(57)【要約】【課題】本発明はプラズマＣＶＤ蒸着法やプラズマ処理などにおいて、筒状構造物を変形させることなく、該構造物内面に均一にプラズマ処理を行うことを目的とする。【解決手段】筒状構造物と、複数のコイルを該筒状構造物の外周に沿って配置し、さらに該複数のコイルに高周波電力を印加する手段を備えることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。また、前記複数のコイルが、並列に接続されていることをと特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状構造物と、複数のコイルを該筒状構造物の外周に沿って配置し、さらに該複数のコイルに高周波電力を印加する手段を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数のコイルが、並列に接続されていることをと特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒状の構造物にプラズマ化学蒸着（ＣＶＤ）処理やプラズマ処理などを行うためのプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラスチックなどの筒状構造物にプラズマＣＶＤ法を用いて被膜を行う技術が知られてきている。例えば、容器の外形とほぼ相似形の中空状の外部電極と、容器とほぼ相似形の内部電極の間に容器を設置し、外部電極に高周波電力を印加して容量結合型のプラズマを発生させ，成膜を行う方法がある（特許文献１）。プラズマを発生させる方法としては，コイルに高周波電力を印加してその誘導電界によりプラズマを発生させる誘導結合型プラズマも良く知られている。
【０００３】
例えば、誘導結合プラズマを用いてプラスチックの筒状容器内面に炭素被膜をコーティングする方法が知られている（特許文献２）。一般に誘導結合プラズマでは容量結合型に比べて高いプラズマ密度を得られる。そのため、短時間でのコーティングが可能になると言う利点がある。
【０００４】
さらにコイル形状の場合，コイル軸方向の中央で最も磁界強度が強くなる。そのため、筒状容器の銅部中央において特にプラズマ密度が高い状態になる。そのため，容器底部などでは膜の成長が遅く、容器中央では成長が速いというような不均一な状態となる（特許文献３参照）。
また、容器中央にプラズマが集中するため、ペットボトルのように熱に対する耐性があまりない筒状構造物では、ボトル中央から変形してしまう場合がある。
【０００５】
また、プラズマＣＶＤ処理だけでなく、プラズマを用いた表面処理などにおいても均一な処理が困難であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−５３１１７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１０９６０号公報
【特許文献３】
特開２００１−３１０９６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はプラズマＣＶＤ蒸着法やプラズマ処理などにおいて、筒状構造物を変形させることなく、該構造物内面に均一にプラズマ処理を行うことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、筒状構造物と、複数のコイルを該筒状構造物の外周に沿って配置し、さらに該複数のコイルに高周波電力を印加する手段を備えることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、前記複数のコイルが、並列に接続されていることをと特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の一実施の形態を説明する。
図１は、真空チャンバ２内の筒状構造物１の外周に沿って、真空チャンバの外側に巻数４ターンのコイルを２つ配置したプラズマ処理装置の一例を示す概略図である。
【００１１】
ここで、コイルの数、コイルの巻数に特に制限はなく、目的に応じて変えることができる。すなわち、筒状構造物の形状、大きさによって変えることができる。さらに、各コイルで巻数は異なっていても良いし、同じでも良い。また、本発明では筒状構造物の外周に沿うように配置されるコイルは、チャンバの内側でも外側でも構わない。チャンバの外側に設ける場合、チャンバは絶縁性の材料である必要がある。また、チャンバ内は低圧であることが好ましい。
【００１２】
また、前記複数のコイルは電気的に並列になるように接続されていることが好ましい。
【００１３】
図１において、筒状構造物１を備えた絶縁材料製の真空チャンバ２内は、排気口３を通してそのチャンバ内を真空排気する。次に、ガス供給管４を通じ、筒状構造物１内部に反応ガスを供給する。筒状構造物内の圧力は特に限定はしないが、１〜１００Ｐａの一定圧力に保つことが好ましい。
【００１４】
コイル５，６は巻数４ターンのコイルであり、２つのコイル５，６は同形状である。２つのコイルは送電線により並列に接続され、高周波電力をコイルに印加することによりプラズマを発生させる。コイル５，６をそれぞれ単体で見た場合、コイル５はコイル５の軸方向中央において最もプラズマ密度が高くなり、コイル６はコイル６の軸方向中央において最もプラズマ密度が高くなる。２つのコイルを並列に接続し同時にプラズマを発生させることにより、プラスチック構造物１内部のプラズマ密度分布はコイル５によるプラズマ密度分布とコイル６によるプラズマ密度分布の重ねあわせとなる。
【００１５】
結果として、１つの例えば８ターンコイルでプラズマを発生させるよりも均一なプラズマが得られ、筒状構造物を変形させることなく、該構造物内面に均一にプラズマ処理を行うことができる。
【００１６】
また本発明では、コイルを配置する間隔を調整することによりプラズマ密度分布を調整することができ、プラスチック構造物の中央へのプラズマの集中を避けることができる。よって、プラズマの加熱による筒状構造物の変形が起こりにくくなる。
【００１７】
さらに本発明では，各コイルに印加する電力の位相を変え、プラズマ密度分布の調整することもできる。ペットボトルなどの筒状構造物は底部や口栓部に比べて胴部の肉厚が薄いため、成膜処理を行ったときにボトル中央が特に変形しやすい場合がある。そういった場合，コイルに印加する電力を逆相にするなど各コイルが発生する磁界が打ち消し合うように電力を調整することにより、ボトル中央のプラズマ密度を少なくすることが可能である。
【００１８】
本発明の筒状構造物は特に制限するものではないが、プラスチック製の構造物などを好適に用いることができる。プラスチック構造物の材質は特に限定は無く、ポリエチレンテレフタレート樹脂をはじめ、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ナイロン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体のケン化物樹脂等を用いることができるが、成形性、透明性、経済性の面からポリエチレンテレフタレート樹脂が特に好ましい。
【００１９】
次にガス供給管４により供給される反応ガスについて説明する。反応ガスは目的に応じて選択することができる。例えばプラズマ表面処理を行う場合は、ヘリウム、アルゴンや酸素、窒素などのガスを用いることができる。
またプラズマＣＶＤ法により成膜する場合は、膜の組成に応じて様々なものを用いることができる。
【００２０】
例えば、バリア膜としてケイ素酸化物主成分とする薄膜などを成膜することができる。ケイ素酸化物を主成分とする薄膜を形成する場合、モノマーとして，１，１，３，３，−テトラメチルジシロキサン，ヘキサメチルジシロキサン，ビニルトリメチルシラン，メチルトリメトキシシラン，ヘキサメチルジシラン，メチルシラン，ジメチルシラン，トリメチルシラン，テトラメチルシラン，ジエチルシラン，プロピルシラン，フェニルシラン，ビニルトリエトキシシラン，ビニルトリメトキシシラン，テトラメトキシシラン，テトラエトキシシラン，フェニルトリメトキシシラン，メチルトリエトキシシラン，オクタメチルシクロテトラシロキサン等を用いることができる。
【００２１】
さらに、反応ガスとして酸素、二酸化炭素等を混合しても良い。また、キャリアガスとしてアルゴン、ヘリウムなどを混合することもできる。また、ダイアモンド状炭素膜を形成するためには、モノマーとして脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、含酸素炭化水素類、含窒素炭化水素類などが使用され、とくに、ベンゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、シクロヘキサンなどが用いられる。
【００２２】
【実施例】
以下本発明を、プラスチックの容器にバリア膜として酸化ケイ素膜を成膜した例を用いて詳細に説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
図１に示した巻数４ターンのコイル２つを用いた装置にて、ポリエチレンテレフタレート樹脂製ボトルに酸化ケイ素膜をコーティングした。酸化ケイ素膜をコーティングすることによりボトルに酸素バリア性を付与した。コイルはφ５ｍｍの銅棒を巻いたもので、コイルの巻き間隔は１０ｍｍで４ターン巻とした。コイルとコイルの間の間隔を２０ｍｍとして２つのコイルを配置した。
ガス供給管４よりボトル内部にヘキサメチルジシロキサンを２ｓｃｃｍおよび酸素ガスを５０ｓｃｃｍ供給する。ガスを流した状態で真空ポンプによりボトル内を１０Ｐａの一定圧力に保つ。コイルに１３．５６ＭＨｚの高周波電力３００Ｗを５秒間印加し酸化ケイ素膜をコーティングした．被膜を行わないプラスチック構造物の酸素透過量を測定すると、０．２５０ｆｍｏｌ／（ｐｋｇ・ｓ・Ｐａ）であり、被膜を行ったプラスチック構造物の酸素透過量は０．０２５ｆｍｏｌ／（ｐｋｇ・ｓ・Ｐａ）であり、約１０倍のバリア性を示した。
また、ボトル縦方向の膜厚をボトル底部，ボトル胴中央部，口栓付近の３ヶ所で測定すると順に２０，２２，２１（ｎｍ）となり、均一な膜厚を示していた。次にボトル縦方向の電子密度分布を測定した。測定結果をボトル銅部中央を位置の原点として表したグラフが図２である。このようにボトル縦方向において電子密度は均一であった。
【「００２４】
＜比較例１＞
実施例１の装置においてコイルを巻数８ターンに変更して図３のようにした。
コイルはφ５ｍｍの銅棒を巻いたもので、コイルの巻き間隔は１２ｍｍで８ターン巻とした。
実施例１と同様にボトル内部にヘキサメチルジシロキサンを２ｓｃｃｍおよび酸素ガスを５０ｓｃｃｍ供給し、ボトル内部を圧力１０Ｐａに保った。コイルに１３．５６ＭＨｚの高周波電力３００Ｗを印加しプラズマを発生させると放電開始後約２秒でボトル中央部から収縮し変形してしまった。
次にボトル縦方向の電子密度分布を測定した。測定結果をボトル銅部中央を位置の原点としたグラフが図４である。このように実施例１に比べるとボトル縦方向において電子密度は不均一で、ボトル中央部での電子密度が高かった。
【００２４】
＜比較例２＞
比較例１と同様の装置構成、ガス流量、圧力条件で高周波電力を印加する時間を１秒間とした。ボトルが変形することはなかったが，被膜を行ったボトルの酸素透過量を測定すると０．１５０ｆｍｏｌ／（ｐｋｇ・ｓ・Ｐａ）となり、バリア性を大幅に向上させることはできなかった。また、ボトル縦方向の膜厚をボトル底部，ボトル胴中央部，口栓付近の３ヶ所で測定すると順に１，１０，５（ｎｍ）となり、不均一な膜厚を示していた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、筒状構造物にプラズマ処理を施した時に、筒状構造物縦方向においての電子密度が均一であり、均一にプラズマ処理をすることができる。またプラスチックなどの変形しやすい筒状構造物を用いた時でも、筒状構造物変形させることなくプラズマ処理することができる。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概略図である。
【図２】実施例１における電子密度の測定結果を示すグラフである。
【図３】比較例１，２における装置の概略図である。
【図４】比較例１における電子密度の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・筒状構造物
２・・・真空チャンバ
３・・・排気口
４・・・ガス供給管
５・・・４ターンコイル
６・・・４ターンコイル
７・・・８ターンコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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