首页 / 专利库 / 疗法 / 离子导入 / 离子注入装置

离子注入装置

阅读:1031发布:2020-05-22

专利汇可以提供离子注入装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且离子注入 装置具备 真空 腔(11)、在外周部的一部分缠绕膜(2)的 电极 辊(13)、 对电极 辊施加 电压 的电压施加单元(21)、以及向真空腔内导入气体的气体导入单元(31),通过电压施加单元对电极辊施加电压,并且通过气体导入单元导入气体而形成 等离子体 ,在膜的表面进行离子注入处理,其中,与电极辊的缠绕膜的面相向地设置有电极部件(42)。,下面是离子注入装置专利的具体信息内容。

1.一种离子注入装置,具备:真空腔;在外周部的一部分缠绕膜的电极辊;对该电极辊施加电压的电压施加单元;以及向所述真空腔内导入气体的气体导入单元,通过所述电压施加单元对所述电极辊施加电压,并且通过所述气体导入单元导入气体而形成等离子体,在所述膜的表面进行离子注入处理,其特征在于:
与所述电极辊的缠绕所述膜的面相向地设置了电极部件,
所述电压施加单元对所述电极辊的轴方向的端部施加电压,
所述电极部件构成为在电极辊的轴方向上的度可变。
2.根据权利要求1所述的离子注入装置,其特征在于:沿着所述电极辊的圆周方向设置有所述电极部件。
3.根据权利要求2所述的离子注入装置,其特征在于:所述电极部件由多个板状部件构成,沿着所述电极辊的圆周方向分别相互隔开地设置有所述多个板状部件。
4.根据权利要求1所述的离子注入装置,其特征在于:沿着所述电极辊的轴方向设置有所述电极部件。
5.根据权利要求2所述的离子注入装置,其特征在于:沿着所述电极辊的轴方向设置有所述电极部件。
6.根据权利要求3所述的离子注入装置,其特征在于:沿着所述电极辊的轴方向设置有所述电极部件。
7.根据权利要求1~6中的任意一项所述的离子注入装置,其特征在于:在所述电极辊的端部,设置有与所述电极辊相同直径的延长部件。
8.根据权利要求1~6中的任意一项所述的离子注入装置,其特征在于:在所述电极部件中设置有孔。

说明书全文

离子注入装置

技术领域

[0001] 本发明涉及离子注入装置。

背景技术

[0002] 以往,已知使用在一个方向上搬送长尺寸的膜的同时在其表面注入等离子体中的离子来进行表面改质的所谓离子注入方法,在例如膜表面中制作气体阻隔层的例子(例如参照专利文献1)。
[0003] 在专利文献1中,公开了实施该离子注入方法的离子注入装置。在专利文献1所公开的离子注入装置中,在真空腔内设置有卷出辊、卷取辊、电极辊等辊类,并且设置有气体导入单元。另外,在电极辊中设置有电压施加单元。
[0004] 在上述离子注入装置中,如果向腔内导入离子注入气体,并对电极辊通过电压施加单元施加电压,则腔壁面成为接地而在电极辊与腔壁面之间形成电场,形成等离子体。由该等离子体所生成的离子通过负的直流高电压脉冲的施加被吸引到电极辊侧,从而在电极辊的膜的表面进行离子注入。
[0005] 专利文献1:日本特开2006―70238号公报

发明内容

[0006] 但是,近年来,通过膜的宽度变宽,电极辊大型化,由此离子注入装置大型化。如果这样离子注入装置大型化,则电极辊与腔壁面的距离变大,所以在电极辊与腔壁面之间形成的电场的强度(电场强度)变小。其原因为,电场强度与电极间距离成反比例。另外,这样伴随装置的大型化,在电极辊与腔壁面之间形成的电场强度变小,从而所形成的等离子体的密度(等离子体密度)变小,有产生无法进行期望的离子注入处理这样的问题之虞。
[0007] 此处,为了提高等离子体密度,还考虑使对电极辊施加的电压成为更高的电压,但用于高电压化的电压源的增设使制造成本变高,并且需要使足下空间增加、使装置的耐电压上升,所以不优选。
[0008] 因此,本发明的课题在于解决上述以往技术的问题,其目的在于提供一种离子注入装置,无需增设电压源而能够提高等离子体密度。
[0009] 本发明提供一种离子注入装置,具备:真空腔;在外周部的一部分缠绕膜的电极辊;对该电极辊施加电压的电压施加单元;以及向所述真空腔内导入气体的气体导入单元,通过所述电压施加单元对所述电极辊施加电压,并且通过所述气体导入单元导入气体而形成等离子体,在所述膜的表面进行离子注入处理,其特征在于:与所述电极辊的缠绕所述膜的面相向地设置了电极部件。
[0010] 在本发明中,通过与所述电极辊的缠绕所述膜的面相向地设置电极部件,在电极辊与电极部件之间形成电场,所以相比于在电极辊与真空腔壁面之间形成电场,能够形成电场强度更高的电场。因此,能够提高等离子体密度。
[0011] 沿着所述电极辊的圆周方向设置有所述电极部件。由此,在电极辊的圆周方向上均匀地形成电场强度高的电场。
[0012] 作为本发明的优选的实施方式,所述电极部件由多个板状部件构成,沿着所述电极辊的圆周方向分别相互隔开设置有所述电极部件。
[0013] 沿着所述电极辊的轴方向设置有所述电极部件。由此,在电极辊的轴方向上均匀地形成电场强度高的电场。
[0014] 所述电压施加单元对所述电极辊的轴方向的端部施加电压,所述电极部件构成为在电极辊的轴方向上的度可变。如果对电极辊的轴方向的端部施加了电压,则通过电极辊自身的电阻,从由电压施加单元施加了电压的电极辊的端部的距离越远,电压越降低,有电极辊的轴方向上的电场强度变得不均匀的担心。但是,在本发明中,能够变更电极部件和电极辊的间隔来改变电极辊的轴方向上的电场强度,从而使电场强度变得均匀。
[0015] 在所述电极辊的端部,设置有与所述电极辊相同直径的延长部件。通过设置与所述电极辊相同的直径的延长部件,能够抑制电极辊端部处的等离子体的蔓延,能够使宽度方向上的等离子体密度均匀化。
[0016] 根据本发明的离子注入装置,能够起到无需增设电压源而能够提高等离子体密度这样的优良的效果。附图说明
[0017] 图1是实施方式1的离子注入装置的示意图。
[0018] 图2是用于说明在实施方式1的离子注入装置中使用的电极部件的示意的立体图。
[0019] 图3是用于说明在实施方式2的离子注入装置中使用的电极部件的示意图。
[0020] 图4是用于说明在实施方式2的离子注入装置中使用的电极部件的示意图。
[0021] 图5是用于说明在实施方式3的离子注入装置中使用的电极辊的示意图。
[0022] 图6是示出实施例1、比较例1的结果的图形。
[0023] 图7是示出实施例2、比较例2的结果的图形。
[0024] (符号说明)
[0025] 1、1A:离子注入装置;2:膜;3:相向电极;11:真空腔;12:真空;13、13A、13B:电极辊;14:卷出辊;15:搬送辊;16:卷取辊;17:接地;21:电压施加单元;31:气体导入单元;42、42A:电极部件;43:支撑部;44:框体;45:台座;46、46A:支撑部件;51:柱状部件;52:旋转部;
53:旋转轴;54:凸部;55:引导部件;56:槽;57:孔;61:延长部件。

具体实施方式

[0026] (实施方式1)
[0027] 使用图1、2,说明本发明的实施方式。
[0028] 如图1所示,离子注入装置1具备真空腔11。在真空腔11中,设置有具有真空泵12的排气单元。排气单元构成为能够使真空腔11内部成为规定的真空度。
[0029] 在真空腔11中,设置有电极辊13、卷出辊14、多个搬送辊15、卷取辊16。在电极辊13的下方侧缠绕有从卷出辊14并经由搬送辊15所搬送的膜2。膜2在该电极辊13中进行详细后述的离子注入处理,经由搬送辊15搬送到卷取辊16。即,处于卷出辊14的膜是离子注入处理前的膜,处于卷取辊16的膜2是离子注入处理后的膜。
[0030] 电极辊13由导电体构成。在该电极辊13中,设置有电压施加单元21。电压施加单元21构成为能够对电极辊13施加交流电压以及直流电压。另外,虽然在图1中未图示,电压施加单元21构成为对电极辊13的轴方向的端部施加电压而沿着电极辊13的轴方向(宽度方向)流过电流。通过利用上述电压施加单元21施加电压,电极辊13作为电极而发挥功能。
[0031] 另外,在真空腔11中,设置有气体导入单元31。气体导入单元31构成为设置有未图示的气体源和控制单元,能够在对来自气体源的气体进行流量控制的同时导入到真空腔11内。
[0032] 此处,在真空腔11中,在电极辊13与真空腔11的壁面之间,与电极辊13的缠绕所述膜2的面相向地设置有由电极部件42构成的相向电极3。详细在后叙述,能够通过设置上述相向电极3来形成高密度等离子体。
[0033] 使用图2,详细说明相向电极3的结构。
[0034] 相向电极3具有多个电极部件42。如图2所示,电极部件42是沿着电极辊13的圆周方向设置的。电极部件42通过支撑该电极部件42的支撑部43,在真空腔11的底面被设置成位于电极辊13的下方。
[0035] 支撑部43具有长方体的框体44。框体44的长度方向与电极辊13的轴方向大致一致。在框体44的长度方向的两端上部,设置有台座45。在台座45中,分别相互隔开设置有多个支撑部件46。支撑部件46固定于电极部件42的端部,在台座45上支撑电极部件42。另外,关于支撑部43的形状等,只要能够支撑电极部件42、并且将电极部件42电气地连接到真空腔11,则可以是任意的形状。
[0036] 电极部件42由板状部件构成。与电极辊的缠绕所述膜的面相向地沿着电极辊13的圆周方向分别相互隔开设置各电极部件42。
[0037] 电极部件42是沿着电极辊13的轴方向设置的。电极部件42的长度方向的长度与电极辊13的轴方向的长度大致一致。
[0038] 在本实施方式中,6个板状的电极部件42与电极辊13的下方面中的缠绕膜2的面相向。另外,各电极部件42是与电极辊13的表面的距离隔开一定的间隔并且相互隔开设置的。
[0039] 上述电极部件42由例如作为通常能够用作电极的金属的、包含它们的合金构成,在本实施方式中鉴于强度以及制造成本而使用了不锈(SUS)。
[0040] 这样所设置的电极部件42经由支撑部43与真空腔11电连接。即,该电极部件42经由真空腔11以及支撑部43与接地17(参照图1)连接。由此,通过施加电压,在电极辊13与电极部件42之间形成电场。
[0041] 说明上述离子注入装置1中的离子注入处理。离子注入处理是:通过在对象物的表面中注入等离子体中的离子进行表面改质来形成离子注入层。
[0042] 最初,说明作为处理对象的膜2。作为本实施方式中的被处理对象的膜2是高分子膜。作为高分子膜,没有特别限定,例如,可以举出聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺亚胺、聚苯醚、聚醚、聚醚醚酮、聚烯、聚酯纤维、聚酸酯、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、丙烯酸树脂、环烯烃系聚合体、芳香族系聚合物等。在它们中,作为具有气体阻隔性等的高分子膜的需要多,可得到具有优良的气体阻隔性等的离子注入层,所以优选聚酯纤维、聚酰胺或者环烯烃系聚合体,特别优选聚酯纤维或者环烯烃系聚合体。作为聚酯纤维,可以举出聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸、聚二甲酸、聚芳酯等。另外,在本发明中,作为处理对象的膜2不限于上述。膜2也可以是在高分子膜上,层叠了包含通过注入离子而呈现气体阻隔性的材料(例如聚氮烷、聚硅烷等含硅高分子)的层的膜。
[0043] 膜2的厚度没有特别限制,但如果考虑卷取的容易性、使用,则通常为1~1000μm、优选为5~500μm、更优选为10~200μm。
[0044] 如果使离子注入装置动作,则最初通过排气单元进行排气,使真空腔11内的压成为5.0×10-3Pa以下。
[0045] 在真空腔11内以上述范围的规定的压力成为恒定之后,通过气体导入单元31将离子注入气体导入到真空腔11内。
[0046] 作为被导入的离子注入气体,可以举出例如、氢、氮、氧、氩、氦、氟碳等稀有气体或者非金属的气体、金、、铂、镍、铝等导电性金属的离子等。在它们中,能够更简便地注入离子,能够高效地制造具有良好的气体阻隔性等的膜,所以优选为稀有气体或者非金属离子。在它们中,能够根据表面处理的要求适宜选择,但根据便利性,优选为氮、氧、氩、氦,特别优选为氩。
[0047] 导入时的气体流量为10~2000sccm、优选为100~1000sccm。通过处于该范围,能够形成期望的等离子体。导入了离子注入气体时的、真空腔11内的压力为1.0×10-4~1.0Pa-2 -1程度、优选为1.0×10 ~1.0×10 Pa程度。
[0048] 在该状态下,从卷出辊14经由搬送辊15、电极辊13将膜2搬送到卷取辊16。膜2的卷取速度没有特别限定,但通常为0.5~20m/min。
[0049] 然后,对电极辊13通过电压施加单元21施加交流电压,从而发生等离子体。关于施加的交流电压的频率,没有特别限制,通常是500~5000Hz,所施加的电力没有特别限制,通常是500~10000W。通过分别处于该范围,能够稳定地形成等离子体。
[0050] 然后,对电极辊13,通过电压施加单元21,施加直流电压。直流电压例如为-1kV~-50kV、更优选为-3kV~-30kV、特别优选为-5kV~-20kV。当所施加的直流电压高于-1kV后,离子不易被吸引,因此,难易形成具有充分的气体阻隔性等的离子注入层,如果低于-50kV,则发生X射线,在生产上不优选。
[0051] 由此,在电极部件42与作为电极而发挥功能的电极辊13之间形成电场,发生等离子体。发生了的等离子体中的阳离子通过负的电压施加被吸引到电极辊13而注入到在电极辊13上卷取了的膜2的表面。这样,在膜2的表面进行离子注入。另外,在未设置电极部件42的情况下,腔壁面作为电极而发挥功能,所以在电极辊13与腔壁面之间形成电场。
[0052] 在该情况下,在本实施方式中,沿着电极辊13的下方周围,设置有电极部件42,所以能够在电极辊13与电极部件42之间,形成电场强度比在电极辊13与腔壁面之间形成的电场强度更大的电场。这是因为:二个电极间中的电场的强度与电极间距离成反比例。另外,在本实施方式中,电极辊13与电极部件42之间的电场强度变大,所以能够提高在该电极之间发生的等离子体的密度。
[0053] 特别是,沿着电极辊13的宽度(轴方向上的长度)设置有电极部件42的长边,所以电极部件42与电极辊13表面之间的距离在轴方向上恒定。因此,沿着电极辊13的轴方向,形成均匀并且电场强度高的电场。由此,能够以在电极辊13的轴方向上提高等离子体密度、并且在轴方向上成为均匀的等离子体密度的方式,发生等离子体。
[0054] 另外,沿着电极辊13的圆周方向设置有电极部件42,所以电极部件42与电极辊13表面之间的距离在圆周方向上恒定。因此,沿着电极辊13的圆周方向,形成均匀并且电场强度高的电场。由此,能够以在电极辊13的圆周方向上提高等离子体密度、并且在圆周方向上成为均匀的等离子体密度的方式,发生等离子体。
[0055] 这样,通过在本实施方式的离子注入装置中在电极辊13的下方侧设置电极部件42,能够提高等离子体密度,无需新追加设置电压源而能够形成期望的等离子体。其结果,能够更高效地进行离子注入。
[0056] 另外,在本实施方式中,沿着圆周方向相互隔开设置有多个电极部件42,但不限于此。电极部件42也可以由沿着圆周方向弯曲了的一个板状部件构成,从电极辊13以一定的距离相互分开设置。另外,在本实施方式中,成为沿着圆周方向相互隔开设置有多个电极部件42的结构,但也可以构成为沿着电极辊13的轴方向相互分开多个电极部件42,并且,从电极辊13以一定的距离相互分开各电极部件42。
[0057] (实施方式2)
[0058] 本实施方式的离子注入装置1A相比于实施方式1,在构成为能够调整电极部件42A的角度的点不同。
[0059] 在本实施方式的离子注入装置1A中,如图3所示,构成为电极部件42A的设置角度可变、即在电极辊13A的轴方向上电极部件42A和电极辊13A的表面的距离可变更。
[0060] 针对电极辊13A,通过电压施加单元21,对电极辊13A的一方的端部(一端部)施加电压。对电极辊13A所施加的电压通过电极辊13A自身的电阻,从施加了电压的一端部侧朝向电极辊13A的轴方向上的另一端部侧降低。通过该降低,在电极辊13A与电极部件42A之间形成的电场的电场强度从在电极辊13A的轴方向(长度方向)上施加了电压的一端部侧朝向另一端部侧降低。由此,产生膜2的轴方向上的等离子体密度的不均匀化,所以优选防止这种情况。
[0061] 因此,在本实施方式中,构成为变更电极部件42A的角度、即变更电极部件42A和电极辊13A的距离而使在电极辊13A的轴方向上形成的电场的电场强度成为均匀。具体而言,施加了电压的一端部侧的电极辊13A和电极部件42A的间隔与实施方式1相同,电极辊13A的轴方向上的另一端部侧的电极辊13A和电极部件42A的间隔窄。由此,构成为在电极辊13A的轴方向上形成的电场的电场强度成为均匀。
[0062] 说明能够根据电极辊13A的电场强度变更电极部件42A的角度那样的电极部件42A的具体的结构。
[0063] 图4(1)示出电极部件42A的长度方向的一端侧(与电极辊13的一端部侧一致)的构造,(2)示出电极部件42A的长度方向的另一端侧(与电极辊13的另一端部侧一致)的构造。
[0064] 如图4(1)所示,在本实施方式中,各支撑部件46A未直接固定于电极部件42A,分别与柱状部件51连接。在二个柱状部件51之间,设置有旋转部52。该旋转部52在内部固定有旋转轴53,在柱状部件51的内部轴支撑有旋转轴53的端部。旋转部52以该旋转轴53为轴中心而旋转。
[0065] 在旋转部52连接有电极部件42A的一端侧的端面。因此,通过旋转部52旋转,电极部件42A的一端侧也以该旋转部52为轴中心而旋转。即,电极部件42A构成为能够以旋转轴53为中心而摇动。
[0066] 另一方面,如图4(2)所示,电极部件42A的另一端侧构成为能够依照以该旋转轴53为轴中心摇动的电极部件42A的活动而移动。具体而言,在电极部件42A的另一端侧,设置有朝向电极部件42A的长度方向上的端部的两外侧突出了的凸部54。另外,设置有一对引导部件55,在各内面侧形成有成为引导部的槽56。凸部54插入于作为该引导部的槽56,能够在槽56内移动。当电极部件42A的一端侧以旋转轴53为轴中心而摇动后,电极部件42A的另一端侧,凸部54被引导而在该槽56内移动。由此,电极部件42A的角度被变更。
[0067] 即,在本实施方式中,电极部件42A构成为:电极部件42A以在电极部件42A的一端侧所设置的旋转轴53为轴中心摇动,依照该旋转,电极部件42A的另一端侧被引导,而能够变更电极部件42A的设置角度。
[0068] 这样,在本实施方式中,各电极部件42A构成为能够变更长度方向上的角度,所以电极辊13A的轴方向上的电场强度被保持为一定。由此,能够在电极辊13A的轴方向上,均匀地保持电极辊13A与电极部件42A之间的等离子体密度。因此,在本实施方式的离子注入装置中,能够进行期望的离子注入处理。
[0069] 另外,在本实施方式中,在电极部件42A中设置有孔57。由此,能够在不对形成的电场造成影响的范围内使电极部件42A轻量化,能够简易地变更电极部件42A的设置角度。
[0070] 另外,关于实施方式2中的变更电极部件42A的角度的机构,只要能够变更电极部件42A的设置角度,则不特别限于此。
[0071] (实施方式3)
[0072] 实施方式3相比于实施方式1,延长电极辊13B的长度方向上的长度的点不同。
[0073] 如图5所示,在本实施方式中,在与实施方式1相同的电极辊13的端部分别附加了用于延长电极辊13B的长度的延长部件61。延长部件61的直径与电极辊13相同,与电极辊13的端部接合。由此,相比于电极辊13的轴方向的长度H1,电极辊13B的长度增加了延长部件的轴方向的长度H2的二个量。上述延长部件61由作为例如通常能够用作电极的金属的铁、铝、包含它们的合金构成既可。在本实施方式中,鉴于强度以及制造成本,使用了SUS。
[0074] 通过这样设置延长部件61,构成为能够防止电极辊13端部处的等离子体的蔓延所致的等离子体密度的降低,在膜的宽度方向上均匀地进行离子注入处理。
[0075] 即,在构成为电极辊13的轴方向的长度与膜的宽度大致相同的情况下,如果等离子体蔓延到电极辊13的端部,则有在膜的端部中等离子体密度减少而在膜的端部中无法进行期望的离子注入的可能性。因此,在本实施方式中,构成为能够对电极辊13的端部接合延长部件而在膜的宽度全域内均匀地辐射等离子体。由此,构成为能够在膜的全宽中均匀地进行离子注入处理。
[0076] (实施例1)
[0077] 在本实施例中,使用图1所示的离子注入装置,测定了在膜:聚对苯二甲酸乙二酯(厚度25μm、三菱树脂制T-100)、真空腔内压力:0.5Pa、离子注入气体:氩、气体流量:600sccm、直流电压:-6kV、交流电压频率:2000Hz、电极辊13和电极部件42的距离成为60mm(一定的距离)的状态下,使交流电流的电力变化而进行了离子注入的情况的累计离子电流。通过示波器(横河电气株式会社制、DLM2022)测定了累计离子电流。图6示出结果。
[0078] (实施例2)
[0079] 作为实施例2,使交流电流的电力成为恒定(6000W),使直流电压变化至4~10kV,除了该点以外,在与实施例1相同的条件下,进行离子注入,在同一条件下,测定了累计离子电流。图7示出结果。
[0080] (比较例1)
[0081] 作为比较例1,使用未设置电极部件的以往的离子注入装置,在与实施例1相同的条件下,进行离子注入,而测定了累计离子电流。图6示出结果。
[0082] (比较例2)
[0083] 作为比较例2,使用未设置电极部件的以往的离子注入装置,在与实施例2相同的条件下,进行离子注入而测定了累计离子电流。图7示出结果。
[0084] 此处,累计离子电流是指:针对每1脉冲所观测的电流波形的累计面积值,与所形成的等离子体存在关联性。即,表示累计离子电流越高,等离子体密度越高。
[0085] 如图6所示,不论在哪一个交流电流的电力中,实施例1的情况相比于比较例1,累计离子电流始终更高。因此,可知通过如实施例1那样设置电极部件,能够使等离子体密度上升。
[0086] 另外,如图7所示,不论在哪一个直流电压中,实施例2的情况相比于比较例2,累计离子电流始终更高。因此,可知通过如实施例2那样设置电极部件,能够使等离子体密度上升。
[0087] 通过以上的实施例1、2,可知通过设置电极部件能够提高等离子体密度。
[0088] 在上述实施方式中,变更电极部件42的设置角度而使电极辊13的轴方向上的电场强度均匀化,但不限于此。例如,还能够通过以相对电极辊13的轴方向相互分开的方式设置电极部件,对各电极部件施加不同的电压,而使电极辊13的轴方向上的电场强度均匀化。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈