(57)【要約】【課題】  放電域の特定のポイントの置換ガス濃度を正確に特定でき、目的の改質効果を確実に実現できるようにすることである。【解決手段】  放電電極７を備え、この放電電極７と対向する対向電極１との間に生成されるガス置換放電で生成されるプラズマのエネルギーによって、上記放電電極と上記対向電極１との間の処理対象Ｆの表面を改質する表面改質装置において、上記放電電極には上記ガス置換放電の放電域Ｅ２に開口して上記放電域内のガスを取り込むガス取込用小孔９が備えられ、ガス取込用小孔９は、置換ガス濃度を測定するガス測定手段１１に接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上記電極構造体と対向電極間に供給された置換ガスを上記電極構造体と対向電極との間の放電域でプラズマ化し、このプラズマのエネルギーで処理対象の表面を改質する表面改質方法において、
上記放電域内で置換ガス濃度の測定ポイントを特定するプロセスと、
上記特定した測定ポイントに対応させてガス取込用小孔の位置を設定するプロセスと、
上記ガス取込用小孔から取り込んだ置換ガス濃度を測定するプロセスと、
上記置換ガス濃度の測定値に応じて置換ガスの供給量を制御するプロセスと
を実行する表面改質方法。
【請求項２】
上記測定ポイントを複数設定するプロセスと、
上記各測定ポイントに別々のガス取込用小孔を対応させるプロセスと、
上記複数の各測定ポイントの置換ガス濃度を測定するプロセスと、
複数の測定ポイントのうち、最低の置換ガス濃度を検出した最低測定ポイントもしくは最高の置換ガス濃度を検出した最高測定ポイントを特定するプロセスと、
上記最低測定ポイントもしくは最高測定ポイントの置換ガス濃度を、基準値に導くためにガス供給量を制御するプロセスと
を実行する請求項１に記載の表面改質方法。
【請求項３】
放電電極を備えた電極構造体を備え、
この電極構造体と対向する対向電極間のガス置換放電で生成されるプラズマのエネルギーによって、上記電極構造体と上記対向電極との間の処理対象の表面を改質する表面改質装置において、
上記電極構造体には上記ガス置換放電の放電域に開口して上記放電域内のガスを取り込むガス取込用小孔と、
このガス取込用小孔に接続されるとともに、取り込まれたガスの置換ガス濃度を測定するガス測定手段とが備えられた
表面改質装置。
【請求項４】
上記電極構造体は、対向する処理対象の処理幅に対応した大きさを備え、この電極構造体には上記ガス取込用小孔を複数備えるとともに、これらガス取込用小孔は電極構造体の大きさの範囲で所定の間隔を保って形成された請求項３に記載の表面改質装置。
【請求項５】
上記ガス取込用小孔から取り込まれたガスの置換ガス濃度に基づいて、置換ガスの供給量を制御するための置換ガス供給量制御手段が設けられた
請求項３または４に記載の表面改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チャンバ内に置換ガスを供給してガス置換放電によって生成されたプラズマのエネルギーで処理対象の表面を改質する表面改質方法及び表面改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示す従来の表面改質装置は、窒素ガスなどの置換ガスが供給されるチャンバ２内に放電電極３を設けている。そして、放電電極３と対向する接地された処理ローラ１が設けられ、この処理ローラ１は対向電極として機能するとともに、処理対象であるフィルムＦを搬送する機能を有する。
【０００３】
また、上記チャンバ２のほぼ中央には、図示しないガス分析装置に接続されたパイプ先端のガス取込口４を位置させている。このガス取込口４で吸引されたガスを分析してチャンバ２内の置換ガス濃度を測定する。
なお、符号５はチャンバ２内に置換ガスを供給するための置換ガス供給管である。
【０００４】
上記のようにしたチャンバ２内に置換ガスを供給して放電電極３に高電圧を印加すれば、放電電極３と処理ローラ１との間でガス置換放電が起こり、生成されたプラズマのエネルギーによってフィルムＦの表面が改質される。
このような表面改質装置では、放電域Ｅ１における置換ガス濃度がフィルムＦに対する改質処理の効果に影響する。もし、置換ガス濃度が所定の濃度に達していない場合には、放電が不安定になってプラズマのエネルギーが不足してしまうことがある。また、置換ガス濃度が低い分酸素濃度が高くなれば、放電域でのオゾンの発生や窒素酸化物の生成が多くなり、それがフィルム表面に悪影響を与えてしまうこともある。
【０００５】
また、置換ガスとして窒素ガスを供給してフィルム表面に窒素由来の官能基を付けたい場合に、窒素が不足すれば目的の官能基を付けることができなくなってしまう。
さらに、置換ガス濃度が高すぎることで不都合が生じるような処理もある。
このように、厳密な改質処理を目的とする場合には、放電域Ｅ１における置換ガス濃度を厳密に管理しなければならない。
【０００６】
そのため、図７の従来装置では、チャンバ２内のガス取込口４から取り込まれたガスの分析結果に基づいて放電域Ｅ１の置換ガス濃度を類推していた。そして、類推した置換ガス濃度に応じて置換ガスの供給量などを制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４６２４２号公報
【特許文献２】特開２００５−０７６０６３号公報
【特許文献３】実開昭５９−４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようにした従来の表面改質装置では、放電域Ｅ１から離れた位置にあるガス取込口４から取り込まれたガスの分析結果から放電域Ｅ１の置換ガス濃度を類推していたので、その類推値は、局所的な放電域Ｅ１の置換ガス濃度と一致するとは限らなかった。
例えば、移動するフィルムＦの表面には外気が同伴流ａとしてチャンバ２内に流入してしまうため、上記放電域Ｅ１内の置換ガス濃度は、チャンバ２の他の部分と比べて低くなる傾向にある。
もし、放電域Ｅ１における置換ガス濃度が低くなれば、目的の処理効果が得られないという問題がある。
【０００９】
なお、特許文献３には、放電域に流れ込む同伴流を処理対象面から引きはがすために、棒状電極の長さ方向に連続する長いスリットからガスを吸引する装置が記載されている。このような放電電極のスリットを、置換ガスの取込口に応用することも考えられる。しかし、このように棒状電極の全長に亘るスリットからガスを吸い込んで測定した置換ガス濃度は、スリットの長さ全体の平均的なガス濃度であって、特定のポイントのガス濃度を正確に検出することはできない。
置換ガスの供給構造によっては、ガス濃度の平均値が必要な濃度になっていても、必要な置換ガス濃度に達していない場所や、置換ガス濃度が異常に高くなってしまう部分ができてしまうこともある。しかし、平均値しか測定できなければ、放電域Ｅ１内の場所によって置換ガス濃度に差がある場合にもそのことを把握することができず、部分的に処理不良になってしまう可能性がある。
【００１０】
この発明の目的は、放電域の特定のポイントの置換ガス濃度を正確に特定でき、目的の改質効果を確実に実現できる表面改質方法及び表面改質装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、電極構造体と対向電極間に供給された置換ガスを上記電極構造体と対向電極との間の放電域でプラズマ化し、このプラズマのエネルギーで処理対象の表面を改質する表面改質方法において、上記放電域内で置換ガス濃度の測定ポイントを特定するプロセスと、上記特定した測定ポイントに対応させてガス取込用小孔の位置を設定するプロセスと、上記ガス取込用小孔から取り込んだ置換ガス濃度を測定するプロセスと、上記置換ガス濃度の測定値に応じて置換ガスの供給量を制御するプロセスとを実行する。
【００１２】
第２の発明は、上記測定ポイントを複数設定するプロセスと、上記各測定ポイントに別々のガス取込用小孔を対応させるプロセスと、上記複数の各測定ポイントの置換ガス濃度を測定するプロセスと、複数の測定ポイントのうち、最低の置換ガス濃度を検出した最低測定ポイントもしくは最高の置換ガス濃度を検出した最高測定ポイントを特定するプロセスと、上記最低測定ポイントもしくは最高測定ポイントの置換ガス濃度を、基準値に導くためにガス供給量を制御するプロセスとを実行する。
【００１３】
第３の発明は、放電電極を備えた電極構造体を備え、この電極構造体と対向する対向電極間に生成されるガス置換放電で生成されるプラズマのエネルギーによって、上記電極構造体と上記対向電極との間の処理対象の表面を改質する表面改質装置において、上記電極構造体には上記ガス置換放電の放電域に開口して上記放電域内のガスを取り込むとともに、取り込まれたガスの置換ガス濃度を測定するガス測定手段に接続されたガス取込用小孔が備えられている。
なお、この発明において、ガス取込用小孔が放電域に開口しているとは、放電域内に開口があるというだけでなく、放電域近傍で放電域に対向し、放電域のガスを取り込める位置に開口している場合も含んでいる。
【００１４】
第４の発明は、上記電極構造体は、対向する処理対象に応じた大きさを備え、この電極構造体には上記ガス取込用小孔を複数備えるとともに、これらガス取込用小孔は電極構造体の大きさの範囲で所定の間隔を保って形成されている。
なお、上記電極構造体の大きさとは、電極構造体であって放電域と対向する部分の長さや面積のことである。
また、上記所定の間隔とは、特定のガス取込用小孔から取り込まれるガスと、隣接するガス取込用小孔から取り込まれるガスとが干渉することがなく、区別できる間隔である。
【００１５】
第５の発明は、上記ガス取込用小孔から取り込まれたガスの置換ガス濃度に基づいて、置換ガスの供給量を制御するための置換ガス供給量制御手段が設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、放電域の特定のポイントの置換ガス濃度を測定することができるとともに、その測定ポイントの測定値に応じて置換ガスの供給量を制御できる。
特に、測定ポイントを置換ガス濃度が最低値となる最低測定ポイントもしくは置換ガス濃度が最高となる最高測定ポイントを測定ポイントに設定し、この最低測定ポイントもしくは最高測定ポイントのガス濃度を基に置換ガス供給量を制御すれば、放電域の置換ガス濃度の最低値あるいは最高値を制御して処理に適した置換ガス濃度を保つことができる。
【００１７】
また、実測した最低測定ポイントの置換ガス濃度に応じて、必要最小限の置換ガスを供給すれば、置換ガスを必要以上に供給して無駄に消費することもない。
一方、最高測定ポイントを測定ポイントとして、この最高測定ポイントが基準値になるように制御すれば、放電域全体の置換ガス濃度が高くなり過ぎることがなく、置換ガス濃度が高すぎると不具合が生じるような処理も安定的に実現できる。
【００１８】
第２の発明によれば、放電域の複数のポイントにおける置換ガス濃度をそれぞれピンポイントで測定し、最低測定ポイントもしくは最高測定ポイントの位置を正確に特定することができる。
また、特定した最低測定ポイントもしくは最高測定ポイントの測定値に応じてガス供給量を制御し、安定した改質処理を実現できる。
【００１９】
第３の表面改質装置によれば、ガス取込用小孔に対応した放電域の特定のポイントの置換ガス濃度をピンポイントで測定することができる。したがって、測定された置換ガス濃度に応じて置換ガスの供給量などを制御すれば、放電域の置換ガス濃度を適正に保つこともできる。その結果、目的の改質処理を実現できる。
【００２０】
第４の発明によれば、複数のガス取込用小孔の位置に対応する置換ガス濃度を測定することで、放電域内の置換ガス濃度分布を検出することができる。
また、検出した置換ガス濃度分布に応じて置換ガスの供給量を制御して目的の改質処理を実現できる。さらに、電極構造体の位置や、置換ガスの供給手段などの調整を行なって置換ガス濃度分布を改善したりすることもできる。置換ガス濃度の分布が小さくなれば、置換ガスの消費量を抑えながら、処理対象面全体をより均一に改質処理することができる。
【００２１】
第５の発明によれば、置換ガス濃度の測定値に応じて置換ガスの供給量が制御でき、改質不良を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１実施形態の概略図である。
【図２】第１実施形態の放電電極の斜視図である。
【図３】第２実施形態の概略図である。
【図４】第３実施形態の放電電極の斜視図である。
【図５】第４実施形態の概略図である。
【図６】第５実施形態の概略図である。
【図７】従来の表面改質装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１，２に示す第１実施形態は、接地されるとともに回転する処理ローラ１で搬送されるフィルムＦをガス置換放電で生成されたプラズマのエネルギーで改質するための表面改質装置である。この第１実施形態において、従来例と同じ構成要素には図７と同じ符号を用いている。
図１に示すように、チャンバ２内では、上記フィルムＦの幅方向に長さを有する棒状の放電電極７が保持部材６に保持されている。
【００２４】
そして、チャンバ２には置換ガス供給管５を介して、図示していないガス供給源から置換ガスが供給される。なお、上記ガス供給源と上記チャンバ２との間のガス供給経路には、供給量を制御する図示していない置換ガス供給量制御手段が設けられている。
この第１実施形態では、上記保持部材６及び放電電極７がこの発明の電極構造体を構成している。この電極構造体は、上記保持部材６を介してチャンバ２の天井面に取り付けられているが、保持部材６と天井面との間には連結部材などを介在させても、させなくてもよい。
【００２５】
また、上記放電電極７には図示しない高電圧源が接続され、放電電極７の先端と対向電極となる接地された処理ローラ１との間の放電域Ｅ２で放電が発生するようにしている。
上記放電電極７の先端には、図１，２に示すようにフィルムＦに向かって突出した一対の凸部７ａ，７ａを当該放電電極７の長さ方向に連続させるとともに、凸部７ａ，７ａのうち処理ローラ１との間隔が最短となる点を放電部７ｂ，７ｂとし、これら放電部７ｂ，７ｂが上記長さ方向に連続している。
【００２６】
上記放電部７ｂ，７ｂと処理ローラ１との間隔を最短にしているので、高電圧が印加されたときには、放電部７ｂ，７ｂと処理ローラ１との間の電界強度が最も高くなる。この強い電界によって放電域Ｅ２が形成される。なお、上記放電部７ｂ，７ｂの両者は、処理ローラ１との対向間隔を等しくしている。このように両者の対向間隔を等しくすることによって放電域Ｅ２を広げることができる。
【００２７】
また、上記凸部７ａ，７ａの間には上記長さ方向に連続する凹部７ｃが形成され、この凹部７ｃ内を非放電部としている。
この第１実施形態では、上記凹部７ｃの底面にガス取込用小孔９を開口させるとともに、放電電極７内には一端側開口をこのガス取込用小孔９とするガス通路８が形成されている。このガス通路８の他端側の開口１０を放電電極７の側面７ｄに設けている。このように、上記ガス取込用小孔９を非放電部に開口させているので、この開口が放電部７ｂの放電に影響を及ぼすことはない。
【００２８】
なお、上記放電部７ｂ，７ｂの間に形成された凹部７ｃは、放電部７ｂ，７ｂと処理ローラ１との間に生成される放電域Ｅ２の近傍で放電域Ｅ２に対向している。したがって、この凹部７ｃに開口させたガス取込用小孔９も放電域Ｅ２に対向する。
また、上記放電電極７の開口１０には、チャンバ２の外に設置されたガス測定手段１１と連通する配管１２が連結されている。ガス測定手段１１は、ガス取込用小孔９からガスを取り込むための吸引機能と、取り込んだガスの成分や濃度を特定するガス分析機能とを備え、取り込んだガス中の置換ガス濃度を検出する機能を備えている。
【００２９】
したがって、この第１実施形態では、上記凹部７ｃに開口したガス取込用小孔９から放電域Ｅ２のガスを直接取り込んで、ガス測定手段１１で分析できる。
なお、上記ガス取込用小孔９の開口位置はこの発明の測定ポイントに対応する。
この第１実施形態の装置でも、従来と同様にチャンバ２の外から同伴流ａが流入し、この同伴流ａと置換ガスとが混合して放電部７ｂ，７ｂと処理ローラ１との間の放電域Ｅ２に流れ込む。そのため、放電域Ｅ２では置換ガス濃度がチャンバ２内の他の部分よりも低くなる可能性がある。
【００３０】
しかし、この第１実施形態では、測定ポイントであるガス取込用小孔９から放電域Ｅ２のガスを取り込むので、放電域Ｅ２におけるピンポイントの置換ガス濃度を正確に測定することができる。
特に、この第１実施形態では、放電部７ｂ，７ｂとの間に形成された凹部７ｃ内にガス取込用小孔９を形成しているので、ガス取込用小孔９の開口が放電部７ｂ，７ｂで囲まれることになり、放電域Ｅ２内のガスを確実に取り込んでより正確な置換ガス濃度測定ができる。
【００３１】
また、測定された置換ガス濃度に基づき、上記置換ガス供給量制御手段で置換ガスの供給量を制御し、目的の処理を実現することができる。
なお、上記放電部７ｂ，７ｂが放電電極７の長さ方向に連続しているので放電域Ｅ２が放電電極７の長さ方向に長く形成されるが、同伴流ａの流れ込み量が違ったり、置換ガスの流れが違ったりし、放電域Ｅ２の長さ方向の位置によって置換ガス濃度に分布ができることがある。そのため、置換ガス濃度の測定値に基づいて置換ガスの供給量を制御する場合、どの位置で置換ガス濃度を測定するのかが重要になる。
【００３２】
そして、上記のようにガス取込用小孔９の開口位置は測定ポイントに対応するので、この開口の位置によって測定ポイントが変わる。ガス濃度を測定するのに最も適した位置をあらかじめ特定し、そこにガス取込用小孔９を開口させれば、処理目的にあった置換ガス濃度を測定でき、置換ガス供給量の制御ができる。
なお、上記最適な測定ポイントの位置は、実測した置換ガス濃度の分布に応じて特定することができる。
また、置換ガス濃度の分布は、チャンバの構造や、置換ガスの供給口の位置などによって推測することもできる。このように推測できる場合には、あえて実測しなくてもよい。
【００３３】
例えば、置換ガス濃度が最も低くなる位置である最低測定ポイントにガス取込用小孔９を開口させれば、測定基準が最低ガス濃度になる。反対に、置換ガス濃度が最も高くなる位置である最高測定ポイントにガス取込用小孔９を開口させれば、測定基準が最高ガス濃度になる。また、最低測定ポイントと最高測定ポイントの間でガス取込用小孔を開口させる測定ポイントを設定することができる。
いずれにしても、測定ポイントの位置は処理目的に応じて自由に選択できる。
【００３４】
例えば、放電域全体の置換ガス濃度を基準値以上に保ちたい場合には、ガス濃度が最低となる最低測定ポイントにガス取込用小孔９を開口させることになる。このように、最低測定ポイントの測定値に応じて置換ガス供給量を制御すれば、常に必要最小限の置換ガスで目的の処理を実現できるので、置換ガスを無駄に消費することもない。
一方、置換ガス濃度が基準値を超えると目的の処理ができないような種類の処理がある。このような処理を行う場合には、置換ガス濃度の上限を設定するために、置換ガス濃度が最高となる最高測定ポイントを特定し、そこにガス取込用小孔９を開口させることになる。
【００３５】
上記のようにした第１実施形態では、放電域に開口したガス取込用小孔９から放電域Ｅ２内の置換ガス濃度を直接取り込めるので、放電域Ｅ２における正確な置換ガス濃度を測定できる。
また、ガス取込用小孔９を非放電部に開口させたので、この開口が放電形成に影響することなく、均一な放電状態を維持できる。
さらに、ガス取込用小孔９の開口が放電部７ｂ，７ｂで囲まれることになり、放電域Ｅ２内のガスを確実に取り込んでより正確な置換ガス濃度測定ができる。
【００３６】
なお、この第１実施形態では、上記ガス取込用小孔９とは反対側のガス通路８の開口１０は電極構造体であればどこに設けてもよい。例えば、上記開口１０を放電電極７の長さ方向端面に設けてもよいし、放電電極７と保持部材６との間や保持部材６に上記開口１０を設けてもよい。
【００３７】
また、上記放電電極７と同様の放電電極をフィルムＦの搬送方向に沿って複数配置してもよい。それらのうちのいずれかにガス通路８及びガス取込用小孔９を設けてもよいし、全ての放電電極７にガス通路８及びガス取込用小孔９を設けてもかまわない。複数のガス取込用小孔９を設けた場合には、それぞれに個別のガス測定手段１１を接続し、各ガス取込用小孔９の開口位置ごとに置換ガス濃度をピンポイントで測定することができる。
【００３８】
図３に示す第２実施形態は、チャンバ２内に、棒状の支持部材１３で支持された一対の棒状の放電電極１５，１６が間隔を保って設けられた表面改質装置である。この第２実施形態では、放電電極１５，１６と、これらに挟持された上記支持部材１３と、保持部材６とが、この発明の電極構造体を構成している。
上記支持部材１３には図示しないガス供給源及び置換ガス供給量制御手段に接続された置換ガス通路１４が形成され、このガス通路１４から放電電極１５，１６の対向隙間を通過して放電電極１５，１６と処理ローラ１との間に置換ガスが供給されるようにしている。そのため、置換ガスが後で説明する放電域Ｅ３，Ｅ４に直接供給され、無駄を少なくできる。
なお、この第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成要素には、図１と同じ符号を用いている。
【００３９】
また、各放電電極１５，１６の先端は、対向電極である処理ローラ１に向かって突出した断面円弧状でフィルムＦの幅方向に長さを有する一対の凸部１５ａ，１５ａ、１６ａ，１６ａが形成されている。これらの凸部１５ａ，１５ａ、１６ａ，１６ａの先端で処理ローラ１との対向間隔が最短となる点が放電部１５ｂ，１５ｂ、１６ｂ，１６ｂである。これら放電部１５ｂと処理ローラ１との間、上記放電部１６ｂと処理ローラ１との間は電界強度が高くなり、それぞれ放電域Ｅ３，Ｅ４が形成される。
【００４０】
また、一対の凸部１５ａ，１５ａの境目に形成される凹部や、凸部１６ａ，１６ａの境目に形成される凹部内は非放電部である。この非放電部である凹部内にそれぞれガス取込用小孔９を開口させている。
また、各放電電極１５，１６には、上記ガス取込用小孔９を一端とするガス通路８，８が形成されている。このガス通路８，８は、ガス取込用小孔９，９と反対側の開口１０，１０が放電電極１５，１６の側面１５ｃ，１６ｃに設けられている。そして、各開口１０，１０に配管１２，１２を介してガス測定装置１１，１１を接続している。
なお、この第２実施形態における放電部１５ｂ，１６ｂ及び非放電部も、放電電極１５，１６の長さ方向に連続する。
【００４１】
このような第２実施形態の表面改質装置においても、処理ローラ１で搬送されるフィルムＦの同伴流ａが置換ガスとともに放電域Ｅ３，Ｅ４に流入するが、この同伴流が混合されたガスを上記ガス取込用小孔９から取り込んで置換ガス濃度を測定することができる。
上記ガス取込用小孔９は放電電極１５，１６の先端の一対の放電部１５ｂ，１５ｂ、１６ｂ，１６ｂ間に開口しているため、放電域Ｅ３，Ｅ４のガスを直接取り込むことができ、放電域Ｅ３，Ｅ４中のピンポイントの置換ガス濃度を正確に測定することができる。
【００４２】
また、上記放電電極１５，１６はフィルムＦの搬送方向に沿って置換ガス通路１４の上流側と下流側に位置しているので、一対のガス取込用小孔９，９の位置の置換ガス濃度からフィルムＦの移動による置換ガス濃度への影響を把握することもできる。
さらに、この第２実施形態においても、上記ガス取込用小孔９，９の測定結果に基づいて、置換ガスの供給量を制御すれば、目的の改質処理を安定して実現することができる。
この第２実施形態では、支持部材１３に形成された置換ガス通路１４から放電域Ｅ３，Ｅ４に直接、置換ガスが供給されるため、置換ガスが放電域Ｅ３，Ｅ４外へ流れて無駄になることを防止できる。
【００４３】
なお、上記ガス通路８においてガス取込用小孔９と反対側となる開口１０は、ガス取込用小孔９を測定装置１１に接続できればどこに設けてもよい。
また、ガス取込用小孔９は放電電極１５，１６のいずれか一方のみに形成されていてもよい。
さらに、放電電極の数も一対に限らないし、複数の放電電極のうちガス取込用小孔９が形成される放電電極の数も特に限定されない。
【００４４】
図４に示す第３実施形態は、放電電極７の非放電部７ｃに、その長さ方向に所定の間隔を保って複数のガス取込用小孔９を設け、それぞれをガス通路８及び開口１０を介してガス測定手段１１に接続した装置で、その他の構成は図１に示す第１実施形態と同じである。
なお、上記ガス取込用小孔９，９間は、特定のガス取込用小孔９から取り込まれるガスと、隣接するガス取込用小孔９から取り込まれるガスとが干渉することがなく、区別できる間隔を保って配置されている。そのため、各ガス取込用小孔９からは、当該ガス取込用小孔９と対向する領域内のガスのみが取り込まれてピンポイントの置換ガス濃度を正確に測定できる。
【００４５】
このように、第３実施形態では、棒状の放電電極７の長さに沿った複数のガス取込用小孔９に対応するピンポイントの置換ガス濃度を測定できるため、これらの測定値から放電電極７の長さ方向に広がる放電域内の置換ガス濃度分布を把握することができる。
したがって、全測定ポイントの置換ガス濃度を監視しながら置換ガスの供給量を制御して、目的の改質処理を実現することができる。
【００４６】
また、複数の測定ポイントから、置換ガス濃度が最も低くなる最低測定ポイントや、置換ガス濃度が最も高くなる最高測定ポイントを特定し、そこの置換ガス濃度が基準値になるように置換ガス供給量を制御することもできる。
なお、ガス濃度分布は装置の運転中にも変化することがあり、最低測定ポイントや最高測定ポイントも移動することがある。特に、フィルムＦの幅などの処理幅が大きくなればなるほど、置換ガス濃度分布が変動しやすくなる。しかし、この第３実施形態のように複数のガス取込用小孔９を設ければ、ガス濃度分布を監視できるので、それに基づいて置換ガス供給量を制御すれば、より厳密な置換ガス濃度の制御ができる。
【００４７】
そして、図４では複数のガス取込用小孔９を放電電極７の長さ方向に沿って一列に配置しているが、放電電極の形状によってガス取込用小孔９の配置を変えることもできる。例えば、放電電極において放電域に対向する部分が面状の場合には、その面に複数のガス取込用小孔９を配置してもよい。ガス取込用小孔９を面内に配置すれば、放電域の所定面積内の置換ガス濃度分布を測定することもできる。
【００４８】
なお、上記第１〜３実施形態では、ガス取込用小孔９を非放電部に開口させて、開口が均一な放電形成の妨げにならないようにしている。ただし、放電の乱れが許容できればガス取込用小孔９は放電部に形成してもよい。要するに、ガス取込用小孔９は、放電域に対向して放電域内のガスを取り込める位置であれば、放電電極のどこに設けても構わない。
また、ガス取込用小孔９が開口する非放電部は、放電部以外であって、放電域に対向して放電域内のガスを取り込める位置であればよく、上記のように放電部間に形成される凹部内に限らない。
【００４９】
図５に示す第４実施形態は、チャンバ２の天井面に取り付けられた保持部材６に、放電電極１７とその両側のカバー部材１８，１９とを保持させたものである。なお、放電電極１７とカバー部材１８，１９との間には支持部材２０を介在させ、カバー部材１８，１９と放電電極１７との間に一定の隙間を保っている。
上記放電電極１７は、上記他の実施形態と同様にフィルムＦの幅方向に長さを有する棒状の電極である。この放電電極１７も先端に一対の凸部が形成され、その先端で処理ローラ１との距離が最短となる一対の放電部を備えている。したがって、高電圧が印加されると、これら放電部と処理ローラ１との対向間隔内に上記フィルムＦの幅方向に伸びる放電域Ｅ５が形成される。
【００５０】
また、上記カバー部材１８，１９は樹脂やセラミックなどの絶縁性材料で形成され、上記放電電極１７を覆う長さと幅とを備えた部材である。
この第４実施形態では、上記支持部材２０と、放電電極１７、カバー部材１８，１９及び保持部材６がこの発明の電極構造体を構成している。
なお、この第４実施形態において、図１に示す第１実施形態と同じ符号を付した構成要素は、第１実施形態と同じものである。
【００５１】
さらに、上記放電電極１７に対してフィルムＦの移動方向上流側に位置するカバー部材１８内にはガス通路８が形成されている。ガス通路８は、図２に示す第１実施形態と同様に、その一端をフィルムＦに向かって開口するガス取込用小孔９とし、他端を開口１０として配管１２を介してガス測定手段１１に接続されている。そして、上記ガス取込用小孔９は、放電電極１７の先端と処理ローラ１との間に形成される放電域Ｅ５に対向する位置に開口する。
これにより、フィルムＦの表面に沿った同伴流ａと置換ガスとが混合した放電域Ｅ５内のガスがガス取込用小孔９から取り込まれ、それを上記ガス測定手段１１に導くことができる。取り込まれたガスをガス測定手段１１で分析することで、放電域Ｅ５内のピンポイントの置換ガス濃度を測定できる。
【００５２】
そのため、測定された置換ガス濃度に基づいて、図示していない置換ガス供給手段で置換ガスの供給量を制御すれば、放電域Ｅ５の置換ガス濃度を適正に保って目的の改質処理を実現することができる。
この第４実施形態では、放電電極１７の上流側に設けたカバー部材１８にガス取込用小孔９を設けているが、ガス取込用小孔９は下流側のカバー部材１９に設けてもよいし、両カバー部材１８，１９に設けて、放電電極１７の上流側と下流側の置換ガス濃度を測定するようにしてもよい。
【００５３】
また、カバー部材１８，１９のうちいずれかを省略してもよい。
ただし、放電電極１７の上流側に設けられたカバー部材１８は、チャンバ２外から流入する同伴流ａが置換ガスを巻き込んで放電域Ｅ５に流れ込むガス流を整えて、放電域Ｅ５のガスの状態を安定させる機能を発揮する。
さらに、下流側のカバー部材１９は、放電域Ｅ５から流出するガス流を整えることによって、放電域Ｅ５内のガスの状態を安定させる機能を発揮する。
【００５４】
したがって、カバー部材１８，１９のいずれかもしくは両方を設けることで、放電域Ｅ５内のガスの状態を安定させるメリットがある。
そのため、この第４実施形態のようにカバー部材１８，１９を備えた装置では、ガス取込用小孔９から取り込んで測定される置換ガス濃度は安定し、それに基づいて放電域Ｅ５の置換ガス濃度を適正に保つ制御が容易になる。したがって、目的の改質処理をより確実に実現することができる。
【００５５】
なお、上記カバー部材１８，１９に形成されるガス通路８の位置や形状は、この実施形態に限らない。例えば、配管１２に接続される開口１０を、カバー部材１８，１９と保持部材６との間や、保持部材６に設けてもよい。
さらに、この第４実施形態では、一対のカバー部材１８，１９間に１本の棒状の放電電極１７を設けているが、フィルムＦの移動方向に沿って複数の放電電極を設けても良い。
さらにまた、上記第１〜３実施形態の放電電極の上流側もしくは下流側、または両側に第４実施形態のカバー部材１８，１９を設けても構わない。
また、カバー部材１８，１９にその長さ方向に沿って複数のガス取込用小孔９を設けて長さ方向の置換ガス分布を測定するようにしてもよい。
【００５６】
図６に示す第５実施形態は、その電極構造体を次のように構成している。
すなわち、この電極構造体２２は、電極ホルダ２１と、この電極ホルダ２１に保持されたセラミックパイプからなる誘電体２４と、この誘電体２４内に設けた金属で形成された棒状の電極部材２３とからなる。
上記電極ホルダ２１は図示していない連結部材を介して直接または間接的に図示していないチャンバの天井面に固定されている。そして、このチャンバには上記第１実施形態と同様に、図示していないガス供給源及び置換ガス供給量制御手段が接続され、置換ガスが供給される。
なお、図６において第１実施形態と同じ符号を付した構成要素は、第１実施形態と同じ構成である。
【００５７】
また、上記電極ホルダ２１内にはガス通路８を形成し、その一端をガス取込用小孔９として放電域Ｅ６に向けて開口させている。また、ガス通路８の他端を開口１０として、配管１２を介してガス測定手段１１に接続している。
この第５実施形態でも、ガス取込用小孔９からガスを取り込むことで、放電域Ｅ６のピンポイントの置換ガス濃度を測定することができる。
そして、置換ガス濃度の測定値に応じて置換ガスの供給量を制御し、目的の改質処理を安定的に実現できる点は他の実施形態と同じである。
【００５８】
なお、上記第１〜５実施形態では、接地された上記処理ローラ１がこの発明の対向電極を構成しているが、対向電極は放電電極との間でガス置換放電によるプラズマ生成ができれば、ローラでなくてもよい。
また、対向電極は接地電位に限らない。対向電極は、放電電極との間で放電可能な電位差が実現できればよく、例えば、放電電極に印加される電圧と逆極性の電圧を対向電極に印加するようにしてもよい。
【００５９】
さらに、放電電極において対向電極と対向する部分の形状も、放電部が形成されればどのような形状でも構わない。上記第１〜４実施形態のように、複数の放電部を備えて放電域を広げることができる。
また、この発明の表面改質装置における処理対象は、上記のような連続フィルムＦに限らない。枚葉のシートや板部材など、放電域内を移動する様々な処理対象に、この発明の表面改質装置を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
特に、置換ガス濃度によって処理効果が影響を受けやすい表面改質に適している。
【符号の説明】
【００６１】
１    （対向電極）処理ローラ
２    チャンバ
６    （電極構造体）保持部材
７，１５，１６，１７，２２    （電極構造体）放電電極
９    ガス取込用小孔
１１    ガス測定手段
１８，１９    （電極構造体）カバー部材
２０    （電極構造体）支持部材
２１    （電極構造体）電極ホルダ
２３    （電極構造体）電極部材
２４    （電極構造体）誘電体
Ｆ      （処理対象）フィルム
Ｅ２〜Ｅ６    放電域
【図１】
2020172063.tif 000003
【図２】
2020172063.tif 000004
【図３】
2020172063.tif 000005
【図４】
2020172063.tif 000006
【図５】
2020172063.tif 000007
【図６】
2020172063.tif 000008
【図７】
2020172063.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月27日(2019.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と対向電極間に供給された置換ガスを上記放電電極と対向電極との間の放電域でプラズマ化し、このプラズマのエネルギーで処理対象の表面を改質する表面改質方法において、
上記放電電極に置換ガス濃度の測定ポイントを特定するプロセスと、
上記特定した測定ポイントに対応させてガス取込用小孔の位置を設定するプロセスと、
上記ガス取込用小孔から取り込んだ置換ガス濃度を測定するプロセスと、
上記置換ガス濃度の測定値に応じて置換ガスの供給量を制御するプロセスと
を実行する表面改質方法。
【請求項２】
上記測定ポイントを複数設定するプロセスと、
上記各測定ポイントに別々のガス取込用小孔を対応させるプロセスと、
上記複数の各測定ポイントの置換ガス濃度を測定するプロセスと、
複数の測定ポイントのうち、最低の置換ガス濃度を検出した最低測定ポイントもしくは最高の置換ガス濃度を検出した最高測定ポイントを特定するプロセスと、
上記最低測定ポイントもしくは最高測定ポイントの置換ガス濃度を、基準値に導くためにガス供給量を制御するプロセスと
を実行する請求項１に記載の表面改質方法。
【請求項３】
放電電極を備え、
この放電電極と対向する対向電極間のガス置換放電で生成されるプラズマのエネルギーによって、上記放電電極と上記対向電極との間の処理対象の表面を改質する表面改質装置において、
上記放電電極に設けられ、上記ガス置換放電の放電域に開口して上記放電域内のガスを取り込むガス取込用小孔と、
このガス取込用小孔に接続されるとともに、取り込まれたガスの置換ガス濃度を測定するガス測定手段とが備えられた
表面改質装置。
【請求項４】
上記放電電極は、対向する処理対象の処理幅に対応した大きさを備え、この放電電極には上記ガス取込用小孔を複数備えるとともに、これらガス取込用小孔は放電電極の大きさの範囲で所定の間隔を保って形成された請求項３に記載の表面改質装置。
【請求項５】
上記ガス取込用小孔から取り込まれたガスの置換ガス濃度に基づいて、置換ガスの供給量を制御するための置換ガス供給量制御手段が設けられた
請求項３または４に記載の表面改質装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第１の発明は、放電電極と対向電極間に供給された置換ガスを上記放電電極と対向電極との間の放電域でプラズマ化し、このプラズマのエネルギーで処理対象の表面を改質する表面改質方法において、上記放電域内で置換ガス濃度の測定ポイントを特定するプロセスと、上記特定した測定ポイントに対応させてガス取込用小孔の位置を設定するプロセスと、上記ガス取込用小孔から取り込んだ置換ガス濃度を測定するプロセスと、上記置換ガス濃度の測定値に応じて置換ガスの供給量を制御するプロセスとを実行する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第３の発明は、放電電極を備え、この放電電極と対向する対向電極間に生成されるガス置換放電で生成されるプラズマのエネルギーによって、上記放電電極と上記対向電極との間の処理対象の表面を改質する表面改質装置において、上記放電電極には上記ガス置換放電の放電域に開口して上記放電域内のガスを取り込むとともに、取り込まれたガスの置換ガス濃度を測定するガス測定手段に接続されたガス取込用小孔が備えられている。
なお、この発明において、ガス取込用小孔が放電域に開口しているとは、放電域内に開口があるというだけでなく、放電域近傍で放電域に対向し、放電域のガスを取り込める位置に開口している場合も含んでいる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第４の発明は、上記放電電極は、対向する処理対象に応じた大きさを備え、この放電電極には上記ガス取込用小孔を複数備えるとともに、これらガス取込用小孔は放電電極の大きさの範囲で所定の間隔を保って形成されている。
なお、上記放電電極の大きさとは、放電電極であって放電域と対向する部分の長さや面積のことである。
また、上記所定の間隔とは、特定のガス取込用小孔から取り込まれるガスと、隣接するガス取込用小孔から取り込まれるガスとが干渉することがなく、区別できる間隔である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
第４の発明によれば、複数のガス取込用小孔の位置に対応する置換ガス濃度を測定することで、放電域内の置換ガス濃度分布を検出することができる。
また、検出した置換ガス濃度分布に応じて置換ガスの供給量を制御して目的の改質処理を実現できる。さらに、放電電極の位置や、置換ガスの供給手段などの調整を行なって置換ガス濃度分布を改善したりすることもできる。置換ガス濃度の分布が小さくなれば、置換ガスの消費量を抑えながら、処理対象面全体をより均一に改質処理することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
以下に第１〜５実施形態を説明する。なお、第４，５実施形態は、この発明の参考例である。
図１，２に示す第１実施形態は、接地されるとともに回転する処理ローラ１で搬送されるフィルムＦをガス置換放電で生成されたプラズマのエネルギーで改質するための表面改質装置である。この第１実施形態において、従来例と同じ構成要素には図７と同じ符号を用いている。
図１に示すように、チャンバ２内では、上記フィルムＦの幅方向に長さを有する棒状の放電電極７が保持部材６に保持されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
そして、チャンバ２には置換ガス供給管５を介して、図示していないガス供給源から置換ガスが供給される。なお、上記ガス供給源と上記チャンバ２との間のガス供給経路には、供給量を制御する図示していない置換ガス供給量制御手段が設けられている。
この第１実施形態では、上記保持部材６及び放電電極７が電極構造体を構成している。この電極構造体は、上記保持部材６を介してチャンバ２の天井面に取り付けられているが、保持部材６と天井面との間には連結部材などを介在させても、させなくてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図３に示す第２実施形態は、チャンバ２内に、棒状の支持部材１３で支持された一対の棒状の放電電極１５，１６が間隔を保って設けられた表面改質装置である。この第２実施形態では、放電電極１５，１６と、これらに挟持された上記支持部材１３と、保持部材６とが電極構造体を構成している。
上記支持部材１３には図示しないガス供給源及び置換ガス供給量制御手段に接続された置換ガス通路１４が形成され、このガス通路１４から放電電極１５，１６の対向隙間を通過して放電電極１５，１６と処理ローラ１との間に置換ガスが供給されるようにしている。そのため、置換ガスが後で説明する放電域Ｅ３，Ｅ４に直接供給され、無駄を少なくできる。
なお、この第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成要素には、図１と同じ符号を用いている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、上記カバー部材１８，１９は樹脂やセラミックなどの絶縁性材料で形成され、上記放電電極１７を覆う長さと幅とを備えた部材である。
この第４実施形態では、上記支持部材２０と、放電電極１７、カバー部材１８，１９及び保持部材６が電極構造体を構成している。
なお、この第４実施形態において、図１に示す第１実施形態と同じ符号を付した構成要素は、第１実施形態と同じものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
１    （対向電極）処理ローラ
２    チャンバ
７，１５，１６    放電電極
９    ガス取込用小孔
１１    ガス測定手段
Ｆ      （処理対象）フィルム
Ｅ２〜Ｅ４    放電域