JP2003093870A - Discharge plasma treatment apparatus and discharge plasma treatment method using the same - Google Patents

Discharge plasma treatment apparatus and discharge plasma treatment method using the same

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JP2003093870A
JP2003093870A JP2001298037A JP2001298037A JP2003093870A JP 2003093870 A JP2003093870 A JP 2003093870A JP 2001298037 A JP2001298037 A JP 2001298037A JP 2001298037 A JP2001298037 A JP 2001298037A JP 2003093870 A JP2003093870 A JP 2003093870A
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JP
Japan
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discharge plasma
electrodes
roll
gas
discharge
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Application number
JP2001298037A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Iwane
和良 岩根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a discharge plasma treatment apparatus having roll electrodes which can stably treat a long substrate to be treated with discharge plasma, and a discharge treatment method using the apparatus. SOLUTION: The discharge plasma treatment apparatus treats the substrate with glow discharge plasma generated by applying an electric field between a pair of the roll electrodes where at least one of the opposite surfaces of the electrodes is coated with a solid dielectric material. Process gas is introduced between the roll electrodes while rotating them, and the substrate is set between the electrodes to be treated. The discharge plasma treatment method uses the discharge plasma treatment apparatus.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、放電プラズマ処理
装置に関し、特に、電極が回転するロール電極を有する
放電プラズマ処理装置及びそれを用いた放電プラズマ処
理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge plasma processing apparatus, and more particularly to a discharge plasma processing apparatus having a roll electrode whose electrode rotates and a discharge plasma processing method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、低圧条件下でグロー放電プラ
ズマを発生させて被処理体の表面改質、又は被処理体上
に薄膜形成を行う方法が実用化されている。しかし、こ
れらの低圧条件下における処理装置は、真空チャンバ
ー、真空排気装置等が必要であり、表面処理装置は高価
なものとなり、大面積基板等を処理する際にはほとんど
用いられていなかった。このため、特開平6−2149
号公報、特開平7−85997号公報等に記載されてい
るような大気圧近傍の圧力下で放電プラズマを発生させ
る常圧プラズマ処理装置が提案されてきている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of generating a glow discharge plasma under a low pressure condition to modify the surface of an object to be processed or to form a thin film on the object to be processed has been put into practical use. However, the processing apparatus under these low-pressure conditions requires a vacuum chamber, a vacuum exhaust apparatus, etc., and the surface processing apparatus becomes expensive, and it has hardly been used when processing a large area substrate or the like. Therefore, JP-A-6-2149
Japanese Patent Laid-Open No. 7-85997 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-85997 propose an atmospheric pressure plasma processing apparatus for generating discharge plasma under a pressure near atmospheric pressure.

【0003】このような処理方法においては、固体誘電
体等で被覆した平行平板型等の電極間に被処理体を設置
し、電極間に処理ガスを導入し、電極間に電圧を印加
し、発生したプラズマで被処理体を処理する装置を用い
ている。平行平板型電極は、電極全面に渡って均一なプ
ラズマを発生させることが難しいため、長尺物を処理す
る場合は、より電界が集中でき、高密度プラズマを発生
させ易いロール−ロール電極を用いることが好ましい場
合がある。しかしながら、ロール−ロール電極は、その
電界が集中しやすいという性質ゆえにプラズマの高密度
化に有利な一方で、電流のパスができやすく、従ってア
ーク放電に移行しやすいということになるため、そのま
ま採用するには問題があった。
In such a processing method, an object to be processed is installed between parallel plate type electrodes covered with a solid dielectric, etc., a processing gas is introduced between the electrodes, and a voltage is applied between the electrodes. An apparatus that processes the object to be processed with the generated plasma is used. Since it is difficult to generate a uniform plasma over the entire surface of the parallel plate type electrode, when processing a long object, a roll-roll electrode is used, in which an electric field can be more concentrated and high density plasma can be easily generated. It may be preferred. However, while the roll-roll electrode is advantageous in increasing the density of plasma due to the property that the electric field is easily concentrated, it is easy to pass a current and therefore easily move to arc discharge. There was a problem to do.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、長尺被処理基材を安定して放電プラズマ処理を行
うことができるロール−ロール電極を有する放電プラズ
マ処理装置及びそれを用いた放電プラズマ処理方法を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention uses a discharge plasma processing apparatus having a roll-roll electrode capable of stably performing discharge plasma processing on a long substrate to be processed, and a use thereof. It is an object of the present invention to provide a conventional discharge plasma processing method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、放電処理中に電極を回転
させることにより、回転によって発生するガス流が電流
パスの生成抑制に有効であることを見出し、本発明を完
成させた。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that by rotating the electrodes during discharge treatment, the gas flow generated by the rotation is effective in suppressing the generation of current paths. That is, the present invention has been completed.

【0006】すなわち、本発明の第1の発明は、表面が
固体誘電体で被覆された一対のロール電極間に電界を印
加することによって発生するグロー放電プラズマで基材
を処理する装置であって、前記ロール電極を回転させな
がら電極間に処理ガスを導入し、電極間に基材を位置さ
せて処理することを特徴とする放電プラズマ処理装置で
ある。
That is, the first invention of the present invention is an apparatus for treating a substrate with glow discharge plasma generated by applying an electric field between a pair of roll electrodes whose surface is coated with a solid dielectric. The discharge plasma processing apparatus is characterized in that a processing gas is introduced between the electrodes while rotating the roll electrode, and a substrate is positioned between the electrodes for processing.

【0007】また、本発明の第2の発明は、ロール電極
の回転速度が、5〜10000rpmであることを特徴
とする第1の発明に記載の放電プラズマ処理装置であ
る。
A second invention of the present invention is the discharge plasma processing apparatus according to the first invention, wherein the rotation speed of the roll electrode is 5 to 10,000 rpm.

【0008】また、本発明の第3の発明は、一対のロー
ル電極の回転方向が、基材の搬送方向に回転するよう
に、時計回りと反時計回りの組み合わせであることを特
徴とする第1又は2の発明に記載の放電プラズマ処理装
置である。
A third aspect of the present invention is characterized in that the pair of roll electrodes is a combination of clockwise and counterclockwise rotations so as to rotate in the conveying direction of the substrate. 1 is a discharge plasma processing apparatus according to the invention.

【0009】また、本発明の第4の発明は、処理ガスの
流速が0.1m/sec以上であることを特徴とする第
1〜3のいずれかの発明に記載の放電プラズマ処理装置
である。
A fourth invention of the present invention is the discharge plasma processing apparatus according to any one of the first to third inventions, characterized in that the flow velocity of the processing gas is 0.1 m / sec or more. .

【0010】また、本発明の第5の発明は、電極形状に
沿ったガス供給ノズルを備えることを特徴とする第1〜
4のいずれかの発明に記載の放電プラズマ処理装置であ
る。
Further, a fifth invention of the present invention is characterized in that it is provided with a gas supply nozzle conforming to the shape of the electrode.
4 is a discharge plasma processing apparatus according to any one of 4th invention.

【0011】また、本発明の第6の発明は、電極形状に
沿ったガス排気ノズルを備えることを特徴とする第1〜
5のいずれかの発明に記載の放電プラズマ処理装置であ
る。
Further, a sixth invention of the present invention is characterized in that it is provided with a gas exhaust nozzle conforming to the shape of the electrode.
5 is a discharge plasma processing apparatus according to any one of 5th aspect of the invention.

【0012】また、本発明の第7の発明は、第1〜6の
いずれかの発明に記載の放電プラズマ処理装置を用い、
パルス立ち上がり及び/又は立ち下がり時間が10μs
以下、電界強度が10〜1000kV/cmのパルス電
界を印加し、発生するグロー放電プラズマで基材の処理
を行うことを特徴とする放電プラズマ処理方法である。
A seventh invention of the present invention uses the discharge plasma processing apparatus according to any one of the first to sixth inventions,
Pulse rise and / or fall time is 10 μs
Hereinafter, a discharge plasma processing method is characterized in that a pulse electric field having an electric field strength of 10 to 1000 kV / cm is applied and the substrate is treated with glow discharge plasma generated.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明は、電界を印加することに
よりグロー放電プラズマを生成させる一対のロール−ロ
ール電極を有し、該ロール−ロール電極の表面は固体誘
電体で被覆されており、各ロール電極は放電処理中回転
するようにされている装置であり、上記ロール−ロール
電極間に処理ガスを導入し、電極間に電界を印加し、発
生するグロー放電プラズマで電極間に設置した被処理基
材を処理するようになされた装置である。以下に詳細に
本発明を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention has a pair of roll-roll electrodes for generating glow discharge plasma by applying an electric field, and the surface of the roll-roll electrodes is coated with a solid dielectric, Each roll electrode is a device that is configured to rotate during discharge processing, and a processing gas is introduced between the roll-roll electrodes, an electric field is applied between the electrodes, and the generated glow discharge plasma is placed between the electrodes. It is an apparatus adapted to process a substrate to be processed. The present invention will be described in detail below.

【0014】本発明に用いる装置の一例を図で説明す
る。図1は、本発明の一対のロール電極を有する放電プ
ラズマ処理装置を説明する模式的装置図である。図1に
おいて、ロール電極2とロール電極3は、その表面が固
体誘電体7、7’で被覆され、その間に放電空間4が形
成され、各ロール電極は回転するようになされている。
処理ガスは、矢印方向にガス供給ノズル5の吹き出し口
から放電空間4に吹き出される。ロール電極2及び3の
間に電源1から電界がかけられると、処理ガスは放電空
間4内でプラズマ化し、電極間を搬送されている被処理
基材10の表面を処理する。処理後のガスは、ガス排気
ノズル6に吸い込まれ回収される。
An example of the apparatus used in the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic device diagram illustrating a discharge plasma processing device having a pair of roll electrodes of the present invention. In FIG. 1, the surface of the roll electrode 2 and the roll electrode 3 is covered with solid dielectrics 7 and 7 ', a discharge space 4 is formed between them, and each roll electrode is adapted to rotate.
The processing gas is blown into the discharge space 4 from the outlet of the gas supply nozzle 5 in the arrow direction. When an electric field is applied between the roll electrodes 2 and 3 from the power supply 1, the processing gas is turned into plasma in the discharge space 4 to process the surface of the substrate 10 to be processed which is conveyed between the electrodes. The treated gas is sucked into the gas exhaust nozzle 6 and collected.

【0015】本発明の装置において、ロール電極2及び
3の回転速度は、5〜10000rpmが好ましく、よ
り好ましくは20〜1000rpmである。回転速度が
5rpm未満では放電が安定せず、10000rpmを
超えるような速度は現実的ではない。また、ロール電極
2及び3の回転方向は、それぞれ同方向回転であっても
異方向回転であっても良いが、被処理基材10の搬送方
向に回転するように、時計回りと反時計回りの組み合わ
せがガス流れを均一にできて好ましい。ロール電極2及
び3を回転することにより、電極表面に設けられた固体
誘電体の局所的劣化を防ぐことができ、安定な放電を維
持でき、電極の寿命を格段に長くすることができる。
In the apparatus of the present invention, the rotation speed of the roll electrodes 2 and 3 is preferably 5 to 10000 rpm, more preferably 20 to 1000 rpm. If the rotation speed is less than 5 rpm, the discharge is not stable, and a speed exceeding 10,000 rpm is not realistic. Further, the rotation directions of the roll electrodes 2 and 3 may be the same direction rotation or different direction rotations, respectively, but clockwise and counterclockwise so as to rotate in the conveyance direction of the substrate 10 to be processed. The combination of is preferable because the gas flow can be made uniform. By rotating the roll electrodes 2 and 3, local deterioration of the solid dielectric provided on the electrode surface can be prevented, stable discharge can be maintained, and the life of the electrode can be remarkably extended.

【0016】本発明の装置においては、被処理基材10
は、ロール電極2及び3の間に位置するように搬送され
る。電極間に位置させることにより、有効な活性種を効
率よく被処理基材表面に当てることができる。また、被
処理基材を放電空間4中に浮かせて走行させることによ
り両面処理が可能であり、また、一方のロール電極に接
触させながら走行させることにより、片面処理も可能で
ある。
In the apparatus of the present invention, the substrate 10 to be treated is
Are conveyed so as to be located between the roll electrodes 2 and 3. By positioning it between the electrodes, effective active species can be efficiently applied to the surface of the substrate to be treated. Double-sided treatment is possible by floating the traveling substrate in the discharge space 4 and traveling, and single-sided treatment is also possible by traveling while contacting one roll electrode.

【0017】本発明の装置において、放電空間に導入さ
れる処理ガスの流速は、0.1m/s以上が好ましく、
より好ましくは0.5〜50m/secである。処理ガ
スの流速が0.1m/sec未満であると電流パスがで
きやすく、放電が不安定になり好ましくない。また、処
理ガスは、放電空間にガス供給ノズル5から導入される
が、ガス供給ノズル5は、電極の曲率に応じた曲率の凹
部を有する形状のノズルであることが好ましく、さらに
このガス供給ノズル5がガイド機構を兼ねるような形状
のノズルであることが好ましい。また、処理済みのガス
は、ガス排気ノズル6から吸い込まれて回収されるのが
好ましく、ガス排気ノズル6は、電極の曲率に応じた曲
率の凹部を有する形状のノズルであることが好ましく、
さらにこのガス排気ノズル6がガイド機構を兼ねるよう
な形状のノズルであることが好ましい。
In the apparatus of the present invention, the flow velocity of the processing gas introduced into the discharge space is preferably 0.1 m / s or more,
It is more preferably 0.5 to 50 m / sec. If the flow velocity of the processing gas is less than 0.1 m / sec, a current path is likely to be formed and the discharge becomes unstable, which is not preferable. Further, the processing gas is introduced into the discharge space from the gas supply nozzle 5, but the gas supply nozzle 5 is preferably a nozzle having a concave portion having a curvature corresponding to the curvature of the electrode. It is preferable that 5 is a nozzle having a shape that doubles as a guide mechanism. Further, the treated gas is preferably sucked and collected from the gas exhaust nozzle 6, and the gas exhaust nozzle 6 is preferably a nozzle having a concave portion having a curvature corresponding to the curvature of the electrode,
Furthermore, it is preferable that the gas exhaust nozzle 6 is a nozzle having a shape that also serves as a guide mechanism.

【0018】また、図示はしていないが、被処理基材1
0の搬送手段は、基材がフィルム状のものであれば、繰
り出しロールと巻き取りロールからなる搬送系を用い、
枚葉のものであれば、搬送コンベア、搬送ロボット等の
搬送系を用いることができる。また、基材が保持される
XYテーブルまたはXYZテーブルを搬送装置に設け、
基材の被処理部分にプラズマガスが吹き出されるように
XYテーブルまたはXYZテーブルを移動させる制御装
置を備えている装置等が挙げられる。更に、プラズマ処
理部の前後にガイドローラーを設けたり、放電部におけ
るしわ対策のために、テンションコントロール機構やク
ラウンロールを備えていてもよい。
Although not shown, the substrate 1 to be treated
If the base material is a film-like one, the conveying means of 0 uses a conveying system consisting of a payout roll and a winding roll,
If it is a single sheet, a transfer system such as a transfer conveyor or a transfer robot can be used. In addition, an XY table or an XYZ table on which the base material is held is provided in the transport device,
An example of the device includes a control device that moves the XY table or the XYZ table so that the plasma gas is blown to the portion to be processed of the base material. Further, a guide roller may be provided before and after the plasma processing section, or a tension control mechanism or a crown roll may be provided to prevent wrinkles in the discharge section.

【0019】上記ロール電極の材質としては、銅、アル
ミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、金
属間化合物等からなるものが挙げられる。上記ロール電
極の電極間距離は、その上に被覆する固体誘電体の厚
さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考
慮して適宜決定されるが、0.1〜50mmが好まし
く。より好ましくは0.1〜5mmである。0.1mm
未満では、電極間の間隔を置いて設置するのに充分でな
いことがあり、一方、50mmを超えると、均一な放電
プラズマを発生させにくい。
Examples of the material of the above-mentioned roll electrode include those made of simple metals such as copper and aluminum, alloys such as stainless steel and brass, and intermetallic compounds. The distance between the roll electrodes is appropriately determined in consideration of the thickness of the solid dielectric material coated thereon, the magnitude of the applied voltage, the purpose of utilizing plasma, etc., but is preferably 0.1 to 50 mm. . More preferably, it is 0.1 to 5 mm. 0.1 mm
If it is less than 50 mm, it may not be enough to install the electrodes with a space therebetween, while if it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.

【0020】プラズマを発生させる上記ロール電極の表
面は固体誘電体で被覆されている必要がある。この際、
固体誘電体と電極が密着し、かつ、接する電極の対向面
を完全に覆うようにする。固体誘電体によって覆われず
に電極同士が直接対向する部位があると、そこからアー
ク放電が生じやすい。
The surface of the roll electrode for generating plasma must be covered with a solid dielectric. On this occasion,
The solid dielectric and the electrode are in close contact with each other, and the opposite surface of the contacting electrode is completely covered. If there is a portion where the electrodes directly face each other without being covered with the solid dielectric, arc discharge easily occurs from there.

【0021】上記固体誘電体の厚みは、0.01〜4m
mであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発
生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧
印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生すること
がある。
The solid dielectric has a thickness of 0.01 to 4 m.
It is preferably m. If it is too thick, a high voltage may be required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied and arc discharge may occur.

【0022】固体誘電体の材質としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート
等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニ
ウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。
Examples of the material of the solid dielectric include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxidation such as barium titanate. Things etc. are mentioned.

【0023】特に、25℃環境下における比誘電率が1
0以上のものである固体誘電体を用いれば、低電圧で高
密度の放電プラズマを発生させることができ、処理効率
が向上する。比誘電率の上限は特に限定されるものでは
ないが、現実の材料では18,500程度のものが入手
可能であり、本発明に使用出来る。特に好ましくは比誘
電率が10〜100の固体誘電体である。上記比誘電率
が10以上である固体誘電体の具体例としては、二酸化
ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸
バリウム等の複酸化物を挙げることができる。
In particular, the relative dielectric constant under the environment of 25 ° C. is 1
If a solid dielectric material of 0 or more is used, a high density discharge plasma can be generated at a low voltage, and the processing efficiency is improved. The upper limit of the relative permittivity is not particularly limited, but as a practical material, about 18,500 is available and can be used in the present invention. A solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 to 100 is particularly preferable. Specific examples of the solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more include metal oxides such as zirconium dioxide and titanium dioxide, and complex oxides such as barium titanate.

【0024】本発明の装置では、上記電極間に、高周
波、パルス波、マイクロ波等の電界が印加され、プラズ
マを発生させるが、パルス電界を印加することが好まし
く、特に、電界の立ち上がり及び/又は立ち下がり時間
が、10μs以下である電界が好ましい。10μsを超
えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものと
なり、パルス電界による高密度プラズマ状態を保持しに
くくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が
短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行わ
れるが、40ns未満の立ち上がり時間のパルス電界を
実現することは、実際には困難である。より好ましくは
50ns〜5μsである。なお、ここでいう立ち上がり
時間とは、電圧(絶対値)が連続して増加する時間、立
ち下がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して減少する
時間を指すものとする。
In the device of the present invention, an electric field of high frequency, pulse wave, microwave or the like is applied between the electrodes to generate plasma, but it is preferable to apply a pulsed electric field, and in particular, rise of the electric field and / or Alternatively, an electric field having a fall time of 10 μs or less is preferable. If it exceeds 10 μs, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable, and it becomes difficult to maintain the high-density plasma state due to the pulsed electric field. Further, the shorter the rise time and the fall time are, the more efficiently the gas is ionized at the time of plasma generation, but it is actually difficult to realize a pulsed electric field having a rise time of less than 40 ns. It is more preferably 50 ns to 5 μs. Note that the rising time referred to here means the time when the voltage (absolute value) continuously increases, and the falling time means the time when the voltage (absolute value) continuously decreases.

【0025】上記パルス電界の電界強度は、10〜10
00kV/cmとなるようにするのが好ましく、より好
ましくは15〜1000kV/cmである。電界強度が
10kV/cm未満であると処理に時間がかかりすぎ、
1000kV/cmを超えるとアーク放電が発生しやす
くなる。
The electric field strength of the pulse electric field is 10 to 10
It is preferably set to 00 kV / cm, more preferably 15 to 1000 kV / cm. If the electric field strength is less than 10 kV / cm, it takes too long to process,
If it exceeds 1000 kV / cm, arc discharge is likely to occur.

【0026】上記パルス電界の周波数は、0.5kHz
以上であることが好ましい。0.5kHz未満であると
プラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎる。上
限は特に限定されないが、常用されている13.56M
Hz、試験的に使用されている500MHzといった高
周波帯でも構わない。負荷との整合のとり易さや取り扱
い性を考慮すると、500kHz以下が好ましい。この
ようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大
きく向上させることができる。
The frequency of the pulsed electric field is 0.5 kHz.
The above is preferable. If it is less than 0.5 kHz, the plasma density is low and the treatment takes too long. The upper limit is not particularly limited, but is commonly used 13.56M
A high frequency band such as Hz or a test-use 500 MHz may be used. Considering the ease of matching with the load and the handling property, the frequency is preferably 500 kHz or less. By applying such a pulsed electric field, the processing speed can be greatly improved.

【0027】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス継続時間は、200μs以下であることが好まし
い。200μsを超えるとアーク放電に移行しやすくな
る。ここで、ひとつのパルス継続時間とは、ON、OF
Fの繰り返しからなるパルス電界における、ひとつのパ
ルスの連続するON時間を言う。
Further, one pulse duration in the above pulsed electric field is preferably 200 μs or less. If it exceeds 200 μs, arc discharge is likely to occur. Here, one pulse duration is ON, OF
It means the continuous ON time of one pulse in the pulse electric field composed of the repetition of F.

【0028】本発明の放電プラズマ処理装置は、どのよ
うな圧力下でも用いることができるが、常圧放電プラズ
マ処理に用いるとその効果を十分に発揮でき、特に、大
気圧近傍下の圧力下で用いるとその効果が十分に発揮さ
れる。
The discharge plasma processing apparatus of the present invention can be used under any pressure, but when it is used for normal pressure discharge plasma processing, its effect can be sufficiently exerted, especially under pressure near atmospheric pressure. When used, its effect is fully exerted.

【0029】上記大気圧近傍の圧力下とは、1.333
×104〜10.664×104Paの圧力下を指す。中
でも、圧力調整が容易で、装置が簡便になる9.331
×104〜10.397×104Paの範囲が好ましい。
The pressure under the atmospheric pressure is 1.333.
It refers to under a pressure of × 10 4 to 10.664 × 10 4 Pa. Among them, the pressure adjustment is easy, and the device is simple.
The range of × 10 4 to 10.397 × 10 4 Pa is preferable.

【0030】大気圧近傍の圧力下では、ヘリウム、ケト
ン等の特定のガス以外は安定してプラズマ放電状態が保
持されずに瞬時にアーク放電状態に移行することが知ら
れているが、パルス状の電界を印加することにより、ア
ーク放電に移行する前に放電を止め、再び放電を開始す
るというサイクルが実現されると考えられる。
It is known that under a pressure in the vicinity of the atmospheric pressure, except for a specific gas such as helium or ketone, the plasma discharge state is not maintained stably and the arc discharge state is instantaneously transferred. It is considered that a cycle of stopping the discharge before starting the arc discharge and restarting the discharge is realized by applying the electric field of.

【0031】本発明で処理できる被処理基材としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカ
ーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリイミド、液晶ポリマー、エポキ
シ樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セラ
ミック、金属、繊維、紙等が挙げられる。基材の形状と
しては、板状、フィルム状等のものが挙げられ、特に半
導体用途においては、銅張積層体、プリント基板、プリ
プレグ等を挙げることができる。
As the substrate to be treated in the present invention,
Examples thereof include plastics such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polyimide, liquid crystal polymer, epoxy resin and acrylic resin, glass, ceramic, metal, fiber, paper and the like. Examples of the shape of the base material include a plate shape and a film shape, and particularly for semiconductor applications, a copper clad laminate, a printed board, a prepreg and the like can be mentioned.

【0032】本発明で用いる処理ガスとしては、電界を
印加することによってプラズマを発生するガスであれ
ば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用
できる。
The processing gas used in the present invention is not particularly limited as long as it is a gas that generates plasma by applying an electric field, and various gases can be used depending on the processing purpose.

【0033】上記処理用ガスとして、CF4、C26
CClF3、SF6等のフッ素含有化合物ガスを用いるこ
とによって、撥水性表面を得ることができる。
As the processing gas, CF 4 , C 2 F 6 ,
A water repellent surface can be obtained by using a fluorine-containing compound gas such as CClF 3 or SF 6 .

【0034】また、処理用ガスとして、O2、O3、水、
空気等の酸素元素含有化合物、N2、NH3等の窒素元素
含有化合物、SO2、SO3等の硫黄元素含有化合物を用
いて、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の
親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親
水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタ
クリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親
水性重合膜を堆積することもできる。
Further, as processing gas, O 2 , O 3 , water,
Hydrophilicity of carbonyl group, hydroxyl group, amino group, etc. on the surface of the base material by using oxygen element-containing compounds such as air, nitrogen element-containing compounds such as N 2 , NH 3 and sulfur element-containing compounds such as SO 2 , SO 3 A hydrophilic surface can be obtained by forming a functional group to increase the surface energy. Further, the hydrophilic polymer film can be deposited by using a polymerizable monomer having a hydrophilic group such as acrylic acid or methacrylic acid.

【0035】さらに、Si、Ti、Sn等の金属の金属
−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラー
ト等の処理用ガスを用いて、SiO2、TiO2、SnO
2等の金属酸化物薄膜を形成させ、基材表面に電気的、
光学的機能を与えることができ、ハロゲン系ガスを用い
てエッチング処理、ダイシング処理を行ったり、酸素系
ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行った
り、アルゴン、窒素等の不活性ガスによるプラズマで表
面クリーニングや表面改質を行うこともできる。
Further, using a processing gas such as a metal-hydrogen compound, a metal-halogen compound, a metal alcoholate of a metal such as Si, Ti or Sn, SiO 2 , TiO 2 , SnO is used.
A metal oxide thin film such as 2 is formed and is electrically and
Optical function can be given, and halogen gas is used for etching and dicing, oxygen gas is used for resist treatment and removal of organic contaminants, and inert gas such as argon and nitrogen is used. Surface cleaning and surface modification can also be performed with plasma.

【0036】経済性及び安全性の観点から、上記処理用
ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げるような希釈ガスに
よって希釈された雰囲気中で処理を行うことが好まし
い。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、
キセノン等の希ガス、窒素気体等が挙げられる。これら
は単独でも2種以上を混合して用いてもよい。また、希
釈ガスを用いる場合、処理用ガスの割合は0.01〜1
0体積%であることが好ましい。
From the viewpoints of economy and safety, it is preferable to perform the treatment in an atmosphere diluted with a diluent gas as described below, rather than the atmosphere for the treatment gas alone. As the diluent gas, helium, neon, argon,
Examples include rare gases such as xenon, nitrogen gas, and the like. You may use these individually or in mixture of 2 or more types. When a diluting gas is used, the ratio of the processing gas is 0.01 to 1
It is preferably 0% by volume.

【0037】なお、本発明の装置によれば、プラズマ発
生空間中に存在する気体の種類を問わずグロー放電プラ
ズマを発生させることが可能である。公知の低圧条件下
におけるプラズマ処理はもちろん、特定のガス雰囲気下
の大気圧プラズマ処理においても、外気から遮断された
密閉容器内で処理を行うことが必須であったが、本発明
のグロー放電プラズマ処理装置を用いた方法によれば、
開放系、あるいは、気体の自由な流失を防ぐ程度の低気
密系での処理が可能となる。
According to the apparatus of the present invention, glow discharge plasma can be generated regardless of the type of gas existing in the plasma generation space. Not only plasma treatment under known low-pressure conditions, but also atmospheric pressure plasma treatment under a specific gas atmosphere, it was essential to perform treatment in a closed container shielded from the outside air, but glow discharge plasma of the present invention According to the method using the processing device,
It is possible to perform processing in an open system or in a low airtight system that prevents free flow of gas.

【0038】本発明のパルス電界を用いた大気圧放電処
理装置によると、全くガス種に依存せず、電極間におい
て直接大気圧下で放電を生じせしめることが可能であ
り、より単純化された電極構造、放電手順による大気圧
プラズマ装置、及び処理手法でかつ高速処理を実現する
ことができる。また、パルス周波数、電圧、電極間隔等
のパラメータにより処理に関するパラメータも調整でき
る。
According to the atmospheric pressure discharge processing apparatus using the pulsed electric field of the present invention, it is possible to cause the discharge directly between the electrodes under the atmospheric pressure without depending on the gas species at all, which is further simplified. It is possible to realize high-speed processing with an electrode structure, an atmospheric pressure plasma device by a discharge procedure, and a processing method. In addition, parameters related to processing can be adjusted by parameters such as pulse frequency, voltage, and electrode interval.

【0039】[0039]

【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもので
はない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0040】実施例1 図1に示す装置を用い、放電プラズマ処理を行った。電
極2及び3として、100mmφ×600mmのステン
レス製円柱外表面に固体誘電体としてアルミナを1mm
溶射被覆した一対のロール電極を用い、2mmの間隔を
おいて設置し、上部ロール電極2を反時計回りに、下部
ロール電極3を時計回りに20rpmに回転させるよう
にした。被処理基材10として、厚さ50μm×幅50
0mmのポリイミドフィルムを搬送速度100mm/m
inで電極間を搬送させた。処理ガスとして、乾燥空気
をガス流速2m/secの速度で、ガス供給ノズル5か
ら放電空間に吹き出した。電極間にパルス立ち上がり時
間3μs、電圧20kVPP、周波数10kHzのパルス
電界を印加し、ポリイミドフィルムの表面のプラズマ処
理を行った。放電状態は良好で、ポリイミドフィルムの
表面は幅方向に均一に処理され、ぬれ性が付与されてい
ることを確認した。
Example 1 A discharge plasma treatment was carried out using the apparatus shown in FIG. As electrodes 2 and 3, 1 mm of alumina is used as a solid dielectric on the outer surface of a 100 mmφ × 600 mm stainless steel cylinder.
Using a pair of roll electrodes coated by thermal spraying, the roll electrodes were installed at an interval of 2 mm, and the upper roll electrode 2 was rotated counterclockwise and the lower roll electrode 3 was rotated clockwise at 20 rpm. As the substrate 10 to be treated, thickness 50 μm × width 50
Transport speed of 0 mm polyimide film 100 mm / m
It was conveyed between the electrodes in. As the processing gas, dry air was blown from the gas supply nozzle 5 into the discharge space at a gas flow rate of 2 m / sec. A pulsed electric field having a pulse rise time of 3 μs, a voltage of 20 kV PP and a frequency of 10 kHz was applied between the electrodes to perform plasma treatment on the surface of the polyimide film. It was confirmed that the discharge state was good and that the surface of the polyimide film was uniformly processed in the width direction to impart wettability.

【0041】実施例2 ロール電極の直径を50mmφ、ロール電極の回転数を
2000rpm、処理ガスの流速を40m/secにす
る以外は、実施例1と同様にして基材の処理を行った。
放電状態は良好で、ポリイミドフィルムの表面は幅方向
に均一に処理され、ぬれ性が付与されていることを確認
した。
Example 2 A substrate was treated in the same manner as in Example 1 except that the diameter of the roll electrode was 50 mm, the rotation number of the roll electrode was 2000 rpm, and the flow rate of the processing gas was 40 m / sec.
It was confirmed that the discharge state was good and that the surface of the polyimide film was uniformly processed in the width direction to impart wettability.

【0042】実施例3 基材として、プリプレグを用いる以外は、実施例1と同
様にして基材の処理を行った。放電状態は良好で、基材
の表面は幅方向に均一に処理され、樹脂残渣が除去され
ていることを確認した。
Example 3 The substrate was treated in the same manner as in Example 1 except that a prepreg was used as the substrate. It was confirmed that the discharge state was good, the surface of the base material was uniformly processed in the width direction, and the resin residue was removed.

【0043】比較例1 ロール電極の直径を50mmφとし、ロール電極を回転
させず、処理ガスの流速を0.05m/secにする以
外は、実施例1と同様にして基材の処理を行った。放電
状態は不均一で、所々にストリーマーが発生し、ポリイ
ミドフィルムの表面には打痕の跡が見られた。
Comparative Example 1 A substrate was treated in the same manner as in Example 1 except that the diameter of the roll electrode was 50 mmφ, the roll electrode was not rotated, and the flow rate of the processing gas was 0.05 m / sec. . The discharge state was non-uniform, streamers were generated in places, and traces of dents were found on the surface of the polyimide film.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明の放電プラズマ処理装置は、回転
するロール電極を有しているので、均一な高密度プラズ
マを発生させることができ、連続する長尺被処理基材で
ある大面積基材の処理を効率良く行えるプラズマ放電処
理装置であるので、高速処理及び大面積処理に対応可能
でかつ半導体製造工程で用いられる種々の方法を始めと
して、あらゆるプラズマ処理方法において、インライン
化及び高速化を実現するのに有効に用いることができ
る。これにより、処理時間の短縮化、コスト低下が可能
になり、従来では不可能あるいは困難であった様々な用
途への展開が可能となる。
Since the discharge plasma processing apparatus of the present invention has a rotating roll electrode, it can generate a uniform high density plasma and has a large area substrate which is a continuous long substrate to be processed. Since it is a plasma discharge processing device that can efficiently process materials, it can be used for high-speed processing and large-area processing, and various plasma processing methods, including various methods used in the semiconductor manufacturing process, can be inlined and speeded up. Can be effectively used to realize As a result, the processing time can be shortened and the cost can be reduced, and it can be applied to various uses that were impossible or difficult in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の放電プラズマ処理装置の一例を説明す
る模式的装置図である。
FIG. 1 is a schematic device diagram illustrating an example of a discharge plasma processing device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電源(高電圧パルス電源) 2、3 ロール電極 4 放電空間 5 処理ガス供給ノズル 6 ガス排気ノズル 7、7’ 固体誘電体 10 被処理基材 1 power supply (high voltage pulse power supply) 2-3 roll electrodes 4 discharge space 5 Processing gas supply nozzle 6 gas exhaust nozzle 7,7 'solid dielectric 10 Base material to be treated

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面が固体誘電体で被覆された一対のロ
ール電極間に電界を印加することによって発生するグロ
ー放電プラズマで基材を処理する装置であって、前記ロ
ール電極を回転させながら電極間に処理ガスを導入し、
電極間に基材を位置させて処理することを特徴とする放
電プラズマ処理装置。
1. An apparatus for treating a substrate with glow discharge plasma generated by applying an electric field between a pair of roll electrodes whose surfaces are coated with a solid dielectric, wherein the roll electrodes are rotated. Introduce processing gas in between,
A discharge plasma processing apparatus characterized in that a base material is positioned between electrodes for processing.
【請求項2】 ロール電極の回転速度が、5〜1000
0rpmであることを特徴とする請求項1に記載の放電
プラズマ処理装置。
2. The rotation speed of the roll electrode is 5 to 1000.
It is 0 rpm, The discharge plasma processing apparatus of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 一対のロール電極の回転方向が、基材の
搬送方向に回転するように、時計回りと反時計回りの組
み合わせであることを特徴とする請求項1又は2に記載
の放電プラズマ処理装置。
3. The discharge plasma according to claim 1, wherein the pair of roll electrodes have a combination of a clockwise direction and a counterclockwise direction so that they rotate in the conveying direction of the base material. Processing equipment.
【請求項4】 処理ガスの流速が、0.1m/sec以
上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項
に記載の放電プラズマ処理装置。
4. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the flow rate of the processing gas is 0.1 m / sec or more.
【請求項5】 電極形状に沿ったガス供給ノズルを備え
ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載
の放電プラズマ処理装置。
5. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a gas supply nozzle that follows the shape of the electrode.
【請求項6】 電極形状に沿ったガス排気ノズルを備え
ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載
の放電プラズマ処理装置。
6. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a gas exhaust nozzle that follows the shape of the electrode.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の放
電プラズマ処理装置を用い、パルス立ち上がり及び/又
は立ち下がり時間が10μs以下、電界強度が10〜1
000kV/cmのパルス電界を印加し、発生するグロ
ー放電プラズマで基材の処理を行うことを特徴とする放
電プラズマ処理方法。
7. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the pulse rise and / or fall time is 10 μs or less, and the electric field intensity is 10 to 1.
A discharge plasma treatment method comprising applying a pulsed electric field of 000 kV / cm and treating the substrate with glow discharge plasma generated.
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