JPH0663102B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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うための装置にする。

（従来の技術） プラズマ処理装置、特に平面シート状物や長尺物のプラ
ズマ処理装置としては、従来多くの提案がなされてい
る。例えば、特公昭60−11149号、同60−31939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
−134061号、同61−228028号、特公昭60−59251号、同6
1−36862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60−11150号、同60−54428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。

（発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、上記特公昭60−11149号、同60−31939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60−134061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60−11150号、同60−54428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、安定した運転及び品
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
転の安全性、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被処理物の走行方
向に関して膨出した曲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
理装置を曩に特願昭62−171464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附帯する種々の技術
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、本発明を完成する
に至った。

本発明の目的とするところは、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せず、かつ電
極周辺部で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被処理物
の走行方向に関して膨出した曲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
ートおよび布或いは繊維、糸等の長尺状、平面状或いは
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図は本発明の一具体例を示す一部省略概要正面図、
第２図は本発明装置の要部をなすプラズマ処理室の概要
正面図、第３図は第２図の概要側面図である。

第１図において、真空容器は横型円筒形容器1,2,3の３
部分よりなり、容器1,2と容器1,3とは通路15,15′によ
ってそれぞれ互いに連通する。容器１はプラズマ処理
室、容器2,3はそれぞれ処理布帛12の供給ローラー18と
巻取ローラー19とを別個に収容する。容器2,3は合体し
て単一の容器となし供給ローラー18と巻取ローラー19と
を共に収容することもでき、また、１個の容器１の中の
すべてを収納して容器2,3を省略することも簡単な設計
変更によって可能である。

容器１の細部を説明する第２図および第３図において、
非接地電極９群の略々中心に匣体または筒体26で区画さ
れた制限空間４が設けられる。制限空間４はプラズマ処
理室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26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26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26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、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
長さ極力短くし、それぞれ等しくすることが同様に最も
好ましい。前記制限空間４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。更に貫通端８は不用放電を防ぐために
絶縁被覆することも好ましい。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、電力導入部６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。

非接地電極９は第２図に示すように処理布帛を効率よく
安定してその表面に接触させるために、処理布帛の走行
方向に関して膨出した処理表面を有する形状となす。膨
出曲面の曲率、形状は電極の長さや前後のガイドローラ
ーの径および処理布帛の変形のし易さや、作用張力によ
って適宜に選定する必要があるが、電極長に対して中央
部の高さは１／100以上であれば充分であり、１／50以
上であれば更に好ましい。処理布帛の案内手段であるガ
イドローラー13,14は、被処理物を非接地電極によりよ
く接触させる位置に設ける。

非接地電極９に対向する接地電極10は棒状でも平板状で
もよいが、好ましくは非接地電極の膨出面に対応する凹
曲面を有し、更に好ましくは同じ曲率の凹面を有する。
これによって、プラズマ放電の電極間での均一性が向上
し処理物の品質の均一性向上が可能となる。

接地電極と非接地電極の配置は、真空容器の中心付近か
ら周囲へ延びる放射状に配置することが好ましい。

接地電極10と非接地電極９とは互いに等しい面間隔を以
て設置することが好ましい。

両間距離は、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ッチングか、プラズマ重合は、プ
ラズマCVDか、という処理方法により異なるが、一般的
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5cmである。
例えば酸素プラズマの場合で真空度が1mmHg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
ッキ物などが好ましい。形状としては平板、パンチング
板或いはメッシュ（金網）等が使用できるが、入力電力
が0.1w／cm^２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10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。また温調装置或いは冷
却装置としては、冷媒通路24,25を経て冷媒の通った蛇
管或いはジャケットを電極に設置するのが好ましい。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、プラズマエッチング等）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
よって処理布帛を非接地電極上に接触可能とすることに
より長時間にわたって安定な処理が可能となる。

真空容器２は処理布帛の供給ローラー18を、又真空容器
３は電動機などによって駆動される巻取ローラー19を収
容する。供給ローラー18と巻取ローラー19とは電動機の
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、これらの供給ローラー18と巻取ローラ
ー19とを収納し得るよう真空容器１の形状構造を適宜設
計することは容易である。

真空容器１内にはまた、供給ローラー18から供給される
処理布帛12を接地電極と非接地電極との間の空隙へ順次
導き、巻取ローラー19へ巻取るための案内手段、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
地電極面に摺接して走行し得るよう調整して配設する。

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ッチング性の小さ
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或いは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
防止するために、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、加熱防止のために、シリ
コーンゴム、NBRゴム、SBRゴム、フッ素ゴム等、ゴムコ
ーティング或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
被覆し一体となすことができ、また供給ローラー18、巻
取ローラー19はそれぞれフレーム20,20′に支承されガ
イドレール23上を走行して真空容器に装脱可能となし得
る。

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22と真空ポンプに通ずる排気孔23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有
し、好ましくは内容物モニタリング用の透視窓を具備す
る。

ガス導入孔22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電極
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、化学
的に安定で耐プラズマ性が高く、高温に耐える金属、例
えばステンレス管、鋼管、アルミニウム管或いはガラス
管等が好ましい。

（作 用） 本発明装置の図示の例にあっては、真空容器２内の布帛
は供給ローラー18から、ガイドローラー16で走行径路を
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、再び通路15′よりガイドローラー17に案
内されて巻取ローラー19に巻取られる。

本発明において、処理布帛12は非接地電極近傍に生成し
ているプラズマシース内部、好ましくは非接地電極から
5mm以内を走行し、更に好ましくは非接地電極に接触さ
せる。従来の方法では、被処理物は接地電極上或いは非
接地電極と接地電極の中間に浮かせて走行させていたた
めに、処理速度や効果が十でなく、ある程度充分な効果
を出すためには、大きな処理装置を必要とした。また、
本発明では非接地電極形状が処理布帛の走行方向に関し
て膨出した処理面をもっており、被処理物の非接地電極
への接触効果は非常に高い。このため、小出力、短時間
で頗る均一な処理が可能となる。

本発明の被処理物をプラズマシース内、好ましくは非接
地電極に接触させておく効果の理由は判明しないが、非
接地電極にマイナスのセルフバイアスが発生し、プラズ
マ中のプラス荷電粒子が加速されて被処理物に衝突する
ためと推測される。

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
行う。各非接地電極９へは電力導入部６より電極連結部
材７およびその貫通端８を通じて電力の導入を行う。
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
ンバランスは殆んどなくなる。

非接地電極９には、プラズマ発生用の50Hz、60Hz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の低周波数或いは高周波が好ましいが、13.56
MHzの高周波が処理効率、処理コスト等の点で特に好ま
しい。また、低周波或い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／cm^２以上、好ましくは
0.2〜10w／cm^２、更に好ましくは0.1〜1w／cm^２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、ブタン或いベンゼン、アクリル
酸、スチレン等の重合性有機モノマーガスを用いること
ができ、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ッチングには、酸素、
空気、窒素、アルゴン、水素、炭酸ガス、ヘリウムやCF
_４,CF_２Cl_２,CFCL_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0.2〜1mmHgに調整する。真
空度の調整は排気速度と共にガス或いはモノマーガスの
導入により行うことができるが、目的とする処理を好ま
しく行うためには、導入ガスの調整による方が好まし
い。

ガスの導入は、ガス導入管22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。

本発明装置の好適な実施態様を整理して、以下に記す。

（１）非接地電極表面が凹面状である請求項記載の装
置。

（２）非接地電極表面と接地電極表面が等しい面間距離
をもって対向する請求項記載の装置。

（３）非接地電極表面および／または接地電極表面が温
調可能である請求項記載の装置。

（４）被処理物が非接地電極の表面に接触する請求項記
載の装置。

（発明の効果） 本発明にかか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できるため
に、複数個の非接地電極に各々同一位相の電力を導入す
ることができるようになった。

また、各電極への電力導入部を統一できたために、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を
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。

また、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
されることも相俟って、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を示す一部省略概要正面
図、 第２図はその要部を示す概要正面図、 第３図は第２図の概要側面図である。 1,2,3……横型円筒形容器 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 12……処理布帛、13,14……ガイドローラー 15,15′……通路、16,17……ガイドローラー 18……供給ローラー、19……巻取ローラー 20,20′……フレーム、21……ガイドレール 22……ガス導入孔、23……排気孔 24,25……温調用媒体通路 26……匣体または筒体、27……フレーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器とその中に放射状に配設され被処
   理物の走行方向に関して膨出した曲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。