JPH0215171A - 大気圧プラズマ反応方法 - 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】 （技術分野） この発明は、大気圧プラズマ反応方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、大気圧下の高安定ａ
グロー放電グラスマによる高効率の薄膜形成および／ま
たは表面改質のための処理方法に関するものである。

（背景技術） 従来より、低圧グロー放電プラズマによる製膜法や表面
改質法が広く知られており、産業的にも様々な分野に応
用されてもいる。この低圧グロー放電プラズマによる表
面処理法としては、有機化合物気体のプラズマ化によっ
て薄膜形成および／または表面改質する、いわゆる有機
プラズマ励起があることも知られている。

たとえば、真空容器内において炭化水素ガスをプラズマ
励起して、シリコン基板、またはガラス基板上にアモル
ファス炭素膜を析出形成する方法や、エチレンなどの不
飽和炭化水素のプラズマ重合膜を形成する方法などがあ
る。

しかしながら、これらの従来より知られている低圧グロ
ー放電プラズマによる表面処理法は、いずれも１×１０
〜１．　Ｘ　１０　’Ｔｏｒｒ程度の真空下での反応と
なるため、この低圧条件形成の装置および設備か必要で
あり、また大面積基板の処理は歎しく、しかも製造コス
トか高価なものとならざるを得ないという欠点があった
。

この発明の発明者らは、このような欠点を克服するため
に、希ガスと混合して導入したモノマー気体を大気圧下
にプラズマ励起させて基体表面を処理するプラズマ反応
法をすでに提案しており、その実施においては、すぐれ
た特性と機能を有する表面を実現してもいる。しかしな
がら、この方法によっても基体表面の処理には限界かあ
り、特に基体か金属または合金の場合においては、大気
圧下において、アーク放電が発生して処理か困難である
という問題があった。

そこで、この発明の発明者らは、すでに提案した反応方
法をさらに発展させて、基体か金属または合金の場合に
おいても、大気圧下において、反応活性が大きく、しか
も高安定性の反応ガスのプラズマを得ることのできる大
気圧下のクロー放電プラズマによる反応方法をここに完
成した。

（発明の目的） この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、上記した通りのこれまでの方法の問題点を解決し
、基体が金属または合金の場合においてもアーク放電を
生じず、大気圧下に高活性で高安定性のクロー放電プラ
ズマによる表面処理方法を提供することを目的としてい
る。

（発明の開示） この発明は、上記の目的を実現するために、上部電極お
よび下部電極の表面に固体誘電体を配設してなる二重誘
電体被覆電極を有する反応容器内において、希ガスとモ
ノマー気体とを混合して導入し、大気圧下にプラズマ励
起させて基体表面を処理することを特徴とする大気圧プ
ラズマ反応法を提供するものである。

この発明の反応装置は、上部電極および下部電極の表面
に固体誘電体を配設したことを特徴としており、より好
適な例としては、さらに基体表面近傍で気体を均一に拡
散する多孔管を配置しているものを示すことかできる。

これを図示したものが第１図である。

第１図は、この発明の一例を示したものであるが、たと
えばパイレック製のペルジャー（１）からなる反応容器
内に高電圧を印加する上部電極（２）と下部電極（３）
とを有している。この上部電極（２）および下部電極（
３）の表面には、カラス、セラミックス、プラスチック
等の耐熱性の固体誘電体（４ａ）＜４ｂ）を設けている
。下部電極（３）上面の固体誘電体（４ｂ）の上には板
状体等の形状の基体（５）を設置する。

Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスとモノマー気体とを混合し
た反応ガスは、反応ガス導入口（６）より複数の開孔（
７）を有する多孔管（８）に導入し、開孔（７）より基
体（５）に対して均一に反応ガスか拡散するようにしで
ある。未反応気体、希ガス等は、反応容器の排出口（９
）より排出する。

下部電極（３）には、温度センサー（１０）および加熱
ヒーター（１１）を配置してもいる。また、冷却装置を
備えることもできる。

この例においては、ペルジャー（１）内の反応域は、大
気圧に保たれている。

一般的には、大気圧下のグロー放電は容易に生じず、ま
た基体か金属または合金の場合には、高電圧を印加する
ことによりアーク放電が発生して基体表面の処理は困難
となる。しかしながら、この発明においては、第１図に
示したように上部電極く２）および下部電極（３）の表
面に固体誘電体（４ａ）（４ｂ）を配設することにより
、基体（５）が金属または合金であっても、大気圧下で
の安定なグロー放電が可能となる。もちろん、基体（５
）がセラミックス、ガラス、プラスチック等においても
、高安定性のグロー放電を得ることができる。

反応ガスのプラズマ励起については、このグロー放電に
より反応ガスを励起し、高エネルギーのプラズマを形成
する。このプラズマの形成は、高電圧の印加により行う
が、この際に印加する電圧は、被処理表面の性状や表面
処理の時間に応して決めることができる。反応ガスにつ
いては、特に制限はないが、使用する希ガスとしては、
Ｈｅ。

Ｎｅ、Ａｒ、等の単体または混合物を適宜用いることが
できる。形成した薄膜に対するスパッタリングを最小と
するためには、質量の軽いＨｅを用いるのが好ましい。

また、この希ガスと混合して導入するモノマー気体は、
エチレン、プロピレン等の不飽和炭化水素、または、Ｃ
Ｆ　　、　Ｃ２Ｆ　ｅ、ＣＨＦ　ｔたはＳＦ６等のハロ
ゲン化炭化水素や他の官能基を有するあるいは有しない
炭化水素類等の任意のものを用いることかできる。希ガ
スとモノマー気体との混合比は、これも特には限定はな
いか、希ガス濃度を約６５％以上、特に約９０％以上と
するとこが好ましい。また、導入する反応ガスは、複数
種の気体を用いることもできる。

使用するモノマー気体の種類と反応条件によってプラズ
マ重合膜、プラズマ改質膜、プラズマエツチング表面等
を得ることができる。

大気圧下において、より安定なプラズマを得るために、
前記した通り、上部電極（２）および下部電極（３）の
表面に固体誘電体（４ａ）（４ｂ）を配設するが、この
方法においても反応ガスを基体近傍のプラズマ域に均一
に拡散供給することが好ましい。このための手段として
は、たとえば、第１図に示したように、多孔管（８）を
用いてプラズマ域に均一に反応ガスを拡散供給すること
かできる。もちろん、多孔管（８）に限定せず、そのｆ
ｌ！１適当な手段を選択することも可能である。

大気圧下においては、従来、クロー放電を発生させるこ
とは困難であったか、このように希ガスを用い、かつ固
体誘電体で電極を被覆することにより、高安定性のグロ
ー放電とそのプラズマ形成を可能とする。基体としては
、金属、合金、セラミックス、ガラス、プラスチック等
の適宜な材料を使用することができる。また、使用する
モノマー気体によっては、反応促進用のハロゲン、酸素
、水素などをさらに混入してもよい。

次に実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明
する。

実施例１ 電極直径３０＋ｎ＋ｎ巾、電極間距離１０＋＋＋ｍの耐
熱性カプトン被覆電極用いた第１図の装置において、次
の条件によりエチレンモノマーからポリエチレン膜を形
成した。

（ａ）反応ガス濃度（％） エチレン／　Ｈｅ　＝　９５１５ （ｂ）放電 大気圧 ３０００Ｈｚ、　１．０５ＫＶ　　３１Ａ（ｃ）基体 アルミニウム基板 アルミニウム基板の表面に、製膜速度１１４１７Ａ／２
ｈｒでポリエチレン膜を得た。透明で、付着強度はきわ
めて良好であった。

また、この例においては、アーク放電を生ずることなく
、高安定なグロー放電が発生し、高活性、高安定性のプ
ラズマを得ることができた。

実施例２ 実施例１と同様にして、次の条件でポリエチレンテレフ
タレート膜を処理し、その表面を疎水化した。炭素−フ
ッ素改質膜の生成か確認された。

（ａ）反応ガス濃度（％） ＣＦ　４／　Ｈｅ　−９１，６／８．４ＣＦ　　：２０
＋ｍｌ／分 Ｈｅ　　：　２１６．７　ｍ１７分 （ｂ）放電 大気圧 ３００Ｈｚ　　、　　３．４６〜３．７５ＫＶ、　　８
ＩＡ処理時間と接触角との関係を示したものが表１であ
る。また、比較のために未処理の場合の接触角を示した
。

表面の疎水化が確認された。

表　　１ 実施例３〜４ 電導体グラファイト（ラッピング済み）を基体として、
実施例２と同様にして処理した。表２に示した条件によ
り処理を行った。

この場合の接触角も測定し、著しく疎水化していること
を確認した。その結果を表２に示した。

なお、 固体誘導体を用いない電極からなる装置においては、 アーク放電が発生して処理でさなか つな。

表 ］　■ もちろん、以上の例により、この発明は限定されるもの
ではない。反応容器の大きさおよび形状、電極の構造お
よび構成、反応ガス供給部の構造および構成等の細部に
ついては、様々な態様が可能であることはいうまでもな
い。

（発明の効果） 以上詳しく説明してきた通り、この発明により、従来か
らの低圧グロー放電プラズマ反応法に比べて、真空系の
形成のための装置および設備が必要でなく、コスト低減
を可能とし、しかも大気圧下での表面処理を実現するこ
とができる。また装置の構造および構成が簡単であるこ
とから大面積基板の処理も容易である。

また、基板の材質によらず、所望の処理を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の反応装置の一例を示した断面図で
ある。 １・・・ベルジャ　　　２・・・上部電極３・・・下部
電極　　　４ａ、４ｂ・・・固体誘電体・・基 体 ６・・・反応ガス導入口 ア・・・開 孔 ８・・・多孔管 ・・排出口 ０・・・温度センサ ■・・・加熱し−タ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部電極および下部電極の表面に固体誘電体を配
   設してなる二重誘電体被覆電極を有する反応容器内にお
   いて、希ガスとモノマー気体を混合して導入し、大気圧
   下にプラズマ励起させて基体表面を処理することを特徴
   とする大気圧プラズマ反応方法。
2. （２）請求項（１）記載の二重誘電体被覆電極を有する
   大気圧希ガス混合プラズマ反応装置。