JPH02267290A - マイクロ波プラズマ処理装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、マイクロ波プラズマ処理装置に関する。

（従来の技術） 一般に、低温プラズマを固体表面に作用させると、低温
プラズマ中に存在するイオンや活性化ガス（ラジカル）
と反応して、固体表面が変質する。

この現象を利用した低温プラズマ処理法が、プラスチッ
ク材料の親水性や接着性の改善、集積回路製造プロセス
の応用など、部品材料に付加価値を付与する方法として
各方面に応用されている。

そして、低温プラズマは、減圧気体に電圧を印加し、は
ぼグロー放電領域の放電を起させることによって容易に
発生する。そこで、マイクロ波を用いた低温プラズマ放
電生成法は、無電極放電であり、調整、保守が容易であ
ると言う理由で広く用いられつつあり、従来のマイクロ
波プラズマ処理装置は第４図に示すように構成されてい
る。

すなわち、マイクロ波発振源であるマイクロ波発振機１
は、アイソレータ２．パワーモニタ３゜整合器４を直列
に配して、プラズマ放電用導波管から成るプラズマ発生
炉５に連設されている。このプラズマ発生炉５には石英
から成るプラズマ発生管７が貫通装着され、このプラズ
マ発生管７の一端は流量調整弁１２を介して原料ガスボ
ンベ１５に接続され、他端はプラズマ発生管７にて発生
した活性化ガスを輸送するガス輸送管１３に接続されて
いる。このガス輸送管１３は被処理物１１に上記活性化
ガスを照射する処理室１４に連設され７．この処理室１
４は排気装置である真空ポンプ８に接続されている。

また、上記プラズマ発生炉５にはシールド筒５ａが設け
られ、端部にしゆう動短絡板６が設けられている。この
しゆう動短絡板６と上記整合器４は。

マイクロ波電力を効率良く活性化ガスに吸収させるため
のものである。また、上記処理室１４はバッキング９及
び蓋１０により気密保持され、内部が真空度数　Ｔｏｒ
ｒ以下に減圧されている。さらに、上記パワーモニタ３
は２マイクロ波電力の吸収具合を見るためのもので、指
示計３８に吸収度合いが指示される。圧力計１６は、処
理圧力などをチエツクするのに利用する。

さて動作時には、処理ガスは原料ガスボンベ１５から流
量調整弁１２を介してプラズマ発生管７に導入される。

プラズマ発生炉５にはマイクロ波が汲置され、プラズマ
発生管７の中の処理ガスを放電させる。低温プラズマに
なった活性化ガスは、ガス輸送管１３を介して処理室１
４へ輸送され、真空ポンプ８をとうして外部へ排気され
る。

この様に、マイクロ波を用いた低温プラズマ放電生成法
は、無電極放電であり、調整、保守が容易であると言う
理由から広く用いられつつある。

（発明が解決しようとする課題） 上述のような従来の処理装置には、なお次のような２つ
の改良すべき点がある。

１、小形化およびそれにともなう装置の自由度の増加 被処理物を減圧容器内に載置し、種々の表面処理を行う
マイクロ波プラズマ処理装置において。

従来は処理容器に円筒状９球状、直方体状などを用い、
被処理物全体を処理容器内に載置して各種表面処理を行
っていた。この方法では、減圧容器は少なくとも被処理
物よりも大きなものを用いる必要がある。また、プラズ
マの処理容器内壁での減衰による処理効果の不均一性を
解消するためには、処理容器は被処理物よりも十分大き
なものを用い、しかも、プラズマの減衰が少ない材質で
製作する必要があった。

これは、処理容器の大形化を余儀なくし処理容器を高価
にする原因となっていた。また、処理容器内の無駄な空
間を減圧するため、処理時間に制約のある場合、排気装
置もより大型のものを用いる必要があり、無駄が多かっ
た。さらに、被処理物を減圧容器内に載置するため、被
処理物の少なくとも一部が、減圧状態に置けない、もし
くは。

表面処理を行いたい部分が限定されている場合、処理を
行うことができなかった。さらに従来のプラズマ輸送管
、真空配管は活性化ガス安定化のため変形が不可能なも
のが用いられてきた。このためプラズマ発生炉、真空ポ
ンプ、処理容器の位置関係を自由に変えることが不可能
であった。

２、処理効果の均一化 プラズマ処理容器内に挿入されたプラズマ輸送管の端部
は、プラズマを処理容器内に均一に照射できるようにそ
の端部を工夫したもの（プラズマシャワー管等）が考案
されている。しかし、どのようにプラズマを拡散するよ
うな構造にしても、処理容器の隅々まで活性種を行き渡
らせることは困難で、加えて処理容器に金属を用いると
処理容器内壁付近でプラズマが減衰し処理効果の低下は
避けられなかった。また、処理容器は真空保持をしなけ
ればならないため、装置の信頼性から考えても強度を持
たせるためには金属の使用は避けられなかった。

本発明は、上記問題点を解決し、減圧容器の小型化を実
現し、安価で汎用性に富む、均一な処理効果を得ること
が可能なマイクロ波プラズマ処理装置を提供するもので
ある。

〔発明の構成〕

（１１題を解決するための手段） この発明は、マイクロ波発振源と、マイクロ波発振源の
出力導波管に連設され、アイソレータ。

パワーモニタ、整合器を介して接続されているプラズマ
発生炉と、このプラズマ発生炉に貫通、保持されている
プラズマ発生管と、プラズマ発生管の一方より処理ガス
を供給する処理ガス供給源と、プラズマ発生管のもう一
方に連設されている伸縮。

折り曲げ自在なプラズマ輸送管及びこのプラズマ輸送管
に連設されたその端部の断面形状を変更し。

その端部を被処理物もしくは被処理物を載置している治
具に近接するように成型し、且つ、その距離が変えられ
るように保持されたプラズマ照射管と、これを覆うよう
に設けられその一部が開口している処理容器とを具備し
、処理容器の開口部と被処理物もしくは被処理物を載置
している治具の間に真空保持機能を持たせ、処理容器の
一部に排気用真空配管系を接続し、この配管系を伸縮折
り曲げ自在としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ
処理装置である。

（作　用） この発明によれば、被処理物を真空保持の隔壁として使
用した場合、プラズマ処理容器内に被処理物の全体を収
容する必要がなく、被処理物のプラズマ処理したい部分
に本発明の装置を当てることにより、容易にプラズマ処
理することが可能となる。さらに、被処理物を収容する
ことができるような大型の減圧容器を製作する必要がな
く、処理容器の小型化が可能であるため、プラズマ輸送
管、真空配管系を伸縮折り曲げ自在とすることにより処
理容器の位置を自由に変えることが可能となる。また、
処理容器の小型化にともない排気すべき体積も小さくな
るため、真空装置の容量も小さくすることができ、小型
、安価で汎用性に富むマイクロ波プラズマ処理装置を提
供することができる。

また、プラズマ照射管端部の断面形状を変更し、さらに
、その端部を被処理物もしくは被処理物を載置している
治具に近接するように成型、保持し、且つ、その距離が
変えられるような保持機構を有するプラズマ照射管を用
い、このプラズマ照射管端部を覆うような形状をしてお
り、且つ、被処理物もしくは被処理物を載置している治
具をその真空容器隔壁の一部とするプラズマ処理容器を
用いることにより、プラズマ照射管と被処理物もしくは
被処理物を載置している治具との間の隙間からプラズマ
照射管内部を減圧し、さらに処理中もこの隙間より排気
を行うことおよびプラズマ照射管にプラズマの減衰の少
ない材質を用いることにより、プラズマ照射管内部に存
在する活性種をプラズマ処理容器内の隅々まで行きわた
らせることができる。この様な構造では、プラズマ照射
管端部付近が事実上の処理容器として機能しており、し
かも、その部分は、真空を保持するために強度を持たせ
る必要はなく、プラズマの減衰の少ない材質を自由に用
いることができる。また、この構造を取れば処理容器の
隅に被処理物を載置しても十分に活性種を照射すること
ができるため処理容器を小型にでき、さらに、処理容器
の真空隔壁の一部を被処理物もしくは被処理物を載置し
ている治具としても十分な処理効果が期待できる。

以上２点より、減圧容器の小型化を実現し、安価で汎用
性に富む、均一な処理効果を得ることが可能なマイクロ
波プラズマ処理装置を提供することができる。

（実施例） 以下図面を参照して、この発明の実施例を詳細に説明す
る。本発明は、前記問題点を解決するために、処理容器
付近を改善したもので、この部分について主に説明する
。

すなわち、この発明によるマイクロ波プラズマ処理装置
は、第１図に示すように構成され、従来例（第４図）と
同様の箇所は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

まず、活性種を輸送するプラズマ輸送管１３の先端には
、活性種を被処理物に照射するプラズマ照射管１９が連
設されている。このプラズマ照射管１９の活性種吹き出
し口とは反対側に、プラズマ照射管１９を覆うように設
けられ。

その一部が被処理物２１とパツキン２０を介して接する
ように開口されているプラズマ処理容器１８が設けられ
ている。プラズマ照射管がプラズマ処理容器を貫通する
部分は、真空を保持するために０リングなどを利用して
真空保持機能を持っており、且つ、プラズマ照射管先端
と被処理物の距離が変えられるようになっている。

以下、被処理物例えば自動車用フロントガラス窓表面を
プラズマ処理してぬれ性を高め雨滴が円滑に流れるよう
にする場合について説明する。

前記プラズマ処理容器の関口部をパツキン２０を介して
ガラス窓に当て、真空ポンプを動作する。

当然、プラズマ処理容器内部が減圧されることにより、
被処理物はパツキン２０に押し付けられ、被処理物自体
が真空隔壁として機能する。そのまま、真空ポンプ８を
動作し続け、真空度が１〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒ前後に到達
したら、処理ガスを供給し、流量を調節して、プラズマ
処理容器内部が適正な数１０〜１０””Ｔｏｒｒになる
ように設定する。

この状態でマイクロ波を発振させ処理ガスを活性化し、
被処理物２１の表面を処理する。この時、生成された活
性種がプラズマ処理容器内部にある被処理物の所定の部
分に十分に行き渡るようにプラズマ照射管と被処理物の
間の距離をリング２２によって調整する。処理が終了し
たら真空ポンプを停止し、真空系を大気圧に開放し、次
の処理面に移行する。なお１図中の矢印は活性ガスの流
れを示している。この結果、自動車の運転中窓ガラスが
見えにくくなる不都合が解消できる。

（その他の実施例） 前記実施例は、プラズマ発生系、プラズマ照射系、プラ
ズマ処理容器、排気系は固定されているように説明した
が、プラズマ輸送管１３および真空配管１７の一部また
は全てに伸縮折り曲げ自在の管を用いることにより、プ
ラズマ処理容器の小形化とあいまって、プラズマ処理容
器を移動可能とすることができ、ライン生産工程や、大
型の被処理物に利用する場合に有効である。さらに、マ
イクロ波電力を、導波管ではなく１例えば同軸ケーブル
を利用して伝送するようにし、プラズマ発生炉。

プラズマ輸送管、プラズマ照射管、プラズマ処理容器を
一体化し、移動性を高めることも可能である。

またさらに、前記実施例は、被処理物を真空隔壁の一部
として機能させる実施例であったが、被、処理物を載置
している治具を真空隔壁の一部として機能させても良い
、その他に、実施例ではプラズマ照射管を半球状として
説明したが半球状である必要はなく、処理条件によって
第２図（ａ）乃至第２図（ｆ）に示すようにプラズマ輸
送管をそのまま延長したり、分岐したり、らっは状２円
錐状としたり、管に小孔を設けても良い、ただし、その
時、照射部を覆うプラズマ処理容器の形状をプラズマ照
射部の形状に合わせる必要がある。また、プラズマ照射
管、プラズマ処理容器の断面は１円形である必要はなく
楕円や任意の多角形でも構わない、さらには、プラズマ
処理容器の開口部の形状も任意で良く、被処理物もしく
は被処理物を載置している治具の形状に合わせて成型し
ても良い。

また、被処理物もしくはそれを載置した治具の形状が１
種類でない場合は、プラズマ照射管を複数用意し、プラ
ズマ処理容器の開口部を第３図に示すようなプラズマ処
理容器アダプタを用いて交換可能とすれば、場合に応じ
てこの２つを交換することにより均一な処理が可能とな
る。さらには、被処理物の強度が高くなく減圧隔壁とし
て用いた場合に破損することが考えられる場合は、被処
理物の反対側を同様に減圧することにより処理可能とな
る。この時、その減圧容器の排気系も伸縮折り曲げ自在
とすることはいうまでもない。また、両側を処理容器と
すれば同時両面処理を行うこともできる。その例を図２
（ｇ）、　（ｈ）に示す。なお、実施例では排気配管を
１系統としたが、複数の系統にすればさらに良い。

〔発明の効果〕

本発明により、被処理物を真空隔壁の一部として機能さ
せた場合、プラズマ処理容器内に被処理物全体を収容す
る必要がなく、被処理物の処理したい部分を選択的に処
理することができる。さらに、被処理物全体を収容する
ような、大型の真空容器を必要としないため、プラズマ
処理容器を小形化でき、排気すべき空気量も少なくなる
ため、真空ポンプの容量を小さくすることができ、小形
で安価な汎用性に富むマイクロ波プラズマ処理装置を提
供することができる。しかも、処理効果についても被処
理物とプラズマ照射管の隙間から活性種を排気するため
処理容器内部の隅々まで活性種を行き渡らせることがで
き、プラズマ照射管を用いない場合よりも均一で十分な
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一実施
例を示す断面図、第２図（ａ）〜第２図（ｈ）は他の実
施例を示す部分断面図、第３図はさらに他の実施例を示
す展開図、第４図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置
を示す断面図である。 １・・・マイクロ波発振源、２・・・アイソレータ、３
・・・パワーモニタ、　　４・・・整合器。 ５・・・接続導波管、　　　５ａ・・・プラズマ発生炉
、６・・・しゆう動短絡版、　　７・・・プラズマ発生
管。 ８・・・真空ポンプ、　　　９・・・真空パツキン、１
０・・・処理容器連、　　　１１・・・被処理物、１２
・・・処理ガス供給ニードル、 １３・・・プラズマ輸送管、　１４・・・処理容器。 １５・・・処理ガスボンベ、　１６・・・真空計、１７
・・・真空排気系、　　　１８・・・プラズマ処理容器
、１９・・・プラズマ照射管、　２０・・・真空パツキ
ン、２１・・・被処理物、 ２２・・・プラズマ照射管保持機構、 ２３・・・プラズマ処理容器アダプタ 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 第２図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マイクロ波発振源と、マイクロ波発振源の出力導波管に
   連設され、アイソレータ、パワーモニタ、整合器を介し
   て接続されているプラズマ発生炉と、このプラズマ発生
   炉に貫通、保持されているプラズマ発生管と、プラズマ
   発生管の一方より処理ガスを供給する処理ガス供給源と
   、プラズマ発生管のもう一方に連設されている伸縮、折
   り曲げ自由なプラズマ輸送管及びこのプラズマ輸送管に
   連設されたその端部の断面形状を変更し、その端部を被
   処理物もしくは被処理物を載置している治具に近接する
   ように成形し、且つ、その距離が変えられるように保持
   されたプラズマ照射管と、これを覆うように設けられた
   その一部が開口している処理容器とを具備し、処理容器
   の開口部と被処理物もしくは被処理物を載置している治
   具の間に真空保持機能を持たせ、処理容器の一部に排気
   用真空配管系を接続し、この配管系を伸縮折り曲げ自在
   としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。