JPH01283360A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、長尺物体の連続的プラズマ処理装置に関する
。更に詳しくは、膜、フィルム、シート、布、繊維等の
長尺物体、特に平面状あるいは比較的厚さが小さく、幅
の大きい長尺被処理物（以下処理布帛ということがある
）のプラスマ処理を連続的に行なうための装置に関する
。

（従来の技術） プラズマ処理装置、特に平面状シー１へ状物や長尺物の
プラズマ処理装置としては、従来数多くの提案がなされ
ている。例えば、特公昭６ｏ＝ｕ、ｉ４９号、同６０−
３１　、９３９号各公報には、大面積の一対の対向電極
の間に布帛を通して処理するプラズマ処理装置が提案さ
れており、また特開昭６０−１３４，０６１号、同６ｘ
−２２ｇ、ｏ２８号、特公昭６０−５９，２５１号、同
６１−３６，８６２号各公報には、複数個の非接地電極
を円筒状接地電極の周りに配設したプラズマ処理装置が
提案されている。さらに特公昭６０−１’１．１５０号
、同６０−５４，４２８号各公報には、多層化平行平板
電極を有するプラズマ処理装置の提案がある。

（本発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、上記特公昭６Ｏ−ＩＬ１４９号、同６０−
３１．９３９号各公報の提案は、大面積の電極面におけ
る処理程度の局部的バラツキによる不均一処理や、電極
の」１下、左右空間にプラスマ放電が発生ずることによ
る処理効率の低下等の問題がある。また前記特開昭６０
−１３４，０６１号公報その他の提案においては、電極
の処理面積を余り大きくすることができず、また非接地
電極周りでの放電ロスが避りられない。前記特公昭６０
−１１．１５０号、同６０−５４，４２８号各公報の提
案では、多層化した各電極上で高周波等の位相にズレを
生し、電極間で相互干渉して、安定した運転および品質
を得る上に問題がある。

このように従来公知のプラズマ処理装置の、いずれにも
運転の安定性、品質の均一性、および投入電力に対する
処理効率のすべてを充分満足し得るものはない。

本発明者等は、これら従来提案された装置の欠点を解消
すべく、真空容器とその中に配設された平面状処理表面
を有する複数個の非接地電極と該非接地電極処理表面に
対向して設けられた接地電極とよりなり、被処理物を上
記非接地電極と接地電極との間に通すための案内手段を
具備したプラズマ処理装置を嚢に特願昭６２−３３．４
４２号として提案した。この提案になる装置は従来公知
の装置にイ」帯する種々の技術的課題の多くを解決する
ことに成功したが、引続き研究を重ねた結果、装置のコ
ンパクト化、処理効率の向上環の面において尚改良の必
要を見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の目的とするとごろは、複数個の電極を有しなが
ら、各電極間でプラズマの相互干渉が発生セす、かつ電
極周辺部の不用有害なプラズマ放電を極力抑えたプラズ
マ処理装置を提供するにある。また別の目的は、より安
定した運転ができ、かつ高品位で均一な被処理物をより
効率よく製造できる装置を提供するにある。

（課題を解決するだめの手段） 本発明は、真空容器とその中に放射状に配設された平面
状処理表面を有する複数個の非接地電極と該非接地電極
処理表面に対向して設けられた接地電極とよりなり、被
処理物を上記非接地電極と接地電極との間Ｑこ通ずため
の案内手段を具備したプラズマ処理装置において、外気
と連通し且つ電力導入部を内蔵する制限空間を１−記非
接地電極群の中央部に配し、かつ前記非接地電極はその
一端を上記制限空間を画する壁を貫いて前記電力導入部
にそれぞれ連結したことを特徴とするプラズマ処理装置
である。

本発明で適用される被処理物としては膜、フィルム、シ
ートおよび布あるいは繊維、糸等の長尺状、平面状ある
いは比較的厚さが薄い物であれば特に限定されない。

以下添伺図面に示す実施態様について本発明を詳述する
。

第１図は本発明装置の一具体例の要部を示す概要正面図
、第２図はその全体を示す概要正面図、また第３図は第
２図の概要側面図である。

第１図および第２図において、プラズマ処理室を画する
真空容器１中には、非接地電極９群の中心に匣体またば
筒体２８で区画された制限空間４が設けられる。制限空
間４ば真空容器１の前後またはそれらのいずれかにおい
て外気と連通し、電力導入部６を内蔵する。

該電力導入部より延びる複数個の電極連結部材７は、制
限空間４を画する匣体または筒体２８の壁を貫いて、そ
の貫通端８が放射状に配置された複数個の非接地電極９
を支持するとともに電力導入部６と各非接地電極とを電
気的に接続する。電極連結部材７は、絶縁材１１により
匣体または筒体２８の壁に電気的に絶縁し且つ気密に支
承されるとともに、電力導入部６は高周波電源からの端
子５とカップリングされる。

電力導入部６は匣体または筒体２８によって画される制
限空間４の中心に位置し、該電力導入部６から延びて匣
体または筒体の壁に達する電極連結部材７ばすべて等長
で等角度放射状配置にあることが最も好ましい。また匣
体または筒体の壁より各非接地電極９へ至る貫通端８の
長さを極力短くし、それぞれ等しくすること、それらの
表面を絶縁被覆すること、および非接地電極９を等角度
放射状配置にすることか同様に最も好ましい。前記制限
空間３１の大きさおよび長さ、即ち、匣体、筒体の寸法
は、上記貫通端８の長さを極力短く保持する限り、装置
の目的、形状およびプラズマ処理室内へ導入するガス、
水その他の配管の種類、数により任意に設定し得る。

非接地電極９は平面状処理表面を有し、表裏両面のなす
角度は特に限定されないが、後述の案内手段によって案
内される走行処理布帛を電極面に平行となし易い適宜な
角度とする。電極連結部材７と非接地電極９とは必ずし
も同軸上にあるを要しない。しかしながら、電極連結部
材７から各非接地電極９までの電気抵抗および距離を等
しくすることが電力配分のバランスという点で好ましい
。

平面状接地電極１０は、非接地電極９の両面に、それぞ
れ対向して装設される。接地電極１０と非接地電極９と
は互いに平行に、等距離はなれて設置する方が好ましい
。電極間距離は、入力エネルギー、電極形状、真空度、
処理速度およびプラズマエツチングか、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、
−船釣に真空度が小さく、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５
ｃｍである。例えば酸素プラズマの場合で真空度がｌｍ
ｍＨｇ程度では、０．５〜３ｃｍ程度が効果的である。

非接地電極９および接地電極１０の材質は導電性の高い
金属、例えばアルミニウム、銅、鉄、ステンレス鋼およ
びそれらの各種金属メツキ物などが好ましい。形状とし
ては平板、パンチング板あるいはメンシュ（金網）等使
用できるが、入力電力が０．１　Ｗ／ｃｍ２以上では、
孔、凹凸のない平板が好ましい。

非接地電極９および接地電極ＩＯ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ことが好ま
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。また温調装置あるい
は冷却装置としては、第３図に示すように通路２４．２
５を経て冷媒の通った蛇管ある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、プラズマエツチング等）に応じた最も適切な温
度に基板温度を設定できる。こうして非接地電極の温度
を任意に設定できることと、＝７− それによって処理試料を非接地電極上に接触できること
により長時間にわたって安定な処理が可能となる。

第２図および第３図に示すように、この具体例において
は、真空容器１は通路１５．１５′を介してそれぞれ真
空容器２．３と連通し、真空容器１は、その中に上述の
ように電極を配設したプラズマ処理室となし、真空容器
２，３内には処理布帛供給ローラー１８と巻取りローラ
ー１９とを個別に収納する。このようにして供給ローラ
ー１８と巻取りローラー１９の各占有空間を真空容器１
の外部に設けることによって真空容器１内に配設する電
極の数を増加し、プラズマ処理能力を増大させることが
できる。

供給ローラー１８と巻取りローラー１９とは電動機２６
の連結機構を適宜双方間で反転駆動可能となすことによ
り、リバーシブルとすることは好ましいことである。

真空容器１内にはまた、供給ローラー１８から供給され
る布帛１２を接地電極と非接地電極との間の空隙へ順次
導き、巻取りローラー１９へ送り出すための案内手段、
例えばガイドバー、ガイドローラー等１３．１４が、各
電極基部および先端部近傍の適宜な位置に配設される。

これら案内手段は固定ロール、従動ロール、駆動ロール
あるいはそれらの組合せを布帛の目付け、走行速度、テ
ンション等の条件により適宜に用いることができ、処理
布帛が非接地電極または接地電極面に極力近接し、好ま
しくは摺接して走行し得るよう調整して配設することが
よい。

処理布帛をプラズマ空間を走行させるためのローラー１
３．１４の材質は、処理布帛に比べてエツチング性の小
さい、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あるいは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。

ローラーの表面ば、処理布帛のスリップを防止する為に
、鏡面加工のものが好ましい。更に好ましくは、被処理
物の走行安定性、加熱防止の為に、シリコーンゴム、Ｎ
ＢＲゴム、ＳＢＲゴム、フッ−１〇− 素ゴム等、ゴムコーティングあるいはゴムチューブで被
覆したものがよい。

真空容器内の非接地電極、接地電極、処理布帛案内手段
、電力導入部等の主要構成部材は、フレーム２７に支承
されるとともに、接地電極を相互に結んだカバーにより
被覆して一体となすことができ、また供給ローラー１８
、巻取りローラー１９はそれぞれフレーム２０．２０′
　に支承され、ガイドレール１７を走行して真空容器に
装脱可能となし得る。

前記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、耐熱性にずくれた無機質、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４の間隔は、
プラズマの安定性、均一性の点て、接地電極と非接地電
極の間隔より大きい方がよい。

真空容器は、内外圧差少なくとも１気圧に耐えるもので
あればその形状・寸法は特に限定されないが、ガス導入
孔２３と真空ポンプに通ずる排気孔２２とを具え、」−
記主要構成部材等の内容物を装脱するための開閉装置を
有し、好ましくは内容物モニタリンク用の透視窓を具１
ｊ１存する。カス導入孔２３のカス吹出し口の形状は、
Ｋ、Ｉ長いスリン１へ状か小孔を多数有するものが、ま
たガス吹出し口は電極の全幅に亘って存在することか導
入カスと分解ガスの比率にＪ、うかなくなり、安定した
処理効果が得られ好ましい。ガス導入配管の部質は、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
て使用するためには、化学的に安定で耐プラズマ性が高
く、高温に百４える金属、例えばステンレス管、銅管、
アルミニウム管あるいはガラス管等が好ましい。

真空容器２，３は合体して単一の容器となし、布帛供給
ローラー１８と巻取りローラー１９とを一緒に収容し、
真空容器１と１個の通路で連通させることも出来る。

真空容器１は更に処理布帛の供給ローラーと、電動機な
どによって駆動される巻取りローラーとを放射状電極対
間の空間に具えるよう設計することができる。

（作　用） 本発明装置の図示の例にあっては、真空容器２の布帛は
供給ローラー１８から、カイトローラー１６で走行経路
を規制され、通路１５を通って真空容器１へ入り、電極
間隙を通過した後、通路１５′　よりガイドローラー１
７に案内されて巻取りローラー１９に巻取られる。

プラズマ用の電力の導入は、電力導入部６により集中的
に行なう。各非接地電極９へは電力導入部６より電極連
結部利７および貫通端８を通じて電力の導入を行なう。

又、電源は電力導入部が１ケ所であるために、単一の電
源を使用でき複数個の電源を使った時の各電源間の発振
周波数等のズレによる高周波の相互干渉、プラズマのア
ンバランスは殆どなくなる。

非接地電極９には、プラズマ発生用の５０Ｈｚ、ＣｉＯ
ｌ−１ｚの商業用周波数、キロヘルツの低周波数および
ツガ−・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ためには、数ＫＩ（
ｚから数百Ｋ　＋−１ｚの低周波あるいは高周波が好ま
しいが、１３．５６Ｍ　Ｔ−Ｔ　ｚの高周波が処理効率
、処理コスＩ・等の点て特に好ましい。又、低周波ある
いは高周波の入力エネルギーは電極形状、電極間距離、
真空度、処理速度等によって変化するが、通常単位面積
当り０．０１Ｗ　／　ｃｍ２以」−１好ましくは０．２
〜］、ＯＷ　／　ｃｍ２、更に好ましくは０．１〜Ｉ　
Ｗ　／　ｃｍｚである。

低温ガスプラズマを発生させるガスとしては、酸素、窒
素、アルゴン、ヘリウム、水素等の非重合性ガスやメタ
ン、エタン、プロパン、ブタンあるいはヘンセン、アク
リル酸、スチレン等の重合性有機モノモーカスを用いる
ことが出来、目的に応して選択する。

ポリエステル繊維等のプラスマエソチングには、酸素、
空気、窒素、アルゴン、水素、炭酸ガス、ヘリウムやＣ
Ｆａ　、ＣＦｚＣｐ、ｚ　、ＣＦＣＩ！、３゜ＣＨＦ　
３等のハロゲン化炭化水素およびその誘導体の単独ある
いは混合ガスが使用できる。

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〜ｌ　’ｍｍ　Ｈｇに調整する。真空度の調整は排気
速度と共にガスあるいは千ツマー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。

ガスの導入は、ガス導入管２３を通じて、被処理物の処
理面側に吹き出すことが好ましい。このことにより、被
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。導入ガスの分解ガスに対す
る比は少なくとも１、好ましくは２以上、更に好ましく
は４以」二である。プラズマ処理の効率化および異種反
応の防止には導入ガスをいかに効率よくプラズマ化し被
処理物表面に当てるかおよび分解ガスをいかに効率よく
被処理物表面より除去・ｌト出するかに大きく影響され
る。接地電極相互間を結んだカバーは導入ガスおよび分
解ガスを効率よ（置換する作用をなす。

本発明において処理布帛１２は接地電極１０と非接地電
極９０間、好ましくは接地電極あるいは非接地電極表面
の近傍に、更に好ましくは接地電極あるいは非接地電極
の表面に接触させ、特に好ましくは非接地電極表面に接
触させる。被処理物を非接地電極に接触させた場合、プ
ラズマエツチング効果が大きくなるがこれは次のような
理由と思われる。

プラズマ特に低周波および高周波電位の印加による低温
プラズマにおいては、プラズマ空間にセルフバイアスが
発生するが、そのセルフバイアスの生成領域では質量の
大きなイオンの運動エネルギーが極めて大きく、従って
その空間で処理することによって極めて処理速度、処理
効果を増大させ得る。

被処理物を連続的に処理することも、走行、ストップ処
理の繰り返しも可能である。

本発明装置の好適な実施態様を整理して、以下　′に記
す。

（イ）接地電極表面が平面状である請求項記載の装置。

（ロ）非接地電極表面と接地電極表面が等距離に対向す
る請求項記載の装置。

（ハ）非接地電極表面及び／又は接地電極表面がｍ調号
能である請求項記載の装置。

（ニ）被処理物が非接地電極の表面に接触するよう案内
手段を配設する請求項記載の装置。

（ホ）被処理物が接地電極の表面に接触するよう案内手
段を配設する請求項記載の装置。

（発明の効果） 本発明によるプラズマ処理装置では、電力導入部から非
接地電極までの距離を等しくとることが　□出来るため
に、複数個の非接地電極に各々同一位相の電力を導入す
ることが出来るようになった。

又、各電極への電力導入部を統一出来たために単一の電
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
ズマの相互干渉および複数の電源間での相互干渉が防止
でき、安定した運転、安定した品質が得られるようにな
った。特にプラズマ処理室内部に配した制限空間内の電
力導入部から非接地電極に電極連結部材の貫通端を経て
最短距離を以って電力を投入できるために、必要なプラ
ズマ処理空間以外における不用放電、例えば電極連結部
材間の放電、それによる機材の損傷等、従来経験された
不都合が極端に減少する。

又、非接地電極周囲の空間が従来のものよりずっと狭く
なっておりこの部分での不用なプラズマ放電が低減でき
、投入電力がより効率的に使用されるようになった。

以上述べたように、本発明装置により従来の装置に比べ
て大幅なコストダウン、高品質、高安定なプラズマ処理
装置およびプラズマ処理物が折供出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一興体例の要部を示す概要正面図
、 第２図はその全体を示す概要正面図、また第３図は第２
図の概要側面図である。 １．２．３・・・真空容器　４・・・制限空間５・・・
端子　　　　　　　６・・・電力導入部７・・・電極連
結部材　　　８・・・貫通端９・・・非接地電極　　　
　１０・・・接地電極１１・・・絶縁材　　　　　　１
２・・・布帛１３、１４・・・ガイトロール　１５．１
５′　・・・通路１６、１７・・・ガイドロール　１８
・・・供給ローラー１９・・・ｌリローラー　　２０．
２０′　　・・・フレーム２１・・・ガイトレール　　
　２２・・・排気孔２３・・・ガス導入孔　　　　２４
．２５・・・ｌＡ調用媒体通路２６・・・ｔ　ｉＪ＞　
ｔａ　　　　　　　２７・・・フレーム２８・・・匣体
または筒体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、真空容器とその中に放射状に配設された平面状処理
   表面を有する複数個の非接地電極と該非接地電極処理表
   面に対向して設けられた接地電極とよりなり、被処理物
   を上記非接地電極と接地電極との間に通すための案内手
   段を具備したプラズマ処理装置において、外気と連通し
   且つ電力導入部を内蔵する制限空間を上記非接地電極群
   の中央部に配し、かつ前記非接地電極はその一端を上記
   制限空間を画する壁を貫いて前記電力導入部にそれぞれ
   連結したことを特徴とするプラズマ処理装置。