(57)【要約】【課題】本発明は、プラズマＣＶＤ法により、筒状プラスチック構造物内面に均一に蒸着薄膜を成膜する薄膜成膜装置を提供する。【解決手段】筒状プラスチック構造物本体１を収納する真空チャンバー５内に原料ガスを供給するためのガス供給管（内部電極）２を配置し、該構造物本体内部１ｂにガス供給管（内部電極）２により原料ガスを供給して、該構造物内面１ａにプラズマＣＶＤ法により、蒸着薄膜６を成膜する薄膜成膜装置において、該ガス供給管（内部電極）２は、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向に少なくとも２ヶ所以上の原料ガスを供給するガス吐出口２ａを有している筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状プラスチック構造物本体１を収納する真空チャンバー５内に原料ガスを供給するためのガス供給管（内部電極）２を配置し、該構造物本体内部１ｂにガス供給管（内部電極）２により原料ガスを供給して、該構造物内面１ａにプラズマＣＶＤ法により、蒸着薄膜６を成膜する薄膜成膜装置において、該ガス供給管（内部電極）２は、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向に少なくとも２ヶ所以上の原料ガスを供給するガス吐出口２ａを有していることを特徴とする筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置。
【請求項２】
請求項１記載の筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置において、前記真空チャンバー５の外周面に任意の巻き数のコイルを備えたことを特徴とする筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒状プラスチック構造物に薄膜を形成する装置に関するものであり、さらに詳しくは、筒状プラスチック構造物本体内面にプラズマＣＶＤ法により薄膜を形成する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ペットボトルなどのプラスチック構造物は、その成形の容易性や軽量性、さらには低コストである点等の種々の特性から、様々な分野において広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、プラスチック構造物は、酸素や二酸化炭素、水蒸気のような低分子ガスを透過する性質や、低分子有機化合物が内面に吸着してしまうという性質、アセトアルデヒドのような溶出成分を持つという性質を有しており、それらが問題となっていることも多々ある。
【０００４】
そういった問題を解決する手段として、従来のプラスチック構造物にプラズマＣＶＤ法を用いて被膜を行う技術には、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プラズマを発生させ成膜を行う方法がある。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
また、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プラズマを用いてプラスチック容器内面に炭素被膜をコーティングする方法もある。（例えば、特許文献２参照）
【０００６】
プラズマを発生させる方法としては、他にもマイクロ波を用いる方法、ＥＣＲやヘリコン波といった磁場との相互作用を利用した方法などがある。
【０００７】
該誘導結合プラズマ、ＥＣＲプラズマ、ヘリコン波プラズマは高密度プラズマとして知られ、プラズマ密度が１×１０１７ｍ−３以上の高密度プラズマを得ることができるので、より高速な成膜を実現することができる。
【０００８】
プラズマＣＶＤ法により筒状プラスチック構造物本体内面１ａに成膜する場合、原料ガスは筒状プラスチック構造物本体内部１ｂに供給しなければならない。図３は容量結合プラズマによるペットボトル成膜装置の一例である。
【０００９】
原料ガスは、ボトル本体内部１ｂに挿入されたガス供給管（内部電極）２先端にあるガス吐出口２ａより供給され、真空ポンプの排気口７側へ流れる。よって、ガス供給管（内部電極）２の長さを調整してガス吐出口２ａをボトル底部近くにすることにより、比較的均一に成膜を行うことができる。
【００１０】
次に、図４に示したような誘導結合型プラズマによる成膜装置でペットボトルへの成膜を行った。
【００１１】
原料ガスの供給は容量結合の場合と同様にガス供給管（内部電極）２先端のガス吐出口２ａを通してボトル本体内部１ｂに供給した。ガス吐出口２ａはコイル７に高周波電力４を印加して成膜を行ったが、膜厚分布は均一ではなく、ボトル底部の膜厚のみが厚くなりその他の部分にはほとんど膜が成長していなかった。
【００１２】
そこで、ガス供給管（内部電極）２の長さを調整してガス吐出口２ａをボトル中央付近に変更したところ、今度はボトル中央付近の膜厚が厚くなり、その他の部分では膜厚が非常に薄くなってしまった。
【００１３】
すなわち、誘導結合プラズマのような高密度プラズマではガス吐出口２ａの近傍には膜が高速で成長するが、その他の部分では極端に膜が成長しにくくなることが分かった。
【００１４】
【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
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来技術の問題点を解決するものであり、プラズマＣＶＤ法により、筒状プラスチック構造物内面に均一に蒸着薄膜を成膜する薄膜成膜装置を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたもので、本発明の請求項１に係る発明は、筒状プラスチック構造物本体１を収納する真空チャンバー５内に原料ガスを供給するためのガス供給管（内部電極）２を配置し、該構造物本体内部１ｂにガス供給管（内部電極）２により原料ガスを供給して、該構造物内面１ａにプラズマＣＶＤ法により、蒸着薄膜６を成膜する薄膜成膜装置において、該ガス供給管（内部電極）２は、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向に少なくとも２ヶ所以上の原料ガスを供給するガス吐出口２ａを有していることを特徴とする筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置である。
【００１７】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載の筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置において、前記真空チャンバー５の外周面に任意の巻き数のコイルを備えたことを特徴とする筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置の実施の形態を図１及図２に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置の１実施例を示す側断面図であり、図２は本発明に係るガス供給管（内部電極）２の拡大図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明は筒状プラスチック構造物本体１を収納する内部が円筒形状で外周面に任意の巻き数のコイルを備えた絶縁材料製の側壁と天蓋５ｂ及び底蓋５ｃにより密閉されてなる真空チャンバー５内に薄膜成膜用の原料ガスを供給するためのガス供給管２を配置している。
【００２１】
該ガス供給管（内部電極）２は、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向に少なくとも２ヶ所以上の原料ガスを供給するガス吐出口２ａを有している。
【００２２】
該構造物本体内部１ｂに原料ガスを供給し、前記コイルに高周波電力４を印加し、誘導電界により発生させる誘導結合プラズマを用いて、該構造物内面１ａに蒸着薄膜６を成膜する筒状プラスチック構造物内面１ａへの薄膜成膜装置である。
【００２３】
一般的には真空ポンプ側に対してプラズマ発生部の上流側より原料ガスを流して成膜処理を行う。
【００２４】
ペットボトルのような底のある筒状プラスチック構造物の場合は、口栓部よりガス供給管（内部電極）２を挿入してボトル内部より原料ガスを流す。
【００２５】
すなわち、ガス吐出口２ａから真空ポンプへの流れにおいて成膜処理を行うため、成膜処理領域で完全に均一なガス分布になっているわけではない。より均一なガス分布を得るためにはガスの流路すなわち筒状プラスチック構造物本体１の軸方向において、少なくとも２ヶ所以上の位置より原料となるガスを供給することが望ましい。
【００２６】
また、周方向に関しても４方向などのガス吐出口２ａを設けることで、周方向での膜厚分布を向上できる。ガスの吐出口は直径０．２〜１．０ｍｍ程度の円形が好ましく、径が大きいとガス吐出口２ａの内部で放電する場合がある。
【００２７】
特に、成膜プロセスに用いるプラズマが高密度である場合、短時間で処理が行える半面、ガスの不均一性による影響が成膜結果に現れやすい。
【００２８】
プラズマが高密度であると、原料ガスがガス吐出口２ａから出た直後から、激しく原料ガスの解離や再結合、イオン化といった反応が行われ、その近傍にある筒状プラスチック構造物に膜として成長する。
【００２９】
したがって、ガス吐出口２ａが１ヶ所であるとガス吐出口２ａ付近の膜厚ばかりが厚く、他の部分では膜厚が薄いというような不均一な状態が起こる。
【００３０】
そのため、プラズマ密度が１×１０１７ｍ−３以上というような高密度プラズマをプロセスに用いる場合、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向における少なくとも２ヶ所以上の位置より原料となるガスを供給することが、均一な成膜を行うことに有効である。
【００３１】
高密度プラズマの発生方法としては、誘導結合プラズマやヘリコン波プラズマがあり、これらを用いて筒状プラスチック構造物内面１ａにプラズマＣＶＤ処理を行うことができる。
【００３２】
その場合も、ガス分布の均一化、即ち、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向における少なくとも２ヶ所以上の位置より原料となるガスを供給することが有効である。
【００３３】
筒状プラスチック構造物本体１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。
【００３４】
次に、生成する膜とモノマーの例を上げると、先ず珪素酸化物を主成分とする薄膜を形成させるためには、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。
【００３５】
更に、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。
【００３６】
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、特に、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。
【００３７】
【実施例】
次に本発明の実施の形態を実際の数値データを用いて詳細に説明する。
【００３８】
＜実施例１＞
図１は巻数４ターンのコイルを２つ使用した場合の装置構成例である。筒状プラスチック構造物本体１は絶縁材料製の真空チャンバー５内に口栓部が治具３に支持され配置されており、真空排出口７を通してその内外部が真空排気された。
【００３９】
該真空チャンバー５の形状は、筒状プラスチック構造物本体１を収納する内部が円筒形状で外周面に巻数４ターンのコイルを２つ備えた絶縁材料製の側壁５ａと天蓋５ｂ及び底蓋５ｃにより構成されている。
【００４０】
該真空チャンバー５内に内部電極として、薄膜成膜用の原料ガスを供給するためのガス供給管２を配置し、該構造物本体内部１ｂに原料ガスを供給し、前記コイルに高周波電力４を印加し、該原料ガスをプラズマ化させ、該構造物内面１ａに蒸着薄膜６を成膜した。
【００４１】
該ガス供給管（内部電極）２は直径０．５ｍｍのガス吐出口２ａを周方向４ヶ所、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向において１０ｍｍ間隔で８段、合計３２個のガス吐出口２ａを設けた。
【００４２】
これを用いることにより筒状プラスチック構造物本体内部１ｂにおけるガス分布を均一にして、該筒状プラスチック構造物本体内部１ｂの圧力は１〜１００Ｐａの一定圧力に保った。
【００４３】
コイル７、８は巻数４ターンのコイルであり、２つのコイル７、８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４をコイルに印加することによりプラズマを発生させた。
【００４４】
コイルは直径５ｍｍ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、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。
【００４５】
以上のような、図１に示す装置で、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、ボトルに酸素バリア性を付与した実施例を実際の数値データを用いて詳細に説明する。
【００４６】
前記ガス供給管（内部電極）２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供給した。
【００４７】
ガスを流した状態で真空ポンプによりボトル内を１０Ｐａの一定圧力に保ち、コイルに１３．５６ＭＨｚの高周波電力３００Ｗを５秒間印加して酸化ケイ素膜をコーティングした。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、筒状プラスチック構造物本体１を収納する真空チャンバー５内に原料ガスを供給するためのガス供給管（内部電極）２を配置し、該構造物本体内部１ｂにガス供給管（内部電極）２により原料ガスを供給して、該構造物内面１ａにプラズマＣＶＤ法により、蒸着薄膜６を成膜する薄膜成膜装置において、該ガス供給管（内部電極）２は、筒状プラスチック構造物本体１の軸方向に少なくとも２ヶ所以上の原料ガスを供給するガス吐出口２ａを有することにより、均一な薄膜が形成できるのでバリア性の優れた筒状プラスチック構造物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置の１実施例を示す側断面図である。
【図２】本発明に係る筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置におけるガス供給管（内部電極）の拡大図である。
【図３】従来技術における容量結合プラズマを用いて筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置の概略図である。
【図４】従来技術における誘導結合プラズマを用いて筒状プラスチック構造物内面への薄膜成膜装置の概略図である。
【符号の説明】
１・・・筒状プラスチック構造物本体  １ａ・・・筒状プラスチック構造物本体
内面  １ｂ・・・筒状プラスチック構造物本体内部
２・・・ガス供給管（内部電極）２ａ・・・ガス吐出口
３・・・治具
４・・・高周波電力
５・・・真空チャンバー  ５ａ・・・側壁  ５ｂ・・・外蓋  ５ｃ・・・内蓋
６・・・薄膜
７・・・真空排出口
８・・・コイル
９・・・コイル
【図１】
2004250750.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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