JPH029442A - 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
）のプラズマ処理を連続的に行なうための装置、特に被
処理物の切断、接続等の作業を容易にした装置に関する
。

（従来の技術） プラズマ処理装置、特に平面状シート状物や長尺物のプ
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６０−１１，１４９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６１−
２２８．０２８号、特公昭６０−５９．２５１号、同６
１−３６，８６２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６Ｏ−ＩＬ１５０号、同６
０−５４，４２８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６０−１１，１４９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、
電極の上下、左右空間にプラズマ放電が発生することに
よる処理効率の低下等の問題がある。また前記特開昭６
０−１３４．０６１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けられない。前記特公昭６
０−１１，１５０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
を生じ、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塁に特願昭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
の装置に付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、処理効率の向上等の面において尚改良の必要
を見出し、複数個の電極を放射状に設置した全く新しい
構造を有するプラズマ処理装置を特願昭６３−８３，０
７６号、同６３−８３，０７７号および同６３−８３，
０７８号として提案した。

この提案により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せず、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
きるようになった。しかし、これらの提案になる装置は
いずれも被処理物を連続処理するに際し被処理物を切断
したり導布と接続するのに極めて不便であった。

本発明の目的はプラズマ処理装置の缶体内に、電橿板、
ローラー、供給ローラー、巻取りローラー等すべてセッ
トした状態で、被処理物の切断、接続を可能とする装置
を提案するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、真空容器とその中に放射状に配設された複数
個の非接地電極と、該非接地電極表面に対向して設けら
れた接地電極と、被処理物を上記非接地電極と接地電極
との間に通す為の案内手段と、前記非接地電極群の中央
部に位置し、該非接地電極に電力を導入する電力導入部
とを含み、前記真空容器の缶体外部に開閉可能な蓋を具
えた開口を少なくとも１個存することを特徴とするプラ
ズマ処理装置である。

また本発明装置の好適な態様においては、前記電力導入
部が、前記非接地電極群の中央部に位置し且つ外部と連
通ずる制限空間に内蔵されている。

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。

以下添付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３．４図
は第２図の概要側面図、また第５図は本発明装置の好適
な具体例における要部の概要正面図である。

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Ａ中には、非接地電極４群に電力を伝える電力
導入部１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２は、放
射状に配置された複数個の非接地電極４を支持するとと
もに電力導入部１と各非接地ｉｉｔ極とを電気的に接続
する。電力導入部１は高周波電源からの端子１５とカッ
プリングされる。

電力導入部ｌは非接地電極４群の中心に位置し、該電力
導入部１から延びて非接地電極に達する電極連結部材２
は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。また電力導入部１より各非接地電極４へ至る長さ
を短くし、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４を等角度放射状配
置にすることが同様に最も好ましい。

第５図に示した好適な具体例においては、プラズマ処理
室を画する真空容器１中には、非接地電極４群の中心に
匣体または筒体２８で区画された制限空間２７が設けら
れる。制限空間２７は真空容器Ａ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１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２は、制
限空間２７を画する匣体または筒体２８の壁を貫いて、
その貫通端２９が放射状に配置された複数個の非接地電
極４を支持するとともに電力導入部１と各非接地電極と
を電気的に接続する。電極連結部材２は、絶縁材３０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１は高周波電源から
の端子１５とカップリングされる。

電力導入部１は匣体または筒体２８によって画される制
限空間２７の中心に位置し、該電力導入部１から延びて
匣体または筒体の壁に達する電極連結部材２は前記同様
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４へ至る
貫通端２９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４を等角度放射状配置にすることが同様に最も好まし
い、前記制限空間２７の大きさおよび長さ、即ち、匣体
、筒体の寸法は、上記貫通端２９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、数等により任意
に設定しうる。

非接地電極は平板状、凸面状、棒状等特に限定されない
が、プラズマ処理の目的、方法により最適の形状とする
。例えば布帛のプラズマエツチングによる深色化におい
ては、後述の案内手段により案内される走行布帛を非接
地電極の表面にシワ等の接触ムラがないよう接触させ処
理することにより最大の効果が発揮されるので非接地電
極は平板状、凸面状が好ましく、更に好ましくは布帛の
走行方向に関して膨出した凸面状である。電極連結部材
２と非接地電極４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２から各非接地電極４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。

接地電極５は、非接地電極４の両面に、それぞれ対向し
て装設される。接地電極５と非接地電極４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。

接地電極の形状は非接地１を橿との間隔を均一にすべく
非接地電極の形状が平板ならば平板、凸面状なら凹面状
とする。

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、−
殻内に真空度が小さく、人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５Ｃ
１１である。例えば酸素プラズマの場合で真空度が１ａ
＋ａ＋Ｈｇ程度では、０．５〜３Ｃ１１程度が効果的で
ある。非接地電極４および接地電極５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ツシュ（金網）
等使用できるが、入力電力が０．１　Ｗ／Ｃ１１”以上
では、孔、凹凸のない平板が好ましい。

非接地電極４および接地電極５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１９．２０
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Ｃ
ＶＤ、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、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１．２，４．５図の２６は作業用の開閉可能な蓋を具
えた開口である。開口位置は真空容器１では第１図に示
すように被処理物を取り扱い得る場所が好ましいし、真
空容器２．３では容器の間、或いは下側の陰になる部分
以外ではどこでもよい。

開口の幅は通常作業者の手、或いは道具が入る程度のも
のでよく又、長さは被処理物の長さ以上あれば全く問題
ないが被処理物の長さより短かくてもよい。

尚開口はその蓋により真空シールができかつ開閉できる
構造である必要がある。例えばフランジを０−バッキン
グ（又は角バッキング）等でつき合せ、ネジ止めするこ
とで目的は達する。

蓋の材質は、金属、セラミック、ガラス、プラスチック
等いずれでもよく、又、透明なものでもよいし不透明な
ものでもよい。

第２図および第３図に示すように、この具体例においで
は、真空容器Ａは通路１７．１８を介してそれぞれ真空
容器Ｂ、Ｃと連通し、真空容器Ａ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Ｂ
、Ｃ内には処理布帛供給ローラー９と巻取りローラーＩ
Ｏとを個別に収納する。このようにして供給ローラー９
と巻取りローラー１０の各占有空間を真空容器Ａの外部
に設けることによって真空容器Ａ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９と巻取りローラー１０とは電動機１６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Ａ内にはまた、供給ローラー９から供給される
布帛８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１０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６，７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、テンシーン
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６
．７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。

ローラーの表面は、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１３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９、
巻取りローラーｌＯはそれぞれフレーム２４に支承され
、ガイドレール２５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、耐熱性にすぐれた無機質、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、均一性の点で、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、内外圧着生なくとも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１１と真空ポンプに通ずる排気孔１２とを具え、上記
主要構成部材等の内容物を装脱するための開閉装置を具
備する。ガス導入孔１１のガス吹出し口の形状は、細長
いスリット状か小孔を多数有するものが、またガス吹出
し口は１を掻の全幅に亘って存在することが導入ガスと
分解ガスの比率にムラがなくなり、安定した処理効果が
得られ好ましい。ガス導入配管の材質は、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（、高温に
耐える金属、例えばステンレス管、鋼管、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Ｂ、Ｃは合体して単一の容器となし、布帛供給
ローラー９と巻取りローラー１０とを一緒に収容し、真
空容器Ａと１個の通路で連通させることも出来る。

真空容器Ａ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Ｂの布帛は
供給ローラー９から、ガイドローラー２１で走行経路を
規制され、通路１７を通って真空容器Ａへ入り、電極間
隙を通過した後、通路１８よりガイドローラー２２に案
内されて巻取りローラー１０に巻取られる。

プラズマ用の電力の導入は、電力導入部１により集中的
に行なう。各非接地電極４へは電力導入部ｌより電極連
結部材２または更に貫通端２９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
の発振周波数環ノス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４には、プラズマ発生用の５０Ｈ２゜６０Ｈ
２の商業用周波数、キロヘルツの低周波数およびメガヘ
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ＫＨｚ
から数百ＫＨｚの低周波あるいは高周波が好ましいが、
１３．５６ＭＨｚの高周波が処理効率、処理コスト等の
点で特に好ましい、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Ｏ，ＯＩＷ／Ｃ
ＩＢ”以上、好ましくは０．０５〜ＩＯＷ／ｃｍ”、更
に好ましくは０．１〜１　！ａｒｃｓ”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、ブタンあるいはベンゼン、アク
リル酸、スチレン等の重合性有機モノモーガスを用いる
ことが出来、目的に応じて選択する。

ポリエステル繊維等のプラズマエツチングには、酸素、
空気、窒素、アルゴン、水素、炭酸ガス、ヘリウムやＣ
Ｆ４．ＣＦｔＣｌ、ｚ　、ＣＦＣｆ：＋　。

ＣＨＦ、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０．０１〜１０ＩＩ鱈１（
ｇ、好ましくは０．１〜５　ｒａｔｓ　Ｈｇ　、更に好
ましくは０．２〜１ａｍＨｇ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モノ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１１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以上である。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・排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
スを効率よく置換する作用をなす。

本発明において処理布帛８は接地電極５と非接地電極４
の間、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′ｘＩ
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Ｕ様を整理して、以下に記す。

（イ）非接地電極表面が平面状或いは凸面状である請求
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温調可
能である請求項記載の装置。

（ニ）非接地電極が平面状或いは凸面状であり被処理物
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）非接地電極表面が凹面状で、かつ接地電極表面が
凸面状である請求項記載の装置。

（へ）非接地電極表面が凹面状で、かつ接地電極表面が
凸面状であり、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。

更にプラズマ処理装置の缶体外部に内部の被処理物を取
り出して、切断やミシンかけ、テープ等による接続が行
えるようになり、これまでの缶体の開閉ドアを開いて、
内部の装置を外に引き出して行っていた時に比べ、作業
の容易さ、能率がはるかに向上しかつ、作業時の被処理
物への損傷がかなり軽減するようになり極めて大きな実
用的意義をもつ。

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
装置および処理布帛を提供できる。

【図面の簡単な説明】

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３，４図は
第２図の概要側面図、また第５図は本発明装置の好適な
具体例を示す概要正面図である。 Ａ、Ｂ、Ｃ・・・真空容器　１・・・電力導入部２・・
・電極連結部材　　　３・・・絶縁軸受部４・・・非接
地電極　　　　５・・・接地電極６．７・・・案内手段
　　　８・・・処理布帛９・・・供給ローラー　　　１
０・・・巻取りローラー１１・・・ガス導入孔　　　　
１２・・・排気孔１３・・・フレーム １５・・・端子 １７、１８・・・通路 ２１、２２・・・ガイドローラー ２３・・・ガイドレール ２５・・・ガイドレール ２７・・・制限空間 ２９・・・貫通端 １４・・・カバー １６・・・電動機 １９、２０・・・冷媒通路 ２４・・・フレーム ２６・・・開口 ２８・・・匣体または筒体 ３０・・・絶縁材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器と、その中に放射状に配設された複数個の
   非接地電極と、該非接地電極表面に対向して設けられた
   接地電極と、被処理物を上記非接地電極と接地電極との
   間に通す為の案内手段と、前記非接地電極群の中央部に
   位置し該非接地電極に電力を導入する電力導入部とを含
   み、前記真空容器の缶体外部に開閉可能な蓋を具えた開
   口を少なくとも１ヶ有することを特徴とするプラズマ処
   理装置。 ２、前記電力導入部が、前記非接地電極群の中央部に位
   置し且つ外部と連通する制限空間に内蔵されていること
   を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。