JP2646457B2

JP2646457B2 - プラズマ処理−イオンプレーティング処理装置

Info

Publication number: JP2646457B2
Application number: JP27663388A
Authority: JP
Inventors: 義和近藤; 由紀夫津田
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JPH02122070A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、プラズマ処理とイオンプレーティング処理
を同一装置内で実施できる装置に関する。更に詳しく
は、膜、フィルム、布、繊維集合体、等平面状或は比較
的厚さが薄く巾の広い長尺の試料を連続して安定かつ効
率よくプラズマ処理及びイオンプレーティング処理を行
う装置に関する。

（従来の技術）最近、膜、フィルム、布帛、繊維集合体等の高機能
化、高付加価値化を実現する為にそれらの試料に金属、
セラミック、有機物、無機化合物等をイオンプレーティ
ング処理にてコーティングする要望が高まっているが、
現状では連続して均一かつ効率よく処理する装置はな
い。

例えば、特公昭63−35751号公報、特公昭63−35752号
公報では、プラズマ処理の後に真空蒸着或はイオンプレ
ーティングを実施する装置を提案しているが、この提案
では単位処理につき各１個の処理室が必要であり其のた
めに、各処理室の仕切装置や全体の大きさが過大とな
り、又処理順が容易に変更できない等、十分ではない。
特開昭58−120876号公報では、イオンボンバードの後又
は同時に金属被覆を行う装置を提案しており、イオンボ
ンバードゾーンと金属被覆ゾーンとよりなるが、その真
空度は同一であり、各ゾーンの作用が不完全であったり
或は、両ゾーンの効果が混合したりし、必ずしも完全と
は言えない。これらの提案は、一つの真空容器では一種
の処理しか出来ず、複数の処理をする場合には、その処
理の数と同数の処理容器が必要となり極めて大掛りな装
置となるか、或は処理の種類やその順序を任意に変える
事も出来ないか、或は２つの処理の効果の純粋性の確保
が困難である。即ち、比較的大きな試料についてはプラ
ズマ処理や、プラズマ重合及びイオンプレーティング処
理が同時に行える装置は未だ提案されていないのが現状
である。

（発明が解決しようとする問題）本発明の目的とするところは幅広の試料を効率よくイ
オンプレーティング処理する装置を提案するにあり、他
の目的は、同一の容器でイオンプレーティング処理の前
処理としてのプラズマ処理（プラズマ重合も含む）を行
い、次いで連続してイオンプレーティング処理を行いう
る装置を提案するにある。

（問題を解決する為の手段）本発明のプラズマ処理−イオンプレーティング処理装
置は、真空容器内に少なくとも、複数個の非接地電極
と、該非接地電極に対向した接地電極と、処理物を非接
地電極と接地電極の間に通す為の誘導手段と、非接地電
極群の中央部に配置した電力導入部とを有したプラズマ
処理装置に於て、上記非接地電極が前記電力導入部に接
続しかつ放射状に外へ向かって配置されており、かつイ
オンプレーティング処理空間を有することを特徴とす
る。

本発明で適用される処理物としては、膜、フィルム、
布帛、繊維構造物等の平面状の物、或は比較的厚さが薄
いものに好ましく適用できる。

真空容器は内外圧差１気圧に耐える真空容器であれば
形状、大きさは特に限定されないが、処理物、電極を出
入する為の開閉装置は必要であり、また内部を見る為の
のどき窓を設けることが好ましい。非接地電極４は第１
図に示すように複数個でありお互に電力導入部２から電
力伝達路３を介して外部に向かって設置する。３と４は
必ずしも直線でなくてもよい。又、複数の非接地電極の
なす角は一定でなくてもよい。接地電極の表面５は非接
地電極４の表面と対向し、好ましくは表面間の距離を一
定とする。本発明装置は、同一容器内に少なくとも１ヶ
のプラズマ処理空間とイオンプレーティング処理空間と
を有する。プラズマ処理空間は、中央部の電力導入部２
から放射状に伸びた非接地電極４と、それを挾んで対向
する接地電極５とよりなる。尚、イオンプレーティング
処理空間はプラズマ処理空間より真空度を高くする為に
差動排気装置と差圧保持装置を設けることが好ましい。

第１図は、本発明装置の一例を示す正面概略図であ
り、第２図は正面概略図のＷ−Ｚ切断面、第３図はＸ−
Ｙ切断面を示す。第１図中の１は真空容器であり、２は
電力導入部、３は２からプラズマ処理空間の非接地電極
４への電力の伝達路、４はプラズマ処理或はプラズマ重
合用の非接地電極、５はプラズマ処理或はプラズマ重合
用の接地電極である。６はプラズマ処理用のガス又はプ
ラズマ重合用のモノマーの導入孔である。７はイオンプ
レーティング処理用でのカソード電極兼処理物の接触走
行台であり、８は蒸着用加熱炉、9,9′はイオン化用プ
ラズマ発生の電極、10はインピーダンスマッチング装
置、11はイオン化用プラズマ電源、12はイオン種の加速
用電源、13は加熱炉の電源、14は電流計、15はプラズマ
発生用ガスの導入孔、16は差動排気装置に通じる通路で
ある。18,19は処理物21の巻出し、巻取りローラー、20,
21,22は処理物29の走行ガイドローラーである。17はイ
オンプレーティング処理空間と他の空間との圧力差を保
持する為のシール部である。

第２図は第１図のＸ−Ｙ切断面図である。24はプラズ
マ処理及び／又はプラズマ重合用の電極へ通じる電力伝
達部、23は電力伝達部と容器との絶縁部、25は処理用ロ
ーラー及び電極板等を支えるフレーム、26,27は前方或
は後方への開閉用のフタである。

第３図は、第１図のＷ−Ｚ切断面図である。第4a〜ｃ
は、第１図のシール部17の詳細な図面であり、ａはラビ
リンスシール、ｂはリップル方式、ｃはシールローラー
方式での差圧保持装置である。差圧は通常、△Ｐ＝0.1
〜1torr程度である。シール部で処理物と接触する可能
性のある部分は、処理物の表面に傷が付かないように比
較的軟材料例えばプラスチック、軟金属、軟セラミック
で、かつ表面を滑らかな形状とする方が好ましい。即
ち、プラスチック製のラビリンスの山、プラスチックや
ゴム製のリップル、プラスチックやゴムのコーティング
を有するシールローラー等が好ましい。

処理容器１は最大差圧１気圧に耐え得るものであれば
特に材質の特定はないが、イオンプレーティング処理空
間はガスの吸脱着しにくい金属、あるいは樹脂コーティ
ング、ガラスコーティング等で処理したものが好まし
い。プラズマ用の電力の導入は電力導入部２より集中的
に行う。各非接地電極へは中央部に配置した電力導入部
２より３を通じて伝達するが、電力導入部２より非接地
電極４までの電気抵抗、距離は等しい方が電力のバラン
スという点で好ましい。本発明装置では、電源は電力導
入部が１ヶ所である為に単一の電源が使用でき、複数個
の電源を使用した時に比べて高周波の相互干渉、プラズ
マのアンバランスは殆どなくなる。

非接地電極４には、プラズマ発生用の50Hz,60Hzの商
業用周波数、キロヘルツの低周波数及びメガヘルツから
ギガヘルツ領域の高周波数の電力を導入して、接地電極
との間で低温ガスプラズマを発生させる。低温ガスプラ
ズマの安定した発生の為には、数KHzから数十KHzの低周
波或いは高周波が好ましいが、13.56MHzの高周波が処理
効率、処理コスト等の点で特に好ましい。

非接地電極の形状は目的に応じて平板状、凸面状、凹
面状と使い分ける事が出来る。又、接地電極の形状は通
常平板状でよいが、非接地電極との電極間距離を均一に
保つという点より、非接地電極の形状に応じて平面状、
凹面状、凸面状とする事も出来る。電極間距離は、入力
エネルギー、電極形状、真空度、処理速度、及びプラズ
マエッチングかプラズマ重合かプラズマCVDかという処
理方法により異なるが、一般的に真空度が小さく、入力
エネルギーが小さい場合は狭くする方がよく、通常10cm
以下、好ましくは5cmである。例えば酸素プラズマの場
合で真空度が1mmHg程度では、0.5〜3cm程度が効果的で
ある。電極／及び２の材質は導電性の高い金属、例えば
アルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼、及びそれらの各
種金属メッキ物などが好ましい。形状としては平板、パ
ンチング板或いはメッシュ（金網）等使用できるが、入
力電力が0.1W/cm²以上では孔，凹部のない平板が好まし
い。

非接地電極４及び接地電極５は、内部に温調用媒体の
通路を設けて温調可能、殊に冷却可能にする事が好まし
い。媒体としては流動性のあるものならばすべて使用し
うるが、電気的に絶縁物である純水、有機溶媒や各種熱
交換用のガス、蒸気が好ましい。また温調装置或は冷却
装置としては、冷媒の通った蛇管或いはジャケットを電
極に設置するのが好ましい。非接地電極及び／又は接地
電極を温調することにより、各種プラズマ処理（例えば
プラズマ重合、プラズマCVD、プラズマエッチッグ等）
に応じた最も適切な温度に基板温度を設定でき、各々の
処理の効果を最大限に引き出す事ができる。

プラズマ処理空間の真空度は、低温ガスプラズマが安
定して発生する領域すなわち通常0.01〜10mmHg、好まし
くは0.1〜5mmHg、更に好ましくは0.2〜1mmHgに調整す
る。真空度の調整は、排気速度と共にガス或いはモノマ
ーガスの導入により行う事が出来るが、目的とする処理
を好ましく行う為には、導入ガスの調整による方が好ま
しい。

ガスの導入は、ガス導入管６を通じて、処理物の処理
面側に吹き出すことが好ましい。この事により、処理物
の処理面には常に新しい導入ガスが接触し、さらにプラ
ズマ処理により発生した分解ガスは効率的にプラズマ空
間より排出される。ガス導入配管のガス吹出し口の形状
は、細長いスリット状か小孔を多数有するものが、また
ガス吹き出し口は電極の全巾に亘って存在するものが導
入ガスと分解ガスの比率にムダがなくなり、安定した処
理効果が得られ好ましい。ガス導入配管の材質は、プラ
スチック等有機物も使用しうるが、長期に亘り安定して
使用する為には、化学的に安定で耐プラズマ性が高く、
高温に耐える金属、例えばステンレス管、銅管、アルミ
ニウム管或いはガラス管等が好ましい。

イオンプレーティング処理空間の真空度は通常10^-2to
rr以下、好ましくは10^-3torr以下である。反応容器中の
他の空間の圧力が高く、イオンプレーティング処理空間
の真空度を保つ必要がある場合には、シール機構を設け
ることが好ましい。蒸着熱源としてはニクロム線による
加熱、電子銃による加熱、高周波加熱等が可能である。
カソード電極７に印加する直流電圧は専用の電源から取
り、通常100V以上、好ましくは1000V以上の電圧を印加
する。

この電圧によりプラズマ中でイオン化された粒子が加
速され、試料表面に衝突し薄膜を形成する。粒子がイオ
ン化しかつ、加速されている為に成膜状態及び成膜強度
が大きい。イオンプレーティング処理に供する物質は、
金、銀、亜鉛、銅、アルミニウム等の金属、各種有機化
合物、各種無機化合物等蒸着可能なものなら目的に応じ
て利用できる。イオンプレーティングに於けるプラズマ
発生用のガスとしてはN₂,H₂,Cl₂,Ar,He,H₂O等の非重合
性のガスやCH₄,C₂H₆,C₆H₆等の重合性のガスが使用でき
る。ガスの種類や条件によって蒸着金属との化合物の膜
を作成する事が出来るので、真空蒸着やプラズマCVDや
プラズマ重合に比べてより機能性の高い薄膜を形成させ
る事が出来る。プラズマ発生用の電源としては直流、交
流、高周波電源と仕様出来るが、プラズマの発生の容易
さ、均一性、安定性等の点で高周波が優れている。又、
プラズマ発生用の電極の形としては第５図に示すように
平板状電極、リング状電極、コイル状電極等、各種の電
極の使用が可能である。

イオンプレーティング処理の順は、プラズマ処理の後
にする方が蒸着皮膜の接着力が強く好ましい。イオンプ
レーティング処理の後に、更にプラズマ重合して蒸着膜
の保護膜を成形する事は更に好ましい。本発明装置で
は、例えば上述したプラズマ処理→イオンプレーティン
グ処理→プラズマ重合の処理が、同一装置内で一度も真
空外に出す事もなく、かつ連続して処理できる大きなメ
リットがある。又、配置や処理物の通す順を変える事に
より、任意に処理の順序を変更できるなど従来装置にな
い大きなメリットも有する。

プラズマ処理空間では、非重合性のガス例えばO₂,N₂,
Ar,CO₂,Cl₂等の低温ガスプラズマにより処理物の表面に
凹凸や各種官能基を形成して活性化させるものである。
又プラズマ重合では、重合性ガス例えばCH₄,C₂H₆,C₃H₈,
C₆H₆,MMA,MAなどの低温ガスプラズマにより処理物の表
面にそれらモノマーのプラズマ重合膜を形成させる。

連続した処理物を走行させるためのガイドローラー2
0,21,22の材質は、処理物に比べてエッチング性の小さ
い耐熱性のすぐれた、例えば金属、セラミック、金属コ
ーティングセラミック或いはNBR、シリコーン等のゴム
コーティングがよい。またローラーは接地されている方
がよい。ローラーの表面は、処理物のスリップを防止す
る為に、完全な平滑さより幾分凹凸を有するものが好ま
しい。更に好ましくは、処理物の走行安定性や加熱防止
の為に、シリコーンゴム,NBRゴム,SBRゴム，フッ素ゴム
等のゴムコーティング或いはゴムチューブで被覆したも
のがよい。

以下、本発明装置の好適な実施態様を整理しておく。

（イ）プラズマ処理空間の非接地電極が平面状である
特許請求の範囲第１項記載の装置。

（ロ）プラズマ処理空間の非接地電極が凸面状である
特許請求の範囲第１項記載の装置。

（ハ）プラズマ処理空間の非接地電極が凹面状である
特許請求の範囲第１項記載の装置。

（ニ）プラズマ処理空間の非接地電極と接地電極とが
等距離に対向する特許請求の範囲第１項記載の装置。

（ホ）イオンプレーティング処理空間の真空度が10^-2
torr以下である特許請求の範囲第１項記載の装置。

（ヘ）イオンプレーティング処理空間がローラーシー
ル方式、或はラビリンス方式のシールにより他の空間と
区画されている特許請求の範囲第１項記載の装置。

（発明の効果）本発明にかかる装置は、処理物を一度も系外へ出す事
なくプラズマ処理、プラズマ重合、イオンプレーティン
グ処理等を一度に且つ連続して、又必要ならば任意の順
で実施でき、フィルム、シート、膜、布帛、繊維構造
体、等の高機能化、高付加価値化が極めて有用である。
又、非接地電極がプラズマ処理、プラズマ重合空間の中
央部に設置した電力導入部から放射状に配置されてお
り、プラズマの安定化、均一化、更に電力の効率化に極
めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施態様の正面概略図であり、
第２図と第３図は各々第１図のＸ−Ｙ断面概略図、Ｚ−
Ｗ切断面図であり、第４図は第１図のイオンプレーティ
ング処理空間のシール部の詳細な図面、第５図はイオン
プレーティング処理空間のバリエーションを示す図面で
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に少なくとも、複数個の非接地
電極と、該非接地電極に対向した接地電極と、処理物を
非接地電極と接地電極の間に通す為の誘導手段と、非接
地電極群の中央部に配置した電力導入部とを有したプラ
ズマ処理装置に於て、上記非接地電極が前記電力導入部
に接続しかつ放射状に外へ向かって配置されており、か
つイオンプレーティング処理空間を有することを特徴と
するプラズマ処理−イオンプレーティング処理装置。