JPH08176822A

JPH08176822A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH08176822A
Application number: JP33596394A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Ueda; 征典植田; Toshio Yasuda; 登志夫安田; Kazuhiro Fukushima; 和宏福島
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1996-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】少量のガスによってプラズマを発生でき、金
属蒸着装置に用いて最適なプラズマ処理装置を提供す
る。【構成】プラスチックフイルム６表面にプラズマ処理
を施す装置であって、放電電極１１の周囲が、プラスチ
ックフイルム６の対向面側に向けて開口したスリット状
の開口部１４を有する対極１３で覆われているプラズマ
処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばプラスチック
フイルムなどの高分子基材の金属蒸着装置中に用いるプ
ラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主にコーティング用途のスパッタ装置や
プラスチックフイルムなど高分子基材の表面改質、除
電、クリーニングなどに用いられるマグネトロン型プラ
ズマ発生装置は、公知のように数Ｔｏｒｒ〜１×１０^-5
Ｔｏｒｒの圧力範囲で陰極から放電する電子を、陰極の
軸方向に平行な磁界と径方向の電界とが形成する直交電
磁界の作用により旋回運動させ、陰極周囲に注入された
例えば不活性ガスなどのガス分子と衝突させ、電離、イ
オン化させてプラズマ放電を生じさせるものである。

【０００３】陰極・陽極の構成としては、たとえば陽極
をアースとするものや、特公昭５５−２６７１０号公報
に記載のように、陰極周囲に棒状の陽極を配置するもの
などが知られている（図５、図６）。

【０００４】図５、図６において、３０は真空容器を示
している。真空容器３０内には、陰極３１、棒状の陽極
３２、および基材（被処理材）３３が同心円上に配列さ
れている。また、陰極３１内には、永久磁石３６が内蔵
されている。３７は、陰極３１内に冷却水を注入する冷
却水注入管を、３４は真空ポンプを、３５は真空容器３
０内にガスを注入するガスボンベを、それぞれ示してい
る。

【０００５】上記のようなスパッタリング用プラズマ処
理装置は、グロー放電にともなう陰極３１のスパッタリ
ング現象すなわち、陰極３１にガスイオンが衝突するこ
とにより、陰極３１の材料（たとえば、アルミニウム）
を気化させ、飛び出した金属原子を基材３３の表面に付
着させて薄膜を生成させるものである。

【０００６】上記のようなスパッタリングにおいては、
注入するガスとして、主にアルゴン、窒素など不活性な
ものを用いるのが好ましいが、活性ガスであってもよ
い。真空容器３０内に注入するガス量で、数Ｔｏｒｒ〜
１０^-2Ｔｏｒｒ程度の放電しやすい真空度をつくりだせ
ばよいことが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラス
チックフイルムなどの高分子基材の金属蒸着工程におい
ては、基材への金属蒸着をスムーズに行うために、金属
蒸着装置内の真空度を１０^-3〜１０^-5Ｔｏｒｒ台に保つ
ことが好ましい。このような高真空ではプラズマ処理装
置の電極周囲のガスの分子密度が低くなり、電子との衝
突回数が減少するため、プラズマが発生しにくい状態と
なってしまう場合が多い。

【０００８】そこで、プラズマ発生用の不活性ガスの注
入量を増やすと、電極周囲のガスの分子密度が上りプラ
ズマは発生しやすくなるが、逆に金属蒸着工程で必要な
真空度が達成できなくなるという矛盾した問題があっ
た。

【０００９】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、上記問題点を解決し、高分子基材の金属蒸
着工程において工程中の真空度を十分に保ちつつ、少量
のガスにてプラズマを十分に発生させることの出来るプ
ラズマ処理装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
プラズマ処理装置は、高分子基材表面にプラズマ処理を
施す装置であって、放電電極周囲が、高分子基材の対向
面側に向けて開口したスリット状の開口部を有する対極
で覆われていることを特徴とするものからなる。

【００１１】また、上記陰極と陽極の材質はステンレス
鋼やアルミニウムなど導電性と耐蝕性に優れた金属が望
ましく、陰極を覆う陽極の形状は、角形でも丸形でもよ
い。ただし陰極と陽極の対峙距離を陰極の周囲において
おおむね一定距離に設定することが好ましい。

【００１２】また、上記スリット状の開口部は高分子基
材の走行方向にスライド可能な、陽極の一部であるスリ
ット板によって形成され、その開口寸法がスリット板を
スライドさせることにより調整できるものが好ましい。

【００１３】上記開口寸法の調整方法としては、たとえ
ばスリット板に長穴加工しネジ止めして調整する方法
や、歯車や送りネジで調整する方法を挙げることができ
る。また、より好ましくはモータを取り付け遠隔操作に
より調整できるようにしておくとさらによい。ただし開
口寸法の調整方法は、上記方法に限定されるものではな
く、他の公知の方法から適宜選択して適用してもよい。

【００１４】また、上記スリット状の開口部で調整する
開口寸法の調整可能範囲は１〜１５ｍｍであることが好
ましく、さらに望ましくは、１〜７ｍｍの範囲である。
１ｍｍ以上とすることにより、陽極で覆われた空間内の
イオン化ガスを効率よく高分子基材に吹き付けることが
できる。しかし、開口寸法を極端に拡げ過ぎたのでは従
来と同様の問題が生じるため、１５ｍｍ以下に抑えてお
くことが好ましい。

【００１５】上記スリット状の開口部は、陰極の軸方向
に、つまり高分子基材の走行方向と直角の方向に、均一
な幅で開口されていることが望ましい。開口部をこのよ
うに形成することにより、イオン化ガスは均一に、かつ
効率よく高分子基材に吹き付けられる。なお、この開口
部の形状としてはスリット形状のみに限らず、穴状、長
穴状のものを陰極軸方向に複数配列したものでもよい。

【００１６】また、上記高分子基材としてはとくに限定
されないが、本発明は基材がプラスチックフイルムであ
る場合のプラズマ処理装置に好適なものである。特に、
電気抵抗率が１０⁹［Ω・ｃｍ］以上のプラスチックフ
イルムは一度帯電した電荷が、そのまま残り続けるた
め、特にプラズマ処理装置の処理対象として好適であ
る。

【００１７】なお、本発明におけるガスとしては、窒素
ガス、二酸化炭素ガス、アルゴン、ヘリウム等の不活性
ガスや酸素等から適宜選定できる。また、これらの２種
類以上の混合ガスなども適用可能である。

【００１８】

【作用】上記のようなプラズマ処置装置においては、陰
極周囲が、高分子基材の対向面側に向けて開口したスリ
ット状の開口部を有する陽極で覆われている。このた
め、陰極周囲に注入されたガスは、スリット状開口部か
らしか漏れないので、その大部分が陽極に覆われた空間
内に閉じ込められる。そのため、ガスの注入量が少量で
あっても、陰極周囲のガスの分子及びイオン密度が上昇
し、金属蒸着工程等での真空度にかかわらず、陰極周囲
のみプラズマが発生し易い状態が得られる。

【００１９】このような最適な条件下において、陰極周
囲のプラズマ放電によりイオン化されたガス分子は、ス
リット状開口部からプラスチックフイルムなどの高分子
基材に吹き付けられ、帯電している該高分子基材表面の
電荷を中和し、該高分子基材を除電し、また、該高分子
基材の表面改質、クリーニングを行なう等所望のプラズ
マ処理が行われる。

【００２０】このように、本発明においては、プラズマ
処理条件と、金属蒸着工程における真空度条件とを、共
に最適な条件に保つことが可能となる。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明のプラズマ処理装置の望まし
い実施例を図面を参照しながら説明する。図１は、本発
明の一実施例に係るプラズマ処理装置と、該処理装置を
適用した金属蒸着装置を示している。図において、１は
真空チャンバを示している。真空チャンバ１内には、蒸
着材料３が収容される蒸着材料蒸発源４が設けられてい
る。蒸着材料蒸発源４は抵抗加熱により蒸着材料３を溶
融し蒸発させるようになっている。なお、本実施例にお
いては、蒸着材料蒸発源４は抵抗加熱により蒸着材料３
を溶融し蒸発させているが、これに限定されるものでは
なく、たとえば高周波誘電加熱、電子ビーム等により蒸
着材料３を溶融し蒸発させることも可能である。

【００２２】また、本実施例においては、１個の蒸着材
料蒸発源４が設けられているが、これに限定されるもの
ではなく２個以上設けることも可能である。

【００２３】また、真空チャンバ１内には、内部に冷却
液（たとえば、冷却水）が循環されるクーリングロール
５が設けられている。蒸着材料蒸発源４は、クーリング
ロール５と対向する位置関係に設けられている。

【００２４】また、真空チャンバ１には、クーリングロ
ール５に高分子基材としてのプラスチックフイルム６を
供給するフイルム供給機構７が設けられており、フイル
ム巻出し原反ロール７ａからプラスチックフイルム６が
巻き出されるようになっている。巻き出されたプラスチ
ックフイルム６は、プラズマ処理装置２により表面処理
された後、クーリングロール５により冷却されつつ蒸着
材料蒸発源４から蒸発された蒸着材料３が蒸着され、さ
らにプラスチックフイルム６を巻き取るフイルム巻取機
構９によりフイルム巻取ロール９ａとして巻き取られる
ようになっている。

【００２５】また、１０は真空チャンバ１内を減圧雰囲
気にするための真空ポンプを示している。真空ポンプ１
０としては、たとえばロータリーポンプ、油拡散ポン
プ、クライオポンプ等を挙げることができる。

【００２６】次に、上記金属蒸着装置のプラズマ処理装
置について、図２、図３を加えながら説明する。図２に
おいて、２は、金属蒸着前のフイルム６に表面処理を施
すプラズマ処理装置を示している。図において、１１は
陰極を示しており、陰極１１には永久磁石１２が内蔵さ
れており、プラズマ放電する電極となる。この磁石は特
公昭５５−２６７１０号公報（図５）に記載のものと同
様に冷却水により水冷されることが望ましい。また永久
磁石が無くても放電効率の低下を無視すれば、放電には
問題はない。陰極１１の周囲は、プラスチックフイルム
６の対向面側に向けて開口した、スリット状の開口部１
４を有する陽極１３で覆われている。なお、放電電極
は、陽極であっても問題はない。

【００２７】本実施例においては、陰極１１と、陽極１
３とはステンレス鋼で形成されている。ただし、陰極１
１、陽極１３の材質は、導電性、耐蝕性に優れたもので
あれば上記ステンレス鋼に限定されるものではなく、他
の公知材料の中から選定することも可能である。

【００２８】また、陰極１１と、該陰極１１の周囲を覆
う陽極１３との間の距離は、陰極１１の周囲全周にわた
って略一定になるように設定されている。なお、本実施
例においては、図２、図３に示したように陰極１１は円
筒状に形成され、陽極１３は、断面半円状に形成されて
いるが、陰極１１、陽極１３の形状は上記形状に限定さ
れるものではない。

【００２９】また、スリット状開口部１４は、陰極１１
の軸方向に均一な幅で開口されており、図２の矢印方向
に、つまりプラスチックフイルム６の走行方向に平行に
スライド可能な、陽極１３の一部であるスリット板１５
ａ、１５ｂ間の隙間として形成されている。そして、そ
の開口寸法ａは、スリット板１５ａ、１５ｂをスライド
させることにより調整可能になっている。

【００３０】より具体的には、図３に示すように、スリ
ット板１５ａ、１５ｂの両側には長穴１６が穿設され、
該長穴１６を挿通されるボルト１７を介して、スリット
板１５ａ、１５ｂと陽極本体１３ａとが一体的に結合さ
れ、全体として一つの陽極を構成している。そして、図
３の矢印方向（プラスチックフイルム６の走行方向）に
スリット板１５ａ、１５ｂをスライドさせ、ボルト１７
による締結位置を変えることにより開口寸法ａが調整さ
れるようになっている。また、開口寸法ａは、前述の如
く１〜１５ｍｍの範囲内で調整される。

【００３１】また、陰極１１と陽極１３とは、図１、図
２に示すように、両電極に高電圧を印加する放電用電源
としての交流の電源１８に接続されている。

【００３２】１９は、ガスが貯蔵されるガスボンベを示
している。ガスボンベ１９は管路２０を介して陽極１３
に連通されており、管路２０は、陽極１３内部、つまり
陰極１１周囲部に向けて開口されている。また、管路２
０にはバルブ２１が設けられており、供給ガス量をコン
トロールできるようになっている。

【００３３】本実施例においては、放電用の交流電源１
８が陰極１１と陽極１３間に高電圧を印加すると同時
に、放電用のガスがガスボンベ１９からバルブ２１、流
量計（図示略）を有する管路２０を介して陽極１３の内
部に注入される。この時、陰極１１と陽極１３の間を飛
び交う電子が、陰極１１の内部にある永久磁石１２の磁
束に捕らえられ、陰極１１の周囲をサイクロトロン運動
で回るため、この電子と注入されたガス分子との間で衝
突が起こりプラズマ放電２２が発生する。このプラズマ
放電２２で生まれたイオン化ガス２３が、スリット板１
５ａ、１５ｂによって形成された開口部１４からプラス
チックフイルム６に吹き付けられ、フイルム表面が処理
される。

【００３４】また、本実施例においては、陰極１１周囲
が陽極１３によって覆われている。このため、陰極１１
周囲に注入されたガスは、実質的に陽極１３内に閉じ込
められることになるので、ガスの注入量が少量であって
も、陰極１１周囲の不活性ガスの分子密度が効率よく上
昇され、容易にプラズマが発生し易い状態になる。

【００３５】陰極１１周囲に注入されたガスの、スリッ
ト状開口部１４から流出する量はごく僅かに抑えられる
ので、真空チャンバ１内の真空度がガスの注入によって
不必要に上昇することが防止され、後流の金属蒸着工程
に要求される真空度は良好な値に保たれる。

【００３６】また、プラスチックフイルム６にイオン化
ガスが吹き付けられる際には、陽極１３は一種のチャン
バとしての性能を発揮し、かつ、スリット状開口部１４
は陰極軸方向に均一な幅で開口されているので、イオン
化ガスは、プラスチックフイルム６の全幅にわたって均
一に吹き付けられ、プラスチックフイルム６の幅方向に
均一な除電効果が得られる。

【００３７】また、陰極１１の周囲が陽極１３に覆われ
ることにより、陰極１１には汚れが付着しにくくなり、
かつ、酸化被模も生成されにくくなる。したがって、陰
極１１の清掃周期を延長できる。

【００３８】さらに、陰極１１の周囲のみプラズマ放電
され易い状態になるので、たとえば陽極１３の外周や取
付けブラケット等の他の部位での異常放電が防止され
る。このため、絶縁部材等に対する異常放電によるダメ
ージが発生せず、装置自身の耐久性、寿命が大幅に向上
する。

【００３９】なお、本実施例では放電用の電源は交流電
源１８を用いたが、直流電源でも放電に問題はない。ま
た不活性ガスは窒素を用いたが、アルゴン、ヘリウム、
二酸化炭素など他の不活性ガスでもよい。また、活性ガ
スであってもよい。

【００４０】また、本実施例でプラズマ処理装置の設置
位置はプラスチックフイルム６の巻出し側における蒸着
面側としたが、非蒸着面側でもよく、また、必要に応じ
てプラスチックフイルム６の巻取側に設けてもよい。

【００４１】次に、上記実施例装置において、スリット
状開口部１４の開口寸法ａを３、７、１５ｍｍ、スリッ
ト板１５ａ、１５ｂを取り外した状態（開口幅６０ｍ
ｍ）の４水準にて、プラズマ放電開始電流と注入ガス量
との関係を測定した結果を図４に示す。

【００４２】たとえば、プラズマ処理装置のスリット状
開口部の開口幅ａをブランクのスリットなし、つまりス
ライド板１５ａ、１５ｂなしの状態に設定し、不活性ガ
スを０．６リットル／分注入した状態で放電開始流を測
定すると約０．３Ａだったが、開口寸法ａを７ｍｍに設
定すると同じ０．３Ａで放電を開始するためには、不活
性ガスの注入量が０．２リットル／分で済むことが分か
る。また、同じ不活性ガス注入量０．２リットル／分の
状態、あるいは、０．１リットル／分まで下げた場合で
あっても、放電開始電流は約０．２Ａまで下がることが
分かる。

【００４３】すなわち、開口寸法ａが小さいほど放電開
始電流を低くでき、しかも同じ電流値であれば、開口寸
法ａが小さいほど注入する不活性ガス量を少なくできる
ことが判明した。これは、従来までが「プラズマ処理装
置の陰極付近ガス圧＝金属蒸着装置の真空度」であった
ものが、陰極の周囲を電極で覆い、開口部をスリット状
の絞りとしたため、陽極内部にガスシール効果が生ま
れ、陰極付近のガス圧が上り、金属蒸着工程での真空度
を実質的に所定の値に保ったまま、プラズマ処理装置に
おけるプラズマ放電が発生しやすくなっているためと言
える。

【００４４】また開口部をスリット状としたことによ
り、プラズマ処理性能への影響を確認したが、目的とし
ているプラスチックフイルムの処理機能については、開
口寸法ａを絞った状態と全開放の状態で有意差のないこ
とを確認した。これはイオン化ガスをプラスチックフイ
ルムに与えることに関しては、スリット間隙の大小に関
係がないためである。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、陽極のガスシール効果で陰極周囲に
のみプラズマ放電が発生しやすい状況を作るようにした
ので、以下のような優れた効果を奏する。（１）プラスチックフイルムの金属蒸着装置等の真空度
に左右されることなく、安定したプラズマ処理を行うこ
とができる。（２）従来装置に比べ、大幅に少ないガス量でプラズマ
処理ができ、ガス費のコストダウンが図れる。（３）使用ガス量が少なくて済むので、金属蒸着工程等
の真空度に与える影響が少ない。よってプラズマ処理装
置を使用しながら、高真空で安定して金属蒸着等の処理
を行える。（４）陽極内部がイオン化したガスのチャンバーにな
り、プラスチックフイルムの幅方向に均一にイオン化ガ
スを吹き付けることができるので、フイルム幅方向でむ
らのない除電効果を上げられる。（５）陰極が陽極に覆われてむき出しにならないので、
汚れ、酸化膜が陰極に付着しにくく、清掃周期を長くで
きる。（６）陰極周囲のみプラズマ放電しやすい状態となるた
め、陽極の外周や取り付けブラケットなどで異常放電が
起こりにくく、陽極やブラケット、絶縁部材などに対す
る異常放電のダメージが発生しない。よって装置のメン
テナンス周期や寿命が伸びる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプラズマ処理装置を適
用した金属蒸着装置の概略縦断面図である。

【図２】図１のプラズマ処理装置の拡大概略縦断面図で
ある。

【図３】図２の装置の陰極と陽極の概略斜視図である。

【図４】注入ガス量と放電開始電流との関係図である。

【図５】従来のスパッタリング用プラズマ処理装置の要
部縦断面図である。

【図６】図５の装置の横断面図である。

【符号の説明】

１真空チャンバ２プラズマ処理装置３蒸着材料４蒸着材料蒸発源５クーリングロール６プラスチックフイルム７フイルム供給機構７ａフイルム巻出ロール９フイルム巻取機構９ａフイルム巻取ロール１０真空ポンプ１１陰極１２永久磁石１３陽極１３ａ陽極本体１４スリット状の開口部１５ａ、１５ｂスリット板１６長穴１７ボルト１８交流電源１９不活性ガスボンベ２０管路２１バルブ２２プラズマ放電２３イオン化ガスａ開口寸法

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子基材表面にプラズマ処理を施す装
置であって、放電電極の周囲が、高分子基材の対向面側
に向けて開口したスリット状の開口部を有する対極で覆
われていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記スリット状の開口部が、高分子基材
の走行方向にスライド可能なスリット板によって形成さ
れ、その開口寸法が該スリット板のスライドにより調整
可能となっている、請求項１に記載のプラズマ処理装
置。
【請求項３】前記スリット状の開口部の開口寸法の調
整可能範囲が１〜１５ｍｍである、請求項２に記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項４】前記高分子基材がプラスチックフイルム
である、請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ
処理装置。