特開 2022-74804 活性化ガス発生装置および活性化ガス発生方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022074804

(43)【公開日】2022-05-18

(54)【発明の名称】活性化ガス発生装置および活性化ガス発生方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/08 20060101AFI20220511BHJP

   H05H 1/26 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

B01J19/08 C

H05H1/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020185163

(22)【出願日】2020-11-05

(71)【出願人】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100152294

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 雅宜

(72)【発明者】

【氏名】中村 謙介

(72)【発明者】

【氏名】鮫島 貴紀

(72)【発明者】

【氏名】平岡 尊宏

(72)【発明者】

【氏名】大塚 優一

【テーマコード（参考）】

2G084

4G075

【Ｆターム（参考）】

2G084AA01

2G084AA07

2G084BB12

2G084BB37

2G084CC19

2G084CC34

2G084DD15

2G084DD22

2G084FF31

2G084FF33

2G084FF36

2G084GG01

2G084GG23

2G084HH09

2G084HH20

2G084HH45

2G084HH52

4G075AA03

4G075AA61

4G075AA63

4G075BA08

4G075CA02

4G075CA15

4G075DA02

4G075DA18

4G075EB01

4G075FB02

(57)【要約】

【課題】より効率的に処理できる活性化ガス発生装置とその方法を提供すること。
【解決手段】原料ガスに対して放電を印加させるプラズマ発生部１と、このプラズマ発生部をコントロールするプラズマ制御部２と、原料ガスの温度を常温よりも高い温度に設定する原料ガス加熱部５と、この原料ガス加熱部における加熱温度を調整するための原料ガス制御部６と、プラズマ発生部にて生成した活性化ガスを噴出する活性化ガス噴出部３と、よりなることを特徴する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料ガスに対して放電を印加させるプラズマ発生部と、このプラズマ発生部をコントロールするプラズマ制御部と、原料ガスの温度を常温よりも高い温度に設定する原料ガス加熱部と、この原料ガス加熱部における加熱温度を調整するための原料ガス制御部と、プラズマ発生部にて生成した活性化ガスを噴出する活性化ガス噴出部と、よりなることを特徴する活性化ガス発生装置。

【請求項2】

前記原料ガス制御部は、前記原料ガスの温度を１００℃以上に設定していることを特徴とする請求項１の活性化ガス発生装置。

【請求項3】

前記原料ガス加熱部と前記プラズマ発生部は同一チャンバに内蔵されていることを特徴する請求項１の活性化ガス発生装置。

【請求項4】

前記原料ガス加熱部と前記プラズマ発生部は電気的に同一経路にて構成されていることを特徴とする請求項１の活性化ガス発生装置。

【請求項5】

原料ガスに対して放電を印加させてプラズマを発生させるに際し、プラズマを発生させる前に、原料ガスを常温よりも高い温度に設定することを特徴とする活性化ガス発生方法。

【請求項6】

前記原料ガスは１００℃以上に設定されることを特徴とする請求項５の活性化ガス発生方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は活性化ガス発生装置および活性化ガス発生方法に関する。特に、窒素ガスなどの原料ガスをプラズマに曝して生成する活性化ガス発生装置、および、その方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、物体の接合や塗装の前処理に際して表面処理を行っていた。近年は、液体による化学的方法に代えて、プラズマから生成される活性化ガスを使って物体表面に極性官能基を導入する方法が注目されている。

【0003】

このようなプラズマから生成される活性化ガスを使った処理対象物は、プラスチック、紙、繊維、半導体ウエハ、液晶、フィルムなどであり、これらの物体に向けて活性化ガスを照射することで、物体表面の親水性改善、接着性向上、印刷密着性向上、さらには、物体表面に付着する有機物の除去・洗浄をしたり、物体表面に酸化膜を生成したりできる（特許文献１）。

【0004】

近年においては、プラスチック材料の表面改質は重要であり、エンジニアリングプラスチック（エンプラ）の応用が高まっている。特に、スーパエンジニアリングプラスチック（スーパエンプラ）と呼ばれる低誘電率で耐候性に良好な材料は、電子回路基板への応用を目指して、表面処理も大いに研究が進められている。これらエンプラやスーパエンプラを用いた基板の製造工程では、短時間処理の観点から、ロールツーロールやコンベアを使って、対象物体を搬送させながら、活性化ガスを照射する方法が検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５９４０２３９号

【特許文献2】特許第６２６７５３４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この発明が解決しようする課題は、より効率的に処理できる活性化ガス発生装置とその方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る活性化ガス発生装置は、原料ガスに対して放電を印加させるプラズマ発生部と、このプラズマ発生部をコントロールするプラズマ制御部と、原料ガスの温度を常温よりも高い温度に設定する原料ガス加熱部と、この原料ガス加熱部における加熱温度を調整するための原料ガス制御部と、プラズマ発生部にて生成した活性化ガスを噴出する活性化ガス噴出部と、よりなることを特徴する。

【0008】

前記原料ガス制御部は、前記原料ガスの温度を１００℃以上に設定していることを特徴とする。

【0009】

前記原料ガス加熱部と前記プラズマ発生部は、同一チャンバに内蔵されていることを特徴する。

【0010】

前記原料ガス加熱部と前記プラズマ発生部は、電気的に同一経路にて構成されていることを特徴とする。

【0011】

本発明に係る活性化ガス発生方法は、原料ガスに対して放電を印加させてプラズマを発生させるに際し、プラズマを発生させる前に、原料ガスを常温よりも高い温度に設定することを特徴とする。

【0012】

前記原料ガスは１００℃以上に設定されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

上記構成を有する活性化ガス発生装置および活性化ガス発生方法は、原料ガスを加熱することを特徴としている。すなわち、常温の活性化ガス（プラズマ化されたガス）ではなく、加熱された活性化ガスを物体表面に接触させること自体は従来から知られているが、本発明は、さらに一歩進み、活性化された後に加熱するのではなく、活性化する前の原料ガスを加熱することを特徴としている。

【0014】

また、従来のように、プラズマに曝されて生成した活性化ガスを加熱する場合は、活性化ガスの発生領域と、処理対象物との間において、何らかの加温機構を設けなければならず、装置の大型複雑化という問題だけでなく、せっかく生成させた活性化ガスが対象物に到達する前に死活してしまうなど効率という点で不利になりかねない。本件発明は、プラズマに曝す前の原料ガスを加熱することで、加熱機構を処理領域と関係なく自由に設定することができ、結果として、活性化ガス領域と処理対象物の距離を小さくすることができ、活性化ガスを効果的に物体の表面処理に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る活性化ガス発生装置を示す。

【図2】本発明に係るプラズマ発生部を示す。

【図3】本発明に係る原料ガス加熱部を示す。

【図4】本発明に係るプラズマ処理装置を示す。

【図5】本発明に係るプラズマ発生部を示す。

【図6】本発明に係る活性化ガス発生装置の効果を表す実験結果を示す。

【図7】本発明に係る活性化ガス発生装置の効果を表す実験結果を示す。

【図8】本発明に係る活性化ガス発生装置の効果を表す実験結果を示す。

【図9】本発明に係る活性化ガス発生装置の効果を表す実験結果を示す。

【図10】本発明に係る活性化ガス発生装置の他の実施形態を示す。

【図11】本発明に係る活性化ガス発生装置の他の実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は本発明に係る活性化ガス発生装置の全体構成を示す。活性化ガス発生装置は、プラズマを発生させる領域となるプラズマ発生部１と、プラズマ発生部１に電力を供給するプラズマ制御部２と、プラズマにより活性化されたガス（活性化ガス）を処理対象物に向けて噴射する活性化ガス噴出部３と、プラズマを生成するための原料ガスを導入するための原料ガス供給部４と、この原料ガスを所定温度に加熱するための原料ガス加熱部５と、原料ガスの流量や加熱温度を制御する原料ガス制御部６より構成される。原料ガス供給部４は、窒素ガスなどの原料ガスのボンベや、圧力調整器、流量計などから構成される。また、原料ガス制御部６は、原料ガス供給部４と原料ガス加熱部５の双方を全体としてコントロールする機構である。

【0017】

図２は図１に示したプラズマ発生部１の概略構成を示す。チャンバ１０は全体が箱型のケーシングから構成されており、その内部に一対の電極１１，１２が配置されるとともに、壁の一部には、原料ガスを導入する供給口１４と、活性化ガスを排出する排出口１５が形成されている。これら電極１１、１２は、平板形状であって、例えばタングステン製の金属材料から構成される。空隙１３はプラズマの生成に適した距離が設定されており、例えば、電極間距離は１．０ｍｍ、平板状電極の大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍである。一対の電極１１，１２は、図１に示したプラズマ制御部２から電力が供給される。これらにより、空隙１３においてプラズマが発生して、原料ガスがプラズマに曝されることで活性化ガスが生成される。なお、原料ガスは、例えば、窒素ガスが採用されており、このため、活性化ガスは窒素ラジカルや活性種が発生する。後述するように、供給口１４からは常温よりも高温化された原料ガス（窒素ガス）が導入される。

【0018】

チャンバ１０の外部に配置されたプラズマ制御部２は、一対の電極１１、１２に電力を供給するだけでなく、電力量、印加時間、印加するタイミング、印加電圧の周波数をコントロールするとともに、電気的な制御以外にも、供給口１４に連携して、開閉量を制御することで原料ガスの導入量と導入タイミングをコントロールすることができる。

【0019】

なお、排出口１５は、図１に示す活性化ガス噴出部に相当するが、単なる開口ではなく、前記供給口１４と同様に、プラズマ制御部２によって、活性化ガスの排出量や排出タイミングが調整できる機構を備えている。

【0020】

図３は図１に示した原料ガス加熱部５の概略構成を示す。原料ガス加熱部５は、原料ガスが取り込まれる加熱チャンバ５０と、加熱チャンバ５０に対して原料ガスを導入するガス導入部５１と、加熱チャンバ５０内において加熱されたガスを排出するガス排出口５２と、この加熱チャンバ５０の内部に配置された加熱源５４とより構成される。

【0021】

加熱源５４は、例えば、シーズヒータ、セラミックスヒータ、ＩＨヒータ、赤外線ＬＥＤ、ハロゲンランプなど気体を加熱できるものが適宜使われ、図１に示した原料ガス制御部６によってコントロールされる。加熱源５１は原料ガスと同一空間に配置してもよいが、仕切部材を用いて原料ガスが流れる空間とは隔離させてもよい。

【0022】

加熱チャンバ５０の内部には温度センサ５３が設置されており、原料ガスを加熱するための温度値をフィードバック制御している。詳細は後述するが、原料ガスのみを所定温度に加熱するものであり、活性化ガスを加熱するものではなく、また、活性化ガスの温度検知しているわけではない。仮に、前述したプラズマ発生部のチャンバ内に温度センサを配置するとプラズマによる劣化や誤検知が生じかねないが、原料ガスを対象とすることで確実かつ容易に温度検知とフィードバック制御ができる。ただ、温度センサは、加熱チャンバ５０の内部に配置することまで限定されるものではなく、ガス排出口５２の内部やその後に続く配管の内部に設置することも可能である。温度センサは、例えば、熱電対やサーミスタなど一般的なセンサが適用される。

【0023】

ここで、原料ガス加熱部５は、図３に示すように、加熱チャンバとその内部に加熱源を設ける構成に限定されるものではなく、例えば、気体加熱器（商品名「クリーンホット」：新熱工業株式会社）を使うこともできる。これはガス流路に接続するだけで当該ガスを加熱できるものであり、加熱効率が高く、クリーンに原料ガスをすばやく昇温することができる。

【0024】

図４は本発明に係る活性化ガス発生装置を使った処理装置を示す。活性化ガス発生装置については、プラズマ発生部１とプラズマ制御部２のみを表している。プラズマ発生部１からの噴射される活性化ガスＰは処理対象物Ｓに照射される。処理対象物Ｓは、ロール状の巻かれたフィルムであって、搬送機構７により、いわゆるロールツーロール方式で駆動される。搬送機構７は駆動機構７１と駆動制御部７２よりなり、駆動制御部７２はプラズマ制御部２と連携している。なお、プラズマ発生部１は全体が保温材１６で覆われている。加熱化されたプラズマの温度を一定値に維持するためである。

【0025】

図５は図４に示したプラズマ発生部１の構造を示す。電極１１は絶縁体１７に貼り付けられた板状部材からなる。もう一方の電極１２はブロック状部材からなり、絶縁体１７と電極１２の間に、加熱された原料ガスが流れるとともに、当該領域においてプラズマが発生する。なお、絶縁体１７を使う理由は電極同士の直接の放電ではなく、誘電体を介在させたいわゆる誘電体バリア放電をするためであり、これにより、電極、特に電極１１の損耗を抑えることができる。

【0026】

次に、本発明の効果示す実験１について説明する。この実験１は原料ガスの加熱温度と処理効果の関係を考察するものである。具体的には、原料ガスをプラズマに曝して活性化ガスを作り、この活性化ガスを試料に照射させて、試料表面における水接触角（濡れ性）を測定した。原料ガスの温度は、２５℃（常温）、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃と５つのパターンで変化させた。試料はポリプロピレン、原料ガスは窒素ガス、原料ガス加熱部へのガス流量は１０リットル／分、活性化ガス発生装置の噴出口は４０ｍｍ×０．２ｍｍ、活性化ガス発生装置の電極への供給電力は２０Ｗ、活性化ガス噴出口と処理対象物との距離は７ｍｍ、照射時間は４０ｍｓとした。

【0027】

図６は実験１の結果を示す。縦軸は試料表面における水の接触角を示し、横軸は原料ガスの温度を示す。図より、原料ガスの温度が２５℃（常温）、すなわち加熱していない場合の水接触角は８０°（ｄｅｇ）であるのに対し、原料ガスの温度が５０℃の場合の水接触角は７４°、原料ガスの温度が１００℃の場合の水接触角は７０°、原料ガスの温度が１５０℃の場合の水接触角は６７°、原料ガスの温度が２００℃の場合の水接触角は６９°となった。水接触角は小さいほど処理性が高いことを意味するので、原料ガスの加熱温度を常温より高く設定することで処理性が高まることが示されており、特に、原料ガスを１００℃～２００℃に加熱することでより処理性は一層高まっている。

【0028】

次に、本発明に効果を示す別の実験２について説明する。この実験は、原料ガスを加熱させた場合と、原料ガスは常温のままとして活性化ガスを加熱した場合について考察している。具体的には、原料ガスは常温（２５℃）のままでプラズマにより活性化ガス生成して試料に照射した場合（実験２－１）、２００℃に加熱した原料ガスからプラズマにより活性化ガスを作り試料に照射した場合（実験２－２）、さらには、原料ガスは加熱することなく常温（２５℃）のままでプラズマから活性化ガスを作り、当該活性化ガスをステージに設けたヒータにより５０℃近傍まで加熱させた状態で試料に照射した場合（実験２－３）の各々について、照射時間０ｍｓ、６ｍｓ、１５ｍｓ、３０ｍｓ、６０ｍｓ、１５０ｍｓ、３００ｍと変化させて実験をした。照射時間０ｍｓは活性化ガスを照射する前の水の接触角を表している。その他の条件は実験１と同じである。

【0029】

図７は実験結果を示す。縦軸は処理対象物の表面における水の接触角を示し、横軸は試料に対する活性化ガスの照射時間を示す。図より、例えば、照射時間１５０ｍｓに着目すると、実験２－１は水接触角が７０°以上、実験２－３は水接触角が６９°、実験２－２は水接触角が６１°であり、その他の条件が同一であるにもかかわらず、原料ガスを加熱することで処理性が高まっていることがわかる。

【0030】

上記は、照射時間１５０ｍｓにおいて比較しているが、それ以外の照射時間であっても、同一の傾向が示されており、同一の照射時間において比較すると、実験２－１、実験２－３、実験２－２の順に効果が表れている。

【0031】

次に、水接触角に着目した場合を説明する。例えば、水接触角６０°で比較した場合、実験２－２では１５０ｍｓの照射時間で水接触角６０°近くに達成しているに対し、実験２－３は３００ｍｓにて接触角６５°に近い値となっており、実験２－１にいたっては３００ｍｓにおいても水接触角は６８°程度であり、６０°にはいたっていない。つまり、原料ガスを加熱することで、照射時間を短くすることが可能となり、結果として処理時間が短いという大きな効果を得ることができる。特に、エンプラやスーパエンプラを処理対象物とするロールツーロール方式やコンベア方式では処理時間が短いことは大きな利点となる。

【0032】

次に、本発明の効果を示す実験３について説明する。この実験３は原料ガス加熱部からプラズマ発生部へのガス流量について考察している。具体的には、原料ガスの温度を、２５℃（常温）と２００℃（加熱）の２パターンとして、各々の温度において、ガス流量を１０リットル／分と２０リットル／分の２パターンで水接触角を測定した。つまり、実験３－１はガス温度２５℃でガス流量１０リットル／分、実験３－２はガス温度２００℃でガス流量１０リットル／分、実験３－３はガス温度２５℃でガス流量２０リットル／分、実験３－４はガス温度２００℃でガス流量２０リットル／分となる。また、各実験においてそれぞれ、照射時間が０ｍｓ、６ｍｓ、１５ｍｓ、３０ｍｓ、６０ｍｓ、１５０ｍｓ、３００ｍｓのとき接触角を測定した。他の実験条件は実験１や実験２と同じである。

【0033】

図８は実験結果を示す。縦軸は試料表面における水接触角を示し、横軸は照射時間、すなわち、活性化ガスをポリプロピレンに照射する時間を示す。図より、実験３－１と実験３－３、実験３－２と実験３－４の比較より、同じガス流量であっても、原料ガスの温度が２５℃（常温）よりも２００℃のほうが水接触角は小さいことが示される。さらに、実験３－１と実験３－２、実験３－３と実験３－４の比較より、ガス温度が同じであっても、ガス流量が１０リットル／分よりも２０リットル／分のほうが水接触角は低いことが示される。

【0034】

ここで、流量が大きいことは、プラズマを作るための原料ガスの容量が大きいということであり、ある意味処理性が高まることは当然とも思える。しかしながら、流量を増加させるだけでは、活性化ガスが処理物に到達する前に消滅するケースも多くなり、必ずしも流量が処理性に対して支配的ということにはならない。同じ流量であっても、原料ガスの温度を高めることのほうがより有効であることが分かる。

【0035】

具体的にみてみると、照射時間１５０ｍｓにおいて、原料ガス温度を２００℃とした場合は、流量が１０リットル／分であっても２０リットル／分であっても、水接触角は６０°近傍であるのに対して、原料ガス温度を２５℃とした場合は流量が１０リットル／分であっても２０リットル／分であっても水接触角は７０°よりも大きい値になっているからである。

【0036】

なお、本実験において、ガス流量として、１０リットル／分と２０リットル／分を選択した理由は、ボイルシャルルの法則に基づき、温度が２９８Ｋ（２５℃）から４７３Ｋ（２００℃）にほぼ２倍増加していることから、流量についても同一の倍増値を設定している。

【0037】

次に、本発明に関連する別の実験４について説明する。実験４は、試料の表面温度と原料ガスの加熱温度の関係を考察するものである。原料ガスの温度は、活性化ガスの温度に影響するし、さらに、試料の表面温度にも影響する。本実験では試料の温度を変化させて水接触角との関係を考察している。具体的には、試料であるポリプロピレンをセラミックヒータの上部に載置させて、試料の温度を２５℃、５０℃、１００℃、１５０℃と変化させた。原料ガス加熱部からプラズマ発生部へのガス流量は１０リットル／分、活性化ガスの照射時間は４０ｍｓとし、その他の条件は前記実験１、実験２、実験３と同じである。

【0038】

図９は実験結果を示す。縦軸は試料表面における水の接触角を示し、横軸は試料であるポリプロピレンの温度を示す。図より、試料の温度が２５℃の場合に接触角は８０°、試料の温度が５０℃の場合に接触角は７１°、試料の温度が１００℃の場合に接触角は８２°、試料の温度が１５０℃の場合に接触角は８６°となり、試料の温度が５０°において、もっとも処理性が高いことが分かる。この実験からも分かるように、試料の温度を必要以上に高温化することは、反って、処理性能を低くすることになる。結局、材料との関係で最適な温度が存在しており、特に、プラスチック材料の場合は４０℃～７０℃の範囲が最適である。

【0039】

このように、本発明では、処理対象物（試料）の最適な温度を事前に把握しておき、その最適値を達成するための条件を原料ガス制御部に記憶させることができる。上記実験は便宜的に、試料を加熱機構の上に載置して行ったが、このような方法は、生産性を考慮した場合は試料を全体として加熱することになり、活性化ガスとの接触面（加熱機構と反対側）における温度制御の迅速性に劣ることとなる。あるいは、活性化ガスそのものを加熱する場合は、プラズマ発生部と処理対象物の間の領域に加熱機構を設けることになり、装置の大型化だけでなく、処理対象物を表面部分だけではなく、全体として加熱させてしまうという問題も発生する。このような理由から本発明における原料ガスの加熱は効果が大きいことが示される。

【0040】

さらに、短時間で、対象物体を処理するためには、プラズマが発生する領域（プラズマ発生部）を可能な限り対象物体に近づける必要がある。プラズマにより発生した活性化ガスが失活する前に、対象物体に到達させる必要があるからである。本発明は、活性化ガスを加熱するものではないため、プラズマ発生部の後段に加熱機構や温度制御機構を設ける必要はなく、装置が簡易化するとともに、活性化ガスを効率よく処理対象物に照射することができる。

【0041】

活性化ガスの照射処理は処理対象物の表面のみを高温化すれば良い。このため、処理対象物の全体を加熱したり、処理対象物を高温の炉に入れたりする必要もない。本実験では、活性化ガス発生装置への導入ガス温度（原料ガスの温度）を１００℃以上、より具体的には１５０±５０℃としたとき、処理対象物の表面上の温度は５０℃近辺となり、処理性において最適な条件が得られていることがわかる。

【0042】

また、原料ガスを加熱することで以下の効果を同時に得ることができる。プラズマ発生部の内部空間において、ガスの体積が膨張するため、プラズマガスの噴出速度が上がり、短時間で処理対象物に活性化ガスを届けることができる。

【0043】

一般に、プラズマ処理においては、可能な限り、処理対象物の表面に活性化ガスを到達させて、開始反応を起こすことが重要である。そこで、活性化ガスを増加させるために、プラズマの照射幅、即ち照射面積を広くすることが考えられる。その際には、プラズマ発生部を多数並列に並べることで実現が可能である。しかしながら、その方式を用いれば、活性化ガス発生装置の倍数近いコストが発生するし、装置の大型化を招くし、装置の設置スペースの問題が発生してしまう。

【0044】

また、１つのプラズマ発生部に多量の電力を投入する方法も考えられる。その際には、単純に、プラズマ放電装置の投入電力を増加させると言う方法がある。プラズマ発生部の電極への印加電圧を上げるか、印加周波数を増加する。しかしながら、この場合、プラズマ発生部の電極は非常に高い高温となる。ヒータで温度をアシストする程度の温度とは比べものにならないほどの高温となるような電力を入れれば、プラズマを発生させる機構に問題を生じさせる。例えば、電極部が誘電体を使った場合、電極と誘電体の間では線膨張率が異なるため、その両者の接着部分で歪が生じて、セラミックスが割れるなどの故障の問題を引き起こす。誘電体を用いないプラズマ放電装置であっても、非常に速い速度で電極の損耗が進むことになる。

【0045】

さらに、プラズマ発生部の放電長（図２に示す空隙１３）を大きくすれば投入電力を大きくできる。しかしながら、この方式では放電長を大きくする分、放電電圧も高くしなければならず、高い電圧に対する設計上の制限が発生することになる。例えば、印加電圧が高くなれば電極を保持する材料とその他の金属体との沿面距離の確保が必要になるし、電線や電気的接続口の大型化、電気部品の構成の面で設計自由度を侵害することから、一定以上の高電圧化は得策ではない。

【0046】

さらに、プラズマ発生部の電極のサイズを大きくすることで電力密度を一定のままに、合計の電力を多く投入する方法が考えられる。しかしながら、プラズマで生成される活性化ガスの寿命の視点から、必ずしも有利に働かない。その理由は、活性化ガスの寿命は、数マイクロ秒から数ミリ秒程度であり、電極サイズを大きくしても、初期に作られた活性化ガスが維持されるわけではなく、処理対象物へ到達することなく死活する成分が多くなるからである。

【0047】

図１０は本発明に係る活性化ガス発生装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、プラズマ発生部と原料ガス加熱部が、同一チャンバに内蔵されていることである。

【0048】

チャンバ１０の内部には、プラズマ発生部を構成する電極１１と電極１２が配置されている。チャンバ１０の供給口１４から原料ガスが導入されると、原料ガス加熱部の構成する加熱源５４にて原料ガスが所望の温度まで加熱される。加熱された原料ガスは一対の電極間のプラズマを発生させる。このプラズマは排出口１５から排出される。なお、プラズマ制御部はチャンバ１０の外部に配置されるが図示は省略している。この構造の利点は、原料ガス加熱部とプラズマ発生部をつなぐ配管が不要となり、これにより配管における無駄な放熱を回避できることであり、エネルギ効率を高めることができる。

【0049】

図１１は本発明に係る活性化ガス発生装置の他の実施形態を示す。この実施形態は、プラズマ発生部と原料ガス加熱部が、電気的に同一系統で構成されることに特徴と有する。

【0050】

チャンバ１０の内部には、プラズマ発生部を構成する電極１１と電極１２が配置されている。チャンバ１０の供給口１４から原料ガスが導入されると、原料ガス加熱部の構成する加熱源５４にて原料ガスが所望の温度まで加熱される。加熱された原料ガスは一対の電極間のプラズマを発生させる。このプラズマは排出口１５から排出される。なお、プラズマ制御部はチャンバ１０の外部に配置されるが図示は省略している。

【0051】

ここで、加熱源５４を構成する電気系統と、プラズマ発生部を構成する電気系統は、直列に接続されている。この構造の利点は、原料ガス加熱部としてヒータを用いた場合など、ヒータで発生した熱をプラズマ発生部の電極に伝達することが可能となり、熱の利用効率を高めることが可能となる。なお、この実施形態においても、プラズマ発生部と原料ガス加熱部は同一チャンバに配置することが可能であるが、必ずしも限定されるわけではなく、個々にチャンバ内に配置するとともに、プラズマ発生部と原料ガス加熱部を電気的に同一系統で構成することもできる。

【0052】

原料ガス加熱部における加熱源（ヒータ）の制御は、プラズマ発生部における導入口の温度を監視して、ヒータへの投入電力に対して、ＰＩＤ制御を行ってもよい。あるいは、ヒータに熱電対を設けてカスケード制御やフィードバック制御を行ってもかまわない。さらには、処理対象物の表面温度を監視して、原料ガス加熱部の加熱源の温度を制御し、その投入電力を制御することもできる。

【0053】

本発明に係るプラズマ処理装置は、処理対象物がエンジニアリングプラスチックやスーパエンジニアリングプラスチックの場合に適している。これらはロールツーロール方式により高速処理を行うため処理効率の高いことが要求されるからである。しかしながら、限定されるわけではなく、プリント基板や液晶基板をステージに載置させて処理する方法なども適用できる。

【符号の説明】

【0054】

１ プラズマ発生部
２ プラズマ制御部
３ 活性化ガス噴出部
４ 原料ガス供給部
５ 原料ガス加熱部
６ 原料ガス制御部
１０ チャンバ
１１ 電極
１２ 電極
１３ 空隙
１４ 供給口
１５ 排出口
５０ 加熱チャンバ
５１ ガス導入部
５２ ガス排出口
５３ 温度センサ
５４ 加熱源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】