JPH07166356A - 基板の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応用ガスを効率良く基板表面に供給し、少
量のガス使用量で同時に基板の表裏両面処理を行ない得
る基板の表面処理方法を提供する。 【構成】 第１の多孔金属電極３の一面に開孔６ａを有
する第１の固体誘電体６が設けられ、第１の固体誘電体
６と対向して第２の多孔金属電極４が設けられ、第１お
よび第２の多孔金属電極は反応用ガスを供給可能とさ
れ、第１の固体誘電体６と第２の多孔金属電極４の間は
側面が第２の固体誘電体８で覆われた空間とされている
プラズマ発生装置の、該空間を上下に少なくとも２つに
分割するように基板７を設置して、基板７に不活性ガス
と反応用ガスを供給し、大気圧近傍の圧力下でグロー放
電プラズマを発生させて、励起された活性種を基板７の
表面と裏面に同時に接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、プラスチッ
ク、紙、金属、ガラス、セラミックス等の基板の表面処
理方法に関し、さらに詳しくは、大気圧近傍の圧力下で
のプラズマによる基板の表面処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、プラスチック、紙、
金属、ガラス、セラミックス等の基板の表面の濡れ性制
御や表面修飾の方法として、０．１〜１０Ｔｏｒｒ程度
の低圧のグロー放電プラズマによる表面処理方法が広く
知られており、産業的にも応用されている。この表面処
理方法においては、上記の圧力よりも高い圧力になる
と、放電が局所的になりアーク放電に移行してしまい、
耐熱性の乏しいプラスチックや紙のような基板への利用
が困難となるので、通常、あらゆる基板に適用できるよ
うに上記の圧力範囲が選ばれている。このため、真空
（もしくは低圧）にする必要上、処理用の容器は高価な
真空チャンバーを必要とし、また真空排気装置が必要と
される。さらに、真空中で処理するため大面積の基板に
処理しようとすると、大容量の真空容器を必要とし、真
空排気装置も大型のものが必要である。そのため、設備
費用が高くなるという問題点があった。また、吸水率の
高い基板の表面処理を行う場合、真空にするのに長時間
を要し、処理品がコスト高になるという問題点もあっ
た。

【０００３】そこで、上記の種々の問題点を克服するた
めに、装置、設備の低コスト化と、大面積基板への処理
が可能な大気圧下でのグロー放電プラズマが提案されて
きた。例えば、特開平２−１５１７１号公報には、電極
表面に固体誘電体を配設する方法によって、特公平２−
４８６２６号公報には、細線型電極を用いる方法によっ
て大気圧下でグロー放電プラズマを行う表面処理方法が
提案されている。これらの提案では、ヘリウムを主とす
る不活性ガスと反応用ガスとの混合ガスを、複数の開孔
を有する多孔管から基板近傍のプラズマ域に供給する方
法が用いられているが、この場合、大面積の基板になる
と均一にガスを拡散供給することが難しいという問題点
があった。

【０００４】また、特開平２−７３９７９号公報には、
一方を対向面に多孔板状の固体誘電体を配設した表面処
理用反応ガスを供給可能な金属電極とし、他方を金属電
極とした、対向する２つの電極の間に基板を設置し、電
極間の空間に不活性ガスと反応用ガスを供給し、大気圧
近傍の圧力下で、電極に電圧を与えてグロー放電プラズ
マを起こさせ、そのプラズマによって励起された活性種
を基板表面に接触させることによる、薄膜形成法が提案
されている。しかしながら、この方法では、反応用ガス
のうち実際に表面処理に使用されるガスの割合が少な
く、未使用のガスが多量に発生し反応用ガスの使用効率
（収率）が悪いという問題点があった。

【０００５】さらに、上記従来技術のいずれにあって
も、基板の表裏を同時に同様の表面処理をすることは、
プラズマ中に基板を浮かせて処理することによって可能
であるが、同時に表裏異なる処理を施すことは出来ない
という問題点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、反応
用ガスを効率良く基板表面に供給し、少量のガス使用量
で同時に基板の表裏両面処理を行える基板の表面処理方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の基板の表面処理
方法は、第１の多孔金属電極の一面に開孔を有する第１
の固体誘電体が設けられ、第１の固体誘電体と対向して
第２の多孔金属電極が設けられ、第１および第２の多孔
金属電極は反応用ガスを供給可能とされ、第１の固体誘
電体と第２の多孔金属電極の間は側面が第２の固体誘電
体で覆われた空間とされているプラズマ発生装置の、該
空間を上下に少なくとも２つに分割するように基板を設
置して、基板に不活性ガスを供給すると共に、第１の多
孔金属電極と第１の固体誘電体を介し、および第２の多
孔金属電極を介して基板に反応用ガスを供給し、大気圧
近傍の圧力下で、電極に電圧を与えてグロー放電プラズ
マを発生させて、そのプラズマによって励起された活性
種を基板の表面と裏面に同時に接触させることを特徴と
する。

【０００８】本発明において、基板の表面処理とは、主
として、表面官能基層の形成やフリーラジカル層の形成
や親水性や撥水性の薄膜を形成することなどによって、
基板の表面エネルギーを制御し、基板の濡れ性や接着性
を改質することや、基板表面に無機質や有機質の薄膜を
形成させて、基板に化学的、機械的、光学的、電気的特
性等を付与することを指す。

【０００９】本発明においては、表面処理の目的に応じ
て選択された反応用ガスと不活性ガスをプラズマ域に供
給し表面処理を行う。反応用ガスとしては、例えば、基
板表面にフッ素を化学結合させ表面エネルギーを低くし
撥水性を付与する場合には、フッ素含有のガスを使用す
る。フッ素含有ガスとしては、４フッ化炭素（ＣＦ₄ ）
や、６フッ化炭素（Ｃ₂ Ｆ₆ ）等の飽和フッ化炭素ガス
や６フッ化硫黄（ＳＦ₆ ）等のフッ化硫黄ガスが挙げら
れる。

【００１０】また、逆に表面エネルギーを高くし親水性
を付与する場合には、表面にカルボニル基、ヒドロキシ
ル基、アミノ基等の官能基を有する層を形成させるため
に、炭化水素化合物のガスを使用する。上記炭化水素化
合物としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブ
タン、ペンタン、ヘキサン等のアルカン類；エチレン、
プロピレン、ブテン、ペンテン等のアルケン類；ペンタ
ジエン、ブタジエン等のアルカジエン類；アセチレン、
メチルアセチレン等のアルキン類；ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、インデン、ナフタレン、フェナントレン
等の芳香族炭化水素類；シクロプロパン、シクロヘキサ
ン等のシクロアルカン類；シクロペンテン、シクロヘキ
セン等のシクロアルケン類；メタノール、エタノール等
のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン等のケ
トン類；メタナール、エタナール等のアルデヒド類など
が挙げられ、これらは、単独で使用されてもよいし２種
以上併用されてもよい。また、この場合、酸素ガスや酸
素と水素の混合ガスや水蒸気、アンモニアガス等を使用
することも可能である。

【００１１】また、基板に化学的、機械的、光学的、電
気的特性等を付与するために、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｓ
ｎＯ₂ 等の金属酸化物薄膜を形成する場合には、水素化
金属ガス、ハロゲン化金属ガス又は金属アルコラート等
の金属有機化合物のガスもしくは蒸気が用いられる。

【００１２】不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、
Ｘｅ等の希ガスや窒素ガスの、単体又は混合ガスが用い
られるが、準安定状態の寿命が長く反応用ガスを励起分
解するのに有利なＨｅを用いるのが好ましい。Ｈｅ以外
の不活性ガスを使用する場合は、２体積％以内のアセト
ンやメタノール等の有機物蒸気やメタン、エタン等の炭
化水素ガスを混合する必要がある。

【００１３】反応用ガスと不活性ガスとの混合比は、ガ
スの種類、電極構造、投入電力などによって適宜決めら
れるが、反応用ガスが１０体積％以下の時にグロー放電
が観察され表面処理が可能となる。撥水性を付与する場
合は、フッ素含有ガスと不活性ガスとの混合比は、フッ
素含有ガス濃度が約１０体積％以上では高電圧を印加し
てもグロー放電プラズマが発生し難いため、約１０体積
％以下が好ましく、反応ガスの使用量が少なくてすみ、
且つ撥水性を付与可能な０．３〜５．０体積％の間がよ
り好ましい。

【００１４】本発明に使用される基板は、材質、形状等
は特に限定されず、プラスチック、金属、ガラス、セラ
ミック、紙、繊維等が挙げられ、緻密でも多孔質でも構
わな１１プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン
テレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエ
ステル；ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレ
フィン；ポリスチレン；ポリアミド；ポリ塩化ビニル；
ポリカーボネート；ポリアクリロニトリル等のフィルム
あるいはシートが使用できる。フィルムの場合、延伸さ
れたものでも未延伸のものでも構わない。また、表面洗
浄や表面活性化の公知の処理を行ったものでも構わな
い。

【００１５】以下にプラスチックの表面に撥水性を付与
する場合を例に、図に基づいて本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明に使用されるプラズマ発生装置の一
例を示す模式断面図である。本装置は、電源部１、処理
容器２、対向する第１の多孔金属電極３と第２の多孔金
属電極４、対向する２つの電極間のプラズマ処理部５か
ら構成されている。

【００１６】電源部１は１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周
波数で、最高７ｋＶの電圧を印加可能とされている。撥
水性を付与するには１０〜３０ｋＨｚの周波数が好まし
い。プラズマ形成は高電圧の印加によって行うが、印加
電圧が低すぎるとプラズマ密度及びセルフバイアスが小
さくなるので、処理に時間がかかり非効率的であり、高
すぎるとアーク放電に移行する挙動を示すので、電界強
度５〜４０ｋＶ／ｃｍ程度になるように電圧を印加する
のが好ましい。

【００１７】処理容器２は、上面２ａと底面２ｂがステ
ンレス製、側面２ｃがパイレックスガラス製であり、底
面２ｂと第１の多孔金属電極３との間に絶縁体２ｄおよ
び上面２ａと第２の多孔金属電極４との間に絶縁体２ｅ
が配設されている。処理容器２の材質は、これに限ら
ず、全てがガラス製、プラスチック製でも構わないし、
電極と絶縁がとれているならばステンレスやアルミニウ
ム等の金属製でも構わない。

【００１８】第１の多孔金属電極３および第２の多孔金
属電極４は、多孔金属電極自体がガスの供給管を兼ねて
いるものであり、図１に示すように、電極の内部にガス
の通路３ａおよび４ａが設けられており、対向する他方
の電極に対する対向面が、ガスの出口部となる多数の開
孔３ｂおよび４ｂを有する多孔性の面とされているもの
であり、反応用ガスが供給可能とされている。なお、第
１の多孔金属電極３と第２の多孔金属電極４はどちらか
一方が陽極側、他方が陰極側となるように接続される。

【００１９】第１の多孔金属電極および第２の多孔金属
電極の材質は、ステンレスや真鍮等の多成分系の金属で
も、銅、アルミニウム等の純金属でも構わない。

【００２０】本発明においては、第１の多孔金属電極３
の一面に開孔６ａを有する第１の固体誘電体６が設けら
れる。なお、第１の固体誘電体６は、必要に応じて、第
１の多孔金属電極３の一面でなく、第２の多孔金属電極
４の一面に設けられてもよいし、第１および第２の多孔
金属電極の両方の一面に設けられてもよい。

【００２１】第１の固体誘電体６の形状としては、シー
ト状でもフィルム状でも構わないが、第１の多孔金属電
極３と同様にガスが通過できるような開孔６ａを設ける
必要がある。この第１の固体誘電体６の開孔６ａの大き
さは、第１の多孔金属電極３の開孔３ｂと同じかそれよ
りも小さくされる。上記固体誘電体６の厚みは、薄すぎ
ると高電圧印加時に絶縁破壊が起こりアーク放電が生
じ、また、厚すぎると放電しにくくなるため、０．０５
〜４ｍｍの厚みが好ましい。

【００２２】また、第１の固体誘電体６の第１の多孔金
属電極３への配設は、第１の多孔金属電極の対向面の一
部に配設されない部分があるとその部分にアーク放電が
生じるので、対向面の全面に配設される必要がある。従
って、第１の固体誘電体６に設けられる開孔６ａは、そ
の開孔によって多孔金属電極の一部が露出しないように
する必要がある。

【００２３】対向する第１の固体誘電体６と第２の多孔
金属電極４の配置構造としては、図１に示されるような
互いに平行平板型であるのが好ましい。

【００２４】対向する第１の固体誘電体６と第２の多孔
金属電極４の間の距離は、反応用ガスのガス流量、印加
電圧の大きさ及び処理基板の厚み等によって適宜決定さ
れるが、長すぎると対向する第１の固体誘電体６と第２
の多孔金属電極４の間の空間のガスの拡散の均一性が損
なわれ、また、未使用の反応用ガスが多くなり非効率的
であるため、０．５〜２０ｍｍが好ましい。

【００２５】第１の固体誘電体６の材質としては、セラ
ミック；ガラス；ポリテトラフルオロエチレンやポリエ
チレンテレフタレート等のプラスチックが用いられ、反
応用ガスとの反応性によって適宜選択される。例えば、
ガラスは４フッ化炭素プラズマによって容易に溶けてし
まうので、撥水性付与の場合には用い難い。また、誘電
率の大きな材料ほど放電発生が容易であり、少ない印加
電圧で放電可能である。

【００２６】グロー放電プラズマによるプラズマ処理部
５は、図１においては、第１の固体誘電体６と第２の多
孔金属電極４の間の空間である。本発明においては、上
記の空間は側面が第２の固体誘電体８で覆われる。上記
の空間の側面を第２の固体誘電体で覆う方法は、例え
ば、内部をくり抜いたシート状の２枚の第２の固体誘電
体８ａと８ｂを重ねて、第１の固体誘電体６と第２の多
孔金属電極４の間に挟み込む方法が挙げられる。この場
合、前記の空間の側面を第２の固体誘電体８ａと８ｂで
効果的に覆うために、２枚の第２の固体誘電体８ａと８
ｂの合計厚みを、第１の固体誘電体６と第２の多孔金属
電極４の間の距離にほぼ等しくする（ただし、後述のよ
うに、２枚の第２の固体誘電体８ａと８ｂの間に基板を
挟みこむ場合は、２枚の第２の固体誘電体８ａと８ｂの
合計厚みが、第１の固体誘電体６と第２の多孔金属電極
４の間の距離から基板の厚みを差し引いた長さにほぼ等
しくする）ことが好ましい。また、上記のシート状の第
２の固体誘電体は、２枚に限らず３枚以上使用すること
も可能である。

【００２７】本発明の基板の表面処理方法において、プ
ラスチック基板７は、第１の固体誘電体６と第２の多孔
金属電極４と第２の固体誘電体８とで覆われる空間を上
下に少なくとも２つに分割するように設置する。このよ
うにプラスチック基板７を設置するための方法として
は、例えば、前記のシート状の２枚の第２の固体誘電体
８ａと８ｂの間にプラスチック基板７を挟み込む方法が
挙げられる。また、上記のシート状の第２の固体誘電体
を３枚以上使用し、基板を２枚以上使用してシート状の
第２の固体誘電体に基板を挟み込めば、前記の空間を上
下３つ以上に分割することができる。

【００２８】基板７の表裏両面を容易に処理するには、
基板７をシート状の２枚の第２の固体誘電体８ａと８ｂ
の間に挟み込んで、前記の空間を上下に２分割するのが
好ましい。この場合、グロー放電プラズマによるプラズ
マ処理部５は、図１に示したプラズマ処理部５ａと５ｂ
になる。分割されたプラズマ処理部５ａと５ｂの容積比
率は、第２の固体誘電体８ａと８ｂの内容積の比率にな
り、この比率は１：１〜１：９９の間で変えることがで
きるが、ガス流量を制御し易い１：１が好ましい。

【００２９】前記したように、基板７と第２の固体誘電
体８の合計厚みは、第１の固体誘電体６と第２の多孔金
属電極４の間の距離にほぼ等しくするのが好ましい。

【００３０】第１の固体誘電体６と第２の多孔金属電極
４の間の空間は、基板７と第２の固体誘電体８によって
密閉されればされるほど、反応用ガスは処理に効率的に
使用されるので必要量が少なくなるが、不活性ガスがプ
ラズマ処理部５に拡散するのに十分な程度の隙間は必要
である。隙間を形成させる方法としては、例えば、第２
の固体誘電体８が前記のシートのような場合はシート上
面又は下面に凹凸を設ける方法（凹凸を設ける方法とし
ては、例えば、波板状の凹凸を有するシートを使用する
ことにより、第１の固体誘電体６と第２の固体誘電体８
の間、及び、第２の多孔金属電極４と第２の固体誘電体
８の間に僅かな隙間を形成させる方法がある）、または
第２の固体誘電体８の側面に小さな開孔を開ける方法な
どが挙げられる。

【００３１】第２の固体誘電体の材質としては、前記し
た第１の固体誘電体に使用される材質と同様のものが挙
げられるが、第１の固体誘電体と同じでも良いし異なっ
ていてもよい。

【００３２】本発明においては、前述のように、前記空
間を上下に少なくとも２つに分割するように基板を設置
して、基板に不活性ガスを供給すると共に、第１の多孔
金属電極と第１の固体誘電体を介し、および第２の多孔
金属電極を介して基板に反応用ガスを供給し、大気圧近
傍の圧力下で、電極に電圧を与えてグロー放電プラズマ
を発生させて、そのプラズマによって励起された活性種
を基板の表面と裏面に同時に接触させる。

【００３３】上記反応用ガスと不活性ガスは、混合し
て、第１の多孔金属電極３および第２の多孔金属電極４
のガス導入口９ａおよび９ｂから、マスフローコントロ
ーラーで流量制御して、プラズマ処理部５ａおよび５ｂ
に導入してもよいが、均一性よく処理するためには、反
応用ガスのみをガス導入口９ａおよび９ｂから導入し、
不活性ガスを対向する電極間の空間から離れたガス導入
管１０のガス導入口１０ａから、マスフローコントロー
ラーで流量制御して、処理容器２に導入するのが好まし
い。

【００３４】ガス導入管１０は、処理容器２内の部分
が、図１に示すように、プラズマ処理部５の周囲を取り
巻くようにされ、その取り巻かれた部分の内周面に多数
の孔が開けられ、その孔をガス出口１０ｂとされてもよ
いが、特にこのように構成せずともガスは、処理容器２
内にほぼ均一に拡散される。

【００３５】また、未使用の反応用ガス、不活性ガスは
処理容器の気体排出口１１から排出される。

【００３６】前記のように、本発明においては、大気圧
近傍の圧力で表面処理を行う。この大気圧近傍の圧力と
は、第１の固体誘電体６の開孔６ａおよび第２の多孔金
属電極４の開孔４ｂから、ガスを吹き出させることによ
って、１００〜７７０Ｔｏｒｒ程度の圧力に維持するこ
とであり、装置や設備の低コスト化を考慮すると大気圧
が好ましい。

【００３７】本発明の方法によって、基板の表面処理を
行う方法の一例を挙げると、まず、処理容器２を排気し
て処理容器２内を１Ｔｏｒｒ程度とする。次に、適当な
不活性ガスを、ガス導入管１０のガス導入口１０ａか
ら、マスフローコントローラーによって流量制御して処
理容器２に導入し、反応用ガスを、マスフローコントロ
ーラーで流量制御してプラズマ処理部５ａおよび５ｂ
に、ガス導入口９ａおよび９ｂから導入して処理容器２
内を大気圧近傍の圧力とする。

【００３８】次に、電極間に電圧を印加しグロー放電プ
ラズマを起こさせ、そのプラズマによって励起された活
性種を基板の表面と裏面に同時に接触させて基板の表面
処理を行う。

【００３９】撥水性付与の大気圧プラズマ処理には基板
の加熱や冷却は、特には必要なく室温下で十分可能であ
る。

【００４０】また、処理時間は印加電圧の大きさで決定
され、前記印加電圧の範囲では５秒程度で撥水化されて
おりそれ以上の時間をかけて処理しても撥水化効果は向
上せず、短時間の処理で十分である。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１ 図１に示したプラズマ発生装置（第１の多孔金属電極３
はＳＵＳ３０４製の対向面の直径８０ｍｍの円板型と
し、その上に第１の固体誘電体６として開孔６ａを有す
る直径９０ｍｍ、厚み１ｍｍのポリテトラフルオロエチ
レンシートを配設。第２の多孔金属電極４はＳＵＳ３０
４製の対向面の直径８０ｍｍの円板型）に於いて、第２
の多孔金属電極４と第１の固体誘電体６との距離を約５
ｍｍに設定した。基板７として８０ｍｍ×８０ｍｍ×厚
み１００μｍのポリエステルフィルム（東レ社製、商品
名「ルミラーＳ１０」）を、第２の固体誘電体８として
の、外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚み約２．５ｍｍの
波板状のポリテトラフルオロエチレンシート２枚の間に
挟み、これを上記のプラズマ発生装置の第２の多孔金属
電極４と第１の固体誘電体６の間に装着した（シートが
波板状なので、第２の多孔金属電極４と第２の固体誘電
体８の間、及び、第２の固体誘電体８と第１の固体誘電
体６の間には、僅かの隙間が形成される）。

【００４２】次に、１Ｔｏｒｒまで油回転ポンプ（図示
せず。以下同じ）で排気口１２より排気した。次いで、
４フッ化炭素ガスをガス導入口９ａよりガス流量５ｓｃ
ｃｍで、およびガス導入口９ｂよりガス流量５ｓｃｃｍ
で、それぞれ処理容器２内に導入し、また、９９０ｓｃ
ｃｍのヘリウムガスをガス導入口１０ａより処理容器２
内に導入し、７６０Ｔｏｒｒの大気圧とした後、周波数
１５ｋＨｚ、６．２ｋＶ、２８ｍＡの電力で印加し１０
秒間基板の表面処理をした。

【００４３】次に、処理後の基板の処理面の純水に対す
る接触角測定を行った。その結果、直径７０ｍｍの処理
領域で表裏両面とも１０８度を示し撥水化されているこ
とが明らかであった。尚、使用した基板の接触角は６５
度であった。また、処理面を、Ｘ線電子分光法で分析し
た結果、原子比で６３％のフッ素が表面に化学結合して
いることが分かった。

【００４４】実施例２ 実施例１で、基板としてポリエステルフィルムを使用し
たことの代わりに、ポリイミドフィルム（東レ社製、商
品名「カプトン」）を使用したことの他は、実施例１と
同様にして表面処理をした。

【００４５】その結果、処理後の基板の処理面の純水に
対する接触角は、直径７０ｍｍの処理領域で表裏両面と
も１０４度を示し撥水化されていることが明らかであっ
た。尚、使用した基板の接触角は６３度であった。ま
た、処理面を、Ｘ線電子分光法で分析した結果、原子比
で６８％のフッ素が表面に化学結合していることが分か
った。

【００４６】実施例３ 実施例１で、基板としてポリエステルフィルムを用いた
ことの代わりに、濾紙を用いたことの他は、実施例１と
同様にして表面処理を行った。その結果、処理後の基板
の処理面の純水に対する接触角は、直径７０ｍｍの処理
領域で表裏両面とも１０８度を示し撥水化されているこ
とが明らかであった。

【００４７】実施例４ 図１に示したプラズマ発生装置（第１の多孔金属電極３
はＳＵＳ３０４製の対向面の直径８０ｍｍの円板型と
し、その上に第１の固体誘電体６として開孔６ａを有す
る直径９０ｍｍ、厚み１ｍｍのポリテトラフルオロエチ
レンシートを配設。第２の多孔金属電極４はＳＵＳ３０
４製の対向面の直径８０ｍｍの円板型）に於いて、第２
の多孔金属電極４と第１の固体誘電体６との距離を約１
０ｍｍに設定した。基板７として８０ｍｍ×８０ｍｍ×
厚み１００μｍのポリエステルフィルム（東レ社製、商
品名「ルミラーＳ１０」）を、第２の固体誘電体８とし
ての、外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚み約５ｍｍの波
板状のポリテトラフルオロエチレンシート２枚の間に挟
み、これを上記のプラズマ発生装置の第２の多孔金属電
極４と第１の固体誘電体６の間に装着した（シートが波
板状なので、第２の多孔金属電極４と第２の固体誘電体
８の間、及び、第２の固体誘電体８と第１の固体誘電体
６の間には、僅かの隙間が形成される）。

【００４８】次に、１Ｔｏｒｒまで油回転ポンプで排気
口１２より排気した。次いで、ガス流量２０ｓｃｃｍの
酸素ガスをガス導入口９ａより、ガス流量２０ｓｃｃｍ
の４フッ化炭素ガスをガス導入口９ｂより、また、９９
０ｓｃｃｍのヘリウムガスをガス導入口１０ａより処理
容器２内に導入し、７６０Ｔｏｒｒの大気圧とした後、
周波数１５ｋＨｚ、７．０ｋＶ、２５ｍＡの電力で印加
し１５秒間基板の表面処理をした。

【００４９】次に、処理後の基板の処理面の純水に対す
る接触角測定を行った。その結果、直径７０ｍｍの処理
領域で片面は３０度以下の接触角を示し親水化されてお
り、他の面は１０３度を示し撥水化されており同時に基
板の両面が異なる処理が施されたことが分かった。尚、
使用した基板の接触角は６５度であった。

【００５０】実施例５ 図１に示したプラズマ発生装置（第１の多孔金属電極３
および第２の多孔金属電極４は、共に、ＳＵＳ３０４製
の対向面の直径８０ｍｍの円板型とし、それぞれその上
に第１の固体誘電体６として開孔６ａを有する直径９０
ｍｍ、厚み１ｍｍのポリテトラフルオロエチレンシート
を配設）に於いて、第１の多孔金属電極３上の第１の固
体誘電体６と、第２の多孔金属電極４上の第１の固体誘
電体６との間の距離を約５ｍｍに設定した。

【００５１】基板７として９０ｍｍ×９０ｍｍ×厚み１
ｍｍの銅板を、第２の固体誘電体８としての、外径８０
ｍｍ、内径７０ｍｍ、厚み約２ｍｍの波板状のポリテト
ラフルオロエチレンシート２枚の間に挟み、これを上記
のプラズマ発生装置の第１の多孔金属電極３上の第１の
固体誘電体６と、第２の多孔金属電極４上の第１の固体
誘電体６との間に装着した（シートが波板状なので、第
１の多孔金属電極３上の第１の固体誘電体６と第２の固
体誘電体８の間、及び、第２の多孔金属電極４上の第１
の固体誘電体６と第２の固体誘電体８の間には、僅かの
隙間が形成される）。

【００５２】次に、１Ｔｏｒｒまで油回転ポンプで排気
口１２より排気した。次いで、ガス流量２０ｓｃｃｍの
アセチレン（Ｃ₂ Ｈ₂ ）ガスをガス導入口９ａより、ガ
ス流量２０ｓｃｃｍのフッ化エチレン（Ｃ₂ Ｆ₄ ）ガス
をガス導入口９ｂより、また、９９０ｓｃｃｍのヘリウ
ムガスをガス導入口１０ａより処理容器２内に導入し、
７６０Ｔｏｒｒの大気圧とした後、周波数１５ｋＨｚ、
７．０ｋＶ、３０ｍＡの電力で印加し５分間基板の表面
処理をした。

【００５３】次に、処理後の基板の処理面を、Ｘ線電子
分光法で分析した結果、第１の多孔金属電極３側にはポ
リエチレン、第２の多孔金属電極４側にはポリテトラフ
ルオロエチレンのスペクトルに酷似したスペクトルが得
られ、基板両面にそれぞれの重合膜が形成されているこ
とが分かった。

【００５４】比較例１ 図１に示したプラズマ発生装置（第１の多孔金属電極３
および第２の多孔金属電極４はＳＵＳ３０４製の対向面
の直径８０ｍｍの円板型とし、それぞれその上に第１の
固体誘電体６として開孔６ａを有する直径９０ｍｍ、厚
み１ｍｍのポリテトラフルオロエチレンシートを配設）
に於いて、第１の多孔金属電極３上の第１の固体誘電体
６と、第２の多孔金属電極４上の第１の固体誘電体６と
の間の距離を約５ｍｍに設定した。基板７として１００
ｍｍ×１００ｍｍ×厚み１００μｍのポリエステルフィ
ルム（東レ社製、商品名「ルミラーＳ１０」）を、第１
の多孔金属電極３上の第１の固体誘電体６との間の距離
が３ｍｍとなるように、第１の多孔金属電極３から離れ
た位置に設置された治具によって、第１の多孔金属電極
３上の第１の固体誘電体６と、第２の多孔金属電極４上
の第１の固体誘電体６との間の空間に固定した（すなわ
ち、本比較例では、第２の固体誘電体は使用しなかっ
た）。

【００５５】次に、１Ｔｏｒｒまで油回転ポンプ（図示
せず。以下同じ）で排気口１２より排気した。次いで、
ガス流量１０ｓｃｃｍの４フッ化炭素ガスと９９０ｓｃ
ｃｍのヘリウムガスをガス導入口１０ａより処理容器２
内に導入し、７６０Ｔｏｒｒの大気圧とした後、周波数
１５ｋＨｚ、６．２ｋＶ、２８ｍＡの電力で印加し１０
秒間基板の表面処理をした。

【００５６】次に、処理後の基板の処理面の純水に対す
る接触角測定を行った。その結果、表裏両面とも４０度
前後の接触角を示し撥水化されていないことが分かっ
た。また、処理面を、Ｘ線電子分光法で分析した結果、
原子比で１０％程度のフッ素しか表面に化学結合してい
ないことが分かった。

【００５７】比較例２ 比較例１において、ガス流量１０ｓｃｃｍの４フッ化炭
素ガスと９９０ｓｃｃｍのヘリウムガスをガス導入口１
０ａより処理容器２内に導入したことの代わりに、４フ
ッ化炭素ガスをガス導入口９ａおよび９ｂよりそれぞれ
ガス流量５ｓｃｃｍで導入し、ヘリウムガスをガス導入
口１０ａより処理容器２内に導入したことの他は、比較
例１と同様に処理を行った。

【００５８】次に、処理後の基板の処理面の純水に対す
る接触角測定を行った。その結果、表裏両面とも５０〜
１０８度の間でばらつき均一に処理されていないことが
分かった。

【００５９】比較例３ 比較例１において、ガス流量１０ｓｃｃｍの４フッ化炭
素ガスと９９０ｓｃｃｍのヘリウムガスをガス導入口１
０ａより処理容器２内に導入したことの代わりに、ガス
流量２０ｓｃｃｍの酸素ガスをガス導入口９ａより、ガ
ス流量２０ｓｃｃｍの４フッ化炭素ガスをガス導入口９
ｂより、９９０ｓｃｃｍのヘリウムガスをガス導入口１
０ａより処理容器２内に導入したこと、および、比較例
１において、周波数１５ｋＨｚ、６．２ｋＶ、２８ｍＡ
の電力で印加し１０秒間基板の表面処理をしたことの代
わりに、周波数１５ｋＨｚ、７．０ｋＶ、２５ｍＡの電
力で印加し１５秒間基板の表面処理をしたことの他は、
比較例１と同様に処理を行った。

【００６０】次に、処理後の基板の処理面の純水に対す
る接触角測定を行った。その結果、表裏両面とも３０〜
５０度の間であり、実施例４で確認されたような基板の
両面での異なる処理が施されていないことが分かった。

【００６１】

【発明の効果】本発明の構成は上述の通りであり、従来
の低圧グロー放電プラズマによるプラスチック等の表面
処理方法にくらべて、特別な真空形成のための装置・設
備が必要でなく、しかも、そのための特別な操作も不必
要であり、ガスを効率良く消費可能でありコスト低下効
果に優れ、かつ、取扱は容易である。また、反応用ガス
がプラズマ域に均一に拡散供給されるので、大気圧プラ
ズマの課題であった処理領域の大面積化が可能であり、
また、反応用ガスの効率的利用が可能である。さらに、
基板の表裏両面を同時に表面処理をすることが可能であ
り、さらに表裏異なる表面処理をすることが可能であ
る、また、処理面の領域指定も可能であり、今後産業上
の波及効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の表面処理方法に使用されるプ
ラズマ発生装置の一例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１ 電源部 ２ 処理容器 ２ａ 上面 ２ｂ 底面 ２ｃ 側面 ２ｄ、２ｅ 絶縁体 ３ 第１の多孔金属電極 ４ 第２の多孔金属電極 ３ａ、４ａ ガスの通路 ３ｂ、４ｂ 開孔 ５ プラズマ処理部 ５ａ プラズマ処理部 ５ｂ プラズマ処理部 ６ 第１の固体誘電体 ６ａ 開孔 ７ 基板 ８ 第２の固体誘電体 ８ａ 第２の固体誘電体 ８ｂ 第２の固体誘電体 ９ａ、９ｂ ガス導入口 １０ ガス導入管 １０ａ ガス導入口 １０ｂ ガス出口 １１ 気体排出口 １２ 排気口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の多孔金属電極の一面に開孔を有す
   る第１の固体誘電体が設けられ、第１の固体誘電体と対
   向して第２の多孔金属電極が設けられ、第１および第２
   の多孔金属電極は反応用ガスを供給可能とされ、第１の
   固体誘電体と第２の多孔金属電極の間は側面が第２の固
   体誘電体で覆われた空間とされているプラズマ発生装置
   の、該空間を上下に少なくとも２つに分割するように基
   板を設置して、基板に不活性ガスを供給すると共に、第
   １の多孔金属電極と第１の固体誘電体を介し、および第
   ２の多孔金属電極を介して基板に反応用ガスを供給し、
   大気圧近傍の圧力下で、電極に電圧を与えてグロー放電
   プラズマを発生させて、そのプラズマによって励起され
   た活性種を基板の表面と裏面に同時に接触させることを
   特徴とする基板の表面処理方法。