(57)【要約】【課題】  基材を均一かつ安定して処理することができる、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】  対向する少なくとも１対の電極を有するプラズマ処理ヘッド１５の両側に、プラズマ処理ヘッド１５の電極の間のプラズマ空間１５ａに処理ガスを供給するガス供給ユニット１４と、プラズマ空間１５ａから処理ガスを回収する排ガスユニット１６とを配置する。ガス供給ユニット１４及び排ガス供給ユニット１６に隣接してプラズマ処理ヘッド１５とは反対側に配置された少なくとも２対のピンチロール１３，１７で基材１８を挟持し、プラズマ化した処理ガスで満たされたプラズマ空間１５ａの略中央を貫通させる。ガス供給ユニット１４又は排ガス回収ユニット１６の少なくとも一方が、ピンチロール１３，１７をプラズマ空間１５ａに接近して配置するための空間１４ｘ，１６ｘを有する。【選択図】  図３
2006313673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する少なくとも１対の電極を有するプラズマ処理ヘッドと、
前記プラズマ処理ヘッドに隣接して配置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記電極の間のプラズマ空間に処理ガスを供給するガス供給ユニットと、
前記プラズマ処理ヘッドに隣接して前記ガス供給ユニットとは反対側に配置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記電極の間の前記プラズマ空間から前記処理ガスを回収する排ガスユニットと、
それぞれ、前記ガス供給ユニット及び前記排ガス供給ユニットに隣接して前記プラズマ処理ヘッドとは反対側に配置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記プラズマ空間の略中央を貫通するように基材を挟持する、少なくとも２対のピンチロールとを備え、
前記２対のピンチロールに挟持され前記プラズマ空間の略中央を貫通する前記基材が、前記プラズマ処理ヘッドの前記電極に電圧が印加されて前記プラズマ空間で発生した放電によりプラズマ化された前記処理ガスに接触する、プラズマ処理装置において、
前記ガス供給ユニット又は前記排ガス回収ユニットの少なくとも一方が、前記ピンチロールを前記プラズマ空間に接近して配置するための空間を有することを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給ユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間に前記処理ガスを供給し、
前記排ガスユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間内の前記処理ガスを回収することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
プラズマ処理ヘッドの両側に配置された少なくとも各１対のピンチロールで基材を挟持し、該基材が、前記各１対のピンチロール間を最短距離で走行し、前記プラズマ処理ヘッドの対向する前記電極の間のプラズマ空間を通るようにする第１のステップと、
前記プラズマ処理ヘッドに隣接して配置されたガス供給ユニットにより前記プラズマ空間に処理ガスを供給する第２のステップと、
前記プラズマ処理ヘッドに隣接して配置された排ガス回収ユニットにより前記プラズマ空間から前記処理ガスを回収する第３のステップと、
前記プラズマ処理ヘッドの前記電極に電圧を印加し、前記電極の間の前記プラズマ空間で放電を発生させ、前記プラズマ空間内の前記処理ガスをプラズマ化する第４のステップとを備えたプラズマ処理方法において、
前記ガス供給ユニットと前記排ガス回収ユニットの少なくとも一方に、前記各１対のピンチロールの少なくとも一方を前記プラズマ空間に接近して配置するための空間を形成することを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項４】
前記第２ステップにおいて、前記ガス供給ユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間に前記処理ガスを供給し、
前記第３のステップにおいて、前記排ガス回収ユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間内の前記処理ガスを回収することを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関し、特に、放電空間から離れた位置にある基材を略常圧でプラズマ処理を行う場合に好適なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気圧近傍の圧力下で発生させたプラズマを利用して、基材の表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などのプラズマ処理を行う常圧プラズマ処理について、種々提案されている。
【０００３】
例えば、いわゆるダイレクト方式の常圧プラズマ処理では、プラズマ処理ヘッドの両側に、処理ガスを供給するガス供給ユニットと、処理ガスを吸引する排ガス回収ユニットとを配置し、基材をガス供給ユニット側から排ガス側に向けて搬送し、プラズマ処理ヘッドのプラズマ空間を通過させ、プラズマ空間において、放電によりプラズマ化された処理ガスを基材に接触させる。搬送する基材の両側にガス供給ユニットと排ガス回収ユニットとを設けることにより、基材の両面を同時に処理することができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３１１２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば図１に示すように、プラズマ処理ヘッド５のプラズマ空間５ａを矢印８ｓの方向に搬送される基材８を挟んで両側に、矢印４ｓで示すように処理ガスを供給する２組のガス供給ユニット４と、矢印６ｓで示すように処理ガスを回収する排ガス回収ユニット６を配置し、さらに外側に、基材８を挟持し矢印３ｓ，７ｓで示す方向に回転する２対のピンチロール３，７を配置する。
【０００５】
ガス供給ユニット４は、例えば図２に示すように、矢印４ｔで示すように処理ガスが供給される導入部４ａと、開口４ｄから矢印４ｓで示すように処理ガスを吹き出すノズル４ｃとの間に、処理ガスをためる整流部４ｂが設けられている。
【０００６】
排ガス回収ユニット６は、ガス供給ユニット４と略同様に構成され、ガス供給ユニット４のノズル４ｃに相当する部分からノズルから処理ガスを吸引し、ガス供給ユニットの導入部４ａに相当する部分から処理ガスを排出する。ただし、ガス供給ユニット４の整流部４ｂに相当する部分はない。
【０００７】
基材８が薄くなると、２対のピンチロール３，７の間において、基材８を真っ直ぐに搬送させることが難しくなり、基材８にしわが発生したりする。
【０００８】
また、効率よく処理するため、プラズマ空間５ａの内面と基材との間の隙間を小さくし、処理ガスの流速を大きくすると、基材の両側を流れる処理ガスの流速がわずかに変動するだけ静圧のバランスが崩れ、基材の片寄りが発生する。
【０００９】
ピンチロール３，７の間において、鎖線８ｘで示したように基材８にたわみが発生し、基材８がプラズマ空間５ａ内で片寄ると、ガス流れが不均一になるので処理ムラや異常放電が発生する。また、基材８がプラズマ空間５ａの内面等に接触し、基材８に擦り傷などの不良が発生する。
【００１０】
本発明は、かかる実情に鑑み、基材を均一かつ安定して処理することができる、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したプラズマ処理装置を提供する。
【００１２】
プラズマ処理装置は、対向する少なくとも１対の電極を有するプラズマ処理ヘッドと、前記プラズマ処理ヘッドに隣接して配置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記電極の間のプラズマ空間に処理ガスを供給するガス供給ユニットと、前記プラズマ処理ヘッドに隣接して前記ガス供給ユニットとは反対側に配置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記電極の間の前記プラズマ空間から前記処理ガスを回収する排ガスユニットと、それぞれ、前記ガス供給ユニット及び前記排ガス供給ユニットに隣接して前記プラズマ処理ヘッドとは反対側に配置され、前記プラズマ処理ヘッドの前記プラズマ空間の略中央を貫通するように基材を挟持する、少なくとも２対のピンチロールとを備え、前記２対のピンチロールに挟持され前記プラズマ空間の略中央を貫通する前記基材が、前記プラズマ処理ヘッドの前記電極に電圧が印加されて前記プラズマ空間で発生した放電によりプラズマ化された前記処理ガスに接触する、タイプのものである。前記ガス供給ユニット又は前記排ガス回収ユニットの少なくとも一方が、前記ピンチロールを前記プラズマ空間に接近して配置するための空間を有する。
【００１３】
通常、２対のピンチロールは、ガス供給ユニットと前記排ガス回収ユニットとの間よりも外側に配置するが、上記構成によれば、少なくとも一方のガス供給ユニット又は排ガス回収ユニットにピンチロールが入り込むように配置することにより、２対のピンチロールの間の距離を短くして、基材に弛みや皺が発生しないようにすることができる。基材に弛みや皺がなければ、処理が不安定になったり、不均一になったりすることはない。また、高速に処理することができる。
【００１４】
好ましくは、前記ガス供給ユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間に前記処理ガスを供給する。前記排ガスユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間内の前記処理ガスを回収する。
【００１５】
この場合、基材の両面を、均一かつ安定して処理することができる。また、高速で処理することができる。
【００１６】
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したプラズマ処理方法を提供する。
【００１７】
プラズマ処理方法は、第１ないし第４のステップを備える。前記第１のステップにおいて、プラズマ処理ヘッドの両側に配置された少なくとも各１対のピンチロールで基材を挟持し、該基材が、前記各１対のピンチロール間を最短距離で走行し、前記プラズマ処理ヘッドの対向する前記電極の間のプラズマ空間を通るようにする。前記第２のステップにおいて、前記プラズマ処理ヘッドに隣接して配置されたガス供給ユニットにより前記プラズマ空間に処理ガスを供給する。前記第３のステップにおいて、前記プラズマ処理ヘッドに隣接して配置された排ガス回収ユニットにより前記プラズマ空間から前記処理ガスを回収する。前記第４のステップにおいて、前記プラズマ処理ヘッドの前記電極に電圧を印加し、前記電極の間の前記プラズマ空間で放電を発生させ、前記プラズマ空間内の前記処理ガスをプラズマ化する。前記ガス供給ユニットと前記排ガス回収ユニットの少なくとも一方に、前記各１対のピンチロールの少なくとも一方を前記プラズマ空間に接近して配置するための空間を形成する。
【００１８】
通常、各１対のピンチロールは、ガス供給ユニットと前記排ガス回収ユニットとの間よりも外側に配置するが、上記方法によれば、少なくとも一方のガス供給ユニット又は排ガス回収ユニットに、各１対のピンチロールの少なくとも一方が入り込むように配置することにより、各１対のピンチロールの間の距離を短くし、各１対のピンチロールの間で基材に弛みや皺が生じないようにして、基材をプラズマ処理することができる。基材に弛みや皺がなければ、処理が不安定になったり、不均一になったりすることはない。また、高速に処理することができる。
【００１９】
好ましくは、前記第２ステップにおいて、前記ガス供給ユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間に前記処理ガスを供給する。前記第３のステップにおいて、前記排ガス回収ユニットは、前記ピンチロールで挟持される前記基材の両側から、前記プラズマ空間内の前記処理ガスを回収する。
【００２０】
この場合、基材の両面を、均一かつ安定して処理することができる。また、高速で処理することができる。
【００２１】
なお、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系の場合に特に好適であるが、これに限るものではない。本発明において、略常圧とは、１．０１３×１０４〜５０．６６３×１０４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡略化を考慮すると、１．３３３×１０４〜１０．６６４×１０４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０４〜１０．３９７×１０４Ｐａがより好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、基材を均一かつ安定して処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態として実施例について、図３〜図５を参照しながら説明する。
【００２４】
図３に示すように、プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理ヘッド１５の両側に、矢印１４ｓで示すように処理ガスを供給する２組のガス供給ユニット１４と、矢印１６ｓで示すように処理ガスを回収する排ガス回収ユニット１６とが配置されている。各２組のガス供給ユニット１４と排ガス回収ユニット１６とは、プラズマ処理ヘッド１５のプラズマ空間１５ａを通る基材１８を挟持する。
【００２５】
プラズマ処理ヘッド１５は、プラズマ空間１５ａを通過する基材１８の両側（図３において上下）に、対向する少なくとも１対の電極（図示せず）が配置されている。電極には、例えば交流電圧やパルス電圧を印加し、これによって電極の間、すなわちプラズマ空間１５ａで放電を発生させ、プラズマ空間１５ａ内の処理ガスをプラズマ化させる。プラズマ空間１５ａ内において、プラズマ空間１５ａを通過する基材１８の両側に処理ガスを供給し、プラズマした処理ガスを基材１８に接触させることにより、基材１８の両面を同時に処理することができる。放電の形態は、グロー放電が均一処理のために好ましいが、コロナ放電や誘電体バリア放電や沿面放電であってもよい。電極の互いに対向する面には、放電による損傷を防止するため、誘電体で覆うことが好ましい。
【００２６】
ガス供給ユニット１４は、図４に示すように、矢印１４ｔで示すように処理ガスが供給される導入部１４ａと、開口１４ｄから矢印１４ｓで示すように処理ガスを吹き出すノズル１４ｃとの間に、処理ガスをためる整流部１４ｂが設けられている。さらに、開口１４ｄに隣接して切り欠き部１４ｘが形成されている。切り欠き部１４ｘには、ピンチロール１３の一部分が収納される。切り欠き部１４ｘは、ピンチロール１３にフィットする形状とし、ガス流れを乱す余分な空間を形成しないようにする。
【００２７】
排ガス回収ユニット１６は、ガス供給ユニット１４と略同様に構成され、切り欠き部１６ｘにピンチロール１７の一部分を収納するようになっている。また、ガス供給ユニット１４のノズル１４ｃに相当する部分から処理ガスを吸引し、ガス供給ユニットの導入部１４ａに相当する部分から処理ガスを排出する。ただし、ガス供給ユニット１４の整流部１４ｂに相当する部分はない。
【００２８】
図３に示すように、２組のガス供給ユニット１４は、ピンチロール１３の外部に露出している部分が基材１８を挟持するように、対称に配置される。ガス供給ユニット４は、基材１８の厚みに対応して、それぞれの位置を矢印１４ｐ，１４ｑで示す方向に、すなわち基材１８に対して略直角方向に調整できるようになっている。
【００２９】
同様に、２組の排ガス回収ユニット１６は、ピンチロール１７の間に基材１８を挟持するように、対称に配置され、基材１８の厚みに対応して、それぞれの位置を矢印１６ｐ，１６ｑで示す方向、すなわち基材１８に対して略直角方向に調整できるようになっている。
【００３０】
ピンチロール１３，１７は、図５（ａ）に示すように、基材１８の幅方向（矢印１８ｓで示す搬送方向に対して略直角方向）に、基材１８全体に接触するようにする。代わりに、基材１８の幅方向に一部分のみ接触するようにしてもよく、複数個所で接触するようにしてもよい。例えば図５（ｂ）に示すように、基材１８の幅方向両側の端部にのみ、それぞれピンチロール１３ａ，１３ｂ；１７ａ，１７ｂを配置してもよい。
【００３１】
ピンチロール１３，１７の個々のロールは、ピンチロール１３，１７間で基材１８に弛みや皺が生じないよう、適宜速度で回転駆動させたり、従動させたり、回転抵抗を与えたりすればよい。
【００３２】
ピンチロール１３，１７は、それらが接触する処理ガス（プラズマ化された処理ガスを含む）に対して耐性を有するようにする。例えば、ガラス、セラミックス、フッ素などをコーティングし、処理ガスで腐食したり、材質が劣化したりしないようにする。さらに、プラズマ空間１５ａでの放電に影響を与えないよう、ロール基材に絶縁材料を用いる。例えば、ピンチロール１３，１７は、シリコンロールとすることが好ましい。
【００３３】
基材１８は、例えばフレキシブルプリント配線板や樹脂シート、樹脂フィルムである。ロールに巻き取るものでも、ロールに巻き取らないシート状であってもよい。
【００３４】
次に、基材１８をプラズマ処理するときの動作について説明する。
【００３５】
ピンチロール１３，１７で基材１８を挟持し、基材１８を矢印１８ｓ方向に走行させる。このとき、ピンチロール１３，１７間を、基材１８が真っ直ぐに、すなわち最短距離で走行するようにする。そして、ガス供給ユニット１４の開口から、プラズマ空間５ａに処理ガスを供給し、プラズマ空間１５ａの処理ガスを排ガス回収ユニットの開口から吸引するとともに、プラズマ処理ヘッド１２の電極に電圧を印加してプラズマ空間１５ａ内で放電を発生させ、処理ガスをプラズマ化する。プラズマ化した処理ガスを、プラズマ空間１５ａを貫通する基材１８に接触させ、プラズマ（活性種、イオンなど）により、基材１８の表面改質、薄膜形成、アッシング、洗浄などの処理を行う。
【００３６】
処理ガスは、プラズマ処理の目的に応じて選択すればよい。例えば、酸化処理には、窒素と酸素の混合ガスを用いる。還元処理には、窒素と水素を用いる。撥水化やエッチングには、フルオロカーボンを用いる。希釈ガスとして、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いてもよい。
【００３７】
ピンチロール１３，１７の一部分が、ガス供給ユニット１４及び排ガス回収ユニット１６に収納されているので、ピンチロール１３，１７の間の距離Ｌ２を、従来のピンチロール３，７の間の距離Ｌ１（図１参照）よりも短くし、ピンチロール１３，１７間の基材１８に弛みや皺が発生しないようにすることができる。この部分で基材１８に弛みや皺があると、処理が不安定になったり、不均一になったりするが、弛みや皺がないので、基材１８を均一かつ安定して処理することができ、処理速度を向上することもできる。
【００３８】
また、高速処理のためにガス流れを速くしても問題がない。さらに、大気の巻き込みも、ピンチロール１３，１７の間の距離Ｌ２を短くすることにより、少なくなる。さらに、基材８の搬送方向８ｓの寸法も小さくすることができるので、従来よりも狭い面積、例えば約半分以下の面積に装置を設置することができ、同じ面積に約２倍以上の台数の装置を設置することが可能となる。
【００３９】
例えば、図１に示した構成ではピンチロール３，７間の距離Ｌ１が２６０ｍｍであった装置について、図３に示した構成にすることにより、２対のピンチロール１３，１７間の距離Ｌ２を１２０ｍｍにすることができる。２対のピンチロール１３，１７間の距離Ｌ２を小さくすることにより、プラズマ空間１５ａにおいて電極間の距離が１〜２ｍｍ程度であっても、幅２０ｍｍ〜２００ｍｍの基材１８をプラズマ空間１５ａ（電極間）の略中央に保持しながら高速で搬送し、確実にプラズマ処理することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
【００４１】
例えば、ガス供給ユニット１４や排ガス回収ユニット１６に設ける切り欠き部１４ｘ，１６ｘは、ピンチロール１３，１７に沿う形状に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。例えば、ピンチロール１３，１７を取り囲まず、ピンチロール１３，１７に隣接するだけ形状であってもよい。
【００４２】
また、基材の片面のみを処理するようにしてもよい。この場合、処理ガスの供給及び回収は、基材の片面側のみでよい。また、プラズマ空間から基材が出る側から処理ガスを供給し、プラズマ空間に基材が入る側から処理ガスを回収してもよい。あるいは、基材の搬送方向に対して直角方向から、処理ガスの供給・回収を行うようにしてもよい。
【００４３】
さらに、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、例えば、１Ｐａ以上、特に略常圧（大気圧近傍）の開放系、あるいは低気密系で行うことができるが、これに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】プラズマ処理装置の要部構成図である。（従来例）
【図２】ガス供給ユニットの説明図である。（従来例）
【図３】プラズマ処理装置の要部構成図である。（実施例）
【図４】ガス供給ユニットの構成図である。（実施例）
【図５】ピンチロールの説明図である。（実施例）
【符号の説明】
【００４５】
１０  プラズマ処理装置
１３  ピンチロール
１４  ガス供給ユニット
１４ｘ  切り欠き部（空間）
１５  プラズマ処理ヘッド
１５ａ  プラズマ空間
１６  排ガス回収ユニット
１６ｘ  切り欠き部（空間）
１７  ピンチロール
１８  基材
【図１】
2006313673.tif 000003
【図２】
2006313673.tif 000004
【図３】
2006313673.tif 000005
【図４】
2006313673.tif 000006
【図５】
2006313673.tif 000007