JP2671220B2 - プラズマ処理−重合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ処理とプラズマ重合とを同一装置
内で少なくとも一回ずつ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に安定かつ均一に
効率よくプラズマ処理及びプラズマ重合する為の装置に
関する。

（従来の技術） 最近、膜、フィルム、布、繊維集合体等の高付加価値
化、高機能化に伴ないそれらの試料の均一なかつ高効率
の処理装置の要望が高まってきたが、プラズマ処理とプ
ラズマ重合とを単一装置内で連続して行なえる装置につ
いては、その要望に答えるものは未だ提案されていな
い。例えば特開昭62−257455号公報では、プラズマ処理
用の真空容器とプラズマ重合用の真空容器とを直列に並
べ２種の処理を行なえる装置の提案をしている。又、特
開昭57−195753,57−195754号公報には、プラズマ処理
用の真空容器を２個並べフィルムの両面をプラズマ処理
可能にした装置の提案を行っている。

これらの提案はいずれも、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
の数と同数の真空容器が必要となり極めて大がかりな装
置となるばかりか、処理の種類やその順序を任意に変え
る事も出来ない。

（本発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的とする処は、幅広の試料を効率よくプラ
ズマ重合する装置を提供するにあり、他の目的は幅広の
連続試料を単一の真空容器内でプラズマ処理し連続して
プラズマ重合、更に必要ならば重ねてプラズマ処理、或
はプラズマ重合ができる装置を提供するにある。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は、真空容器中に少なくとも、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、上記接地電極が前記電力導入部に
接続されかつ放射状に外へ向かって接地されており、か
つ上記非接地電極とそれに対向する接地電極及びガス導
入孔よりなるプラズマ処理空間及びプラズマ重合空間と
を少なくとも一ヶ所有することを特徴とするプラズマ処
理−重合装置でる。

本発明のプラズマ処理とは、処理試料の表面に重合膜
の形成を伴なわない例えばエッチング、スパッタリン
グ、架橋構造の形成、−OH,−NH,−COOH等官能基の形
成、励起種の生成反応等を言う。

また本発明のプラズマ重合とは、処理試料の表面に重
合膜、CVD膜、グラフト重合膜等の形成を伴なう反応を
言う。

本発明で適用される処理物としては膜、フィルム、シ
ート及び布或いは繊維、糸等の平面状或いは比較的厚さ
が薄い物であれば特に限定されない。

第１図、第２図は本発明の一実施態様を示す装置の正
面概要図、及び第３図は第１図の側面概略図を示す。

第１図は処理布の巻き出し、巻き取りローラーとプラ
ズマ処理室が別々の真空容器に設置されたもの、また第
２図は１個の真空容器中に処理布の巻出し、巻取りロー
ラー、とプラズマ処理室とを有するものを示すが、真空
容器の形、及び個数は特に限定されるものではない。１
は非接地電極、２は接地電極、3,4は処理物を通す為の
ガイドローラー或いは駆動ローラー、22,23は真空容器
であり、５は電力導入部、６は５から非接地電極１へ分
岐する電力接続部、第３図の7,8は電力導入部５を支持
しかつ真空容器と電気的に絶縁する為の絶縁材、９は高
周波電源からの電力導入部、10は処理物、11はプラズマ
処理空間Ａ中へ通じるプラズマ処理用ガスの導入孔であ
る。第１図、第２図では、プラズマ処理用ガスの導入孔
は接地電極で２の表面に存在するが、プラズマ処理空間
ならば場所は特に限定する必要はないが、電極表面上が
効率、反応の選択性の点でより好適である。第３図の16
は処理用ガスの処理容器への配管、15は処理容器を真空
にするべく真空ポンプに通じた配管である。12はプラズ
マ重合空間Ｂを区画するカバーであり、13は重合性ガス
の導入孔である。カバーの形状は特に限定されない。
又、重合性ガスの導入孔の形状も目的にかなうならば特
に限定しないが、通常数mm以下の小孔又は1mm程度のス
リットがよい。重合性ガスの導入は流量計にて測定す
る。14はローラー等処理物の誘導手段を支持するフレー
ムである。18,19は巻出、巻とりローラー、24は処理物
の通路、25は処理装置を真空容器に出入する為のガイド
レールである。

真空容器22,23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、通常処理
物、電極等を出し入れする為の開閉装置は必要であり、
内部を見る為ののぞき窓を設けることが好ましい。

非接地電極１は第1,2図に示すように複数個であり、
お互いに電力導入部５から６を介して放射状に外へ向っ
て設置される。１と６は必ずしも直線でなくてもよい。
又、非接地電極間のなす角は一定でなくてもよい。接地
電極の表面２は非接地電極１の表面と対向しており、好
ましくは対向する電極の表面間の距離を一定とする。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１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，凹みのな
い平板が好ましい。

非接地電極１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。

プラズマ用の電力の導入は、電力導入部５により集中
的に行なう。各非接地電極１へは電力導入部５より６を
通じて電力の導入を行なうが、電力導入部５から各非接
地電極１までの電気抵抗及び距離は等しい方が電力のバ
ランスという点で好ましい。電源は、電力導入部が１ヶ
所である為に、単一電源が使用できるので、複数個の電
源を使った時の各電源間の発振周波数等のずれによる高
周波の相互干渉、プラズマのアンバランズは殆んどなく
なる。

非接地電極１及び接地電極２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。また温調装置或いは冷
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、プラズマエッチング
等）に応じた最も適切な温度に基板温度を設定できる。

好ましくは、プラズマ処理空間での温度と、プラズマ
重合空間での温度の設定を変更する事により，各々の処
理の効果を最大限に引き出す事ができる。この為には、
プラズマ処理空間の電極の温調とプラズマ重合空間での
電極の温調は別系統にする必要がある。

プラズマ空間の真空度は、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に調節する。
真空度の調整は排気速度と共に処理用ガス或いは重合性
ガスの導入により行なう事が出来るが、目的とする処理
を好ましく行なう為には、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ことが導
入ガスと分解ガスの比率にムラがなくなり、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。

プラズマ処理空間Ａでは、非重合性のガス例えばO₂，
N₂,Ar,Cl₂等の低温ガスプラズマにより処理試料を処理
し、処理表面に凹凸を形成したり、各種官能基を形成さ
せ活性化するものである。又プラズマ重合空間Ｂでは、
重合性ガス例えばCH₄，C₂H₆，C₃H₈，C₆H₆,MMA,MA,…の
低温ガスプラズマで処理し、試料表面にそれらモノマー
のプラズマ重合膜を形成させる。これら処理順として
は、プラズマ処理→プラズマ重合、プラズマ重合→プラ
ズマ処理、プラズマ処理→プラズマ重合→プラズマ処
理、プラズマ重合→プラズマ処理→プラズマ重合、プラ
ズマ処理→プラズマ重合→プラズマ処理→プラズマ重合
等、プラズマ処理及びプラズマ重合が各々１ヶ以上入っ
ておればよく、目的に応じて選択できる。

プラズマ処理及びプラズマ重合の効率化及び異種の反
応の防止には、導入ガスをいかに効率よくプラズマ化し
処理物表面に当てるか、及び分解ガスをいかに効率よく
処理物表面より除去・排出するかに大きく影響される。
導入ガス及び分解ガスを効率よく置換する為には、接地
電極同士を結んだカバーを取り付けることが有効で好ま
しい。カバーの材質は絶縁物でも導電性物質でもよい
が、好ましくは電極材料と同質のもの、例えばステンレ
ス、アルミニウム、銅板等であり、更に好ましくは中央
部にプラズマ空間を監視できる透視窓を有するのがよ
い。透視窓の材質は、透視可能ならば有機物でも無機物
でもよいが、耐プラズマ性，耐熱性にすぐれた無機質、
例えばガラス、無機結晶等がよい。またカバーは接地さ
れている方がよく、この場合カバーと非接地電極の間隔
は、プラズマの安定性，均一性の点で、接地電極と非接
地電極の間隔より大きい方がよい。

連続した処理物をプラズマ空間に走行させるためのロ
ーラー3,4の材質は、処理物に比べてエッチング性の小
さく、耐熱性に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
ムコーティング等がよい。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と加
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、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。

次に、本発明装置の好適な実施態様を以下に整理して
おく。

（イ） 非接地電極表面が平面状である特許請求の範囲
第１項記載の装置。

（ロ） 非接地電極表面が凸面状である特許請求の範囲
第１項記載の装置。

（ハ） 非接地電極表面が凹面状である特許請求の範囲
第１項記載の装置。

（ニ） 非接地電極表面と接地電極表面が等距離に対向
する特許請求の範囲第１項記載の装置。

（ホ） 非接地電極表面及び／又は接地電極表面が温調
可能である特許請求の範囲第１項記載の装置。

（発明の効果） 本発明のプラズマ処理−重合装置では、電力導入部か
ら非接地電極までの距離を等しくとる事が出来る為に、
複数個の非接地電極に各々同一位相の電力を導入する事
ができ、大面積で連続した処理物を極めて効率よく処理
できるようになった。又、各電極への電力導入部を統一
できた為に、単一の電源で済むようになった。従って、
従来の多層化電極を有するプラズマ処理装置に見られた
複数の電極間でのプラズマの相互干渉及び複数の電源間
での相互干渉が防止でき、安定した運転が可能となり、
安定した品質が得られるようになった。

更に、各段階のプラズマ処理やプラズマ重合が同一の
装置内で連続して実施でき、又それらの実施に何等特別
の装置を必要としない等、従来の装置に比較して極めて
コンパクトかつシンプルな装置となり、工業的な応用も
格段に広がるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プラズマ処理室と処理物の巻き出し、巻き取
りローラーとが別の真空容器中に設置されたプラズマ処
理−重合装置の本発明例であり、第３図はその側面概略
図を示す。第２図はプラズマ処理室及び処理物の巻き出
し巻き取りローラーを同一真空容器中に具備するプラズ
マ処理装置の正面概略図を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器中に少なくとも、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
   に接続されかつ放射状に外へ向かって設置されており、
   かつ上記非接地電極とそれに対向する接地電極とガス導
   入孔とよりなるプラズマ処理空間及びプラズマ重合空間
   とを少なくとも１ヶ所ずつ有することを特徴とするプラ
   ズマ処理−重合装置。