(57)【要約】【課題】炭素含有材料からなる基材表面の活性化直後に飛散粒子の付着を行うことにより、付着性、密着性等を向上させた基材の表面改質方法及び改質された基材、並びに装置を提供する。【解決手段】真空紫外線発生装置２より真空紫外線が発生されると、真空にした容器４内に配置された樹脂基板Ｓの表面に露光されて樹脂表面が活性化する。一方、電子ビーム蒸着装置３より発生した中性原子、イオン、クラスタ等の微粒子が、活性化された樹脂基板Ｓ表面に強固に密着する。これにより、樹脂基板Ｓは、電子補給や逆励起の発生が阻止されて活性な表面が長時間維持されるので、優れた付着性、密着性等を発揮することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有材料からなる基材の表面を改質する方法であって、
真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、前記基材の表面に飛散粒子を付着させるようにしたことを特徴とする基材の表面改質方法。
【請求項２】
前記基材をターゲット材料のレーザー光照射面側に配置し、前記ターゲット材料にレーザー光を照射して発生する真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、前記ターゲット材料より飛散する粒子を、前記基材の表面に付着させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の基材の表面改質方法。
【請求項３】
容器内で前記基材をターゲット材料のレーザー光照射面側に配置し、その容器内に配置された前記ターゲット材料にレーザー光を照射するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の基材の表面改質方法。
【請求項４】
シールドガス雰囲気下で、又は少なくとも前記基材と前記ターゲット材料との間にシールドガスを供給しつつ、前記ターゲット材料にレーザー光を照射するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の基材の表面改質方法。
【請求項５】
前記シールドガスとして、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスのいずれか、これらの任意の組み合わせからなる混合ガス、又はこれらのガスを主成分とする混合ガスを使用したことを特徴とする請求項４に記載の基材の表面改質方法。
【請求項６】
前記基材は、レーザー光を透過可能な透明基材からなり、前記ターゲット材料に前記透明基材を通してレーザー光を照射するようにしたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の基材の表面改質方法。
【請求項７】
前記レーザー光は、パルス幅が１００ピコ秒乃至１００ナノ秒のパルスレーザー光であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の基材の表面改質方法。
【請求項８】
前記レーザー光の照射条件は、前記ターゲット材料から波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍの真空紫外線を発生させるように設定されていることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の基材の表面改質方法。
【請求項９】
前記レーザー光の照射強度を、１０６Ｗ／ｃｍ２乃至１０１２Ｗ／ｃｍ２に設定したことを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の基材の表面改質方法。
【請求項１０】
炭素含有材料からなる基材と、真空紫外線を露光した前記基材の少なくとも一部表面に付着した付着粒子とを有することを特徴とする改質された表面部をもつ基材。
【請求項１１】
炭素含有材料からなる基材の表面を改質する装置であって、
前記基材の表面に真空紫外線を露光する真空紫外線露光手段と、
前記真空紫外線が露光された前記基材の表面に付着させるための飛散粒子を発生させる飛散粒子発生手段と、
を備えたことを特徴とする基材の表面改質装置。
【請求項１２】
前記真空紫外線露光手段による真空紫外線露光と前記飛散粒子発生手段による飛散粒子発生とを同時に行うように構成されたことを特徴とする請求項１１に記載の基材の表面改質装置。
【請求項１３】
炭素含有材料からなる基材の表面を改質する装置であって、
レーザー光を発生するレーザー光発生装置と、
ターゲット材料と、
そのターゲット材料のレーザー光照射面側に配置された炭素含有材料からなる基材と、
前記レーザー光発生装置より発生されるレーザー光を前記ターゲット材料上にて集光する光学部材と、
を備え、
前記ターゲット材料に前記光学部材を介してレーザー光を照射して発生する真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、レーザー照射されたターゲット材料の表面より飛散する粒子を、前記基材の表面に付着させるように構成したことを特徴とする基材の表面改質装置。
【請求項１４】
内部にて前記基材を前記ターゲット材料のレーザー光照射面側に配置する容器を備え、
前記レーザー光発生装置より発生されるレーザー光を前記光学部材を介して前記容器内に導くとともに、前記ターゲット材料上にて集光するように構成されたことを特徴とする請求項１３に記載の基材の表面改質装置。
【請求項１５】
シールドガスを供給するシールドガス供給手段を備え、
前記シールドガス供給手段により少なくとも前記基材と前記ターゲット材料との間にシールドガスを供給しつつ、前記ターゲット材料に前記光学部材を介してレーザー光を照射するように構成されたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の基材の表面改質装置。
【請求項１６】
内部がシールドガス雰囲気に保たれると共に、前記基材を前記ターゲット材料のレーザー光照射面側に配置する処理室を備え、
その処理室内で、前記ターゲット材料に前記光学部材を介してレーザー光を照射して発生する真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、レーザー照射されたターゲット材料の表面より飛散する粒子を、前記基材の表面に付着させるように構成したことを特徴とする請求項１３又は１５に記載の基材の表面改質装置。
【請求項１７】
外部空間と前記処理室との間に前記処理室に連通する準備室が設けられ、
前記基材を前記外部空間から前記準備室を介して前記処理室へ搬入又は搬出するように構成されたことを特徴とする請求項１６に記載の基材の表面改質装置。
【請求項１８】
前記シールドガスとして空気よりも比重が小さい気体を用いると共に、前記処理室を前記準備室に対して上方位置に設けたことを特徴とする請求項１７に記載の基材の表面改質装置。
【請求項１９】
前記シールドガスとして空気よりも比重が大きい気体を用いると共に、前記処理室を前記準備室に対して下方位置に設けたことを特徴とする請求項１７に記載の基材の表面改質装置。
【請求項２０】
前記処理室と前記準備室との間及び／又は外部空間と前記準備室との間に開閉可能な隔壁を設け、その隔壁の開閉により前記処理室と前記準備室との連通／隔離及び／又は外部空間と前記準備室との連通／隔離を切り換えるように構成されたことを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載の基材の表面改質装置。
【請求項２１】
前記シールドガスは、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスのいずれか、又はこれらの任意の組み合わせからなる混合ガスであることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれかに記載の基材の表面改質装置。
【請求項２２】
前記基材は、レーザー光を透過可能な透明基材からなり、前記レーザー光発生装置は、前記透明基材を通して前記ターゲット材料にレーザー光を照射するように構成されたことを特徴とする請求項１３乃至２１のいずれかに記載の基材の表面改質装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂基板等の炭素含有材料からなる基材の表面に物理的特性や化学的特性等の種々の特性を付与するための基材の表面改質方法及び改質された基材、並びに装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂基板の表面を改質する技術として、放射光からのＸ線や真空紫外線を露光したり、紫外線ランプにより紫外線を露光することにより樹脂表面の活性化を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、Ｘ線や真空紫外線等を露光した後、大気下若しくはガス雰囲気下において、用途に応じた別途の処理を施している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３１６４８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術においては、放射光等の露光により活性化した樹脂基板の表面が経時変化により、或いはガス雰囲気にさらされることにより、不活性化した後に、用途に応じた別途の処理を施すことになり、Ｘ線等の露光効果が薄れるという問題がある。また、放射光を発生させるための設備は大型の設備であって、時間シェアリング的に利用される場合が殆どであり、多くのサンプルを試行錯誤的に用いて材料を開発することが困難であるという問題がある。一方、波長２００ｎｍ以上の紫外線を主体とする紫外線ランプ露光の場合は、樹脂表面の吸収率が波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍの真空紫外線と比べると１／１００以下であるため、活性化の効果が非常に少ないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点に鑑み、炭素含有材料からなる基材表面の活性化直後に飛散粒子の付着を行うことにより、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐デント性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、撥水性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等を向上させた基材の表面改質方法及び改質された基材、並びに装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の基材の表面改質方法は、炭素含有材料からなる基材の表面を改質する方法であって、真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、前記基材の表面に飛散粒子を付着させるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
従って、炭素含有材料における吸収性が高い真空紫外線が炭素含有材料からなる基材の表面に露光されると、基材表面では炭素原子の外殻電子であるｐ電子が励起若しくは電離することにより分子の結合が破壊され、炭素含有材料表面が活性化される。そして、真空紫外線の露光により活性化された基材の表面に飛散粒子を付着させることにより、粒子が基材の表面に強固に密着する。よって、樹脂基板等の炭素含有材料からなる基材の表面に、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性を付与するとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性を向上させることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の基材の表面改質方法は、前記基材をターゲット材料のレーザー光照射面側に配置し、前記ターゲット材料にレーザー光を照射して発生する真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、前記ターゲット材料より飛散する粒子を、前記基材の表面に付着させるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
従って、ターゲット材料にレーザー光が照射されることにより、ターゲット材料の表面に高温のプラズマが形成され、このプラズマより真空紫外線が発生する。この真空紫外線は炭素含有材料における吸収性が高く、真空紫外線がターゲット材料のレーザー光照射面側に配置された基材の表面に露光されると、基材表面では炭素原子の外殻電子であるｐ電子が励起若しくは電離することにより分子の結合が破壊され、炭素含有材料表面が活性化される。一方、プラズマ内部若しくはプラズマにより加熱されたターゲット材料の表面では、中性原子、イオン、クラスタ等が形成され、プラズマ内部若しくはターゲット材料表面より粒子が音速レベルの高速で飛散する。このため、真空紫外線の露光により基材の表面が活性化され、その直後に飛散粒子が付着するため、粒子が基材の表面に強固に密着する。
【００１０】
尚、ターゲット材料としては、表面改質された基材の用途により、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ等の金属、半導体、セラミックス、炭素、及びこれらの複合材料等を用いることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の基材の表面改質方法は、容器（望ましくは真空容器）内で前記基材をターゲット材料のレーザー光照射面側に配置し、その容器（望ましくは真空容器）内に配置された前記ターゲット材料にレーザー光を照射するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
従って、容器（望ましくは真空容器）内で前記基材をターゲット材料のレーザー光照射面側に配置し、その容器内に配置された前記ターゲット材料にレーザー光を照射することにより、プラズマより真空紫外線が発生する。このとき、容器内では真空紫外線が大気により吸収されることがないので、炭素含有材料からなる基材表面を良好に活性化することができる。また、プラズマ内部若しくはターゲット材料表面より音速レベルの高速で飛散する粒子が、基材とターゲット材料との間の雰囲気分子によって遮断若しくは減速されることがなく、真空紫外線の露光により活性化された基材の表面に確実に飛散粒子を付着させることができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の基材の表面改質方法は、シールドガス雰囲気下で、又は少なくとも前記基材と前記ターゲット材料との間にシールドガスを供給しつつ、前記ターゲット材料にレーザー光を照射するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
従って、シールドガス雰囲気下で、又は少なくとも前記基材と前記ターゲット材料との間に真空紫外線の吸収が少ないシールドガスを供給しつつ、前記ターゲット材料にレーザー光を照射することにより、シールドガス雰囲気中でプラズマより真空紫外線が発生する。このとき、シールドガスの供給によって、真空紫外線が大気により吸収されることが防止され、基材表面を良好に活性化することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の基材の表面改質方法は、前記シールドガスとして、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスのいずれか、これらの任意の組み合わせからなる混合ガス、又はこれらのガスを主成分とする混合ガスを使用したことを特徴とする。
【００１６】
従って、真空紫外線の吸収が極めて少ない水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、又はこれらの任意の組み合わせからなる混合ガスをシールドガスとして使用することにより、大気下で確実に真空紫外線（例えば、波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍ）を発生させ、基材表面に露光することができる。
【００１７】
請求項６に記載の基材の表面改質方法は、前記基材が、レーザー光を透過可能な透明基材からなり、前記ターゲット材料に前記透明基材を通してレーザー光を照射するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
従って、透明基材を通してターゲット材料にレーザー光が照射されるようにすることにより、レーザー光をターゲット材料上へ集光させるために焦点距離の短いレンズを用いることができ、大きなＦ値での照射を行うことができる。このため、透明な樹脂フィルム等の透明基材の表面改質を大気に近い雰囲気で行うことが可能となる。また、表面改質された透明基材は、熱線反射若しくは吸収特性、ガスバリア性、電磁シールド等の特性が優れており、熱線防護膜、電磁シールド膜、ガスバリア層、等の被覆を実現することができる。
【００１９】
また、請求項７に記載の基材の表面改質方法は、前記レーザー光が、パルス幅が１００ピコ秒乃至１００ナノ秒のパルスレーザー光であることを特徴とする。
【００２０】
従って、パルス幅が１００ピコ秒乃至１００ナノ秒のパルスレーザー光を用いるので、透明基材をレーザー光が透過しても、透明基材にダメージや変質を生じさせることがない。
【００２１】
また、請求項８に記載の基材の表面改質方法は、前記レーザー光の照射条件が、前記ターゲット材料から波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍの真空紫外線を発生させるように設定されていることを特徴とする。
【００２２】
従って、レーザー光がターゲット材料に照射されることにより、炭素含有材料による吸収性が高い波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍの真空紫外線が発生し、その真空紫外線が基材表面に露光されるので、炭素含有材料の分子の結合が効果的に破壊されて基材表面が確実に活性化される。
【００２３】
また、請求項９に記載の基材の表面改質方法は、前記レーザー光の照射強度を、１０６Ｗ／ｃｍ２乃至１０１２Ｗ／ｃｍ２に設定したことを特徴とする。
【００２４】
従って、照射強度が１０６Ｗ／ｃｍ２乃至１０１２Ｗ／ｃｍ２に設定されたレーザー光をターゲット材料に照射することにより、炭素含有材料による吸収性が高い波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍの真空紫外線が確実に発生する。そして、その真空紫外線が基材表面に露光されるので、炭素含有材料の分子の結合が効果的に破壊されて基材表面が確実に活性化される。
【００２５】
また、請求項１０に記載の改質された表面部をもつ基材は、炭素含有材料からなる基材と、真空紫外線を露光した前記基材の少なくとも一部表面に付着した付着粒子とを有することを特徴とする。
【００２６】
従って、真空紫外線の露光により活性化された炭素含有材料からなる基材の表面に粒子が付着したものであるので、付着粒子が基材の表面に強固に密着している。よって、基材の表面は、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性が付与されているとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性に優れている。
【００２７】
また、請求項１１に記載の基材の表面改質装置は、炭素含有材料からなる基材の表面を改質する装置であって、前記基材の表面に真空紫外線を露光する真空紫外線露光手段と、前記真空紫外線が露光された前記基材の表面に付着させるための飛散粒子を発生させる飛散粒子発生手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
従って、真空紫外線露光手段が炭素含有材料からなる基材の表面に炭素含有材料における吸収性が高い真空紫外線を露光することにより、基材表面では炭素原子の外殻電子であるｐ電子が励起若しくは電離することにより分子の結合が破壊され、炭素含有材料表面が活性化される。そして、飛散粒子発生手段は、飛散粒子を発生させるとともに、その粒子を前記真空紫外線の露光により活性化された前記基材の表面に付着させるので、粒子が基材の表面に強固に密着する。よって、炭素含有材料からなる基材（例えば、樹脂基板等）の表面に、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性を付与するとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性を向上させることができる。
【００２９】
また、請求項１２に記載の基材の表面改質装置は、前記真空紫外線露光手段による真空紫外線露光と前記飛散粒子発生手段による飛散粒子発生とを同時に行うように構成されたことを特徴とする。
【００３０】
従って、真空紫外線露光手段による真空紫外線露光と飛散粒子発生手段による飛散粒子発生とが同時に行われることにより、真空紫外線露光によって基材表面が活性化された直後に飛散粒子が付着するので、確実に粒子を基材表面へ強固に密着させることができる。
【００３１】
また、請求項１３に記載の基材の表面改質装置は、炭素含有材料からなる基材の表面を改質する装置であって、レーザー光を発生するレーザー光発生装置と、ターゲット材料と、そのターゲット材料のレーザー光照射面側に配置された炭素含有材料からなる基材と、前記レーザー光発生装置より発生されるレーザー光を前記ターゲット材料上にて集光する光学部材と、を備え、前記ターゲット材料に前記光学部材を介してレーザー光を照射して発生する真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、レーザー照射されたターゲット材料の表面より飛散する粒子を、前記基材の表面に付着させるように構成したことを特徴とする。
【００３２】
従って、レーザー光発生装置よりレーザー光が発生されると、光学部材がそのレーザー光をターゲット材料上にて集光する。レーザー光が集光照射されたターゲット材料の表面には高温のプラズマが形成され、そのプラズマから真空紫外線が発生する。この真空紫外線は炭素含有材料における吸収性が高く、真空紫外線がターゲット材料のレーザー光照射面側に配置された基材の表面に露光されると、基材表面では炭素原子の外殻電子であるｐ電子が励起若しくは電離することにより分子の結合が破壊され、炭素含有材料表面が活性化される。一方、プラズマ内部若しくはプラズマにより加熱されたターゲット材料の表面では、中性原子、イオン、クラスタ等が形成され、プラズマ内部若しくはターゲット材料表面より粒子が音速レベルの高速で飛散する。このため、簡単な構成で確実に、真空紫外線の露光により炭素含有材料からなる基材の表面を活性化し、その直後に飛散粒子を付着させ、粒子を基材の表面に強固に密着させることができる。よって、炭素含有材料からなる基材（例えば、樹脂基板等）の表面に、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性を付与するとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性を向上させることができる。
【００３３】
尚、ターゲット材料としては、表面改質された基材の用途により、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ等の金属、半導体、セラミックス、炭素、及びこれらの複合材料等を用いることができる。
【００３４】
また、請求項１４に記載の基材の表面改質装置は、内部にて前記基材を前記ターゲット材料のレーザー光照射面側に配置する容器（望ましくは真空容器）を備え、前記レーザー光発生装置より発生されるレーザー光を前記光学部材を介して前記容器（望ましくは真空容器）内に導くとともに、前記ターゲット材料上にて集光するように構成されたことを特徴とする。
【００３５】
従って、レーザー光発生装置より発生されるレーザー光を光学部材を介して容器（望ましくは真空容器）内に導くとともに、ターゲット材料上にて集光することにより、プラズマより真空紫外線が発生する。このとき、容器内では真空紫外線が大気により吸収されることがないので、基材表面を良好に活性化することができる。また、プラズマ内部若しくはターゲット材料表面より音速レベルの高速で飛散する粒子が、基材とターゲット材料との間の雰囲気分子によって遮断若しくは減速されることがなく、真空紫外線の露光により活性化された基材の表面に確実に飛散粒子を付着させることができる。
【００３６】
また、請求項１５に記載の基材の表面改質装置は、シールドガスを供給するシールドガス供給手段を備え、前記シールドガス供給手段により少なくとも前記基材と前記ターゲット材料との間にシールドガスを供給しつつ、前記ターゲット材料に前記光学部材を介してレーザー光を照射するように構成されたことを特徴とする。
【００３７】
従って、シールドガス供給手段により少なくとも基材とターゲット材料との間にシールドガスを供給しつつ、ターゲット材料に光学部材を介してレーザー光を照射することにより、シールドガス雰囲気中でプラズマより真空紫外線が発生する。このとき、シールドガスの供給によって、真空紫外線が大気により吸収されることが防止され、基材表面を良好に活性化することができる。さらに、真空紫外線の吸収が少ないヘリウムガス等をシールドガスとして使用し、シールドガス雰囲気中で基材に真空紫外線の露光を行うので、処理対象の基材を真空容器内に配置する必要がなく、基材を所定枚数単位でバッチ処理する方法に限られず、連続的な表面改質処理や大型部品への表面改質処理の実施が可能となる。
【００３８】
また、請求項１６に記載の基材の表面改質装置は、内部がシールドガス雰囲気に保たれると共に、前記基材を前記ターゲット材料のレーザー光照射面側に配置する処理室を備え、その処理室内で、前記ターゲット材料に前記光学部材を介してレーザー光を照射して発生する真空紫外線を前記基材の表面に露光させるとともに、レーザー照射されたターゲット材料の表面より飛散する粒子を、前記基材の表面に付着させるように構成したことを特徴とする。
【００３９】
従って、シールドガス雰囲気が保たれた処理室内で、ターゲット材料に光学部材を介してレーザー光を照射して発生する真空紫外線を基材の表面に露光させるとともに、レーザー照射されたターゲット材料の表面より飛散する粒子を、基材の表面に付着させる。このとき、シールドガス雰囲気によって、真空紫外線が大気により吸収されることが防止され、基材表面を良好に活性化することができる。
【００４０】
また、請求項１７に記載の基材の表面改質装置は、外部空間と前記処理室との間に前記処理室に連通する準備室が設けられ、前記基材を前記外部空間から前記準備室を介して前記処理室へ搬入又は搬出するように構成されたことを特徴とする。
【００４１】
従って、基材を、準備室を介して外部空間から処理室へ搬入又は搬出するように構成されているので、処理室に外部空間から大気が入ることが防止され、処理室をシールドガス雰囲気に確実に保つことができる。さらに、処理対象の基材を順次、外部空間から準備室を介して処理室へ搬送して表面改質処理を施し、処理後の基材を処理室から準備室を介して外部空間へ搬送するように構成されているので、大量の基材に連続的且つ効率的に表面改質処理を施すことが可能な生産システムを実現することができる。
【００４２】
また、請求項１８に記載の基材の表面改質装置は、前記シールドガスとして空気よりも比重が小さい気体を用いると共に、前記処理室を前記準備室に対して上方位置に設けたことを特徴とする。
【００４３】
従って、空気よりも比重が小さいシールドガスが、準備室に対して上方位置に設けられた処理室に偏在するので、処理室をシールドガス雰囲気に確実に保つことができる。
【００４４】
また、請求項１９に記載の基材の表面改質装置は、前記シールドガスとして空気よりも比重が大きい気体を用いると共に、前記処理室を前記準備室に対して下方位置に設けたことを特徴とする。
【００４５】
従って、空気よりも比重が大きいシールドガスが、準備室に対して下方位置に設けられた処理室に偏在するので、処理室をシールドガス雰囲気に確実に保つことができる。
【００４６】
また、請求項２０に記載の基材の表面改質装置は、前記処理室と前記準備室との間及び／又は外部空間と前記準備室との間に開閉可能な隔壁を設け、その隔壁の開閉により前記処理室と前記準備室との連通／隔離及び／又は外部空間と前記準備室との連通／隔離を切り換えるように構成されたことを特徴とする。
【００４７】
従って、処理室と準備室との間及び／又は外部空間と前記準備室との間で処理対象の基材を搬送する際に隔壁を開放して処理室と準備室及び／又は外部空間と前記準備室とを連通させ、それ以外では隔壁を閉鎖して処理室と準備室及び／又は外部空間と前記準備室とを隔離することにより、シールドガスの比重が空気の比重に近い等の理由によりシールドガスと空気とが混合しやすい場合であっても、処理室をシールドガス雰囲気に確実に保つことができる。
また、請求項２１に記載の基材の表面改質装置は、前記シールドガスが、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスのいずれか、又はこれらの任意の組み合わせからなる混合ガスであることを特徴とする。
【００４８】
従って、真空紫外線の吸収が極めて少ない水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、又はこれらの任意の組み合わせからなる混合ガスをシールドガスとして使用することにより、大気下で確実に真空紫外線（例えば、波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍ）を発生させ、基材表面に露光することができる。
【００４９】
また、請求項２２に記載の基材の表面改質装置は、前記基材が、レーザー光を透過可能な透明基材からなり、前記レーザー光発生装置は、前記透明基材を通して前記ターゲット材料にレーザー光を照射するように構成されたことを特徴とする。
【００５０】
従って、レーザー光発生装置が透明基材を通してターゲット材料にレーザー光を照射するように構成されているので、レーザー光をターゲット材料上へ集光させるために焦点距離の短いレンズを用いることができ、大きなＦ値での照射を行うことができる。このため、透明な樹脂フィルム等の透明基材の表面改質を大気に近い雰囲気で行うことが可能となる。また、表面改質された透明基材は、熱線反射若しくは吸収特性、ガスバリア性、電磁シールド等の特性が優れており、熱線防護膜、電磁シールド膜、ガスバリア層、等の被覆を実現することができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基材の表面改質方法及び改質された基材、並びに装置を具体化した各実施形態について説明する。
（第一の実施形態）
まず、本発明の第一の実施形態における基材の表面改質装置１について、図１を参照しつつ説明する。
【００５２】
図１は、表面改質装置１の全体構成を概略的に示す概略構成図である。表面改質装置１は、真空紫外線発生装置２と、電子ビーム蒸着装置３と、内部に表面改質処理の対象となる樹脂基板Ｓが設置される容器４とから構成されている。尚、真空紫外線発生装置２が、本発明の真空紫外線露光手段を、電子ビーム蒸着装置３が飛散粒子発生手段をそれぞれ構成するものである。
【００５３】
樹脂基板Ｓは、ポリ四フッ化エチレン、シリコンゴム、エポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等種々の樹脂材料からなる基板である。但し、表面改質の対象は樹脂基板には限定されるものではなく、炭素−炭素結合を有する炭素含有材料、好ましくは有機材料、さらに好ましくは樹脂材料から成る基材であれば表面改質の対象とすることができる。尚、樹脂基板Ｓが本発明の炭素含有材料からなる基材に相当するものである。
【００５４】
真空紫外線発生装置２は、波長５０ｎｍから波長１００ｎｍの真空紫外線（真空紫外光とも称する）を発光可能なランプであり、真空にした容器４内に設置された樹脂基板Ｓに真空紫外線を露光するように配置される。尚、本明細書においては、波長２００ｎｍ以下の紫外線を真空紫外線と称している。
【００５５】
電子ビーム蒸着装置３は、樹脂基板Ｓの用途に応じて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ等の金属、半導体、セラミックス、炭素、及びこれらの複合材料等の粒子を飛散させることが可能な装置である。
【００５６】
次に、表面改質装置１を用いて樹脂基板Ｓの表面改質処理を行う場合の作用及び効果について、図２（ａ）を参照しつつ説明する。
【００５７】
真空紫外線発生装置２が波長５０ｎｍから波長１００ｎｍの真空紫外線を発生すると、真空にした容器４内に設置された樹脂基板Ｓ表面に真空紫外線が露光される。すると、樹脂基板Ｓ表面では、電子−ホールペアと励起子との分離が生じ（図２（ａ−１）参照）、炭素原子の外殻電子であるｐ電子が励起若しくは電離する非緩和過程を経て（図２（ａ−２）参照）、樹脂構造の主鎖や副鎖等の結合が切断されて、結合に関与していた電子が放出され、活性末端が形成される（図２（ａ−３）参照）。
【００５８】
続いて、電子ビーム蒸着装置３により発生した中性原子、イオン、クラスタ等の飛散粒子（アブレータ粒子とも称する）を、真空紫外線の露光により活性化された樹脂基板Ｓ表面に付着させることにより、活性末端が固定化されて活性末端と飛散粒子（＝アブレータ粒子）とが混在する状態となり、電子補給や逆励起の発生が阻止されて活性な樹脂表面が長時間維持される（図２（ａ−４）参照）。
【００５９】
よって、上述した本実施形態の方法により得られた改質された表面部をもつ樹脂基板Ｓによれば、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性が付与されているとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性に優れているという効果を奏する。
【００６０】
ここで、比較のため、樹脂基板Ｓに真空紫外線の露光のみを行った場合及び飛散粒子の付着のみを行った場合における樹脂基板Ｓ表面の構造について、図２（ｂ）及び（ｃ）を参照しつつ説明する。
【００６１】
樹脂基板Ｓに真空紫外線の露光のみを行った場合には、樹脂基板Ｓ表面で電子−ホールペアと励起子との分離が生じ（図２（ｂ−１）参照）、炭素原子の外殻電子であるｐ電子が励起若しくは電離する非緩和過程を経て（図２（ｂ−２）参照）、樹脂構造の主鎖や副鎖等の結合が切断されて原子が放出されることにより、一旦、活性末端が形成されるが（図２（ｂ−３）参照）、この状態で放置すると、内部若しくは外部からの電子の補給若しくは逆励起によりｐ電子が元の状態に戻り（緩和過程）、樹脂基板Ｓ表面には活性末端がなくなって不活性な状態に戻ってしまう（図２（ｂ−４）参照）。
【００６２】
一方、樹脂基板Ｓに飛散粒子の付着のみを行った場合には、活性末端のない緩和状態において（図２（ｃ−１）参照）、樹脂基板Ｓ表面に飛散粒子が物理吸着するのみであり（図２（ｃ−２）参照）、活性な樹脂表面は形成されない。
【００６３】
以上より、樹脂基板等の炭素含有材料からなる基材に真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを行った場合にのみ、活性な表面が維持されることがわかる。
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態における基材の表面改質装置１１について、図４を参照しつつ説明する。
【００６４】
図４は、表面改質装置１１の全体構成を概略的に示す概略構成図である。表面改質装置１１は、ＹＡＧレーザー装置１２と、集光レンズ１３と、内部に表面改質処理の対象となる炭素含有材料からなる基材としての樹脂基板Ｓが設置される真空容器１４と、ターゲット材料１５ａを保持するターゲット駆動システム１５とから構成されている。尚、ＹＡＧレーザー装置１２が、本発明のレーザー光発生装置を、集光レンズ１３が光学部材を、ＹＡＧレーザー装置１２及びターゲット駆動システム１５が真空紫外線露光手段及び飛散粒子発生手段をそれぞれ構成するものである。
【００６５】
樹脂基板Ｓは、上述した第一の実施形態における樹脂基板と同様のものであるので、詳細な説明を省略する。また、処理対象は樹脂基板に限定されず、炭素含有材料からなる基材であればよい点も第一の実施形態において述べたとおりである。
【００６６】
ＹＡＧレーザー装置１２は、公知のレーザー光発生装置であり、真空容器１４内のターゲット材料１５ａに向かってレーザー光を照射するように配置される。
【００６７】
集光レンズ１３は、ＹＡＧレーザー装置１２と真空容器１４との間に設けられ、ＹＡＧレーザー装置１２から発せられるレーザー光を真空容器１４のガラスからなる窓部１４ａ内に導くとともに、真空容器１４内を通してターゲット材料１５ａ上にて集光する光学部材である。集光レンズ１３は、レーザー光がターゲット材料１５ａ上に集光されて所定の照射強度となるようにレンズの大きさや屈折率が設定される。また、照射強度は、ターゲット材料１５ａのプラズマから樹脂基板における吸収性の高い波長範囲の真空紫外線が発生するように設定されるのが好ましい。より詳細には、レーザー光の照射強度の好ましい範囲は、１０６Ｗ／ｃｍ２乃至１０１２Ｗ／ｃｍ２である。
【００６８】
真空容器１４は、内部が真空に保たれた容器であり、処理対象の樹脂基板Ｓと、ターゲット駆動システム１５とが内部に配置される。真空容器１４内において、樹脂基板Ｓは、ターゲット駆動システム１５に保持されたターゲット材料１５ａのレーザー光照射面側に配置されている。また、真空容器１４には、ＹＡＧレーザー装置１２から発生されたレーザー光が内部に入射可能となるように、ガラス等の透明材料からなる窓部１４ａが設けられている。
【００６９】
ターゲット駆動システム１５は、長尺状のターゲット材料１５ａと、そのターゲット材料１５ａをレーザー光照射位置に繰り出すとともにレーザー照射後のターゲット材料１５ａを巻回し収納する一対のローラ装置１５ｂとから構成されている。ターゲット材料１５ａとしては、樹脂基板Ｓの用途に応じて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ等の金属、半導体、セラミックス、炭素、及びこれらの複合材料等を用いることができる。
【００７０】
次に、表面改質装置１１を用いて樹脂基板Ｓの表面改質処理を行う場合の作用及び効果について説明する。
【００７１】
ＹＡＧレーザー装置１２からレーザー光が発生されると、レーザー光は集光レンズ１３により導かれ窓部１４ａを通して真空容器１４内に入射され、ターゲット材料１５ａ上で集光される。レーザー光の照射によりターゲット材料１５ａの表面には高温のプラズマが形成され、そのプラズマ温度を制御することにより、プラズマから波長５０ｎｍから波長１００ｎｍの真空紫外線が発生する。この波長範囲の真空紫外線は、樹脂材料への吸収が高く、樹脂基板Ｓ表面に暴露することにより樹脂表面の分子の結合を破壊し、樹脂表面を活性化するはたらきを有している。
【００７２】
一方、プラズマ内部若しくはプラズマにより加熱されたターゲット材料１５ａの表面では、中性原子、イオン、クラスタが形成され、これらがプラズマ内部やターゲット材料１５ａ表面より音速レベルの高速で飛散する。
【００７３】
このため、ターゲット材料１５ａに形成されるプラズマの近傍に配置された樹脂基板Ｓの表面は、真空紫外線が露光されることにより活性化され、その直後に、ターゲット材料１５ａの飛散粒子が樹脂基板Ｓの表面に付着するので、粒子は樹脂基板Ｓ表面に強固に密着する。これにより、電子補給や逆励起の発生が阻止され、活性な表面が長時間維持される。尚、以上の過程において樹脂基板Ｓ表面に順次発生する現象については、第一の実施形態において詳述した通りである。
【００７４】
よって、上述した方法により得られた改質された表面部をもつ樹脂基板Ｓによれば、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性が付与されているとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性に優れているという効果を奏する。
【００７５】
また、本実施形態によれば、ターゲット材料にレーザー光を照射する構成とすることにより真空紫外線露光手段と飛散粒子発生手段とが同時に実現される構造となっており、装置全体の構成を極めて単純なものとすることができる。
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態における基材の表面改質装置２１について、図１１を参照しつつ説明する。
【００７６】
図１１は、表面改質装置２１の全体構成を概略的に示す概略構成図である。表面改質装置２１は、ＹＡＧレーザー装置２２と、第１光学系部材２３と、アブレーションガン２４と、ターゲット材料２８とから構成される。尚、ＹＡＧレーザー装置２２が、本発明のレーザー光発生装置を、ＹＡＧレーザー装置２２及びターゲット材料２８が真空紫外線露光手段及び飛散粒子発生手段をそれぞれ構成するものである。
【００７７】
樹脂基板Ｓは、上述した第一の実施形態における樹脂基板と同様のものであるので、詳細な説明を省略する。また、処理対象は樹脂基板に限定されず、炭素含有材料からなる基材であればよい点も第一の実施形態において述べたとおりである。
【００７８】
ＹＡＧレーザー装置２２は、公知のレーザー光発生装置であり、第１光学系部材２３のハーフミラー２３ａに向かってレーザー光（Ｌ）を照射するように配置される。
【００７９】
第１光学系部材２３は、ハーフミラー２３ａと反射ミラー２３ｂとからなり、ＹＡＧレーザー装置２２より照射されるレーザー光（Ｌ）を二系統に分離してアブレーションガン２４内に導く部材である。すなわち、ＹＡＧレーザー装置２２より照射されるレーザー光（Ｌ）が約４５度の入射角でハーフミラー２３ａに入射され、入射光の光量の半分が反射されてアブレーションガン２４内に導かれる（以後、第１経路Ｌ１と称する）。一方、入射光の残り半分は、ハーフミラー２３ａを透過して反射ミラー２３ｂに約４５度の入射角で入射され、反射ミラー２３ｂにより全反射されて第１の系統のレーザー光と平行にアブレーションガン２４内に導かれる（以後、第２経路Ｌ２と称する）。
【００８０】
アブレーションガン２４は、ケース２５と、第２光学系部材２６と、ヘリウムガスを噴射するガスノズル２７と、ターゲット材料２８とから構成されている。尚、第１光学系部材２３及び第２光学系部材２６が本発明の光学部材を、ガスノズル２７がシールドガス供給手段をそれぞれ構成するものである。
【００８１】
ケース２５は、後端部に第１光学系部材２３からレーザー光を入射させる入射口２５ａと、前端部にターゲット材料２８から飛散する粒子を処理対象の樹脂基板Ｓに向かって放出させる発射口２５ｂとがそれぞれ形成されている。また、ケース２５は、第２光学系部材２６とガスノズル２７とターゲット材料２８とを内部に収納している。
【００８２】
第２光学系部材２６は、第１経路Ｌ１のレーザー光を集光する集光レンズ２６ａと、その集光レンズ２６ａにより集光されたレーザー光を反射させてターゲット材料２８の発射口２５ｂに対向する側の表面上に照射する反射ミラー２６ｂと、第２経路Ｌ２のレーザー光を集光する集光レンズ２６ｃと、その集光レンズ２６ｃにより集光されたレーザー光を反射させてターゲット材料２８の発射口２５ｂに対向する側の表面上に照射する反射ミラー２６ｄとから構成される。
【００８３】
集光レンズ２６ａ，２６ｃは、レーザー光がターゲット材料２８上に集光された時に所定の照射強度となるようにレンズの大きさや屈折率が設定される。また、照射強度は、ターゲット材料２８のプラズマから樹脂基板Ｓにおける吸収性の高い波長範囲の真空紫外線が発生するように設定されるのが好ましい。より詳細には、レーザー光の照射強度の好ましい範囲は、１０６Ｗ／ｃｍ２乃至１０１２Ｗ／ｃｍ２である。
【００８４】
ガスノズル２７は、ターゲット材料２８から発生する真空紫外光と飛散粒子とをシールドするシールドガスとしてのヘリウムガスを、ターゲット材料２８と樹脂基板Ｓとの間に供給するガス噴射ノズルである。ガスノズル２７は、ヘリウムガスを貯留する図示しないガスタンクに接続されており、ケース２５内のターゲット材料２８後方（図１１左方向）において噴射口２７ａを発射口２５ｂ側に向けて配置される。
【００８５】
ここで、図１２は、１気圧のヘリウムガスの真空紫外光の透過特性を示している。図１２から明らかなように、ヘリウムガスにおける波長５０ｎｍ乃至１００ｎｍの真空紫外光の透過率はほぼ１００％であり（言い換えると、真空紫外光の吸収が極めて少なく）、ヘリウムガス雰囲気下では真空紫外線露光が可能であることがわかる。
【００８６】
ターゲット材料２８は、レーザー光の照射により表面から粒子を飛散させる材質からなる断面円形状のロッド状部材であり、第１と第２の経路Ｌ１，Ｌ２と直交する向き（図１１では紙面に垂直な向き）に配置され、図示しないターゲット駆動システムにより回動される。ターゲット材料２８としては、樹脂基板Ｓの用途に応じてＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ等の金属、半導体、セラミックス、炭素、及びこれらの複合材料等を用いることができる。
【００８７】
次に、表面改質装置２１を用いて樹脂基板Ｓの表面改質処理を行う場合の作用及び効果について説明する。
【００８８】
ＹＡＧレーザー装置２２からレーザー光が発生されると、入射光の光量の半分が反射されて入射口２５ａよりアブレーションガン２４のケース２５内の第１経路Ｌ１に導かれる。第１経路Ｌ１のレーザー光は、集光レンズ２６ａにより集光され、反射ミラー２６ｂにより反射されてターゲット材料２８の発射口２５ｂに対向する側の表面上に照射される。一方、ハーフミラー２３ａを透過した残りのレーザー光は、反射ミラー２３ｂにより反射されて入射口２５ａよりアブレーションガン２４のケース２５内の第２経路Ｌ２に導かれる。第２経路Ｌ２のレーザー光は、集光レンズ２６ｃにより集光され、反射ミラー２６ｄにより反射されてターゲット材料２８の発射口２５ｂに対向する側の表面上に照射される。従って、第１と第２の経路Ｌ１，Ｌ２から導入されたレーザー光は、ターゲット材料２８表面に互いに異なる角度から照射されて重畳されるので、所望の照射強度のレーザー光がターゲット材料２８の発射口２５ｂ対向側の表面上に偏り無く照射される。
【００８９】
また、レーザー光の照射と並行して、ガスノズル２７からヘリウムガスがターゲット材料２８の後方から発射口２５ｂに向かって噴射される。これにより、ターゲット材料２８と発射口２５ｂに対向配置された樹脂基板Ｓとの間の空間が、真空紫外線の吸収が極めて少ないヘリウムガス雰囲気に保たれる。
【００９０】
そして、ヘリウムガス雰囲気中で、レーザー光の照射によりターゲット材料２８の表面には高温のプラズマが形成され、そのプラズマ温度を制御することにより、プラズマから波長５０ｎｍから波長１００ｎｍの真空紫外線が発生する。このとき、シールドガスとしてのヘリウムガスの供給によって、真空紫外線が大気により吸収されることが防止される。また、上述した波長範囲の真空紫外線は、樹脂材料への吸収が高く、樹脂基板Ｓ表面に暴露することにより樹脂表面の分子の結合を破壊し、樹脂表面を活性化するはたらきを有している。
【００９１】
一方、プラズマ内部若しくはプラズマにより加熱されたターゲット材料２８の表面では、中性原子、イオン、クラスタが形成され、これらがプラズマ内部やターゲット材料２８表面より音速レベルの高速で飛散する。
【００９２】
このため、発射口２５ｂに対向配置された樹脂基板Ｓの表面は、真空紫外線が露光されることにより活性化され、その直後に、ターゲット材料２８の飛散粒子が樹脂基板Ｓの表面に付着するので、粒子は樹脂基板Ｓ表面に強固に密着する。これにより、電子補給や逆励起の発生が阻止され、活性な表面が長時間維持される。尚、以上の過程において樹脂基板Ｓ表面に順次発生する現象については、第一の実施形態において詳述した通りである。
【００９３】
よって、上述した方法により得られた改質された表面部をもつ樹脂基板Ｓによれば、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性が付与されているとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性に優れているという効果を奏する。
【００９４】
また、本実施形態によれば、ターゲット材料にレーザー光を照射する構成とすることにより真空紫外線露光手段と飛散粒子発生手段とが同時に実現される構造となっており、装置全体の構成を極めて単純なものとすることができる。
【００９５】
また、真空紫外線の吸収が少ないヘリウムガスをシールドガスとして使用し、ヘリウムガス雰囲気中で樹脂基板Ｓに真空紫外線の露光を行うので、処理対象の樹脂基板Ｓを真空容器内に配置する必要がない。よって、樹脂基板Ｓを所定枚数単位でバッチ処理する方法に限られず、連続的な表面改質処理や大型部品への表面改質処理の実施が可能となる。
【００９６】
また、真空紫外線はターゲット材料２８上に形成されたプラズマより垂直方向に多く発生し、飛散粒子はターゲット材料２８表面より垂直方向に多く放出されるので、樹脂基板Ｓへの真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを一方向からほぼ同時に行うことができる。
【００９７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００９８】
例えば、レーザー光をターゲット材料２８上に集光させる光学系は、上述した第１と第２の光学部材２３，２６の構成には限られず、種々の態様で実施することが可能である。
【００９９】
また、上述した実施形態では、真空紫外線が大気により吸収されることを防止するためにヘリウムガスを使用したが、水素ガス、ネオンガス又はアルゴンガスをシールドガスとして使用してもよい。要するに、真空紫外線の吸収が少ないガスをシールドガスとして用いればよいのである。
（第四の実施形態）
次に、本発明の第四の実施形態における基材の表面改質装置３１について、図１３を参照しつつ説明する。
【０１００】
図１３は、表面改質装置３１の全体構成を概略的に示す概略構成図である。表面改質装置３１は、ＹＡＧレーザー装置３２と、集光レンズ３３と、ターゲット材料３８とから構成される。また、表面改質装置３１において、各構成要素は、パルスＹＡＧレーザー装置３２、集光レンズ３３、透明樹脂フィルムＳ’、ターゲット材料３８の順に直線上に配置されている。尚、ＹＡＧレーザー装置３２が、本発明のレーザー光発生装置を、ＹＡＧレーザー装置３２及びターゲット材料３８が真空紫外線露光手段及び飛散粒子発生手段をそれぞれ構成するものである。
【０１０１】
表面改質の対象となる透明樹脂フィルムＳ’としては、例えば、透明なポリエチレンフィルム等の透明な樹脂材料からなる基材を用いることができる。但し、表面改質の対象は透明樹脂フィルムには限定されるものではなく、炭素−炭素結合を有する炭素含有材料、好ましくは有機材料、さらに好ましくは樹脂材料から成り、且つレーザー光を透過可能な透明な基材であれば表面改質の対象とすることができる。尚、透明樹脂フィルムＳ’が本発明の透明基材に相当するものである。
【０１０２】
ＹＡＧレーザー装置３２は、公知のパルスレーザー光発生装置であり、パルス幅が１００ピコ秒乃至１００ナノ秒のパルスレーザー光を発生する。ＹＡＧレーザー装置３２は、透明樹脂フィルムＳ’を挟んでターゲット材料３８とは反対側に設けられ、集光レンズ３３及び透明樹脂フィルムＳ’を通してターゲット材料３８に向かってレーザー光を照射するように配置される。
【０１０３】
集光レンズ３３は、ＹＡＧレーザー装置３２より照射されるパルスレーザー光をターゲット材料３８上にて適当なサイズに集光するための凸レンズである。集光レンズ３３は、パルスレーザー光がターゲット材料３８上に集光された時に所定の照射強度となるようにレンズの大きさや屈折率が設定される。また、照射強度は、ターゲット材料３８のプラズマから透明樹脂フィルムＳ’における吸収性の高い波長範囲の真空紫外線が発生するように設定されるのが好ましい。より詳細には、レーザー光の照射強度の好ましい範囲は、１０６Ｗ／ｃｍ２乃至１０１２Ｗ／ｃｍ２である。
【０１０４】
ターゲット材料３８は、レーザー光の照射により表面から粒子を飛散させる材質からなる。ターゲット材料３８は、透明樹脂フィルムＳ’を挟んでＹＡＧレーザー装置３２とは反対側に設けられ、ＹＡＧレーザー装置３２から発せられたパルスレーザー光が集光レンズ３３により集光されつつ透明樹脂フィルムＳ’を透過してターゲット材料３８に照射される。ターゲット材料３８としては、透明樹脂フィルムＳ’の用途に応じて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ等の金属、半導体、セラミックス、炭素、及びこれらの複合材料等を用いることができる。
【０１０５】
次に、表面改質装置３１を用いて透明樹脂フィルムＳ’の表面改質処理を行う場合の作用及び効果について説明する。
【０１０６】
ＹＡＧレーザー装置３２からパルス幅が１００ピコ秒乃至１００ナノ秒のパルスレーザー光が発生されると、パルスレーザー光は集光レンズ３３により集光されつつ透明樹脂フィルムＳ’を透過してターゲット材料３８に照射される。このとき、透明樹脂フィルムＳ’は透明であるため、パルスレーザー光が透過してもダメージや変質を生じることがない。
【０１０７】
そして、パルスレーザー光の照射によりターゲット材料３８の表面には高温のプラズマが形成され、そのプラズマ温度を制御することにより、プラズマから波長５０ｎｍから波長１００ｎｍの真空紫外線が発生する。また、上述した波長範囲の真空紫外線は、樹脂材料への吸収が高く、透明樹脂フィルムＳ’表面に暴露することにより樹脂材料表面の分子の結合を破壊し、樹脂材料表面を活性化するはたらきを有している。
【０１０８】
一方、プラズマ内部若しくはプラズマにより加熱されたターゲット材料３８の表面では、中性原子、イオン、クラスタが形成され、これらがプラズマ内部やターゲット材料３８表面より音速レベルの高速で飛散する。
【０１０９】
このため、透明樹脂フィルムＳ’のターゲット材料３８に対向する側の表面は、真空紫外線が露光されることにより活性化され、その直後に、ターゲット材料３８の飛散粒子が透明樹脂フィルムＳ’の表面に付着するので、粒子は透明樹脂フィルムＳ’表面に強固に密着する。これにより、電子補給や逆励起の発生が阻止され、活性な表面が長時間維持される。尚、以上の過程において樹脂基板Ｓ’表面に順次発生する現象については、第一の実施形態において詳述した通りである。
【０１１０】
よって、上述した方法により得られた改質された表面部をもつ透明樹脂フィルムＳ’によれば、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性が付与されているとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性に優れているという効果を奏する。さらに表面改質された透明基材は、熱線反射若しくは吸収特性、ガスバリア性、電磁シールド等の特性が優れており、熱線防護膜、電磁シールド膜、ガスバリア層、等の被覆を実現することができる。
【０１１１】
また、本実施形態によれば、ターゲット材料にレーザー光を照射する構成とすることにより真空紫外線露光手段と飛散粒子発生手段とが同時に実現される構造となっており、装置全体の構成を極めて単純なものとすることができる。
【０１１２】
また、透明樹脂フィルムＳ’を通してターゲット材料３８にレーザー光が照射されるようにすることにより、レーザー光をターゲット材料３８上へ集光させるために焦点距離の短い集光レンズ３３（例えば、焦点距離４０ｍｍ程度）を用いることができ、大きなＦ値での照射を行うことができる。このため、透明樹脂フィルムＳ’の表面改質を、真空状態に限らず、減圧下若しくは大気に近い雰囲気、好ましくはシールドガス雰囲気下において行うことも可能となる。
【０１１３】
また、パルス幅が１００ピコ秒乃至１００ナノ秒のパルスレーザー光を用いるので、透明樹脂フィルムＳ’をレーザー光が透過しても、透明樹脂フィルムＳ’にダメージや変質を生じさせることがない。
【０１１４】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【０１１５】
例えば、前記各実施形態では、ＹＡＧレーザー装置を用いてレーザー光を発生させる構成としたが、他の種類のレーザー光発生装置を用いる構成としても構わない。
【０１１６】
また、ターゲット材料の形態としては、ロッド状、テープ状、ディスク状等種々の形態のものを用いることができる。
（第五の実施形態）
次に、本発明の第五の実施形態における基材の表面改質装置４１について、図１５を参照しつつ説明する。
【０１１７】
図１５は、表面改質装置４１の全体構成を概略的に示す概略構成図である。表面改質装置４１は、アブレーション装置４２と、アブレーション装置４２が内部に配置されて樹脂基板Ｓへの表面改質処理が行われる処理室４３と、処理室４３に連通するように設けられた準備室４４とから構成される。
【０１１８】
樹脂基板Ｓは、上述した第一の実施形態における樹脂基板と同様のものであるので、詳細な説明を省略する。また、処理対象は樹脂基板に限定されず、炭素含有材料からなる基材であればよい点も第一の実施形態において述べたとおりである。
【０１１９】
処理室４３は、内部がシールドガス雰囲気に保たれた空間となっており、アブレーション装置４２と処理対象の樹脂基板Ｓとが内部に配置される。また、シールドガス雰囲気としては、真空紫外線の吸収が少ないガスが用いられ、例えば、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスのいずれか、又はこれらの任意の組み合わせからなる混合ガスが使用される。
【０１２０】
準備室４４は、外部空間と処理室４３との間に、処理室４３に連通するように設けられた空間である。処理対象の樹脂基板Ｓは、外部空間から準備室４４を介して処理室４３内へ搬入され、処理室４３内でアブレーション装置４２によって表面改質処理が施された後、処理室４３から準備室４４を介して外部空間へと搬出される。
【０１２１】
ここで、処理室４３におけるシールドガス雰囲気として空気よりも比重が小さいガス（例えば、水素ガス、ヘリウムガス等）を用いる場合、図１５に示すように、処理室４３は、準備室４４に対して上方位置に設けることが好ましい。すなわち、表面改質装置４１内において、空気よりも比重の小さい水素ガス等は、相対的に高い位置に設けられた処理室４３に偏在し、水素ガス等よりも比重の大きい空気が、相対的に低い位置に設けられた準備室４４に偏在する。よって、処理室４３内は、水素ガス等のシールドガス雰囲気が保たれる。さらに、処理室４３と外部空間との間に準備室４４が設けられているため、処理室４３の雰囲気中に外部空間から大気が入り込むことが防止される。
【０１２２】
これに対し、処理室４３におけるシールドガス雰囲気として空気よりも比重が大きいガス（例えば、アルゴンガス等）を用いる場合、処理室４３は、準備室４４に対して下方位置に設けることが好ましい（図示せず）。すなわち、表面改質装置４１内において、空気よりも比重の大きいアルゴンガス等は、相対的に低い位置に設けられた処理室４３に偏在し、アルゴンガス等よりも比重の小さい空気が、相対的に高い位置に設けられた準備室４４に偏在する。よって、処理室４３内は、アルゴンガス等のシールドガス雰囲気が保たれる。さらに、処理室４３と外部空間との間に準備室４４が設けられているため、処理室４３の雰囲気中に外部空間から大気が入り込むことが防止される。
【０１２３】
次に、アブレーション装置４２の詳細構成について、図１６を参照しつつ説明する。
【０１２４】
アブレーション装置４２は、図１６に示すように、ＹＡＧレーザー装置４２１と、第１光学系部材４２２と、アブレーションガン４２３とから構成される。尚、ＹＡＧレーザー装置４２１が、本発明のレーザー光発生装置を、ＹＡＧレーザー装置４２１及びターゲット材料４２６が真空紫外線露光手段及び飛散粒子発生手段をそれぞれ構成するものである。
【０１２５】
ＹＡＧレーザー装置４２１は、公知のレーザー光発生装置であり、第１光学系部材４２２のハーフミラー４２２ａに向かってレーザー光（Ｌ）を照射するように配置される。
【０１２６】
第１光学系部材４２２は、ハーフミラー４２２ａと反射ミラー４２２ｂとからなり、ＹＡＧレーザー装置４２１より照射されるレーザー光（Ｌ）を二系統に分離してアブレーションガン４２３内に導く部材である。すなわち、ＹＡＧレーザー装置４２１より照射されるレーザー光（Ｌ）が約４５度の入射角でハーフミラー４２２ａに入射され、入射光の光量の半分が反射されてアブレーションガン４２３内に導かれる（以後、第１経路Ｌ１と称する）。一方、入射光の残り半分は、ハーフミラー４２２ａを透過して反射ミラー４２２ｂに約４５度の入射角で入射され、反射ミラー４２２ｂにより全反射されて第１の系統のレーザー光と平行にアブレーションガン４２３内に導かれる（以後、第２経路Ｌ２と称する）。
【０１２７】
アブレーションガン４２３は、ケース４２４と、第２光学系部材４２５と、ターゲット材料４２６とから構成されている。尚、第１光学系部材４２２及び第２光学系部材４２５が本発明の光学部材を構成するものである。
【０１２８】
ケース４２４は、後端部に第１光学系部材４２２からレーザー光を入射させる入射口４２４ａと、前端部にターゲット材料４２６から飛散する粒子を処理対象の樹脂基板Ｓに向かって放出させる発射口４２４ｂとがそれぞれ形成されている。また、ケース４２４は、第２光学系部材４２５とターゲット材料４２６とを内部に収納している。
【０１２９】
第２光学系部材４２５は、第１経路Ｌ１のレーザー光を集光する集光レンズ４２５ａと、その集光レンズ４２５ａにより集光されたレーザー光を反射させてターゲット材料４２６の発射口４２４ｂに対向する側の表面上に照射する反射ミラー４２５ｂと、第２経路Ｌ２のレーザー光を集光する集光レンズ４２５ｃと、その集光レンズ４２５ｃにより集光されたレーザー光を反射させてターゲット材料４２６の発射口４２４ｂに対向する側の表面上に照射する反射ミラー４２５ｄとから構成される。
【０１３０】
集光レンズ４２５ａ，４２５ｃは、レーザー光がターゲット材料４２６上に集光された時に所定の照射強度となるようにレンズの大きさや屈折率が設定される。また、照射強度は、ターゲット材料４２６のプラズマから樹脂基板Ｓにおける吸収性の高い波長範囲の真空紫外線が発生するように設定されるのが好ましい。より詳細には、レーザー光の照射強度の好ましい範囲は、１０６Ｗ／ｃｍ２乃至１０１２Ｗ／ｃｍ２である。
【０１３１】
ターゲット材料４２６は、レーザー光の照射により表面から粒子を飛散させる材質からなる断面円形状のロッド状部材であり、第１と第２の経路Ｌ１，Ｌ２と直交する向き（図１６では紙面に垂直な向き）に配置され、図示しないターゲット駆動システムにより回動される。ターゲット材料４２６としては、樹脂基板Ｓの用途に応じてＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｂｅ等の金属、半導体、セラミックス、炭素、及びこれらの複合材料等を用いることができる。
【０１３２】
次に、表面改質装置４１を用いて樹脂基板Ｓの表面改質処理を行う場合の作用及び効果について説明する。尚、以下、処理室４３は、ヘリウムガス雰囲気であるとして説明する。
【０１３３】
まず、処理対象の樹脂基板Ｓが、大気下の外部空間から準備室４４へ搬入され、処理室４３に向かって搬送される。そして、処理対象の樹脂基板Ｓは、準備室４４内の搬送過程において、大気下からヘリウムガス雰囲気へ徐々に近づいていく。
【０１３４】
樹脂基板Ｓがヘリウムガス雰囲気の処理室４３に搬入されると、アブレーション装置４２によって以下に示す表面改質処理としてのレーザーアブレーション処理が施される。
【０１３５】
すなわち、ＹＡＧレーザー装置４２１からレーザー光が発生されると、入射光の光量の半分が反射されて入射口４２４ａよりアブレーションガン４２３のケース４２４内の第１経路Ｌ１に導かれる。第１経路Ｌ１のレーザー光は、集光レンズ４２５ａにより集光され、反射ミラー４２５ｂにより反射されてターゲット材料４２６の発射口４２４ｂに対向する側の表面上に照射される。一方、ハーフミラー４２２ａを透過した残りのレーザー光は、反射ミラー４２２ｂにより反射されて入射口４２４ａよりアブレーションガン４２３のケース４２４内の第２経路Ｌ２に導かれる。第２経路Ｌ２のレーザー光は、集光レンズ４２５ｃにより集光され、反射ミラー４２５ｄにより反射されてターゲット材料４２６の発射口４２４ｂに対向する側の表面上に照射される。従って、第１と第２の経路Ｌ１，Ｌ２から導入されたレーザー光は、ターゲット材料４２６表面に互いに異なる角度から照射されて重畳されるので、所望の照射強度のレーザー光がターゲット材料４２６の発射口４２４ｂ対向側の表面上に偏り無く照射される。
【０１３６】
そして、ヘリウムガス雰囲気中で、レーザー光の照射によりターゲット材料４２６の表面には高温のプラズマが形成され、そのプラズマ温度を制御することにより、プラズマから波長５０ｎｍから波長１００ｎｍの真空紫外線が発生する。このとき、処理室４３内のヘリウムガスによって、真空紫外線が大気により吸収されることが防止される。また、上述した波長範囲の真空紫外線は、樹脂材料への吸収が高く、樹脂基板Ｓ表面に暴露することにより樹脂表面の分子の結合を破壊し、樹脂表面を活性化するはたらきを有している。
【０１３７】
一方、プラズマ内部若しくはプラズマにより加熱されたターゲット材料４２６の表面では、中性原子、イオン、クラスタが形成され、これらがプラズマ内部やターゲット材料４２６表面より音速レベルの高速で飛散する。
【０１３８】
このため、発射口４２４ｂに対向配置された樹脂基板Ｓの表面は、真空紫外線が露光されることにより活性化され、その直後に、ターゲット材料４２６の飛散粒子が樹脂基板Ｓの表面に付着するので、粒子は樹脂基板Ｓ表面に強固に密着する。これにより、電子補給や逆励起の発生が阻止され、活性な表面が長時間維持される。尚、以上の過程において樹脂基板Ｓ表面に順次発生する現象については、第一の実施形態において詳述した通りである。
【０１３９】
そして、レーザーアブレーション処理が施されて表面改質された樹脂基板Ｓは、ヘリウムガス雰囲気の処理室４３から準備室４４を介して大気下の外部空間へ搬出される。
【０１４０】
よって、上述した方法により得られた改質された表面部をもつ樹脂基板Ｓによれば、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性、付着性、密着性、耐スクラッチ性、耐オゾン性、黄変防止性、耐グルーミング性、防汚性、親水性、防カビ性、摩擦性、染色性、印刷性、筆記性、潤滑性等等の機械的特性、物理的特性、化学的特性が付与されているとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性に優れているという効果を奏する。
【０１４１】
また、本実施形態によれば、ターゲット材料にレーザー光を照射する構成とすることにより真空紫外線露光手段と飛散粒子発生手段とが同時に実現される構造となっており、装置全体の構成を極めて単純なものとすることができる。
【０１４２】
また、真空紫外線の吸収が少ないヘリウムガス雰囲気中で樹脂基板Ｓに真空紫外線の露光を行うので、処理対象の樹脂基板Ｓを真空容器内に配置する必要がない。よって、樹脂基板Ｓを所定枚数単位でバッチ処理する方法に限られず、連続的な表面改質処理や大型部品への表面改質処理の実施が可能となる。
【０１４３】
また、真空紫外線はターゲット材料２８上に形成されたプラズマより垂直方向に多く発生し、飛散粒子はターゲット材料２８表面より垂直方向に多く放出されるので、樹脂基板Ｓへの真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを一方向からほぼ同時に行うことができる。
【０１４４】
また、処理対象の樹脂基板Ｓを、準備室４４を介して外部空間から処理室４３へ搬入又は搬出するように構成されているので、処理室４３に外部空間から大気が入ることが防止され、処理室４３をシールドガスとしてのヘリウムガス雰囲気に確実に保つことができる。さらに、樹脂基板Ｓを順次、外部空間から準備室４４を介して処理室４３へ搬送して表面改質処理を施し、処理後の樹脂基板Ｓを処理室４３から準備室４４を介して外部空間へ搬送するように構成されているので、大量の樹脂基板Ｓに連続的且つ効率的に表面改質処理を施すことが可能な生産システムを実現することができる。
【０１４５】
また、空気よりも比重が小さいヘリウムガスが、準備室４４に対して上方位置に設けられた処理室４３に偏在するので、処理室４３をヘリウムガス雰囲気に確実に保つことができる。
【０１４６】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【０１４７】
例えば、レーザー光をターゲット材料４２６上に集光させる光学系は、上述した第１と第２の光学部材４２２，４２５の構成には限られず、種々の態様で実施することが可能である。
【０１４８】
また、上述した実施形態では、処理室４３と準備室４４とが常に連通している構造としたが、処理室４３と準備室４４との間及び／又は外部空間と準備室４４との間に開閉可能な隔壁を設け、その隔壁の開閉によって処理室４３と準備室４４との連通／隔離及び／又は外部空間と準備室４４との連通／隔離を切り換える構成を追加してもよい。すなわち、処理対象の樹脂基板Ｓを外部空間から準備室４４、準備室４４から処理室４３へ搬入又は搬出する際にのみ隔壁を開放して外部空間と準備室４４、準備室４４と処理室４３とを連通させ、搬送時以外は隔壁を閉鎖して外部空間と準備室４４、準備室４４と処理室４３とを隔離するようにしてもよい。このような構成とすることにより、例えば、シールドガス雰囲気として、比重が空気に近いために空気と混合しやすいガス（例えば、アルゴンガス等）を用いた場合であっても、処理室４３へ外部空間から大気が入り込むことが防止されて、シールドガス雰囲気に確実に保つことができる。
【０１４９】
また、レーザーアブレーション処理を減圧して行う必要がある場合は、処理室４３若しくはアブレーションガン４２３先端部を差動排気して減圧するようにしてもよい。
【０１５０】
尚、図１６に示したアブレーション装置４２に代えて、図１１に示した第二の実施形態の表面改質装置２１と同様の構成を有するアブレーション装置を処理室４３内に配置して、樹脂基板Ｓとターゲット材料４２６との間にシールドガスを供給しながら、レーザーアブレーション処理を施すように構成してもよい。
【０１５１】
【実施例】
次に、上述した各実施形態に基づいて実際に実験を行った各実施例について、図面を参照しつつ説明する。
（実施例１）
まず、上述した第一の実施形態に基づいて実験を行った実施例１について説明する。
【０１５２】
樹脂基板Ｓサンプルとしてポリエチレンフィルムを使用し、真空にした容器４内で真空紫外線発生装置２による真空紫外線露光と、電子ビーム蒸着装置３により発生したアルミナの飛散粒子の付着とを行い、得られたサンプルの光電子分光分析を行った。比較例として、ポリエチレンフィルムに真空紫外線露光だけを行ったサンプル、ポリエチレンフィルムにアルミナの飛散粒子の付着だけを行ったサンプル、未処理のポリエチレンフィルムのサンプルについて、それぞれ光電子分光分析を行った。これらの光電子分光分析の結果を図３のグラフに示す。このグラフは、炭素の１ｓ電子のスペクトルを示したものであり、横軸が結合エネルギー（ｅＶ）、縦軸が強度をそれぞれ表している。図３において、真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを行ったサンプルでは、未処理サンプルのスペクトルと比較して、酸素との結合（Ｃ−Ｏ、Ｃ＝Ｏ、ＣＯ２等）に起因してシフトの生じたスペクトルが観察されるのに対し、真空紫外線露光のみを行ったサンプルや飛散粒子の付着のみを行ったサンプルでは、未処理サンプルとほとんど同じスペクトルが観察された。このことより、真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを行った場合だけが、活性の表面（活性末端）が形成・維持されていることがわかる。
【０１５３】
続いて、上述した各サンプルに塗装を行い、その付着性評価を行った結果、真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを行った場合だけが、高い付着性能を示した。（実施例２）
次に、上述した第二の実施形態に基づいて実験を行った実施例２について説明する。
【０１５４】
本実施例では、図４に示す構成を有する表面改質装置１１において、ＹＡＧレーザー装置１２として、基本振動数の２倍の振動数を有する高調波であって、パルス当たりのエネルギーが１Ｊ、パルス幅７ナノ秒のレーザー光を発生するものを用いた。ターゲット材料１５ａとしては、銅からなる銅ターゲットを用いた。ＹＡＧレーザー装置１２から発せられるレーザー光を集光レンズ１３により真空容器１４内に導き、銅ターゲット上で直径８００ミクロン程度に集光し、照射強度１０８Ｗ／ｃｍ２のレーザー光を銅ターゲットに照射した。レーザー光が照射されると、銅ターゲット上に高温のプラズマが形成され、その結果、銅のプラズマから、図５のグラフに示す波長−強度分布を有する真空紫外線のスペクトルが発生した（キュープレートによる測定値）。図５から明らかなように、樹脂における吸収率の高い波長５０ｎｍから１００ｎｍ及びその周辺の波長において輝度の高い連続したスペクトルが観察されることがわかる。
【０１５５】
次に、樹脂の一種であるポリ四フッ化エチレンの真空紫外線に対する透過特性について、図６のグラフを参照しつつ説明する。条件は、Ｃ２Ｆ４濃度２．２、膜厚０．２ミクロンとした。図６のグラフより、波長６０ｎｍ付近における真空紫外線の透過率が１０−８で最低となっており、この波長周辺の真空紫外線に対して急激に透過率が低下（すなわち、吸収率が上昇）していることがわかる。これは、ポリ四フッ化エチレンの成分の一つである炭素の吸収特性に依存するものである。図６より、ポリ四フッ化エチレンにおいて、波長５０ｎｍから１００ｎｍの真空紫外線の吸収率が高いことがわかる。
【０１５６】
次に、樹脂基板としてシリコンゴム基板を用い、本実施例の装置にて銅ターゲットから発生した飛散粒子をシリコンゴム基板により採集し、これを走査型電子顕微鏡を用いて観察し撮影を行った（図７）。図７の写真より、粒子径が数ミクロン以下のサイズの銅微粒子（白く写っている点）がシリコンゴム基板上に付着していることがわかる。
【０１５７】
また、シリコンゴム基板に本実施例による表面改質処理を施し、処理後のシリコンゴム基板の表面に形成された銅粒子からなる膜に粘着テープを押しつけ、その後、テープを引き剥がすことにより銅粒子の基板への密着性を評価したところ、引き剥がしたテープには銅粒子は殆ど付着していなかった。図８（ａ）はシリコンゴム基板上の銅粒子からなる膜を密着性評価前に撮影した写真であり、（ｂ）は密着性評価後に撮影した写真である。図８（ａ），（ｂ）より、密着性評価によって、膜の亀裂（白く写っている部分）が若干増えているが、膜は剥がれていない様子がわかる。
【０１５８】
一方、樹脂基板としてポリ四フッ化エチレン樹脂基板を用い、本実施例による表面改質処理を１分間施した。図９は、波長６０ｎｍ付近の真空紫外線露光と銅の微粒子付着とをほぼ同時に行ったポリ四フッ化エチレン樹脂基板表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。図９の写真より、きめ細かな銅の微粒子が基板上に付着していることがわかる。
【０１５９】
続いて、処理後のポリ四フッ化エチレン樹脂基板の表面に形成された銅粒子からなる膜に粘着テープを押しつけ、その後、テープを引き剥がすことにより銅粒子の基板への密着性を評価したところ、引き剥がしたテープには銅粒子は殆ど付着していなかった。図１０（ａ）はポリ四フッ化エチレン樹脂基板上の銅粒子からなる膜を密着性評価前に撮影した写真であり、（ｂ）は密着性評価後に撮影した写真である。図１０（ａ），（ｂ）より、密着性評価によって、膜の亀裂（白く写っている部分）が若干増えているが、膜は剥がれていない様子がわかる。
【０１６０】
一方、比較のために、電子ビーム蒸着により銅粒子を付着させたポリ四フッ化エチレン樹脂基板、紫外線露光後に電子ビーム蒸着により銅粒子を付着させたポリ四フッ化エチレン樹脂基板について、それぞれ粘着テープによる引き剥がしを行った結果、殆どの銅粒子がテープに付着した。
【０１６１】
さらに、基板の材質としてエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートをそれぞれ用いて本実施形態の表面改質処理を施したところ、いずれも上述した実施例と同様に良好な結果が得られた。また、ターゲット材料としてアルミニウムを用いた場合でも、銅を用いた場合と同様に良好な結果が得られた。
（実施例３）
次に、上述した第三の実施形態に基づいて実験を行った実施例３について説明する。
【０１６２】
本実施例では、図１１に示す構成を有する表面改質装置２１において、ＹＡＧレーザー装置２２として、基本振動数の２倍の振動数を有する高調波であって、パルス当たりのエネルギーが１Ｊ、パルス幅７ナノ秒のレーザー光を発生するものを用いた。ターゲット材料２８としては、厚さ３０ミクロンの高分子フィルムに厚さ１５ミクロンの銅テープを貼り合わせてなる銅テープターゲットを用いた。ＹＡＧレーザー装置２２から発せられるレーザー光を第１と第２の光学部材２３，２６により、銅テープターゲット２８上で直径８００ミクロン程度に集光し、照射強度２．５×１０８Ｗ／ｃｍ２のレーザー光を銅テープターゲット２８に照射した。レーザー光が照射されると、銅テープターゲット上に高温のプラズマが形成され、その結果、銅のプラズマから、真空紫外線のスペクトルが発生した。並行して、ガスノズル２７より銅テープターゲット２８の後方から発射口２５ｂに向かって、ヘリウムガスの供給を行い、銅テープターゲット材料２８と樹脂基板Ｓとの間をヘリウムガス雰囲気とした。
【０１６３】
アブレーションガン２４先端の発射口５ｂより５ｍｍから１ｃｍ離隔した位置にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂基板Ｓを配置し、実施例装置を用いて銅のアブレートを５分間行った。尚、１気圧のヘリウムガス雰囲気での飛散粒子の到達距離は材質や大きさにより異なるが、条件によっては数ｃｍ以上に設定することが可能である。
【０１６４】
上述した工程によりＰＥＴ樹脂基板Ｓ上にアブレートされた銅粒子からなる薄膜の厚さを、段差計を用いて測定したところ、薄膜の厚さは約８００ｎｍであった。また、粘着テープを用いて、樹脂基板上にアブレートされた銅粒子の引き剥がし試験を行った結果、銅粒子の剥がれはほとんど生じなかった。
（実施例４）
次に、上述した第四の実施形態に基づいて実験を行った実施例４について説明する。
【０１６５】
本実施例では、図１３に示す構成を有する表面改質装置３１において、ＹＡＧレーザー装置３２として、パルス当たりのエネルギーが１Ｊ、パルス幅７ナノ秒のパルスレーザー光を発生するものを用いた。透明樹脂フィルムＳ’としては、厚さ５０ミクロンのポリエチレンフィルムを使用した。ターゲット材料３８としては、アルミナを使用した。１／１０気圧程度のヘリウムガス雰囲気の減圧下で、ＹＡＧレーザー装置３２から発せられるレーザー光を焦点距離４０ｍｍの短焦点の集光レンズ３３により、ターゲット材料３８上で直径２ｍｍ程度になるように集光してターゲット材料３８に照射した。レーザー光が照射されると、アルミナからなるターゲット材料３８上に高温のプラズマが形成され、その結果、アルミナのプラズマから、真空紫外線のスペクトルが発生した。実施例装置を用いて３分間のレーザーアブレーションを行ったところ、ポリエチレンフィルムからなる透明樹脂フィルムＳ’上にアルミナが一様に堆積した。図１４の写真において、白く見える部分は、アルミナが堆積した部分であり、灰色に見える中央の正方形部分（実際のサイズでは一辺が１０ｍｍの正方形）はアルミナの厚さを測定するためにカバーガラスで覆った部分である。厚さ測定の結果、アルミナの膜厚は、２００ｎｍ程度であった。尚、ガスバリア膜として使用する場合は、厚さ２０ｎｍ程度でよいため、透明樹脂フィルムＳ’を１５ｃｍ／分程度の送り速度にすることにより、広範囲の領域に均一なアルミナコートを形成することができる。
【０１６６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の基材の表面改質方法によれば、真空紫外線の露光により炭素含有材料からなる基材の表面が活性化され、その直後に飛散粒子が付着するため、粒子が基材の表面に強固に密着し、これにより、基材の表面に、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性等の機械的特性、物理的特性、化学的特性を付与するとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性を向上させることができるという効果を奏する。
【０１６７】
また、本発明の改質された表面部をもつ基材によれば、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性等の機械的特性、物理的特性、化学的特性が付与されているとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性に優れているという効果を奏する。
【０１６８】
また、本発明の基材の表面改質装置によれば、簡単な構成で確実に、真空紫外線の露光により炭素含有材料からなる基材の表面を活性化し、その直後に飛散粒子を付着させることにより、粒子を基材の表面に強固に密着させることができ、これにより、基材の表面に、耐デント性、濡れ性、撥水性、耐傷性、親油性、ガスバリア性等の機械的特性、物理的特性、化学的特性を付与するとともに、塗装やめっき等の被覆の密着性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態における基材の表面改質装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】樹脂基板表面の構造を模式的に示す図であり、（ａ）は、真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを行った場合を、（ｂ）は、真空紫外線露光のみを行った場合を、（ｃ）は、飛散粒子の付着のみを行った場合をそれぞれ表している。
【図３】ポリエチレンフィルムに真空紫外線露光と飛散粒子の付着とを行った実施例サンプル及び比較例のサンプルについて光電子分光分析を行った結果を示すグラフである（実施例１）。
【図４】本発明の第二の実施形態における基材の表面改質装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図５】銅ターゲットから発生した真空紫外線のスペクトルの強度分布を示すグラフである。
【図６】ポリ四フッ化エチレン樹脂の真空紫外線に対する透過特性を示すグラフである。
【図７】銅ターゲットから飛散した粒子を採集したシリコンゴム基板を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である（実施例２）。
【図８】（ａ）はシリコンゴム基板上に形成された銅粒子からなる膜を密着性評価前に撮影した写真であり、（ｂ）は密着性評価後に撮影した写真である（実施例２）。
【図９】ポリ四フッ化エチレン樹脂基板に形成された銅微粒子からなる膜を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である（実施例２）。
【図１０】（ａ）はポリ四フッ化エチレン樹脂基板上に形成された銅粒子からなる膜を密着性評価前に撮影した写真であり、（ｂ）は密着性評価後に撮影した写真である（実施例２）。
【図１１】本発明の第三の実施形態における基材の表面改質装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図１２】１気圧のヘリウムガスにおける真空紫外光の透過特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第四の実施形態における基材の表面改質装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図１４】ポリエチレンフィルム上に形成したアルミナ膜を撮影した写真である（実施例４）。
【図１５】本発明の第五の実施形態における基材の表面改質処理システムの全体構成を示す概略構成図である。
【図１６】本発明の第五の実施形態におけるレーザーアブレーション装置の構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１…基材の表面改質装置、２…真空紫外線発生装置（真空紫外線露光手段）、３…電子ビーム蒸着装置（飛散粒子発生手段）、１２，２２，３２，４２１…ＹＡＧレーザー装置（レーザー光発生装置、真空紫外線露光手段、飛散粒子発生手段）、４２…アブレーション装置（真空紫外線露光手段、飛散粒子発生手段）、１３，３３…集光レンズ（光学部材）、４…容器、１４…真空容器、１５…ターゲット駆動システム、１５ａ，２８，３８，４２６…ターゲット材料（真空紫外線露光手段、飛散粒子発生手段）、２３，４２２…第１光学系部材（光学部材）、２６，４２５…第２光学系部材（光学部材）、２７…ガスノズル（シールドガス供給手段）、４３…処理室、４４…準備室、Ｓ…樹脂基板（炭素含有材料からなる基材）、Ｓ’…透明樹脂フィルム（透明基材）。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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