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JP6883838B2 - Method for modifying the object to be processed and device for modifying the object to be processed - Google Patents
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JP6883838B2 - Method for modifying the object to be processed and device for modifying the object to be processed - Google Patents

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Description

本発明は、被処理体を修飾する方法及び被処理体を修飾する装置に関する。 The present invention relates to a method for modifying an object to be processed and an apparatus for modifying an object to be processed.

フッ素系樹脂材料は、他の樹脂材料と比べて耐熱性が高い上に電気的絶縁性や耐薬品特性に優れているので様々な製品に応用されている。しかしながら、フッ素系樹脂は、表面のはっ水性が高く、他の材料との密着に劣るため、その用途が限定されていた。フッ素系樹脂と異種材料との密着性を向上させる手法として、化学薬品による前処理が知られている。化学薬品による前処理では、化学薬品の親ハロゲン性によってダングリングボンドが形成される。このダングリングボンドに対して、大気中の酸素、水素、水蒸気などの分子が化学的結合する。この化学的結合により、濡れ性や接着性のある官能基、例えば、ヒドロキシル基(−OH)やカルボキシル基(―COOH)が形成され、エポキシ樹脂による接着性を向上させる。例えば、化学的な湿式法を用いて表面を修飾する技術としては、特許文献1に開示されたフッ素樹脂組成物の製造方法が知られている。 Fluorine-based resin materials have higher heat resistance than other resin materials, and are also excellent in electrical insulation and chemical resistance, so they are applied to various products. However, the use of the fluororesin has been limited because the surface water repellency is high and the adhesion to other materials is inferior. Pretreatment with chemicals is known as a method for improving the adhesion between a fluororesin and a dissimilar material. In chemical pretreatment, dangling bonds are formed by the prohalogenity of the chemical. Molecules such as oxygen, hydrogen, and steam in the atmosphere chemically bond to this dangling bond. By this chemical bond, a functional group having wettability or adhesiveness, for example, a hydroxyl group (-OH) or a carboxyl group (-COOH) is formed, and the adhesiveness of the epoxy resin is improved. For example, as a technique for modifying the surface using a chemical wet method, a method for producing a fluororesin composition disclosed in Patent Document 1 is known.

特開2016−65217号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-65217

特許文献1のような化学的な湿式法によれば、環境面での問題や、コスト面、処理時間等の課題がある。そこで、化学的な湿式法によらない被処理体を修飾する方法及び被処理体を修飾する装置が望まれていた。 According to the chemical wet method as in Patent Document 1, there are problems in terms of environment, cost, processing time, and the like. Therefore, a method for modifying the object to be treated and an apparatus for modifying the object to be treated, which are not based on a chemical wet method, have been desired.

本発明の一形態は、被処理体を修飾する方法である。被処理体を修飾する方法は、被処理体を大気圧環境に設定された処理台上の処理空間に配置する第1工程と、処理空間に提供される処理ガスの処理プラズマを発生させる第2工程と、処理台に電圧を供給することにより、処理プラズマ中のイオンを処理台の方向へ加速させると共に加速されたイオンを被処理体の処理面に衝突させる第3工程と、被処理体を修飾する官能基のための修飾ガスの修飾プラズマを処理空間に供給する第4工程と、を有する。 One embodiment of the present invention is a method of modifying an object to be treated. The method of modifying the object to be processed is the first step of arranging the object to be processed in the processing space on the processing table set in the atmospheric pressure environment and the second step of generating the processing plasma of the processing gas provided in the processing space. The process, the third step of accelerating the ions in the processing plasma toward the processing table and colliding the accelerated ions with the processing surface of the processing object by supplying a voltage to the processing table, and the processing object. It comprises a fourth step of supplying a modified plasma of the modified gas for the functional group to be modified to the treatment space.

この方法によれば、第2工程において、大気圧とされている処理空間中に供給されるプラズマが発生される。大気圧プラズマ中のイオンは、所定のエネルギーを有する。そして、第3工程において、当該エネルギーを有するイオンが加速されて被処理体に衝突させられる。そうすると、被処理体に衝突するイオンは、所定の位置エネルギーおよび内部エネルギーに加えて、加速による運動エネルギーを有する。このような十分に高いエネルギーを有するイオンの衝突によれば、被処理体の表面において原子間の結合を切断し、ダングリングボンドを形成することが可能になる。そして、第4工程において、形成されたダングリングボンドに修飾プラズマにより生成されるラジカルによって官能基が導入される。従って、化学的な湿式法によらず、被処理体の表面を修飾することができる。 According to this method, in the second step, plasma supplied into the processing space, which is considered to be atmospheric pressure, is generated. Ions in atmospheric pressure plasma have a predetermined energy. Then, in the third step, the ions having the energy are accelerated and collided with the object to be processed. Then, the ions colliding with the object to be processed have kinetic energy due to acceleration in addition to the predetermined potential energy and internal energy. Such collisions of ions with sufficiently high energy make it possible to break the bonds between atoms on the surface of the object to be treated and form dangling bonds. Then, in the fourth step, a functional group is introduced into the formed dangling bond by a radical generated by the modified plasma. Therefore, the surface of the object to be treated can be modified regardless of the chemical wet method.

第4工程は、第2工程及び第3工程が完了した後に行われてもよい。これらの工程によれば、第2及び第3工程により被処理体にダングリングボンドを形成する処理が行われ、その後、第4工程により当該ダングリングボンドに官能基の導入が行われる。従って、官能基の導入においてイオン衝突が生じさせないので、官能基が導入された表面を好適に保護することができる。 The fourth step may be performed after the second step and the third step are completed. According to these steps, the treatment for forming a dangling bond on the object to be treated is performed by the second and third steps, and then the functional group is introduced into the dangling bond by the fourth step. Therefore, since ion collision does not occur in the introduction of the functional group, the surface into which the functional group is introduced can be suitably protected.

第4工程は、第2工程及び第3工程が完了する前に開始されてもよい。これらの工程によれば、ダングリングボンドを形成する処理と、官能基を導入する処理とを並行して行うことができる。そうすると、形成されたダングリングボンドに速やかに官能基を導入することが可能になる。従って、被処理体の表面を修飾する処理の効率を高めることができる。 The fourth step may be started before the second and third steps are completed. According to these steps, the process of forming a dangling bond and the process of introducing a functional group can be performed in parallel. Then, the functional group can be quickly introduced into the formed dangling bond. Therefore, the efficiency of the treatment for modifying the surface of the object to be treated can be increased.

被処理体は、フッ素系樹脂材料を含んでもよい。被処理体がフッ素系樹脂であっても、ダングリングボンドを形成することが可能である。従って、表面のはっ水性が高いフッ素系樹脂の表面を好適に修飾することができる。 The object to be treated may contain a fluororesin material. Even if the object to be treated is a fluororesin, it is possible to form a dangling bond. Therefore, the surface of the fluororesin having high surface water repellency can be suitably modified.

処理ガスは、ヘリウムを含むガスであり、修飾ガスは、アンモニアを含むガスであり、第3工程では、処理台に直流電圧または矩形波電圧を供給してもよい。この工程によれば、被処理体の表面をアミノ基によって好適に修飾することができる。 The processing gas is a gas containing helium, the modified gas is a gas containing ammonia, and in the third step, a DC voltage or a square wave voltage may be supplied to the processing table. According to this step, the surface of the object to be treated can be suitably modified with an amino group.

処理ガスは、ヘリウムを含むガスであり、修飾ガスは、酸素を含むガスであり、第3工程では、処理台に直流電圧を供給してもよい。この工程によれば、被処理体の表面をカルボキシル基によって好適に修飾することができる。 The processing gas is a gas containing helium, the modified gas is a gas containing oxygen, and in the third step, a DC voltage may be supplied to the processing table. According to this step, the surface of the object to be treated can be suitably modified with a carboxyl group.

本発明の別の形態は、被処理体を修飾する装置である。被処理体を修飾する装置は、大気圧環境に設けられると共に被処理体が配置される処理台と、処理台上に設定される処理空間に提供される処理ガスの処理プラズマを供給する処理プラズマ供給部と、プラズマ中のイオンを処理台の方向へ加速させると共に加速されたイオンを被処理体の処理面に衝突させるために、処理台に電圧を供給するバイアス電圧供給部と、被処理体を修飾する官能基のための修飾ガスのプラズマを処理空間に供給する修飾プラズマ供給部と、を備える。 Another embodiment of the present invention is an apparatus that modifies an object to be treated. The device for modifying the object to be processed is a processing plasma provided in an atmospheric pressure environment and a processing table in which the object to be processed is arranged, and a processing plasma that supplies a processing plasma of a processing gas provided in a processing space set on the processing table. The supply unit, the bias voltage supply unit that supplies voltage to the processing table in order to accelerate the ions in the plasma toward the processing table and collide the accelerated ions with the processing surface of the processing object, and the processing object. It is provided with a modified plasma supply unit that supplies a plasma of the modified gas for the functional group that modifies the processing space.

この装置によれば、処理プラズマ供給部において、大気圧とされている処理空間中にプラズマが供給される。大気圧プラズマ中のイオンは、所定のエネルギーを有する。そして、バイアス電圧供給部によって、当該エネルギーを有するイオンが加速されて被処理体に衝突させられる。そうすると、被処理体に衝突するイオンは、所定の位置エネルギーおよび内部エネルギーに加えて、加速による運動エネルギーを有する。このような十分に高いエネルギーを有するイオンの衝突によれば、被処理体の表面において原子間の結合を切断し、ダングリングボンドを形成することが可能になる。そして、修飾プラズマ供給部によって、ダングリングボンドに修飾プラズマ中のラジカルに起因する官能基が導入される。従って、化学的な湿式法によらず、被処理体の表面を修飾することができる。 According to this device, in the processing plasma supply unit, plasma is supplied into the processing space which is considered to be atmospheric pressure. Ions in atmospheric pressure plasma have a predetermined energy. Then, the bias voltage supply unit accelerates the ions having the energy and causes them to collide with the object to be processed. Then, the ions colliding with the object to be processed have kinetic energy due to acceleration in addition to the predetermined potential energy and internal energy. Such collisions of ions with sufficiently high energy make it possible to break the bonds between atoms on the surface of the object to be treated and form dangling bonds. Then, the modified plasma supply unit introduces a functional group caused by radicals in the modified plasma into the dangling bond. Therefore, the surface of the object to be treated can be modified regardless of the chemical wet method.

本発明の一形態に係る被処理体を修飾する方法及び被処理体を修飾する装置によれば、化学的な湿式法によらず、被処理体の表面を修飾することができる。 According to the method for modifying the object to be treated and the apparatus for modifying the object to be processed according to one embodiment of the present invention, the surface of the object to be processed can be modified regardless of the chemical wet method.

図1は、本発明の一形態に係る被処理体を修飾する装置の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an apparatus for modifying an object to be processed according to an embodiment of the present invention. 図2は、第1実施形態に係る被処理体を修飾する方法の主要な工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a main step of a method for modifying an object to be processed according to the first embodiment. 図3の(a)部、(b)部及び(c)部は、前処理中及び修飾処理中に生じている現象を説明するための図である。Part (a), part (b) and part (c) of FIG. 3 are diagrams for explaining phenomena occurring during the pretreatment and the modification treatment. 図4は、第2実施形態に係る被処理体を修飾する方法の主要な工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a main step of the method for modifying the object to be processed according to the second embodiment. 図5は、実験例1の結果を示す蛍光顕微鏡画像である。FIG. 5 is a fluorescence microscope image showing the result of Experimental Example 1. 図6は、実験例2の結果を示す蛍光顕微鏡画像である。FIG. 6 is a fluorescence microscope image showing the results of Experimental Example 2. 図7は、参考例1の結果を示す蛍光顕微鏡画像である。FIG. 7 is a fluorescence microscope image showing the result of Reference Example 1. 図8の(a)部〜(f)部は、実験例3の結果を示す蛍光顕微鏡画像である。Parts (a) to (f) in FIG. 8 are fluorescence microscope images showing the results of Experimental Example 3. 図9の(a)部〜(f)部は、実験例4の結果を示す蛍光顕微鏡画像である。Parts (a) to (f) in FIG. 9 are fluorescence microscope images showing the results of Experimental Example 4.

<第1実施形態>
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

まず、被処理体を修飾する装置(以下「大気圧プラズマジェット装置」ともいう)について説明する。大気圧プラズマジェット装置は、被処理体の表面を官能基によって修飾するものである。例えば、被処理体には、フッ素系樹脂などが挙げられる。また、官能基には、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基などが挙げられる。なお、被処理体及び官能基は、上述した物質に限定されることはない。 First, an apparatus for modifying an object to be processed (hereinafter, also referred to as “atmospheric pressure plasma jet apparatus”) will be described. The atmospheric pressure plasma jet device modifies the surface of the object to be treated with a functional group. For example, examples of the object to be treated include a fluororesin. Moreover, the functional group includes an amino group, a carboxyl group, a hydroxyl group and the like. The object to be treated and the functional group are not limited to the above-mentioned substances.

図1に示されるように、大気圧プラズマジェット装置1は、処理台2と、ガラス管3と、処理ガス供給部4と、修飾ガス供給部6と、プラズマ電圧供給部7と、バイアス電圧供給部8と、制御部9と、を有する。処理ガス供給部4がガラス管3に処理ガスを供給すると、当該処理ガスはプラズマ電圧供給部7から受ける電圧によってプラズマ化する。処理台2にはバイアス電圧供給部8からバイアス電圧が供給されている。処理ガスのプラズマ(以下「処理プラズマ」ともいう)におけるイオンは、プラズマ電圧供給部7とバイアス電圧供給部8との電位差により処理台2に向かって加速されて、最終的に被処理体100の表面に衝突する。さらに、修飾ガス供給部6からガラス管3に修飾ガスを処理ガスに添加して供給すると、当該修飾ガスはプラズマ電圧供給部7から受ける電圧によってプラズマ化する。修飾ガスを添加したプラズマ(以下「修飾プラズマ」ともいう)は、被処理体100の表面まで輸送される。そして、修飾プラズマのラジカルによって被処理体100の表面が所望の官能基に修飾される。以下、大気圧プラズマジェット装置1の詳細な構成について説明する。 As shown in FIG. 1, the atmospheric pressure plasma jet device 1 includes a processing table 2, a glass tube 3, a processing gas supply unit 4, a modified gas supply unit 6, a plasma voltage supply unit 7, and a bias voltage supply. It has a unit 8 and a control unit 9. When the processing gas supply unit 4 supplies the processing gas to the glass tube 3, the processing gas is turned into plasma by the voltage received from the plasma voltage supply unit 7. A bias voltage is supplied to the processing table 2 from the bias voltage supply unit 8. The ions in the plasma of the processing gas (hereinafter, also referred to as “processing plasma”) are accelerated toward the processing table 2 by the potential difference between the plasma voltage supply unit 7 and the bias voltage supply unit 8, and finally the object 100 to be processed. Collide with the surface. Further, when the modified gas is added to the processing gas and supplied from the modified gas supply unit 6 to the glass tube 3, the modified gas is turned into plasma by the voltage received from the plasma voltage supply unit 7. The plasma to which the modified gas is added (hereinafter, also referred to as “modified plasma”) is transported to the surface of the object to be treated 100. Then, the surface of the object to be treated 100 is modified with a desired functional group by the radical of the modified plasma. Hereinafter, the detailed configuration of the atmospheric pressure plasma jet device 1 will be described.

処理台2は、被処理体100を支持するものである。処理台2は、外部コンピュータ制御による可動機構を有しており、大気圧中に配置されている。従って、処理台2は、内部圧力が大気圧に設定された処理容器(不図示)の内部に配置されてもよいし、当該処理容器などに配置されることなく大気圧環境下の室内に配置されてもよい。処理台2の上には、処理空間Pが設定される。また、処理台2には、バイアス電圧供給部8が接続されている。 The processing table 2 supports the object to be processed 100. The processing table 2 has a movable mechanism controlled by an external computer and is arranged in atmospheric pressure. Therefore, the processing table 2 may be arranged inside a processing container (not shown) whose internal pressure is set to atmospheric pressure, or may be arranged indoors in an atmospheric pressure environment without being arranged in the processing container or the like. May be done. A processing space P is set on the processing table 2. Further, a bias voltage supply unit 8 is connected to the processing table 2.

ガラス管3は、処理空間Pに処理プラズマ及び修飾プラズマを輸送する流路を形成するものである。ガラス管3は、例えば石英ガラス製の円筒状の部材であり、下端3aが処理空間P中に位置するように配置される。ガラス管3は、上端3bからプラズマのための種々のガスが提供され、下端3aから処理プラズマ及び修飾プラズマを排出する。修飾処理を行う際には、ガラス管3の下端3aと処理台2との間に被処理体100が配置される。ガラス管3の下端3aは、被処理体100の表面に接触させてもよいし、所定の間隔を設けてもよい。 The glass tube 3 forms a flow path for transporting the processed plasma and the modified plasma into the processing space P. The glass tube 3 is, for example, a cylindrical member made of quartz glass, and is arranged so that the lower end 3a is located in the processing space P. In the glass tube 3, various gases for plasma are provided from the upper end 3b, and the processed plasma and the modified plasma are discharged from the lower end 3a. When performing the modification process, the object to be processed 100 is arranged between the lower end 3a of the glass tube 3 and the processing table 2. The lower end 3a of the glass tube 3 may be brought into contact with the surface of the object to be processed 100, or may be provided at a predetermined interval.

処理ガス供給部4は、処理プラズマのための処理ガスを供給するものである。処理ガスとして、例えばヘリウム或いはアルゴンが挙げられる。処理ガス供給部4は、ガラス管3の上端3bに接続され、処理ガスをガラス管3に供給する。処理ガスの供給開始及び停止は、制御部9の命令に従う。 The processing gas supply unit 4 supplies the processing gas for the processing plasma. Examples of the processing gas include helium and argon. The processing gas supply unit 4 is connected to the upper end 3b of the glass tube 3 and supplies the processing gas to the glass tube 3. The start and stop of the supply of the processing gas is in accordance with the command of the control unit 9.

修飾ガス供給部6は、修飾プラズマのための修飾ガスを供給するものである。修飾ガスとして、例えばアンモニア、酸素や水蒸気などが挙げられる。修飾ガス供給部6は、ガラス管3の上端3bに接続され、修飾ガスをガラス管3に供給する。修飾ガスの供給開始及び停止は、制御部9の命令に従う。 The modified gas supply unit 6 supplies the modified gas for the modified plasma. Examples of the modified gas include ammonia, oxygen and water vapor. The modified gas supply unit 6 is connected to the upper end 3b of the glass tube 3 and supplies the modified gas to the glass tube 3. The start and stop of the supply of the modified gas are in accordance with the command of the control unit 9.

プラズマ電圧供給部7は、処理ガス及び修飾ガスに対して電圧を提供することにより、処理ガス及び処理ガスをプラズマ化するものである。従って、プラズマ電圧供給部7及び処理ガス供給部4は、処理プラズマ供給部を構成する。プラズマ電圧供給部7は、プラズマ電源7aとプラズマ電極7bとを有する。プラズマ電極7bは、ガラス管3の長手方向における下端3aと上端3bとの間に配置され、ガラス管3の内部において上端3bから下端3aに向けて流れる処理ガス及び修飾ガスに対して電圧を提供する。プラズマ電源7aは、制御部9の命令に従い、各プラズマの発生に要する電圧をプラズマ電極7bに提供する。 The plasma voltage supply unit 7 turns the processing gas and the processing gas into plasma by providing a voltage to the processing gas and the modified gas. Therefore, the plasma voltage supply unit 7 and the processing gas supply unit 4 constitute the processing plasma supply unit. The plasma voltage supply unit 7 has a plasma power supply 7a and a plasma electrode 7b. The plasma electrode 7b is arranged between the lower end 3a and the upper end 3b in the longitudinal direction of the glass tube 3 and provides a voltage to the processing gas and the modifying gas flowing from the upper end 3b to the lower end 3a inside the glass tube 3. To do. The plasma power supply 7a provides the plasma electrode 7b with the voltage required to generate each plasma in accordance with the instruction of the control unit 9.

バイアス電圧供給部8は、プラズマ電極7bとの間に電位差を生じさせて、当該電位差によりプラズマ中のイオン及び/またはラジカルを加速させるものである。従って、バイアス電圧供給部8及び修飾ガス供給部6は、修飾プラズマ供給部を構成する。バイアス電圧供給部8は、バイアス電源8aと、バイアス電極8bと、を有する。バイアス電極8bは、処理台2に設けられている。また、処理台2そのものをバイアス電極8bとしてもよい。バイアス電圧供給部8の動作は、制御部9の命令に従う。所定の電位差が発生された処理台2の上の処理空間Pでは、プラズマ中のイオン及び/またはラジカルが処理台2に向かって加速する。このような所定の電圧には、直流電圧や交流電圧が含まれる。交流電圧には、所定の周波数と振幅とを有する正弦波電圧や、矩形波電圧が含まれる。 The bias voltage supply unit 8 creates a potential difference with the plasma electrode 7b, and accelerates ions and / or radicals in the plasma by the potential difference. Therefore, the bias voltage supply unit 8 and the modified gas supply unit 6 constitute a modified plasma supply unit. The bias voltage supply unit 8 includes a bias power supply 8a and a bias electrode 8b. The bias electrode 8b is provided on the processing table 2. Further, the processing table 2 itself may be used as the bias electrode 8b. The operation of the bias voltage supply unit 8 follows the command of the control unit 9. In the processing space P on the processing table 2 where a predetermined potential difference is generated, ions and / or radicals in the plasma accelerate toward the processing table 2. Such a predetermined voltage includes a DC voltage and an AC voltage. The AC voltage includes a sinusoidal voltage having a predetermined frequency and amplitude, and a square wave voltage.

制御部9は、処理ガス供給部4、修飾ガス供給部6、プラズマ電圧供給部7、及びバイアス電圧供給部8といった各要素の動作を制御する。すなわち、制御部9は、これら要素の単体としての動作や、要素間における動作タイミングなどを制御する。制御部9は、例えば、パーソナルコンピュータにおいてプログラムを実行することにより実現される。 The control unit 9 controls the operation of each element such as the processing gas supply unit 4, the modified gas supply unit 6, the plasma voltage supply unit 7, and the bias voltage supply unit 8. That is, the control unit 9 controls the operation of these elements as a single unit, the operation timing between the elements, and the like. The control unit 9 is realized, for example, by executing a program on a personal computer.

次に、上記大気圧プラズマジェット装置1を用いた被処理体100の表面を修飾する方法について、図2を参照しつつ詳細に説明する。 Next, a method of modifying the surface of the object to be processed 100 using the atmospheric pressure plasma jet device 1 will be described in detail with reference to FIG.

まず、大気圧プラズマジェット装置1に被処理体100を配置する(第1工程:工程S1)。被処理体100は、例えば、フッ素系樹脂材料により形成された薄板である。なお、必要に応じて、被処理体100の表面上にマスクを配置してもよい。マスクは、例えば銅板である。マスクを用いた場合には、被処理体100の表面において修飾させる領域を選択することが可能になる。 First, the object to be processed 100 is arranged in the atmospheric pressure plasma jet device 1 (first step: step S1). The object to be treated 100 is, for example, a thin plate formed of a fluorine-based resin material. If necessary, a mask may be placed on the surface of the object to be treated 100. The mask is, for example, a copper plate. When a mask is used, it becomes possible to select a region to be modified on the surface of the object to be treated 100.

次に、処理プラズマの供給を開始する(第2工程:工程S2)。具体的には、始めに制御部9は処理ガス供給部4に命令を与えて、処理ガスの供給を開始させる(工程S2a)。次に、制御部9はプラズマ電圧供給部7に命令を与えて、所定の電圧を処理ガスに供給させる(工程S2b)。この制御により、ガラス管3内の処理ガスがプラズマ化される。 Next, the supply of the processed plasma is started (second step: step S2). Specifically, first, the control unit 9 gives a command to the processing gas supply unit 4 to start the supply of the processing gas (step S2a). Next, the control unit 9 gives a command to the plasma voltage supply unit 7 to supply a predetermined voltage to the processing gas (step S2b). By this control, the processing gas in the glass tube 3 is turned into plasma.

次に、前処理を開始する(第3工程)。前処理とは、被処理体100の表面にダングリングボンドを形成するための処理をいう。具体的には、制御部9は、バイアス電圧供給部8のバイアス電源8aに命令を与えて、バイアス電極8bへの電圧の提供を開始する(工程S3)。この電圧の提供により、プラズマ電極7bとバイアス電極8bとの間に所望の電位差が発生する。例えば、本実施形態の場合には、直流電圧が提供される。この制御により、ガラス管3中に発生させた処理プラズマのイオンが加速されて、ガラス管3の下端から排出され、ガラス管3の下端と処理台2との間に配置されている被処理体100の表面に衝突する。 Next, the pretreatment is started (third step). The pretreatment refers to a treatment for forming a dangling bond on the surface of the object to be treated 100. Specifically, the control unit 9 gives a command to the bias power supply 8a of the bias voltage supply unit 8 to start providing the voltage to the bias electrode 8b (step S3). By providing this voltage, a desired potential difference is generated between the plasma electrode 7b and the bias electrode 8b. For example, in the case of this embodiment, a DC voltage is provided. By this control, the ions of the processed plasma generated in the glass tube 3 are accelerated and discharged from the lower end of the glass tube 3, and the object to be processed is arranged between the lower end of the glass tube 3 and the processing table 2. Collision with 100 surfaces.

ここで、図3の(a)部に示されるように、例えば被処理体100がフッ素系樹脂としてのテフロン(登録商標)である場合、主鎖を構成する炭素に側鎖としてフッ素が結合している。加速された荷電粒子であるイオンは、そもそもの状態において所定のエネルギーを有する。そして、イオンはさらにバイアス電圧によって加速され、被処理体100の表面に衝突する。このイオンの衝突により、テフロン分子の主鎖或いは側鎖の結合が切断される。切断された箇所にダングリングボンドが形成される。 Here, as shown in part (a) of FIG. 3, for example, when the object to be treated 100 is Teflon (registered trademark) as a fluorine-based resin, fluorine is bonded to carbon constituting the main chain as a side chain. ing. Ions, which are accelerated charged particles, have a predetermined energy in the original state. Then, the ions are further accelerated by the bias voltage and collide with the surface of the object to be processed 100. The collision of the ions breaks the bond between the main chain or side chain of the Teflon molecule. A dangling bond is formed at the cut portion.

この第3工程は、予め設定した所定時間だけ継続される。所定時間の経過後には制御部9は、プラズマ電圧の提供を停止する(工程S4)。このプラズマ電圧の提供の停止により、第3工程は終了する。 This third step is continued for a predetermined time set in advance. After the elapse of the predetermined time, the control unit 9 stops providing the plasma voltage (step S4). The third step ends when the provision of the plasma voltage is stopped.

次に、修飾処理を開始する(第4工程)。修飾処理とは、被処理体100の表面に官能基を導入する処理をいう。具体的には、制御部9は、修飾ガス供給部6に命令を与えて、すでに供給されている処理ガスに加えて修飾ガスの供給を開始させる(工程S5)。ここで、修飾ガスはガラス管3の内部においてプラズマ化される。ここでは、バイアス電圧供給部8の提供は停止されているので、修飾プラズマのラジカルがガラス管3の下端3aから放出される。そして、放出されたラジカルは、被処理体100の表面に形成されたダングリングボンドに導入される。ここで、アンモニアを含む修飾ガスを供給すると、当該修飾ガスがプラズマ化してNHおよびNHラジカルが形成される。そして、図3の(b)部に示されるように、当該ラジカルは、第3工程において形成されたダングリングボンドに結合する。この結合によって、図3の(c)部に示されるように、テフロン表面における分子切断部分にアミノ基が修飾される。 Next, the modification process is started (fourth step). The modification treatment refers to a treatment for introducing a functional group onto the surface of the object to be treated 100. Specifically, the control unit 9 gives a command to the modified gas supply unit 6 to start supplying the modified gas in addition to the already supplied processing gas (step S5). Here, the modified gas is turned into plasma inside the glass tube 3. Here, since the provision of the bias voltage supply unit 8 is stopped, the radical of the modified plasma is emitted from the lower end 3a of the glass tube 3. Then, the released radicals are introduced into the dangling bond formed on the surface of the object to be treated 100. Here, when a modified gas containing ammonia is supplied, the modified gas is turned into plasma to form NH and NH 2 radicals. Then, as shown in part (b) of FIG. 3, the radical binds to the dangling bond formed in the third step. This bond modifies the amino group at the molecularly cleaved moiety on the Teflon surface, as shown in part (c) of FIG.

この第4工程は、予め設定した所定時間だけ継続される。所定時間の経過後には制御部9は、修飾ガス供給部6に命令を与えて修飾ガスの供給を停止させる(工程S6)。そして、制御部9は、プラズマ電圧供給部7にも命令を与えて、プラズマ電圧の供給を停止する(工程S8)。以上の1〜第4工程により、被処理体100の表面が修飾される。 This fourth step is continued for a predetermined time set in advance. After the elapse of the predetermined time, the control unit 9 gives a command to the modified gas supply unit 6 to stop the supply of the modified gas (step S6). Then, the control unit 9 also gives a command to the plasma voltage supply unit 7 to stop the supply of the plasma voltage (step S8). The surface of the object to be treated 100 is modified by the above steps 1 to 4.

ところで、フッ素系樹脂のプラズマ処理による表面修飾に関する研究は、長い歴史を有するが、これまで成功した事例の報告はない。最近、プラズマ処理を用いたテフロン系樹脂のゴムやインクジェット方式による金属微粒子の接着性向上に関する報告が行われている。しかし、報告された内容によれば、プラズマ処理による熱的影響に起因する樹脂表面層のアニーリングによって、フッ素系樹脂の表面がアモルファス化していると考えられる。 By the way, research on surface modification of fluororesins by plasma treatment has a long history, but there have been no reports of successful cases so far. Recently, there have been reports on improving the adhesiveness of Teflon-based resin rubber using plasma treatment and metal fine particles by an inkjet method. However, according to the reported contents, it is considered that the surface of the fluororesin is amorphized due to the annealing of the resin surface layer due to the thermal effect of the plasma treatment.

本実施形態に係る被処理体100の表面を修飾する方法及び大気圧プラズマジェット装置1において、フッ素系樹脂のプラズマ修飾における重要なプロセスは、樹脂表面にダングリングボンドを形成することである。本実施形態に係る被処理体100の表面を修飾する方法では、ダングリングボンド形成のため、処理台2に高電圧の負バイアス電圧を提供することによりプラズマ中のイオンを樹脂表面に衝突させる。そして、イオン衝突によるダングリングボンドの形成を行った後に、放電ガスに含まれる各種ラジカルによる官能基の導入を行う。 In the method for modifying the surface of the object to be treated 100 and the atmospheric pressure plasma jet device 1 according to the present embodiment, an important process in plasma modification of the fluororesin is to form a dangling bond on the resin surface. In the method of modifying the surface of the object to be processed 100 according to the present embodiment, ions in the plasma are made to collide with the resin surface by providing a high voltage negative bias voltage to the processing table 2 for forming a dangling bond. Then, after forming a dangling bond by ion collision, functional groups are introduced by various radicals contained in the discharge gas.

具体的には、本実施形態に係る被処理体100の表面を修飾する方法及び大気圧プラズマジェット装置1によれば、第2工程において、処理プラズマを発生させる。大気圧プラズマ中のイオンは、所定のエネルギーを有する。そして、第3工程において、当該エネルギーを有するイオンが加速されて被処理体100に衝突させられる。そうすると、被処理体100に衝突するイオンは、所定の位置エネルギーおよび内部エネルギーに加えて、加速による運動エネルギーを有する。このような十分に高いエネルギーを有するイオンの衝突によれば、被処理体100の処理面において原子間の結合を切断し、ダングリングボンドを形成することが可能になる。そして、第4工程において、形成されたダングリングボンドに修飾プラズマ中のラジカルによって官能基が導入される。従って、化学的な手法によらず、被処理体100の表面を修飾することができる。 Specifically, according to the method of modifying the surface of the object to be treated 100 and the atmospheric pressure plasma jet device 1 according to the present embodiment, the treated plasma is generated in the second step. Ions in atmospheric pressure plasma have a predetermined energy. Then, in the third step, the ions having the energy are accelerated and collide with the object to be processed 100. Then, the ions colliding with the object to be processed 100 have kinetic energy due to acceleration in addition to the predetermined potential energy and internal energy. By the collision of ions having sufficiently high energy, it becomes possible to break the bond between atoms on the treated surface of the object to be treated 100 and form a dangling bond. Then, in the fourth step, a functional group is introduced into the formed dangling bond by radicals in the modified plasma. Therefore, the surface of the object to be treated 100 can be modified regardless of the chemical method.

すなわち、上記実施形態に係る修飾方法及び大気圧プラズマジェット装置1によれば、熱的変性による樹脂表面層のアモルファス化を生じさせることなく、樹脂表面層のみの分子組成を変化させ、化学修飾を行うことが可能である。このため、フッ素系超薄膜やナノ微粒子表面への表面修飾による官能基の導入が可能となるので、それらのナノ構造フッ素系樹脂材料の様々な産業応用が期待される。 That is, according to the modification method and the atmospheric pressure plasma jet device 1 according to the above embodiment, the molecular composition of only the resin surface layer is changed and the chemical modification is performed without causing the resin surface layer to be amorphized by thermal modification. It is possible to do. Therefore, it is possible to introduce functional groups by surface modification to the surface of fluorine-based ultrathin films and nanoparticles, and various industrial applications of these nanostructured fluorine-based resin materials are expected.

また、第4工程は、第3工程が完了した後に行われると共に、第3工程が行われる期間は、第4工程が行われる期間と重複する期間を有しない。これらの工程によれば、第3工程により被処理体100の前処理が行われ、その後、第4工程により官能基の導入が行われる。従って、官能基の導入において前処理中に行われるイオン衝突を生じさせないので、官能基が導入された処理面を好適に保護することができる。 Further, the fourth step is performed after the third step is completed, and the period in which the third step is performed does not overlap with the period in which the fourth step is performed. According to these steps, the pretreatment of the object to be processed 100 is performed by the third step, and then the functional group is introduced by the fourth step. Therefore, since the introduction of the functional group does not cause the ion collision that occurs during the pretreatment, the treated surface into which the functional group has been introduced can be suitably protected.

要するに、本実施形態に係る修飾方法及び大気圧プラズマジェット装置1では、フッ素系樹脂の分子結合を切断するためのイオン衝突プロセスと、官能基を導入するプロセスに時間差を設けることなく、一つのプロセスで表面分子のダングリングボンドの形成と官能基修飾を行う。本実施形態に係る修飾方法及び大気圧プラズマジェット装置1はフッ素樹脂材料表面の局所的な表面の修飾処理も可能である。従って、大面積処理を必要とするマクロな応用から微細加工処理を要するミクロな応用の可能性を示すもので、今後の種々の産業分野での活用が期待される。 In short, in the modification method and the atmospheric pressure plasma jet device 1 according to the present embodiment, one process without providing a time difference between the ion collision process for breaking the molecular bond of the fluororesin and the process for introducing the functional group. Dangling bonds of surface molecules are formed and functional groups are modified. The modification method and the atmospheric pressure plasma jet device 1 according to the present embodiment can also locally modify the surface of the fluororesin material. Therefore, it shows the possibility of micro applications that require microfabrication processing from macro applications that require large area processing, and is expected to be used in various industrial fields in the future.

<第2実施形態>
上記第1実施形態では、第2工程及び第3工程の処理が完了した後(工程S4の後)に、第4工程(工程S5)の処理を開始した。従って、第3工程と第4工程とが互いに重複して行われる期間は有しない。しかし、被処理体100の表面を修飾する方法は、この工程の順に限定されない。例えば、図4に示されるように、第2工程及び第3工程と第4工程とが互いに重複する期間Tを有するように実施されてもよい。すなわち、被処理体100の表面にダングリングボンドを形成しながら、当該ダングリングボンドに官能基を導入させてもよい。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, after the processing of the second step and the third step is completed (after the step S4), the processing of the fourth step (step S5) is started. Therefore, there is no period during which the third step and the fourth step are performed in an overlapping manner. However, the method of modifying the surface of the object to be treated 100 is not limited to the order of this step. For example, as shown in FIG. 4, the second step and the third step and the fourth step may be carried out so as to have a period T in which they overlap each other. That is, a functional group may be introduced into the dangling bond while forming a dangling bond on the surface of the object 100 to be treated.

以下、第2実施形態に係る被処理体100の表面を修飾する方法について具体的に説明する。なお、第2実施形態に係る方法は、処理の順が異なるだけであり、第2実施形態に係る方法に用いる装置は第1実施形態に係る大気圧プラズマジェット装置1と同一である。従って、大気圧プラズマジェット装置1に関する説明は省略する。 Hereinafter, the method of modifying the surface of the object to be treated 100 according to the second embodiment will be specifically described. The method according to the second embodiment differs only in the order of processing, and the apparatus used for the method according to the second embodiment is the same as the atmospheric pressure plasma jet apparatus 1 according to the first embodiment. Therefore, the description of the atmospheric pressure plasma jet device 1 will be omitted.

まず、大気圧プラズマジェット装置1に被処理体100を配置する(工程S1)。次に、制御部9は処理ガス供給部4に命令を与えて、処理ガスの供給を開始させる(工程S2a)。次に、制御部9は、修飾ガス供給部6に命令を与えて、処理ガスの供給を開始させる(工程S5)。次に、制御部9は、プラズマ電圧供給部7に命令を与えて、所定の電圧を処理ガスに供給させる(工程S2b)。この状態にあっては、ガラス管3内において処理プラズマと修飾プラズマとが形成される。そして、制御部9は、バイアス電圧供給部8のバイアス電源8aに命令を与えて、バイアス電圧の提供を開始する(工程S3)。この工程S3を実施することにより、処理プラズマのイオンと修飾プラズマのラジカルとが被処理体100の表面に提供される。処理プラズマのイオンと修飾プラズマのラジカルとがバイアス電圧に起因する電位差によって、被処理体100の表面に輸送される。そして、イオンによるダングリングボンドの形成と、当該ダングリングボンドへの官能基の導入とが並行して進行する。 First, the object to be processed 100 is arranged in the atmospheric pressure plasma jet device 1 (step S1). Next, the control unit 9 gives a command to the processing gas supply unit 4 to start the supply of the processing gas (step S2a). Next, the control unit 9 gives a command to the modified gas supply unit 6 to start the supply of the processing gas (step S5). Next, the control unit 9 gives a command to the plasma voltage supply unit 7 to supply a predetermined voltage to the processing gas (step S2b). In this state, the processed plasma and the modified plasma are formed in the glass tube 3. Then, the control unit 9 gives a command to the bias power supply 8a of the bias voltage supply unit 8 to start providing the bias voltage (step S3). By carrying out this step S3, the ions of the treated plasma and the radicals of the modified plasma are provided on the surface of the object to be treated 100. The ions of the treated plasma and the radicals of the modified plasma are transported to the surface of the object to be processed 100 due to the potential difference caused by the bias voltage. Then, the formation of the dangling bond by ions and the introduction of the functional group into the dangling bond proceed in parallel.

次に、予め設定された所定時間が経過すると、制御部9は、バイアス電圧の提供を停止する(工程S7)と共に、プラズマ電圧の提供を停止する(工程S8)する。次に、制御部9は、処理ガス供給部4に命令を与えて、処理ガスの供給を停止する(工程S4)と共に、修飾ガス供給部6に命令を与えて、修飾ガスの供給を停止する(工程S6)。以上の工程より、被処理体100の表面が修飾される。 Next, when the preset predetermined time elapses, the control unit 9 stops providing the bias voltage (step S7) and stops providing the plasma voltage (step S8). Next, the control unit 9 gives a command to the processing gas supply unit 4 to stop the supply of the processing gas (step S4), and at the same time, gives a command to the modified gas supply unit 6 to stop the supply of the modified gas. (Step S6). From the above steps, the surface of the object to be treated 100 is modified.

すなわち、第2実施形態に係る方法によれば、第4工程は、第2工程及び第3工程が終了する前から開始され、第4工程が行われる期間と重複する期間Tを有している。本実施形態でいう第2工程及び第3工程(工程S20)は、処理ガスの提供を開始する工程(工程S2a)からプラズマ電圧の提供を停止する工程(工程S8)までとしてもよい。また、第4工程(工程S40)は、修飾ガスの提供を開始する工程(工程S5)からプラズマ電圧の提供を停止する工程(工程S8)までとしてもよい。この方法によれば、イオン衝突によってダングリングボンドを形成する処理と、官能基を導入する処理とを並行して行わせることができる。そうすると、形成されたダングリングボンドに速やかに官能基を導入することが可能になる。従って、被処理体100の表面を修飾する処理の効率を高めることができる。 That is, according to the method according to the second embodiment, the fourth step is started before the second step and the third step are completed, and has a period T that overlaps with the period in which the fourth step is performed. .. The second step and the third step (step S20) referred to in the present embodiment may be from a step of starting the provision of the processing gas (step S2a) to a step of stopping the provision of the plasma voltage (step S8). Further, the fourth step (step S40) may be from a step of starting the provision of the modified gas (step S5) to a step of stopping the provision of the plasma voltage (step S8). According to this method, the process of forming a dangling bond by ion collision and the process of introducing a functional group can be performed in parallel. Then, the functional group can be quickly introduced into the formed dangling bond. Therefore, the efficiency of the treatment for modifying the surface of the object to be treated 100 can be increased.

なお、第2実施形態に係る方法は、上記の処理順に限定されることはない。要するに、処理プラズマと修飾プラズマとが同時に被処理体100へ提供されている期間を有していればよく、各ガスの供給を開始及び停止するタイミング、各電圧の供給を開始及び停止するタイミングなどは期間Tが形成される態様において変更してもよい。 The method according to the second embodiment is not limited to the above processing order. In short, it suffices that the processed plasma and the modified plasma have a period of being provided to the object 100 at the same time, and the timing of starting and stopping the supply of each gas, the timing of starting and stopping the supply of each voltage, and the like. May be modified in the manner in which the period T is formed.

本実施形態に係る方法と装置とを利用して被処理体100に各種官能基を修飾する実験を行った。以下、実験例1〜3の結果について説明する。 An experiment was conducted in which various functional groups were modified in the object to be treated 100 by using the method and the apparatus according to the present embodiment. The results of Experimental Examples 1 to 3 will be described below.

<実験例1>
実験例1では、被処理体100としてテフロン表面を有するフッ素系樹脂の板材に、官能基であるアミノ基を修飾させた。
<Experimental example 1>
In Experimental Example 1, a fluororesin plate having a Teflon surface as the object to be treated 100 was modified with an amino group as a functional group.

実験例1で用いた大気圧プラズマジェット装置1は、石英ガラス管3の内径が3mmであり、プラズマ電極7bとして当該ガラス管3に銅テープを巻きつけた。この大気圧プラズマジェット装置1では、上流側を接地電極とし、下流側をH.V電極とした二電極構造とした。ガラス管3の先端には、内径が700マイクロメートルのキャピラリを取り付けた。被処理体100の処理面上には、銅フィルムであるマスクを配置した。マスクは、直径が100マイクロメートルである円形の穴を複数有するものとした。詳細な実験条件を以下に示す。
パルス電圧(プラズマ電圧供給部)・・・・・・±8kV
周波数(プラズマ電圧供給部)・・・・・・・・5kHz
デューティー比(プラズマ電圧供給部)・・・・50%
バイアス電圧(バイアス電圧供給部)・・・・・−500V(矩形波)
バイアス周波数(バイアス電圧供給部)・・・・2.5Hz
キャピラリ内径・・・・・・・・・・・・・・700μm
処理ガス種・・・・・・・・・・・・・・・・ヘリウム(He)
処理ガス流量・・・・・・・・・・・・・・・700sccm
修飾ガス種・・・・・・・・・・・・・・・・アンモニア(NH
修飾ガス流量・・・・・・・・・・・・・・・10sccm
キャピラリ下端から被処理体までの距離・・・600μm
処理時間・・・・・・・・・・・・・・・・・6分
In the atmospheric pressure plasma jet device 1 used in Experimental Example 1, the inner diameter of the quartz glass tube 3 was 3 mm, and a copper tape was wound around the glass tube 3 as the plasma electrode 7b. In this atmospheric pressure plasma jet device 1, the upstream side is a ground electrode, and the downstream side is H.I. It has a two-electrode structure with V electrodes. A capillary having an inner diameter of 700 micrometers was attached to the tip of the glass tube 3. A mask, which is a copper film, was placed on the treated surface of the object to be treated 100. The mask was assumed to have a plurality of circular holes having a diameter of 100 micrometers. Detailed experimental conditions are shown below.
Pulse voltage (plasma voltage supply unit) ・ ・ ・ ・ ・ ± 8kV
Frequency (plasma voltage supply unit) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 5kHz
Duty ratio (plasma voltage supply unit) ... 50%
Bias voltage (bias voltage supply unit) -500V (square wave)
Bias frequency (bias voltage supply unit) ・ ・ ・ 2.5Hz
Capillary inner diameter ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700 μm
Processing gas type: Helium (He)
Processing gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700sccm
Modified gas type: Ammonia (NH 3 )
Modified gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 10sccm
Distance from the lower end of the capillary to the object to be processed: 600 μm
Processing time: 6 minutes

処理後の被処理体100における官能基修飾の確認については、蛍光色素を用いた化学誘導体化法を用い、蛍光顕微鏡を利用して処理後の表面を観察した。なお、実験例1では、蛍光色素としてAlexa fluor 488 5-SDPesterを用いた。図5は、処理後の表面を撮像した蛍光顕微鏡画像である。図5の画像において、灰色の円形部分が修飾がなされた領域を示す。図5によれば、アミノ基のパターニング処理が確認され、フッ素系樹脂表面において空間的に制御されたアミノ基による修飾が可能であることが示された。 For confirmation of the functional group modification in the object to be treated 100 after the treatment, a chemical derivatization method using a fluorescent dye was used, and the surface after the treatment was observed using a fluorescence microscope. In Experimental Example 1, Alexa fluor 488 5-SD Pester was used as the fluorescent dye. FIG. 5 is a fluorescence microscope image of the treated surface. In the image of FIG. 5, the gray circular portion indicates the modified region. According to FIG. 5, the patterning treatment of amino groups was confirmed, and it was shown that the surface of the fluororesin can be modified with spatially controlled amino groups.

<実験例2>
実験例2では、被処理体100としてテフロン表面を有するフッ素系樹脂の板材に、官能基であるカルボキシル基を修飾させた。大気圧プラズマジェット装置1の詳細は、実験例1と同様である。その他、詳細な実験条件を以下に示す。
パルス電圧(プラズマ電圧供給部)・・・±8kV
周波数(プラズマ電圧供給部)・・・・・5kHz
デューティー比(プラズマ電圧供給部)・・50%
バイアス電圧(バイアス電圧供給部)・・前処理:−500V(直流)、後処理:0V
バイアス周波数(バイアス電圧供給部)・直流
キャピラリ内径・・・・・・・・・・・700μm
処理ガス種・・・・・・・・・・・・・ヘリウム(He)
処理ガス流量・・・・・・・・・・・・700sccm
修飾ガス種・・・・・・・・・・・・・酸素(O
修飾ガス流量・・・・・・・・・・・・5sccm
キャピラリ下端から被処理体までの距離・0μm(接触状態)
処理時間・・・・・・・・・・・・・・前処理:3分、後処理:3分
<Experimental example 2>
In Experimental Example 2, a fluororesin plate having a Teflon surface as the object to be treated 100 was modified with a carboxyl group as a functional group. The details of the atmospheric pressure plasma jet device 1 are the same as those of Experimental Example 1. Other detailed experimental conditions are shown below.
Pulse voltage (plasma voltage supply unit) ・ ・ ・ ± 8kV
Frequency (plasma voltage supply unit): 5 kHz
Duty ratio (plasma voltage supply unit) ... 50%
Bias voltage (bias voltage supply unit) ... Pre-processing: -500V (DC), Post-processing: 0V
Bias frequency (bias voltage supply unit) / DC capillary inner diameter: 700 μm
Processing gas type ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Helium (He)
Processing gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700sccm
Modified gas type ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Oxygen (O 2 )
Modified gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 5sccm
Distance from the lower end of the capillary to the object to be processed ・ 0 μm (contact state)
Processing time ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Pre-processing: 3 minutes, post-processing: 3 minutes

処理後の被処理体100における官能基修飾の確認については、蛍光色素を用いた化学誘導体化法を用い、蛍光顕微鏡を利用して処理後の表面を観察した。なお、実験例2では、蛍光色素として、Alexa fluor 594 cadaverinceを用いた。図6は、処理後の表面を撮像した蛍光顕微鏡画像である。図6の画像において、灰色の部分が修飾がなされた領域を示す。図6によれば、カルボキシル基のパターニング処理が確認され、フッ素系樹脂表面において空間的に制御されたカルボキシル基による修飾が可能であることが示された。 For confirmation of the functional group modification in the object to be treated 100 after the treatment, a chemical derivatization method using a fluorescent dye was used, and the surface after the treatment was observed using a fluorescence microscope. In Experimental Example 2, Alexa fluor 594 cadaverince was used as the fluorescent dye. FIG. 6 is a fluorescence microscope image of the treated surface. In the image of FIG. 6, the gray portion indicates the modified region. According to FIG. 6, the patterning treatment of the carboxyl group was confirmed, and it was shown that the surface of the fluororesin can be modified by the spatially controlled carboxyl group.

<参考例1>
実験例2の結果と比較するため、参考例1の実験を行った。大気圧プラズマジェット装置1の詳細は、実験例1と同様である。その他、詳細な実験条件を以下に示す。
パルス電圧(プラズマ電圧供給部)・・・±8kV
周波数(プラズマ電圧供給部)・・・・・5kHz
デューティー比(プラズマ電圧供給部)・50%
バイアス電圧(バイアス電圧供給部)・・−500V(交流)
バイアス周波数(バイアス電圧供給部)・2.5Hz
キャピラリ内径・・・・・・・・・・・700μm
処理ガス種・・・・・・・・・・・・・ヘリウム(He)
処理ガス流量・・・・・・・・・・・・700sccm
修飾ガス種・・・・・・・・・・・・・酸素(O
修飾ガス流量・・・・・・・・・・・・5sccm
キャピラリ下端から被処理体までの距離・0μm(接触状態)
処理時間・・・・・・・・・・・・・・前処理:6分、後処理:0分(なし)
<Reference example 1>
In order to compare with the result of Experimental Example 2, the experiment of Reference Example 1 was carried out. The details of the atmospheric pressure plasma jet device 1 are the same as those of Experimental Example 1. Other detailed experimental conditions are shown below.
Pulse voltage (plasma voltage supply unit) ・ ・ ・ ± 8kV
Frequency (plasma voltage supply unit): 5 kHz
Duty ratio (plasma voltage supply unit) 50%
Bias voltage (bias voltage supply unit) -500V (AC)
Bias frequency (bias voltage supply unit) 2.5Hz
Capillary inner diameter: 700 μm
Processing gas type ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Helium (He)
Processing gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700sccm
Modified gas type ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Oxygen (O 2 )
Modified gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 5sccm
Distance from the lower end of the capillary to the object to be processed ・ 0 μm (contact state)
Processing time ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Pre-processing: 6 minutes, post-processing: 0 minutes (none)

図6は、処理後の表面を撮像した蛍光顕微鏡画像である。図7の画像において、灰色の部分が修飾がなされた領域を示す。図7によれば、図6において確認されたカルボキシル基のパターニング処理がなされた領域が確認されなかった。 FIG. 6 is a fluorescence microscope image of the treated surface. In the image of FIG. 7, the gray portion indicates the modified region. According to FIG. 7, the region where the patterning treatment of the carboxyl group confirmed in FIG. 6 was performed was not confirmed.

<実験例3>
実験例3では、前処理(第3工程)及び修飾処理(第4工程)の時間と、修飾の状態との関係を確認した。大気圧プラズマジェット装置1の詳細は、実験例1と同様である。その他、詳細な実験条件を以下に示す。
パルス電圧(プラズマ電圧供給部)・・・・±8kV
周波数(プラズマ電圧供給部)・・・・・・5kHz
デューティー比(プラズマ電圧供給部)・・50%
キャピラリ内径・・・・・・・・・・・・700μm
キャピラリ下端から被処理体までの距離・0μm
処理時間 ・・・・・・・・・・・・・・・3分
・前処理
バイアス電圧・・・・・・・・・・・・−500V
バイアス周波数・・・・・・・・・・・直流
処理ガス種・・・・・・・・・・・・・ヘリウム(He)
処理ガス流量・・・・・・・・・・・・700sccm
・後処理
修飾ガス種・・・・・・・・・・・・・ヘリウム(He)、酸素(O)の混合ガス
修飾ガス流量・・・・・・・・・・・・ヘリウム700sccm、酸素10sccm
<Experimental example 3>
In Experimental Example 3, the relationship between the time of the pretreatment (third step) and the modification treatment (fourth step) and the state of modification was confirmed. The details of the atmospheric pressure plasma jet device 1 are the same as those of Experimental Example 1. Other detailed experimental conditions are shown below.
Pulse voltage (plasma voltage supply unit) ... ± 8 kV
Frequency (plasma voltage supply unit) ・ ・ ・ ・ ・ ・ 5kHz
Duty ratio (plasma voltage supply unit) ... 50%
Capillary inner diameter ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700 μm
Distance from the lower end of the capillary to the object to be processed ・ 0 μm
Processing time ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 3 minutes ・ Preprocessing Bias voltage ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ -500V
Bias frequency ································································
Processing gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700sccm
・ Post-treatment Modified gas type ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Helium (He), oxygen (O 2 ) mixed gas Modified gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Helium 700sccm, Oxygen 10 sccm

図8の(a)部は、前処理を0.1秒間行い、修飾処理を179.9秒間行った場合の蛍光顕微鏡画像である。図8の(b)部は、前処理を1秒間行い、修飾処理を179秒間行った場合の蛍光顕微鏡画像である。図8の(c)部は、前処理を5秒間行い、修飾処理を175秒間行った場合の蛍光顕微鏡画像である。図8の(d)部は、前処理を10秒間行い、修飾処理を170秒間行った場合の蛍光顕微鏡画像である。図8の(e)部は、前処理を20秒間行い、修飾処理を160秒間行った場合の蛍光顕微鏡画像である。図8の(f)部は、前処理を30秒間行い、修飾処理を150秒間行った場合の蛍光顕微鏡画像である。図8の(a)部〜(f)部の画像において、灰色の部分は修飾がなされた領域を示す。 Part (a) of FIG. 8 is a fluorescence microscope image when the pretreatment is performed for 0.1 seconds and the modification treatment is performed for 179.9 seconds. Part (b) of FIG. 8 is a fluorescence microscope image when the pretreatment is performed for 1 second and the modification treatment is performed for 179 seconds. Part (c) of FIG. 8 is a fluorescence microscope image when the pretreatment is performed for 5 seconds and the modification treatment is performed for 175 seconds. Part (d) of FIG. 8 is a fluorescence microscope image when the pretreatment is performed for 10 seconds and the modification treatment is performed for 170 seconds. Part (e) of FIG. 8 is a fluorescence microscope image when the pretreatment is performed for 20 seconds and the modification treatment is performed for 160 seconds. Part (f) of FIG. 8 is a fluorescence microscope image when the pretreatment is performed for 30 seconds and the modification treatment is performed for 150 seconds. In the images of parts (a) to (f) of FIG. 8, the gray part indicates the modified region.

図8の(a)部〜(d)部によれば、前処理の時間によって修飾の状態に差異が生じることが分かった。具体的には、前処理の時間が短い場合(例えば図8の(a)部〜(c)部)は、充分な修飾が得られなかった。一方、前処理の時間が長い場合(例えば図8の(f)部)には、修飾された領域がマスクの孔径よりも小さくなっていた。従って、前処理の時間には適切な範囲があることが示唆され、実験例3の条件においては前処理を20秒行うことが最もよい条件であることがわかった。 According to the parts (a) to (d) of FIG. 8, it was found that the modification state differs depending on the pretreatment time. Specifically, when the pretreatment time was short (for example, parts (a) to (c) of FIG. 8), sufficient modification could not be obtained. On the other hand, when the pretreatment time was long (for example, part (f) in FIG. 8), the modified region was smaller than the pore diameter of the mask. Therefore, it was suggested that the pretreatment time had an appropriate range, and it was found that under the conditions of Experimental Example 3, the pretreatment for 20 seconds was the best condition.

<実験例4>
実験例4では、前処理(第3工程)におけるバイアス電圧と、修飾の状態との関係を確認した。大気圧プラズマジェット装置1の詳細は、実験例1と同様である。その他、詳細な実験条件を以下に示す。
パルス電圧(プラズマ電圧供給部)・・・・±8kV
周波数(プラズマ電圧供給部)・・・・・・5kHz
デューティー比(プラズマ電圧供給部)・・50%
キャピラリ内径・・・・・・・・・・・・700μm
キャピラリ下端から被処理体までの距離・0μm
処理時間 ・・・・・・・・・・・・・・・6分
・前処理
バイアス電圧・・・・・・・・・・・・−300V、−400V、−500V、−600V、−700V、−800V
バイアス周波数・・・・・・・・直流
処理ガス種・・・・・・・・・・ヘリウム(He)
処理ガス流量・・・・・・・・・700sccm
前処理時間・・・・・・・・・・10秒
・後処理
修飾ガス種・・・・・・・・・・ヘリウム(He)、アンモニア(NH)の混合ガス
修飾ガス流量・・・・・・・・ヘリウム700sccm、酸素10sccm
後処理時間・・・・・・・・・・170秒
<Experimental Example 4>
In Experimental Example 4, the relationship between the bias voltage in the pretreatment (third step) and the modified state was confirmed. The details of the atmospheric pressure plasma jet device 1 are the same as those of Experimental Example 1. Other detailed experimental conditions are shown below.
Pulse voltage (plasma voltage supply unit) ... ± 8 kV
Frequency (plasma voltage supply unit) ・ ・ ・ ・ ・ ・ 5kHz
Duty ratio (plasma voltage supply unit) ... 50%
Capillary inner diameter ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700 μm
Distance from the lower end of the capillary to the object to be processed ・ 0 μm
Processing time ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 6 minutes ・ Preprocessing Bias voltage ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ -300V, -400V, -500V, -600V, -700V , -800V
Bias frequency ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ DC processing gas type ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Helium (He)
Processing gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 700sccm
Pretreatment time ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 10 seconds ・ Posttreatment Modified gas type ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Mixed gas of helium (He) and ammonia (NH 3) Modified gas flow rate ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ Helium 700sccm, oxygen 10sccm
Post-processing time: 170 seconds

図9の(a)部は、バイアス電圧を−300Vとした場合の蛍光顕微鏡画像である。図9の(b)部は、バイアス電圧を−400Vとした場合の蛍光顕微鏡画像である。図9の(c)部は、バイアス電圧を−500Vとした場合の蛍光顕微鏡画像である。図9の(d)部は、バイアス電圧を−600Vとした場合の蛍光顕微鏡画像である。図9の(e)部は、バイアス電圧を−700Vとした場合の蛍光顕微鏡画像である。図9の(f)部は、バイアス電圧を−800Vとした場合の蛍光顕微鏡画像である。図9の(a)部〜(f)部の画像において、灰色の部分は修飾がなされた領域を示す。 Part (a) of FIG. 9 is a fluorescence microscope image when the bias voltage is −300 V. Part (b) of FIG. 9 is a fluorescence microscope image when the bias voltage is −400 V. Part (c) of FIG. 9 is a fluorescence microscope image when the bias voltage is −500 V. Part (d) of FIG. 9 is a fluorescence microscope image when the bias voltage is −600 V. Part (e) of FIG. 9 is a fluorescence microscope image when the bias voltage is −700 V. Part (f) of FIG. 9 is a fluorescence microscope image when the bias voltage is −800 V. In the images of parts (a) to (f) of FIG. 9, the gray part indicates the modified region.

図9の(a)部〜(d)部によれば、前処理におけるバイアス電圧によって修飾の状態に差異が生じることがわかった。具体的には、バイアス電圧が−400V以上であるとき(図9の(b)部〜(f)部)に、修飾の効果が得られることがわかった。特に、バイアス電圧が−500Vであるときに均一な修飾の状態を確認することができた。従って、前処理におけるバイアス電圧には適切な範囲があることが示唆され、実験例4の条件においてはバイアス電圧を−500Vとする条件が最もよい条件であることがわかった。 According to the parts (a) to (d) of FIG. 9, it was found that the modification state differs depending on the bias voltage in the pretreatment. Specifically, it was found that the effect of modification can be obtained when the bias voltage is −400 V or more (parts (b) to (f) in FIG. 9). In particular, when the bias voltage was −500 V, a uniform modification state could be confirmed. Therefore, it was suggested that the bias voltage in the pretreatment had an appropriate range, and it was found that the condition of the bias voltage of −500 V was the best condition under the condition of Experimental Example 4.

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail above based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof.

上記実施形態では、前処理(第3工程)を開始した後に、修飾処理(第4工程)を開始した。しかし、これらの処理を開始するタイミングは、上記の順に限定されることはない。例えば、前処理(第3工程)を開始するタイミングと修飾処理(第4工程)を開始するタイミングが同時であってもよい。 In the above embodiment, the modification treatment (fourth step) is started after the pretreatment (third step) is started. However, the timing for starting these processes is not limited to the above order. For example, the timing of starting the pretreatment (third step) and the timing of starting the modification treatment (fourth step) may be the same.

1…大気圧プラズマジェット装置、2…処理台、3…ガラス管、4…処理ガス供給部、6…修飾ガス供給部、7…プラズマ電圧供給部、7a…プラズマ電源、7b…プラズマ電極、8…バイアス電圧供給部、8a…バイアス電源、8b…バイアス電極、9…制御部、100…被処理体、P…処理空間。 1 ... atmospheric pressure plasma jet device, 2 ... processing table, 3 ... glass tube, 4 ... processing gas supply unit, 6 ... modified gas supply unit, 7 ... plasma voltage supply unit, 7a ... plasma power supply, 7b ... plasma electrode, 8 ... Bias voltage supply unit, 8a ... Bias power supply, 8b ... Bias electrode, 9 ... Control unit, 100 ... Object to be processed, P ... Processing space.

Claims (5)

被処理体を大気圧環境に設定された処理台上の処理空間に配置する第1工程と、
前記処理空間に提供される処理ガスの処理プラズマを発生させる第2工程と、
前記処理台に電圧を供給することにより、前記処理プラズマ中のイオンを前記処理台の方向へ加速させると共に加速された前記イオンを前記被処理体の処理面に衝突させる第3工程と、
前記被処理体を修飾する官能基のための修飾ガスの修飾プラズマを前記処理空間に供給する第4工程と、を有し、
前記第4工程は、前記第2工程及び前記第3工程が完了した後に行われる、被処理体を修飾する方法。
The first step of arranging the object to be processed in the processing space on the processing table set in the atmospheric pressure environment, and
The second step of generating the processing plasma of the processing gas provided in the processing space, and
A third step of accelerating the ions in the processing plasma toward the processing table and causing the accelerated ions to collide with the processing surface of the object to be processed by supplying a voltage to the processing table.
Have a, a fourth step of supplying a modified plasma modification gas into the processing space for functional groups that modify the object to be processed,
The fourth step is a method of modifying an object to be processed, which is performed after the second step and the third step are completed.
前記被処理体は、フッ素系樹脂材料を含む、請求項1に記載の被処理体を修飾する方法。 The method for modifying an object to be treated according to claim 1, wherein the object to be processed contains a fluororesin material. 前記処理ガスは、ヘリウムを含むガスであり、
前記修飾ガスは、アンモニアを含むガスであり、
前記第3工程では、前記処理台に直流電圧または矩形波電圧を供給する、請求項1又は2に記載の被処理体を修飾する方法。
The processing gas is a gas containing helium.
The modified gas is a gas containing ammonia, and the modified gas is a gas containing ammonia.
The method for modifying an object to be processed according to claim 1 or 2 , wherein in the third step, a DC voltage or a square wave voltage is supplied to the processing table.
前記処理ガスは、ヘリウムを含むガスであり、
前記修飾ガスは、酸素を含むガスであり、
前記第3工程では、前記処理台に直流電圧を供給する、請求項1〜の何れか一項に記載の被処理体を修飾する方法。
The processing gas is a gas containing helium.
The modified gas is a gas containing oxygen and
The method for modifying an object to be processed according to any one of claims 1 to 3 , wherein in the third step, a DC voltage is supplied to the processing table.
大気圧環境に設けられると共に被処理体が配置される処理台と、
前記処理台上に設定される処理空間に提供される処理ガスの処理プラズマを供給する処理プラズマ供給部と、
前記プラズマ中のイオンを前記処理台の方向へ加速させると共に加速された前記イオンを前記被処理体の処理面に衝突させるために、前記処理台に電圧を供給するバイアス電圧供給部と、
前記被処理体を修飾する官能基のための修飾ガスのプラズマを前記処理空間に供給する修飾プラズマ供給部と、を備え、
前記修飾プラズマ供給部は、前記処理プラズマ供給部による前記処理プラズマを発生させる動作と、前記バイアス電圧供給部による前記処理プラズマ中のイオンを前記処理台の方向へ加速させると共に加速された前記イオンを前記被処理体の処理面に衝突させる動作とが完了した後に、前記被処理体を修飾する官能基のための修飾ガスの修飾プラズマを前記処理空間に供給する動作を行う、被処理体を修飾する装置。
A processing table that is installed in an atmospheric pressure environment and where the object to be processed is placed,
A processing plasma supply unit that supplies the processing plasma of the processing gas provided in the processing space set on the processing table, and
A bias voltage supply unit that supplies a voltage to the processing table in order to accelerate the ions in the plasma toward the processing table and cause the accelerated ions to collide with the processing surface of the object to be processed.
A modified plasma supply unit that supplies a plasma of a modified gas for a functional group that modifies the object to be processed to the processing space is provided.
The modified plasma supply unit accelerates the operation of generating the processing plasma by the processing plasma supply unit and the ions in the processing plasma by the bias voltage supply unit toward the processing table, and accelerates the ions. After the operation of colliding with the treated surface of the object to be processed is completed, the operation of supplying the modified plasma of the modified gas for the functional group that modifies the object to be processed to the processing space is performed to modify the object to be processed. Equipment to do.
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