JP2015185494A - プラズマ処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、長時間の使用においても均一な処理及び成膜を確保するプラズマ処理装置とプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】
基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理装置において、大気圧プラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理室と、前記大気圧プラズマ処理室に設けた基材搬送開口部を介して前記大気圧プラズマ処理室の前後に接続した前室及び後室とを有し、前記前室と前記後室に設置した仕切り板によって容積が変動する調整機構を備えていること、を特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明はロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、連続処理時に問題になる処理ガスの外気混入や漏れを防ぎ、長時間の使用においても品質の一定した処理を確保したものを得るための技術に関する。

現在、反射防止フィルムやガスバリアフィルム等などに用いられている機能性フィルムは、フィルム基材の表面に塗布するウェットコーティング法や、スパッタリングやプラズマＣＶＤ等の真空蒸着法により、機能性膜を形成することで製造している。

プラズマ処理は元来真空下で行われ、高い電子温度を持つが低いガス温度で存在できるという非平衡状態を利用したものである。この高いエネルギーを利用し緻密な処理や膜の作成が可能な点から、高付加価値品の用途で様々使用されている。また、近年、大気圧下で不可能であった全路破壊のグロー放電が可能になり、大掛かりな真空設備を必要としないことからその利用範囲の拡大が期待されている。

例えば、フィルム基材上に機能性膜を形成する際に、基材と機能性膜の密着性が悪い、品質特性が十分に発揮できない等の問題が発生する場合、機能性膜を形成する前に基材の表面を大気圧プラズマ処理で処理する方法が提案されている。

大気圧プラズマ処理は大気下での処理では大掛かりな設備を必要としない変わりに、処理環境の管理が難しくなり、処理場での環境に大きく左右することが知られている。

特許文献１には、処理ガス成分の漏れや外気の混入を防止するためチャンバー外に緩和室を設けている。緩和室の外側に開閉機構を有する扉を設け、処理時には閉、搬送時には開とすることでその役割を果たしている。

特開２００１−１０２１９８号公報

しかしながら、被処理物がロールｔｏロール方式で用いられる連続シート状である場合には、扉の開閉が困難ないしは不可能である。また、処理ガスの漏れを防止するため扉開時にチャンバー内の真空度を上げると外部から外気が入りやすくなり、一方で外気の混入を防ごうとするとチャンバー内の真空度はあまり低くない方が望ましいため、真空度のコントロールは難しいことが予想される。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、ロールｔｏロール方式で基材を搬送しつつ、基材に大気圧プラズマ処理を行う装置および処理方法において、処理ガスの外気混入や漏れを防ぎ、長時間の使用においても品質の一定した処理を確保したものを得るための技術を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理装置において、大気圧プラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理室と、前記大気圧プラズマ処理室に設けた基材搬送開口部を介して前記大気圧プラズマ処理室の前後に接続した前室及び後室とを有し、前記前室と前記後室に設置した仕切り板によって容積が変動する調整機構を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、プラズマ処理時に前記プラズマ処理室が陽圧であり、前記プラズマ処理室の容積が前記前室と前記後室よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記３室の容積量がプラズマ処理室＜後室＜前室の関係にあることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置である。

本発明の請求項４に係る発明は、前記プラズマ処理室にガス導入口を設け、前記前室と前記後室に排気口を設けることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。

本発明の請求項５に係る発明は、前記前室および後室の開口部に可動ロールが設置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。

本発明の請求項６に係る発明は、前記大気圧プラズマ処理において、前記処理室と前記前室の圧力差が２０〜１００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ処理装置である。

本発明の請求項７に係る発明は、基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理装置において、大気圧プラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理室と、前記大気圧プラズマ処理室に設けた基材搬送開口部を介して前記大気圧プラズマ処理室の前後に接続した前室及び後室とを有し、前記前室と前記後室に設置した仕切り板によって容積が変動する調整機構を備えていることを特徴とするプラズマ処理方法である。

本発明の請求項８に係る発明は、プラズマ処理時に前記プラズマ処理室が陽圧であり、前記プラズマ処理室の容積が前記前室と前記後室よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理方法である。

本発明の請求項９に係る発明は、前記３室の容積量がプラズマ処理室＜後室＜前室の関係にあることを特徴とする請求項７または８に記載のプラズマ処理方法である。

本発明の請求項１０に係る発明は、前記プラズマ処理室にガス導入口を設け、前記前室と前記後室に排気口を設けることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のプラズマ処理方法である。

本発明の請求項１１に係る発明は、前記前室および後室の開口部に可動ロールが設置されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載のプラズマ処理方法である。

本発明の請求項１２に係る発明は、前記大気圧プラズマ処理において、前記処理室と前記前室の圧力差が２０〜１００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載のプラズマ処理方法である。

本発明のプラズマ処理装置および処理方法によれば、ロールｔｏロールの大気圧プラズマ処理において、連続処理時に問題になる処理ガスの外気混入や漏れを防ぎ、長時間の使用においても品質の一定した処理を確保したものを得ることができる。

請求項１と７の発明に拠れば、処理室の他に前室と後室を設けそれらの容積を可変にすることで排気する容積を変え、排気ポンプの容量を大きくすることなく処理ガスの外気混入や漏れを防ぐことできる。

請求項２と８の発明に拠れば、処理室の容積を前室と後室より小さくすることで陽圧にし、処理ガス中に外気が混入することを防止することができる。

請求項３と９の発明に拠れば、容積量の順を処理室＜後室＜前室とすることで、基材搬送に伴う風量による圧力差を打消し、排気量を調整することなく容量の同じ排気ポンプを用いることができる。

請求項４と１０の発明に拠れば、処理室にガス導入口を設け、前室と後室に排気口を設けることで処理室を陽圧に前室と後室を負圧にすることができ、排気口により処理ガスと入りこんだ外気が回収することができる。

請求項５と１１の発明に拠れば、処理ガスの導入量や排気容積の変化に加えて各室の気密性を調整することでも圧力差を調整することが可能になり、外気混入や漏れを防ぐことできる。

請求項６と１２の発明に拠れば、速い流れを生む大きな圧力差は処理の均一性を損なう恐れや設備の大型化が必要になるため、２０〜１００Ｐａ程度の圧力差以下の条件で行うことにより、外気混入や漏れを防ぐことができる。

従来のロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理法の説明図である。 本発明の大気下でのロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理法の説明図である。

図１は従来の大気圧プラズマのロールｔｏロール方式を用いたプラズマ処理法の説明図である。基材１０の巻出しロール１１、プラズマ処理場１２、処理したフィルムを巻き取る巻取りロール１３を備える構成である。

真空下でのプラズマとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の処理やスパッタやプラズマＣＶＤ、プラズマ銃を用いたプラズマアシスト蒸着等の成膜が行われる。電力供給は一般的な直流電源（ＤＣ）や交流電源（ＲＦ）の他にパルスＤＣ等も使用されている。

図２は本発明の大気下でのロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理装置の説明図である。本発明のプラズマ処理装置には、基材巻出しロール１１側から前室１４、プラズマ処理を行うプラズマ処理室１５、巻取りロール１３側に後室１６を有している。

プラズマ処理室１５ではガス導入口１７から処理ガスが導入され、前室１４と後室１６にはガス排気口１８が設置され、ガスの排気はガス排気口１８で行われる。プラズマ処理室１５には、プラズマ発生するための電極対１９が基材１０両面の位置に設置されている。

本発明のプラズマ処理装置には、ロールｔｏロールで行うためにプラズマ処理装置の前室１４と処理室１５の間と、プラズマ処理室１５と後室１６の間に基材１０が搬送するための開口部が設けられており、それぞれの開口部に各開口部を調整するための可動ロール２１を備えている。基材１０は前室１４、プラズマ処理室１５、後室１６の各室の基材搬送開口部２３を順次通過することによってプラズマ処理が行われる。

さらに、本発明のプラズマ処理装置には、前室１４と後室１６に各室の圧力調整するための仕切り板２０が設置されている。仕切り板２０が上下方向に可動することによって各室の容積を調整することができる。さらには、前室１４とプラズマ処理室１５の差圧を測定するために差圧計２２が設置されている。

ロールｔｏロールでプラズマ処理を行う場合、長時間においてプラズマ処理室１５の大気混入や処理ガス漏れを防ぐ必要がある。本発明のプラズマ処理装置では、プラズマ処理室１５の処理ガスを導入するガス導入口１７から処理ガスを導入し、前室と後室のガス排気口１８から空気を引く機構を設けて、さらに前室１４と後室１６には各室の容積を可変できる仕切り板２０を設置する。仕切り板２０を設置して前室１４と後室１６から空気を引く際に前室１４と後室１６の容積を小さくすることにより、排気ポンプの容量を大きくすることなく処理を進めることができる。

さらには、プラズマ処理室１５を陽圧にすることによって、処理ガス中に外気が混入することを防止することができる。

前室と後室の減圧レベルとしてはプラズマ処理室１５と前室１４及びプラズマ処理室１５と後室１６の差圧を２０〜１００Ｐａの圧力差で制御するのが好ましい。

各部屋の容積は可変であり、図には仕切り板２０によって調整される方法を示しているが、部屋を形成する１面自体が可動する等の方法でも問題なく、図の限りでない。

排気する容積を変えることで、排気量の大きいポンプに変えることや排気量の調整を行う必要がなくなり、新たな購入が必要なく簡便に行うことができる。

部屋を繋ぐ基材搬送開口部２３には可動ロール２１を設置することで開口部面積の調整を行うことで気密性と気体の流れを制御することができる。

各部屋は差圧計２１によって圧力差が測定され、部屋の容積等によって適当な値で制御する。

プラズマ処理場の電極構造は、平行平板のダイレクト方式を示しているが、片方の電極が搬送用のロールであるロールダイレクト方式や、平行平板電極間にプラズマを発生させその上部からプロセスガスを流すことでプラズマ活性種を基材と反応させるリモート方式でも可能である。

以下、本発明の実施例について説明する。図１に示すようなロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理法と、図２に示す本発明のロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理法に対し、７５μｍ厚のＰＥＴ基材に投入電力とＬＳを調整し、処理ガスとして窒素を使用した場合を示す。
まず、処理ガスの外気混入の影響を見るため、ジルコニア式酸素センサーを用いて確認を行った。
通常の大気圧プラズマ処理の場合は大気が処理ガスに混入し、プラズマ処理室が0.5%程度の酸素濃度であることが確認されたが、測定本発明の大気圧プラズマ装置の場合は可変ファクターを制御することで測定下限値以下であることが確認された。

同様に基材搬送入口・出口に酸素センサーを用いて処理ガスの外気への漏れを確認した。通常の大気圧プラズマ処理の場合は0.1％の酸素濃度の変化が確認され若干の漏れが確認されたが、本発明の大気圧プラズマ装置の場合は可変ファクターを制御することで測定値の変化がなく漏れが無いことが確認された。

最後に処理の状態を確認した所、通常の大気圧プラズマ処理の場合は処理した基材の処理度もばらけたものが作成されたが、本発明の大気圧プラズマ処理では、ほぼ均一な処理度のものが作成された。

ロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、連続処理時に問題になる処理ガスの外気混入や漏れを防ぎ、長時間の使用においても品質の一定した処理を確保したものを得ることができるため有効である。

１０・・・基材
１１・・・巻出しロール
１２・・・プラズマ処理場
１３・・・巻取りロール
１４・・・前室
１５・・・プラズマ処理室
１６・・・後室
１７・・・ガス導入口
１８・・・ガス排気口
１９・・・電極対
２０・・・仕切り板
２１・・・可動ロール
２２・・・差圧計
２３・・・基材搬送開口部

Claims (12)

1. 基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理装置において、
   大気圧プラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理室と、前記大気圧プラズマ処理室に設けた基材搬送開口部を介して前記大気圧プラズマ処理室の前後に接続した前室及び後室とを有し、前記前室と前記後室に設置した仕切り板によって容積が変動する調整機構を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. プラズマ処理時に前記プラズマ処理室が陽圧であり、前記プラズマ処理室の容積が前記前室と前記後室よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記３室の容積量がプラズマ処理室＜後室＜前室の関係にあることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記プラズマ処理室にガス導入口を設け、前記前室と前記後室に排気口を設けることを特徴とする請求項１から３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記前室および後室の開口部に可動ロールが設置されていることを特徴とする請求項１から４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記大気圧プラズマ処理において、前記処理室と前記前室の圧力差が２０〜１００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１から５に記載のプラズマ処理装置。
7. 基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理装置において、
   大気圧プラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理室と、前記大気圧プラズマ処理室に設けた基材搬送開口部を介して前記大気圧プラズマ処理室の前後に接続した前室及び後室とを有し、前記前室と前記後室に設置した仕切り板によって容積が変動する調整機構を備えていることを特徴とするプラズマ処理方法。
8. プラズマ処理時に前記プラズマ処理室が陽圧であり、前記プラズマ処理室の容積が前記前室と前記後室よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理方法。
9. 前記３室の容積量がプラズマ処理室＜後室＜前室の関係にあることを特徴とする請求項７または８に記載のプラズマ処理方法。
10. 前記プラズマ処理室にガス導入口を設け、前記前室と前記後室に排気口を設けることを特徴とする請求項７から９に記載のプラズマ処理方法。
11. 前記前室および後室の開口部に可動ロールが設置されていることを特徴とする請求項７から１０に記載のプラズマ処理方法。
12. 前記大気圧プラズマ処理において、前記処理室と前記前室の圧力差が２０〜１００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項７から１１に記載のプラズマ処理方法。

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