(57)【要約】      （修正有）【課題】  スパッタリング装置により、透明かつガス気密コーティングを合成材料の基板上に付着することの問題を解決しかつ同じスパッタリング装置を用いて反射バリヤ層を形成することにある。【解決手段】  ガス不透過層、より詳しくはガス不透過合成材料基板のコーティングの製造装置および方法に関する。装置または方法の使用により、単一のスパッタリング装置を用いて、光不透過層だけでなく、光不透過ガス遮断層をも形成できる。第１のガス供給源（例えばアルゴン）から第２のガス供給源（例えばアルゴン、酸素および窒素）への切換えまたはこれとは逆の切換えを簡単に行なうことができる。【選択図】  図１
2006045658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス不透過層の製造、より詳しくはガス不透過合成材料基板のコーティングを行なう装置において、
ａ）アルミニウムの少なくとも１つのターゲット（３１、３２）を備えた真空スパッタリングチャンバ（３０）と、
ｂ）遮断できる少なくとも１つのガス入口ライン（４３〜４５）を介して真空スパッタリングチャンバ（３０）に連結された少なくと２つのガス容器（３７、３８）とを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
第１のガス容器（３７）がアルゴンを収容し、第２のガス容器（３８または３９）が空気を収容していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
３つのガス容器（３７、３８、３９）が設けられており、第１のガス容器（３７）はアルゴンを収容し、第２のガス容器（３８）は酸素を収容し、かつ第３のガス容器（３９）は窒素を収容していることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
２つまたは３つのガス入口ライン（４３〜４５）の全部が開かれることを特徴とする請求項１、２または３のいずれか1項記載の装置。
【請求項５】
アルゴンのガス入口ライン（４３）のみが開かれることを特徴とする請求項１、２または３のいずれか1項記載の装置。
【請求項６】
切換え装置（４０〜４２）が設けられており、該切換え装置により、アルゴンの供給と、アルゴン、酸素および窒素の供給とを切換えることができることを特徴とする請求項４および５記載の装置。
【請求項７】
前記合成材料基板は中空本体（５）であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
ａ）真空チャンバ内にアルミニウムターゲットを設ける段階と、
ｂ）真空チャンバ内に、スパッタリングガスとしてアルゴンを導入し、かつ反応ガスとして酸素および窒素を導入する段階と、
ｃ）アルミニウムターゲットをスパッタリングする段階とを有することを特徴とするガス不透過層の製造方法。
【請求項９】
ａ）真空チャンバ内にアルミニウムターゲットを設ける段階と、
ｂ）スパッタリングガスとしてアルゴンを真空チャンバ内に導入する段階と、
ｃ）アルミニウムターゲットをスパッタリングする段階とを有することを特徴とするガス不透過層の製造方法。
【請求項１０】
反応ガスとして空気を真空チャンバ内に導入する段階を有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
スパッタリング工程の作動パラメータは、ＡｌＯｘＮｙ（ここで、０＜ｘ＜０．６および０＜ｙ＜０．５）の透明ガス不透過コーティングが形成されるように設定されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
スパッタリング工程の作動パラメータは、Ａｌの不透明コーティングが形成されるように設定されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記ＡｌＯｘＮｙ層は１〜１００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記ＡｌＯｘＮｙ層はポリマー層間に埋入されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか1項記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリマー層は０．２〜１．５μｍの厚さを有するアクリレート層であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記反応ガスは、約６５〜９０％の窒素および約１０〜３５％の酸素を含有していることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１７】
前記反応ガスは５０％以上の窒素を含有していることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１８】
前記ポリマー層は、０．２〜１．５μｍの厚さのカチオン重合可能材料からなることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
ガス遮断コーティングがＡｌＯｘＮｙ（ここで、０＜ｘ＜０．６および０＜ｙ＜０．５）からなる少なくとも1つの層を含有していることを特徴とするガス不透過壁を備えた中空本体のガス遮蔽コーティング。
【請求項２０】
ガス遮断コーティングがＡｌからなる少なくとも1つの層を有することを特徴とするガス不透過壁を備えた中空本体のガス遮蔽コーティング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１および８の前提部に記載の透明なガス不透過コーティングの製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、合成材料からなる容器は完全な気密性を有するものではなく、このことは、炭酸が拡散により容器から徐々に逃散する限り、ガス含有飲料容器（例えば、炭酸を含有するレモネード缶またはビール缶）に否定的な効果を及ぼす。なぜならば、容器内の二酸化炭素濃度は容器外部の二酸化炭素濃度より高いからである。例えば、ＰＥＴボトル（ＰＥＴは、ポリエチレンテレフタレート）に専ら二酸化炭素のみを充填するものとすると、ボトル内外のガス混合物の濃度が同じになったときにのみ、拡散プロセスが停止する。ボトルから二酸化炭素が逃散するだけではなく、酸素および窒素がボトル内に拡散するので、充分な時間が経過すると、ボトルには、大気中に含まれているガス混合物と同じガス混合物が充填されることになる。ボトルを過大ＣＯ２圧力で充填する場合には、プロセスの終了時にはボトルの圧力が低下して外部空気圧力がボトルを押しつぶすことになる。炭酸または水蒸気の逃散および酸素の侵入を防止するために合成ボトルにはガスバリヤが設けられる。
【０００３】
しかしながら、ガスバリヤは、コーティングされた容器が膨張または収縮すると、しばしばクラックを起こすという欠点がある。
【０００４】
合成材の物体にアクリレート層が直接付着される合成体用の層システムは既知である。このアクリレート層にはガス不透過材料の層が付着され、該ガス不透過層には更にアクリレート層が付着される（下記特許文献１参照）。ガス不透過材料が埋め込まれた２つのアクリレート層を使用することにより、コーティング全体がある弾性を有するものとなる。ガス不透過金属として、酸化ケイ素、酸化アルミニウムまたは金属が使用されている。
【０００５】
しかしながら、この場合の欠点は、ガス不透過層が比較的厚くなる上、金属を含む場合には不透明で比較的弾性に欠けるものとなってしまうことである。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，２３１，９３９号明細書
【特許文献２】欧州特許出願第０４ ０１２ １６５．９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、スパッタリング装置により透明かつガス気密コーティングを合成材料の基板上に付着することの問題を解決しかつ同じスパッタリング装置を用いて反射バリヤ層を形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題は、特許請求の範囲の請求項１および８に記載の特徴により解決される。
【０００９】
従って本発明は、ガス不透過層の製造装置および方法、より詳しくはガス不透過合成基板のコーティング装置および方法に関する。本発明の装置または方法の使用により、単一のスパッタリング装置を用いて光透過層並びに光不透過ガス遮断層を形成することが可能になる。本発明の方法では、第１のガス供給源（例えばアルゴン）から第２のガス供給源（例えばアルゴン、酸素および窒素）への切換え、またはこの逆の切換えが簡単に行なえる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により達成される長所は、より詳しくは、スパッタリング材料としてアルミニウムを用いることにより、同じスパッタリング装置を用いて透明なバリヤ層並びに不透明なバリヤ層を形成できる。また、バリヤ層として酸窒化アルミニウムを使用することにより、コーティングされた基板のリサイクルが可能になる。また、コーティングされた基板は低温殺菌処理に耐えることができる。そのうえ、コーティングは弾性を有し、ＰＥＴボトルのホットボトリング中の収縮プロセスに確実に耐えることができ、並びにクラックが生じないように圧力を加えてボトルを確実に膨張させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付図面には本発明の一実施形態が示されており、この実施形態を以下に詳細に説明する。
【００１２】
図１は、コーティングが設けられた基板１の断面図である。この基板１は、例えばＰＥＴボトルの壁の一部である。この基板１上には厚さ０．２〜１．５μｍのポリマー層（例えばアクリレート層）２が蒸着され、ポリマー層２上には厚さ１〜１００ｎｍの酸窒化アルミニウム層３が蒸着されている。このＡｌＯｘＮｙ層３上には更に、厚さ０．２〜１．５μｍの厚さのポリマー層４が設けられ、このポリマー層４もアクリレートで形成できる。
【００１３】
図２は合成ボトル５を示し、このボトル５は、飲料を入れる容器６と、カラー７と、蓋８とからなる。容器６およびカラー７は例えばＰＥＴからなり、透明である。この透明合成ボトル５をガス拡散に対して確実なものとするため、容器６の全体または一部にコーティング９が付着される。このコーティング９は、図２では容器６の外面にのみ示されており、層２、３、４の厚さの合計を表す厚さａを有している。
【００１４】
この目的は、コーティング９を任意に半透明または不透明にすることである。ＡｌＯｘＮｙの層は半透明であるが、Ａｌの層は不透明である。
【００１５】
図３は、合成ボトルを任意にバリヤ層としての酸窒化アルミニウムまたはアルミニウムでコーティングする装置を概略的に示す。この実施形態では、真空コーティングチャンバ３０は、その両側の各々に、少なくとも１つのマグネトロンカソード３１、３２を有している。１つのカソードではなく、各側に幾つかのカソードを連続的に配置することもできる。カソードにはアルミニウムターゲットが設けられている。カソード３１、３２の間には、さらに隔壁３５を設けることもできる。真空コーティングチャンバ３０への入口にはインターロックチャンバ３３が配置されており、このインターロックチャンバ３３は、環状に配置された幾つかの受入れチャンバ３４、１１〜１４を有している。このインターロックチャンバ３３は、矢印１５で示すように時計回り方向に回転する。インターロックチャンバ３３の入口１６は大気圧にある。ここでは、未コーティング合成ボトル１７、１８、１９がリニアコンベア装置（図示せず）上に置かれており、リニアコンベア装置の後には環状コンベア装置が続いている。コンベア装置上に置かれたボトルは、コンベア装置により、大気圧からコーティングチャンバ３０の高真空内に移動される。ここで、ボトル（これらの幾つかに参照番号２０〜２５が付されている）は、矢印２８で示すようにこれらの長手方向軸線の回りで回転されて、再びリニアコンベア装置（図示せず）に送られ、コンベア装置の使用により、１つのマグネトロンカソード３２または一連のマグネトロンカソードを通って案内される。これらのマグネトロンカソードのアルミニウムターゲットから金属粒子がスパッタリングされ、その金属粒子はその後に酸素および窒素と反応する。これにより、酸窒化アルミニウムがボトルの外壁に蒸着される。真空コーティングチャンバ３０内の全てのボトルがこれらの長手方向軸線の回りで連続的に回転される。より詳しくは、少なくとも、ボトルがマグネトロンカソード３２を通過する前に３６０°回転が完了するような速度で回転される。ボトルの回転をこの数倍に高めれば、より均一なコーティングの分散が得られる。回転ボトルは右側コーティング経路の終端部２６で約１８０°回転し、次にマグネトロンカソード３１の使用により酸窒化アルミニウムがコーティングされる。ボトルの新しい位置が参照番号２１′〜２５′で示されている。
【００１６】
隔壁３５とマグネトロンカソード３１、３２との間のスペースは、真空スパッタリングチャンバであると考えることができる。これらのチャンバの少なくとも１つには３つのガス入口が設けられ、このガス入口からは、アルゴンに加えて酸素および窒素を導入できる。
【００１７】
図３には、遮断弁４０、４１、４２を備えた３つのガスシリンダ３７、３８、３９が示されており、遮断弁４０、４１、４２は、入口４３、４４、４５を介してスパッタリングスペースに連結されている。酸素および窒素の入口４４、４５が遮断されているとき、純アルミニウムがボトル上に蒸着される。純アルミニウムの酸化が防止されている場合には、純アルミニウムは銀のような反射性を有する。全ての遮断弁４０〜４２が開かれると、ＡｌＯｘＮｙが形成され、ボトル上に蒸着されるようになる。ガスシリンダ３８、３９の代わりに、空気を収容した１つのみのシリンダを設けることができる。空気は７８．０８４％のＮ２および２０．９４６％のＯ２からなる。
【００１８】
ボトルが真空コーティングチャンバ３０内に搬送される前に、ボトルにはアクリレート層が付着される。ガス不透過層ＡｌまたはＡｌＯｘＮｙのコーティング後に、アクリレート層がさらに付着される。アクリレート層を付着する装置は図示されていない。
【００１９】
スパッタリング材料としてアルミニウムを用いることにより、装飾金属並びに透明バリヤ層は同じコーティング装置により形成でき、これは、切換え時間を全く要せずして達成できる。光透過層並びに光不透過層もコスト有効性に優れたＤＣスパッタリングにより形成できる。
【００２０】
必要なバリヤ特性を達成するのに、たった約４ｎｍの厚さを有するＡｌＯｘＮｙ層で充分である。このような薄い層は、必要な透明性およびバリヤ特性を喪失することなく、極端な不足当量条件（substoichiometric conditions）下で形成できる。ここで、ｘおよびｙは、次の条件すなわち０＜ｘ＜０．６または０＜ｙ＜０．５を満たすのが好ましく、これは、スパッタリングパラメータの対応調節を行うことにより達成できる。
【００２１】
簡単なＤＣスパッタリングを用いる代わりに、技術的により精巧なＭＦ／ＲＦスパッタリング技術を用いて同じ層（Ａｌ層およびＡｌＯｘＮｙ層）を形成できるが、この技術はコーティングのコストを極めて増大させてしまう。
【００２２】
これらの層を得るのに、実験室条件下で次のスパッタリングパラメータすなわち、１６標準立方センチメートルの空気および４×１０−３ミリバールで１１０標準立方センチメートルのアルゴンのガス流が選択された。合成ボトルは、５００Ｗの電力でコーティングされかつその長手方向軸線の回りで回転されたが、カソードを通しては移動されなかった。
【００２３】
空気ガス流のみが１３〜１９標準立方センチメートルの間で変化された。空気の組成は不変に維持された。アルゴンガス流は８０〜１４０標準立方センチメートルの間で調節され、コーティング時間は３〜７秒間であった。スパッタリングされた層の厚さは２から９ナノメートルの間にあり、５より大きいＢＩＦ値（ＢＩＦ値＞５）を得るには少なくとも６〜７ナノメートルの層厚が必要であることが判明した。ＢＩＦ（ＢＩＦ＝バリヤ改善ファクタ：Barrier Improvement Factor）値とは、コーティングが設けられていない基板の透過性に対するコーティングが設けられた基板の透過性の比であると理解されたい。
【００２４】
約２００００本／時間のボトルをコーティングすることを意図した図３に示す製造装置では、コーティング時間は約５．５５秒に短縮される。この目的のため、スパッタリング電力を６３０Ｗに増大させて、コーティング時間とカソード電力との積を一定に維持し、これにより、第一近似値として同じ層厚を蒸着できる。実験室条件とは異なり、製造装置は連続パス装置であるので、このコーティングはダイナミックに行なわれ、すなわち、基板はカソード３２、３１を通って移動されかつ同時にその長手方向軸線の回りで同時的に回転される。スパッタリング電力を増大させる代わりに、長いカソードを使用することもできる。これにより、実験室試験のスパッタリング電力を保持できかつボトルを搬送速度で移動できるので、ボトルを５．５５秒毎にインターロックチャンバを通して装置から確実に移動させることができる。
【００２５】
スパッタリングカソード３１、３２とボトル２１〜２５；２１′〜２５′との間の距離も、層の成長速度に影響を与える。製造装置でのこの距離が実験室装置の距離とは異なる場合には、これに対応して電力を適合させなくてはならない。距離が大きいほど大きい電力を必要とし、距離が短い場合には電力を減少させなくてはならない。
【００２６】
製造装置での空気に対するアルゴンの比は、実験室装置での空気に対するアルゴンの比と同じであるが、正確なガス流は、装置のコンダクタンスおよび排気キャパシティに基いて定められる。装置のコンダクタンスは内部構造に基いて定まり、製造装置の内部構造は、実験室装置の内部構造とは異なる条件により決定される。
【００２７】
コーティングは、ボトルのコーティングに関連して上述した通りである。
【００２８】
しかしながら、フィルムおよび他のウェブ材料もこれと同じ態様でコーティングできることは理解されよう。適当なウェブコーティング装置も既知である（例えば上記特許文献２参照）。Ｏ２またはＮ２を収容する２つのガスシリンダまたは両ガスを収容する１つのガスシリンダの代わりに、大気に直接アクセスして、シリンダ３８、３９を完全に省略することもできる。この場合には第２のガス容器は大気となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による基板上へのコーティングを示す断面図である。
【図２】外側コーティングを備えた合成ボトルを示す側面図である。
【図３】合成ボトルをコーティングするスパッタリング装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  基板
２  ポリマー層
３  酸窒化アルミニウム
４  ポリマー層
５  合成ボトル
９  コーティング
３０  真空コーティングチャンバ
３１、３２  マグネトロンカソード
３３  インターロックチャンバ
３７、３８、３９  ガスシリンダ
【図１】
2006045658.tif 000003
【図２】
2006045658.tif 000004
【図３】
2006045658.tif 000005