JP2008034186A - プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気の混入を防止し安定してプラズマを生成し、かつ被処理基材に対して容易に均一な表面処理を施すことが可能なプラズマ処理装置および処理方法を提供する。
【解決手段】処理ガス導入口７、置換ガス導入口を形成した誘電体蓋４を有し、若干の陽圧に保たれた空間幅ｄ１の放電空間を有するプラズマ発生部５を形成し、プラズマ発生部５へと至る処理ガス経路８を形成し、被処理基材１１の装着ベース１２のＯリングを介して処理ガスを排気させる経路１５を形成するとともに、これら全体を排気カバー１４で覆って排気１６を排出させ、大気を混入させない構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理装置および処理方法に関し、とくに、常圧近傍下で、プラズマによって効率よく表面処理を行うことが可能なプラズマ表面処理技術に関する。

従来からコンタクトレンズ等の眼用レンズでは、水濡れ性不足によりタンパク質、脂質等の装用汚れが付着する問題がある。コンタクトレンズは角膜表面に涙液を介して直接接触するが、角膜は無血管組織であり、角膜への酸素供給がほとんど涙液を介してなされていることから、角膜をコンタクトレンズが覆った場合、角膜への酸素供給はコンタクトレンズ材料中を酸素が透過することによるものと、瞬きによってコンタクトレンズが角膜上を移動したときにコンタクトレンズと角膜の間に介在する涙液が交換されることによるものとの２つの働きによってなされ、加えて涙液の交換は新たな酸素を供給するだけでなく、角膜からの代謝物を排泄して角膜の機能を維持する働きもする。

水濡れ性が不足すると、涙液交換が適切になされず、角膜からの代謝物がレンズに堆積する結果、コンタクトレンズが白く白濁する汚れ（以下、くもり汚れという）が発生する。コンタクトレンズを長期間装用した場合、角膜からの代謝物がレンズ内部にまで浸透し、コンタクトレンズ洗浄液等による擦り洗いでも除去できないくもり汚れになることもあり、水濡れ性の向上が極めて重要であるため、水濡れ性を向上させるために種々の手法が提案されている。

例えば、減圧下、酸素不含の雰囲気中にて、酸素透過性ハードコンタクトレンズに対して、高周波グロー放電処理を施すことによって、コンタクトレンズに水濡れ性を付与する方法が知られている（特許文献１参照）。しかし、この方法では、減圧下の処理のため、所定の真空度にする時間および処理後に常圧に戻す時間が必要となり、生産効率が良くない。また、装置も大がかりなものが必要となる。さらに処理室内で処理ガスの濃度分布のバラツキによりプラズマ密度の濃度分布が被処理基材の処理不均一の原因となるため、得られる製品の性能もバラツキが大きくなるという問題がある。

上述の問題を解消するため、大気圧近傍下で発生させたプラズマを利用し、プラズマ処理を行って水濡れ性を向上させる方法が使用され始めている（特許文献２参照）。しかし、この方法では、周囲から空気が混入しやすいため、放電空間のガスの組成が一定にならずに誘電率が変化するため安定したプラズマが生成されにくく、上述の減圧下でのプラズマ処理と同様に処理の不均一が発生するという問題がある。また、プラズマを照射せしめて行う処理であるため、コンタクトレンズにおいては、表裏それぞれで処理が必要であり、余分な手間が掛かるという問題もある。
特許第２８４６３４３号公報 特開２００３−５０３７９号公報

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、空気の混入を防止し安定してプラズマを生成することが可能で、かつ被処理基材に対して容易に均一な表面処理を施すことが可能なプラズマ処理装置および処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、少なくとも対向する面が誘電体で覆われた対向電極、ガス導入口および開閉可能な蓋部を有し、該蓋部を閉じた際に略密閉されたプラズマ処理部が形成されるプラズマ処理装置であって、前記蓋部が、前記プラズマ処理部内で被処理基材を保持する基材保持手段を備えていることを特徴とするものからなる。

この本発明に係るプラズマ処理装置においては、蓋部自体が基材保持手段を備えているので、蓋部を閉じる動作に伴い、プラズマ処理部内を効率よく大気から遮断することが可能になり、プラズマ発生部やプラズマ処理部への空気の混入を効果的に防止して、安定してプラズマを生成し均一に処理することが可能になる。

このプラズマ処理装置においては、上記蓋部を閉じた際に、被処理基材が上記対向電極間に位置するように構成することが可能である。このように構成すれば、蓋部を閉じた後、直ちに、所定のプラズマ発生とともに所定のプラズマ処理を開始することが可能になる。

また、上記プラズマ処理装置においては、上記プラズマ処理部を、対向する電極間に形成されるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部を通過したガスが通過するガス通過部から構成し、上記蓋部を閉じた際に、被処理基材が該ガス通過部に位置するように構成することも可能である。そしてこの構成においては、少なくとも２対の対向電極を有し、プラズマ発生部を通過したガスが被処理基材の両側から導入されるように構成することが可能である。このように構成すれば、被処理基材の両面を効率よく同時に処理することが可能になる。

本発明に係るプラズマ処理方法は、上記のようなプラズマ処理装置を用い、被処理基材を前記基材保持手段で保持し、前記蓋部を閉じ、前記ガス導入口より処理ガスを導入して大気圧近傍の圧力とし、次いで前記対向電極間に交流電圧を印加してグロー放電させることによって被処理基材の表面を処理することを特徴とする方法からなる。この方法では、前述の如く空気の混入を防止しつつ、大気圧近傍の圧力で容易にかつ効率よく所定のプラズマ処理を行うことが可能になる。

この本発明に係るプラズマ処理方法は、とくに、被処理基材がコンタクトレンズである場合に有効な方法であり、コンタクトレンズに要求される表面処理が容易にかつ効率よく行われる。

前記少なくとも２対の対向電極を有し、プラズマ発生部を通過したガスが被処理基材の両側から導入されるように構成したプラズマ処理装置を使用すれば、コンタクトレンズ両面の処理を容易に同時に行うことができる。

本発明に係るプラズマ処理装置および処理方法によれば、空気の混入を防止し安定してプラズマを生成することが可能になり、かつ被処理基材に対して容易に均一な表面処理を施すことが可能になる。とくに、本発明をコンタクトレンズの表面処理に適用すれば、要求される所定の表面処理を容易にかつ効率よく行うことが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、従来技術と比較しつつ、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の有効性を明確にするために、図３を参照して従来のプラズマ処理の問題点を整理してみる。図３（Ａ）、（Ｂ）は、従来に使用されている常圧（大気圧）プラズマの使用例を示している。図３（Ａ）、（Ｂ）に示す使用例では、いずれも大気中の処理となるため、処理ガス導入口７からの処理ガスの導入時に処理ガス導入口近傍で大気１７との対流が生じる。これは、被処理基材１８の表面改質処理の使用条件の場合に、例えば処理ガスとしてあらかじめある一定割合に混合された窒素ガスと酸素ガスを用いる場合、大気１７がプラズマ発生部（高周波電源６により電圧が印加される＋、−の両対向電極間部）からの処理ガスの噴射により、アスピレーション効果によって励起された処理ガスと接触し、窒素ラジカルにより大気中の酸素が励起され、基材表面上で酸素過多となり親水処理の妨げとなる。これは窒素ラジカルの解離エネルギーが、大気中の酸素、水分の架橋を切断し、酸素ラジカル、OHラジカルやオゾンを生成可能なエネルギーを有することによる。

そして、被処理基材が大気中を移動することになるため、被処理基材の表面近傍の大気が放電空間中に大気を持ち込み、電極近傍の大気が放電空間に入り込んで放電空間の誘電率が局所的に変動するため、プラズマ処理が安定しない。また、このことが、プラズマパラメーター決定のための酸素混入最適化により設定されるプラズマ発生条件も変化させてしまうため、表面改質性能にも影響を及ぼすことになる。

また、処理中の大気混入による酸素、水素の混入によりオゾン、OH、微量の硝酸等の生成があり、被処理基材表面に目的とする処理ができない場合もある。

また、処理中の混入大気と目的とする反応ガスとの反応により、目的とする反応種のみを得ることが困難となり、そのために、目的とする処理性能が得られなくなることもある。

上記のような問題は、被処理基材の搬送スピードが速くなればなるほど処理性能に大きく影響する。このことは、酸素流量可変による処理後の基材の接触角の変化にて検証することができる。

上記のような従来処理における問題点を解決するために、本発明に係るプラズマ処理装置は次のように構成され、本発明に係るプラズマ処理方法は次のように実施される。図１および図２は、本発明の望ましい実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成例をそれぞれ示している。図１および図２においては、処理ガス導入口７、置換ガス導入口９（図２）を形成した誘電体蓋４を有し、若干の陽圧に保たれた空間幅ｄ１（図１に図示）の放電空間を有するプラズマ発生部５を形成し、プラズマ発生部５へと至る処理ガス経路８を形成し、被処理基材１１の装着ベース１２のＯリング１０を介して処理ガスを排気させる経路１５を形成するとともに、これら全体を排気カバー１４で覆って排気１６を排出させ、大気を混入させない構造とした（図１：反応炉１、図２：反応炉２）。すなわち、蓋部としての誘電体蓋４が、プラズマ処理部内で被処理基材１１を保持する、基材装着ベース１２を主体とする基材保持手段を備えている構成とされている。そして、少なくとも対向面が誘電体３で覆われた対向電極（−電極１と＋電極２）に高周波電源６から所定の電圧が印加され、プラズマ処理部としてのプラズマ発生部５（図１の反応炉１）あるいはプラズマ発生部５からの処理ガスが導入されたプラズマ処理部（図２の反応炉２）で、基材入出方向１３に搬入された被処理基材１１に対して、所定の表面処理が行われる。このような処理を実施することにより上記の従来方法における問題を解決することができた。なお、図２におけるｄ２は処理空間の幅、ｄ３は基材電極間距離を、それぞれ示している。

図１に示す反応炉１では、固体誘電体３で覆われた１対の対向電極１、２の間隙内延長線上に処理ガス導入口を設け、１対の対向電極１、２に高周波電力を加え、プラズマを発生させ、基材装着ベース１２に装着された被処理基材１１がプラズマ処理をされ、処理ガスが誘電体底面（側面）と基材装着ベース間の間隙より排気される構造である。したがって、このプラズマ発生部間隙中への大気の混入は避けられることになる。

図２に示す反応炉２では、固体誘電体３で覆われ、プラズマ発生空間（プラズマ発生部５）を形成した対向電極１、２を被処理基材１１と直交するように２対配置し、表裏同時処理を可能にするため、被処理基材１１の各面に対して直交するように固体誘電体３で覆われ、プラズマ発生部５を設けた各対の対向電極１、２を配置し、それぞれの対向電極１、２間に高周波電力を印加し、プラズマ発生部５の延長線上の処理ガス導入口７より処理ガスを導入し、プラズマを発生させる。

また、誘電体蓋４に置換ガス導入口９を設け、基材移動空間内を窒素ガスや目的とするプラズマ処理に応じて置換ガス種を変更し、同空間内を大気から隔離することを目的とする。また、処理ガスは基材装着ベース１２と誘電体底面（側面）の間隙より排気され、排気カバー１４により排気される構造となっている。

上記構造において、放電空間幅ｄ１は置換ガスの種類、流量、印加する電圧に応じて決定する必要があるが、一般的に２ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が好ましい。処理空間幅ｄ２は、処理基材の厚みに応じて設定することが出来るが、コンタクトレンズのような小さな被処理基材を用いる場合は２ｍｍ〜５０ｍｍの範囲が好ましい。また、基材電極間距離ｄ３は０．５ｍｍから２０ｍｍが望ましい。この距離であれば、発生したラジカルが短時間で被処理基材表面に到達し、効果的に表面処理を行うことができる。

また、図１および図２に示す断面に直角な方向の処理長さについては、処理基材の形状、大きさに応じて設定することができる。

本発明において、対向電極を覆う誘電体としては、放電空間において、ストリーマ放電を起こさず安定したプラズマを生成するため、比誘電率の高いものが好ましい。例えば一般的なセラミックス、ガラスなどを用いることができる。

本発明のプラズマ処理方法で用いる処理ガスは特に限定されるものではないが、空気、窒素、酸素、ヘリウム、水蒸気等の単体もしくは混合ガスを用いることができる。これらのうち、特に均一な処理を行うためには単体のガスまたは組成を一定に制御した混合ガスを用いることが好ましく、上述のように酸素や水蒸気が存在すると悪影響のでる基材を用いる場合は、酸素や水蒸気の含有量の少ないガスを用いることが好ましい。

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により、何ら限定されるものではない。実施例で評価したコンタクトレンズの水濡れ性評価および接触角の測定は、以下の方法により行った。

（１）水濡れ性
プラズマ処理したコンタクトレンズを濾過水に浸して、静かに引き上げ、コンタクトレンズのフロントカーブ面（角膜に接しない方の面）に付着した濾過水の状態を目視により観察して、以下の基準に従って評価した。
３：コンタクトレンズ表面全体が水の被膜に覆われて水ハジキが発生しない。
２：瞬間的には水の被膜に覆われているが、約３秒以内に水ハジキが発生する。
１：瞬時に水の被膜がハジかれ、水玉が発生する。

（２）接触角
測定には、協和界面科学社製の接触角計ＣＡ−ＤＴ型を用いた。測定は液適法により行い、水滴１．５［ｍｍ］をコンタクトレンズのフロントカーブ面中央に滴下し、接触角をスケールで測定した。

（実施例１）
サンプルレンズとして、ポリメチルメタクリレートを公知の切削研磨法により、ベースカーブ曲率半径＝７．８０［ｍｍ］、パワー＝−５．００［ディオプトリ］、コンタクトレンズ直径＝９．０［ｍｍ］、中心厚み＝０．１６［ｍｍ］に切削加工したコンタクトレンズ３枚を準備した。

プラズマ処理装置として、図１に示す装置を用い、高周波電源出力を１００［Ｗ］、導入ガスをＨｅ、ガス流量を１０［Ｌ／ｍｉｎ］、プラズマ処理時間を１［ｍｉｎ］としてプラズマ処理を行った。測定はプラズマ処理直後、１日後、３日後、７日後の水濡れ性と接触角を確認し、その結果を下記表１に示した。

（実施例２）
サンプルレンズおよびプラズマ処理装置は実施例１と同様として、高周波電源出力を３００［Ｗ］、導入ガスをＨｅ、ガス流量を１０［Ｌ／ｍｉｎ］、プラズマ処理時間を３［ｍｉｎ］としてプラズマ処理を行った。測定はプラズマ処理直後、１日後、３日後、７日後の水濡れ性と接触角を確認し、その結果を下記表１に示した。

（実施例３）
サンプルレンズおよびプラズマ処理装置は実施例１と同様として、高周波電源出力を３００［Ｗ］、導入ガスをＨｅおよびＡｒ、ガス流量をＨｅ＝１０［Ｌ／ｍｉｎ］、Ａｒ＝１［Ｌ／ｍｉｎ］、プラズマ処理時間を３［ｍｉｎ］としてプラズマ処理を行った。測定はプラズマ処理直後、１日後、３日後、７日後の水濡れ性と接触角を確認し、その結果を下記表１に示した。

（比較例１）
実施例１と同様のサンプルレンズを１枚準備し、プラズマ処理を実施せずに、サンプルレンズ作成直後の水濡れ性と接触角を確認し、その結果を下記表１に示した。

比較例１に示したプラズマ処理を施していないコンタクトレンズは、水濡れ性は瞬時に水をはじき、接触角も大きく、水濡れ性に劣るレンズであることが分かる。一方、実施例１〜３では、処理直後の１０［°］以下から１日後には接触角が大きくなっているが、その後は７日後までほぼ安定した値を示している。水濡れ性も処理直後から７日後までコンタクトレンズ前面を水が覆って良好な水濡れ性を示しており、本発明により良好かつ安定した水濡れ性のコンタクトレンズが得られた。

本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法は、常圧近傍下でのプラズマ処理が求められるあらゆる用途に適用でき、視力矯正用機器、中でもコンタクトレンズの表面処理に好適なものである。

本発明の一実施態様に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。 本発明の別の実施態様に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。 従来のプラズマ処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１ −電極
２ ＋電極
３ 誘電体
４ 誘電体蓋
５ プラズマ発生部
６ 高周波電源
７ 処理ガス導入口
８ 処理ガス経路
９ 置換ガス導入口
１０ Ｏリング
１１ 被処理基材
１２ 基材装着ベース
１３ 基材入出方向
１４ 排気カバー
１５ 排気経路
１６ 排気
１７ 大気
１８ 被処理基材
ｄ１ 放電空間幅
ｄ２ 処理空間幅
ｄ３ 基材電極間距離

Claims (7)

1. 少なくとも対向する面が誘電体で覆われた対向電極、ガス導入口および開閉可能な蓋部を有し、該蓋部を閉じた際に略密閉されたプラズマ処理部が形成されるプラズマ処理装置であって、前記蓋部が、前記プラズマ処理部内で被処理基材を保持する基材保持手段を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記蓋部を閉じた際に、被処理基材が前記対向電極間に位置するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記プラズマ処理部が、対向する電極間に形成されるプラズマ発生部と、該プラズマ発生部を通過したガスが通過するガス通過部から構成され、前記蓋部を閉じた際に、被処理基材が該ガス通過部に位置するように構成されている、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 少なくとも２対の対向電極を有し、プラズマ発生部を通過したガスが被処理基材の両側から導入されるように構成されている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置を用い、被処理基材を前記基材保持手段で保持し、前記蓋部を閉じ、前記ガス導入口より処理ガスを導入して大気圧近傍の圧力とし、次いで前記対向電極間に交流電圧を印加してグロー放電させることによって被処理基材の表面を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
6. 前記被処理基材がコンタクトレンズである、請求項５に記載のプラズマ処理方法。
7. コンタクトレンズ両面の処理を同時に行う、請求項６に記載のプラズマ処理方法。

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