JP2009035724A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対のロール電極20どうしの間に放電空間となるギャップ21を形成する。基材90を、一方のロール電極20Lの上側部分に巻き付けるとともに、ギャップ21に通してそこより下方においてループ状に曲げ、再び前記ギャップ21に通して他方のロール電極20Cの上側部分に巻き付けた状態で、ロール電極20どうしを互いに同方向に回転させる。基材90のループ状曲げ部分91をフリー状態とする。
【選択図】図1
Description
互いの間に前記放電空間となるギャップを形成する一対のロール電極を用意し、
前記基材を、その被処理面が表側になるようにして一方のロール電極の周面の一側に巻き付けるとともに、前記ギャップに通してギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げ、再び前記ギャップに通して他方のロール電極の周面の前記一方の電極と同じ側に巻き付けた状態で、前記ロール電極どうしを互いに同方向に回転させ、しかも、前記ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面の全体をフリー状態としたことを特徴とする。
また、本発明は、連続するフィルム状又はシート状の基材を放電空間でプラズマ処理する装置であって、
互いの間に前記放電空間となるギャップを形成する一対のロール電極と、
これらロール電極の回転制御手段と、を備え、
前記基材が、その被処理面が表側になるようにして一方のロール電極の周面の一側に巻き付けられるとともに、前記ギャップを通してギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げられ、再び前記ギャップを通して他方のロール電極の周面の前記一方の電極と同じ側に巻き付けられ、しかも、前記ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面の全体がフリー状態となるようにして、前記回転制御手段にて各ロール電極を回転制御することを特徴とする。
これによって、連続フィルム状又は連続シート状の基材を、一対のロール電極間のギャップで少なくとも2回処理でき、処理効率を確保できるだけでなく、折り返しローラ等の折り返し用部材を省略でき、基材の被処理面が損傷したりパーティクルが発生したりするのを防止することができ、処理品質を向上させることができる。折り返し用部材の腐食の問題も生じない。
ここで、ギャップは、ロール電極どうしの間の間隔が最も狭い箇所及びその近傍の、放電が形成される空間を言う。
「フリー状態」とは、ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面の全体が折り返しローラ等の折り返し用部材をはじめ如何なる物体とも接触していない状態を云う。
本発明装置が、前記基材の前記ループ状曲げ部分の長さを検出する検出手段を、更に備え、
前記回転制御手段が、前記検出手段の検出値に応じて、前記一方のロール電極の回転速度を、他方のロール電極の回転速度に対して可変調節することが好ましい。
これによって、基材のループ状曲げ部分の長さを適度な大きさになるよう調節でき、ループ状曲げ部分に適度な弛み及び張りを持たせることができる。また、ループ状曲げ部分が長くなり過ぎて附近の物体に接触して損傷したりパーティクルが発生したりするのを防止できるとともに、短くなり過ぎてギャップに食い込んだりギャップより前記巻き付け側に抜けてしまったりするのを防止することができる。
前記基材が、各ロール電極の上側部に巻き付けられ、前記ループ状曲げ部分が、前記ギャップからフリー状態で垂下されていることが好ましい。
前記基材が、各ロール電極の下側部に巻き付けられ、前記ループ状曲げ部分が、前記ギャップより上側に形成されるようになっていてもよい。
これによって、処理ガスが、ノズルヘッドとロール電極上の基材との間の隙間を経て外へ漏れるのを抑えることができる。
これによって、処理ガスを両方向からギャップ内に供給できる。更に、この両方向からの処理ガスの一部が跳ね返り、処理ガス噴出部と基材との間を通って外部へ抜け出るようにすることができる。この跳ね返りのガス流によって、外部の空気等の雰囲気ガスがギャップ内に入り込むのを防止できる。したがって、雰囲気ガスのギャップ内への侵入防止のためにガスカーテンを別途形成しなくても済む。もしくは、簡易なガスカーテンで済む。
中央のロール電極と、この中央ロール電極を挟むようにしてその両側にそれぞれ配置された第1、第2の側部ロール電極と、
これら3つのロール電極の回転制御手段と、を備え、
前記中央ロール電極と前記第1側部ロール電極との間に前記放電空間となる第1ギャップが形成され、
前記中央ロール電極と前記第2側部ロール電極との間に他の放電空間となる第2ギャップが形成され、
前記基材が、その被処理面が表側になるようにして前記第1側部ロール電極の周面の一側に巻き付けられるとともに、前記第1ギャップを通して第1ギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げられて第1ループ状曲げ部分を形成し、再び前記第1ギャップを通して中央ロール電極の周面の前記第1側部電極と同じ側に巻き付けられ、さらに、前記第2ギャップを通して第2ギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げられて第2ループ状曲げ部分を形成し、再び前記第2ギャップを通して前記第2側部ロール電極の周面の前記第1側部ロール電極及び中央ロール電極と同じ側に巻き付けられ、しかも、前記第1ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面全体と第2ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面全体とがフリー状態となるようにして、前記回転制御手段にて各ロール電極を回転制御することを特徴とする。
これによって、折り返しローラ等の折り返し用部材を省略でき、基材の被処理面が損傷したりパーティクルが発生したりするのを防止することができ、処理品質を向上させることができる。折り返し用部材の腐食の問題も生じない。加えて、基材の各部位に対するプラズマ処理を第1ギャップで2回、第2ギャップで2回、合計4回行なうことができ、処理効率を一層向上させることができる。
前記回転制御手段が、前記中央ロール電極を等速回転させるとともに、前記第1検出手段の検出値に応じて前記第1側部ロール電極の回転速度を可変調節し、前記第2検出手段の検出値に応じて前記第2側部ロール電極の回転速度を可変調節することが好ましい。
これによって、基材の第1、第2ループ状曲げ部分の長さをそれぞれ適度な大きさになるよう調節でき、各ループ状曲げ部分に適度な弛み及び張りを持たせることができる。また、第1ループ状曲げ部分の長さ調節により第2ループ状曲げ部分の長さが影響を受けることはなく、第2ループ状曲げ部分の長さ調節により第1ループ状曲げ部分の長さが影響を受けることはない。
プラズマ処理する際の放電形態は、コロナ放電やグロー放電が挙げられるが、被処理面への損傷が少ない点からグロー放電が好適である。
図1に示すように、被処理基材90は、連続フィルム状又は連続シート状をなしている。この被処理基材90は、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、トリアセテートセルロース(TAC)、ノルボルネン、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン等の樹脂にて構成されている。被処理基材90の厚さは、数μm〜数百μmであり、例えば30μm程度である。
ロール電極20は、軸線を水平にして前後方向(図1の紙面と直交する方向)に向けた円筒形状をなし、互いに左右に並んで架台11に支持されている。詳細な図示は省略するが、各ロール電極20の外周面には、放電を安定させるための固体誘電体層が形成されている。固体誘電体層として、例えばガラスコーティング、セラミックの溶射膜、樹脂被膜、シリコーンゴム被膜等を用いることができる。上記樹脂被膜としては、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂を用いるとよい。接地電極となるロール電極20L,20Rには固体誘電体層を設けなくてもよい。被処理基材90が固体誘電体層としての役目を兼ねるようにし、ロール電極20自体には固体誘電体層を設けないことにしてもよい。
電源2から中央のロール電極20Cへの電圧供給により、左側と中央のロール電極20L,20Cどうし間のギャップ21Lと中央と右側のロール電極20R,Lどうし間のギャップ21Rがそれぞれ放電空間となる。電源2からの供給電圧は、例えばパルス波状であるが、これに限定されるものではなく、正弦波等の連続波状であってもよい。
各モータ50とロール電極20の動力伝達機構は、プーリ51,52及びタイミングベルト53に限られず、チェーン、ギア列などを用いてもよい。
処理ガスノズル33の下側の両側面は、左右対称のアーチ面33e,33eになっている。これらアーチ面33e,33eの間に、上記噴出口33cが開口された下端面がギャップ21に向かって突出されるように配置されている。
ノズルヘッド30の上記各アーチ面32e,33e,34eとロール電極20の周面との間には、数mm程度の狭い隙間12が形成されている。
被処理基材90は、左側ロール電極20Lの周面の上側部分(一側)に巻き付けられるとともに、ギャップ21Lを通してギャップ21Lより下方(前記巻き付け側とは反対側)において折り返すようにループ状に曲げられて第1ループ状曲げ部分91Lを形成し、再びギャップ21Lを通して中央のロール電極20Cの周面の上側部分(前記ロール電極20Lの巻き付け側と同じ側)に巻き付けられている。さらに、被処理基材90は、ギャップ21Rを通してギャップ21Rより下方において折り返すようにループ状に曲げられて第2ループ状曲げ部分91Rを形成し、再びギャップ21Rを通して右側のロール電極20Rの周面の上側部分(前記ロール電極20L,20Cの巻き付け側と同じ側)に巻き付けられている。
図3に示すように、被処理基材90は、その被処理面90aが表側(外側)になるようにして裏面90bが各ロール電極20に接している。したがって、ループ状曲げ部分91においては、被処理面90aが内側を向き、裏面90bが外側を向いている。
図1及び図2に示すように、架台11の前側部と後側部には、それぞれ吸引ポート60が左右に2つ設けられている。図1に示すように、これら吸引ポート60は、各ループ状曲げ部分91の内側の空間に臨むように配置されている。各吸引ポート60は、吸引路6aを介して真空ポンプなどの吸引排気手段6に連なっている。
処理ガス源3からの処理ガスを、左右の処理ガスノズル33に供給し、ヘッダ路33a及び噴出路33bにて前後方向に略均一に拡散させたうえで、噴出口33cから下方のギャップ21へ噴き出す。併行して、電源2から中央のロール電極20に電圧を供給し、左右のギャップ21に大気圧プラズマを生成し、ギャップ21内において処理ガスをプラズマ化する。このプラズマ化された処理ガスが、ギャップ21内の被処理基材90の被処理面に接触することにより、被処理基材90がプラズマ処理される。
ノズルヘッド30の下側面が3つのロール電極20の上側の周面に合わせた形状になっており、ノズルヘッド30とロール電極20上の被処理基材90との間の隙間12が狭くなっているため、処理ガスノズル33から噴き出された処理ガスが、隙間12に入り込むのを抑えることができる。
また、カーテンガス源4からのカーテンガスを、左右のカーテンガスノズル34に供給し、ヘッダ路34a及び噴出路34bにて前後方向に略均一に拡散させたうえで、噴出路34bから噴き出す。これにより、処理ガスが隙間12を経て外へ漏れるのを防止することができる。
したがって、被処理基材90は、各ギャップ21で2回プラズマ処理され、2つのギャップ21で合計4回プラズマ処理される。これにより、被処理基材90を十分に、かつ高速でプラズマ処理することができる。
処理済みのガスは、ループ状曲げ部分91の内側の空間から吸引ポート60に吸い込まれ、吸引路6aを経て吸引排気手段6にて排気される。
ロール電極20の回転によりロール電極20上の放電箇所が移動するため、電極の長寿命化を図ることができるとともに、冷却の負荷を低減することができる。
ロール電極20間の狭いギャップ21内での放電であるため、電源2の負担を軽減することができる。
また、ループ状曲げ部分91が長くなり過ぎて、距離センサ70をはじめ装置1の下部の物体に接触して損傷したりパーティクルが発生したりするのを防止できるとともに、ループ状曲げ部分91が短くなり過ぎて、ギャップ21に食い込んだりギャップ21より上に抜けてしまったりするのを防止することができる。
左右のロール電極20L,20Rの回転速度がそれぞれ変動しても、中央のロール電極20Cの回転速度は不変であるので、左側のループ状曲げ部分91Lの長さ調節により右側のループ状曲げ部分91Rの長さが影響を受けることはなく、右側のループ状曲げ部分91Rの長さ調節により左側の垂下部分91Lの長さが影響を受けることはない。
距離センサ70は、非接触センサであり、ループ状曲げ部分91に接触することなくその長さ(垂下量)を測定できるため、被処理物の損傷やパーティクルの発生を一層確実に防止することができる。
図8の変形例に示すように、ノズルヘッド30のカーテンガスノズル34に代えてカーテンガス噴出経路34a,34bを有しないサイドボディ35を設け、ガスカーテン構造を省略してもよい。このサイドボディ35の下側面についても、ロール電極20L,20Rの周面に沿うアーチ面35eとするのが好ましい。
第1実施形態では、ノズルヘッド30の左右両端部が左右のロール電極20L,20Rの上端部まで達していなかったが(図1)、図8に示すサイドボディ35のように、ノズルヘッド30の左右両端部がロール電極20L,20Rの上端部を越える位置まで延長されていてもよい。
ループ状曲げ部分91は、このロール電極20との接触を除き、他の如何なる物体とも接触しておらず、特に被処理面90aは全体が如何なる物体とも接触しておらず、フリー状態になっている。
上記処理ガスノズル33からの処理ガスは、ギャップ21に導かれてプラズマ化され、被処理基材90のプラズマ処理に供される。処理済みのガスは、ギャップ21から排気室61を経て吸引排気手段6にて吸引排気される。
図示は省略するが、各ループ状曲げ部分91の上方には第1実施形態と同様のセンサ70が設けられており、このセンサ70の検出値に基づいてロール電極20L,20Rの回転速度が可変調節されるようになっている。
また、雰囲気ガスがギャップ21に入る可能性は低いので、上側ノズル33Xまたは下側ノズル33Yの側部にガスカーテンノズルを設けるにしても簡易なもので済む。
例えば、上記実施形態では、ロール電極20の数は、3つであったが、少なくとも2つあればよく、4つ以上であってもよい。これら複数のロール電極20のうち隣り合う2つのロール電極20が、特許請求の範囲の「一対のロール電極」を構成し、その各々が、「一方のロール電極」及び「他方のロール電極」を構成する。
被処理基材90は、一方のロール電極の側から他方のロール電極の側へ搬送されるようになっていてもよく、他方のロール電極の側から一方のロール電極の側へ搬送されるようになっていてもよい。
隣り合うロール電極どうしの高さが互いに異なっていてもよく、大きさ(直径)が互いに異なっていてもよい。
ロール電極の軸線が、水平に対し若干傾いていてもよく、ほぼ鉛直に向いていてもよい。
第2実施形態(図9)において、処理ガスノズル33がギャップ21より下側に配置され、処理ガスを上方に向けて噴き出すようになっていてもよい。
各実施形態を組み合わせてもよい。例えば、第3実施形態(図10)の被処理基材90の巻き付け態様は、第1実施形態(図1)と同じになっていたが、第2実施形態(図9)と同様の巻き付け態様にしてもよく、第2実施形態の巻き付け態様においてもギャップ21を挟んで上下両側にノズル33X,33Yを設けてもよい。
ループ状曲げ部分91は、ギャップ21すなわち放電空間より外側(巻き付け側とは反対側)で折り返していればよく、その先端部は、ロール電極20,20どうし間より外側
(図1において下、図9において上)に位置するのに限られず、ギャップ21とロール電極20の下端部(図1)又は上端部(図9)との間の高さに位置していてもよい。
ループ状曲げ部分91の外側を内側より低圧にし、ループ形状を維持するようにしてもよい。
隣り合うロール電極20の両方の回転速度を、一方は増速方向に、他方は減速方向にそれぞれ変速することにより、ループ状曲げ部分91の長さを制御することにしてもよい。
本発明は、エッチング、アッシング、成膜、洗浄、表面改質等の種々のプラズマ表面処理に適用可能である。
2 電源
3 処理ガス源
6 吸引排気手段
20(20L,20C,20R) ロール電極
20C 中央ロール電極
20L 第1側部ロール電極
20R 第2側部ロール電極
20(21L,21R) ギャップ
21L 第1ギャップ
21R 第2ギャップ
30 ノズルヘッド
32e センターボディのアーチ面
33 処理ガスノズル(処理ガス噴出部)
33X 上側ノズル(第1処理ガス噴出部)
33Y 下側ノズル(第2処理ガス噴出部)
33e 処理ガスノズルのアーチ面
34 カーテンガスノズル
34e カーテンガスノズルのアーチ面
50(50L,50C,50R) モータ
70(70L,70R) 距離センサ(検出手段)
70L 第1距離センサ(第1検出手段)
70L 第2距離センサ(第2検出手段)
80 回転制御手段
90 被処理基材
90a 被処理面
91(91L,91R) ループ状曲げ部分
91L 第1ループ状曲げ部分
91R 第2ループ状曲げ部分
Claims (12)
- 連続するフィルム状又はシート状の基材を放電空間でプラズマ処理する方法であって、
互いの間に前記放電空間となるギャップを形成する一対のロール電極を用意し、
前記基材を、その被処理面が表側になるようにして一方のロール電極の周面の一側に巻き付けるとともに、前記ギャップに通してギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げ、再び前記ギャップに通して他方のロール電極の周面の前記一方の電極と同じ側に巻き付けた状態で、前記ロール電極どうしを互いに同方向に回転させ、しかも、前記ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面の全体をフリー状態としたことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記一方のロール電極の回転速度を、他方のロール電極の回転速度に対して可変調節することにより、前記基材の前記ループ状曲げ部分の長さを調節することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
- 連続するフィルム状又はシート状の基材を放電空間でプラズマ処理する装置であって、
互いの間に前記放電空間となるギャップを形成する一対のロール電極と、
これらロール電極の回転制御手段と、を備え、
前記基材が、その被処理面が表側になるようにして一方のロール電極の周面の一側に巻き付けられるとともに、前記ギャップを通してギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げられ、再び前記ギャップを通して他方のロール電極の周面の前記一方の電極と同じ側に巻き付けられ、しかも、前記ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面の全体がフリー状態となるようにして、前記回転制御手段にて各ロール電極を回転制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記基材の前記ループ状曲げ部分の長さを検出する検出手段を、更に備え、
前記回転制御手段が、前記検出手段の検出値に応じて、前記一方のロール電極の回転速度を、他方のロール電極の回転速度に対して可変調節することを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。 - 前記検出手段が、非接触センサであることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。
- 各ロール電極の軸線がほぼ水平に向けられ、前記基材が、各ロール電極の上側部に巻き付けられ、前記ループ状曲げ部分が、前記ギャップからフリー状態で垂下されていることを特徴とする請求項3〜5の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 処理ガスを前記ギャップより前記ループ状曲げ部分とは反対側からギャップに向けて噴出す処理ガス噴出部を含むノズルヘッドを、更に備えたことを特徴とする請求項3〜6の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ノズルヘッドが、前記ロール電極の周面に沿うアーチ面を含むことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ処理装置。
- 前記ループ状曲げ部分の内部に、処理ガスをギャップに向けて噴出す処理ガス噴出部を設けたことを特徴とする請求項3〜6の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 処理ガスを前記ギャップより前記ループ状曲げ部分とは反対側からギャップに向けて噴出す第1処理ガス噴出部と、処理ガスを前記ループ状曲げ部分の内部からギャップに向けて噴出す第2処理ガス噴出部と、を備えたことを特徴とする請求項3〜6の何れかに記載のプラズマ処理装置。
- 連続するフィルム状又はシート状の基材を放電空間でプラズマ処理する装置であって、
中央のロール電極と、この中央ロール電極を挟むようにしてその両側にそれぞれ配置された第1、第2の側部ロール電極と、
これら3つのロール電極の回転制御手段と、を備え、
前記中央ロール電極と前記第1側部ロール電極との間に前記放電空間となる第1ギャップが形成され、
前記中央ロール電極と前記第2側部ロール電極との間に他の放電空間となる第2ギャップが形成され、
前記基材が、その被処理面が表側になるようにして前記第1側部ロール電極の周面の一側に巻き付けられるとともに、前記第1ギャップを通して第1ギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げられて第1ループ状曲げ部分を形成し、再び前記第1ギャップを通して中央ロール電極の周面の前記第1側部電極と同じ側に巻き付けられ、さらに、前記第2ギャップを通して第2ギャップより前記巻き付け側とは反対側においてループ状に曲げられて第2ループ状曲げ部分を形成し、再び前記第2ギャップを通して前記第2側部ロール電極の周面の前記第1側部ロール電極及び中央ロール電極と同じ側に巻き付けられ、しかも、前記第1ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面全体と第2ループ状曲げ部分の少なくとも被処理面全体とがフリー状態となるようにして、前記回転制御手段にて各ロール電極を回転制御することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記第1ループ状曲げ部分の長さを検出する第1検出手段と、前記第2ループ状曲げ部分の長さを検出する第2検出手段とを、更に備え、
前記回転制御手段が、前記中央ロール電極を等速回転させるとともに、前記第1検出手段の検出値に応じて前記第1側部ロール電極の回転速度を可変調節し、前記第2検出手段の検出値に応じて前記第2側部ロール電極の回転速度を可変調節することを特徴とする請求項11に記載のプラズマ処理装置。
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