(57)【要約】【課題】基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、長時間の使用においても均一な処理及び成膜を確保するプラズマ処理装置とプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、処理ガスとして大気以外が使用され、処理圧力が０．０５〜０．１５ＭＰａの大気圧近傍であり、プラズマ処理場で特定波長における発光ピークを検出する発光分光機構を有し、前記発光分光機構で検出した特定波長における発光ピークを一定に保つために、前記処理ガス導入量へフィードバックをかけることにより前記プラズマ処理場のプラズマ状態を制御することを特徴とするプラズマ処理装置である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、
処理ガスとして大気以外が使用され、処理圧力が０．０５〜０．１５ＭＰａの大気圧近傍であり、
プラズマ処理場で特定波長における発光ピークを検出する発光分光機構を有し、
前記発光分光機構で検出した特定波長における発光ピークを一定に保つために、前記処理ガス導入量へフィードバックをかけることにより前記プラズマ処理場のプラズマ状態を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記発光分光機構が前記基材の幅方向に複数個並んで配置され、前記発光分光機構で検出したプラズマ状態に応じて前記基材幅方向のガス流量をフィードバック制御することにより、前記プラズマ処理場の状態を制御することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ発光が酸素または窒素を含む成分に由来することを特徴とする請求項１至２に記載の基材のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ発光が第１４族元素を含む成分に由来することを特徴とする請求項１至２に記載の基材のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記プラズマ発光が希ガス成分に由来することを特徴とする請求項１至２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、
処理ガスとして大気以外が使用され、処理圧力が０．０５〜０．１５ＭＰａの大気圧近傍であり、
プラズマ処理場で特定波長における発光ピークを検出する発光分光機構を有し、
前記発光分光機構で検出した特定波長における発光ピークを一定に保つために、前記処理ガス導入量へフィードバックをかけることにより前記プラズマ処理場のプラズマ状態を制御することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記発光分光機構が前記基材の幅方向に複数個並んで配置され、前記発光分光機構で検出したプラズマ状態に応じて前記基材幅方向のガス流量をフィードバック制御することにより、前記プラズマ処理場の状態を制御することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記プラズマ発光が酸素または窒素を含む成分に由来することを特徴とする請求項６至７に記載の基材のプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記プラズマ発光が第１４族元素を含む成分に由来することを特徴とする請求項６至７に記載の基材のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記プラズマ発光が希ガス成分に由来することを特徴とする請求項６至７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】
本発明はロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、長時間の使用においても均一な処理及び成膜を確保したものを得るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、反射防止フィルムやガスバリアフィルム等などに用いられている機能性フィルムは、フィルム基材の表面に塗布するウェットコーティング法や、スパッタリングやプラズマＣＶＤ等の真空蒸着法により、機能性膜を形成することで製造している。
【０００３】
プラズマ処理は元来真空下で行われ、高い電子温度を持つが低いガス温度で存在できるという非平衡状態を利用したものである。この高いエネルギーを利用し緻密な処理や膜の作成が可能な点から、高付加価値品の用途で様々使用されている。また、近年、大気圧下で不可能であった全路破壊のグロー放電が可能になり、大掛かりな真空設備を必要としないことからその利用範囲の拡大が期待されている。
【０００４】
例えば、フィルム基材上に機能性膜を形成する際に、基材と機能性膜の密着性が悪い、品質特性が十分に発揮できない等の問題が発生する場合、機能性膜を形成する前に基材の表面を大気圧プラズマ処理で処理する方法が提案されている。
【０００５】
大気圧プラズマ処理は大気下での処理では大掛かりな設備を必要としない変わりに、処理環境の管理が難しくなり、処理場での環境に大きく左右することが知られている。
【０００６】
特許文献１には、簡易な装置構成で基材幅に対応して、基材の形状変化やカール変化の発生を防ぐために、大気圧または大気圧近傍の圧力下で電極間に高周波電圧を印加することにより発生する放電プラズマを用いて表面に薄膜を形成する大気圧プラズマ装置において、放電プラズマ発生部に放電ガスを供給するガス供給部の開口面積を変更することができる手段が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２３９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１では、大気圧プラズマ処理環境に変化が生じた場合、処理環境を制御することが難しく、基材の流れ方向、幅方向ともに均一なプラズマ処理ができるとは言い難い。
【０００９】
また、他の簡便な方式としてロールｔｏロール方式で大気圧プラズマ処理を行う方法があるが、そのまま大気圧処理するだけでは、基材搬送に伴う同伴風が外乱となり、それによって処理環境が変化し一般的なガスの導入量のコントロールだけでは管理が難しくなることが予想される。
【００１０】
さらに、基材が真空下での脱ガスされていない状態で処理すると、基材の表面状態はその履歴影響を受けやすくなり、炭化水素や水等の表面吸着物が処理環境を微妙に変化させることになる。以上のことから、長時間の使用においても均一な処理及び成膜を確保することは困難である。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであって、ロールｔｏロール方式で基材を搬送しつつ、基材に大気圧プラズマ処理を行う装置および処理方法において、大気圧プラズマ処理の環境の制御を行い、プラズマ状態を確認する発光分光機構を備え、基準となる発光強度から処理ガス導入量をフィードバック制御することにより、処理場の状態を管理すること簡便でかつ基材幅方向において均一なプラズマ処理を行うことができる処理装置および処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、処理ガスとして大気以外が使用され、処理圧力が０．０５〜０．１５ＭＰａの大気圧近傍であり、プラズマ処理場で特定波長における発光ピークを検出する発光分光機構を有し、前記発光分光機構で検出した特定波長における発光ピークを一定に保つために、前記処理ガス導入量へフィードバックをかけることにより前記プラズマ処理場のプラズマ状態を制御することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１３】
本発明の請求項２に係る発明は、前記発光分光機構が前記基材の幅方向に複数個並んで配置され、前記発光分光機構で検出したプラズマ状態に応じて前記基材幅方向のガス流量をフィードバック制御することにより、前記プラズマ処理場の状態を制御することを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１４】
本発明の請求項３に係る発明は、前記プラズマ発光が酸素または窒素を含む成分に由来することを特徴とする請求項１至２に記載の基材のプラズマ処理装置である。
【００１５】
本発明の請求項４に係る発明は、前記プラズマ発光が第１４族元素を含む成分に由来することを特徴とする請求項１至２に記載の基材のプラズマ処理装置である。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明は、前記プラズマ発光が希ガス成分に由来することを特徴とする請求項１至２に記載のプラズマ処理装置である。
【００１７】
本発明の請求項６に係る発明は、基材表面にプラズマ処理を行うロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理において、処理ガスとして大気以外が使用され、処理圧力が０．０５〜０．１５ＭＰａの大気圧近傍であり、プラズマ処理場で特定波長における発光ピークを検出する発光分光機構を有し、前記発光分光機構で検出した特定波長における発光ピークを一定に保つために、前記処理ガス導入量へフィードバックをかけることにより前記プラズマ処理場のプラズマ状態を制御することを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１８】
本発明の請求項７に係る発明は、前記発光分光機構が前記基材の幅方向に複数個並んで配置され、前記発光分光機構で検出したプラズマ状態に応じて前記基材幅方向のガス流量をフィードバック制御することにより、前記プラズマ処理場の状態を制御することを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法である。
【００１９】
本発明の請求項８に係る発明は、前記プラズマ発光が酸素または窒素を含む成分に由来することを特徴とする請求項６至７に記載の基材のプラズマ処理方法である。
【００２０】
本発明の請求項９に係る発明は、前記プラズマ発光が第１４族元素を含む成分に由来することを特徴とする請求項６至７に記載の基材のプラズマ処理方法である。
【００２１】
本発明の請求項１０に係る発明は、前記プラズマ発光が希ガス成分に由来することを特徴とする請求項６至７に記載のプラズマ処理方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置および処理方法によれば、大気圧プラズマ処理場の状態を管理してプラズマ表面処理を行うことにより、効率良く連続的にプラズマ処理することができ、かつ、基材幅方向において均一でかつ高品質なプラズマ処理基材を得ることができる。
【００２３】
請求項１及び６の発明に拠れば、大掛かりな真空装置を使用しない大気圧近傍で、コロナ処理のように処理ガスとして大気以外を用いるときに有用なものであり、これにより管理指標を持ったプラズマ処理状態の維持が可能になり、安定した処理を可能にしている。
【００２４】
請求項２及び７の発明に拠れば、幅方向にも安定した処理を可能にしている。
【００２５】
請求項３及び８の発明に拠れば、酸化・窒化は様々な材料で行われ、これらの状態を決める発光ピーク（例えばＯ：７７７ｎｍ、Ｎ２：３３７ｎｍ等）を管理指標とすることは有用である。
【００２６】
請求項４及び９の発明に拠れば、第１４族元素には炭素やケイ素を含み、モノマーガスを使用したプラズマＣＶＤでよく使用されるＤＬＣ膜やＳｉＯ膜作成時等のプラズマ状態の管理指標として有用である。
【００２７】
請求項５及び１０の発明に拠れば、イオンエッチング処理としてのＡｒや、放電が起きやすくペニング電離効果の期待としても使用されるＨｅ等の希ガスを管理指標とすることは有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】真空下でのロールｔｏロール方式のプラズマ処理法の説明図である。
【図２】大気下でのロールｔｏロール方式のプラズマ処理法の説明図である。
【図３】本発明のプラズマ発光を把握する集光系と、その情報からフィードバック制御可能なガス導入系の説明図である。
【図４】本発明の本発明の別形態のプラズマ処理場を示す説明図である。
【図５】プラズマ処理場の電極構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は真空下でのロールｔｏロール方式を用いたプラズマ処理法の説明図である。基材フィルムを巻き出す巻出しロール、プラズマ処理部、処理したフィルムを巻き取る巻取りロールを備え、これら全体が排気機構１５を有した排気可能なチャンバーの中に存在している。  
【００３０】
真空下でのプラズマとして、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の処理やスパッタやプラズマＣＶＤ、プラズマ銃を用いたプラズマアシスト蒸着等の成膜が行われる。電力供給は一般的な直流電源（ＤＣ）や交流電源（ＲＦ）の他にパルスＤＣ等も使用されている。
【００３１】
図２は本発明の大気下でのロールｔｏロール方式の大気圧プラズマ処理装置の説明図である。巻出しロールから巻き出された基材フィルムにプラズマ処理場で表面にプラズマ処理を施した後に巻き取る構成を有する。大気近傍での処理であるため、搬送系を含む全体を排気する設備は必要ない。
【００３２】
図３は本発明のプラズマ処理場を示す説明図である。巻出しロールと巻取りロール間のプラズマ処理場２４には、プラズマ発生するための電極対と、特定波長におけるピークを検出する発光分光集光系と、プロセスガス調整機構を有する。
【００３３】
プラズマ処理により励起された発光ピークを検出する発光分光集光系１９は、高電圧電極２２と基材１０間に対して横方向から検出するように設置されている。発光分光集光系１９は基材表面に対して設置されており、ある特定波長におけるピークを検出する。
【００３４】
さらに、最適条件として設定した際のある特定波長におけるピークと、発光分光集光系１９で得られた特定波長におけるピークとの乖離が発生した場合に、最適条件とした基準状態になるようにガス量を調整するフィードバック制御を行うプロセスガス調整機構２１を持つガス導入系を有する。
【００３５】
大気圧プラズマ処理では大気下での処理では大掛かりな設備は必要としないが、処理環境の管理が難しく、また、ロールｔｏロール基材搬送に伴う同伴風が外乱となって処理環境が変化し、ガス導入量の管理が難しく、均一な処理が難しいという問題があった。しかし、本発明を実施することにより、発光分光集光系である特定波長におけるピークを検出しているので、最適条件として設定したピークと乖離が発生した場合には、その情報がプロセスガス調整機構にフィードバックされ、その情報を元にガス流量を調整することによって最適条件として設定したピークとの乖離が小さくなり、基材に対して均一にプラズマ処理することができる。
【００３６】
図４は本発明の別形態のプラズマ処理場１２を示す説明図である。基材の表面処理側にはプロセスガス調整機構２１、裏面側には発光分光集光系１９が基材幅方向に複数並んでいる構成を有している。
【００３７】
発光分光集光系１９を基材幅方向で設置することにより、幅方向に対して均一なプラズマ処理を行うことができる。発光分光集光系の設置位置や設置数については、基材の種類や設定条件に応じて適宜設置すればよい。また、ガス量管理方法の一例として、区分された前室を設けそこに供給される流量と開口部の開閉角度での風向をコントロールする方法を示している。
【００３８】
基材表面処理で発生するある特定波長におけるピークを検出するために検出口の向きを所望の位置になるように設定することができる。
【００３９】
図５は、プラズマ処理場の電極構造を示す説明図である。プラズマ処理場１２の電極構造は（ロール）ダイレクト式、リモート式等が主に用いられる。
【００４０】
ダイレクト式とは、プロセスガスを満たした電極間でプラズマをたて、搬送機材を通す方式である。電極の形は特に規定がなく、片方の電極が搬送用のロールであるロールダイレクト方式なども存在する。
【００４１】
一方、リモート式とは、平行平板電極間にプラズマを発生させその上部からプロセスガスを流すことでプラズマ活性種を基材と反応させる方法である。
【００４２】
また、成膜時には、プロセスガスの他にモノマー供給口を設けプラズマ中で反応させることで機能性膜の作成が可能になる。
【００４３】
また、本発明はプラズマ処理場１２の管理をメインとしているので、電極形式やガス導入口の位置については問わない。例えば、ガス供給は電極が空いた穴から行っても問題なく、同様の効果を得ることができる。
【００４４】
プラズマ処理場１２では、大気圧プラズマを生成するための電極対として高電圧電極２２とグランド電極２３から形成されている。また、高電圧電極２２とグランド電極２３の間には、プラズマ処理用のガスを供給するプロセスガスがプロセスガス口２０から供給され、高電圧電極２２とグランド電極２３の間で、プラズマが生成される機構である。大気近傍での処理であるため、搬送系を含む全体を排気する設備は必要なく、処理ガスの導入・排気のみを備えたものである。
【００４５】
プラズマ処理場１２の雰囲気はプラズマ状態を把握する発光分光により管理され、ガス流量にフィードバックすることで一定条件を保つことを可能にしている。
【００４６】
さらに、発光分光集光系１９を幅方向で複数個持ち、測定された基準となる発光強度を元に幅方向のガス量も管理することが可能である。ガス量管理方法の一例として、区分された前室を設けそこに供給される流量と開口部の開閉角度での風向コントロールする方法を示した。これらにより幅方向のプラズマと処理の均一性を保つものである。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例について説明する。図３に示すような大気下でのロールｔｏロール方式のプラズマ処理法で処理した場合と、図４に示す本発明のプラズマ状態を管理できる機構を備えたものに対し、７５μｍ厚のＰＥＴ基材（三菱樹脂製：ダイアホイル）に投入電力とＬＳを調整し、モノマーガスとしてＨＭＤＳＯとプロセスガスとして酸素を用い１μｍ厚になるようＳｉＯ膜を行った場合を示す。
管理方法のないプラズマ処理の場合は、外乱によると思われる処理場の微妙な変化がプラズマ状態にも影響を与え、モノマーガスの分解・反応が一定でなく膜厚や酸化具合のばらけた膜が作成された。一方、本発明の管理されたプラズマ処理では、外乱による環境変化にガス導入量が応答することでプラズマ状態が一定に保たれ、ほぼ均一な膜が作成された。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
ロールｔｏロール方式のプラズマ処理において、長時間の使用においても均一な処理及び成膜を確保したものを得ることができるため有効である。
【符号の説明】
【００４９】
１０・・・基材
１１・・・巻出しロール
１２・・・プラズマ処理場
１３・・・巻取りロール
１４・・・真空チャンバー
１５・・・排気機構
１６・・・ロールダイレクト方式
１７・・・ダイレクト方式
１８・・・リモート方式
１９・・・発光分光集光系
２０・・・プロセスガス口
２１・・・プロセスガス調整機構
２２・・・高電圧電極
２３・・・グランド電極
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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