(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック材料からなるカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる装置において、該容器より広い外部電極を容器の底部外側に配置され、薄膜形成材料の導入穴を有する内部電極を容器内部に配置され、該内部電極が該容器底部の縁部で他の容器底部より近くなる形状とし、該導入穴が容器底部中央に配置しているいることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
該導入穴が直径０．５ｍｍ以下の穴で少なくとも１つ以上配置していることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
成膜チャンバー中に収容される外部電極は該容器底部の形状と略同一形状であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
プラスチック材料からなるカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる装置において、該容器より高い外部電極を該容器の側壁部の周囲に設置され、容器内部に薄膜形成材料の導入穴を有する内部電極が配置され、該内部電極が該容器底部の縁部で他の容器底部より近くなる形状とし、該導入穴が該容器底部中央に配置していることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
プラスチック材料からなるカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる装置において、外部電極が該容器の底部及び側壁部の周囲に設置され、容器内部に薄膜形成材料の導入穴を有する内部電極が配置され、該内部電極が該容器底部の縁部で他の容器底部より近くなる形状とし、該導入穴が該容器底部中央に配置していることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
内部電極の表面積が該容器表面積の半分以上であることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の成膜装置。
【請求項７】
容器のフタ材を接着する部分に、薄膜が形成されない構造を持つことを特徴する請求項１から６いずれか記載の成膜装置。
【請求項８】
請求項１から７いずれか記載の成膜装置を用いて、成膜チャンバー内に容器を挿入し、
容器内部を含むチャンバー内を真空にし、容器内部に挿入されている内部電極の導入穴より薄膜形成材料であるガスをチャンバー内に導入し、外部電極と内部電極間に高周波またはマイクロ波電力をかけ、該材料ガスをプラズマ化することにより容器内表面に薄膜を形成することを特徴とするカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチック材料からなるカップ状容器等の表面にプラズマ助成式化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）で代表される化学的気相蒸着法（ＣＶＤ）により薄膜を形成させる装置およびその方法に関する。
【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形成し、該容器のガスバリア性、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、プラズマ助成式ＣＶＤ法により、プロセスガスの化学反応により容器表面に薄膜を形成させる方法である。
【０００３】
例えば特開平８−５３１１７に示されているように、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、また特開平８−１７５５２８に示されているように、外部電極、内部電極ともに容器の表面からほぼ一定の距離に配置する方法が知られている。
【０００４】
これらの発明では、電極を容器の形状にあわせて作らなければならず、あらゆる形状の容器に対応できるものではなかった。
また、容器各部における膜厚の不均一性などにより十分なガスバリア性が得られていないこと、量産性に各種課題があり、商品化されていない。
【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、すなわち容器各部で均一な膜厚を形成し、ガスバリア性、表面の濡れ性等の各種機能が十分に高い容器を提供し、かつ該容器の成膜生産性を考慮した成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、プラスチック材料からなるカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる装置において、該容器より広い外部電極を容器の底部外側に配置され、薄膜形成材料の導入穴を有する内部電極を容器内部に配置され、該内部電極が該容器底部の縁部で他の容器底部より近くなる形状とし、該導入穴が容器底部中央に配置してあることを特徴とする成膜装置を提供するものである。
【０００７】
これにより、導入穴部分の薄膜の厚さが厚くなる傾向を、容器底部の縁部に比べて中央で電極を容器から離すこと、および外部電極の配置により均一な薄膜とすることができる様になったと同時に、容器底部中央に配置する事で全体としても容器内容での材料ガスの流れを制御可能となり、均一な薄膜とすることができる成膜装置の構成を提供することが可能になったとともに、容器形状の変化にも、容易に対応可能になったものである。
この構成により、容器の深さが浅いカップ状容器に対する対応は十分である。
【０００８】
特に、外部電極は容器の形状が変わっても大きさが変わらなければ従来の電極と共通に使用することが可能であり、また、外部電極は容器の大きさの数だけ用意すれば対応可能となり、容器の形状の変化に対して個別に作る必要があった従来に比べ、汎用性にある成膜装置を提供することが可能になったものである。
【０００９】
請求項２の発明は、該導入穴が直径０．５ｍｍ以下の穴で少なくとも１つ以上配置していることを特徴とする請求項１記載の成膜装置を提供するものである。
【００１０】
これにより、直径０．５ｍｍ以上の穴の場合にガス導管内でプラズマが発生し、その結果容器壁への膜形成速度が低下し、所望のガスバリアを得にくくなるという欠点を克服できることが容易になったものである。
【００１１】
請求項３の発明は、成膜チャンバー中に収容される外部電極は該容器底部の形状と略同一形状であることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置を提供するものである。
【００１２】
これにより、導入穴部分の薄膜の厚さが厚くなる傾向を、容器底部の縁部に比べて中央で電極を容器から離すこと、および外部電極の配置により均一な薄膜とすることができる様になったと同時に、容器底部中央に配置する事で全体としても容器内容での材料ガスの流れを制御可能となり、均一な薄膜とすることができる成膜装置の構成を提供することが可能になったものである。
【００１３】
請求項４の発明は、プラスチック材料からなるカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる装置において、該容器より高い外部電極を該容器の側壁部の周囲に設置され、容器内部に薄膜形成材料の導入穴を有する内部電極が配置され、該内部電極が該容器底部の縁部で他の容器底部より近くなる形状とし、該導入穴が該容器底部中央に配置していることを特徴とする成膜装置を提供するものである。
【００１４】
これにより、導入穴部分の薄膜の厚さが厚くなる傾向を、容器底部の縁部に比べて中央で電極を容器から離すこと、および外部電極の配置により均一な薄膜とすることができる様になったと同時に、容器底部中央に配置する事で全体としても容器内容での材料ガスの流れを制御可能となり、均一な薄膜とすることができる成膜装置の構成を提供することが可能になったとともに、容器形状の変化にも、容易に対応可能になったものである。
この構成により、容器の深さがあるカップ状容器に対する対応は十分である。
【００１５】
特に、外部電極は容器の形状が変わっても高さが変わらなければ従来の電極と共通に使用することが可能であり、また、外部電極は容器の高さの数だけ用意すれば対応可能となり、容器の形状の変化に対して個別に作る必要があった従来に比べ、汎用性にある成膜装置を提供することが可能になったものである。
【００１６】
請求項５の発明は、プラスチック材料からなるカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる装置において、外部電極が該容器の底部及び側壁部の周囲に設置され、容器内部に薄膜形成材料の導入穴を有する内部電極が配置され、該内部電極が該容器底部の縁部で他の容器底部より近くなる形状とし、該導入穴が該容器底部中央に配置していることを特徴とする成膜装置を提供するものである。
【００１７】
これにより、導入穴部分の薄膜の厚さが厚くなる傾向を、容器底部の縁部に比べて中央で電極を容器から離すこと、および外部電極の配置により均一な薄膜とすることができる様になったと同時に、容器底部中央に配置する事で全体としても容器内容での材料ガスの流れを制御可能となり、均一な薄膜とすることができる成膜装置の構成を提供することが可能になったとともに、容器形状の変化にも、底部及び側壁部に個別に対応する事で容易に対応可能になったものである。
この構成により、容器の高さと深さが同程度であるカップ状容器に対する対応は十分である。
【００２０】
請求項６の発明は、内部電極の表面積が該容器表面積の半分以上であることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の成膜装置を提供するものである。
【００２１】
さらに、内部電極の表面積が、容器の内表面積の半分以上であるために均一な薄膜が良質に得られる構成を提供できるものである。
【００２２】
請求項７の発明は、容器のフタ材を接着する部分に、薄膜が形成されない構造を持つことを特徴する請求項１から６いずれか記載の成膜装置を提供するものである。
【００２３】
これは、容器が該容器のフタ材を接着する構造の場合に有効であり、その接着する部分である容器フランジ部に対して、内容物を充填後、密閉の為フィルム様蓋材を熱接着する場合には、該フランジ部に薄膜を形成することにより接着力が弱くなることを防止できる成膜装置を提供するものである。
【００２４】
その結果、振動や擦れや圧力変化などの外力がかかったときに、蓋がはがれ、密封性を保持することが出来なくなる障害の発生を防止できるものである。
【００２５】
請求項８の発明は、請求項１から７いずれか記載の成膜装置を用いて、成膜チャンバー内に容器を挿入し、容器内部を含むチャンバー内を真空にし、容器内部に挿入されている内部電極の導入穴より薄膜形成材料であるガスをチャンバー内に導入し、外部電極と内部電極間に高周波またはマイクロ波電力をかけ、該材料ガスをプラズマ化することにより容器内表面に薄膜を形成することを特徴とするカップ状容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法を提供するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の装置を、実施例を示す概略図を用いて説明する。
図１は、請求項１記載の薄膜形成装置の一実施例として成膜チャンバー部を示したものであり、内部に容器１が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ側壁２と、その側壁２の片方の端に設置される天蓋３、もう一方の端に設置され排気口４を持つ底蓋５よりなり、導電性材料よりなる外部電極６が天蓋３と容器１の間に設置され、内部電極７が底蓋５を通して容器１内部に挿入されいる。
【００２７】
外部電極の大きさにおいて、外部電極６の面積は容器１の底部投影面積より大きいことが重要である。
ここで投影面積とは、底部の面積という意味ではなく、平行光線を縦方向から照射したときの容器全体シルエットの形状を示すもので、そのシルエットよりも広く外部電極を設けるものである。
この様に外部電極６の面積を大きくすることで、安定したプラズマを発生させることが可能となる。
【００２８】
内部電極７の表面と容器１の表面との距離は容器底部縁部８で他の部分の距離よりも狭く配置されている。
これは、絶対的な近さ遠さを示すものでなく、底部における中央部との距離の比較である。
導入穴９より薄膜を形成するための材料ガスが成膜チャンバー内に導入され、内部電極７と外部電極６との間でプラズマ化される。
【００２９】
この時、容器底部縁部８において、容器１の表面と内部電極７との距離が、容器１の他の部分すなわち容器底部や容器側面と内部電極７との距離より短くすることにより、成膜チャンバー内より詳しくは容器内部の材料ガスの流れを制御して、容器内表面に、均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００３０】
また、均一な薄膜を成形するためには、導入穴９の大きさは、０．５ｍｍ以下であるのが望ましい。
導入穴９の大きさが０．５ｍｍより大きい場合には、材料ガスの流量バランスが崩れ、薄膜の厚さが不均一になってしまう場合が多い。
【００３１】
また、内部電極７において、鋭利な突起や角があると、その先端部分にプラズマが集中し、均一な薄膜が形成されないことが多いため、突起や角をなくすことが望ましい。
【００３２】
さらに、内部電極の表面積が、容器１の内表面積の半分以上であることが望ましい。内部電極が小さすぎると良質な薄膜が形成されず、ガスバリア性の劣化する。
【００３３】
容器フランジ部１０は、内容物を充填後、密閉の為フィルム様蓋材を接着する部分である。
蓋と容器との接着で、熱接着する場合には、該フランジ部１０に薄膜を形成すると、接着力が弱くなる。
【００３４】
その結果、振動や擦れや圧力変化などの外力がかかったときに、蓋がはがれ、密封性を保持することが出来なくなる。
そのため、該フランジ部１０には、薄膜を形成しないことが望ましい。
【００３５】
容器１を保持する為の支持部材１１には、該フランジ部１０を遮蔽して、該フランジ部１０に薄膜が形成されない構造を有する。
図２は、請求項３記載の薄膜形成装置の一実施例として示したものであり、カップ状容器２１で容器深さが深い場合を示している。
図２の場合、側面外部電極２２が容器側壁部の周囲に配置されている。
【００３６】
図３は、請求項４記載の薄膜形成装置の一実施例である。カップ状外部電極３１が、容器底部及び側壁部の周囲に設置されている。
これら成膜装置は、容器の形状により各種選択することが可能である。
【００３７】
この様な装置を用いて行うＣＶＤは、化学的気相蒸着法一般を指すが、その中でも超音波やマイクロ波によるプラズマの様な各種アシストを行う各種化学的気相蒸着法を示す。
この様な装置を用いて行うＣＶＤは、化学的気相蒸着法一般を指すが、その中でもプラズマの様なアシストを行う各種化学的気相蒸着法を示す。
【００３８】
【実施例】
上記発明の実施例を以下に説明する。
＜実施例１＞
図１に示すような成膜装置を用いて、容量が２００ｍｌのポリプロピレン製容器の内表面に酸化珪素薄膜の成膜を行った。
容器の高さは４０ｍｍ、底部の直径は８３ｍｍ、フランジ部の直径は１１０ｍｍ、フランジ部の幅は５ｍｍである。
また、外部電極の容器底部との距離は１０ｍｍ、外部電極の直径は１２０ｍｍである。
また、内部電極の縁部における容器底部との距離は７ｍｍ、中央部における容器底部との距離は２０ｍｍ、導入口の直径は０．４ｍｍである。
用いたプロセス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５ｓｃｃｍと５０ｓｃｃｍであった。
【００３９】
この混合ガスを先端に直径が０．５ｍｍの吐出口を有する内部電極をとおして容器内に導入し、成膜時圧力０．５ｔｏｒｒ、印加電力２００ｗａｔｔで１５秒間高周波を印加し、成膜を行った。
【００４０】
容器内部には酸化珪素の薄膜が成膜され、膜厚は、容器底部中央で３０ｎｍ、容器底部縁部で３１ｎｍ、容器側壁部で３０ｎｍであった。
また、酸素ガス透過量は、０．０８ｃｃ／ｐｋｇ／ｄａｙであった。なお、ｐｋｇという値は、「容器１個当たりの」という意味である。（以下同じ）
【００４１】
＜実施例２＞
図３示すような成膜装置を用いて、実施例１で用いた容器とは形状の異なる容器の内表面へ酸化珪素薄膜の成膜を行った。
容器の高さは６０ｍｍ、底部の直径は５８ｍｍ、フランジ部の直径は９０ｍｍ、フランジ部の幅は４．５ｍｍである。
また、外部電極の容器底部との距離は１５ｍｍ、容器側壁部との距離は１２ｍｍである。
また、内部電極の縁部における容器底部との距離は７ｍｍ、中央部部における容器底部との距離は２３ｍｍ、導入口の直径は０．４ｍｍである。
【００４２】
用いたプロセス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５ｓｃｃｍと５０ｓｃｃｍであった。
この混合ガスを、先端に短径が０．５ｍｍの吐出口を有するガス導入をとおして容器内に供給し、成膜時圧力０．５ｔｏｒｒ、印加電力２００ｗａｔｔで１５秒間高周波を印加し、成膜を行った。
【００４３】
容器外部には酸化珪素の薄膜が成膜され、その膜厚は、容器底部中央で３７ｎｍ、容器底部縁部で３９ｎｍ、容器側壁部で３６ｎｍであった。
また、酸素ガス透過量は、０．０７ｃｃ／ｐｋｇ／ｄａｙであった。
【００４４】
＜実験例１＞
内部電極の表面と容器表面との距離が、容器すべての部分で均等となる内部電極を使用し、材料ガス導入穴が直径１ｍｍの穴であること以外は、実施例１と同じ装置、および成膜条件を使用し、成膜を行った。
【００４５】
容器外部には酸化珪素の薄膜が成膜され、その膜厚は、容器底部中央で９ｎｍ、容器底部縁部で１２ｎｍ、容器側壁部で２９ｎｍであった。
また、酸素ガス透過量は、０．３ｃｃ／ｐｋｇ／ｄａｙであった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明による薄膜形成装置及びその方法を用いることで、カップ状容器内面に容器各部で均一な膜厚を持つ薄膜が形成出来、ガスバリア性、表面の濡れ性等の各種機能が十分に高い容器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図２】図１とは別な本発明の一実施例を示す概略図である。
【図３】図１、図２とは別な本発明の一実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・容器
２・・・側壁
３・・・天蓋
４・・・排気口
５・・・底蓋
６・・・外部電極
７・・・内部電極
８・・・容器底部縁部
９・・・導入口
１０・・・容器フランジ部
１１・・・容器支持部品
２１・・・カップ状容器
２２・・・側面外部電極
３１・・・カップ状外部電極
【図１】
0004826042.tif 000002
【図２】
0004826042.tif 000003
【図３】
0004826042.tif 000004