状に巻回された該処
理物を上記送り方向に送り出す送り出しロールと、この
送り出しロールから送り出された上記処理物を巻き取る
巻き取りロールとを具備し、上記高周波電極を、これら
送り出しロールと巻き取りロールとの間に配設すること
により、真空容器および装置設備の小型化、省力化を図
ることができる。

【００１１】

【実施例】図１および図２は、本発明の一実施例を示す
ものである。本実施例において真空容器１は直方体の箱
状をなし、その一の側壁面には、この側壁面に対向する
方向から見て方形あるいは長円形に開口するようにして
電極取付用の開口部２が窓状に形成されている。この開
口部２の大きさは、図１に示されるように、真空容器１
内に収容されてプラズマ処理を施される処理物Ｐよりも
一回り大きな寸法に設定されている。また、この開口部
２の周縁には、溶接等によって気密に開口部枠３が取り
付けられており、さらにこの開口部枠３の外面周縁には
溝４が枠状に形成されていて、この溝４にフッ素系等の
ゴムのような弾性材質よりなるパッキン５が押し込めら
れて取り付けられている。

【００１２】そして、開口部枠３の外側には、このパッ
キン５に密着するようにして、ガラスまたは石英等より
なる長方形平板状の誘電材料電極６が、開口部２に沿っ
て該開口部２に平行に配設されており、さらにこの誘電
材料電極６の外面には、銅またはアルミニウム等の金属
材料よりなる平板状の高周波導入電極７が貼り付けられ
ていて、これら誘電材料電極６と高周波導入電極７とに
より高周波電極８が構成されている。また、この高周波
電極８のさらに外側には、この高周波電極８よりも一回
り大きな長方形平板状の電極保持板９が配設されてお
り、この電極保持板９は上記開口部枠３に着脱自在に螺
着されるボルト１０によって高周波電極８を開口部枠３
側に押圧して保持するように取り付けられている。な
お、このボルト１０は、セラミック等の絶縁性材料によ
って形成されている。さらに、上記高周波導入電極７に
は、代表的な周波数として１３.５６MHzの高周波電源１
１がマッチングユニット１２を介して接続されており、
このマッチングユニット１２によりインピーダンス整合
がとられてエネルギーが投入されるようになされてい
る。

【００１３】一方、真空容器１内に収容される処理物Ｐ
は、図１に示されるように開口部２に臨んで配置される
上記高周波電極８に対向して、開口部２に対して平行
に、すなわち該高周波電極８に平行となるように支持さ
れる。また、この真空容器１には、図示は略されている
が、該真空容器１内を減圧するための真空装置や、処理
物Ｐを搬出入する密閉可能な搬出入口、真空計や温度計
等のための必要なノズル、あるいは反応性ガスを用いた
プラズマ処理を行う場合などにあっては反応ガスの供給
口などが適宜設けられている。

【００１４】このような構成のプラズマ発生装置によれ
ば、真空容器１に形成された開口部２に沿って高周波電
極８が平行に配置されているため、この高周波電極８に
対向して開口部２に平行となる面においては、いずれの
部分にあっても高周波電極８からの距離は等しくなり、
従って電極８により生じるプラズマの強度も等しくな
る。このため、上述のように処理物Ｐを開口部２に対し
て平行に対向するように支持することにより、処理物Ｐ
の高周波電極８に対向する面全体に均一にプラズマ処理
を施して、偏りを生じることのない高品位の表面処理や
エッチング、あるいは薄膜形成等を行なうことが可能と
なる。

【００１５】また本実施例では、上記高周波電極８は、
開口部２の外側にパッキン５のようなシール材を介して
配設されており、このため上記真空装置によって真空容
器１内が減圧されると、大気圧との差圧によって高周波
電極８がパッキン５を押圧して開口部２側に密着するよ
うに付勢されることとなる。従って、本実施例によれ
ば、電極保持板９による保持とも相俟って、特にプラズ
マ処理中において真空容器１内の減圧状態を確実に維持
することが可能となり、プラズマ処理の一層の均一化を
促すことができる。しかも、高周波電極８は、開口部２
が和に臨む誘電材料電極６について、その形状・寸法が
開口部２を覆ってパッキン５に密着するように設定され
ていればよく、例えばこの高周波電極を開口部やシール
材に嵌め込んで取り付ける場合などに比べ、高い取付精
度や成形精度などが要求されることがないにも関わら
ず、十分な取付強度を容易に確保することができる。

【００１６】さらに、高周波導入電極７と真空容器１と
の間は、ガラスや石英等よりなる誘電材料電極６とセラ
ミック等からなるボルト１０とによって電気的に絶縁さ
れている。従って、例えばこの高周波導入電極７を、真
空容器１の開口部２や開口部枠３、あるいはシール材に
嵌め込んで取り付けたりする場合などに比べ、これら開
口部枠やシール材にさほど厳密な電気的絶縁性を要さず
とも、高周波導入電極７と真空容器１との間で十分な電
気絶縁性を容易に確保することができるという利点も得
られる。なお、本実施例では上述のように、真空容器１
の開口部２に開口部枠３を介して高周波電極８が取り付
けられていて、これにより加工性の向上とコストの低減
とを図っているが、例えば気密容器１の壁が、パッキン
５を取り付ける溝４や取付用のボルト１０を螺着するボ
ルト穴の加工が十分に可能な厚さを有していれば、必ず
しもこのような開口部枠３を介装しなくてもよい。

【００１７】また、上記実施例では真空容器１の一の壁
面に開口部２を形成して高周波電極８を配設するように
したが、図３に示すように、処理物Ｐを間に挟んで互い
に反対側に位置する真空容器１の一対の壁面にそれぞれ
開口部２，２を形成し、これらの開口部２，２に、互い
に対向するように一対の高周波電極８，８を配設するよ
うにしてもよい。ただし、図３において符号１３で示す
のは高周波の分配器であり、その他の図１および図２に
示した実施例と共通する要素には同一の符号を配してあ
る。

【００１８】しかるに、このようなプラズマ発生装置に
よれば、処理物Ｐの両面にプラズマ処理を施す場合にお
いては、図示のように処理物Ｐの表裏双方を同時に処理
することが可能となるので、生産性の向上を図ることが
できる。また、処理物Ｐの一方の側にプラズマ処理を施
す場合などにおいては、一対の処理物Ｐを、その処理を
施すべき面をそれぞれ外側にして重ね合わせ、両高周波
電極８，８間に平行となるように真空容器１内に装入し
て支持することにより、これら一対の処理物Ｐを同時に
プラズマ処理することができるので、やはり生産性の向
上を図ることが可能となる。なお、この図３の実施例に
おいては、一対の高周波電極８，８を互いに対向するよ
うに配設したが、例えば真空容器１の一方の壁面側の高
周波電極８と他方の壁面側の高周波電極８とを互い違い
に配したり、あるいは千鳥状に配設したりするようにし
てもよい。

【００１９】次に、図４は、長尺のシート状の処理物Ｐ
に連続的にプラズマ処理を施す場合の本発明の一実施例
を示すものであり、上述の実施例と共通する要素には同
一の符号が配してある。また、開口部枠３やパッキン
５、電極保持板９、および高周波電源１１やマッチング
ユニット１２などについては、図示は略されているが、
上述の実施例と同様の構成を採っているものとする。本
実施例において真空容器１は、プラズマ処理を施すべき
処理物Ｐを収容して送り出す送り出し室１Ａと、この送
り出された処理物Ｐにプラズマ処理を施すプラズマ発生
室１Ｂと、こうしてプラズマ処理が施された処理物Ｐを
収容する受け入れ室１Ｃとが、この順に一列に連結して
構成されており、このうち上記プラズマ発生室１Ｂの一
の壁面に開口部２が形成され、この開口部２に沿って平
行に高周波電極８が配設されている。

【００２０】一方、送り出し室１Ａには、上記長尺シー
ト状の処理物Ｐを巻回してなる送り出しロール１４が回
転可能に設けられており、また上記受け入れ室１Ｃに
は、プラズマ処理が施された処理物Ｐをやはり巻回して
保持する巻き取りロール１５が、回転可能かつ送り出し
ロール１４に平行に設けられていて、これら送り出しロ
ール１４および巻き取りロール１５により本実施例にお
ける送り手段が構成されている。そして、図示しない回
転駆動装置によってこれら送り出しロール１４および巻
き取りロール１５を回転駆動することにより、処理物Ｐ
が送り出しロール１４から巻き取りロール１５へと一定
の速度で送り出されるようになされている。また、これ
ら送り出しロール１４から巻き取りロール１５の間で送
り出される処理物Ｐは、プラズマ発生室１Ｂにおいて上
記高周波電極８に対して平行となるように保持される。

【００２１】ここで、この高周波電極８の開口部２に臨
む部分は、図４に示されるように該開口部２に臨む方向
から見て、処理物Ｐが送り出される送り方向Ｆに対して
直交する方向に延びるように配設されており、その幅寸
法Ａは、処理物Ｐの幅寸法Ｗよりも大きくなるように設
定されている。また、この高周波電極８の上記送り方向
Ｆの幅寸法Ｂは、誘電材料電極６の真空耐圧強度やプラ
ズマの均一性が確保できる寸法を鑑みて設定される。な
お、このように幅寸法Ａ，Ｂが設定されることにより、
当該高周波電極８の平面形状は通常長方形あるいは正方
形となるが、処理物Ｐの形状によっては円形としてもよ
い。

【００２２】しかるに、このような構成のプラズマ処理
装置においては、送り出し室１Ａから受け入れ室１Ｃへ
と、送り出しロール１４および巻き取りロール１５の回
転によって処理物Ｐが送り出される際に、その間のプラ
ズマ発生室１Ｂにおいて処理物Ｐが開口部２を横切るよ
うにして送り出され、この開口部２に臨んで配設された
高周波電極８によりプラズマ作用を受けて処理がなされ
る。

【００２３】ここで、この高周波電極８は、処理物Ｐの
送り方向Ｆに対して平行に、かつ開口部２に臨む方向視
においてはこの送り方向Ｆに交差する方向に延びるよう
に配設されているので、この送り方向Ｆに交差する方向
については、送り出される処理物Ｐと高周波電極８との
間の距離は等間隔となり、従ってこの交差する方向にお
けるプラズマの均一性が確保される。一方、上記送り方
向Ｆについては、処理物Ｐを一定速度で送り出すことに
よりプラズマの均一性が確保されるので、結果的に本実
施例によれば、このような長尺シート状の処理物Ｐに対
しても、その高周波電極８に対向する面全体に均一にプ
ラズマ処理を施すことが可能となる。しかも、本実施例
では処理物Ｐを送り出しながらプラズマ処理を行うた
め、処理物Ｐの総面積に比較して小さな面積の高周波電
極８による処理が可能であり、上記送り手段は要するも
のの、装置の小型化や投入されるエネルギーの省力化を
図ることも可能となる。

【００２４】なお、本実施例では、真空容器１のプラズ
マ発生室１Ｂの一の壁面に高周波電極８を配設すること
により、このように処理物Ｐの高周波電極８に対向する
面全体に均一なプラズマ処理を施すようにしているが、
例えばこの長尺シート状の処理物Ｐの両面にプラズマ処
理を施す場合などには、図３に示した実施例と同様に、
プラズマ発生室１Ｂの上記一の壁面とは反対側の壁面に
も開口部２を形成して、一対の高周波電極８，８を、処
理物Ｐを挟むように配設してもよい。また、図５に示す
ように、上記送り方向Ｆに沿って複数の高周波電極８…
を、互いに平行となるように配設するようにしてもよ
い。この場合には、処理物Ｐは上記送り方向Ｆに送られ
るに従い複数の高周波電極８…によって順次プラズマ作
用を受けるため、処理物Ｐが受けるプラズマ処理量は維
持したまま、その送り速度を速くすることができ、従っ
て単位時間当たりの処理量の増大を図って作業効率を向
上させることが可能となる。さらにまた、プラズマ発生
室１Ｂの処理物Ｐを挟む一対の壁面に、それぞれ複数の
高周波電極８…を、互いに対向するように、あるいは互
い違いや千鳥状となるように配設してもよい。

【００２５】さらに、図６および図７は、本発明のその
他の実施例を示すものであり、上述の実施例と共通する
要素には、やはり同一の符号を配してある。本実施例で
は、略直方体箱状の真空容器１の前面が開閉自在かつ密
閉可能な扉１Ｄとされており、この扉１Ｄの幅方向（図
６および図７において左右方向）の中央部に上下に延び
るように開口部２が形成され、この開口部２の外側にパ
ッキン５を介して、誘電材料電極６および高周波導入電
極７よりなる高周波電極８が、開口部２に沿って平行に
配設されている。なお、この開口部２および高周波電極
８の上下方向の長さは、処理物Ｐの長さに較べて十分の
大きなものとされている。また、図中に符号１６で示す
のは、この真空容器１が載置固定される基台である。

【００２６】一方、真空容器１の上部には、本実施例に
おける送り手段としてのベローズ式の直線導入機１７が
設けられている。この直線導入機１７は、真空容器１内
の気密性を維持したまま、真空容器１内にロッドを扉１
Ｄの上記幅方向に沿って水平に一定速度で出没可能とす
るものであり、このロッドの先端には、処理物Ｐを上記
高周波電極８に平行に垂下させて保持可能な保持具１８
が取り付けられている。そして、このロッドの出没に伴
い、保持具１８に保持された処理物Ｐが、高周波電極８
に対向しつつ開口部２を横切って水平方向（送り方向）
に一定速度で送られるようになされている。

【００２７】しかるに、本実施例においても処理物Ｐ
は、高周波電極８に平行に、開口部２を横切るように一
定速度で送られるため、図４に示した実施例と同様にこ
の処理物Ｐに対して均一なプラズマ処理を施すことが可
能となる。また、処理物Ｐを送り方向Ｆに送り出しなが
らプラズマ処理を行うため、処理物Ｐの面積に対して開
口部２および高周波電極８の面積を小さくすることがで
き、真空耐圧強度などからこれら開口部２や高周波電極
８の面積をあまり大きくすることができない場合でも、
確実にプラズマ処理を行うことが可能となる。

【００２８】なお、この処理物Ｐを送り出す上記直線導
入機１７については、上述のように真空容器１の気密性
を保持でき、かつ所定の速度でロッドを出没可能である
ならば、エアシリンダーや油圧シリンダーなどを用いる
こともできる。また、この実施例を含めて上述した各実
施例においては、真空容器１の平面状の壁面に開口部２
を形成して平板状の高周波電極８を配設しているが、本
発明はこのようなもののみに限定されることはない。例
えば、上述した従来のプラズマ発生装置のように、真空
容器が円筒胴型に形成されている場合にあっては、その
胴周部に円弧面状の開口部を形成するとともに、この開
口部がなす上記円弧面の曲率と等しい曲率の円弧板状の
高周波電極８を、該開口部に沿ってその外側に密着する
ように配設することもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
真空容器に形成された開口部に沿って平行に高周波電極
が配設されており、この開口部に平行に処理物を配置す
ることによって、処理物に作用するプラズマの強度は、
開口部に対向する処理物の各部位で等しくなるので、処
理物に対して均一なプラズマ処理を施すことが可能とな
り、偏りのない表面処理やエッチング、薄膜形成などを
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプラズマ発生装置の断
面図である。

【図２】図１に示す実施例の開口部２周辺の断面図であ
る。

【図３】図１に示す実施例の変形例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例を示す正面図である。

【図５】図４に示す実施例の変形例を示す正面図であ
る。

【図６】本発明のその他の実施例を示す正面図である。

【図７】図６に示す実施例における真空容器１の断面図
である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 開口部 ５ パッキン（シール材） ６ 誘電材料電極 ７ 高周波導入電極 ８ 高周波電極 ９ 電極保持板 １１ 高周波電源 １２ マッチングユニット Ｐ 処理物 Ｆ 処理物Ｐの送り方向

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理物を収容する真空容器の壁面に電極
   取付用の開口部が形成され、この開口部には、高周波電
   極が該開口部に沿って平行に配設されていることを特徴
   とするプラズマ発生装置。
2. 【請求項２】 上記高周波電極は、シール材を介して上
   記開口部の外側に該開口部を覆うように配設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 【請求項３】 上記真空容器には、上記処理物を間に挟
   む一対の上記壁面のそれぞれに上記高周波電極が配設さ
   れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載のプラズマ発生装置。
4. 【請求項４】 上記真空容器には、上記開口部を横切る
   ように上記処理物を送り出す送り手段が設けられている
   とともに、上記高周波電極は、上記処理物の送り方向に
   平行に、かつ上記開口部に臨む方向から見て該送り方向
   に交差する方向に延びるように配設されていることを特
   徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプ
   ラズマ発生装置。
5. 【請求項５】 上記真空容器には、上記送り方向に沿っ
   て複数の上記高周波電極が配設されていることを特徴と
   する請求項４に記載のプラズマ発生装置。
6. 【請求項６】 上記処理物がシート状であるとともに、
   上記送り手段は、ロール状に巻回された該処理物を上記
   送り方向に送り出す送り出しロールと、この送り出しロ
   ールから送り出された上記処理物を巻き取る巻き取りロ
   ールとを備え、上記高周波電極は、これら送り出しロー
   ルと巻き取りロールとの間に配設されていることを特徴
   とする請求項４または請求項５に記載のプラズマ発生装
   置。