JP3558320B2 - パターン形成方法及びパターン形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体の被処理面上に所定パターンを形成する方法及び所定パターン形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ポリイミドフィルムを用いたフレキシブル配線基板の製造工程においては、フィルム状被処理基材の表面を所望のパターン形状に親水化処理した後、無電解メッキなどの処理を行ない、前記基材上に導電パターンを形成する。フィルム状又はシート状の被処理体の表面を所望のパターン形状に選択的に処理する方法としては、そのパターン形状に基づいて設計したマスクを用いて、被処理体の表面を選択的にマスキングした状態で、例えば、紫外線、レーザー、又はグロー放電で処理する方法が用いられている。
【０００３】
紫外線又はレーザーを利用する方法では、被処理体の被処理表面上にマスクを配置した状態で、紫外線又はレーザーを照射する。マスクで覆われた表面については、紫外線又はレーザーがマスクで遮断され、その作用が及ばないので、処理前の表面の性状がそのまま保持される。一方、マスクで覆われていなかった表面については、紫外線又はレーザーの作用により、被処理表面の改質が行なわれる。
【０００４】
しかしながら、紫外線を用いる方法では、処理時間が長い欠点がある。また、レーザーを用いる方法では、装置が高額で、しかもレーザーの発生自体、エネルギー効率が悪いという欠点があり、大面積を同時に処理する場合には、処理時間が長くなる欠点がある。また、紫外線又はレーザーを用いる方法に共通する欠点として、処理する必要のない領域（例えば、被処理面を覆っているマスク）にも紫外線又はレーザーを照射するので、エネルギー効率が悪い欠点がある。特に、パターンが微細化してくると、全表面積中のパターン部の表面積（処理すべき領域の面積）の割合が小さくなり、パターン部の処理に用いられるエネルギー効率が低下する。
【０００５】
グロー放電を利用する方法は、減圧することができる放電容器の内部に、対向する一対の電極を設け、それらの電極間に、被処理表面上にマスクを直接接触させた被処理体を配置し、減圧装置により放電容器内の空気又はその他の気体の気圧を約１０−２〜約１０Ｔｏｒｒ程度に保った状態で、前記電極間に通常、数ＫＨｚ〜数十ＭＨｚの交流電圧を印加し、それらの電極間に発生するグロー放電の作用により前記被処理体の表面処理を行なう方法である。この方法においては、被処理体は、電極と接触しないように配置された状態で、あるいは一方の電極のみと接触するように配置された状態で交流電圧を印加する。
【０００６】
しかし、グロー放電を利用する方法では、放電容器内の気圧を低圧にするための減圧装置を必要とする。また、処理時間が元々長い欠点があるだけでなく、パターンが微細化してくると、放電で生じた表面改質に寄与すると思われるラジカルなどの化学種がパターン内の表面に作用するのに、更に時間を要するようになる。また、グロー放電を利用する方法においても、紫外線又はレーザーを利用する方法と同様に、処理する必要のない領域（例えば、表面を覆っているマスク）にもグロー放電を作用させているので、エネルギー効率が悪い欠点があり、更には、パターンが微細化してくると、全表面績中のパターン部の表面積（処理すべき領域の面積）の割合が小さくなり、パターン部の処理に用いられるエネルギー効率が低下する欠点がある。
【０００７】
更に、紫外線、レーザー、又はグロー放電を用いる前記従来法における非常に重大な欠点として、マスクの形状が限定され、従って、パターン形状が限定される欠点を挙げることができる。すなわち、前記従来法では、紫外線、レーザー、又はグロー放電がマスクの貫通孔を通過して被処理面に作用することができるように、パターン形状を貫通孔としてマスク上にデザインする必要があるので、例えば、図３に示すように、マスク１の形状は連続部２［図３（ａ）］に限られ、図３（ｂ）に示すような、いわゆる独立島３を連続部２の中に含むような形状のマスク１を使用することは不可能であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、従来技術の前記の欠点を解消し、装置構成が簡単であるにもかかわらず、エネルギー効率が高く、しかも、短い処理時間で被処理体の被処理面上に任意の所定パターンを形成することのできる手段を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明による、第１の電極と、
前記第１電極と対向して配置した第２の電極であって、所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有する非多孔質誘電体層を、その対向表面側に担持する前記第２電極との間に、被処理体を配置し、
前記第２電極と前記被処理体とを直接に接触させず、前記非多孔質誘電体層の開口部担持面と被処理体の被処理面とを直接に接触させ、前記第１電極と被処理体とを接触させた状態で、
前記両電極間に交流電圧を印加して、前記放電可能開口内部空間で放電を発生させることを特徴とする、被処理体の被処理面上に所定パターンを形成する方法によって解決することができる。
また、前記課題は、本発明による、（１）対向して配置した一対の電極、
（２）所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有し、前記開口部担持面の反対側の面と電極とが接触するように前記の一対の電極の一方の電極の対向表面側に配置した非多孔質誘電体層、及び（３）前記両電極に電気的に接続して、両電極間に交流電圧を印加することのできる手段を含むことを特徴とする、所定パターン形成装置によっても解決することができる。
【００１０】
本明細書において、「所定パターンを形成する」とは、被処理体の表面処理において、表面処理した領域（以下、表面処理領域と称する）、又は表面処理を施さずに処理前の性状をそのまま保持させた領域（以下、非表面処理領域と称する）のいずれか一方（好ましくは表面処理領域）の形状が所定パターンになるように、被処理面を選択的に表面処理することを意味する。なお、表面処理領域又は非表面処理領域のいずれか一方を所定パターン化すれば、他方のパターンも、それに従って規定されることになる。
なお、本明細書においては、「被処理面」とは、所定パターン形成処理を実施する対象となる被処理体の外側表面を意味する。また、「処理面」とは、前記被処理面に所定パターン形成処理を施した表面を意味し、従って、処理面は、表面処理領域と非表面処理領域とからなる。
【００１１】
本明細書において、前記「表面処理」とは、被処理体の外側表面の少なくとも一部を化学的又は物理的に処理することを意味する。
化学的処理とは、被処理体の外側表面を化学的に変性することを意味し、例えば、被処理体を構成する材料に所望の官能基を導入する処理を挙げることができ、被処理体の外側表面に親水性、疎水性、又は接着性を付与するか、あるいは親水性、疎水性、又は接着性を向上させることができる。所望の官能基を導入することができる表面処理用ガスの存在下にて、放電可能空間で放電を発生させることによって、所望の官能基を導入する化学的処理を行なうことができる。
【００１２】
物理的処理とは、被処理体の外側表面を物理的に変性することを意味し、例えば、プラズマ処理による粗面加工を挙げることができる。粗面加工は、空気などの表面処理用ガスの存在下にて、放電可能空間で放電を発生させることによって実施することができる。なお、化学的処理と物理的処理とを同時に実施することができる。例えば、表面処理用ガスとして空気を用いると、被処理体の親水性を向上させると共に粗面加工を行なうことができる。一般に物理的処理を行なう場合には、化学的処理も同時に伴って起きるが、化学的処理を選択的に実施することが必要である場合には、処理条件、例えば、印加電圧、印加時間、及び／又は表面処理用ガスの種類などを表面処理の目的に応じて適宜選択することによって、化学的処理を主として実施することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、対向して配置する一対の電極の内、少なくとも一方の電極の対向表面側に非多孔質誘電体層を設ける。前記非多孔質誘電体層として、放電可能開口内部空間、すなわち、その内部で放電を発生させることが可能であり、所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有する非多孔質誘電体層（以下、パターン決定誘電体層と称する）を用いる。以下、前記パターン決定誘電体層における、所定パターンに相当する形状の開口部を担持する表面を、開口部担持面と称する。
前記放電可能開口内部空間（以下、放電可能空間と称することがある）としては、例えば、パターン決定誘電体層の開口部担持面に設ける凹部、例えば、くぼみ若しくは溝、又は開口部担持面に一方の開口部を有する貫通孔などを挙げることができる。放電可能空間が凹部構造をもつ場合には、開口部担持面に表われる開口部の形状は、所定パターンに相当する形状である。放電可能空間が貫通孔の場合には、開口部担持面に表われる開口部の形状が所定パターンに相当する形状であれば充分であり、開口部担持面の反対側の面に表われる開口部の形状は特に限定されるものではなく、所定パターンに相当する形状であることもできるし、それ以外の形状であることもできる。
【００１４】
本発明を用いて形成することのできる所定パターンは特に限定されるものではないが、例えば、点状パターン、線状パターン、若しくは面状パターン、又はそれらの組合せであることができる。従来技術においては、開口部担持面のパターンは、図３（ａ）に示すように、連続的に連結している必要があったが、放電可能空間が非多孔質誘電体層に設けた凹部である場合には、本発明を用いて形成することのできる所定パターンは、任意のパターンであることができ、例えば、図３（ａ）に示す連続的に連結している連続部２のみからなるパターン１であることもできるし、例えば、図３（ｂ）に示すような、いわゆる独立島３を連続部２内に含むパターン１であることもできる。
【００１５】
本発明により表面処理をすることのできる被処理体としては、例えば、任意の導電性材料又は非導電性材料からなる非多孔質体を用いることができる。ここで、「非多孔質体」とは、充実した緻密（ｓｏｌｉｄ）体構造の任意のものを意味し、微孔質体を含む。「微孔質体」とは、その微孔を含む任意の構造体であって、放電可能空間で放電が発生する条件下においても、その微孔内部では放電が発生しないものを意味する。従って、本明細書において「非多孔質体」とは、換言すれば、放電可能空間で放電が発生する条件下において、放電が発生する孔部を含まない構造体を意味する。
微孔質体としては、例えば、微孔膜などを用いることができ、その微孔内部で放電が発生しない点で、孔径１μｍ以下の微孔を含む微孔膜が好ましい。
【００１６】
前記導電性材料は特に限定されるものではないが、例えば、各種の金属若しくは合金、例えば、アルミニウム、銅、若しくは炭素質材料、又は導電体と絶縁体の複合物、例えば、導電性ゴム若しくは導電性プラスチックを挙げることができる。
非導電性有機材料は特に限定されるものではないが、例えば、各種の有機高分子化合物、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、フッ素化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、又はフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、シリコーンゴムなどの熱硬化性エラストマーや熱可塑性エラストマーなどのゴム等を挙げることができる。
非導電性無機材料としては、各種セラミックス（例えば、アルミナ、シリカ、若しくはシリカアルミナ等）、又はガラス類（例えば、ソーダガラス若しくはシリカガラス等）などを挙げることができる。
【００１７】
被処理体の形状は、パターン決定誘電体層の開口部担持面と被処理体の被処理面とを接触させた際に、パターン決定誘電体層と被処理体との間に、放電可能空間以外に、実質的に空間を形成することがない形状であれば特に限定されるものではないが、例えば、フィルム状、シート状、又は板状などの形状を挙げることができる。
被処理体の厚さ（電極間方向の厚さ）は特に限定されるものではないが、被処理体の厚さが大きくなると放電を発生させるために高電圧の交流電圧を印加する必要があるので、約１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
以下、添付図面に沿って本発明を説明する。
本発明の一態様を図１に示す。図１に示すように、平板状電極などからなる電極２１，２２を対向するように配置する。第２電極である電極２２は、その対向表面側に、放電可能開口内部空間（例えば、溝）３２を有するパターン決定誘電体層３１を担持する。パターン決定誘電体層３１は、第２電極との接触面とは反対側の面（すなわち、開口部担持面３５）に、放電可能開口内部空間３２の開口部３３と、平滑面３４とを有し、前記開口部３３の形状は、所定パターンに相当する形状である。
【００１９】
パターン決定誘電体層３１と第１電極２１との間に、以下のような状態になるように被処理体１１を配置する。すなわち、前記第２電極と被処理体１１とが直接に接触せず、パターン決定誘電体層３１の開口部担持面３５と被処理体１１の被処理面１２とが直接に接触し、被処理体１１の被処理面１２とは反対側の表面と第１電極とが接触するように、被処理体１１を配置する。以下、この際に、被処理体１１の被処理面１２の内、パターン決定誘電体層３１の平滑面３４に接触する面を接触型表面１３と称し、パターン決定誘電体層３１の放電可能空間３２に露出する面を露出型表面１４と称する。
前記のようにして被処理体１１を配置する際に、第１電極２１と第２電極２２とを適当な圧力で押圧することにより、パターン決定誘電体層３１と被処理体１１との間に、放電可能空間３２以外に、実質的に空間（隙間）が形成されないように、第１電極２１と第２電極との間に挟まれる各層を面接触させる。パターン決定誘電体層と被処理体との間に、放電可能空間以外の空間が形成されると、表面処理を意図しない領域も表面処理されてしまうことがあるからである。
一方の電極、例えば、第１電極２１を交流電源４１に接続し、他方の電極、例えば、第２電極２２をアースする。図１には、第１電極２１に交流電源４１を接続し、第２電極２２をアースする態様を示したが、本発明においては、逆に、第２電極２２に交流電源４１を接続し、第１電極２１をアースしてもよい。
【００２０】
交流電源４１から交流高電圧を印加すると、放電可能空間３２の内部で放電が起こり、プラズマが生成される。放電可能空間３２の内部に発生したプラズマが、被処理体１１の露出型表面１４に作用することにより、被処理体１１の被処理面１２の内、露出型表面１４が処理され、改質が行なわれる。一方、被処理体１１の被処理面１２の内、接触型表面１３は、前記プラズマの作用を受けないので、処理前の性質をそのまま保持することができる。
本発明では、放電が放電可能空間でのみ発生するので、放電の作用が被処理体の表面に有効に作用する。すなわち、従来法と異なり、処理を意図しない領域では放電を発生させるのに必要なエネルギーが消費されないので、エネルギー効率が高く、従って、処理速度も速い。また、パターン決定誘電体層が、単にパターンの形状決定機能だけでなく、放電均一化のための誘電体としても機能するので、火花放電を防ぐことができ、電極間における被処理体の損傷を生じにくい。また、このため、短時間に高エネルギーを作用させることもできる。
【００２１】
本発明において、交流電源により放電を発生させるために印加する交流電圧の下限は、電極間の距離や、表面処理に用いる後記のガスの種類に依存するので、特に限定されるものではないが、好ましくは１ＫＶｐ−ｐ以上、より好ましくは３ＫＶｐ−ｐ以上である（ＫＶｐ−ｐは、交流電圧の最大値ピークから最小値ピークまでの電圧差を示す）。電圧が１ＫＶｐ−ｐ未満になると実質的に放電が起こらなくなるからである。また、交流電圧の上限も、被処理体の損傷が生じることのない電圧である限り使用することができ、特に限定されるものではない。
周波数は、特に限定されるものではないが、好ましくは５０Ｈｚ〜１００ＫＨｚである。周波数が５０Ｈｚ未満になると放電による処理効率が低下し、１００ＫＨｚを越えると誘電加熱により被処理体や誘電体層が過熱状態になって破壊するおそれが生じるなどの問題がある。
放電電圧波形も特に限定されるものではないが、パルス波、特にインパルス状のパルス波は、発熱を抑制することができるので好ましい。
なお、これらの値は、各電極の形状や被処理体の材質や放電電圧波形、更には処理時間にも大きく依存するので、前記範囲からはずれて使用することもできる。
【００２２】
本発明に用いることのできる電極の材質としては、比抵抗が、好ましくは１０３ Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１００Ω・ｃｍ以下の導電体を用いることができ、例えば、金属（例えば、ステンレススチール、アルミニウム、若しくはタングステン等）、導電性金属酸化物、カーボン、又は導電体（例えば、金属粉末若しくはカーボン粉末等）とゴムとを複合した導電性ゴムなどを用いることができる。
また、電極の形状としては、例えば、シート状電極又は板状電極を用いることができる。また、電極として、被処理体の被処理面の全領域に対応した電極を使用することもできるし、被処理面の内、処理パターンに対応する部分のみからなる電極を使用することもできる。
【００２３】
本発明において、両電極間にかける押圧の下限は、パターン決定誘電体層と被処理体との間の面接触を保証し、放電可能空間を除いて、実質的に空間を形成させない圧力である。また、その上限は、被処理体の形状を破壊することのない圧力である。
【００２４】
本発明においては、凹部内部空間を有するパターン決定誘電体層が放電均一化のための誘電体としても機能するので、前記のパターン決定誘電体層以外に特に誘電体層を設ける必要はないが、第１電極と被処理体との間に、誘電体層を更に設けることができる。例えば、被処理体が導電性材料からなる場合には、第１電極と被処理体との間に誘電体層を設けると、放電の均一化（火花放電の防止）の点で好ましい。第１電極と被処理体との間に誘電体層を設ける場合には、第１電極と誘電体層とを、そして誘電体層と被処理体とを直接面接触させることが好ましく、第１電極と被処理体とを直接に接触させない状態にするのが最も好ましい。
【００２５】
本発明に用いることのできる誘電体層、すなわち、パターン決定誘電体層、又は所望により第１電極と被処理体との間に設けることのできる誘電体層として用いることのできる誘電体としては、任意の非導電性の有機材料又は無機材料からなる非多孔質誘電体を挙げることができる。
有機材料としては、各種の有機高分子化合物、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、フッ素化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、シリコーンゴム、又はクロロプレンゴム等を挙げることができる。
無機材料としては、各種セラミックス（例えば、アルミナ、シリカ、若しくはシリカアルミナ等）、又はガラス類（例えば、ソーダガラス若しくはシリカガラス等）などを挙げることができる。
誘電体層は、一般的に交流電圧の印加により誘電加熱を生じ、これがエネルギーロスになるため、本発明において用いる誘電体としては、使用する周波数において誘電損失が小さい誘電体が好ましい。また、誘電体の誘電率が高いほど、低電圧でも放電可能空間内で放電を発生させることができるので、誘電率が高い誘電体を使用することが好ましく、誘電損失が小さく、しかも誘電率が高い誘電体を用いることがより好ましい。
【００２６】
本発明において、パターン決定誘電体層の厚さは特に限定されるものではないが、電極間の距離が１０ｍｍ以下であることが好ましいため、１０ｍｍ未満であるのが好ましく、より好ましくは、２ｍｍ以下である。パターン決定誘電体層の厚さが２５μｍ未満では、放電が生じにくくなることがあるため、２５μｍ以上であるのが好ましい。
【００２７】
本発明において、パターン決定誘電体層の放電可能空間の深さは、特に限定されるものではないが、５μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、５０μｍ〜１ｍｍであることがより好ましい。５μｍ未満であると、放電に必要な電界強度が極端に大きくなり、実質的に放電させることが困難になるためである。また、１０ｍｍを越えると、放電開始電界強度は低下するものの、装置上、実際に印加する電圧が高くなりすぎるためである。
【００２８】
本発明において、放電可能空間の開口部の幅は、加工可能な幅であれば特に限定されるものではないが、５μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。
【００２９】
本発明において、所望により第１電極と被処理体との間に設けることのできる誘電体の厚さは、特に限定されるものではなく、電極間の距離を１０ｍｍ以下とすることのできる厚さであることが好ましい。
【００３０】
本発明は、一般的に開放系（空気中）にて、放電可能空間に空気が存在する状態で実施することができるが、放電可能空間に、空気以外の表面処理用ガスが存在する状態で放電を発生させることもできる。この場合に、処理目的に応じて、放電可能空間に空気を同時に存在させた状態で、あるいは、空気を実質的に存在させずに別の気体を存在させた状態で放電を発生させることもできる。放電可能空間に表面処理用ガスを供給する手段として、例えば、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させる前の、好ましくは直前の、被処理体の被処理面とパターン決定誘電体層の開口部担持面との間に表面処理用ガスを強制的に送り込みながら、若しくは表面処理用ガスを噴き付けながら、又は前記の被処理面及び開口部担持面の周囲を表面処理用ガスの雰囲気にした状態で、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させる方法などを挙げることができる。
【００３１】
例えば、ガス供給管などを用いて、前記被処理面と開口部担持面との間に表面処理用ガスを供給しながら、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させ、放電可能空間に表面処理用ガスが存在する状態で交流高電圧を印加し、放電可能空間で放電を発生させると、放電可能空間に発生したプラズマの作用により、被処理体の露出型表面と表面処理用ガスとが反応し、被処理体の露出型表面の改質、例えば、所望の官能基を導入することができる。
【００３２】
なお、空気以外の表面処理用ガスを使用する場合には、被処理面及び開口部担持面の周囲を特定のガスで充満させ、空気との接触が起きないようにし、目的外の反応が生じないようにすることが好ましい。また、被処理面及び開口部担持面の周囲を表面処理用ガスの雰囲気にする場合には、例えば、被処理体、電極、及びパターン決定誘電体層を気密性の容器中に配置し、その中に特定の表面処理用ガスを封入した状態で、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させると、放電可能空間を特定の前記表面処理用ガスで充満させた状態で放電処理を行なうことができる。この場合には、放電可能空間を特定のガスで充満させることができるので、放電可能空間に空気が存在せず、被処理面と空気との接触が起きないので好ましい。
【００３３】
本発明で用いることのできる「表面処理用ガス」は、特に限定されず、公知の表面処理用ガスの内から所望の表面処理に応じて適宜選択することができる。被処理体に親水性を付与するか、又は親水性を向上させる表面処理を行なう場合には、例えば、空気又は酸素ガスを用いることができ、被処理体に疎水性を付与するか、又は疎水性を向上させる表面処理を行なう場合には、例えば、テトラフルオロメタン（ＣＦ４ ）を用いることができる。また、表面処理用ガスの濃度も、特に限定されず、所望の表面処理に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
被処理体の表面に物理的処理、例えば、粗面加工を施す場合には、表面処理用ガスの存在下にて放電処理を行なう化学的処理のみの場合に比べて、より高い電圧の交流電圧を印加することが好ましく、また、放電処理時間を長くすることが好ましい。なお、特に被処理体の撥水性を保ったままで粗面加工したい場合には、表面処理用ガスとして撥水性を付与するガス（例えば、テトラフルオロメタン）の存在下にて処理を行なうことが好ましい。
【００３５】
図１に示す態様は、放電可能空間が凹部構造を有するパターン決定誘電体層を用いる場合であるが、本発明においては、放電可能空間が非多孔質誘電体層内の貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いることもできる。放電可能空間が貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いる本発明の別の一態様を図２に示す。
図２に示すように、平板状電極などからなる電極２１，２２を対向するように配置する。第２電極である電極２２は、放電可能空間として機能する貫通孔３６を有するパターン決定誘電体層３１を担持する。パターン決定誘電体層３１に設けた貫通孔３６は、第２電極との接触面とは反対側の面である開口部担持面３５に、所定パターンに相当する形状の開口部３３を有し、かつ、第２電極との接触面に別の開口部３７を有する。開口部３７の形状は特に限定されるものではなく、所定パターンに相当する形状であることもできるし、それ以外の形状であることもできる。
【００３６】
図１で示す本発明の一態様の場合と同様に、パターン決定誘電体層３１と第１電極２１との間に、前記第２電極と被処理体１１とが直接に接触せず、パターン決定誘電体層３１の開口部担持面３５と被処理体１１の被処理面１２とが直接に接触し、第１電極と被処理体１１とが接触するように、被処理体１１を配置する。更に、一方の電極、例えば、第１電極２１を交流電源４１に接続し、他方の電極、例えば、第２電極２２をアースするか、あるいは逆に、第２電極２２に交流電源４１を接続し、第１電極２１をアースする。
交流電源４１から交流高電圧を印加すると、貫通孔３６の内部で放電が起こり、プラズマが生成される。貫通孔３６の内部で発生したプラズマが、被処理体１１の露出型表面１４に作用することにより、被処理体１１の被処理面１２の内、露出型表面１４が処理され、改質が行なわれる。一方、被処理体１１の被処理面１２の内、接触型表面１３は、前記プラズマの作用を受けないので、処理前の性質をそのまま保持することができる。
【００３７】
本発明において、放電可能空間が貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いる場合であって、しかも、被処理体が導電性材料からなる場合には、スパークが生じやすいために被処理体表面を損傷することがある。そのため、この場合には、対向する電極の間に少なくとも１層の非多孔質誘電体層を設ける必要があり、例えば、第１電極と被処理体との間に誘電体層を更に設けることができる。
また、本発明において、放電可能空間が貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いる場合には、放電の安定化の点で、第２電極とパターン決定誘電体層との間に誘電体層を更に設けることもできる。なお、この態様は、放電可能空間が凹部である態様と実質的に同一である。
【００３８】
本発明においては、一方の電極にのみ、パターン決定誘電体層を設けることもできるが、対向する電極の両方に、パターン決定誘電体層を設けると、被処理体の外側表面の両方に同時に所定パターンを形成することができる。この場合には、パターン決定誘電体層の開口部担持面のそれぞれと前記被処理体の外側表面のそれぞれとを直接に接触させた状態で、両電極間に交流電圧を印加して、放電可能空間で放電を発生させることによって、被処理体の外側表面の両方を同時に処理することができる。被処理体が導電性材料からなる場合は、少なくとも一方のパターン決定誘電体層が、凹部構造の放電可能空間を有する誘電体であることが好ましい。本発明においては、処理後の処理面のパターンは、その被処理面に直接に接触したパターン決定誘電体層の開口部担持面上の開口部の形状によって決定されるので、開口部の形状が異なる２種類のパターン決定誘電体層を被処理体の両面に用いることによって、被処理体の両方の外側表面を異なる２種類のパターンに同時に処理することができる。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
被処理体としては、ポリイミドフィルム（厚さ＝５０μｍ）を用いた。
パターン形成装置としては、図１に示す装置と同様の装置を用いた。第１電極及び第２電極にはステンレス板（長さ＝２００ｍｍ，幅＝２００ｍｍ）を用い、パターン決定誘電体層には、一方の表面に深さ１００μｍの複数の溝を有するポリエステルフィルム（長さ＝２００ｍｍ，幅＝２００ｍｍ，厚さ＝２００μｍ）を用いた。
【００４０】
パターン決定誘電体層として使用したポリエステルフィルムの溝のパターンを図４に示す。ポリエステルフィルムは、平行に配置し、それぞれが独立している４本の線状溝ａ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝１ｍｍ），ｂ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝０．５ｍｍ），ｃ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝０．２ｍｍ），及びｄ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝０．１ｍｍ）と、正方形の各辺に対応し、各末端で連結するように配置した別の４本の線状溝ｅ，ｆ，ｇ，及びｈ（それぞれ、長さ＝９０ｍｍ，幅＝２ｍｍ）とを有する。なお、各溝の深さは、すべて１００μｍである。
【００４１】
パターン形成処理は、パルス状波形の交流（周波数＝１３ＫＨｚ，電圧＝６ＫＶＰ−Ｐ ）を印加することにより実施した。なお、出力及び印加時間については、表１に示す条件で実施した。
処理した被処理体を水に漬けた後、垂直に引き上げたときの、水の付着の程度を観察して濡れ性を評価した。濡れ性の評価は、以下の４段階で行なった。
◎・・・水を全く弾かない
○・・・ゆっくり弾く
△・・・速く弾く
×・・・未処理のものと区別がつかない
また、処理した箇所における水との接触角を、フェース（Ｆａｃｅ）接触角計［協和界面科学（株）製；コンタクタングルメーターＣＡ−Ｓ−ミクロＩＩ型］で測定した。結果を表１に示す。表１において、括弧内の数値が、処理した箇所における水との接触角である。
【００４２】
【実施例２】
被処理体としてポリエステルフィルム（厚さ＝５０μｍ）を使用すること以外は、実施例１と同様の操作を繰り返した。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【実施例３】
被処理体としてポリプロピレン製延伸多孔膜（厚さ＝３０μｍ，平均孔径＝０．２μｍ）を使用し、被処理体と第１電極との間にポリエステルフィルム（厚さ＝１００μｍ）を更に配置したこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返した。
出力４００Ｗで５秒間（０．５６Ｗ時）交流を印加したところ、処理箇所のみが水を全く弾かなかった。
【００４５】
【比較例１】
被処理体としては、ポリイミドフィルム（厚さ＝５０μｍ）を用いた。
処理装置として、低圧水銀ランプ［センエンジニアリング（株）製；バッチ式紫外線洗浄改質装置ＳＵＶ−１１０ＷＳ型］を用い、マスクとして、４本のそれぞれ独立した線状貫通孔を有するステンレス板（厚さ＝４０μｍ）を用いた。ステンレス板に設けた線状貫通孔の開口部の形状は、図４に示す溝ａ〜ｄと同じであった。
処理は、マスクと被処理体とを積層した後、低圧水銀ランプと被処理体との距離が５ｃｍになるように配置し、出力２２０Ｗで実施した。なお、処理時間については、表２に示す条件で実施した。結果を表２に示す。評価基準は表１と同じである。
【００４６】
【比較例２】
被処理体としてポリエステルフィルム（厚さ＝５０μｍ）を使用すること以外は、比較例１と同様の操作を繰り返した。結果を表２に示す。
【００４７】
【比較例３】
被処理体としてポリプロピレン製延伸多孔膜（厚さ＝３０μｍ，平均孔径＝０．２μｍ）を使用すること以外は、比較例１と同様の操作を繰り返した。結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
このように、本発明によれば、少ないエネルギー（１／１０程度）で処理することができ、すなわち、エネルギー効率が優れていることがわかる。
また、グロー放電処理などと同等のエネルギーで処理すれば、処理速度を速くすることができることもわかる。
なお、第２電極を誘電体の開口部の存在する領域に対応する領域のみに設置すれば、誘電損失を少なくできるので、更に省エネルギー化が可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、放電可能空間が非多孔質誘電体層に設けた凹部である場合には、被処理体の被処理面上に任意の所定パターンを形成することができ、従来法では処理することが不可能であった複雑なパターン（例えば、いわゆる独立島形状を含むパターンなど）を形成することもできる。また、本発明では、放電は放電可能空間でのみ発生し、主な放電エネルギーはパターンの表面改質に使われるので、エネルギー効率が高く、処理時間も短い。また、本発明は、装置構成が簡単でコンパクトであるので、装置自体が安価であり、その維持管理も容易である。更には、本発明によれば、大気圧下で表面処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の別の一態様を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明により形成することのできるパターンを示す説明図である。
【図４】実施例で使用したパターン決定誘電体層のパターンを示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・パターン；２・・・連続部；３・・・独立島；
１１・・・被処理体；１２・・・被処理面；１３・・・接触型表面；
１４・・・露出型表面；２１・・・第１電極；２２・・・第２電極；
３１・・・パターン決定誘電体層；３２・・・放電可能開口内部空間；
３３・・・開口部；３４・・・平滑面；３５・・・開口部担持面；
３６・・・貫通孔；３７・・・開口部；４１・・・交流電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体の被処理面上に所定パターンを形成する方法及び所定パターン形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ポリイミドフィルムを用いたフレキシブル配線基板の製造工程においては、フィルム状被処理基材の表面を所望のパターン形状に親水化処理した後、無電解メッキなどの処理を行ない、前記基材上に導電パターンを形成する。フィルム状又はシート状の被処理体の表面を所望のパターン形状に選択的に処理する方法としては、そのパターン形状に基づいて設計したマスクを用いて、被処理体の表面を選択的にマスキングした状態で、例えば、紫外線、レーザー、又はグロー放電で処理する方法が用いられている。
【０００３】
紫外線又はレーザーを利用する方法では、被処理体の被処理表面上にマスクを配置した状態で、紫外線又はレーザーを照射する。マスクで覆われた表面については、紫外線又はレーザーがマスクで遮断され、その作用が及ばないので、処理前の表面の性状がそのまま保持される。一方、マスクで覆われていなかった表面については、紫外線又はレーザーの作用により、被処理表面の改質が行なわれる。
【０００４】
しかしながら、紫外線を用いる方法では、処理時間が長い欠点がある。また、レーザーを用いる方法では、装置が高額で、しかもレーザーの発生自体、エネルギー効率が悪いという欠点があり、大面積を同時に処理する場合には、処理時間が長くなる欠点がある。また、紫外線又はレーザーを用いる方法に共通する欠点として、処理する必要のない領域（例えば、被処理面を覆っているマスク）にも紫外線又はレーザーを照射するので、エネルギー効率が悪い欠点がある。特に、パターンが微細化してくると、全表面積中のパターン部の表面積（処理すべき領域の面積）の割合が小さくなり、パターン部の処理に用いられるエネルギー効率が低下する。
【０００５】
グロー放電を利用する方法は、減圧することができる放電容器の内部に、対向する一対の電極を設け、それらの電極間に、被処理表面上にマスクを直接接触させた被処理体を配置し、減圧装置により放電容器内の空気又はその他の気体の気圧を約１０−２〜約１０Ｔｏｒｒ程度に保った状態で、前記電極間に通常、数ＫＨｚ〜数十ＭＨｚの交流電圧を印加し、それらの電極間に発生するグロー放電の作用により前記被処理体の表面処理を行なう方法である。この方法においては、被処理体は、電極と接触しないように配置された状態で、あるいは一方の電極のみと接触するように配置された状態で交流電圧を印加する。
【０００６】
しかし、グロー放電を利用する方法では、放電容器内の気圧を低圧にするための減圧装置を必要とする。また、処理時間が元々長い欠点があるだけでなく、パターンが微細化してくると、放電で生じた表面改質に寄与すると思われるラジカルなどの化学種がパターン内の表面に作用するのに、更に時間を要するようになる。また、グロー放電を利用する方法においても、紫外線又はレーザーを利用する方法と同様に、処理する必要のない領域（例えば、表面を覆っているマスク）にもグロー放電を作用させているので、エネルギー効率が悪い欠点があり、更には、パターンが微細化してくると、全表面績中のパターン部の表面積（処理すべき領域の面積）の割合が小さくなり、パターン部の処理に用いられるエネルギー効率が低下する欠点がある。
【０００７】
更に、紫外線、レーザー、又はグロー放電を用いる前記従来法における非常に重大な欠点として、マスクの形状が限定され、従って、パターン形状が限定される欠点を挙げることができる。すなわち、前記従来法では、紫外線、レーザー、又はグロー放電がマスクの貫通孔を通過して被処理面に作用することができるように、パターン形状を貫通孔としてマスク上にデザインする必要があるので、例えば、図３に示すように、マスク１の形状は連続部２［図３（ａ）］に限られ、図３（ｂ）に示すような、いわゆる独立島３を連続部２の中に含むような形状のマスク１を使用することは不可能であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、従来技術の前記の欠点を解消し、装置構成が簡単であるにもかかわらず、エネルギー効率が高く、しかも、短い処理時間で被処理体の被処理面上に任意の所定パターンを形成することのできる手段を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明による、第１の電極と、
前記第１電極と対向して配置した第２の電極であって、所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有する非多孔質誘電体層を、その対向表面側に担持する前記第２電極との間に、被処理体を配置し、
前記第２電極と前記被処理体とを直接に接触させず、前記非多孔質誘電体層の開口部担持面と被処理体の被処理面とを直接に接触させ、前記第１電極と被処理体とを接触させた状態で、
前記両電極間に交流電圧を印加して、前記放電可能開口内部空間で放電を発生させることを特徴とする、被処理体の被処理面上に所定パターンを形成する方法によって解決することができる。
また、前記課題は、本発明による、（１）対向して配置した一対の電極、
（２）所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有し、前記開口部担持面の反対側の面と電極とが接触するように前記の一対の電極の一方の電極の対向表面側に配置した非多孔質誘電体層、及び（３）前記両電極に電気的に接続して、両電極間に交流電圧を印加することのできる手段を含むことを特徴とする、所定パターン形成装置によっても解決することができる。
【００１０】
本明細書において、「所定パターンを形成する」とは、被処理体の表面処理において、表面処理した領域（以下、表面処理領域と称する）、又は表面処理を施さずに処理前の性状をそのまま保持させた領域（以下、非表面処理領域と称する）のいずれか一方（好ましくは表面処理領域）の形状が所定パターンになるように、被処理面を選択的に表面処理することを意味する。なお、表面処理領域又は非表面処理領域のいずれか一方を所定パターン化すれば、他方のパターンも、それに従って規定されることになる。
なお、本明細書においては、「被処理面」とは、所定パターン形成処理を実施する対象となる被処理体の外側表面を意味する。また、「処理面」とは、前記被処理面に所定パターン形成処理を施した表面を意味し、従って、処理面は、表面処理領域と非表面処理領域とからなる。
【００１１】
本明細書において、前記「表面処理」とは、被処理体の外側表面の少なくとも一部を化学的又は物理的に処理することを意味する。
化学的処理とは、被処理体の外側表面を化学的に変性することを意味し、例えば、被処理体を構成する材料に所望の官能基を導入する処理を挙げることができ、被処理体の外側表面に親水性、疎水性、又は接着性を付与するか、あるいは親水性、疎水性、又は接着性を向上させることができる。所望の官能基を導入することができる表面処理用ガスの存在下にて、放電可能空間で放電を発生させることによって、所望の官能基を導入する化学的処理を行なうことができる。
【００１２】
物理的処理とは、被処理体の外側表面を物理的に変性することを意味し、例えば、プラズマ処理による粗面加工を挙げることができる。粗面加工は、空気などの表面処理用ガスの存在下にて、放電可能空間で放電を発生させることによって実施することができる。なお、化学的処理と物理的処理とを同時に実施することができる。例えば、表面処理用ガスとして空気を用いると、被処理体の親水性を向上させると共に粗面加工を行なうことができる。一般に物理的処理を行なう場合には、化学的処理も同時に伴って起きるが、化学的処理を選択的に実施することが必要である場合には、処理条件、例えば、印加電圧、印加時間、及び／又は表面処理用ガスの種類などを表面処理の目的に応じて適宜選択することによって、化学的処理を主として実施することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、対向して配置する一対の電極の内、少なくとも一方の電極の対向表面側に非多孔質誘電体層を設ける。前記非多孔質誘電体層として、放電可能開口内部空間、すなわち、その内部で放電を発生させることが可能であり、所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有する非多孔質誘電体層（以下、パターン決定誘電体層と称する）を用いる。以下、前記パターン決定誘電体層における、所定パターンに相当する形状の開口部を担持する表面を、開口部担持面と称する。
前記放電可能開口内部空間（以下、放電可能空間と称することがある）としては、例えば、パターン決定誘電体層の開口部担持面に設ける凹部、例えば、くぼみ若しくは溝、又は開口部担持面に一方の開口部を有する貫通孔などを挙げることができる。放電可能空間が凹部構造をもつ場合には、開口部担持面に表われる開口部の形状は、所定パターンに相当する形状である。放電可能空間が貫通孔の場合には、開口部担持面に表われる開口部の形状が所定パターンに相当する形状であれば充分であり、開口部担持面の反対側の面に表われる開口部の形状は特に限定されるものではなく、所定パターンに相当する形状であることもできるし、それ以外の形状であることもできる。
【００１４】
本発明を用いて形成することのできる所定パターンは特に限定されるものではないが、例えば、点状パターン、線状パターン、若しくは面状パターン、又はそれらの組合せであることができる。従来技術においては、開口部担持面のパターンは、図３（ａ）に示すように、連続的に連結している必要があったが、放電可能空間が非多孔質誘電体層に設けた凹部である場合には、本発明を用いて形成することのできる所定パターンは、任意のパターンであることができ、例えば、図３（ａ）に示す連続的に連結している連続部２のみからなるパターン１であることもできるし、例えば、図３（ｂ）に示すような、いわゆる独立島３を連続部２内に含むパターン１であることもできる。
【００１５】
本発明により表面処理をすることのできる被処理体としては、例えば、任意の導電性材料又は非導電性材料からなる非多孔質体を用いることができる。ここで、「非多孔質体」とは、充実した緻密（ｓｏｌｉｄ）体構造の任意のものを意味し、微孔質体を含む。「微孔質体」とは、その微孔を含む任意の構造体であって、放電可能空間で放電が発生する条件下においても、その微孔内部では放電が発生しないものを意味する。従って、本明細書において「非多孔質体」とは、換言すれば、放電可能空間で放電が発生する条件下において、放電が発生する孔部を含まない構造体を意味する。
微孔質体としては、例えば、微孔膜などを用いることができ、その微孔内部で放電が発生しない点で、孔径１μｍ以下の微孔を含む微孔膜が好ましい。
【００１６】
前記導電性材料は特に限定されるものではないが、例えば、各種の金属若しくは合金、例えば、アルミニウム、銅、若しくは炭素質材料、又は導電体と絶縁体の複合物、例えば、導電性ゴム若しくは導電性プラスチックを挙げることができる。
非導電性有機材料は特に限定されるものではないが、例えば、各種の有機高分子化合物、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、フッ素化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、又はフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、シリコーンゴムなどの熱硬化性エラストマーや熱可塑性エラストマーなどのゴム等を挙げることができる。
非導電性無機材料としては、各種セラミックス（例えば、アルミナ、シリカ、若しくはシリカアルミナ等）、又はガラス類（例えば、ソーダガラス若しくはシリカガラス等）などを挙げることができる。
【００１７】
被処理体の形状は、パターン決定誘電体層の開口部担持面と被処理体の被処理面とを接触させた際に、パターン決定誘電体層と被処理体との間に、放電可能空間以外に、実質的に空間を形成することがない形状であれば特に限定されるものではないが、例えば、フィルム状、シート状、又は板状などの形状を挙げることができる。
被処理体の厚さ（電極間方向の厚さ）は特に限定されるものではないが、被処理体の厚さが大きくなると放電を発生させるために高電圧の交流電圧を印加する必要があるので、約１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
以下、添付図面に沿って本発明を説明する。
本発明の一態様を図１に示す。図１に示すように、平板状電極などからなる電極２１，２２を対向するように配置する。第２電極である電極２２は、その対向表面側に、放電可能開口内部空間（例えば、溝）３２を有するパターン決定誘電体層３１を担持する。パターン決定誘電体層３１は、第２電極との接触面とは反対側の面（すなわち、開口部担持面３５）に、放電可能開口内部空間３２の開口部３３と、平滑面３４とを有し、前記開口部３３の形状は、所定パターンに相当する形状である。
【００１９】
パターン決定誘電体層３１と第１電極２１との間に、以下のような状態になるように被処理体１１を配置する。すなわち、前記第２電極と被処理体１１とが直接に接触せず、パターン決定誘電体層３１の開口部担持面３５と被処理体１１の被処理面１２とが直接に接触し、被処理体１１の被処理面１２とは反対側の表面と第１電極とが接触するように、被処理体１１を配置する。以下、この際に、被処理体１１の被処理面１２の内、パターン決定誘電体層３１の平滑面３４に接触する面を接触型表面１３と称し、パターン決定誘電体層３１の放電可能空間３２に露出する面を露出型表面１４と称する。
前記のようにして被処理体１１を配置する際に、第１電極２１と第２電極２２とを適当な圧力で押圧することにより、パターン決定誘電体層３１と被処理体１１との間に、放電可能空間３２以外に、実質的に空間（隙間）が形成されないように、第１電極２１と第２電極との間に挟まれる各層を面接触させる。パターン決定誘電体層と被処理体との間に、放電可能空間以外の空間が形成されると、表面処理を意図しない領域も表面処理されてしまうことがあるからである。
一方の電極、例えば、第１電極２１を交流電源４１に接続し、他方の電極、例えば、第２電極２２をアースする。図１には、第１電極２１に交流電源４１を接続し、第２電極２２をアースする態様を示したが、本発明においては、逆に、第２電極２２に交流電源４１を接続し、第１電極２１をアースしてもよい。
【００２０】
交流電源４１から交流高電圧を印加すると、放電可能空間３２の内部で放電が起こり、プラズマが生成される。放電可能空間３２の内部に発生したプラズマが、被処理体１１の露出型表面１４に作用することにより、被処理体１１の被処理面１２の内、露出型表面１４が処理され、改質が行なわれる。一方、被処理体１１の被処理面１２の内、接触型表面１３は、前記プラズマの作用を受けないので、処理前の性質をそのまま保持することができる。
本発明では、放電が放電可能空間でのみ発生するので、放電の作用が被処理体の表面に有効に作用する。すなわち、従来法と異なり、処理を意図しない領域では放電を発生させるのに必要なエネルギーが消費されないので、エネルギー効率が高く、従って、処理速度も速い。また、パターン決定誘電体層が、単にパターンの形状決定機能だけでなく、放電均一化のための誘電体としても機能するので、火花放電を防ぐことができ、電極間における被処理体の損傷を生じにくい。また、このため、短時間に高エネルギーを作用させることもできる。
【００２１】
本発明において、交流電源により放電を発生させるために印加する交流電圧の下限は、電極間の距離や、表面処理に用いる後記のガスの種類に依存するので、特に限定されるものではないが、好ましくは１ＫＶｐ−ｐ以上、より好ましくは３ＫＶｐ−ｐ以上である（ＫＶｐ−ｐは、交流電圧の最大値ピークから最小値ピークまでの電圧差を示す）。電圧が１ＫＶｐ−ｐ未満になると実質的に放電が起こらなくなるからである。また、交流電圧の上限も、被処理体の損傷が生じることのない電圧である限り使用することができ、特に限定されるものではない。
周波数は、特に限定されるものではないが、好ましくは５０Ｈｚ〜１００ＫＨｚである。周波数が５０Ｈｚ未満になると放電による処理効率が低下し、１００ＫＨｚを越えると誘電加熱により被処理体や誘電体層が過熱状態になって破壊するおそれが生じるなどの問題がある。
放電電圧波形も特に限定されるものではないが、パルス波、特にインパルス状のパルス波は、発熱を抑制することができるので好ましい。
なお、これらの値は、各電極の形状や被処理体の材質や放電電圧波形、更には処理時間にも大きく依存するので、前記範囲からはずれて使用することもできる。
【００２２】
本発明に用いることのできる電極の材質としては、比抵抗が、好ましくは１０３ Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１００Ω・ｃｍ以下の導電体を用いることができ、例えば、金属（例えば、ステンレススチール、アルミニウム、若しくはタングステン等）、導電性金属酸化物、カーボン、又は導電体（例えば、金属粉末若しくはカーボン粉末等）とゴムとを複合した導電性ゴムなどを用いることができる。
また、電極の形状としては、例えば、シート状電極又は板状電極を用いることができる。また、電極として、被処理体の被処理面の全領域に対応した電極を使用することもできるし、被処理面の内、処理パターンに対応する部分のみからなる電極を使用することもできる。
【００２３】
本発明において、両電極間にかける押圧の下限は、パターン決定誘電体層と被処理体との間の面接触を保証し、放電可能空間を除いて、実質的に空間を形成させない圧力である。また、その上限は、被処理体の形状を破壊することのない圧力である。
【００２４】
本発明においては、凹部内部空間を有するパターン決定誘電体層が放電均一化のための誘電体としても機能するので、前記のパターン決定誘電体層以外に特に誘電体層を設ける必要はないが、第１電極と被処理体との間に、誘電体層を更に設けることができる。例えば、被処理体が導電性材料からなる場合には、第１電極と被処理体との間に誘電体層を設けると、放電の均一化（火花放電の防止）の点で好ましい。第１電極と被処理体との間に誘電体層を設ける場合には、第１電極と誘電体層とを、そして誘電体層と被処理体とを直接面接触させることが好ましく、第１電極と被処理体とを直接に接触させない状態にするのが最も好ましい。
【００２５】
本発明に用いることのできる誘電体層、すなわち、パターン決定誘電体層、又は所望により第１電極と被処理体との間に設けることのできる誘電体層として用いることのできる誘電体としては、任意の非導電性の有機材料又は無機材料からなる非多孔質誘電体を挙げることができる。
有機材料としては、各種の有機高分子化合物、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、フッ素化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、シリコーンゴム、又はクロロプレンゴム等を挙げることができる。
無機材料としては、各種セラミックス（例えば、アルミナ、シリカ、若しくはシリカアルミナ等）、又はガラス類（例えば、ソーダガラス若しくはシリカガラス等）などを挙げることができる。
誘電体層は、一般的に交流電圧の印加により誘電加熱を生じ、これがエネルギーロスになるため、本発明において用いる誘電体としては、使用する周波数において誘電損失が小さい誘電体が好ましい。また、誘電体の誘電率が高いほど、低電圧でも放電可能空間内で放電を発生させることができるので、誘電率が高い誘電体を使用することが好ましく、誘電損失が小さく、しかも誘電率が高い誘電体を用いることがより好ましい。
【００２６】
本発明において、パターン決定誘電体層の厚さは特に限定されるものではないが、電極間の距離が１０ｍｍ以下であることが好ましいため、１０ｍｍ未満であるのが好ましく、より好ましくは、２ｍｍ以下である。パターン決定誘電体層の厚さが２５μｍ未満では、放電が生じにくくなることがあるため、２５μｍ以上であるのが好ましい。
【００２７】
本発明において、パターン決定誘電体層の放電可能空間の深さは、特に限定されるものではないが、５μｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、５０μｍ〜１ｍｍであることがより好ましい。５μｍ未満であると、放電に必要な電界強度が極端に大きくなり、実質的に放電させることが困難になるためである。また、１０ｍｍを越えると、放電開始電界強度は低下するものの、装置上、実際に印加する電圧が高くなりすぎるためである。
【００２８】
本発明において、放電可能空間の開口部の幅は、加工可能な幅であれば特に限定されるものではないが、５μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。
【００２９】
本発明において、所望により第１電極と被処理体との間に設けることのできる誘電体の厚さは、特に限定されるものではなく、電極間の距離を１０ｍｍ以下とすることのできる厚さであることが好ましい。
【００３０】
本発明は、一般的に開放系（空気中）にて、放電可能空間に空気が存在する状態で実施することができるが、放電可能空間に、空気以外の表面処理用ガスが存在する状態で放電を発生させることもできる。この場合に、処理目的に応じて、放電可能空間に空気を同時に存在させた状態で、あるいは、空気を実質的に存在させずに別の気体を存在させた状態で放電を発生させることもできる。放電可能空間に表面処理用ガスを供給する手段として、例えば、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させる前の、好ましくは直前の、被処理体の被処理面とパターン決定誘電体層の開口部担持面との間に表面処理用ガスを強制的に送り込みながら、若しくは表面処理用ガスを噴き付けながら、又は前記の被処理面及び開口部担持面の周囲を表面処理用ガスの雰囲気にした状態で、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させる方法などを挙げることができる。
【００３１】
例えば、ガス供給管などを用いて、前記被処理面と開口部担持面との間に表面処理用ガスを供給しながら、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させ、放電可能空間に表面処理用ガスが存在する状態で交流高電圧を印加し、放電可能空間で放電を発生させると、放電可能空間に発生したプラズマの作用により、被処理体の露出型表面と表面処理用ガスとが反応し、被処理体の露出型表面の改質、例えば、所望の官能基を導入することができる。
【００３２】
なお、空気以外の表面処理用ガスを使用する場合には、被処理面及び開口部担持面の周囲を特定のガスで充満させ、空気との接触が起きないようにし、目的外の反応が生じないようにすることが好ましい。また、被処理面及び開口部担持面の周囲を表面処理用ガスの雰囲気にする場合には、例えば、被処理体、電極、及びパターン決定誘電体層を気密性の容器中に配置し、その中に特定の表面処理用ガスを封入した状態で、被処理体とパターン決定誘電体層とを接触させると、放電可能空間を特定の前記表面処理用ガスで充満させた状態で放電処理を行なうことができる。この場合には、放電可能空間を特定のガスで充満させることができるので、放電可能空間に空気が存在せず、被処理面と空気との接触が起きないので好ましい。
【００３３】
本発明で用いることのできる「表面処理用ガス」は、特に限定されず、公知の表面処理用ガスの内から所望の表面処理に応じて適宜選択することができる。被処理体に親水性を付与するか、又は親水性を向上させる表面処理を行なう場合には、例えば、空気又は酸素ガスを用いることができ、被処理体に疎水性を付与するか、又は疎水性を向上させる表面処理を行なう場合には、例えば、テトラフルオロメタン（ＣＦ４ ）を用いることができる。また、表面処理用ガスの濃度も、特に限定されず、所望の表面処理に応じて適宜選択することができる。
【００３４】
被処理体の表面に物理的処理、例えば、粗面加工を施す場合には、表面処理用ガスの存在下にて放電処理を行なう化学的処理のみの場合に比べて、より高い電圧の交流電圧を印加することが好ましく、また、放電処理時間を長くすることが好ましい。なお、特に被処理体の撥水性を保ったままで粗面加工したい場合には、表面処理用ガスとして撥水性を付与するガス（例えば、テトラフルオロメタン）の存在下にて処理を行なうことが好ましい。
【００３５】
図１に示す態様は、放電可能空間が凹部構造を有するパターン決定誘電体層を用いる場合であるが、本発明においては、放電可能空間が非多孔質誘電体層内の貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いることもできる。放電可能空間が貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いる本発明の別の一態様を図２に示す。
図２に示すように、平板状電極などからなる電極２１，２２を対向するように配置する。第２電極である電極２２は、放電可能空間として機能する貫通孔３６を有するパターン決定誘電体層３１を担持する。パターン決定誘電体層３１に設けた貫通孔３６は、第２電極との接触面とは反対側の面である開口部担持面３５に、所定パターンに相当する形状の開口部３３を有し、かつ、第２電極との接触面に別の開口部３７を有する。開口部３７の形状は特に限定されるものではなく、所定パターンに相当する形状であることもできるし、それ以外の形状であることもできる。
【００３６】
図１で示す本発明の一態様の場合と同様に、パターン決定誘電体層３１と第１電極２１との間に、前記第２電極と被処理体１１とが直接に接触せず、パターン決定誘電体層３１の開口部担持面３５と被処理体１１の被処理面１２とが直接に接触し、第１電極と被処理体１１とが接触するように、被処理体１１を配置する。更に、一方の電極、例えば、第１電極２１を交流電源４１に接続し、他方の電極、例えば、第２電極２２をアースするか、あるいは逆に、第２電極２２に交流電源４１を接続し、第１電極２１をアースする。
交流電源４１から交流高電圧を印加すると、貫通孔３６の内部で放電が起こり、プラズマが生成される。貫通孔３６の内部で発生したプラズマが、被処理体１１の露出型表面１４に作用することにより、被処理体１１の被処理面１２の内、露出型表面１４が処理され、改質が行なわれる。一方、被処理体１１の被処理面１２の内、接触型表面１３は、前記プラズマの作用を受けないので、処理前の性質をそのまま保持することができる。
【００３７】
本発明において、放電可能空間が貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いる場合であって、しかも、被処理体が導電性材料からなる場合には、スパークが生じやすいために被処理体表面を損傷することがある。そのため、この場合には、対向する電極の間に少なくとも１層の非多孔質誘電体層を設ける必要があり、例えば、第１電極と被処理体との間に誘電体層を更に設けることができる。
また、本発明において、放電可能空間が貫通孔であるパターン決定誘電体層を用いる場合には、放電の安定化の点で、第２電極とパターン決定誘電体層との間に誘電体層を更に設けることもできる。なお、この態様は、放電可能空間が凹部である態様と実質的に同一である。
【００３８】
本発明においては、一方の電極にのみ、パターン決定誘電体層を設けることもできるが、対向する電極の両方に、パターン決定誘電体層を設けると、被処理体の外側表面の両方に同時に所定パターンを形成することができる。この場合には、パターン決定誘電体層の開口部担持面のそれぞれと前記被処理体の外側表面のそれぞれとを直接に接触させた状態で、両電極間に交流電圧を印加して、放電可能空間で放電を発生させることによって、被処理体の外側表面の両方を同時に処理することができる。被処理体が導電性材料からなる場合は、少なくとも一方のパターン決定誘電体層が、凹部構造の放電可能空間を有する誘電体であることが好ましい。本発明においては、処理後の処理面のパターンは、その被処理面に直接に接触したパターン決定誘電体層の開口部担持面上の開口部の形状によって決定されるので、開口部の形状が異なる２種類のパターン決定誘電体層を被処理体の両面に用いることによって、被処理体の両方の外側表面を異なる２種類のパターンに同時に処理することができる。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
被処理体としては、ポリイミドフィルム（厚さ＝５０μｍ）を用いた。
パターン形成装置としては、図１に示す装置と同様の装置を用いた。第１電極及び第２電極にはステンレス板（長さ＝２００ｍｍ，幅＝２００ｍｍ）を用い、パターン決定誘電体層には、一方の表面に深さ１００μｍの複数の溝を有するポリエステルフィルム（長さ＝２００ｍｍ，幅＝２００ｍｍ，厚さ＝２００μｍ）を用いた。
【００４０】
パターン決定誘電体層として使用したポリエステルフィルムの溝のパターンを図４に示す。ポリエステルフィルムは、平行に配置し、それぞれが独立している４本の線状溝ａ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝１ｍｍ），ｂ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝０．５ｍｍ），ｃ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝０．２ｍｍ），及びｄ（長さ＝１５０ｍｍ，幅＝０．１ｍｍ）と、正方形の各辺に対応し、各末端で連結するように配置した別の４本の線状溝ｅ，ｆ，ｇ，及びｈ（それぞれ、長さ＝９０ｍｍ，幅＝２ｍｍ）とを有する。なお、各溝の深さは、すべて１００μｍである。
【００４１】
パターン形成処理は、パルス状波形の交流（周波数＝１３ＫＨｚ，電圧＝６ＫＶＰ−Ｐ ）を印加することにより実施した。なお、出力及び印加時間については、表１に示す条件で実施した。
処理した被処理体を水に漬けた後、垂直に引き上げたときの、水の付着の程度を観察して濡れ性を評価した。濡れ性の評価は、以下の４段階で行なった。
◎・・・水を全く弾かない
○・・・ゆっくり弾く
△・・・速く弾く
×・・・未処理のものと区別がつかない
また、処理した箇所における水との接触角を、フェース（Ｆａｃｅ）接触角計［協和界面科学（株）製；コンタクタングルメーターＣＡ−Ｓ−ミクロＩＩ型］で測定した。結果を表１に示す。表１において、括弧内の数値が、処理した箇所における水との接触角である。
【００４２】
【実施例２】
被処理体としてポリエステルフィルム（厚さ＝５０μｍ）を使用すること以外は、実施例１と同様の操作を繰り返した。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【実施例３】
被処理体としてポリプロピレン製延伸多孔膜（厚さ＝３０μｍ，平均孔径＝０．２μｍ）を使用し、被処理体と第１電極との間にポリエステルフィルム（厚さ＝１００μｍ）を更に配置したこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返した。
出力４００Ｗで５秒間（０．５６Ｗ時）交流を印加したところ、処理箇所のみが水を全く弾かなかった。
【００４５】
【比較例１】
被処理体としては、ポリイミドフィルム（厚さ＝５０μｍ）を用いた。
処理装置として、低圧水銀ランプ［センエンジニアリング（株）製；バッチ式紫外線洗浄改質装置ＳＵＶ−１１０ＷＳ型］を用い、マスクとして、４本のそれぞれ独立した線状貫通孔を有するステンレス板（厚さ＝４０μｍ）を用いた。ステンレス板に設けた線状貫通孔の開口部の形状は、図４に示す溝ａ〜ｄと同じであった。
処理は、マスクと被処理体とを積層した後、低圧水銀ランプと被処理体との距離が５ｃｍになるように配置し、出力２２０Ｗで実施した。なお、処理時間については、表２に示す条件で実施した。結果を表２に示す。評価基準は表１と同じである。
【００４６】
【比較例２】
被処理体としてポリエステルフィルム（厚さ＝５０μｍ）を使用すること以外は、比較例１と同様の操作を繰り返した。結果を表２に示す。
【００４７】
【比較例３】
被処理体としてポリプロピレン製延伸多孔膜（厚さ＝３０μｍ，平均孔径＝０．２μｍ）を使用すること以外は、比較例１と同様の操作を繰り返した。結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
このように、本発明によれば、少ないエネルギー（１／１０程度）で処理することができ、すなわち、エネルギー効率が優れていることがわかる。
また、グロー放電処理などと同等のエネルギーで処理すれば、処理速度を速くすることができることもわかる。
なお、第２電極を誘電体の開口部の存在する領域に対応する領域のみに設置すれば、誘電損失を少なくできるので、更に省エネルギー化が可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、放電可能空間が非多孔質誘電体層に設けた凹部である場合には、被処理体の被処理面上に任意の所定パターンを形成することができ、従来法では処理することが不可能であった複雑なパターン（例えば、いわゆる独立島形状を含むパターンなど）を形成することもできる。また、本発明では、放電は放電可能空間でのみ発生し、主な放電エネルギーはパターンの表面改質に使われるので、エネルギー効率が高く、処理時間も短い。また、本発明は、装置構成が簡単でコンパクトであるので、装置自体が安価であり、その維持管理も容易である。更には、本発明によれば、大気圧下で表面処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の別の一態様を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明により形成することのできるパターンを示す説明図である。
【図４】実施例で使用したパターン決定誘電体層のパターンを示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・パターン；２・・・連続部；３・・・独立島；
１１・・・被処理体；１２・・・被処理面；１３・・・接触型表面；
１４・・・露出型表面；２１・・・第１電極；２２・・・第２電極；
３１・・・パターン決定誘電体層；３２・・・放電可能開口内部空間；
３３・・・開口部；３４・・・平滑面；３５・・・開口部担持面；
３６・・・貫通孔；３７・・・開口部；４１・・・交流電源
Claims (6)
- 第１の電極と、
前記第１電極と対向して配置した第２の電極であって、所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有する非多孔質誘電体層を、その対向表面側に担持する前記第２電極との間に、被処理体を配置し、
前記第２電極と前記被処理体とを直接に接触させず、前記非多孔質誘電体層の開口部担持面と被処理体の被処理面とを直接に接触させ、前記第１電極と被処理体とを接触させた状態で、
前記両電極間に交流電圧を印加して、前記放電可能開口内部空間で放電を発生させることを特徴とする、被処理体の被処理面上に所定パターンを形成する方法。 - 第１の電極と被処理体との間に、更に非多孔質誘電体層を配置する、請求項１に記載の方法。
- （１）対向して配置した一対の電極、
（２）所定パターンに相当する形状の開口部をもつ放電可能開口内部空間を有し、前記開口部担持面の反対側の面と電極とが接触するように前記の一対の電極の一方の電極の対向表面側に配置した非多孔質誘電体層、及び（３）前記両電極に電気的に接続して、両電極間に交流電圧を印加することのできる手段を含むことを特徴とする、所定パターン形成装置。 - 前記放電可能開口内部空間が、非多孔質誘電体層に設けた凹部である、請求項３に記載の装置。
- 前記放電可能開口内部空間が、非多孔質誘電体層に設けた貫通孔である、請求項３に記載の装置。
- 前記の一対の電極の内、放電可能開口内部空間を有する前記非多孔質誘電体層とは接触していない電極の対向表面側に、更に非多孔質誘電体層を配置する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
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