JP5798454B2 - マイクロ波プラズマ改質方法 - Google Patents
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Description
[マイクロ波プラズマ改質装置]
まず、本実施形態において使用したマイクロ波プラズマ改質装置の構成について説明する。図2に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置の前後方向断面図を示す。また、前述したように、図3に、同マイクロ波プラズマ改質装置を構成するマイクロ波プラズマ照射手段におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。
次に、マイクロ波プラズマ改質装置1による改質方法について説明する。本実施形態の改質方法は、まず、真空排気装置(図略)を作動させて、真空容器8の内部のガスを排出し、真空容器8の内部を減圧状態にする。次に、第一ガス供給管から、第一ガスのアルゴンを真空容器8内へ供給する。この際、真空容器8内の圧力が、約10〜100Paになるように、アルゴンガスの流量を調整する。続いて、マイクロ波電源52をオンにする。マイクロ波電源52をオンにすると、マイクロ波発振器53がマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、管体部51内を伝播する。ここで、アイソレータ54は、プラズマ生成部40から反射されたマイクロ波が、マイクロ波発振器53に戻るのを抑制する。パワーモニタ55は、発生したマイクロ波の出力と、反射したマイクロ波の出力と、をモニタリングする。EH整合器56は、マイクロ波の反射量を調整する。管体部51内を通過したマイクロ波は、導波管41の内部を伝播する。導波管41の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ42のスロット420に進入する。そして、図3中白抜き矢印Y1で示すように、スロット420を通過して、誘電体部43に入射する。誘電体部43に入射したマイクロ波は、同図中白抜き矢印Y2で示すように、主に誘電体部43の前面430に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器8内のアルゴンガスが電離して、誘電体部43の前方にマイクロ波プラズマP2が生成される。この後、マイクロ波プラズマP2の生成を維持したまま、真空容器8内の圧力が約7Paになるように、アルゴンガスの流量を調整する。そして、生成したマイクロ波プラズマP2により、基材20の後面を改質する。
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法の作用効果について説明する。本実施形態によると、マイクロ波プラズマ照射手段4において、スロットアンテナ42は、誘電体部43の前面430に対して垂直に配置されている。これにより、スロット420から誘電体部43へ入射するマイクロ波の入射方向が、誘電体部43の前面430に対して平行になる。生成したマイクロ波プラズマP2に沿ってマイクロ波を入射させるため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマP2に伝播しやすい。よって、マイクロ波プラズマ照射手段4によると、低電位のまま、エネルギーの大きなマイクロ波プラズマP2を生成することができる。
本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、第一実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、の相違点は、マイクロ波プラズマ改質装置におけるプラズマ生成部の構成の違いによるマイクロ波プラズマの照射形態である。したがって、ここでは相違点を中心に説明する。
まず、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法において使用したマイクロ波プラズマ改質装置の構成について説明する。図4に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置の左右方向断面図を示す。図4中、図2と対応する部位については、同じ符合で示す。また、図4におけるプラズマ生成部は、前出図1に示したプラズマ生成部に対応する。図1においては、真空容器を省略して示す。
次に、マイクロ波プラズマ改質装置6による改質方法について説明する。本実施形態の改質方法は、まず、真空排気装置(図略)を作動させて、真空容器8の内部のガスを排出し、真空容器8の内部を減圧状態にする。次に、第一ガス供給管から、第一ガスのアルゴンを真空容器8内へ供給する。この際、真空容器8内の圧力が、約10〜100Paになるように、アルゴンガスの流量を調整する。続いて、マイクロ波電源52をオンにする。マイクロ波電源52をオンにすると、マイクロ波発振器53がマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、管体部51内を伝播する。
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法の作用効果について説明する。本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法によると、基材20の表面を粗面化することなく、改質することができる。つまり、基材20の表面にあるノジュールの粒子径を、300nm以下にすることができる。ノジュールが微細化されることにより、基材の表面に形成される薄膜の凹凸が、小さくなる。よって、改質処理された基材20を、有機ELデバイスの樹脂基材として用いた場合、基材20の表面に形成されるガスバリア膜や陽極の凹凸を小さくすることができる。その結果、陽極の凸部への電界集中を抑制し、電子輸送性発光層の劣化を抑制することができる。また、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法によると、RFプラズマを照射する場合と比較して、改質効果が高い。また、紫外線を照射する場合と比較して、短時間で改質することができる。このため、量産に適している。
本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、第一実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、の相違点は、基材に負のバイアス電圧を印加した点である。したがって、ここでは相違点を中心に説明する。
まず、本実施形態において使用したマイクロ波プラズマ改質装置の構成について説明する。図6に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置の前後方向断面図を示す。図6中、図2と対応する部材は、同じ符号で示す。
次に、マイクロ波プラズマ改質装置10による改質方法について説明する。本実施形態の改質方法は、第一実施形態と同様に、まず、真空容器8の内部を減圧状態にする。次に、第一ガス供給管から、第一ガスのアルゴンを、真空容器8内へ供給し、真空容器8内の圧力を約10〜100Paにする。続いて、バイアス電圧印加部22を駆動し、基材保持板21に直流パルス電圧(−50V)を印加する。それから、マイクロ波電源52をオンにして、マイクロ波を導波管41の内部に供給する。導波管41の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ42のスロット420を通過して、誘電体部43に入射する。誘電体部43に入射したマイクロ波は、主に誘電体部43の前面430に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器8内のアルゴンガスが電離して、誘電体部43の前方にマイクロ波プラズマP2が生成される。そして、マイクロ波プラズマP2の生成を維持したまま、アルゴンガスの流量を調整し、真空容器8内の圧力を約7Paにする。
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法の作用効果について説明する。本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態においては、高エネルギーのアルゴンイオンが、効率良く基材20の表面に衝突する。よって、ノジュールの微細化効果が大きい。具体的には、ノジュールの粒子径を100nm以下にすることができる。
本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、第一実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、の相違点は、ECRを利用したマイクロ波プラズマを照射した点である。したがって、ここでは相違点を中心に説明する。
まず、本実施形態において使用したマイクロ波プラズマ改質装置の構成について説明する。図7に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置の前後方向断面図を示す。図7中、図2と対応する部材は、同じ符号で示す。また、前述したように、図8に、同マイクロ波プラズマ改質装置を構成するマイクロ波プラズマ照射手段におけるプラズマ生成部の斜視図を示す。
次に、マイクロ波プラズマ改質装置11による改質方法について説明する。本実施形態の改質方法は、第一実施形態と同様に、まず、真空容器8の内部を減圧状態にする。次に、第一ガス供給管から、第一ガスのアルゴンを、真空容器8内へ供給し、真空容器8内の圧力を0.7Paにする。続いて、マイクロ波電源52をオンにする。マイクロ波電源52をオンにすると、マイクロ波発振器53が、周波数2.45GHzのマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、管体部51内を通過して、導波管41の内部に供給される。導波管41の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ42のスロット420を通過して、誘電体部43に入射する。誘電体部43に入射したマイクロ波は、主に誘電体部43の前面430に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器8内のアルゴンガスが電離して、誘電体部43の前方にマイクロ波プラズマが生成される。
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法の作用効果について説明する。本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態においては、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ECRを利用することにより、密度の大きなプラズマを安定的に生成することができる。したがって、1Pa以下の低圧下、さらには0.1Pa以下の極低圧下においても、ECRプラズマP3を生成することができる。これにより、処理圧力の違いから、従来は別々のチャンバー内で行っていた改質処理と成膜処理とを、一つの低圧チャンバー内で連続して行うことが可能になる。また、真空容器8内の圧力を低くするほど、不純物が侵入しにくくなる。したがって、本実施形態によると、よりクリーンな雰囲気で、改質処理を行うことができる。また、1Pa程度の低圧下においても、ECRプラズマP3を安定に生成することができる。このため、第一〜第三実施形態のように、最初に10〜100Pa程度の圧力下でマイクロ波プラズマを発生させ、安定化させた後、圧力を所定の値まで低下させて、改質処理を行う必要がない。したがって、真空容器8内の圧力の操作が簡略化できる。
本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、第四実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と、の相違点は、基材に負のバイアス電圧を印加した点である。したがって、ここでは相違点を中心に説明する。
まず、本実施形態において使用したマイクロ波プラズマ改質装置の構成について説明する。図9に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置の前後方向断面図を示す。図9中、図7と対応する部材は、同じ符号で示す。
次に、マイクロ波プラズマ改質装置12による改質方法について説明する。本実施形態の改質方法は、第四実施形態と同様に、まず、真空容器8の内部を減圧状態にする。次に、第一ガス供給管から、第一ガスのアルゴンを、真空容器8内へ供給し、真空容器8内の圧力を0.7Paにする。続いて、バイアス電圧印加部22を駆動し、基材保持板21に直流パルス電圧(−50V)を印加する。それから、マイクロ波電源52をオンにして、マイクロ波(周波数2.45GHz)を導波管41の内部に供給する。導波管41の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ42のスロット420を通過して、誘電体部43に入射する。誘電体部43に入射したマイクロ波は、主に誘電体部43の前面430に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、真空容器8内のアルゴンガスが電離して、誘電体部43の前方にマイクロ波プラズマが生成される。
次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法の作用効果について説明する。本実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法は、構成が共通する部分に関しては、第四実施形態のマイクロ波プラズマ改質方法と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態においては、高エネルギーのアルゴンイオンが、効率良く基材20の表面に衝突する。よって、ノジュールの微細化効果が大きい。具体的には、ノジュールの粒子径を100nm以下にすることができる。
以上、本発明のマイクロ波プラズマ改質方法の実施の形態について説明した。しかしながら、マイクロ波プラズマ改質方法の実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
[実施例1]
上記第一実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置1により、PENフィルム(帝人(株)製「Q−65FA」)の改質処理を行った。以下の改質処理における部材の符号は、前出図2に対応している。まず、真空容器8の内部のガスを排気孔から排出し、真空容器8の内部圧力を1×10−2Paとした。次に、アルゴンガスを150sccmの流量で、真空容器8内へ供給し、真空容器8の内部圧力を25Paとした。続いて、マイクロ波電源52をオンにして、発振された出力1.0kWのマイクロ波により、マイクロ波プラズマP2を生成した。その後、さらに排気して、真空容器8の内部圧力を7Paとした。この状態で約20秒間マイクロ波プラズマP2を照射して、基材20(PENフィルム)の表面を改質処理した。得られたPENフィルムを、実施例1のフィルムとした。
マイクロ波プラズマP2を照射する際の真空容器8内の圧力を、2Paに変更した以外は、実施例1と同様に改質処理を行った。得られたPENフィルムを、実施例2のフィルムとした。
アルゴンガス(第一ガス)に加えて、酸素ガス(第二ガス)を供給した以外は、実施例1と同様に改質処理を行った(圧力7Pa)。酸素ガスの流量は、アルゴンガスの流量の10vol%(15sccm)とした。得られたPENフィルムを、実施例3のフィルムとした。
アルゴンガスに加えて、酸素ガスを供給した以外は、実施例2と同様に改質処理を行った(圧力2Pa)。酸素ガスの流量は、アルゴンガスの流量の10vol%(15sccm)とした。得られたPENフィルムを、実施例4のフィルムとした。
実施例の各フィルムの表面におけるノジュールの粒子径と表面粗さを、走査型プローブ顕微鏡((株)島津製作所製「SPM−9500J3」)にて測定した。実施例のフィルムにおいては、未処理のフィルムと比較して、表面の粒子(ノジュール)が小さくなっていた。すなわち、未処理のフィルムにおけるノジュールの粒子径は、600nm以上であったが、実施例のフィルムにおけるノジュールの粒子径は、いずれも150nm以下であった。また、実施例のフィルムにおいては、ノジュールの数も減少していた。また、表面粗さについては、未処理のフィルムは、Ra=1.8nm、Rmax=128nmであった。これに対して、実施例1のフィルムは、Ra=1.7nm、Rmax=77nm、実施例2のフィルムは、Ra=2.1nm、Rmax=114nm、実施例3のフィルムは、Ra=5.6nm、Rmax=170nm、実施例4のフィルムは、Ra=2.0nm、Rmax=31nm、であった。
[実施例5]
上記第三実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置10により、PENフィルム(同上)の改質処理を行った。すなわち、マイクロ波プラズマP2を照射する際に、負のバイアス電圧を印加する以外は、上記実施例1と同様に改質処理を行った。以下の改質処理における部材の符号は、前出図6に対応している。
実施例5のフィルムにおけるノジュールの粒子径と表面粗さを、走査型プローブ顕微鏡(同上)にて測定した。実施例5のフィルムのノジュールの粒子径は、30nm以下であった。また、上記実施例1〜4のフィルムと比較して、ノジュールの数が減少していた。また、実施例5のフィルムの表面粗さは、Ra=2.3nm、Rmax=50nmであった。
[実施例6]
上記第四実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置11により、PENフィルム(同上)の改質処理を行った。以下の改質処理における部材の符号は、前出図7に対応している。まず、真空容器8の内部のガスを排気孔から排出し、真空容器8の内部圧力を1×10−2Paとした。次に、アルゴンガスを真空容器8内へ供給し、真空容器8の内部圧力を0.7Paとした。続いて、マイクロ波電源52をオンにして、発振された出力1.4kWのマイクロ波(周波数2.45GHz)により、ECRプラズマP3を生成した。ECRプラズマP3を約30秒間照射して、基材20(PENフィルム)の表面を改質処理した。得られたPENフィルムを、実施例6のフィルムとした。
実施例6のフィルムにおけるノジュールの粒子径と表面粗さを、走査型プローブ顕微鏡(同上)にて測定した。実施例6のフィルムにおいては、上述した未処理のフィルムと比較して、ノジュールが小さくなった。すなわち、実施例6のフィルムのノジュールの粒子径は、100nm以下であった。また、未処理のフィルムと比較して、ノジュールの数も減少していた。また、実施例6のフィルムの表面粗さは、Ra=1.8nm、Rmax=80nmであった。
[実施例7]
上記第五実施形態のマイクロ波プラズマ改質装置12により、PENフィルム(同上)の改質処理を行った。すなわち、ECRプラズマP3を照射する際に、負のバイアス電圧を印加する以外は、上記実施例6と同様に改質処理を行った。以下の改質処理における部材の符号は、前出図9に対応している。
実施例7のフィルムにおけるノジュールの粒子径と表面粗さを、走査型プローブ顕微鏡(同上)にて測定した。実施例7のフィルムのノジュールの粒子径は、10nm以下であった。また、上記実施例6のフィルムと比較して、ノジュールの数が減少していた。また、実施例7のフィルムの表面粗さは、Ra=1.9nm、Rmax=56nmであった。
20:基材 21:基材保持板 210:脚部 22:バイアス電圧印加部
30:プラズマ生成部 31:導波管 32:スロットアンテナ 33:誘電体部
320:スロット 330:下面
4:マイクロ波プラズマ照射手段 40:プラズマ生成部 41:導波管(矩形導波管)
42:スロットアンテナ 43:誘電体部 44:誘電体部固定板 45:支持板
46:永久磁石 420:スロット 430:前面(マイクロ波プラズマ生成面)
450:冷媒通路 451:冷却管
50:マイクロ波伝送部 51:管体部 52:マイクロ波電源
53:マイクロ波発振器 54:アイソレータ 55:パワーモニタ 56:EH整合器
6:マイクロ波プラズマ改質装置
8:真空容器 80:第一ガス供給孔 81:第二ガス供給孔 82:排気孔
83:導波孔 84:段差部
P1、P2:マイクロ波プラズマ P3:ECRプラズマ(マイクロ波プラズマ)
Claims (6)
- マイクロ波を伝送する矩形導波管と、該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、該スロットを覆うように該スロットアンテナに積層して配置され、該スロットを通過した該マイクロ波が入射する誘電体部と、を備え、該スロットから該誘電体部へ入射する該マイクロ波の入射方向は、マイクロ波プラズマが生成される該誘電体部の表面に平行であるマイクロ波プラズマ照射手段を用いて、樹脂材料からなる基材の表面に、マイクロ波プラズマを照射することにより、該基材の表面にある樹脂成分由来のノジュールの粒子径を300nm以下にすることを特徴とするマイクロ波プラズマ改質方法。
- 前記マイクロ波プラズマ照射手段において、前記スロットアンテナは、前記誘電体部のマイクロ波プラズマ生成面に対して垂直に配置される請求項1に記載のマイクロ波プラズマ改質方法。
- 前記マイクロ波プラズマの照射を、前記基材に負のバイアス電圧を印加しながら行う請求項1または請求項2に記載のマイクロ波プラズマ改質方法。
- 前記ノジュールの粒子径を100nm以下にする請求項3に記載のマイクロ波プラズマ改質方法。
- 前記マイクロ波プラズマ照射手段は、さらに、前記誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、該支持板の裏面に配置されプラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、を備え、
該誘電体部から該磁場中に伝播する前記マイクロ波により電子サイクロトロン共鳴(ECR)を発生させながらプラズマを生成する請求項1に記載のマイクロ波プラズマ改質方法。 - 前記マイクロ波プラズマの照射を、前記基材に負のバイアス電圧を印加しながら行う請求項5に記載のマイクロ波プラズマ改質方法。
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