JP2005353551A

JP2005353551A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP2005353551A
Application number: JP2004176120A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Iwane; 和良岩根
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】シート状の被処理物の両面に連続的かつ均一にプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ化したガスを用いてシート状の被処理物４の両面を連続的に処理するプラズマ処理装置であって、円柱状の電極１１，２１と、前記円柱状の電極１１，２１の柱方向の両端に同心円状に配置された、前記円柱状の電極１１，２１の円方向の直径よりも大きな直径の非導電体からなる円盤状体１２，１３，２２，２３とからなる電極部１，２を２個有するものであり、前記２個の電極部１，２が、前記非導電体からなる円盤状体１２，１３，２２，２３同士が前記シート状の被処理物４を挟んで接するように対向し、かつ、前記２個の電極部１，２を回転させることにより前記シート状の被処理物４を前記２個の電極部１，２間を通過させることができるように配置されているプラズマ処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状の被処理物の両面に連続的かつ均一にプラズマ処理を施すことができ
るプラズマ処理装置である。

プラスチック等の表面を効果的に改質したり、基板等の上に付着した有機物等を洗浄除去
したりする方法としてプラズマ処理が知られている。プラズマ処理は電極間に導いた気体
に電圧を印加することにより励起させてプラズマ化ガスとし、このプラズマ化ガスにより
被処理物の表面を処理するものである。従来のプラズマ処理装置では、プラズマ化ガスを
発生させるために減圧を行う必要があったが、近年では常圧下でもプラズマ化ガスを発生
させる方法が考案され、実用範囲が飛躍的に拡大しつつある（例えば、特許文献１等）。

プラズマ処理の具体的な方法としては、例えば、被処理物を電極間に設置して、そのまま
気体とともに電圧を印加する直接法が挙げられる。直接法は処理条件等の制御が極めて容
易であることから均一な処理が可能であり、電極間に連続的に被処理物を供給する手段を
組み合わせることにより連続的な処理も可能である。例えば、特許文献１には、処理物を
プラズマ処理するための処理室、処理室内で帯状の被処理物を緊張状態に保持しつつ該被
処理物をその長さ方向に送るための送り機構、処理室内で被処理物の第一面及び第二面に
それぞれ対面するように配置された第一電極及び第二電極、第一電極及び第二電極に交流
電圧を印加するための交流電源、及び、第一電極に交流電圧が印加されるとともに前記第
二電極が接地される第一面処理モード、第二電極に交流電圧が印加されるとともに第一電
極が接地される第二面処理モード、及び、両方の電極に交流電圧が印加される両面処理モ
ードの中から交流電圧の印加モードを切り換えるためのスイッチ機構、を備えることプラ
ズマ処理装置が開示されている。これは、対向する電極の外側に設置したローラーを用い
て、シート状の被処理物を連続的に電極間に送り込むことにより、シート状の被処理物の
両面に連続的にプラズマ処理を施すものである。

しかしながら、プラズマ処理の程度は電極間における被処理物質の位置により異なるとこ
ろ、特許文献１に開示されたプラズマ処理装置では、ローラー間のシート状被処理物質は
常にある程度の振幅で振動していることから、部位によってプラズマ処理の程度にバラツ
キが生じてしまうという問題があった。このような振動は、ローラー間のシート状被処理
物質に高い張力をかけることによりある程度は抑えられるものの、シート状被処理物質の
種類や厚さによっては、高い張力により変形したり破断してしまったりすることがあると
いう問題点があった。

特開２００３−２２１６７０号公報

本発明は、上記現状に鑑み、シート状の被処理物の両面に連続的かつ均一にプラズマ処理
を施すことができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、プラズマ化したガスを用いてシート状の被処理物の両面を連続的に処理するプ
ラズマ処理装置であって、円柱状の電極と、前記円柱状の電極の柱方向の両端に同心円状
に配置された、前記円柱状の電極の円方向の直径よりも大きな直径の非導電体からなる円
盤状体とからなる電極部を２個有するものであり、前記２個の電極部が、前記非導電体か
らなる円盤状体同士が前記シート状の被処理物を挟んで接するように対向し、かつ、前記
２個の電極部を回転させることにより前記シート状の被処理物を前記２個の電極部間を通
過させることができるように配置されているプラズマ処理装置である。
以下に本発明を詳述する。

図１に本発明のプラズマ処理装置の好ましい１実施態様を説明する模式図を示した。図１
に基づいて、本発明のプラズマ処理装置を説明する。
図１に示したプラズマ処理装置は、円柱状の電極１１の柱方向の両端に円盤状体１２と円
盤状体１３とが同心円状に配置されている電極部１と、円柱状の電極２１の柱方向の両端
にゴムからなる円盤状体２２と円盤状体２３とが同心円状に配置されている電極部２とを
有する。
上記電極部１と電極部２とは、シート状の被処理物４を介して、円盤状体１２と円盤状体
２２とが、及び、円盤状体１３と円盤状体２３とが接するように対向して配置されている
。このような状態で、電極部１と電極部２とを逆方向に回転させることによりシート状の
被処理物を電極部１と電極部２との間を通過させることができる。このとき、シート状の
被処理物の表面から円柱状の電極１１及び２１までの距離は常に一定に保たれることにな
る（図１ｂ）。従って、この電極間にガスを吹き込み、一定の電圧を印加してプラズマ化
ガスを発生させれば、シート状の被処理物の両面に連続的かつ均一にプラズマ処理を施す
ことができる。

上記電極としては特に限定されず、例えば、鉄、銅、アルミニウム等の金属単体；ステン
レス、真鍮等の合金；金属間化合物からなるもの等が挙げられる。
また、上記電極は、表面を固体誘電体で被覆されていることが好ましい。上記固体誘電体
としては特に限定されず、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からなるもの等が挙げ
られる。なお、上記固体誘電体としては、このようなセラミックコーティングやホーロー
処理等の電極表面に直接固着（コーティング）するものの他、石英板、ガラス板、アルミ
ナ板などのセラミック板を電極表面に密着させるものでもよい。
上記固体誘電体の厚さの好ましい下限は０．１ｍｍ、好ましい上限は２ｍｍである。

上記円柱状の電極の柱方向の長さとしては特に限定されないが、本発明のプラズマ処理装
置に供されるシート状の被処理物の幅よりも上記円盤状体の厚さ２つ分短いことが好まし
い。このような場合に処理効率が最大となる。
上記円柱状の電極の円方向の直径としては特に限定されないが、シート状の被処理物の送
り出しを円滑に行なうために、好ましい下限は３ｍｍ、好ましい上限は１０００ｍｍであ
る。

上記円盤状体としては非導電体からなるものであれば特に限定されないが、シート状の被
処理物を送り出すローラーとしての役割を果たすためには、被処理物との間にある程度の
摩擦を生じるものが好ましく、例えば、アルミナ、ガラス等の無機材料；ナイロン、フッ
素樹脂、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ゴム等の有機材料等からなるこ
とが好ましい。

上記円盤状体の直径としては、上記円柱状の電極の円方向の直径よりも大きければ特に限
定されないが、本発明のプラズマ処理装置では、上記円盤状体と上記円柱状の電極の直径
の差の１／２が電極と被処理物の表面との距離となる。また、２個の電極部を配置したと
きに対向する電極間の距離も上記円盤状体と上記円柱状の電極の直径の差により決まる。
上記電極間の距離の好ましい下限は０．１ｍｍ、好ましい上限は５０ｍｍである。０．１
ｍｍ未満であると、実質的に被処理物を円滑に通過させることが困難であり、５０ｍｍを
超えると、均一なグロー放電プラズマを発生させることができないことがある。より好ま
しい上限は５ｍｍである。

上記円盤状体の厚さとしては特に限定されないが、好ましい下限は０．５ｍｍ、好ましい
上限は２００ｍｍである。０．５ｍｍ未満であると、安定してシート状の被処理物を送り
出すことが困難であることがあり、２００ｍｍを超えると、シート状の被処理物上のプラ
ズマ処理される領域が狭くなり、効率が悪くなる。より好ましい下限は１ｍｍ、より好ま
しい上限は１００ｍｍである。

上記円柱状の電極と円盤状体とは、同心円状に配置される。ここで同心円状とは、上記円
柱状の電極と上記円盤状体の円方向の中心が一致していることを意味する。

上記２個の電極部は、上記円盤状体同士がシート状の被処理物を挟んで接するように対向
し、かつ、２個の電極部を回転させることによりシート状の被処理物を２個の電極部間を
通過させることができるように配置されている。
このように配置するためには、上記２個の電極部は、円柱状の電極の柱方向の長さ及び上
記円盤状体の厚さが略一致し、２個の電極部の円盤状体同士が対向できなければならない
。
一方、円柱状の電極の直径や円盤状体の直径は、同じであってもよく、異なっていてもよ
い。円柱状の電極の直径及び円盤状体の直径が同じである場合には、シート状の被処理物
の両面に同一の程度のプラズマ処理が施される。また、シート状の被処理物の両面でプラ
ズマ処理の程度を変える場合には、円柱状の電極の直径又は円盤状体の直径を適当に調整
すればよい。

本発明のプラズマ処理装置の２個の電極部間にシート状の被処理物を通過させながら、こ
の電極間にガスを吹き込み、一定の電圧を印加してプラズマ化ガスを発生させれば、シー
ト状の被処理物の両面に連続的かつ均一にプラズマ処理を施すことができる。

上記ガスとしては、後述するパルス放電プラズマでは希ガスがなくてもグロー放電プラズ
マを発生することができることから特に限定されないが、窒素ガス、窒素と酸素との混合
ガス等が好適である。なかでも、酸素との混合ガスは、有機物の分解効果が高い。

このようなガスを対向する電極間に供給しながら、高周波、パルス波、マイクロ波等の電
界を印加してグロー放電プラズマを発生させることによりプラズマ化したガスが生成する
。
この場合の電界としては、パルス電界が好ましく、特に、電界の立ち上がり及び／又は立
ち下がり時間が１０μｓ以下であるパルス電界が好適である。パルス電界の立ち上がり及
び／又は立ち下がり時間が１０μｓを超えると、放電状態がアーク放電に移行しやすく不
安定なものとなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなることがある。より好ましくは
５μｓ以下である。電界の立ち上がり及び／又は立ち下がり時間は、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、効率よくプラズマ化したガスを得ることができる
が、現時点では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困難である
。
なお、本明細書において電解の立ち上がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して増加する
時間を意味し、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意味する
。

上記電界の電界強度の好ましい下限は１０ｋＶ／ｃｍ、好ましい上限は１０００ｋＶ／ｃ
ｍである。１０ｋＶ／ｃｍ未満であると、プラズマ化したガスの生成に時間がかかりすぎ
ることがあり、１０００ｋＶ／ｃｍを超えると、アーク放電が発生しやすくなり、高密度
プラズマ状態を保持しにくくなることがある。

上記電界の周波数の好ましい下限は０．５ｋＨｚである。０．５ｋＨｚ未満であるとプラ
ズマ密度が低いためプラズマ化したガスの生成に時間がかかりすぎることがある。上限は
特に限定されず、常用されている１３．５６ＭＨｚ、試験的に使用されている５０ＭＨｚ
といった高周波帯であってもよいが、負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると
５００ｋＨｚ以下であることが好ましい。

また、上記パルス電界におけるひとつのパルス継続時間の好ましい下限は０．５μｓ、好
ましい上限は２００μｓである。２００μｓを超えると、アーク放電に移行しやすくなる
。
なお、本明細書においてひとつのパルス継続時間とは、ＯＮとＯＦＦとの繰り返しからな
るパルス電界における、ひとつのパルスの連続するＯＮ時間を意味する。
また、このときのＯＦＦ時間の好ましい下限は０．５μｓ、好ましい上限は１０００μｓ
であり、より好ましい上限は５００μｓである。

また、上記ガスを対向する電極間に供給する速度としては特に限定されず、プラズマの状
態や処理条件等により適宜調整すればよいが、好ましい下限は１ｍ／ｓ、好ましい上限は
５０ｍ／ｓである。１ｍ／ｓ未満であると、電流パスができやすく、放電が不安定になる
ことがある。より好ましい下限は２ｍ／ｓ、より好ましい上限は２０ｍ／ｓｅｃである。

上記プラズマ化したガスは、どのような圧力下でも生成させ用いることができるが、なか
でも大気圧近傍下の圧力下で用いると、その効果が特に高い。
なお、本明細書において大気圧近傍の圧力下とは、１．３３３×１０⁴〜１０．６６４×
１０⁴Ｐａの圧力下を意味する。なかでも、圧力調整が容易で、装置の構成を簡便にする
ことができる９．３３１×１０⁴〜１０．３９７×１０⁴Ｐａの範囲が好ましい。ただし
、チャンバー等で装置全体を囲ったうえで、装置内を真空にした場合には、異常放電が起
こらない範囲で電極の近傍から処理ガスを導入してもよい。

本発明によれば、シート状の被処理物の両面に連続的かつ均一にプラズマ処理を施すこと
ができるプラズマ処理装置を提供することができる。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定
されるものではない。

（実施例１）
図１に示した構成のプラズマ処理装置を作製した。ここで、円柱状の電極１１及び円柱状
の電極２１の円方向の直径をともに１００ｍｍ、円盤状体１２、１３、２２及び２３の直
径を１０１mm、幅を１ｃｍとした。また、電極部１及び２の幅を２５ｃｍ、有効処理幅を
２３ｃｍとした。

被処理物として幅２５ｃｍ、厚さ５０μｍのポリイミドシートを用い、これを電極部１及
び２の間に供給し、電極部１及び２を逆方向に回転させることにより１０００ｍｍ／ｍｉ
ｎの速度で電極間を通過するように調整した。
この状態で、ガスとして窒素ガスを用い、電圧を印加してポリイミドシートの両面にプラ
ズマ処理を施した。

（実施例１）
円盤状体１２及び１３の直径を１０３ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法によりポリ
イミドシートの両面にプラズマ処理を施した。

（比較例１）
図２に示した構成のプラズマ処理装置を作製した。図２のプラズマ処理装置において、処
理条件が実施例１と同じになるように２つの平板状電極５及び６を電極間の距離が２ｍｍ
となるように配置し、電極の外側に設置した２つのローラーを用いて、幅２５ｃｍ、厚さ
５０μｍのポリイミドシートが平板状電極５及び６のちょうど中間を１０００ｍｍ／ｍｉ
ｎの速度で通過するようにクリアランスを調整した。
この状態で、ガスとして窒素ガスを用い、電圧を印加してポリイミドシートの両面にプラ
ズマ処理を施した。なお、このとき平板状電極間においてポリイミドシートがばたついて
いるのが観察された。

実施例１、２及び比較例１で得られたプラズマ処理済のポリイミドシートの両面の任意に
選択したそれぞれ１０点をおいて接触角計（協和界面科学社製、ＣＡ−Ｘ１５０）を用い
て水の接触角を測定し、その平均値及び標準偏差を求めた。
結果を表１に示した。

本発明のプラズマ処理装置の好ましい１実施態様を説明する模式図である。比較例１で用いたプラズマ処理装置を示す模式図である。

符号の説明

１電極部
１１円柱状の電極
１２、１３円盤状体
２電極部
２１円柱状の電極
２２、２３円盤状体
４シート状の被処理物
５、６平板状電極
７ローラー

Claims

プラズマ化したガスを用いてシート状の被処理物の両面を連続的に処理するプラズマ処理
装置であって、
円柱状の電極と、前記円柱状の電極の柱方向の両端に同心円状に配置された、前記円柱状
の電極の円方向の直径よりも大きな直径の非導電体からなる円盤状体とからなる電極部を
２個有するものであり、
前記２個の電極部が、前記非導電体からなる円盤状体同士が前記シート状の被処理物を挟
んで接するように対向し、かつ、前記２個の電極部を回転させることにより前記シート状
の被処理物を前記２個の電極部間を通過させることができるように配置されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。