JP4664063B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、間隔を隔てて対向する一対の平行平板型の電極を備え、前記電極の間に処理ガスを導入し、大気圧近傍の圧力下で前記電極間に電界を印加して発生するプラズマにより基材の表面処理を行なうプラズマ処理装置に関する。

従来のプラズマ処理装置の一例として、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、一対の並行平板型の電極８０ａ，８０ｂの少なくとも一方の下部電極８０ａを固体誘電体層８１で覆い、当該固体誘電体層８１の上面に基材８２を搬入した後に、上部電極８０ｂを一方向（紙面表から裏方向）に走査させてプラズマ処理をするものが提案されている。このようなプラズマ処理装置でポリイミドフィルム等の可撓性の基材を処理する場合には、基材が帯電して波状に浮き上がり、表面処理が不均一になるという不都合を解消すべく、前記固体誘電体層８１及び前記下部電極８０ａに上方から下方に亘る小径の貫通孔８４を形成し、当該貫通孔８４を介して真空ポンプやファン等でなる吸引装置（不図示）により吸引することにより前記基材８２を密に吸着固定していた。
特開２００３−２２９００号公報

しかし、上述した従来のプラズマ処理装置では、上下の電極間に形成される放電空間のうち小径と雖も貫通孔に対応する部位では、十分なプラズマ状態に到らず、当該部位で基材の表面処理が不均一になる虞があり、また、そのような固体誘電体層が欠落して金属電極８１が露出した部位でアーク放電が発生する虞があるという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、対象基材を確実に吸着固定させるとともに、確実にアーク放電の発生を防止でき、対象基材にムラのない均質な表面処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるプラズマ処理装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、間隔を隔てて対向する一対の平行平板型の電極を備え、前記電極の間に処理ガスを導入し、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａの圧力下で前記電極間に電界を印加して発生するプラズマにより基材の表面処理を行なうプラズマ処理装置であって、前記一対の電極の少なくとも一方に形成された誘電体層に、前記基材を吸着固定する吸着溝が、前記電極表面が露出することの無い状態で形成されている点にある。

上述の構成によれば、電極表面に形成された誘電体層に、当該電極表面が露出することの無い状態で吸着溝が形成され、当該吸着溝を介して対象基材が吸着固定されるので、対象基材が確実に誘電体層を介して電極側に密着固定され、さらに、上述のように誘電体層から電極が露出することが無いので、アーク放電の発生を阻止することができる。従って、対象基材をムラ無く均質に表面処理できるようになるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記吸着溝のうち、前記基材で覆われない部分にシール用の誘電体層が配置されている点にある。

誘電体層の上面に載置された基材が当該誘電体層に形成された吸着溝を介して吸引される際に、吸着溝のうち前記基材で覆われない部分から吸着溝に外気が流入すると、基材に対する吸引力が低下して安定した吸着固定が妨げられる。そこで、当該部分にシール用の誘電体層を配置して基材の外縁部に露出する吸着溝を被覆することによって外気の流入が阻止され、基材を効果的に吸引固定することができるようになるのである。つまり、「シール」とは、吸着溝のうち基材で覆われない部分からの外気の流入（吸着溝への外気の漏洩）を防止する作用を意味するものである。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記吸着溝と、前記吸着溝に前記基材を吸引する吸引装置が接続される吸引口とが、貫通孔を介して接続されている点にある。

誘電体層に形成された吸着溝を介して基材を吸着するためには、吸着溝内を負圧に維持する必要がある。そのため、真空ポンプや誘引ファン等でなる吸引装置を吸着溝に接続して当該吸着溝を減圧する必要があるが、吸着溝の上部に基材が載置されるために、吸着溝と吸引装置とを直接接続することはできない。そこで、貫通孔を設けて当該貫通孔により吸着溝と吸引装置接続用の吸引口を連通することにより、吸着溝内を安定的に減圧することができるようになるのである。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記一対の電極を構成する一方の電極が、対向した状態でその間隔を維持しながら移動することにより前記表面処理を行なうように設置され、前記吸引口は、前記一方の電極の移動によって形成される対向領域から離間した位置に形成されている点にある。

上述のように構成することで、吸引装置及び吸引装置から吸引口に接続すべき吸引管を、電極位置と干渉せず、また放電状態に影響を与えることなく自由に配置できるようになるのである。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三または第四特徴構成に加えて、前記吸引口は、前記基材の搬入出領域から離間した位置に形成されている点にある。

上述のように構成することで、吸引装置及び吸引装置から吸引口に接続すべき吸引管を、基材の搬入出に影響を与えることなく自由に配置できるようになるのである。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第三から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記一対の電極を構成する一方の電極が、対向した状態でその間隔を維持しながら移動することにより前記表面処理を行なうように設置され、前記貫通孔は、前記一方の電極の移動によって形成される対向領域の外部に形成されている点にある。

上述の構成によれば、一対の電極間に形成される放電空間に対応する領域、つまり、誘電体層が被覆された電極の対向領域の外側に貫通孔が形成され、金属電極の表面が対向電極に晒されることが無いので、アーク放電の発生が回避されるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、対象基材を確実に吸着固定させるとともに、確実にアーク放電の発生を防止でき、対象基材にムラのない均質な表面処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することができるようになった。

以下に本発明のプラズマ処理装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、図面上、同様の作用を示す部材は同一の符号を付している。

図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、プラズマ処理装置は、一定の間隔を隔てて互いに対向する一対の平行平板型の電極１８，１９間に処理ガスを導入し、大気圧近傍の圧力下で前記電極１８，１９間に電界を印加して発生するプラズマにより基材１０の各種の表面処理を行なう装置で、固定フレーム２１に取り付けられ、表面が固体誘電体層２２で被覆されたアルミニウムでなる下部電極１９と、前記下部電極１９と一定の間隔を隔てて水平姿勢で対向配置され、前記固定フレーム２１に対して往復移動可能に連結された可動フレーム１４に取り付けられた同じくアルミニウムでなる上部電極１８と、両電極１８，１９間に所定の電界を印加する電源２３と、両電極１８，１９間に処理ガスを供給する処理ガス供給部（図示せず）等を備えて構成されている。

図２（ａ）に示すように、前記基材１０としてのポリイミドフィルムが、同図左方から右方へ搬入されて表面処理が行なわれた後に左方へ搬出される。つまり、前記可動フレーム１４に前記上部電極１８及び処理ガス供給部（不図示）でなる上部電極ユニット１５が支持され、搬送駆動機構（図示せず）によって前記可動フレーム１４を前記固定フレーム２１に沿って移動させることにより、前記基材１０の表面処理が行なわれ、その後、未処理のポリイミドフィルムが同様に搬入されて、枚葉処理が行なわれるのである。尚、前記基材１０は所定サイズにカットされたポリイミドフィルムに限られるものではなく、図２（ｂ）に示すように、ロール状に巻回されたポリイミドフィルム１０が、同図左方から右方へ一定量供給されて表面処理が行なわれた後に左方へ巻き取られるように構成される場合もある。

ここで、大気圧近傍とは、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａの圧力下を示し、圧力調整が容易で装置構成が簡便になる９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４の範囲が好ましく、本実施形態では、１０．０００×１０^４Ｐａに設定されている。

前記下部電極１９の上面を被覆した厚さ約１ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３でなる固体誘電体層２２には、その上部に設置される基材１０を吸着固定するための深さ約０．３〜０．５ｍｍ、幅約０．５ｍｍの吸着溝１３が碁盤の目の形状で、且つ、それらが前記電極１９の表面が露出することの無い状態で切削加工されている。前記吸着溝１３の端部は貫通孔１２を介して電極側方に設けられた吸引口１１に連通され、前記吸着溝１３を介して前記基材１０を吸引する吸引ポンプまたは吸引ファン等でなる吸引装置（図示せず）が前記吸引口１１に接続されている。

前記貫通孔１２は、少なくとも放電空間に対応する領域Ｒ１、つまり、上下両電極１８，１９の相対移動時に形成される対向領域の外縁に沿って略垂直方向に区画される領域Ｒ１の外部にのみに形成されており、以って、前記下部電極１９の表面が前記上部電極１８に晒されること無く、両電極間にアーク放電が発生することが回避されるように構成されている。

さらに、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前記吸引口１１が、前記放電空間に対応する領域Ｒ１から離間した位置であって、且つ、前記基材１０の搬入出領域Ｒ２（ロール状フィルムの場合、その設置領域または搬入及び搬出装置による基材１０の移送領域）から離間した四箇所に形成されている。これにより、吸引装置及び吸引装置から前記吸引口１１に接続すべき吸引管等の付帯設備や機器が、上下の電極１８，１９の設置位置と干渉せず、また放電状態に影響を与えることなく、さらには、基材の搬入出に影響を与えることのない状態で自由に配置できるように構成されている。

図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、前記吸着溝１３は、前記放電空間に対応する領域Ｒ１の端部から前記吸引口１１に向けて斜め直線状に延出形成され、その上部が同材または別材の誘電体膜または誘電体シートでなる誘電体層１２ａで被覆され、その被覆領域から下部電極１９に形成された貫通孔１２を経て前記吸引口１１に連接されている。即ち、前記貫通孔１２は、少なくとも放電空間に対応する領域Ｒ１の外部に形成されている。

尚、前記貫通孔１２は、図３（ｂ）に示すように、前記誘電体層２２の内部に形成されるものであってもよく、放電空間に対応する領域Ｒ１から離間した位置では、図３（ｃ）に示すように、前記誘電体層２２と被覆用の誘電体層１２ａの間隙に形成されるものでもよい。何れの場合にも、金属電極１９の表面が対向電極１８に晒されることが無いので、アーク放電の発生が回避される。

また、被覆用の誘電体層１２ａは、前記誘電体層２２と基材１０との間に介装されるものを説明したが、載置された基材１０の上部から着脱自在に被覆されるものであってもよい。この場合、誘電体シート１２ａは可撓性の素材が使用される。つまり、前記吸着溝１３のうち、前記基材１０で覆われない部分にシール用の誘電体層１２ａが配置されることによって、誘電体層２２の上面に載置された基材１０が吸着溝１３を介して吸引される際に、基材１０の縁部側に露出する吸着溝１３がシールされるので、基材１０を効果的に吸引固定することができるようになるのである。このようにして前記下部電極１９上に載置された基材１０は、吸着溝１３及び貫通孔１２を介して吸着固定され、安定した表面処理が行なわれる。

以下に別実施の形態を説明する。上述の実施形態では、吸着溝１３が碁盤の目の形状に構成され、その端部が前記吸引口１１に向けて斜め直線状に延出形成されるものを説明したが、その形状は特に限定されるものではなく、図４または図５（ａ），（ｂ）に示すように、適宜構成することができる。このとき、前記下部電極１９に載置される基材１０の全面に対して均等に吸着作用を発揮させるべく、その溝の深さや幅さらには前記吸引口１１との接続経路が適宜構成されるものであることはいうまでもない。

上述の実施形態では、固体誘電体層としてＡｌ_２Ｏ_３を用いたものを説明したが、誘電体材料としてはこれらに限定されるものではなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスティック、ガラス、二酸化珪素、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物等も使用可能である。また、それぞれ異なる材質のものをそれぞれ切削加工し、接着する等により組み合わせて使用することも可能である。

次に、前記固体誘電体層２２としてポリテトラフルオロエチレンを用いて前記吸着溝１３を形成した構成を説明する。図６から図８に示すように、プラズマ処理装置は、固定フレーム２１上に形成されたアルミニウムからなる下部電極１９と、前記下部電極１９と一定の間隔を開けて水平に対向するように配置された同じくアルミニウムからなる上部電極１８と、前記下部電極１９と前記上部電極１８の間に電界を印加するための電源２３と、前記上部電極１８と処理ガス供給部（不図示）とからなる電極ユニット１５と、前記電極ユニット１５を水平に搬送するための搬送駆動部１６と、リニアガイド１４とを備えて構成されている。また、前記下部電極１９はその表面が固体誘電体層２２で覆われている。

上述したプラズマ処理装置を大気圧近傍の圧力下で前記下部電極１９と前記上部電極１８との間に処理ガスを供給しながら電界を印加することで前記２枚の平板電極１８，１９間にはプラズマ放電が発生する。また、前記搬送駆動部１６は、図８に示すように、リニアガイド１４に沿って方向Ｄに範囲Ｌだけ電極ユニット１５を搬送することが可能となっている。つまり、搬送しながらプラズマ放電を行うことで、上述の実施形態と同様に、実際にプラズマ放電を行うことのできる放電領域１７を前記平板電極１８の表面積よりも広く形成することが可能となっている。

前記固体誘電体層２２には、その上部に設置されることでプラズマ放電により表面処理が行われるポリイミドフィルム等でなる基材１０を吸着固定するための吸着溝１３と、吸引機構２４に接続される吸引口１１と、前記吸着溝１３と前記吸引口１１とを接続する貫通孔１２が形成されている。

前記吸着溝１３と前記貫通孔１２と前記吸引口１１は、以下に示す方法で形成されている。前記吸着溝１３は、厚さ１．０ｍｍの板状のポリテトラフルオロエチレンからなる固体誘電体２７の表面を深さ０．５ｍｍ、幅１．０ｍｍで切削加工してあり、前記吸着溝１３は、吸引リークを生じさせないように前記基材１０の設置領域２５内に形成し、前記吸着溝１３の形成パターンを、例えば図９（ａ）に示す格子パターン、或いは、図１０（ａ）に示すドットパターンのものを形成した。また、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示すように、前記吸着溝１３の一部に、前記固体誘電体２７を貫通する領域２６を形成してある。前記格子パターンの場合には、その格子のクロス部分に前記貫通する領域２６を形成し、前記ドットパターンの場合には、前記吸着溝１３の全てを貫通する領域２６としてある。尚、貫通領域サイズは１．０ｍｍφとした。

更に、別のポリテトラフルオロエチレンの固体誘電体２８（板状で厚さ１．０ｍｍ）の表面を０．５ｍｍの深さで、また、１．０ｍｍの幅で切削加工し切削溝２９を形成してあり、このとき、図９（（ｃ），（ｄ）、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように、前記切削溝２９は、前記固体誘電体２７に形成した貫通する領域２６と一致する領域を含むように形成してある。

このように形成した前記２枚の固体誘電体を接着することにより、図９（ｅ）、図１０（ｅ）に示すように、前記切削溝２９と前記固体誘電体２７により吸引孔１３ａが形成され、かつ、前記吸引孔１３ａは吸着溝１３と連結されることとなる。前記吸引孔１３ａの他端は前記下部電極１９に形成された貫通孔１２を介して吸引機構２４を接続するための吸引口１１と接続される。また、前記２枚の接着された固体誘電体が、前記固体誘電体層２２を形成する。

このように形成した前記固体誘電体層２２を用いて、前記下部電極１９を被覆させた場合、前記吸着溝１３の領域、前記吸引孔１３ａの領域、及びその他の領域においても、前記平板電極１９は露出することがなく、かつ、前記基材１０を安定的に吸着固定することができる。

前記固体誘電体層２２の厚さ（前記２枚の固体誘電体の合計厚）、及び、切削加工の深さ、幅はこれに限定されるものではない。しかし、前記固体誘電体層２２の厚さは４ｍｍ以下が望ましい。固体誘電体層の厚みが厚すぎるとプラズマ放電を発生するために高電圧を要することがあるためである。また、均一なプラズマ放電を発生させるためには、前記平板電極間隔を５．０ｍｍ以下に保つことが望ましいため、その間に設置する前記固体誘電体層２２はそれ以下にする必要があり、また、被処理される基材１０を設置するスペースをも考慮する必要があるためである。さらに、詳述しないが、前記吸着溝１３のうち、前記基材１０が載置される領域の外部にシール用の誘電体層を配置して、誘電体層２２の上面に載置された基材１０が吸着溝１３を介して吸引される際に、基材１０の載置領域の縁部に露出する吸着溝１３をシールすることで、基材１０を効果的に吸引固定することができることは上述と同様である。

上述した前記吸着溝１３、前記貫通孔１２、前記吸引口１１の構成は例示に過ぎず、これにより本件発明が限定されるものではなく、本件発明による作用効果を奏する限りにおいて適宜構成することが可能である。また、前記固体誘電体２７、２８は、ある特定の大きさのブロックで形成し、ブロックごとに切削加工を行い、最後に前記平板電極１９上に隙間なく敷き詰める構成としてもよい。

上述したプラズマ処理装置に使用される処理ガスは、用途に応じて、空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、ＣＦ_４のフッ素ガス、アルコール等の有機物質、ＴＥＯＭ（テトラエトキシシラン）、チタンテトライソプロポキシド等の金属酸化物の原料（前駆体）となるアルゴン等が使用可能であり、これらを２種以上混合するものであってもよい。電界を印加することによってプラズマを発生するガスであればよく、また、常温状態で液体であっても、処理時に気化可能な物質であれば使用可能である。

また、前記上部電極１８及び前記下部電極１９の材質には、アルミニウム以外に、例えば、鉄、胴等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、或いは金属間化合物等も使用可能である。

（ａ）は本発明のプラズマ処理装置の側断面図であり、（ｂ）は同正断面図 （ａ）は枚葉処理、（ｂ）はロール状の連続シート処理を示し、本発明のプラズマ処理装置の要部を説明する平面図 本発明のプラズマ処理装置の下部電極の要部断面図 別実施形態を示す要部の説明図 別実施形態を示す要部の説明図 別実施形態を示し、プラズマ処理装置の要部を説明する平面図 別実施形態を示し、プラズマ処理装置の要部を説明する断面図 別実施形態を示し、プラズマ処理装置の要部を説明する平面図 別実施形態を示し、吸着溝、吸引孔の構成の説明図 別実施形態を示し、吸着溝、吸引孔の構成の説明図 従来例の説明図

１０：基材
１１：吸引口
１２：貫通孔
１２ａ:シール用の誘電体層
１３：吸着溝
１３ａ：吸引孔
１７（Ｒ１）：放電領域
１８、１９：平板電極
２０：固体誘電体層

Claims (6)

1. 間隔を隔てて対向する一対の平行平板型の電極を備え、前記電極の間に処理ガスを導入し、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａの圧力下で前記電極間に電界を印加して発生するプラズマにより基材の表面処理を行なうプラズマ処理装置であって、
   前記一対の電極の少なくとも一方に形成された誘電体層に、前記基材を吸着固定する吸着溝が、前記電極表面が露出することの無い状態で形成されているプラズマ処理装置。
2. 前記吸着溝のうち、前記基材で覆われない部分にシール用の誘電体層が配置されている請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記吸着溝と、前記吸着溝に前記基材を吸引する吸引装置が接続される吸引口とが、貫通孔を介して接続されている請求項１または２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記一対の電極を構成する一方の電極が、対向した状態でその間隔を維持しながら移動することにより前記表面処理を行なうように設置され、
   前記吸引口は、前記一方の電極の移動によって形成される対向領域から離間した位置に形成されている請求項３記載のプラズマ処理装置。
5. 前記吸引口は、前記基材の搬入出領域から離間した位置に形成されている請求項３または４記載のプラズマ処理装置。
6. 前記一対の電極を構成する一方の電極が、対向した状態でその間隔を維持しながら移動することにより前記表面処理を行なうように設置され、
   前記貫通孔は、前記一方の電極の移動によって形成される対向領域の外部に形成されている請求項３から５の何れかに記載のプラズマ処理装置。

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