(57)【要約】      （修正有）【課題】複雑な形状の立体構造物の表面を効率よく均一にプラズマに晒すことができる新規なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ生成部を含む処理容器１２、制御部１４、駆動部１６を含み、処理容器１２は内部にプラズマを生成するプラズマ生成部１１を具備し、制御部１４は処理容器１２内にプラズマ生成に必要な電力を供給するための電源回路を具備し、駆動部１６は動力を生成すると共に処理容器１２の外部から処理容器１２に動力を伝達する動力伝達部を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成部を含む処理容器、制御部、駆動部を含み、
前記処理容器は内部にプラズマを生成するプラズマ生成部を具備し、
前記制御部は前記処理容器内にプラズマ生成に必要な電力を供給するための電源回路を具備し、
前記駆動部は動力を生成すると共に前記処理容器の外部から前記処理容器に動力を伝達する動力伝達部を具備することを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理容器内部を減圧するための真空ポンプを更に具備する請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記動力は回転動力である請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記処理容器は円筒形であり、胴部に筒状電極を具備すると共に軸部に対向電極を具備する請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記処理容器は円筒形であり、胴部の周囲に高周波電力を印加するためのコイルを具備する請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記処理容器を水平面から傾斜させる傾斜手段を更に具備する請求項１又は２記載のプラズマ処理容器。
【請求項７】
前記動力伝達部は前記処理容器と前記駆動部とは気密性を保持した状態で着脱可能に構成されている請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記制御部は前記駆動部の回転速度を調整するための回転速度調整手段を具備する請求項３記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドラム回転式プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、半導体基板などの一面にエッチング加工や成膜処理を施すといった、主に加工技術として広く普及しているが、近年は、水性塗料の塗装前の基体に親水性を付与したり、メッキ処理の前処理、導電性樹脂材料に混合する炭素粉体の前処理に用いられたり、洗浄や表面改質といった、いわゆる「表面処理技術」としての新たな応用が実用化されはじめている（特許文献１〜４）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６１７４７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２９８３１号公報
【特許文献３】特開平６−３６５号公報
【特許文献４】特開平５−１９３９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、プラズマによる表面処理の対象となる基体は半導体基板やディスプレイ用のパネルなどのような平板状のものに限られず、むしろ複雑な立体構造のものである場合が多い。そして、従来のプラズマ処理装置は、保持台の上に被処理対象物を静置或いは水平回転をしながらプラズマを生成させる構造であったため、複雑な立体構造の全面にプラズマ処理を施すためには、プラズマ処理を中断して被処理対象物の向きを変えたり裏返したりする必要があった。
【０００５】
一方、プラズマを効率よく持続させるために処理容器（チャンバー）内を減圧環境においた状態でプラズマを生成する場合には、被処理対象物を裏返すためにプラズマ処理を中断することは、作業効率の点でもコストの点でも好ましくなく、また均質な処理という点でも形状に大きく依存する要因となりうる。
【０００６】
複雑な立体構造物への表面処理に用いられるプラズマ処理装置に求められることは、プラズマを停止させることなく立体構造の被処理対象物の全面が連続的にかつ均一にプラズマに晒されるようにするという点にある。
【０００７】
しかし、多くのプラズマ処理装置は、減圧環境下でプラズマを生成するため、保持台を単純に水平回転させる場合とは異なり、プラズマ内に電力と動力を同時に伝えかつ要求を満たすようにすることは非常に難しい。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複雑な形状の立体構造物の表面を効率よく均一にプラズマに晒すことができる新規なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ生成部を含む処理容器、制御部、駆動部を含み、
前記処理容器は内部にプラズマを生成するプラズマ生成部を具備し、
前記制御部は前記処理容器内にプラズマ生成に必要な電力を供給するための電源回路を具備し、
前記駆動部は動力を生成すると共に前記処理容器の外部から前記処理容器に動力を伝達する動力伝達部を具備することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば処理容器内にプラズマを生成した状態で処理室内に設置した対象物を攪拌することができる。
【００１１】
上記構成において、前記処理容器内部を減圧するための真空ポンプを更に具備していてもよい。このようにすると、プラズマ生成効率を上げるために減圧環境にすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記動力は回転動力であってもよい。ただし、ここでの回転動力とは動力が伝達される伝達先は基板保持台ではなく、処理容器全体であるという意味において従来の基板保持台が水平回転するようなものとは全く異なることに注意すべきである。例えば、実施形態において説明するように円筒状の処理容器の場合は胴部が回転する。
【００１３】
上記構成において、前記処理容器は円筒形であり、胴部に筒状電極を具備すると共に軸部に対向電極を具備していてもよい。また、同じ前記処理容器は円筒形であっても、胴部の周囲に高周波電力を印加するためのコイルを具備していてもよい。これらはプラズマの生成方式の相違に起因する電力供給手段の相違にすぎず、プラズマ生成手段はいずれの場合でもよい。
【００１４】
上記構成において、前記処理容器を水平面から傾斜させる傾斜手段を更に具備していてもよい。このような構成によると被処理対象物の攪拌効率が一層高められ、一層均一なプラズマ処理が可能となる。
【００１５】
上記構成において、前記動力伝達部は前記処理容器と前記駆動部とは気密性を保持した状態で着脱可能に構成されていてもよい。着脱可能であれば操作性が一層高められるからである。ただし、気密性を保持した状態であれば処理容器内が減圧環境下となりうる場合にも対応できるからである。
【００１６】
上記構成において、前記制御部は前記駆動部の回転速度を調整するための回転速度調整手段を具備していてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、複雑な形状の立体構造物の表面を効率よく均一にプラズマに晒すことができる新規なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供するこが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ドラム回転式プラズマ処理装置の構成を模式的に示した全体構成図
【図２】図１のプラズマ処理装置において角度変更手段を動作させた図
【図３】図１のプラズマ処理装置において処理容器上部の蓋を空けた状態
【図４】図１のプラズマ処理装置におけるフランジの平面図と断面図
【図５】回転中の処理容器を円筒軸方向から見た処理中の概念図
【図６】処理時間と接触角の関係（ＰＣ）
【図７】処理時間と接触角の関係（ＳＵＳ）
【図８】処理時間と接触角の関係（Ｃｕ）
【図９】処理時間と接触角の関係（ＰＥＴ）
【図１０】処理時間と接触角の関係（硼珪酸ガラス）
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定的に解釈されるものではない。また、同一又は同等の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
（実施形態）
図１は、ドラム回転式プラズマ処理装置１０の構成を模式的に示した全体構成図である。この装置は主に、プラズマ生成部１１を含む処理容器（チャンバー）１２、制御部１４、駆動部１６からなる。そして、処理容器１２内にプラズマ処理の対象物であるサンプルを投入し、プラズマを生成して表面処理等を行う。 
【００２１】
図１に示す装置のプラズマ生成方式は、円筒状のプラズマ生成部１１内に筒状電極（胴部）１１ａと対向電極（軸部）１１ｂを設け、高周波電力、及び高電圧を印加することで電極間にプラズマを生成することができる容量結合型（CCP）である。
【００２２】
制御部１４は処理容器１２内の圧力を制御する真空ポンプの制御、プラズマ生成に必要な電力供給の制御、及び駆動部１６の制御を行うための部品などで構成され、図示しない真空ポンプや電源回路に接続されている。制御部１４の操作パネル面には真空ポンプのスイッチ１４ａ、電源回路のスイッチ１４ｂ、緊急停止スイッチ１４ｃ、電極への電力印加を示すＨＶランプ１４ｄ、処理容器１２内の圧力を測る真空計１４ｅ、通電時間を制御するタイマー１４ｆ、処理容器１２内に印加する電力や駆動部の回転速度などの調整を行う各種調整つまみ１４ｇなどが配置されている。また、制御部１４の真空ポンプと処理容器１２上部のチャンバー蓋１２ａとは排気管１８で接続されている。処理容器１２内には図示しない一つ又はそれ以上のガスラインが通じており、真空ポンプとガス流量計によって放電時の雰囲気や圧力を適宜調整することができる。その他プラズマ処理の目的に応じた必要な構成が適宜設けられていてもよい。
【００２３】
駆動部１６は制御部１４の上に配置され、モーターなどの回転駆動系の部品で構成される。処理容器１２内に設けられるプラズマ発生部は円筒形であり、処理容器１２内は気密性を保持した状態で絶縁性のフランジ２０を介して駆動部と着脱自在に結合されている。フランジ２０は絶縁性の部材で構成され中央部に回転軸を通す開口部を設けられＯリング等により気密封止された機械部品からなる。開口部にはベアリングが設けられ、駆動部１６の回転動力を処理容器１２側に伝えることができる。
【００２４】
そして、処理容器１２と駆動部１６とを結合したまま処理容器１２内を減圧状態を保持して処理容器１２内にプラズマを生成させることができ、さらにその状態で筒状電極が対向電極を中心に処理容器１２を回転させることができる。
【００２５】
さらに、図２に示すように、プラズマ処理中に角度変更手段によって角度の調整が可能である。角度調整手段により処理容器１２を水平よりもやや傾斜させた状態で回転させながらプラズマ処理を行うことにより、処理容器１２内でサンプルが効率よく攪拌され、複雑な立体形状を持つサンプルに対しても全体を効率よく均一にプラズマに晒すことができる。 
【００２６】
図３は処理容器１２上部の蓋を空けた状態を示している。上述のように処理容器１２は駆動部１６から切り離すことができるため、サンプルＳの出し入れは同図に示すようにして行うことができる。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、フランジ２０の平面図と断面図をそれぞれ示している。フランジ２０は絶縁性部材で構成され中央部に開口部を設けた円板状の部材からなり、Ｏリング溝を有する。開口部にはベアリングを取り付けることができ、この構成により気密性を保持した状態で回転動力を処理容器１２側へ伝えることができる。
【００２８】
プラズマ生成部１１の構成はプラズマの生成方式によって変わる。本実施形態はプラズマ生成方式として電荷結合プラズマ（CCP）方式を採用しているため、プラズマ生成に必要な電力を印加する２つの電極が円筒電極（胴部）と対向電極（軸部）で構成されているが、無電極型すなわち誘導結合プラズマ（ICP）方式を採用し、円筒形の処理容器１２の周囲に誘導コイルを配置した状態で高周波電力を印加して処理容器１２の内部にプラズマを生成するようにしてもよい。
【００２９】
図５は回転中の処理容器１２を円筒軸方向から見た処理中の概念図である。この図より、処理容器１２内にプラズマを生成させた状態で処理容器１２の筒状電極が回転することで被処理対象物が攪拌されることが理解される。
【００３０】
（実施例）
以下の条件でプラズマを生成させ、種々の材質からなるサンプルに対して表面処理を実施した。処理容器１２の回転速度を低速・高速の２段階として、処理時間１０分まで、各サンプルの両面について、１分ごとの接触角の変化を調べた。
プロセス圧力 10〜50Pa 
ガスライン 2ライン 
ガス流量制御機構 浮子式流量制御器 
真空計 電離真空計+ピラニーゲージ 
圧力制御 手動 
高周波電力 300Ｗ 
高周波電力制御 手動方式(手動マッチング方式） 
その他制御方式 手動方式 
電源 AC100V・50/60Ｈｚ 
【００３１】
サンプルは下記ａ〜ｅの5種類の材質からなる箔片状の部材とした。
ａ．ポリカーボネート（ＰＣ）  
ｂ．ステンレス鋼（ＳＵＳ）    
ｃ．銅（Ｃｕ）                
ｄ．ポリエチレンテレフタラート （ＰＥＴ）  
ｅ．硼珪酸ガラス
【００３２】
図６〜図１０は測定結果を示している。各図はいずれも処理時間を横軸に、接触角を縦軸にプロットした結果を示すグラフである。いずれの場合もプラズマ処理によって接触角は小さくなり、親水性が付与された。しかも、プラズマを一度も停止することなく連続的に処理したにもかかわらず、表面と裏面で接触角に大きな差がみられなかった。これは、プラズマ処理中も処理容器１２内でサンプルが攪拌されながら均一にプラズマに晒されたためと考えられる。
【００３３】
本実施形態のプラズマ処理装置で処理できる被処理対象はプラズマのシースを阻害しない程度の大きさであることが好ましく、試作機の処理容器１２は直径２００ｍｍφ、高さ２１０ｍｍの円筒形としたが一辺１μｍ〜１００ｍｍ角程度の大きさ以下であれば粉体のサンプルは当然として箔片状のサンプルの両面を問題なく処理することができた。より被処理対象物がさらに大型のものである場合はそれに併せて処理容器１２も大きくすればよい。減圧環境下で使用可能であるので常圧（大気圧）で使用できることはいうまでもない。プラズマ生成手段は実施形態で例示したものに限らず、直流プラズマやパルス放電プラズマなどでもよい。またプラズマの生成方式も問わない。プラズマを生成した状態で処理容器１２の外部から内部に効率よく回転動力を伝えるためには処理容器１２の形状は円筒形が好ましいと考えられるが、それ以外の形状でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本実施形態のプラズマ処理装置はさまざまな材質に対して効率よく表面処理を行うことができ、かつ大量のサンプルを一度に処理することができる利点がある。例えば、セラミックコンデンサのメッキ前処理、Oリングの塗装洗浄、焼成前の粉体処理に利用することができる。
【００３５】
複雑な形状の立体構造物の表面を効率よく均一にプラズマに晒すことができる利点は上記以外にも様々な応用例が考えられる。例えば、以下の用途が考えられる。 
＜他の応用例＞
・ネジのメッキやコーティング前処理
・紙コップの印刷前処理
・ペットボトルの印刷前処理
・医療用樹脂成型品のコーティング前処理
・不織布などの医療用繊維の染色前処理
・ビジネススーツなどの繊維染色前処理
・歯科医療に用いられるインプラントの前処理
・ステンレスパイプのメッキ前処理
・ろ過用膜の親水処理
・樹脂成型品のシール接着前処理
・洗浄材の原料となる粉体の表面改質
・ダイヤモンドカッターに用いるダイヤモンド粉体の表面改質
・導電性樹脂材料の開発に混合する炭素粉体の表面改質
・リチウムイオン電池の電極材に用いる炭素粉体の表面改質
・真珠のコーティング前処理
・自動車用精密ゴム部品の接着前処理
・砥石成型前の石表面改質
【００３６】
このように、樹脂、ガラス・金属等、あらゆる材質の表面改質や洗浄、塗装や接着の前処理、乾式環境での粉体表面処理といった様々な工業的利用への応用が可能である。従って、本発明の産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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