JP2003226955A - Method and apparatus for modification surface - Google Patents

Method and apparatus for modification surface

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JP2003226955A
JP2003226955A JP2002028074A JP2002028074A JP2003226955A JP 2003226955 A JP2003226955 A JP 2003226955A JP 2002028074 A JP2002028074 A JP 2002028074A JP 2002028074 A JP2002028074 A JP 2002028074A JP 2003226955 A JP2003226955 A JP 2003226955A
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JP
Japan
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processed
gas
monomer
ionized
surface modification
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JP2002028074A
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Japanese (ja)
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Kazunori Hake
一徳 吐合
Kiyohito Nishijima
喜代人 西嶋
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a surface modification method and apparatus by which a surface is homogeneously and uniformly modified and easily treated even at an atmospheric pressure. <P>SOLUTION: In the surface modification method, a monomer 22 of a gaseous starting material and a carrier gas 23 for diluting the monomer gas are introduced into a casing, a pair of discharge electrodes are provided at a fixed interval inside the casing, a material 16 to be treated is arranged on one of the discharge electrodes, laser beams 13 are emitted into a space provided in parallel to the surface of the material to be treated with a certain distance from the surface to generate ionized plasma, and the monomer and the carrier gas are made into ionized gas 15 by the ionized plasma 14. Thus a film is formed on the surface of the material to be treated by causing the drift action of the ionized gas and impressing bias voltage between the discharge electrodes to attract the ionized gas on the surface of the material to be treated. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、表面硬度の改善や
光触媒形成等の膜形成、濡れ性の向上、脱脂、粗面形成
など、被処理体の表面処理を行う表面改質方法及びその
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface reforming method and apparatus for performing a surface treatment on an object to be treated such as improving the surface hardness, forming a film such as a photocatalyst, improving wettability, degreasing, and forming a rough surface. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の表面改質方法及び装置を大別する
と、ウエットプロセス(湿式法)とドライプロセス(乾
式法)の2つの方法がある。中でも表面改質処理後の有
害溶剤等の廃棄物を排出しないドライプロセスへの技術
転向が広く行われている。これらのプロセスは、母材
表面を変化させることによって目的とする表面をつくる
方法と、母材の表面は変化させず他の物質を被覆して
目的とする表面を作る方法と、前者と後者を目的によ
り複合させる方法があり、ではイオン注入等の熱処理
法やエッチング法、ではPVD法(物理蒸着法)やC
VD法(化学蒸着法)、プラズマ重合法などがあげられ
る。例えば、プラズマ重合法では、図5に示される装置
により膜形成が行われる。図において16は被処理体、
17は処理面、19は高電圧電極、20は低電圧電極、
21は筐体、22はモノマー、23はキャリアガス、2
4は質量流量計、25は排気装置、28はRF(radio
frequency)プラズマ、29はRF発生器、30はマッ
チング装置である。膜形成はつぎのように行われる。筐
体21内部には被処理体16を配置した低電圧電極20
と一定の距離を介して対向配置された高電圧電極19が
設けられ、排気装置25により筐体21内部を一旦、真
空排気させて筐体21内部の不純物を取り除き、その後
モノマー22とキャリアガス23をガス圧力を数10P
aで質量流量計24により筐体21に適量供給し、マッ
チング装置30を介して13.56MHzのRF発生器
29により高電圧電極19と低電圧電極20の間にRF
プラズマ28を発生させることで電離気体を発生させ、
被処理体16を被覆させることによって膜形成が行われ
るようになっている。上記のような表面改質方法及び装
置では、数10Paという非常に低いガス圧力で表面改
質を行うので、容易に電離プラズマを発生することがで
きるとともに多くの高エネルギー電子を供給できるた
め、表面改質の反応性を向上することができる。また、
モノマーの種類を替えることで被処理体16表面を直接
変化させる表面改質処理ができるようになっている。
2. Description of the Related Art There are roughly two types of conventional surface modification methods and apparatuses: a wet process (wet method) and a dry process (dry method). Above all, the technological shift to a dry process that does not discharge waste such as a harmful solvent after the surface modification treatment is widely performed. These processes are the method of making the target surface by changing the surface of the base material, the method of making the target surface by coating other substances without changing the surface of the base material, the former and the latter. Depending on the purpose, there are methods of compounding, such as heat treatment method such as ion implantation or etching method, PVD method (physical vapor deposition method) or C
VD method (chemical vapor deposition method), plasma polymerization method and the like can be mentioned. For example, in the plasma polymerization method, film formation is performed by the apparatus shown in FIG. In the figure, 16 is an object to be processed,
17 is a treated surface, 19 is a high voltage electrode, 20 is a low voltage electrode,
21 is a housing, 22 is a monomer, 23 is a carrier gas, 2
4 is a mass flow meter, 25 is an exhaust device, 28 is RF (radio
frequency) plasma, 29 is an RF generator, and 30 is a matching device. The film formation is performed as follows. The low-voltage electrode 20 in which the object 16 to be processed is arranged inside the housing 21.
Is provided with a high-voltage electrode 19 which is disposed opposite to the housing 21 with a certain distance, and the inside of the housing 21 is temporarily evacuated by an exhaust device 25 to remove impurities inside the housing 21, and then the monomer 22 and the carrier gas 23 are removed. The gas pressure to several tens of P
At a, an appropriate amount is supplied to the housing 21 by the mass flowmeter 24, and an RF generator 29 of 13.56 MHz is used to pass RF between the high voltage electrode 19 and the low voltage electrode 20 via the matching device 30.
Ionized gas is generated by generating plasma 28,
A film is formed by covering the object 16 to be processed. In the surface modification method and apparatus as described above, the surface modification is performed at a very low gas pressure of several tens of Pa, so that ionized plasma can be easily generated and many high-energy electrons can be supplied. The reactivity of reforming can be improved. Also,
By changing the kind of the monomer, the surface modification treatment for directly changing the surface of the object to be treated 16 can be performed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の表面
改質方法及び装置においては、モノマーをRFプラズマ
内に均等に供給するための手段が必要であり、均一かつ
一様な表面改質処理を行うのが難しかった。また、真空
排気装置が必要であるため筐体が大型化し、大気圧のよ
うな高気圧下において表面改質処理ができないため、真
空状態に到達するまでに長い処理時間が必要であった。
また、平面形状の被処理体の表面改質処理には適してい
るが、円筒管等の円筒形状の内部または波紋形状等の凹
凸のある表面の表面処理を一様に行うことが難しかっ
た。そこで、本発明は上記の点を考慮してなされたもの
で、均一かつ一様な表面改質ができ、大気圧の雰囲気下
でも容易に表面処理を行うことができる表面改質方法及
び装置を提供することを目的とする。
However, in the conventional method and apparatus for surface modification, a means for uniformly supplying the monomer into the RF plasma is required, and a uniform and uniform surface modification treatment is required. It was difficult to do. Further, since a vacuum exhaust device is required, the housing becomes large in size, and the surface modification treatment cannot be performed under high atmospheric pressure such as atmospheric pressure. Therefore, it takes a long treatment time to reach a vacuum state.
Further, although it is suitable for the surface modification treatment of the planar object, it is difficult to uniformly perform the surface treatment on the inside of the cylindrical shape such as the cylindrical tube or the uneven surface such as the ripple shape. Therefore, the present invention has been made in consideration of the above points, and provides a surface modification method and apparatus capable of uniform and uniform surface modification and capable of easily performing surface treatment even in an atmosphere of atmospheric pressure. The purpose is to provide.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はつぎの構成にしている。 (1) 種々の放電によって発生する電離プラズマによ
り被処理体の表面を改質する表面改質方法において、前
記被処理体の表面に対して平行で、かつ、表面から一定
距離の空間に可視領域以下の波長を有するレーザ光を照
射して前記電離プラズマをレーザ光軸方向に局部的に発
生させるものである。本構成によれば、レーザ光発振方
向に発生する電離プラズマ領域でほぼ均一なプラズマ発
生を得ることができるので均一で一様な被処理体の処理
表面改質を行うことができる。また、前記電離プラズマ
から発生する紫外光を被処理体表面の改質に利用するこ
とができるため、表面改質反応を促進することができ
る。 (2)原料ガスのモノマーとこれを希釈するキャリアガ
スとを筐体の内部に導入し、前記筐体内部に配置した被
処理体の処理面近傍で前記モノマーと前記キャリアガス
とを電離プラズマで電離気体にし、前記被処理体に膜を
形成しその表面を改質する表面改質方法において、前記
被処理体の表面に対して平行に、かつ、表面から一定の
距離を設けた空間にレーザ光を照射して前記電離プラズ
マをレーザ光軸方向に局部的に発生させるものである。
本構成によれば、レーザ光発振方向に発生する電離プラ
ズマ領域でほぼ均一なプラズマ発生を得ることができる
ので被処理体面上に均一かつ一様な膜形成を行うことが
できる。また、電離プラズマの発生部分のみに前記処理
面を直接改質させるためのモノマーが存在すればよいの
で、装置の小型化が可能であり、また膜形成に使用する
ガス量を低減することができる。 (3)前処理として前記被処理体表面の物質特性を電離
プラズマにより発生する紫外光を利用して前記被処理体
の表面改質を直接行い、後処理として前記電離気体のド
リフト作用を利用して前記被処理体の膜形成を行うもの
である。本構成によれば、被処理体表面組成そのものの
改質を行った後、膜形成による表面改質を行う複合型表
面処理を行うので、各表面処理単独では見られなかった
優れた成膜特性を得ることができる。 (4)前記被処理体は、所定の距離を介して設けた高電
圧電極と低電圧電極のいずれか一方に配置し、レーザ光
の照射により発生する電離プラズマと前記電極間に印加
するバイアス電圧を用いるものである。本構成によれ
ば、バイアス電圧の極性に応じた電離プラズマ中のイオ
ン種を加速し、より一層被処理体の処理面の深さ方向へ
イオン種を侵入させることができる。 (5)前記筐体内部のガス圧力を、少なくとも大気圧以
上とするものである。本構成によれば、高真空下での表
面改質処理を行う必要がないので、大型の排気設備等が
不要となり、装置の小型化が可能となる。また、常圧で
表面改質を行うことで粒子密度の高い電離気体を使用す
ることができるため、処理時間を短縮することができ
る。 (6)電離プラズマでを発生させて被処理体の表面を改
質する表面改質装置において、 前記被処理体の表面か
ら一定の距離を設けた空間に前記被処理体の表面に対し
て平行なレーザ光を照射するレーザ装置を前記筐体の外
部に設け、前記筐体に前記レーザ光を透過する透過窓を
設けたものである。本構成によれば、レーザ装置と集光
レンズを筐体外部に配置したので、メンテナンス性を向
上することができる。また、真空排気する必要がないの
で、筐体の大型化を防ぐことができ、電離プラズマの発
生部分のみに表面改質を行うためのモノマーが存在すれ
ばよいので、ガス使用量を低減することができる。 (7)前記筐体は、原料ガスであるモノマーとこれを希
釈するキャリアガスとを導入する導入部と、前記筐体内
部ガスを排出させるための排気部とを設けたものであ
る。本構成によれば、導入部と排気部を配置したので、
処理後の残留ガスを処理面から直ちに排除することがで
きるため均一で一様な膜を容易に形成することができ
る。また、電離プラズマの発生部分のみにモノマーとキ
ャリアガスが存在すればよいので、ガス使用量を抑制す
ることができる。 (8)前記レーザ装置は前記レーザ光の焦点を形成する
集光レンズと、前記焦点を前記被処理体表面に対して一
定の距離を保った状態で移動させる集光レンズ移動手段
とを備えたものである。本構成によれば、広面積に渡っ
て均一で一様な膜形成ならびに被処理体表面の改質を行
うことができる。 (9)前記被処理体にバイアス電圧を印加する電源と、
前記電源に接続され前記被処理体のいずれか一方に接続
した高電圧電極および低電圧電極とを備え、前記電源か
ら前記両電極間に立ち上がり時間が短い急峻なパルス高
電圧を印加するものである。本構成によれば、電離プラ
ズマにより生成された電離気体中の粒子を急速に加速
し、被処理体表面に引き寄せることができるため、被処
理体の処理面との密着力を更に向上することができる。
また、パルス高電圧によって発生する高エネルギー電子
とレーザにより発生する紫外光を膜成分が被覆する前に
供給することができるので、処理面の前処理が行われ密
着力を向上させることができる。 (10)前記被処理体は、円筒形状または波紋状等の凹
凸形状の構造を有するものである。本構成によれば、レ
ーザにより局部的に発生する電離プラズマを一定距離を
保ちながら移動させることができるので、平面の処理の
みではなく、通常の表面処理では難しい円筒管等の内壁
面や凹凸表面の表面処理を容易に行うことができる。 (11)前記円筒形状の被処理体の中心軸部に前記高電
圧電極を、前記被処理体の外周に前記低電圧電極をそれ
ぞれ配置し、前記レーザ光を前記被処理体の内周面の近
傍に照射するようにしたものである。本構成によれば、
被処理体の近傍で電離プラズマを発生することができる
ため、表面処理効率を向上することができる。また、レ
ーザ光を前記被処理体の内面に対して一定距離を保ちな
がら移動させることで前記被処理体の表面処理を一様に
行うことができる。また、両電極間にバイアス電圧を印
加することで膜の被膜強度を大きくすることができる。
In order to solve the above problems, the present invention has the following structure. (1) In a surface modification method for modifying the surface of an object to be processed by ionizing plasma generated by various discharges, a visible region is formed in a space parallel to the surface of the object to be processed and at a constant distance from the surface. A laser beam having the following wavelength is irradiated to locally generate the ionized plasma in the laser optical axis direction. According to this configuration, since it is possible to obtain substantially uniform plasma generation in the ionized plasma region generated in the laser light oscillation direction, it is possible to perform uniform and uniform treatment surface modification of the object to be treated. Further, since the ultraviolet light generated from the ionized plasma can be used for modifying the surface of the object to be processed, the surface modification reaction can be promoted. (2) A monomer of a raw material gas and a carrier gas for diluting the raw material gas are introduced into the housing, and the monomer and the carrier gas are ionized by a plasma in the vicinity of a processing surface of an object to be processed arranged inside the housing. In a surface reforming method of forming a film on the object to be processed by ionizing gas and modifying the surface thereof, a laser is provided in a space provided parallel to the surface of the object to be processed and at a constant distance from the surface. By irradiating light, the ionized plasma is locally generated in the laser optical axis direction.
According to this configuration, it is possible to obtain substantially uniform plasma generation in the ionized plasma region generated in the laser light oscillation direction, and therefore it is possible to form a uniform and uniform film on the surface of the target object. Further, since the monomer for directly modifying the treated surface only needs to be present only in the portion where the ionized plasma is generated, the apparatus can be downsized, and the amount of gas used for film formation can be reduced. . (3) As a pretreatment, the material properties of the surface of the object to be treated are directly modified by using ultraviolet light generated by ionized plasma to modify the surface of the object to be treated, and as a post-treatment, the drift action of the ionized gas is used. To form a film on the object to be processed. According to this configuration, after the surface composition of the object to be treated itself is modified, the composite type surface treatment is performed to modify the surface by film formation, so excellent film formation characteristics not seen by each surface treatment alone. Can be obtained. (4) The object to be processed is arranged on one of a high-voltage electrode and a low-voltage electrode provided at a predetermined distance, and an ionized plasma generated by laser light irradiation and a bias voltage applied between the electrodes. Is used. According to this configuration, the ion species in the ionized plasma depending on the polarity of the bias voltage can be accelerated, and the ion species can further penetrate into the depth direction of the processing surface of the object to be processed. (5) The gas pressure inside the casing is at least atmospheric pressure or higher. According to this configuration, since it is not necessary to perform the surface modification treatment under high vacuum, a large exhaust facility or the like is not required and the device can be downsized. Further, since the ionized gas having a high particle density can be used by performing the surface modification under the normal pressure, the processing time can be shortened. (6) In a surface reforming device that reforms the surface of an object to be processed by generating ionized plasma, the surface of the object is parallel to the surface of the object to be processed in a space provided at a constant distance from the surface of the object. A laser device for irradiating the laser beam is provided outside the casing, and a transparent window for transmitting the laser beam is provided in the casing. According to this configuration, since the laser device and the condenser lens are arranged outside the housing, maintainability can be improved. Also, since it is not necessary to evacuate, it is possible to prevent the case from becoming large, and it is sufficient to have a monomer for surface modification only in the part where ionized plasma is generated, so the amount of gas used should be reduced. You can (7) The casing is provided with an introduction part for introducing a monomer as a raw material gas and a carrier gas for diluting the monomer, and an exhaust part for discharging the gas inside the casing. According to this configuration, since the introduction part and the exhaust part are arranged,
Since the residual gas after the treatment can be immediately removed from the treated surface, a uniform and uniform film can be easily formed. Further, since it is sufficient that the monomer and the carrier gas exist only in the portion where the ionized plasma is generated, the amount of gas used can be suppressed. (8) The laser device includes a condenser lens that forms a focal point of the laser light, and condenser lens moving means that moves the focal point while maintaining a constant distance from the surface of the object to be processed. It is a thing. According to this configuration, it is possible to form a uniform film over a wide area and to modify the surface of the object to be processed. (9) A power supply for applying a bias voltage to the object to be processed,
A high-voltage electrode and a low-voltage electrode connected to the power source and connected to one of the objects to be processed are provided, and a steep pulse high voltage having a short rise time is applied from the power source to the both electrodes. . According to this configuration, the particles in the ionized gas generated by the ionized plasma can be rapidly accelerated and can be attracted to the surface of the object to be processed, so that the adhesion to the surface to be processed of the object to be processed can be further improved. it can.
Further, since high energy electrons generated by the pulsed high voltage and ultraviolet light generated by the laser can be supplied before the film component is coated, pretreatment of the treated surface can be performed and the adhesion can be improved. (10) The object to be processed has an uneven structure such as a cylindrical shape or a ripple shape. According to this configuration, the ionized plasma locally generated by the laser can be moved while maintaining a constant distance. Therefore, not only the flat surface treatment but also the inner wall surface or the uneven surface of the cylindrical pipe or the like which is difficult to perform by the normal surface treatment. The surface treatment can be easily performed. (11) The high-voltage electrode is arranged on the central axis portion of the cylindrical object, and the low-voltage electrode is arranged on the outer periphery of the object, and the laser beam is applied to the inner peripheral surface of the object. It is designed to irradiate in the vicinity. According to this configuration,
Since ionized plasma can be generated in the vicinity of the object to be processed, surface treatment efficiency can be improved. Further, the surface treatment of the object to be processed can be uniformly performed by moving the laser light while keeping a constant distance with respect to the inner surface of the object to be processed. Further, by applying a bias voltage between both electrodes, the film strength of the film can be increased.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】本発明の技術の中心となるレーザ
は、レーザ光を照射することで微粒子から電子が放出さ
れ他の微粒子を帯電させるような光電子効果や、エネル
ギー密度がさらに大きくなり気体分子の吸収したエネル
ギーが気体加熱に移行することにより起こる高電離度の
レーザによる破壊プラズマによる現象を利用するもので
はなく、比較的エネルギー密度が高く、多数個の高エネ
ルギーの光子が直接原子や分子へ吸収され、光電離によ
って電子を生成することにより発生する電離プラズマを
利用するものである。本発明は、前述の電離プラズマ生
成による効果を利用し、レーザ光を被処理体表面に対し
て平行に、かつ、処理面から一定の距離を設けた空間に
照射することで電離プラズマを発生させ、被処理体表面
に膜形成または被処理体の表面を改質することで表面改
質処理を行うものである。以下、本発明の実施形態を図
に基づいて詳述する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A laser, which is the center of the technology of the present invention, has a photoelectron effect in which electrons are emitted from fine particles to irradiate other fine particles with irradiation of laser light, and the energy density is further increased, and gas is emitted. It does not utilize the phenomenon of plasma destruction due to the high ionization degree of laser, which occurs when the energy absorbed by the molecule is transferred to gas heating.It has a relatively high energy density and many high-energy photons directly transfer to atoms or molecules. The ionized plasma is generated by being absorbed by the electrons and generating electrons by photoionization. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention utilizes the above-described effect of ionized plasma generation to generate ionized plasma by irradiating a space parallel to the surface of the object to be processed and a space provided with a certain distance from the processing surface. The surface modification treatment is performed by forming a film on the surface of the object to be processed or modifying the surface of the object to be processed. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0006】(第1実施例)本発明の第1実施例を図1
および2に示す。図1は、本発明の表面改質装置を示す
断面図、図2は図1をレーザ光軸に対して垂直方向から
みた断面図である。本実施例は、平面形状の被処理体に
膜を形成して表面を改質する方法である。図において、
共通する部分には同一符号を用いてあり、10はレーザ
装置、11は集光レンズ、12は透過窓、13はレーザ
光、14は電離プラズマ、15は電離気体、16は被処
理体、17は処理面、18は電源、19は高電圧電極、
20は低電圧電極、21は筐体、22はモノマー、23
はキャリアガス、24は質量流量計、25は排気装置、
31は集光レンズ移動手段である。被処理体16とし
て、厚さ2mm、100mm角のSUS304板を、モ
ノマー22としてパーフルオロベンゼン(PFB)およ
びキャリアガス23として窒素を用いた。レーザ装置1
0として、Nd:YAGレーザ(3倍波、λ=355n
m)を使用し、ガス圧力は大気圧(約0.1MPa)と
した。つぎに、本実施例の膜形成による表面改質の方法
について説明する。レーザ装置10より発振されたレー
ザ光13は、集光レンズ11と透過窓12を介して筐体
21内に設けられている低電圧電極20上に配置された
被処理体16表面上から1mmの位置に照射される。そ
うすると、集光レンズ11の焦点を中心としてレーザ光
13の軸に沿った方向に電離プラズマ14が発生する。
このとき、筐体21内部にはモノマー22とキャリアガ
ス23が質量流量計24により筐体21内に供給されて
いる。電離プラズマ14の発生によりモノマー22は活
性化された状態となり、周囲のキャリアガス23と共に
非常に反応性の高い電離気体15となることにより成膜
が行われる。この状態で、高電圧電極19と被処理体1
6を配置している低電圧電極20間に電源18より5〜
25kVのバイアス電圧を印加する。そうすると、電離
気体15内の活性化されたモノマー22は、処理面17
に向かって加速されることにより、被処理体16上に引
き寄せられ、処理面17の深さ方向への深度が増加する
と共に堆積し膜が形成される。なお、膜の形成領域を拡
大する場合は、集光レンズ移動手段31を駆動させ、レ
ーザ光13の焦点を軸方向に対して水平、垂直に移動さ
せる。つぎに、形成した膜を評価した。すなわち、処理
した表面状態を走査型トンネル顕微鏡(STM)で面平
滑度を測定し、X線光電子分析装置(ESCA)で成膜
の表面分析を行った。その結果、表面はレーザ光13に
より発生した電離プラズマ14の移動範囲全面が高密度
の三次元架橋構造の含フッ素高分子膜(Cklmであ
ることが分かった。また、表面処理後にキャリアガス2
3中に一定時間放置することで、含フッ素高分子膜にあ
る格子の抜けにキャリアガス23が入り込み、より強固
な含フッ素高分子膜になることが分かった。また、バイ
アス電圧を印加することにより、数μmオーダの膜厚の
増加が見られた。本実施例によれば、常圧下において被
処理体16の面上に均一かつ一様な膜形成を行うことが
できる。また、電離プラズマ15の発生部分のみにモノ
マー22とキャリアガス23が存在すればよいので、装
置の小型化が可能であり、また膜形成に使用するガス量
を低減することができる。従来のような高真空下での表
面改質処理を行う必要がないので、大型の排気設備等が
不要であり、常圧で表面改質を行うことで粒子密度の高
い電離気体15を使用することができるので処理時間を
短縮することができる。バイアス電圧を電源18より印
加することにより、活性化したモノマー22は処理面1
7に向け加速され、深さ方向への深度が増すとともに膜
厚を厚くすることができる。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
And 2 are shown. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a surface modification device of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 seen from a direction perpendicular to a laser optical axis. This example is a method of forming a film on a planar object to modify the surface. In the figure,
The same reference numerals are used for common parts, 10 is a laser device, 11 is a condenser lens, 12 is a transmission window, 13 is laser light, 14 is ionized plasma, 15 is ionized gas, 16 is an object to be treated, 17 Is a processing surface, 18 is a power source, 19 is a high voltage electrode,
20 is a low voltage electrode, 21 is a housing, 22 is a monomer, 23
Is a carrier gas, 24 is a mass flow meter, 25 is an exhaust device,
Reference numeral 31 is a condenser lens moving means. As the object 16 to be processed, a 100 mm square SUS304 plate having a thickness of 2 mm was used. Perfluorobenzene (PFB) was used as the monomer 22 and nitrogen was used as the carrier gas 23. Laser device 1
0, Nd: YAG laser (3rd harmonic, λ = 355n
m) was used and the gas pressure was atmospheric pressure (about 0.1 MPa). Next, a method of surface modification by forming a film according to this embodiment will be described. The laser light 13 oscillated by the laser device 10 is 1 mm from the surface of the object 16 to be processed which is arranged on the low voltage electrode 20 provided in the housing 21 through the condenser lens 11 and the transmission window 12. The position is illuminated. Then, ionized plasma 14 is generated in the direction along the axis of the laser beam 13 with the focus of the condenser lens 11 as the center.
At this time, the monomer 22 and the carrier gas 23 are supplied to the inside of the housing 21 by the mass flow meter 24. The generation of the ionized plasma 14 brings the monomer 22 into an activated state, and the ionized gas 15 having a very high reactivity is formed together with the surrounding carrier gas 23, so that the film formation is performed. In this state, the high-voltage electrode 19 and the object 1 to be processed
6 from the power source 18 between the low voltage electrodes 20
A bias voltage of 25 kV is applied. Then, the activated monomer 22 in the ionized gas 15 is treated with the treated surface 17
By being accelerated toward, the object 16 is attracted onto the object 16 to be processed, the depth of the processed surface 17 in the depth direction increases, and a film is formed by deposition. When enlarging the film formation region, the condenser lens moving means 31 is driven to move the focus of the laser light 13 horizontally and vertically with respect to the axial direction. Next, the formed film was evaluated. That is, the surface state of the treated surface was measured with a scanning tunneling microscope (STM), and the surface of the film was analyzed with an X-ray photoelectron analyzer (ESCA). As a result, it was found that the entire surface of the moving area of the ionized plasma 14 generated by the laser beam 13 was a high density fluorine-containing polymer film (C k F l ) m having a three-dimensional crosslinked structure. In addition, after the surface treatment, the carrier gas 2
It was found that the carrier gas 23 entered into the voids in the lattice of the fluorine-containing polymer film by leaving it in the No. 3 for a certain time, and the fluorine-containing polymer film became stronger. Further, by applying the bias voltage, the film thickness was increased in the order of several μm. According to this embodiment, it is possible to form a uniform and uniform film on the surface of the object to be processed 16 under normal pressure. Further, since the monomer 22 and the carrier gas 23 only need to exist in the part where the ionized plasma 15 is generated, the apparatus can be downsized, and the amount of gas used for film formation can be reduced. Since it is not necessary to perform the surface modification treatment under high vacuum as in the conventional case, a large exhaust facility is not required, and the ionized gas 15 having a high particle density is used by carrying out the surface modification under normal pressure. Therefore, the processing time can be shortened. By applying a bias voltage from the power supply 18, the activated monomer 22 is treated 1
By accelerating toward 7, the depth can be increased and the film thickness can be increased.

【0007】(第2実施例)本実施例は、平面形状の被
処理体の表面を直接処理して改質する方法である。表面
改質装置は、第1実施例で用いたものと同じである。被
処理体16として、厚さ2mm、100mm角のポリテ
トラフルオロエチレン板(PTFE、)、モノマー22
としてメタン(CH4)を用いた。レーザ装置およびガ
ス圧力は、第1実施例と同じである。バイアス電圧は3
〜20kVとした。つぎに、本実施例の直接処理による
表面改質の方法について説明する。被処理体16の処理
面17に対して平行で、かつ、処理面17から1〜2m
mの位置に空間にレーザ光13を照射する。発生する電
離プラズマ14により筐体21に導入されたモノマー2
2を電離プラズマ14で電離気体15にすると共に、被
処理体16表面を電離プラズマ14により生成された高
エネルギー電子とレーザ光13から発生する紫外光によ
り被処理体16構成物質組成を崩し活性化させること
で、活性化した処理面17とモノマー22が化学反応を
起こし、表面改質が行われる。つぎに作製した表面状態
を、走査型トンネル顕微鏡(STM)で面平滑度を測定
し、X線光電子分析装置(ESCA)で成膜の表面分析
を行い評価した。その結果、レーザ光13により発生し
た電離プラズマ14によりCH4の解離成分の結合やP
TFE表面のフッ素原子の脱離が発生することによって
PTFE構造である−CF2−の構造を−CFや−CF
Hなどの新しい構造に変化していることが分かった。ま
た、本実施例において、処理面積を増やす場合は、レー
ザ光軸に対して垂直方向にレーザ移動手段の移動によ
り、電離プラズマ14を移動させればよい。そうするこ
とにより、集光レンズ11と透過窓12を分離する必要
がなく、集光レンズ11を筐体21に直接取り付けて表
面処理を行うことができる。本実施例によれば、均一で
一様な被処理体16の処理面17表面改質を行うことが
できる。また、電離プラズマ14の発生部分のみに処理
面17を直接改質させるためのモノマー22が存在すれ
ばよいので、装置の小型化が可能となるとともにモノマ
ー22に使用するガス量を低減することができる。ま
た、電離プラズマ14から発生する紫外光を被処理体1
6表面の改質に利用することができるため、反応を促進
することができる。
(Second Embodiment) This embodiment is a method for directly modifying the surface of a flat object to be processed. The surface modification device is the same as that used in the first embodiment. As the object 16 to be processed, a polytetrafluoroethylene plate (PTFE,) having a thickness of 2 mm and a size of 100 mm square, a monomer 22
Was used as methane (CH 4 ). The laser device and gas pressure are the same as in the first embodiment. Bias voltage is 3
It was set to ˜20 kV. Next, the method of surface modification by the direct treatment of this embodiment will be described. It is parallel to the processing surface 17 of the object to be processed 16 and is 1 to 2 m from the processing surface 17.
The space is irradiated with the laser light 13 at the position of m. The monomer 2 introduced into the housing 21 by the generated ionized plasma 14.
2 is converted into ionized gas 15 by ionized plasma 14, and the surface of the object 16 to be processed is destroyed by the high-energy electrons generated by the ionized plasma 14 and the ultraviolet light generated from the laser beam 13 to destroy the composition of the constituent material of the object 16 to be activated. By doing so, the activated treated surface 17 and the monomer 22 cause a chemical reaction, and the surface is modified. Next, the surface condition of the produced surface was measured by a scanning tunneling microscope (STM), and the surface of the film was analyzed by an X-ray photoelectron analyzer (ESCA) for evaluation. As a result, ionized plasma 14 generated by the laser beam 13 causes the dissociation component of CH 4 to combine and P.
The elimination of fluorine atoms on the TFE surface causes the structure of -CF 2-, which is a PTFE structure, to be -CF or -CF.
It was found that the structure changed to a new structure such as H. Further, in the present embodiment, when the processing area is increased, the ionized plasma 14 may be moved by moving the laser moving means in the direction perpendicular to the laser optical axis. By doing so, it is not necessary to separate the condenser lens 11 and the transmission window 12, and the condenser lens 11 can be directly attached to the housing 21 for surface treatment. According to this embodiment, it is possible to uniformly and uniformly modify the surface 17 of the object 16 to be processed. Further, since the monomer 22 for directly modifying the treated surface 17 only needs to be present only in the portion where the ionized plasma 14 is generated, the apparatus can be downsized and the amount of gas used for the monomer 22 can be reduced. it can. Further, the ultraviolet light generated from the ionized plasma 14 is applied to the object 1 to be processed.
Since it can be used to modify the surface, the reaction can be promoted.

【0008】(第3実施例)本発明の第3実施例を図3
および図4に示す。図3は、本発明の円筒形状の表面改
質装置を示し、図4は本発明の凹凸形状の表面改質装置
を示すもので、レーザ光軸に対して垂直方向の断面図で
ある。図において、26は高電圧電極、27は低電圧電
極である。被処理体16として、厚さ2mm、内径20
mmのSUS304の管および厚さ2mm、100mm
角のSUS304板を、膜形成用モノマー22としてパ
ーフルオロベンゼン(PFB)を、キャリアガス23と
して窒素を用いた。レーザ装置およびガス圧力は、第1
実施例と同じである。バイアス電圧は5〜25kVとし
た。つぎに、本実施例の膜形成による表面改質の方法に
ついて図3を用いて説明する。円筒状の被処理体16内
部の中心軸上に内部電極26を設け、被処理体16の外
側面に沿って外部電極27を配置し、レーザ光13を被
処理体16の近傍で、かつ1mmの空間に照射する。そ
うすると、レーザ光13の軸に沿った方向に電離プラズ
マ14が発生する。このとき、被処理体16内部にモノ
マー22とキャリアガス23を供給すると、電離プラズ
マ14の発生によりモノマー22は活性化された状態と
なり、周囲のキャリアガス23と共に反応性の高い電離
気体15となり、成膜が行われる。この状態で、内部電
極26と外部電極27間に電源18より5〜25kVバ
イアス電圧を印加することで、電離気体15内の活性化
されたモノマー22は被処理体16上に引き寄せられ、
処理面17の深さ方向への深度が増すとともに堆積し膜
が形成される。つぎに、表面処理状態を、走査型トンネ
ル顕微鏡(STM)で面平滑度を測定し、X線光電子分
析装置(ESCA)で成膜の表面分析を行った。その結
果、被処理体16全内面を高密度の三次元架橋構造であ
る含フッ素高分子膜(Cklmが生成していることが
分かった。また、表面処理後にキャリアガス23中また
は大気中に放置することにより、含フッ素高分子膜にあ
る格子の抜けにキャリアガス23が入り込み、より強固
な含フッ素高分子膜を形成することができる。また、図
4に示すような凹凸形状においても膜形成が行われ、バ
イアス電圧を印加するときには、処理面17の電界強度
が一定となる様に電源18からの電圧を調整することに
より、処理面深さ方向の深度と膜厚を増加させることが
できた。本実施例によれば、凹凸面形状で均一かつ一様
な膜形成を行うことができるとともに、通常の表面処理
では難しい被処理体16の内面に膜形成を容易に行うこ
とができる。また、装置の大型化を防ぐことができ、被
処理体16内部のみにモノマー22等が存在すればよい
ので、ガス使用量を大幅に低減することができる。ま
た、高真空下での表面改質処理を行う必要がないので、
大型の排気設備等が不要であり、常圧で表面改質を行う
ことで粒子密度の高い電離気体15を使用することがで
きるので処理時間を短縮することができる。
(Third Embodiment) FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
And shown in FIG. FIG. 3 shows a cylindrical surface modifying apparatus of the present invention, and FIG. 4 shows a concavo-convex surface modifying apparatus of the present invention, which is a cross-sectional view perpendicular to the laser optical axis. In the figure, 26 is a high voltage electrode and 27 is a low voltage electrode. The object to be processed 16 has a thickness of 2 mm and an inner diameter of 20.
mm SUS304 tube and thickness 2 mm, 100 mm
A square SUS304 plate was used, perfluorobenzene (PFB) was used as the film forming monomer 22, and nitrogen was used as the carrier gas 23. Laser device and gas pressure is the first
Same as the embodiment. The bias voltage was 5 to 25 kV. Next, the method of surface modification by film formation of this example will be described with reference to FIG. The internal electrode 26 is provided on the central axis of the cylindrical object 16 to be processed, the external electrode 27 is arranged along the outer surface of the object 16 to be processed, and the laser beam 13 is provided in the vicinity of the object 16 to be processed by 1 mm. Illuminate the space. Then, the ionized plasma 14 is generated in the direction along the axis of the laser light 13. At this time, when the monomer 22 and the carrier gas 23 are supplied to the inside of the object 16 to be processed, the monomer 22 is activated due to the generation of the ionization plasma 14, and the highly reactive ionized gas 15 is generated together with the surrounding carrier gas 23. The film is formed. In this state, by applying a bias voltage of 5 to 25 kV from the power source 18 between the internal electrode 26 and the external electrode 27, the activated monomer 22 in the ionized gas 15 is attracted to the object 16 to be treated,
As the depth of the processed surface 17 increases in the depth direction, a film is formed by deposition. Next, the surface-treated state was measured for surface smoothness with a scanning tunneling microscope (STM), and the surface of the film was analyzed with an X-ray photoelectron analyzer (ESCA). As a result, it was found that a fluorine-containing polymer film (C k F l ) m having a high-density three-dimensional crosslinked structure was formed on the entire inner surface of the object to be treated 16. Further, by leaving the carrier gas 23 in the carrier gas 23 or the atmosphere after the surface treatment, the carrier gas 23 enters into the voids in the lattice of the fluorine-containing polymer film, and a stronger fluorine-containing polymer film can be formed. In addition, the film is formed even in the concavo-convex shape as shown in FIG. 4, and when the bias voltage is applied, the voltage from the power source 18 is adjusted so that the electric field strength of the processing surface 17 is constant, and thus the processing surface is adjusted. The depth and film thickness in the depth direction could be increased. According to this embodiment, it is possible to form a uniform and uniform film having an uneven surface shape, and it is possible to easily form a film on the inner surface of the object 16 to be processed, which is difficult to perform by a normal surface treatment. Further, it is possible to prevent the apparatus from increasing in size, and it is sufficient that the monomer 22 and the like are present only inside the object to be processed 16, so that the amount of gas used can be significantly reduced. In addition, since it is not necessary to perform surface modification treatment under high vacuum,
No large-scale exhaust equipment is required, and the ionized gas 15 having a high particle density can be used by performing the surface modification at atmospheric pressure, so that the processing time can be shortened.

【0009】(第4実施例)本実施例は、円筒形状の被
処理体の表面を直接処理して改質する方法である。表面
改質装置は、第3実施例で用いた図3と同じである。被
処理体16として、厚さ2mm、内径20mmの硼硅酸
ガラス管を、モノマー22として酸素を用いた。レーザ
装置およびガス圧力は、第3実施例と同じである。バイ
アス電圧は、3〜25kVとした。つぎに、本実施例の
直接処理による表面改質の方法について説明する。被処
理体16内部の処理面17に対して平行で、かつ、処理
面17から1mmの空間にレーザ光13を照射し、発生
する電離プラズマ14により被処理体16内部に導入さ
れたモノマー22を電離プラズマ14で電離気体15に
すると共に、被処理体16表面を電離プラズマ14によ
り生成された高エネルギー電子とレーザ光13から発生
する紫外光により被処理体16構成物質組成を崩し活性
化させることで、活性化した処理面17とモノマー22
が化学反応を起こし、表面改質が行われる。つぎに、表
面の濡れ性を接触角計により測定し表面の評価を行っ
た。その結果、濡れ性が増加し親水性が増加しているこ
とがわかった。すなわち、発生した電離プラズマ14に
より被処理体16の表面に含酸素官能基を増加させるこ
とにより親水性が増加したものと考えられる。本実施例
によれば、凹面形状で均一かつ一様な被処理体16表面
の改質を行うことができるとともに、通常の表面処理で
は難しい被処理体16の内面の表面改質を容易に行うこ
とができる。また、電離プラズマ14の発生部分のみに
処理面17を直接改質させるためのモノマー22が存在
すればよいので、装置の小型化が可能となるとともにモ
ノマー22に使用するガス量を低減することができる。
また、電離プラズマ14から発生する紫外光を被処理体
16表面の改質に利用することができるため、反応を促
進することができる。なお、本実施例では、レーザ光1
3を被処理体16表面に対して一定の距離を保った状態
で被処理体16表面上を移動させることで、レーザ光軸
に沿って局部的に発生する電離プラズマ14の発生部を
移動させることができるため、広面積に渡って均一で一
様な表面処理が可能となった。前処理として被処理体の
表面組成そのものの改質を行った後、膜形成による表面
改質を行う複合型表面処理を行うことで、各処理単独で
は現れなかった優れた成膜特性を得ることができた。表
面改質処理の際に印加するバイアス電圧は、電圧の立ち
上がり時間が非常に短いくパルス幅の短い急峻なパルス
高電圧を印加することで、電離プラズマ14により生成
された電離気体15中の活性化したモノマー22粒子等
を急速に加速し被処理体16表面に引き寄せることがで
きるため、被処理体16との密着力を向上することがで
きた。また、急峻なパルス高電圧をバイアス電圧として
使用することで、高エネルギー電子およびレーザ光13
により発生する紫外光が膜形成処理の前に処理面17に
到達するため、前処理的な効果が顕著に現れ、被処理体
と形成膜の密着力をより強固にすることができる。他の
有機物質ならびに無機物質を被処理体およびモノマーに
使用しても同様の効果が得られ、レーザ光13の照射位
置は実施例に示される値に設定する必要は無く、ガス圧
力や処理面積等に応じて任意に設定することで、希望す
る表面処理を行うことができる。
(Fourth Embodiment) This embodiment is a method of directly modifying the surface of a cylindrical object to be processed. The surface modification device is the same as that shown in FIG. 3 used in the third embodiment. A borosilicate glass tube having a thickness of 2 mm and an inner diameter of 20 mm was used as the object to be treated 16, and oxygen was used as the monomer 22. The laser device and gas pressure are the same as in the third embodiment. The bias voltage was 3 to 25 kV. Next, the method of surface modification by the direct treatment of this embodiment will be described. A laser beam 13 is irradiated to a space 1 mm from the processing surface 17 in parallel with the processing surface 17 inside the processing object 16, and the monomer 22 introduced into the processing object 16 by the generated ionized plasma 14 is removed. The ionized plasma 14 is changed to an ionized gas 15 and the surface of the object 16 to be processed is destroyed and activated by destroying the composition of the object 16 to be processed by the high energy electrons generated by the ionized plasma 14 and the ultraviolet light generated from the laser beam 13. Then, the activated treated surface 17 and the monomer 22 are activated.
Undergoes a chemical reaction to perform surface modification. Next, the wettability of the surface was measured by a contact angle meter to evaluate the surface. As a result, it was found that the wettability increased and the hydrophilicity increased. That is, it is considered that the hydrophilicity is increased by increasing the oxygen-containing functional groups on the surface of the object to be processed 16 by the generated ionized plasma 14. According to the present embodiment, it is possible to modify the surface of the object 16 to be processed, which is concave and uniform, and to easily modify the inner surface of the object 16 to be processed, which is difficult by the normal surface treatment. be able to. Further, since the monomer 22 for directly modifying the treated surface 17 only needs to be present only in the portion where the ionized plasma 14 is generated, the apparatus can be downsized and the amount of gas used for the monomer 22 can be reduced. it can.
Further, since the ultraviolet light generated from the ionized plasma 14 can be used for modifying the surface of the object 16 to be processed, the reaction can be promoted. In this embodiment, the laser light 1
By moving 3 on the surface of the object to be processed 16 while keeping a constant distance from the surface of the object to be processed 16, the generation part of the ionized plasma 14 locally generated along the laser optical axis is moved. Therefore, it is possible to perform a uniform and uniform surface treatment over a wide area. As a pretreatment, the surface composition itself of the object to be treated is modified, and then the composite type surface treatment is carried out to modify the surface by film formation, to obtain excellent film formation characteristics that did not appear by each treatment alone. I was able to. The bias voltage applied at the time of the surface modification treatment is a steep pulse high voltage having a very short rise time and a short pulse width, whereby the activity in the ionized gas 15 generated by the ionized plasma 14 is increased. The converted monomer 22 particles and the like can be rapidly accelerated and attracted to the surface of the object 16 to be processed, so that the adhesion with the object 16 can be improved. Further, by using a steep pulse high voltage as the bias voltage, high energy electrons and laser light 13
Since the ultraviolet light generated by the above reaches the processing surface 17 before the film forming processing, the pretreatment effect is remarkably exhibited, and the adhesion between the object to be processed and the formed film can be further strengthened. The same effect can be obtained by using other organic substances and inorganic substances for the object to be treated and the monomer, and the irradiation position of the laser beam 13 does not need to be set to the value shown in the embodiment, and the gas pressure and the treatment area are not required. The desired surface treatment can be performed by arbitrarily setting it according to the above conditions.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の表面改質方
法及び装置によれば、次の効果がある。 (1)被処理体の処理面に対して平行で、かつ、処理面
から一定の距離を設けた空間にレーザ光を照射すること
で電離プラズマを発生させ、バイアス電圧の印加による
電離気体のドリフト作用と紫外光による被処理体の表面
改質を行うようにしたので、電離プラズマから発生する
紫外光を被処理体表面の改質に利用することができ、化
学反応を促進することができる。 (2)レーザ光を被処理体表面に対して平行に、かつ、
処理面から一定の距離を設けた空間に照射し、レーザ光
により電離プラズマを発生させ、筐体に導入されたモノ
マーとキャリアガスを電離プラズマで電離気体にしたの
で、被処理体面上に均一かつ一様な膜形成を行うことが
できる。 (3)前処理として前記被処理体表面の物質特性を電離
プラズマにより発生する紫外光を利用して前記被処理体
の表面改質を直接行い、後処理として前記電離気体のド
リフト作用を利用して前記被処理体の膜形成を行うよう
にしたので、複合型表面処理を行うことができ、各表面
処理単独では見られなかった優れた成膜特性を得ること
ができる。 (4)レーザによるプラズマとバイアス電圧を併用する
ようにしたので、電離気体内のイオン種を処理面に向け
て加速し、処理面の深さ方向の深度を増加させて膜の密
着度を大きくすることができる。また、膜厚を大きくす
ることができる。 (5)常圧で表面改質処理を行うので、装置の小型化が
可能となる。また、粒子密度の高い電離気体を使用する
ことができるので、処理時間を短縮することができる。 (6)レーザ光を用いるので、改質処理装置の大型化を
防ぐことができ、電離プラズマの発生部分のみにモノマ
ーとキャリアガスが存在すればよいので、ガス使用量を
抑制することができる。 (7)電離プラズマを被処理体表面に対して一定の距離
を保った状態で被処理体表面上を移動させるようにした
ので、広面積に渡って均一で一様な膜形成ならびに被処
理体表面の改質を行うことができる。 (8)バイアス電圧は、電圧の立ち上がり時間が短い急
峻なパルス高電圧を印加するようにしたので、電離プラ
ズマにより生成された電離気体中の粒子を急速に加速さ
せて被処理体表面に引き寄せることができ、被処理体表
面との密着力を向上することができる。また、高エネル
ギー電子およびレーザにより発生する紫外光を膜成分が
被覆する前に供給することができるので、処理面の前処
理が行われ密着力をより向上させることができる。 (9)局部的な電離プラズマを被処理体の形状に応じて
移動させるので、平面の処理のみではなく、通常の表面
処理では難しい円筒管等の内壁面の表面処理や凹凸面の
表面処理を容易に行うことができる。
As described above, the surface modification method and apparatus of the present invention have the following effects. (1) Ionized plasma is generated by irradiating a space parallel to the processing surface of the object to be processed and having a certain distance from the processing surface to generate ionized plasma, and drift of ionized gas due to application of a bias voltage. Since the surface of the object to be processed is modified by the action and the ultraviolet light, the ultraviolet light generated from the ionized plasma can be used for modifying the surface of the object to be processed, and the chemical reaction can be promoted. (2) The laser beam is parallel to the surface of the object to be processed, and
By irradiating the space provided with a certain distance from the treated surface, the ionized plasma was generated by the laser beam, and the monomer and carrier gas introduced into the housing were ionized by the ionized plasma, so that the surface of the object to be treated was uniform and uniform. A uniform film can be formed. (3) As a pretreatment, the material properties of the surface of the object to be treated are directly modified by using ultraviolet light generated by ionized plasma to modify the surface of the object to be treated, and as a post-treatment, the drift action of the ionized gas is used. Since the film is formed on the object to be processed, the composite type surface treatment can be performed, and excellent film forming characteristics which cannot be seen by each surface treatment alone can be obtained. (4) Since the plasma generated by the laser and the bias voltage are used together, the ion species in the ionized gas are accelerated toward the processing surface, increasing the depth of the processing surface in the depth direction and increasing the adhesion of the film. can do. Further, the film thickness can be increased. (5) Since the surface modification treatment is performed under normal pressure, the device can be downsized. Moreover, since an ionized gas having a high particle density can be used, the processing time can be shortened. (6) Since the laser light is used, it is possible to prevent the size of the reforming processing apparatus from increasing, and it is sufficient that the monomer and carrier gas are present only in the portion where the ionized plasma is generated, so that the amount of gas used can be suppressed. (7) Since the ionized plasma is moved on the surface of the object to be processed while maintaining a constant distance from the surface of the object to be processed, uniform and uniform film formation and object to be processed over a wide area. The surface can be modified. (8) Since the bias voltage is such that a steep pulse high voltage with a short rise time of voltage is applied, particles in the ionized gas generated by the ionized plasma are rapidly accelerated and attracted to the surface of the object to be processed. It is possible to improve the adhesion to the surface of the object to be processed. Further, since the ultraviolet light generated by the high energy electrons and the laser can be supplied before the film component is coated, the pretreatment of the treated surface can be performed and the adhesion can be further improved. (9) Since the localized ionized plasma is moved according to the shape of the object to be processed, not only the flat surface treatment but also the surface treatment of the inner wall surface of the cylindrical tube or the like, which is difficult by the ordinary surface treatment, and the surface treatment of the uneven surface. It can be done easily.

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

【図1】本発明の第1および第2実施例に用いた表面改
質装置の断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a surface modification device used in first and second embodiments of the present invention.

【図2】図1のレーザ光軸に対して垂直方向の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the laser optical axis of FIG.

【図3】本発明の第3および第4実施例に用いた円筒形
状の内面の表面改質装置の断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a cylindrical inner surface modifying apparatus used in the third and fourth embodiments of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例に用いた凹凸形状の表面改
質装置の断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an uneven surface modification device used in a third embodiment of the present invention.

【図5】従来の表面改質方法及び装置を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional surface modification method and apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザ装置 11 集光レンズ 12 透過窓 13 レーザ光 14 電離プラズマ 15 電離気体 16 被処理体 17 処理面 18 電源 19、26 高電圧電極 20、27 低電圧電極 21 筐体 22 モノマー 23 キャリアガス 24 質量流量計 25 排気装置 28 RFプラズマ 29 RF発生器 30 マッチング装置 10 Laser device 11 Condensing lens 12 transparent window 13 Laser light 14 Ionizing plasma 15 Ionized gas 16 Object to be processed 17 Processing surface 18 power 19, 26 High voltage electrode 20, 27 Low voltage electrode 21 housing 22 Monomer 23 Carrier gas 24 mass flow meter 25 exhaust system 28 RF plasma 29 RF generator 30 Matching device

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 種々の放電によって発生する電離プラズ
マにより被処理体の表面を改質する表面改質方法におい
て、 前記被処理体の表面に対して平行で、かつ、表面から一
定距離の空間に可視領域以下の波長を有するレーザ光を
照射して前記電離プラズマをレーザ光軸方向に局部的に
発生させることを特徴とする表面改質方法。
1. A surface reforming method for reforming a surface of an object to be treated by ionizing plasma generated by various discharges, comprising: forming a space parallel to the surface of the object to be treated and having a constant distance from the surface. A surface modification method characterized in that the ionized plasma is locally generated in a laser optical axis direction by irradiating a laser beam having a wavelength of a visible region or less.
【請求項2】 原料ガスのモノマーとこれを希釈するキ
ャリアガスとを筐体の内部に導入し、前記筐体内部に配
置した被処理体の処理面近傍で前記モノマーと前記キャ
リアガスとを電離プラズマで電離気体にし、前記被処理
体に膜を形成しその表面を改質する表面改質方法におい
て、 前記被処理体の表面に対して平行に、かつ、表面から一
定の距離を設けた空間にレーザ光を照射して前記電離プ
ラズマをレーザ光軸方向に局部的に発生させることを特
徴とする表面改質方法。
2. A monomer of a raw material gas and a carrier gas for diluting the monomer are introduced into the housing, and the monomer and the carrier gas are ionized in the vicinity of the processing surface of the object to be processed arranged inside the housing. In a surface reforming method of forming an ionized gas with plasma, forming a film on the object to be processed and modifying the surface thereof, a space provided parallel to the surface of the object to be processed and having a constant distance from the surface. A surface modification method, characterized in that the ionized plasma is locally generated in the laser optical axis direction by irradiating a laser beam on the surface.
【請求項3】 前記請求項1記載の表面改質方法を第1
工程とし、前記請求項2記載の表面改質方法を第2工程
とすることを特徴とする表面改質方法。
3. The surface modification method according to claim 1,
A surface modification method comprising: a step, wherein the surface modification method according to claim 2 is a second step.
【請求項4】 前記被処理体は、所定の距離を介して設
けた高電圧電極と低電圧電極のいずれか一方に配置し、
レーザ光の照射により発生する電離プラズマと前記電極
間に印加するバイアス電圧を用いることを特徴とする請
求項1から3のいずれか1項に記載の表面改質方法。
4. The object to be processed is arranged on one of a high-voltage electrode and a low-voltage electrode provided at a predetermined distance,
4. The surface modification method according to claim 1, wherein an ionized plasma generated by irradiation with laser light and a bias voltage applied between the electrodes are used.
【請求項5】 前記筐体内部のガス圧力を、少なくとも
大気圧以上とすることを特徴とする請求項1から4のい
ずれか1項に記載の表面改質方法。
5. The surface modification method according to claim 1, wherein the gas pressure inside the housing is at least atmospheric pressure or higher.
【請求項6】 被処理体を内部に設けた筐体と、電離プ
ラズマを発生させる電離プラズマ発生手段とを備え前記
電離プラズマ発生手段により発生する電離プラズマを前
記被処理体に作用させてその表面を改質する表面改質装
置において、 前記筐体の外部にレーザ装置を、前記筐体に前記レーザ
光を透過する透過窓をそれぞれ設け、前記被処理体の表
面から一定の距離を設けた空間に前記被処理体の表面に
対して平行なレーザ光を照射することを特徴とする表面
改質装置。
6. A housing provided with an object to be processed therein, and ionizing plasma generating means for generating ionized plasma. The ionized plasma generated by the ionizing plasma generating means is caused to act on the object to be processed, and its surface is treated. In the surface reforming apparatus for modifying the above, a laser device is provided outside the casing, and a transmission window that transmits the laser light is provided in the casing, and a space provided at a constant distance from the surface of the object to be processed. A surface reforming device, which irradiates a laser beam parallel to the surface of the object to be processed.
【請求項7】 前記筐体は、原料ガスであるモノマーと
これを希釈するキャリアガスとを導入する導入部と、前
記筐体内部ガスを排出させる排気部とを設けたことを特
徴とする請求項6記載の表面改質装置。
7. The housing is provided with an introduction part for introducing a monomer as a raw material gas and a carrier gas for diluting the monomer, and an exhaust part for discharging the gas inside the case. Item 7. The surface modification device according to item 6.
【請求項8】 前記レーザ装置は前記レーザ光の焦点を
形成する集光レンズと、前記焦点を前記被処理体表面に
対して一定の距離を保った状態で移動させる集光レンズ
移動手段とを備えたことを特徴とする請求項6または7
記載の表面改質装置。
8. The laser device includes a condenser lens that forms a focal point of the laser beam, and a condenser lens moving unit that moves the focal point with a constant distance from the surface of the object to be processed. It has provided, Claim 6 or 7 characterized by the above-mentioned.
The surface modification device described.
【請求項9】 前記被処理体にバイアス電圧を印加する
電源と、前記電源に接続され前記被処理体のいずれか一
方に接続した高電圧電極および低電圧電極とを備え、前
記電源から前記両電極間に立ち上がり時間が短い急峻な
パルス高電圧を印加することを特徴とする請求項6から
8のいずれか1項に記載の表面改質装置。
9. A power source for applying a bias voltage to the object to be processed, and a high voltage electrode and a low voltage electrode connected to the power source and connected to either one of the object to be processed. 9. The surface modification device according to claim 6, wherein a steep pulse high voltage having a short rise time is applied between the electrodes.
【請求項10】 前記被処理体は、円筒形状または波紋
状等の凹凸形状であることを特徴とする請求項6から9
のいずれか1項に記載の表面改質装置。
10. The object to be processed has an uneven shape such as a cylindrical shape or a ripple shape.
The surface modification apparatus according to any one of 1.
【請求項11】 前記円筒形状の被処理体の中心軸部に
前記高電圧電極を、前記被処理体の外周に前記低電圧電
極をそれぞれ配置し、前記レーザ光を前記被処理体の内
周面の近傍に照射するようにしたことを特徴とする請求
項10記載の表面改質装置。
11. The high-voltage electrode is arranged on the central axis of the cylindrical object, and the low-voltage electrode is arranged on the outer circumference of the object, and the laser beam is applied to the inner circumference of the object. The surface reforming apparatus according to claim 10, wherein irradiation is performed near the surface.
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