JP3231367B2 - グロープラズマ反応方法 - Google Patents
グロープラズマ反応方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、グロープラズマ反応
方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、円筒管等の絶縁体管の内面や内部の静止、移動また
は流通物を処理あるいは反応させることのできる低圧グ
ロープラズマ反応方法に関するものである。
方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、円筒管等の絶縁体管の内面や内部の静止、移動また
は流通物を処理あるいは反応させることのできる低圧グ
ロープラズマ反応方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、プラスチック、ガ
ラス、セラミックス等の絶縁体管の内面への膜付け、ま
たは親水・疎水化等の表面処理は、薬品処理あるいは低
圧プラズマ処理により行われてきている。しかしなが
ら、従来法による表面処理においては、一般的に、危険
な薬品を使用してきており、またその処理も大変面倒で
あるという欠点があった。また、これまでの低圧プラズ
マ処理では、良好な表面処理を実現するという利点を有
するものの、いくつかの解決すべき問題がある。これ
は、管内の圧力を上昇させていくと100Torr 前後から放
電が一点に集中し始め、大気圧付近では火花放電に移行
し、管内面または管内部に設置された物体等への均一な
処理が不可能となるからである。
ラス、セラミックス等の絶縁体管の内面への膜付け、ま
たは親水・疎水化等の表面処理は、薬品処理あるいは低
圧プラズマ処理により行われてきている。しかしなが
ら、従来法による表面処理においては、一般的に、危険
な薬品を使用してきており、またその処理も大変面倒で
あるという欠点があった。また、これまでの低圧プラズ
マ処理では、良好な表面処理を実現するという利点を有
するものの、いくつかの解決すべき問題がある。これ
は、管内の圧力を上昇させていくと100Torr 前後から放
電が一点に集中し始め、大気圧付近では火花放電に移行
し、管内面または管内部に設置された物体等への均一な
処理が不可能となるからである。
【０００３】また、従来の低圧プラズマ処理では、反応
性ガス等の気体を導入するために、長尺のプラスチック
細管や管壁に多数の小孔を形成したポーラス状細管を使
用するため、このような細管の管路や管壁を透過してく
る空気により内圧が上昇し、充分な放電処理を行うこと
は実質的に不可能でもあった。ところで、従来の低圧プ
ラズマ処理におけるガラス等からなる円筒管に対する放
電形式としては、たとえば図５〜図７に示したような容
量結合型または誘導結合型が広く知られている。
性ガス等の気体を導入するために、長尺のプラスチック
細管や管壁に多数の小孔を形成したポーラス状細管を使
用するため、このような細管の管路や管壁を透過してく
る空気により内圧が上昇し、充分な放電処理を行うこと
は実質的に不可能でもあった。ところで、従来の低圧プ
ラズマ処理におけるガラス等からなる円筒管に対する放
電形式としては、たとえば図５〜図７に示したような容
量結合型または誘導結合型が広く知られている。
【０００４】図５に示した容量結合型の放電形式におい
ては、一対のリング状電極（ア）（イ）を円筒管（ウ）
の外周に対向配置している。図６に示した放電形式も容
量結合型であり、円筒管（ウ）の外周に曲板状電極
（エ）を配設している。また、図７に示した誘導結合型
の放電形式の場合には、コイル型電極（オ）を円筒管
（ウ）の外周部に配設している。
ては、一対のリング状電極（ア）（イ）を円筒管（ウ）
の外周に対向配置している。図６に示した放電形式も容
量結合型であり、円筒管（ウ）の外周に曲板状電極
（エ）を配設している。また、図７に示した誘導結合型
の放電形式の場合には、コイル型電極（オ）を円筒管
（ウ）の外周部に配設している。
【０００５】しかしながら、図５に示したリング状電極
（ア）（イ）を用いた放電形式の場合には、極間距離に
比例して放電電圧が上昇するため、一般に長尺の放電管
への適用は難しく、しかも放電は管内圧力の上昇ととも
に中心から偏り、広がりがなく局所的となり、円筒管
（ウ）内部での放電処理には不適当である。一方、図６
に示した曲板状の電極（エ）を用いた放電形式の場合に
は、電極（エ）の軸方向の長さを変えることで管軸方向
へ放電を拡散させることができるが、径方向の放電密度
にばらつきが多いという問題もある。
（ア）（イ）を用いた放電形式の場合には、極間距離に
比例して放電電圧が上昇するため、一般に長尺の放電管
への適用は難しく、しかも放電は管内圧力の上昇ととも
に中心から偏り、広がりがなく局所的となり、円筒管
（ウ）内部での放電処理には不適当である。一方、図６
に示した曲板状の電極（エ）を用いた放電形式の場合に
は、電極（エ）の軸方向の長さを変えることで管軸方向
へ放電を拡散させることができるが、径方向の放電密度
にばらつきが多いという問題もある。
【０００６】また、図７に示したコイル型電極（オ）を
用いた放電形式の場合には、概して大電力向きであり、
有機モノマー等の重合には不向きである。また、均一な
膜厚が得難い。この発明は、以上の通りの事情に鑑みて
なされたものであり、従来の絶縁性管内部でのプラズマ
処理の欠点を解消し、円筒管等の絶縁体管の内面や内部
の静止、移動または流通物を処理あるいは反応させるこ
とのできる、数Ｔｏｒｒ以下の低圧での新しいグロープ
ラズマ反応方法を提供することを目的としている。
用いた放電形式の場合には、概して大電力向きであり、
有機モノマー等の重合には不向きである。また、均一な
膜厚が得難い。この発明は、以上の通りの事情に鑑みて
なされたものであり、従来の絶縁性管内部でのプラズマ
処理の欠点を解消し、円筒管等の絶縁体管の内面や内部
の静止、移動または流通物を処理あるいは反応させるこ
とのできる、数Ｔｏｒｒ以下の低圧での新しいグロープ
ラズマ反応方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、絶縁体管の外周部に一対の箔状
または短冊状の平行電極対を隣接する電極間の距離５ｍ
ｍ〜２０ｍｍの範囲でスパイラル状に周設して一方を高
圧電極、他方をアース電極とし、絶縁体管の一端部から
反応性ガスを導入し、管内部に低圧グロー放電プラズマ
を発生させて、管内面、または管内部の静止、移動ある
いは流通物を処理することを特徴とするグロープラズマ
反応方法を提供する。
を解決するものとして、絶縁体管の外周部に一対の箔状
または短冊状の平行電極対を隣接する電極間の距離５ｍ
ｍ〜２０ｍｍの範囲でスパイラル状に周設して一方を高
圧電極、他方をアース電極とし、絶縁体管の一端部から
反応性ガスを導入し、管内部に低圧グロー放電プラズマ
を発生させて、管内面、または管内部の静止、移動ある
いは流通物を処理することを特徴とするグロープラズマ
反応方法を提供する。
【０００８】すなわち、たとえば図１に示したように、
この発明の方法においては、円筒管等の絶縁体管（１）
の外周部に一対のスパイラル状の平行電極対を設け、一
方を高圧電極（２）とし、他方をアース電極（３）とす
る。絶縁体管（１）の材質としては特に制限はなく、た
とえばガラス、ビニルチューブ等の汎用プラスチックの
他、ＰＴＦＴ，ＦＥＰ，ＰＥＴ，ＰＰＳ，ＰＥＥＫ，Ａ
ＢＳ，シリコンチューブ等の工業用汎用プラスチック材
料、セラミックス等の任意のものとすることができる。
また、絶縁体管（１）の太さについても格別の限定はな
く、直径１０cmを越える大口径管や0.1mm φ以下の極細
管などの任意のものとすることができる。その断面形状
も図１に例示した円形の他、多角形などとすることもで
きる。
この発明の方法においては、円筒管等の絶縁体管（１）
の外周部に一対のスパイラル状の平行電極対を設け、一
方を高圧電極（２）とし、他方をアース電極（３）とす
る。絶縁体管（１）の材質としては特に制限はなく、た
とえばガラス、ビニルチューブ等の汎用プラスチックの
他、ＰＴＦＴ，ＦＥＰ，ＰＥＴ，ＰＰＳ，ＰＥＥＫ，Ａ
ＢＳ，シリコンチューブ等の工業用汎用プラスチック材
料、セラミックス等の任意のものとすることができる。
また、絶縁体管（１）の太さについても格別の限定はな
く、直径１０cmを越える大口径管や0.1mm φ以下の極細
管などの任意のものとすることができる。その断面形状
も図１に例示した円形の他、多角形などとすることもで
きる。
【０００９】スパイラル状平行電極対（２）（３）とし
ては、たとえばこの図１に示したように、箔状または短
冊状の電極を用い、これを絶縁体管（１）の外周面に張
り付ける等によって周設することができる。自立性の短
冊状の電極等を用いる場合には、電極対（２）（３）を
絶縁体管（１）から離すことができるため、絶縁体管
（１）を電極対（２）（３）の軸方向に移動させること
ができ、長尺物の連続処理が可能となる。電極対（２）
（３）の材質としては、銅、銀、ニッケル、アルミニウ
ム、ステンレス、カーボン等の種々の導電性材料を任意
に用いることができる。このようなスパイラル状平行電
極対（２）（３）については、たとえば図１に示したよ
うに、その電極間距離（ｌ）としては、0.1mm からおよ
そ３０mmまでとすることができる。好ましくは５mmから
２０mmである。また、図１に例示したように箔状または
短冊状の電極対については、その各々の幅（ｍ）を0.1m
m から３０mmまでとすることができ、絶縁体管（１）の
直径に対応させることができる。さらに、外部沿面放電
を防止するために、たとえば図２に示したように、エポ
キシまたはシリコン接着剤等の絶縁性接着剤（４）で外
周面全面をカバーすることもできる。
ては、たとえばこの図１に示したように、箔状または短
冊状の電極を用い、これを絶縁体管（１）の外周面に張
り付ける等によって周設することができる。自立性の短
冊状の電極等を用いる場合には、電極対（２）（３）を
絶縁体管（１）から離すことができるため、絶縁体管
（１）を電極対（２）（３）の軸方向に移動させること
ができ、長尺物の連続処理が可能となる。電極対（２）
（３）の材質としては、銅、銀、ニッケル、アルミニウ
ム、ステンレス、カーボン等の種々の導電性材料を任意
に用いることができる。このようなスパイラル状平行電
極対（２）（３）については、たとえば図１に示したよ
うに、その電極間距離（ｌ）としては、0.1mm からおよ
そ３０mmまでとすることができる。好ましくは５mmから
２０mmである。また、図１に例示したように箔状または
短冊状の電極対については、その各々の幅（ｍ）を0.1m
m から３０mmまでとすることができ、絶縁体管（１）の
直径に対応させることができる。さらに、外部沿面放電
を防止するために、たとえば図２に示したように、エポ
キシまたはシリコン接着剤等の絶縁性接着剤（４）で外
周面全面をカバーすることもできる。
【００１０】このようなスパイラル状平行電極（２）
（３）に接続する電源（５）についても特に制限はな
く、数kHz の低周波から数１０kHz あるいは13.56MHzま
での高周波とすることができる。また、絶縁性管（１）
の一端部から導入する反応性ガス（６）としては、酸
素、アンモニア等の無機化合物やＣ2 Ｆ4 ，Ｃ3 Ｆ6 等
のフッ化エチレン系、ＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 等のフッ素パラ
フィン炭化水素、またはフッ素原子を含む側鎖のついた
鎖状炭化水素、あるいはフッ素化芳香族炭化水素などの
官能基を有する、もしくは有さない炭化水素等の任意の
有機モノマーを用いることができる。このような反応性
ガスを適宜、希ガス、不活性ガスで希釈し、混合ガスと
することができる。放電の安定化のためには、ケトン、
アルコール等の含酸素化合物の混入も有効である。いず
れの場合も全圧は数Ｔｏｒｒ以下の低圧とする。
（３）に接続する電源（５）についても特に制限はな
く、数kHz の低周波から数１０kHz あるいは13.56MHzま
での高周波とすることができる。また、絶縁性管（１）
の一端部から導入する反応性ガス（６）としては、酸
素、アンモニア等の無機化合物やＣ2 Ｆ4 ，Ｃ3 Ｆ6 等
のフッ化エチレン系、ＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 等のフッ素パラ
フィン炭化水素、またはフッ素原子を含む側鎖のついた
鎖状炭化水素、あるいはフッ素化芳香族炭化水素などの
官能基を有する、もしくは有さない炭化水素等の任意の
有機モノマーを用いることができる。このような反応性
ガスを適宜、希ガス、不活性ガスで希釈し、混合ガスと
することができる。放電の安定化のためには、ケトン、
アルコール等の含酸素化合物の混入も有効である。いず
れの場合も全圧は数Ｔｏｒｒ以下の低圧とする。
【００１１】一方、発生するグロー放電は、電極対
（２）（３）の対極となる電極が管軸方向および円周方
向に少しずつずれていくため、絶縁体管（１）の内面に
密着した形で、管軸方向に沿って広がり、放電密度も平
均化される。このように拡散するグロー放電プラズマに
より種々の表面処理や、薄膜形成、合成、分解等の任意
の化学反応を生起させることができ、その効率を著しく
向上させることができる。
（２）（３）の対極となる電極が管軸方向および円周方
向に少しずつずれていくため、絶縁体管（１）の内面に
密着した形で、管軸方向に沿って広がり、放電密度も平
均化される。このように拡散するグロー放電プラズマに
より種々の表面処理や、薄膜形成、合成、分解等の任意
の化学反応を生起させることができ、その効率を著しく
向上させることができる。
【００１２】処理または反応の対象としては、絶縁体管
（１）の内面の他、絶縁体管（１）内部に設置される物
体または管内を浮遊あるいは振動して運ばれる粉体等の
移動体表面、気体等の流通物、一部に気相を残した液体
表面などの任意のものとすることができる。表面処理す
ることのできる表面についても、特に制限はなく、未処
理面をはじめとして、セルロース、生体材料等で形成さ
れた、または表面処理された表面の任意のものとするこ
とができる。
（１）の内面の他、絶縁体管（１）内部に設置される物
体または管内を浮遊あるいは振動して運ばれる粉体等の
移動体表面、気体等の流通物、一部に気相を残した液体
表面などの任意のものとすることができる。表面処理す
ることのできる表面についても、特に制限はなく、未処
理面をはじめとして、セルロース、生体材料等で形成さ
れた、または表面処理された表面の任意のものとするこ
とができる。
【００１３】
【実施例】以下実施例を示し、この発明のグロープラズ
マ反応方法についてさらに詳しく説明する。 実施例１シリコンウエハのエッチング速度測定 （実験条件）全圧０．１Ｔｏｒｒから１．２Ｔｏｒｒの
間でのＣＦ4 ／Ｏ2 （８０：２０）系のエッチング気体
を用い、全流速は１００ｓｃｃｍとした。放電周波数は
１３．５６ＭＨｚ、放電出力を１００ｗとした。試料の
シリコンウエハーは２cm角に切断し、１１１面を上にし
て石英ボート上に並べた。エッチング速度は、各ウエハ
ーを一定時間放電処理後に重量法にて測定した。放電管
は電極間距離を２０cmに固定した従来の図５のタイプと
図１に示した本発明による二重スパイラル外部電極放電
管を使用してエッチング速度を比較検討した。管は両者
共パイレックス製、厚み３mmのものを用いた。
マ反応方法についてさらに詳しく説明する。 実施例１シリコンウエハのエッチング速度測定 （実験条件）全圧０．１Ｔｏｒｒから１．２Ｔｏｒｒの
間でのＣＦ4 ／Ｏ2 （８０：２０）系のエッチング気体
を用い、全流速は１００ｓｃｃｍとした。放電周波数は
１３．５６ＭＨｚ、放電出力を１００ｗとした。試料の
シリコンウエハーは２cm角に切断し、１１１面を上にし
て石英ボート上に並べた。エッチング速度は、各ウエハ
ーを一定時間放電処理後に重量法にて測定した。放電管
は電極間距離を２０cmに固定した従来の図５のタイプと
図１に示した本発明による二重スパイラル外部電極放電
管を使用してエッチング速度を比較検討した。管は両者
共パイレックス製、厚み３mmのものを用いた。
【００１４】図３に全圧を０．１Ｔｏｒｒにした時の放
電管内に置かれた試料の位置とエッチング速度を示し
た。また、図４には、全圧を１．２Ｔｏｒｒにした時の
エッチング速度を示した。図中のＡは、この発明による
場合、Ｂは、図５に示した容量結合の従来方法による場
合を示している。
電管内に置かれた試料の位置とエッチング速度を示し
た。また、図４には、全圧を１．２Ｔｏｒｒにした時の
エッチング速度を示した。図中のＡは、この発明による
場合、Ｂは、図５に示した容量結合の従来方法による場
合を示している。
【００１５】図３により、二重スパイラル型外部電極方
式のエッチング速度の位置的均一性が大きいことがわか
る。更に、図４により、全圧を上げて処理速度を高めた
場合にもその均一性が変化していないことがわかる。以
上実験例としてシリコンウエハーのエッチングを例示し
たが、同様な事はシランガス等を用いたアモルファスシ
リコンのプラズマ堆積の場合、さらにレジスト等の除去
など多くの種類のプラズマ処理の場合も同様な効果を示
すことが容易に推測出来る。
式のエッチング速度の位置的均一性が大きいことがわか
る。更に、図４により、全圧を上げて処理速度を高めた
場合にもその均一性が変化していないことがわかる。以
上実験例としてシリコンウエハーのエッチングを例示し
たが、同様な事はシランガス等を用いたアモルファスシ
リコンのプラズマ堆積の場合、さらにレジスト等の除去
など多くの種類のプラズマ処理の場合も同様な効果を示
すことが容易に推測出来る。
【００１６】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、ガラス、プラスチック、セラミックス等からなる
円筒管等の絶縁体管の内面、または内部の静止、移動あ
るいは流通物へのプラズマ処理を効果的に行うことが可
能となる。
って、ガラス、プラスチック、セラミックス等からなる
円筒管等の絶縁体管の内面、または内部の静止、移動あ
るいは流通物へのプラズマ処理を効果的に行うことが可
能となる。
【図１】この発明のグロープラズマ反応方法に用いるこ
とのできる装置を例示した斜視図である。
とのできる装置を例示した斜視図である。
【図２】装置の別の例を示した側面図である。
【図３】この発明の実施例を示したエッチング速度図で
ある。
ある。
【図４】この発明の実施例を示したエッチング速度図で
ある。
ある。
【図５】従来の絶縁体円筒管への放電形式を示した斜視
図である。
図である。
【図６】従来の絶縁体円筒管への放電形式を示した斜視
図である。
図である。
【図７】従来の絶縁体円筒管への放電形式を示した斜視
図である。
図である。
１ 絶縁体管 ２ 高圧電極 ３ アース電極 ４ 絶縁性接着剤 ５ 電源 ６ 反応性ガス
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 C23F 1/00 - 4/04 C08F 2/52 H01L 21/205 H01L 21/302 H01L 21/31 H05H 1/46
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁体管の外周部に一対の箔状または短
冊状の平行電極対を隣接する電極間の距離５ｍｍ〜２０
ｍｍの範囲でスパイラル状に周設して一方を高圧電極、
他方をアース電極とし、絶縁体管の一端部から反応性ガ
スを導入し、管内部に低圧グロー放電プラズマを発生さ
せて、管内面、または管内部の静止、移動あるいは流通
物を処理することを特徴とするグロープラズマ反応方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26750191A JP3231367B2 (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | グロープラズマ反応方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26750191A JP3231367B2 (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | グロープラズマ反応方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05106053A JPH05106053A (ja) | 1993-04-27 |
| JP3231367B2 true JP3231367B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=17445730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26750191A Expired - Fee Related JP3231367B2 (ja) | 1991-10-16 | 1991-10-16 | グロープラズマ反応方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3231367B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6150628A (en) * | 1997-06-26 | 2000-11-21 | Applied Science And Technology, Inc. | Toroidal low-field reactive gas source |
| US7387081B2 (en) * | 2003-01-23 | 2008-06-17 | 3M Innovative Properties Company | Plasma reactor including helical electrodes |
| JP5473001B2 (ja) * | 2009-10-16 | 2014-04-16 | コリア・インスティテュート・オブ・マシナリー・アンド・マテリアルズ | 汚染物質除去用プラズマ反応器及び駆動方法 |
| JP5821145B2 (ja) * | 2011-08-28 | 2015-11-24 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ処理装置 |
| CN108551715A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-09-18 | 中国民航大学 | 介质阻挡放电等离子体空气加速流管 |
| WO2020202030A1 (en) * | 2019-04-03 | 2020-10-08 | KaiaTech, Inc. | Apparatus, probe assembly and methods for treating containers |
-
1991
- 1991-10-16 JP JP26750191A patent/JP3231367B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05106053A (ja) | 1993-04-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
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