(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、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】  少なくとも２対のピンチロール１４，１６で基材１８を挟持し、２対のピンチロール１４，１６間を基材１８が最短距離で走行するようにする第１のステップと、開口１３を有するプラズマ処理ヘッド１２を、開口１３が２対のピンチロール１４，１６の間で基材１８に対向するように配置した状態で、対向する電極対に電圧を印加し、電極対の間の空間で放電を発生させ、その空間を通過してプラズマ化した処理ガス１７を開口１３から流出させ、処理ガス１７を、２対のピンチロール１４，１６間を走行する基材１８に接触させる第２のステップとを備える。プラズマ処理ヘッド１２の開口１３に隣接して、２対のピンチロール１４，１６の少なくとも一方を開口１３に接近して配置するための空間を形成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２対のピンチロールで基材を挟持し、該２対のピンチロール間を基材が最短距離で走行するようにする第１のステップと、
開口を有するプラズマ処理ヘッドを、前記開口が前記２対のピンチロールの間で前記基材に対向するように配置した状態で、対向する電極対に電圧を印加し、該電極対の間の空間で放電を発生させ、該空間を通過してプラズマ化した処理ガスを前記開口から流出させ、前記処理ガスを、前記２対のピンチロール間を走行する前記基材に接触させる第２のステップとを備え、
前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に隣接して、前記２対のピンチロールの少なくとも一方を前記開口に接近して配置するための空間を形成したことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記ピンチロールの少なくとも外周面が、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から流出する前記処理ガスに対して耐性を有することを特徴とする、請求項１記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記ピンチロールが、絶縁性を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
対向する電極対に電圧を印加し、該電極対の間の空間で放電を発生させ、該空間を通過してプラズマ化した処理ガスが流出する開口を有するプラズマ処理ヘッドと、
走行する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、
前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が、前記２対のピンチロール間において、前記２対のピンチロール間を走行する前記基材に対向し、前記開口から流出する前記処理ガスを、前記２対のピンチロール間を走行する前記基材に接触させる、プラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に隣接して、前記２対のピンチロールの少なくとも一方を前記開口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５】
前記ピンチロールの少なくとも外周面が、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から流出する前記処理ガスに対して耐性を有することを特徴とする、請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ピンチロールが、絶縁性を有することを特徴とする、請求項４又は５に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、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関し、特に、放電空間から離れた位置にある被処理物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方法及びプラズマ処理装置に関する。
【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、被処理物の表面改質、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、いわゆるリモート方式の常圧プラズマ処理では、放電空間を通過してプラズマ化した処理ガスが流出するプラズマ処理ヘッドの開口に対して被処理物を相対的に移動させ、開口から流出した処理ガスを被処理物の表面に順次、接触させることによって、被処理物の表面のプラズマ処理を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、長尺基材の表面を連続的に処理する場合には、間隔を設けた配置された２対のピンチローラの間に基材を通し、２対のピンチロールの間で真っ直ぐに保持された基材に、プラズマ化した処理ガスを接触させる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３７４８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２０８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば長尺基材をリモート方式でプラズマ処理する場合、図１に示したように、プラズマ処理ヘッド２両側に、基材８を挟持し矢印４ｓ，６ｓ方向に回転する２対のピンチロール４，６を配置し、基材８を矢印８ｓ方向に走行させながら、プラズマ処理ヘッド２の開口３から流出する処理ガス７を基材８に接触させる。
【０００６】
２対のピンチロール４，６間の距離Ｌ１は、ある程度の長さが必要になる。そのため、基材８の材質、厚さ等によっては、２対のピンチロール４，６間で基材８に弛みや皺が発生する。基材８に弛みや皺が発生すると、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が周囲の部材に接触し、基材８に擦り傷などの不良が発生する。
【０００７】
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、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置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】
【０００８】
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。
【０００９】
プラズマ処理方法は、第１及び第２のステップを備える。前記第１のステップにおいて、少なくとも２対のピンチロールで基材を挟持し、該２対のピンチロール間を基材が最短距離で走行するようにする。前記第２のステップにおいて、開口を有するプラズマ処理ヘッドを、前記開口が前記２対のピンチロールの間で前記基材に対向するように配置した状態で、対向する電極対に電圧を印加し、該電極対の間の空間で放電を発生させ、該空間を通過してプラズマ化した処理ガスを前記開口から流出させ、前記処理ガスを、前記２対のピンチロール間を走行する前記基材に接触させる。前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に隣接して、前記２対のピンチロールの少なくとも一方を前記開口に接近して配置するための空間を形成する。
【００１０】
上記方法において、ピンチロールの少なくとも一方をプラズマ処理ヘッドの開口に接近して配置するための空間は、ピンチロールを収納する切り欠き部をプラズマ処理ヘッドの開口に隣接して設けたり、プラズマ処理ヘッドの開口側の幅を狭くしてプラズマ処理ヘッドを先細形状にするなどにより、形成することができる。
【００１１】
上記方法によれば、プラズマ処理ヘッドの開口に隣接する空間に２対のピンチロールの少なくとも一方を配置し、プラズマ処理ヘッドの開口に２対のピンチロールの少なくとも一方を近づけ、２対のピンチロールの間の距離を短くすることができる。これにより、２対のピンチロールの間で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。
【００１２】
好ましくは、前記ピンチロールの少なくとも外周面が、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から流出する前記処理ガスに対して耐性を有する。
【００１３】
２対のピンチロールの間の距離を短くすると、ピンチロールの少なくとも外周面は、プラズマ処理ヘッドの開口から流出する処理ガス（現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい。）に接触しやすくなる。そのため、ピンチロールの少なくとも外周面が処理ガスに対して耐性を有し、処理ガスで腐食されたり、材質が劣化したりしないようにすることが好ましい。
【００１４】
好ましくは、前記ピンチロールが、絶縁性を有する。
【００１５】
２対のピンチロールの間の距離を短くすると、ピンチロールが電極対に接近する。ピンチロールが導電性を有する場合には、電極対とピンチロールとの間で異常放電が発生しやすくなる。ピンチロールが絶縁性を有すれば、異常放電を防止することができる。
【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装置を提供する。
【００１７】
プラズマ処理装置は、対向する電極対に電圧を印加し、該電極対の間の空間で放電を発生させ、該空間を通過してプラズマ化した処理ガスが流出する開口を有するプラズマ処理ヘッドと、走行する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、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口が、前記２対のピンチロール間において、前記２対のピンチロール間を走行する前記基材に対向し、前記開口から流出する前記処理ガスを、前記２対のピンチロール間を走行する前記基材に接触させるタイプの装置である。プラズマ処理装置は、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口に隣接して、前記２対のピンチロールの少なくとも一方を前記開口に接近して配置するための空間を有する。
【００１８】
上記構成において、ピンチロールの少なくとも一方をプラズマ処理ヘッドの開口に接近して配置するための空間は、ピンチロールを収納する切り欠き部をプラズマ処理ヘッドの開口に隣接して設けたり、プラズマ処理ヘッドの開口側の幅を狭くしてプラズマ処理ヘッドを先細形状にするなどにより、形成することができる。
【００１９】
上記構成によれば、プラズマ処理ヘッドの開口に隣接する空間に２対のピンチロールの少なくとも一方を配置し、プラズマ処理ヘッドの開口に２対のピンチロールの少なくとも一方を近づけ、２対のピンチロールの間の距離を短くすることができる。これにより、２対のピンチロールの間で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。
【００２０】
好ましくは、前記ピンチロールの少なくとも外周面が、前記プラズマ処理ヘッドの前記開口から流出する前記処理ガスに対して耐性を有する。
【００２１】
２対のピンチロールの間の距離を短くすると、ピンチロールの少なくとも外周面は、プラズマ処理ヘッドの開口から流出する処理ガス（現にプラズマ化している処理ガスであっても、プラズマを経て活性化した処理ガスであってもよい。）に接触しやすくなる。そのため、ピンチロールの少なくとも外周面が処理ガスに対して耐性を有し、処理ガスで腐食されたり、材質が劣化したりしないようにすることが好ましい。
【００２２】
好ましくは、前記ピンチロールが、絶縁性を有する。
【００２３】
２対のピンチロールの間の距離を短くすると、ピンチロールが電極対に接近する。ピンチロールが導電性を有する場合には、電極対とピンチロールとの間で異常放電が発生しやすくなる。ピンチロールが絶縁性を有すれば、異常放電を防止することができる。  
【００２４】
なお、本発明のプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置は、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】
【００２５】
本発明のプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置は、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】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態として実施例について、図２〜図４を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施例１）  実施例１のプラズマ処理装置について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００２８】
図２の要部構成図に示すように、プラズマ処理ヘッド１２の両側に、基材１８を挟持し矢印１４ｓ，１６ｓ方向に回転する２対のピンチロール１４，１６を配置し、基材１８を矢印１８ｓ方向に走行させながら、プラズマ処理ヘッド１２の開口１３から流出する処理ガス１７を基材１８に接触させる。なお、２対のピンチロール１４，１６よりも外側（すなわち、ピンチロール１４，１６間以外の部分）に、他のピンチロールを設けてもよい。
【００２９】
プラズマ処理ヘッド１２は、開口１３を有する。開口１３からは、対向する電極対（図示せず）に電圧を印加し、該電極対の間の空間で放電を発生させ、該空間を通過させてプラズマ化した処理ガス１７（現にプラズマ化している処理ガス１７であっても、プラズマを経て活性化した処理ガス１７であってもよい。）が流出する。例えば電極対に交流電圧やパルス電圧を印加し、処理ガスをプラズマ化する。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。
【００３０】
プラズマ処理ヘッド１２は、その内部に電極対を設け、処理ガスをプラズマ化するようにしても、外部でプラズマ化した処理ガスが供給され、それを開口１２から流出するようにしてもよい。
【００３１】
プラズマ処理ヘッド１２には、開口１３に隣接して切り欠き部１２ａ，１２ｂが形成されている。各切り欠き部１２ａ，１２ｂに、ピンチロール１４，１６の上側ロールの一部分が収納される。各切り欠き部１２ａ，１２ｂは、収納するピンチロール１４，１６にフィットする形状とし、ガス流れを乱す空間を形成しないようにする。
【００３２】
ピンチロール１４，１６は、図３（ａ）に示すように、基材１８の幅方向（基材２の走行方向１８ｓに対して略直角方向）に、基材１８全体に接触するようにしても、図３（ｂ）に示すように、幅方向の一部分のみに接触するようにしてもよい。また、複数個所で接触するようにしてもよい。例えば図３（ｂ）に示すように、基材１８の幅方向両側の端部に２組のピンチローラ１４ａ，１４ｂ；１６ａ，１６ｂを配置してもよい。
【００３３】
２対のピンチロール１４，１６の個々のロールは、２対のピンチロール１４，１６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。
【００３４】
２対のピンチロール１４，１６は、開口１３に接近して配置されているので、開口１３から流出する高濃度の処理ガス１７に接触する。２対のピンチロール１４，１６の少なくとも外周面は、開口１３から流出する処理ガス１７に対して耐性を有するようにする。例えば、ピンチロール１４，１６に、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１７で腐食したり、材質が劣化したりしないようにする。
【００３５】
さらに、放電に影響を与えないよう、ピンチロール１４，１６のロール基材には、絶縁材料を用いる。例えば、ピンチロール１４，１６は、シリコンロールとすることが好ましい。
【００３６】
基材１８は、例えばフィルム状の長尺基材であり、ロールに巻き取る。ロールに巻き取らないシート状の基材であってもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
２対のピンチロール１４，１６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、２対のピンチロール１４，１６間で基材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、プラズマ化した処理ガス１７（現にプラズマ化している処理ガス１７であっても、プラズマを経て活性化した処理ガス１７であってもよい。）を、プラズマ処理ヘッド１２の開口１３から流出させ、２対のピンチロール１４，１６間で基材１８に接触させ、放電によるプラズマ（活性種、イオンなど）を用いて、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。
【００３９】
処理ガス１７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。
【００４０】
ピンチロール１４，１６の一部分がプラズマ処理ヘッド１２の切り欠き部１２ａ，１２ｂに収納され、２対のピンチロール１４，１６間の距離Ｌ２が短いため、２対のピンチロール１４，１６間で基材１８には弛みや皺が発生しない。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る。また、処理速度を向上することもできる。
【００４１】
２対のピンチロール１４，１６間の距離Ｌ２は、１０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲が好ましく、３０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲が、より好ましい。開口１３の幅、電極対の互いに対向する面に設ける誘電体の厚み、ピンチロール１４，１６の外径などは、ある程度以上の寸法が必要となるため、２対のピンチロール１４，１６間の距離Ｌ２は、１０ｍｍ以上が好ましく、３０ｍｍ以上がより好ましい。一方、２対のピンチロール１４，１６の少なくとも一方をプラズマ処理ヘッド１２の開口１３に接近して配置し、基材１８に弛みや皺が発生しないようにするためには、２対のピンチロール１４，１６間の距離Ｌ２は８０ｍｍ以下が好ましく、６０ｍｍ以下がより好ましい。
【００４２】
（実施例２）  実施例２のプラズマ処理装置について、図４を参照しながら説明する。実施例２のプラズマ処理装置は、実施例１のプラズマ処理装置と略同様に構成される。以下では、実施例１と同様の構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。
【００４３】
図４の要部構成図に示すように、基材１８を挟持し矢印１４ｓ，１６ｓ方向に回転する２対のピンチロール１４，１６の間に、基材１８を挟んで両側に、２組のプラズマ処理ヘッド２２ａ，２２ｂを配置する。各プラズマ処理ヘッド２２ａ，２２ｂは、プラズマ化された処理ガス２７ａ，２７ｂ（現にプラズマ化している処理ガス２７ａ，２７ｂであっても、プラズマを経て活性化した処理ガス２７ａ，２７ｂであってもよい。）が流出する開口２３ａ，２３ｂ側の幅が幅を狭く、先細形状に形成されている。各プラズマ処理ヘッド２２ａ，２２ｂの開口２３ａ，２３ｂ側が先細形状であることにより、開口２３ａ，２３ｂの近傍に空間が形成される。この空間に、２対のピンチロール１４，１６を配置することにより、２対のピンチロール１４，１６間の距離Ｌ２を小さくし、２対のピンチロール１４，１６間で基材１８には弛みや皺が発生しないようにして、基材１８を均一かつ安定して処理することができる。また、処理速度を向上することもできる。
【００４４】
２組のプラズマ処理ヘッド２２ａ，２２ｂを用いて、基材１８の両面を、同時に処理することができる。この場合、プラズマ処理ヘッド２２ａ，２２ｂごとに成分の異なる処理ガス２７ｓ，２７ｂを用いることにより、基材１８の表面と裏面で別個の処理を行うことができる。
【００４５】
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。
【００４６】
例えば、本発明のプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置は、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】
【００４７】
【図１】プラズマ処理の説明図である。（従来例）
【図２】プラズマ処理の要部構成図である。（実施例１）
【図３】ピンチロールの構成の説明図である。（実施例１）
【図４】プラズマ処理の要部構成図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００４８】
１２  プラズマ処理ヘッド
１２ａ，１２ｂ  切り欠き部（空間）
１３  開口
１４  ピンチロール
１６  ピンチロール
１７  処理ガス
１８  基材
２２ａ，２２ｂ  プラズマ処理ヘッド
２３ａ，２３ｂ  開口
２７ａ，２７ｂ  処理ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006313672.tif 000006