(57)【要約】【課題】圧力が１００Ｐａから０．５Ｐａの真空領域で、プラスチック容器に、障害なく成膜することができるようにすること。【解決手段】１つの筐体からなるサブチャンバーに複数のメインチャンバーが整列し、各メインチャンバー内部上部に開口を有するプラスチック容器を倒立して収納し、該プラスチック容器に全数同時にプラズマＣＶＤ法で薄膜を形成する装置であって、  各メインチャンバー内部でプラスチック容器下部を保持し、該容器を倒立して収納する容器保持手段を有することを特徴とする成膜装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの筐体からなるサブチャンバーに複数のメインチャンバーが整列し、各メインチャンバー内部上部に開口を有するプラスチック容器を倒立して収納し、該プラスチック容器に全数同時にプラズマＣＶＤ法で薄膜を形成する装置であって、
各メインチャンバー内部でプラスチック容器下部を保持し、該容器を倒立して収納する容器保持手段を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記容器保持手段が、メインチャンバー上部を覆うチャンバー蓋に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力が１００Ｐａから０．５Ｐａの真空領域で、２次平面あるいは３次曲面に成膜する装置において、成膜安定性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラスチック容器に酸素透過度を低下させるなどいった目的で、酸化珪素皮膜やダイヤモンドの結晶構造に近い炭素皮膜を容器の内外面に施すことが、盛んに行われている。この処方を施すと、単層のポリエステルあるいはポリエチレン容器の酸素透過度が１／１０あるいは１／２０にまで低下し、その結果内容物の酸化の進み方が緩慢になることで商品寿命が延び、品質の向上を図ることが可能となる。従って、従来はＥＶＯＨやポリアミドといったバリア性樹脂を用いて、多層容器を必要としていた領域にも単層成形の容器が進出することが可能となった。
【０００３】
一般に、酸化珪素被膜を形成する場合、原料ガスとしてはヘキサメチルジシロキサンのようなオルガノシロキサンと、反応ガスとして酸素を使うことが良く知られている。ガスバリア性を高める膜を生成する場合、二酸化珪素の結晶構造が最もよいバリア性が得られる。プラズマＣＶＤでは、ＳｉＯ2の堆積物としてバリア膜を形成する。
【０００４】
従来から、圧力が１００Ｐａから０．５Ｐａの真空領域で、プラスチック容器に成膜する装置として、例えば、図１に示すように、複数のメインチャンバー８を１つのサブチャンバー９に接続して、各メインチャンバー８に倒立して収納した各容器１に対して、プラズマＣＶＤ法を用いて、一括で成膜する多数取り成膜装置がある。この多数取り成膜装置のメリットは、成膜に必要な電源、整合器、真空装置、ガス供給装置を共有できるため、狭い場所でも設置が可能であり、チャンバーの移動もないことから故障が少ないということである。また調整箇所も少ないため装置導入から立上げまでの時間も、連続回転式と比べて短時間で済む。何よりも装置構成を単純にできることが最大のメリットである。
【０００５】
しかし多数取り成膜装置の成膜におけるトラブルとして、高温プラズマによる容器熱変形やアーク放電による容器の炭化といった現象が見られることがある。この原因としては、メインチャンバー８に印加された高周波やマイクロ波がもたらす電界強度の分布にムラがあることと、メインチャンバー８内部のガス分子過多あるいは偏在化あるいは排気能力の低下が主な原因であることが分かって来た。
【０００６】
元来倒立収納は容器の出し入れがしやすく、特に射出成形された容器口元部は寸法精度が良好なため、収納位置精度が高く、また支持部品とのシール性も良好な方法である。しかしながら、図２に示すように、倒立した容器をその口元で支持するための容器口元支持部品７がメインチャンバー８を上下に分けてしまう構造であるため、排気装置とは反対側の閉空間の排気が難しく、その結果容器の熱変形やアーク放電による樹脂の炭化が発生する。これを防ぐために例えば従来は、図２に示すように、容器口元支持部品７とメインチャンバー８の間にガスベント３を設けて排気を行なってきた。しかし、当初は良好な成膜を継続するものの、その隙間を成膜生成物が埋めていくとに閉空間気体分子が滞留するようになり、上記のトラブルが発生していた。
【０００７】
また例えば特許文献１では、上記のトラブルを回避する高周波プラズマ成膜の例として、容器と相似形のチャンバーを作成し、チャンバーの排気容量と空間容積の低減化を提案している。しかし、電界強度が最も高い場所に容器首部があることと、容器首部を支持する部品がチャンバーを上下に仕切っていることにより圧力差が生じるため、わずかな隙間
が生じても当該部分にガスが流れ込むことになる。従って高温プラズマは防止できてもアーク放電を防止する方法としては効果がなかった。
【０００８】
アーク放電の規模はその時々の条件によりさまざまであり、一見して不良と判る成膜品の発光強度は正常な場合と比較すると明らかに異なる波形を示すが、中には判別のしにくい小さな異常もあり、その場合の発光強度の観察条件はデジタル観測で１０ナノ秒間隔以下でないと確認できない場合もある。現実的に問題となるのは、識別の難しいごく短時間のアーク放電異常であり、その発生頻度は定常的ではなく発生の仕方は非常にムラが多い。
【特許文献１】特表２００２−０５１７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は斯かる背景技術の欠点に鑑みてなされたもので、圧力が１００Ｐａから０．５Ｐａの真空領域で、プラスチック容器に、障害なく成膜することができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、１つの筐体からなるサブチャンバーに複数のメインチャンバーが整列し、各メインチャンバー内部上部に開口を有するプラスチック容器を倒立して収納し、該プラスチック容器に全数同時にプラズマＣＶＤ法で薄膜を形成する装置であって、
各メインチャンバー内部でプラスチック容器下部を保持し、該容器を倒立して収納する容器保持手段を有することを特徴とする成膜装置としたものである。
【００１１】
また請求項２の発明では、前記容器保持手段が、メインチャンバー上部を覆うチャンバー蓋に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明は、プラスチック容器口元を支持する部品が不要となったことで、それまではその支持部品が隔壁となってメインチャンバーの排気が不十分で成膜に障害をもたらしていたが、そのような弊害なく、圧力が１００Ｐａから０．５Ｐａの真空領域でプラスチック容器に成膜を行なうことができるという効果がある。
【００１３】
請求項２の発明は、ひとつの装置でメインチャンバー数の２倍の蓋を使い、一組で成膜中にもう一組は待機しているが、その間に成膜した容器の取り外しと取り付けを行うことができ、その結果、工程短縮、部品の簡素化、シール部品の耐久性向上といった効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の最良の一実施形態を説明する。
【００１５】
本発明の重要な特徴は、図１に示すような、１つの筐体からなるサブチャンバー９に複数のメインチャンバー８が整列し、そのメインチャンバー内部に倒立して収納されたプラスチック容器１を全数同時にプラズマＣＶＤ法で薄膜を形成する多数取り製膜装置において、それらプラスチック容器１を支持する方法を、図２に示すような従来の口元支持から反対側の底部下部支持に変更したことである。このことにより、容器口元支持部品７が不要となり、メインチャンバー８内部で容器外側の圧力低下が速やかに行なわれて、メインチャンバー８の上部と下部のガス条件が同一となるので、気体分子が滞留することで容器
外部に生じた高温プラズマがプラスチック容器を変形させたり、アーク放電が樹脂を炭化させたりという現象を抑制することが可能となった。
【００１６】
容器の熱変形はプラズマ化する気体分子の数と、電界強度との関係で発生する傾向がある。たとえば高周波プラズマ成膜装置において容器肩部が球形をしていた場合、容器と電極で囲まれた空間が大きければそこで発生するプラズマ熱で容器が変形する危険が高いが、その部分を誘電体で埋めると熱変形を抑えることが可能となる。プラスチック容器の成膜は通常このように容器形状に相似形の電極ないしは誘電体を使って行なわれる。それでもメインチャンバー８上部の排気が悪くなると熱変形が生じることがある。一方、同じ成膜装置でも容器下部では熱変形を伴うプラズマが発生することは稀である。このことは装置の電界強度分布が部位によって異なるため、電解強度の高い容器肩部について発生防止対策を施すことの必要性を示す事例であり、電界強度分布は装置のサイズや電源周波数でほぼ決まってしまうことから、どうしてもガス条件を改善しなければならない。メインチャンバー８の上部と下部の隔壁を排除できる容器下部保持法は気体分子の偏在化を防止でき、容器が高熱にさらされることを防ぐ有効な手段である。
【００１７】
また、アーク放電は落雷と同様に狭い面積にエネルギーが集中するために、樹脂が炭化する現象であり、放電開始時に発生することが多い。高周波プラズマでは電界強度の高い容器口元周辺で発生しやすいが、その場所は本来は気体を流さない場所であって、容器と容器口元支持部品７の接触部分である。しかし、もともと厳密なガスシールを施していないことと、正規のガスベント３が成膜の堆積物で目詰まりを起こすと、容器口元６と容器口元支持部品７の隙間からわずかに気体分子がリークして大きな電界強度と相まって絶縁破壊を生じると考えられる。従って、メインチャバー８上部にガスをためない容器下部保持法はアーク放電による炭化の防止にも有効な手段といえる。
【００１８】
さて容器の底部をどのようにして保持するかであるが、断面寸法が底部で最大となる容器であれば胴部までは挿入可能な部品を準備するだけでよく、成膜装置の改造は不要である。そこで通常の容器の場合も、容器を位置決め用の袴に入れ、袴ごとメインチャンバー８に倒立挿入し、スペーサー２との組み合わせで位置決めして袴ごと成膜する方法が提案できる。容器がアンダーカット形状であれば押し込むだけで位置決めする袴でよいが、容器に荷重を掛けずに抜き差しできるよう、トグル機構に滑り止めの付いた爪を取り付け、ダイヤル操作でチャックとリリースが簡単にできる装置であることが望ましい。しかしこの方法では袴をライン上で循環させる必要があることと、袴に蓄積された成膜堆積物がライン上に散乱する懸念がある。
【００１９】
そこで、図３に示すように、袴のトグル爪機構１１をチャンバー蓋５に取り付ける。そして、ひとつの装置でメインチャンバー数の２倍の蓋を使い、図４に示すように、一組で成膜中にもう一組は待機しているが、その間に成膜した容器の取り外しと取り付けを行なう。この方法の利点は容器の熱変形や炭化防止以外に、蓋が上下運動するためシール材の偏磨耗や閉め代の不均衡がなく、このことが熱変形や炭化防止に寄与すること、図５に示すように、蓋開閉と容器出し入れが同時に行なわれるので工程を短縮できること、搬送装置は蓋を持ち運ぶので容器が変わっても部品交換が不要なこと、蓋と主室の微細な位置あわせはメインチャンバー８側にガイドを設けておくことで自動的に行なわれ、装置組立精度が今までの容器直接投入よりも緩和されることなどが挙げられる。また、図４に示すように、成膜中は蓋と搬送装置とは切り離しておかなければならない。
【００２０】
以上の方法は主にプラズマＣＶＤ法で酸化珪素薄膜をコーティングする装置に適用できる。この場合に使用できる原料ガスについては、主ガスとしてヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（以下ＨＭＤＳＯと称する）の他、トリ・メチル・シロキサンなどを用いることが可能で、これにより酸化珪素薄膜の成膜が可能になる。また、反応ガスとしては、酸素の
他、オゾン、二酸化炭素などを用いることが可能である。
【００２１】
プラスチック容器の樹脂構成は単層のポリエステルまたはポリエチレン乃至ポリプロピレン、ポリスチレン製であるか、または成膜面がこれらの樹脂で成形された多層容器である。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
８本同時に成膜可能なプラズマＣＶＤ成膜装置を使って、５００ｍｌＰＥＴ容器の内面にガスバリア性を高めるための酸化珪素皮膜を生成した。容器は底面が鍔状に広がっている袴に挿入したものを倒立させて搬送装置でメインチャンバーに挿入した。スペーサーには袴に合わせた窪みが形成されており、挿入するだけで自動的に位置決めがなされる構造とした。プラズマ発生装置は高周波電源を使い、ヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（ＨＭＤＳＯ）と酸素をそれぞれ１台のマスフローコントローラで計量した後、各チャンバーに分配した。真空装置は、ロータリーポンプ、ブースターポンプ、ターボ分子ポンプ各１台ずつをリレーして、ＨＭＤＳＯを４０ｓｃｃｍ、酸素を８００ｓｃｃｍ流した。そして流量の安定したところで２０００Ｗの高周波電力で成膜した。全部で１０００回成膜したときの成膜異常の発生回数を表１に示した。
【００２４】
＜実施例２＞
容器下部保持方法としてチャンバー蓋に取り付けたトグル爪機構を用い、また、ひとつのチャンバーにつき２枚の蓋を用意し、片方が成膜中にもう一方は容器とともに搬送され容器の付け替えを行なう装置を用いたこと以外は実施例１と同様にして成膜を行った。全部で１０００回成膜したときの成膜異常の発生回数を表１に示した。
【００２５】
＜比較例１＞
容器の保持方法を従来の容器口元支持とし、チャンバー蓋にヒンジ蓋を使用したこと意外実施例１と同様にして生膜を行った。全部で１０００回成膜したときの成膜異常の発生回数を表１に示した。
【００２６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】多数取り製膜装置の例を説明する図。
【図２】容器口元支持部品を使ったメインチャンバーの例を説明する図。
【図３】容器下部保持方法の例を説明する図。
【図４】図３の容器下部保持方法を用いた場合の搬送動作において成膜中の様子を説明する図。
【図５】図３の容器下部保持方式を用いた場合の搬送動作において容器入れ替えの様子を説明する図。
【符号の説明】
【００２８】
１…容器
１ａ…容器下部
１ｂ…容器口元
２…スペーサー
３…ガスベント
４…ガス放出管
５…チャンバー蓋
７…容器口元支持部品
８…メインチャンバー
９…サブチャンバー
１０…真空ポンプ
１１…トグル爪機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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