(57)【要約】【課題】本発明は、中空容器の内表面にパーティクルの発生を極めて少なく抑えつつプラズマ助成式化学蒸着法により薄膜の成膜が行えるようにした成膜装置および成膜方法の提供を目的とする。【解決手段】成膜チャンバー内に薄膜を形成しようとする中空容器を配置し、成膜チャンバーの底蓋に設けられた排気口より中空容器内部を含む成膜チャンバー内を一定の減圧下に維持した状態で原料ガスを原料ガス導入管より中空容器内に導入し、しかる後高周波を印加して原料ガスをプラズマ化することにより中空容器内表面に薄膜を成膜した後、ガス導入管よりイオン化した空気を成膜チャンバー内に導入して、中空容器や成膜チャンバー内表面等に付着したパーティクルを除去しながら中空容器内部を含む成膜チャンバー内を大気圧に戻す。【選択図】図１
2004100036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜チャンバー内に配置してある中空容器の表面にプラズマ助成式ＣＶＤ法により薄膜を形成するための成膜装置であって、イオン化した空気を成膜チャンバー内に導入するガス導入管を具備することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
ガス導入管はその先端および先端に至る途中にイオン化した空気の吹き出し口がそれぞれの部分に少なくとも１つ以上設けてあって、吹き出し口からイオン化した空気を吹き出すようになっていると共に、成膜チャンバー内に配置してある中空容器内にその吹き出し口を位置させて配置してあることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
中空容器の内表面にプラズマ助成式ＣＶＤ法により薄膜を形成するための成膜方法であって、中空容器が収納可能なスペースを持つ成膜チャンバー内に中空容器を配置し、成膜チャンバーの一部に設けられた排気口より中空容器内部を含む成膜チャンバー内を減圧下に維持した状態で原料ガスを中空容器内に導入し、しかる後高周波またはマイクロ波電力を印加して原料ガスをプラズマ化することにより中空容器表面に薄膜を形成した後、ガス導入管よりイオン化した空気を成膜チャンバー内に導入して、中空容器、成膜チャンバー内表面およびガス導入管等の電荷を中和し、中空容器、成膜チャンバー内表面およびガス導入管等に付着しているパーティクルを除去しながら中空容器内部を含む成膜チャンバー内を大気圧に戻すことを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
成膜チャンバー内にイオン化した空気を導入するに際し、その先端および先端に至る途中にイオン化した空気の吹き出し口をそれぞれの部分に少なくとも１つ以上設けてあるガス導入管を中空容器内にその吹き出し口を位置させて配置し、吹き出し口からイオン化した空気を２方向以上に分け、かつ中空容器の開口部に向かってダウンフローで吹き出すようにすることを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３次元中空容器、例えばプラスチックボトル、プラスチックカップ、プラスチックトレー、紙容器、紙カップ、紙トレー、その他中空のプラスチック成形品等の表面にプラズマ助成式化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）により薄膜を形成するための成膜装置および成膜方法に関し、特にパーティクルの発生を極めて少なく抑えつつ成膜が行えるようにした成膜装置および成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラスチック容器等の３次元中空容器表面に薄膜を成膜し、容器のガスバリア性、水蒸気バリア性、表面の濡れ性等を向上させる試みがなされている。これらの機能性薄膜を成膜する方法の１つとしては、プロセスガスの化学反応を利用したプラズマ助成式ＣＶＤ法により、容器表面に薄膜を形成させる方法であり、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、成膜を行う方法（例えば、特許文献１参照。）、外部電極と内部電極とを容器の表面からほぼ一定の距離に配置して成膜する方法（例えば、特許文献２参照。）等がある。これらの方法を用いて容器内面に成膜を行う場合には、いずれも原料ガスをガス導入管でもある内部電極を通して容器内に導入することが一般に行われる。
しかしこれらの方法で実際に容器内面に成膜を行った場合、容器内面に成膜が行われると同時に原料ガス導入管表面および成膜チャンバ内表面等にも薄膜が形成される。そして成膜を繰り返すと、その薄膜の厚みが徐々に増加し、いずれ原料ガス導入管および成膜チャンバー内表面等より剥離し、容器内部にその微細部分がパーティクルとして付着してしまうといった問題点がある。
【０００３】
そこで、成膜チャンバー内にクリーニング用のガスを導入し、高周波を印加してプラズマを発生させることにより、ガス導入管等に形成される薄膜を分解して除去する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
しかしながら、この方法で薄膜を完全に分解するには長時間プラズマを発生させておく必要があり、その結果、稼働率が低下し、量産の障害となってしまう。また、形成される薄膜の組成によっては、プラズマを発生させるだけでは分解困難な薄膜（例えば、酸化珪素薄膜。）も存在する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−５３１１７号公報
【特許文献２】
特開平８−１７５５２８号公報
【特許文献３】
特開２００１−３３５９４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、中空容器内表面にプラズマ助成式ＣＶＤ法により薄膜を形成させるための成膜装置および成膜方法であって、特に、容器表面、成膜チャンバー内およびガス導入管等に付着したパーティクルを除去しながら薄膜の形成が行えるようにした成膜装置および成膜方法の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した課題を解決すべくなされたものであって、請求項１の発明は、成膜チャンバー内に配置してある中空容器の表面にプラズマ助成式ＣＶＤ法により薄膜を形成するための成膜装置であって、イオン化した空気を成膜チャンバー内に導入するガス導入管を具備することを特徴とする成膜装置である。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１記載の成膜装置において、ガス導入管はその先端および先端に至る途中にイオン化した空気の吹き出し口がそれぞれの部分に少なくとも１つ以上設けてあって、吹き出し口からイオン化した空気を吹き出すようになっていると共に、成膜チャンバー内に配置してある中空容器内にその吹き出し口を位置させて配置してあることを特徴とする。
【０００８】
さらにまた、請求項３の発明は、中空容器の内表面にプラズマ助成式ＣＶＤ法により薄膜を形成するための成膜方法であって、中空容器が収納可能なスペースを持つ成膜チャンバー内に中空容器を配置し、成膜チャンバーの一部に設けられた排気口より中空容器内部を含む成膜チャンバー内を減圧下に維持した状態で原料ガスを中空容器内に導入し、しかる後高周波またはマイクロ波電力を印可して原料ガスをプラズマ化することにより中空容器表面に薄膜を形成した後、ガス導入管よりイオン化した空気を成膜チャンバー内に導入して、中空容器、成膜チャンバー内表面およびガス導入管等の電荷を中和し、中空容器、成膜チャンバー内表面およびガス導入管等に付着しているパーティクルを除去しながら中空容器内部を含む成膜チャンバー内を大気圧に戻すことを特徴とする。
【０００９】
さらにまた、請求項４記載の発明は、請求項３記載の成膜方法において、成膜チャンバー内にイオン化した空気を導入するに際し、その先端および先端に至る途中にイオン化した空気の吹き出し口をそれぞれの部分に少なくとも１つ以上設けてあるガス導入管を中空容器内にその吹き出し口を位置させて配置し、吹き出し口からイオン化した空気を２方向以上に分け、かつ中空容器の開口部に向かってダウンフローで吹き出すようにすることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の装置および成膜方法を、実施例を示す概略図を用いて説明する。
図１は、本発明の成膜装置の主要部分を示す説明図である。図中、１０は本発明の成膜装置を構成する成膜チャンバーを示している。この成膜チャンバー１０は、図面からも分かるように、内部に中空容器１が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ外部電極２と、その外部電極２の端に設置される天蓋３と、もう一方の端に設置され、その一部に排気口４を持つ底蓋５よりなっており、排気口４には減圧状態を維持するための真空ポンプが接続されている。そして、この成膜チャンバー１０には、原料ガスの供給も行えるガス導入管６が底蓋５を通して中空容器１内部にその先端部近辺が至るように設置されている。
このガス導入管６は、成膜に必要な原料ガスのみならずイオン化された空気が必要に応じてその吹き出し口７より成膜チャンバー１０側に導入されるようになっている。本発明の成膜装置は、イオン化した空気を成膜チャンバー内に導入するガス導入管を具備することを特徴とするが、図示のガス導入管６はイオン化した空気を導入するだけでなく、成膜に必要な原料ガスも導入できるようになっている。イオン化した空気を成膜チャンバー内に導入するためのガス導入管と別個になっていてもよい。要するに、後述するように、イオン化した空気を成膜チャンバー内に導入でき、パーティクルの除去が効率よく排除できるような構成になっていればよい。
【００１１】
以下、このような構成の成膜チャンバー１０やガス導入管６等を具備してなる本発明の装置を用いた成膜方法について述べる。
成膜に当たっては、まず、成膜チャンバー１０内に中空容器１を配置し、排気口４に接続された真空ポンプ（図示せず）により中空容器１内を含む成膜チャンバー１０内を一定の減圧下に維持した状態でガス導入管６先端の吹き出し口７より原料ガスを中空容器１内に供給し、外部電極２より高周波を印加することにより中空容器１内の原料ガスをプラズマ化し、中空容器１の内表面へ薄膜を成膜する。続いて、ガス導入管６先端の吹き出し口７よりイオン化された空気を中空容器１内に吹き出し、成膜チャンバー１０内に供給することにより中空容器１、成膜チャンバー１０内およびガス導入管６等の電荷を中和し、中空容器１、成膜チャンバー１０内およびガス導入管６に静電引力で付着しているパーティクルを除去しながら成膜チャンバー内を大気圧に戻して、一連の成膜工程を終了する。
【００１２】
この成膜装置と成膜方法の重要な特徴の１つは、イオン化した空気を成膜チャンバーに導入するガス導入管を具備し、そこからイオン化した空気を導入することである。このガス導入管は、図１に示したように原料ガスを容器内に提供する原料ガス導入管６を兼用しても、また別個に設けたものであってもよい。いずれにせよ、中空容器内表面へ薄膜を成膜した後、イオン化した空気を中空容器やチャンバー内に効率よく導入することが可能な構成になっていればよく、その一部に設けてある吹き出し口からイオン化した空気を導入し、中空容器、チャンバー内表面およびガス導入管等に静電引力により付着していたパーティクルを効率よく除去できる構成となっていればよい。
【００１３】
また、イオン化した空気を導入するためのガス導入管の吹き出し口は、成膜チャンバー内にイオン化した空気を導入して成膜チャンバー内を大気圧に戻すとき、成膜チャンバー内表面およびガス導入管等に形成された膜の一部が剥がれ落ち、静電引力により付着しているパーティクルが中空容器内に吹き込んでくることをより確実に防げるようにするため、図２に示したように、中空容器内へのイオン化した空気の流れがダウンフローになるように、その吹き出し口をガス導入管の先端（Ａ）に少なくとも１つ（２７）、さらに先端に至る途中（Ｂ）、例えば中空容器の肩部などのパーティクルが残りやすい部位に対応する箇所のそれぞれに少なくとも１つ（２８）設け、そこからイオン化した空気を直接吹き付けることによりパーティクルが除去できるようにしておくことが好ましい。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
＜実施例１＞
主要部の構成が図１に示すような成膜装置を用いて、下記のようにして、容量が５００ｍｌのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製中空容器１の内表面に酸化珪素薄膜の成膜を行った。用いた原料ガスはヘキサメチルジシロキサンと酸素の混合ガスであり、それぞれの流量は１０ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍであった。
まず、成膜チャンバー１０内を減圧した後、上記混合ガスをガス導入管６を通して中空容器１０内に導入し、成膜時圧力５０Ｐａ、印加電力２５０ｗａｔｔで１５秒間高周波を印加し、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製中空容器１の内表面に酸化珪素薄膜の成膜を行った。続いて、ガス導入管６先端の吹き出し口７から中空容器１内の流れがダウンフローになるように、圧力０．５ＭＰａのイオン化した空気を中空容器１側から吹き出し、成膜チャンバー１０内に供給しながら成膜チャンバー内を大気圧に戻し、第１回目の成膜を完了した。
この成膜工程を順次、同容量、同形状の１０００個のＰＥＴ製中空容器に対して行い、１０００回目に成膜したボトルに４００ｍｌの超純粋を入れ、１０回シャッフルし、水中に含まれる粒径１０μｍ以上のパーティクル数を液中パーティクルカウンターを用いて計測した。
計測したパーティクル数を表１に示す。
【００１５】
＜実施例２＞
図２に示すように、ガス導入管２６を、イオン化した空気の吹き出し口を、ガス導入管の先端だけでなく、先端に至る途中の部分、すなわち中空容器２１の肩部に相当する部分にも設け（吹き出し口２８）、中空容器２１の肩部にもイオン化した空気を直接吹き付けられるようにしたものとし、このガス導入管２６の吹き出し口２７、２８から圧力０．５ＭＰａのイオン化したの空気をダウンフロー状態で中空容器２１の内部から供給したこと以外は実施例１と同様の条件で成膜工程を行い、さらに実施例１と同様にして、１０００回目に成膜した中空容器中のパーティクル数を計測した。
計測したパーティクル数を表１に示す。
【００１６】
＜実施例３＞
図３に示すように、ガス導入管３６を、イオン化した空気の吹き出し口を、ガス導入管の先端だけでなく、先端に至る途中の部分、すなわち中空容器３１の肩部に相当する部分（吹き出し口３８）、およびガス導入管先端と吹き出し口３８との中間部分（吹き出し口３９）にもイオン化した空気を直接吹き付けられるようにしたものとし、このガス導入管３６の吹き出し口３７、３８、３９から圧力０．５ＭＰａのイオン化した空気をダウンフロー状態で中空容器２１の内部から供給したこと以外は実施例１と同様の条件で成膜工程を行い、さらに実施例１と同様にして、１０００回目に成膜した中空容器中のパーティクル数を計測した。
計測したパーティクル数を表１に示す。
【００１７】
＜比較例１＞
成膜を行なった後、ガス導入管６先端の吹き出し口から吹き出す空気がイオン化されていないこと以外は実施例１と同様の条件で成膜工程を行ない、さらに実施例１と同様にして、１０００回目に成膜した中空容器中のパーティクル数を計測した。
計測したパーティクル数を表１に示す。
【００１８】
＜比較例２＞
成膜を行った後、イオン化した空気をガス導入管の先端から導入する代わりに、中空容器内の空気の流れがアップフローになるように、イオン化していない大気圧下の空気を成膜チャンバー下方から導入して、チャンバー内を大気圧にしたこと以外は実施例１と同様の条件で成膜工程を行い、さらに実施例１と同様にして、１０００回目に成膜した中空容器中のパーティクル数を計測した。
計測したパーティクル数を表１に示す。
【００１９】
＜比較例３＞
実施例１で用いたのと同容量、同形状のＰＥＴ製中空容器を用い、その内表面には成膜しないで、４００ｍｌの超純水をいれ、１０回シャッフルし、水中に含まれる粒径１０μｍ以上のパーティクル数を液中パーティクルカウンターを用いて計測した。
計測したパーティクル数を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2004100036.tif 000003
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、中空容器の内表面にプラズマ助成式ＣＶＤ法により薄膜を成膜する場合に、連続して成膜を行った場合でも、中空容器等内へのパーティクルの付着・混入を極めて少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜装置の主要部分を示す説明図である。
【図２】ガス導入管の概略の構成およびイオン化した空気の容器内での流れを示す概略図である。
【図３】ガス導入管の概略の構成およびイオン化した空気の容器内での流れを示す概略図である。
【符号の説明】
１、２１、３１・・・中空容器
２・・・外部電極
３・・・天蓋
４・・・排気口
５・・・底蓋
６、２６、３６・・・ガス導入管
７、２７、２８、３７、３８、３９・・・吹き出し口
１０・・・成膜チャンバー
【図１】
2004100036.tif 000004
【図２】
2004100036.tif 000005
【図３】
2004100036.tif 000006