(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元中空容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる装置において、成膜チャンバーが、内部に容器が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ筒体と、その筒体の片方の開口端に設置される天蓋と、もう一方の開口端に設置され排気口を持つ底蓋とよりなり、成膜チャンバー内には薄膜を形成しようとする容器を所定位置に保持するための容器保持部品が、筒体の側壁と容器の間には導電性材料よりなる外部電極がそれぞれ設置され、内部電極は底蓋を通して容器保持部品に保持される容器の内部に位置するように設置されていると共に、外部電極と容器保持部品とは薄膜を形成しようとする容器に合ったものに適宜交換可能になっていることを特徴とする３次元中空容器への薄膜成膜装置。
【請求項２】
外部電極と容器の間に外部電極と接触するように絶縁性材料からなるスペーサーが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置。
【請求項３】
絶縁性材料からなるスペーサーがプラスチックであることを特徴とする請求項２に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置。
【請求項４】
底蓋が導電性材料よりなり、かつ筒体の側壁と底蓋の間に絶縁体よりなる絶縁板が介在されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置。
【請求項５】
筒体、天蓋及び底蓋よりなる成膜チャンバー内に容器を保持するための絶縁体よりなる容器保持部品が設置されていることを特徴する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置。
【請求項６】
内部電極の先端にガス吐出口として直径０．５ｍｍ以下の穴が少なくとも１つ以上開いていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置。
【請求項７】
内部電極の先端にガス吐出口として短径が０．５ｍｍ以下の長穴が少なくとも１つ以上開いていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置。
【請求項８】
３次元中空容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる方法であり、内部に薄膜を形成させる容器が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ筒体と、その筒体の片方の開口端に設置される天蓋と、もう一方の開口端に設置され排気口を持つ底蓋とよりなる成膜チャンバー内に、薄膜を形成しようとする容器に適合するようにして選択した容器保持部品を設置させ、この容器保持部品により容器を所定位置で保持する一方、筒体の側壁と容器の間には容器に適合するようにして選択した導電性材料よりなる外部電極を設置させると共に、容器内部には内部電極を設置させ、しかる後、底蓋に設置された排気口を介して容器内部を含む成膜チャンバー内を真空にし、続いて底蓋を通して容器内部に挿入されている内部電極の先端よりプロセスガスを容器内に導入し、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、プロセスガスをプラズマ化することにより容器表面に薄膜を形成することを特徴とする３次元中空容器への薄膜成膜方法。
【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化学蒸着法（ＣＶＤ）により薄膜を形成するための薄膜成膜装置及びそれを用いた薄膜成膜方法に関する。
【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機能性薄膜を成膜し、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一つとして、プラズマ助成式ＣＶＤ法による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がある。この方法は、例えば特開平８−５３１１７号公報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、容器の内形とほぼ相似形の内部電極の間に容器を設置し、薄膜を形成する方法であり、また特開平８−１７５５２８号公報に示されているように、外部電極、内部電極共に容器の表面からほぼ一定の距離に配置して薄膜を形成する方法である。しかしこれらの発明では、電極を容器の形状に合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。
【０００３】
【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、装置に大きな変更を加えることなく、必要最低限の変更で様々な形状の容器への薄膜形成に対応できる薄膜成膜装置及びそれを用いた薄膜成膜方法を提供することを目的とする。
【０００４】
本発明は、以上の目的を達成すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、成膜チャンバーが、内部に容器が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ筒体と、その筒体の片方の開口端に設置される天蓋と、もう一方の開口端に設置され排気口を持つ底蓋とよりなり、成膜チャンバー内には薄膜を形成しようとする容器を所定位置に保持するための容器保持部品が、筒体の側壁と容器の間には導電性材料よりなる外部電極がそれぞれ設置され、内部電極は底蓋を通して容器保持部品に保持される容器内部に位置するように挿入されていると共に、外部電極と容器保持部品とは薄膜を形成しようとする容器に合ったものに適宜交換可能になっていることを特徴とする３次元中空容器への薄膜成膜装置である。
【０００５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置において、外部電極と容器の間に外部電極と接触するように絶縁性材料からなるスペーサーが挿入されていることを特徴とする。
【０００６】
さらにまた、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置において、絶縁性材料からなるスペーサーがプラスチックであることを特徴とする。
【０００７】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置において、底蓋が導電性材料よりなり、かつ筒体の側壁と底蓋の間に絶縁体よりなる絶縁板が介在されていることを特徴とする。
【０００８】
さらにまた、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置において、筒体、天蓋及び底蓋よりなる成膜チャンバー内に容器を保持する絶縁体よりなる容器保持部品が設置されていることを特徴する。
【０００９】
さらにまた、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置において、内部電極の先端にガス吐出口として直径０．５ｍｍ以下の穴が少なくとも１つ以上開いていることを特徴とする。
【００１０】
さらにまた、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の３次元中空容器への薄膜成膜装置において、内部電極の先端にガス吐出口として短径が０．５ｍｍ以下の長穴が少なくとも１つ以上開いていることを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、請求項８に記載の発明は、３次元中空容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる方法であり、内部に薄膜を形成させる容器が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ筒体と、その筒体の片方の開口端に設置される天蓋と、もう一方の開口端に設置され排気口を持つ底蓋とよりなる成膜チャンバー内に、薄膜を形成しようとする容器に適合するようにして選択した容器保持部品を設置させ、この容器保持部品により容器を所定位置で保持する一方、筒体の側壁と容器の間には容器に適合するようにして選択した導電性材料よりなる外部電極を設置させると共に、容器内部には内部電極を設置させ、しかる後、底蓋に設置された排気口を介して容器内部を含む成膜チャンバー内を真空にし、続いて底蓋を通して容器内部に挿入されている内部電極の先端よりプロセスガスを容器内に導入し、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、プロセスガスをプラズマ化することにより容器表面に薄膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜成膜装置を、一実施形態に係る断面構成の概略を示す図１を用いて説明する。
図１に示す薄膜成膜装置は、成膜チャンバーが、内部に薄膜を形成しようとする容器１が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ筒体２と、その筒体２の片方の開口端に設置される天蓋３と、もう一方の開口端に設置され排気口５を持つ底蓋６とよりなり、成膜チャンバー内には薄膜を形成しようとする容器１を所定位置に保持するための容器保持部品１０が、筒体２の側壁と容器１の間には導電性材料よりなる外部電極４がそれぞれ設置され、内部電極７は成膜チャンバーの底蓋６を通して容器保持部品１０に保持されている容器１の内部に位置するように設置されていると共に、外部電極４と容器保持部品１０とは薄膜を形成しようとする容器１に合ったものに適宜交換可能になっている
【００１３】
この装置の重要な特徴の一つは、筒体２がその内部に薄膜を形成しようとする容器１を収納できるだけの円筒状のスペースを有していることである。筒体２の内部を円筒状とすることにより、筒体２の製造が容易となり、かつ安価に製造できるという効果を奏する。筒体２は、内部のスペースが円筒状であれば良く、外側の形状に特に制限はない。また、筒体２の材質としては特に制限はないが、ガラス、プラスチック等の絶縁性材料が好適である。
【００１４】
二つ目の重要な特徴は、導電性材料よりなる外部電極４が筒体２の側壁と容器１の間に設置されていると共に、薄膜を形成する容器に合わせたものに適宜交換できるようになっていることである。
容器２の内表面へ均一な薄膜を成膜するためには外部電極４と内部電極７は容器１を挟んで対向するように設置されなければならず、かつ外部電極４は容器１の長さ（高さ）とほぼ等しいことが望ましい。すなわち、容器の長さに対して著しく長い外部電極を使用すると、容器の無い部分に密度の高いプラズマが発生し、結果として容器内部に適切なプラズマを発生させることが困難となる。したがって、本発明の薄膜成膜装置では導電性材料よりなる外部電極４を筒体２の側壁と容器１の間に設置し、かつその外部電極４は容器１の長さに合ったものに適宜交換できるようにすることで、さまざまな容器に対して均質な薄膜の形成を可能にしている。さらに、この外部電極４は簡単に脱着可能なことが望ましい。
【００１５】
一方、本発明に係る薄膜成膜装置においては、図２に示したように、導電性材料よりなる外部電極４と容器１の間に外部電極４と接触するように絶縁性材料からなるスペーサー８を挿入できるようにもなっている。このスペーサー８を薄膜を形成しようとする容器のサイズに合わせて変更することにより、サイズの異なる容器でも同一の真空装置を用いることができる。すなわち、小さいサイズの容器に成膜する場合には、厚いスペーサーを用い成膜チャンバー内部のスペースを小さくすることで、真空チャンバー内部を真空にする時間が短縮でき、かつ容器は外部電極の中心に配置されるため、薄膜の厚みを均一にするためにも好ましい。また例えば楕円形状の断面を有する容器でもスペーサーの外側は外部電極に合うように円形に、内側は容器形状に合わせて楕円形状にすることで均一な厚みの成膜が可能となる。また、スペーサーを用いない場合、成膜を繰り返すうちに外部電極の表面がプロセスガス等により汚染され放電効率が低下する場合がある。したがって、前記スペーサーを用いることにより外部電極の汚れを防止でき、長期間にわたり安定した成膜が可能となる。スペーサーの材質としては、加工の容易性および表面が汚染されたとしても放電効率に影響を及ぼさない絶縁材料、特にプラスチックが好ましい。以上の理由により、このスペーサーは外部電極と接触するように挿入され、かつ容易な脱着が可能であることが好ましい。
【００１６】
三つ目の特徴は、成膜チャンバーの天蓋３とは反対側に排気口５を有する底蓋６が設置されていることである。
成膜チャンバー内には内部を真空にするため、この排気口５を通して真空ポンプ（図示せず）が設置されている。また、底蓋６の材質には特に制限は無いが、機械的強度等の面より金属が好ましい。しかし、金属のような導電性材料を用いた場合には、底蓋６と外部電極４の間に絶縁板９を介在させることが好ましい。また、容器１を成膜チャンバーの適正な位置に配置するため図１に示すような絶縁体９よりなる容器保持部品１０を成膜チャンバー内に設置することが望ましい。さらに、この容器保持部品１０と絶縁板９を一体の部品とすることで、装置部品点数を減らすことも可能である。
【００１７】
一方、図３には、図１の容器１とは長さ（高さ）の異なる容器３１に均質な薄膜を形成するように図１に示す薄膜成膜装置の外部電極４と容器保持部品１０に代わって外部電極３４と容器保持部品３０を交換したときの装置の状態が示してある。容器の長さが変更になったのに対応して、簡単に脱着可能な外部電極３４と、容器保持部品３０の２点の部品だけを変更することで容器３１に対して均質な薄膜の形成が可能となる。
【００１８】
本発明の薄膜成膜装置は以上のような構成であるが、以下にこの装置を用いた薄膜成膜方法を図１を参照して説明する。
まず、内部に薄膜を形成しようとする容器１が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ筒体２と、その筒体２の片方の開口端に設置される天蓋３と、もう一方の開口端に設置され排気口５を持つ底蓋６とよりなる成膜チャンバー内に、容器１に適合するように選択して設置させた容器保持部品１０により容器１を所定位置で保持する一方、筒体２の側壁と容器１の間には容器に適合するように適宜選択した導電性材料よりなる外部電極４を設置させると共に、容器１の内部には内部電極７を設置させ、しかる後、底蓋６に設置された排気口５を介して容器１の内部を含む成膜チャンバー内を真空にし、続いて底蓋６を通して容器１の内部に挿入されている内部電極７の先端よりプロセスガスを容器１内に導入し、外部電極４と内部電極７間に高周波またはマイクロ波電力をかけ、プロセスガスをプラズマ化することにより容器１の内表面に薄膜を形成する。
【００１９】
プロセスガスは、中空管となっている内部電極７の先端のガス吐出口１１より容器１の内部に供給する。この場合、先端のガス吐出口１１が大きすぎるとプロセスガスが内部電極７の内部でプラズマ化し、化学反応が進むため、結果として容器１に形成される薄膜の厚みがガス吐出口１１付近では厚くなり、逆にガス吐出口１１から遠い部分では薄くなってしまう。したがって、ガス吐出口１１は図４に示すように少なくとも一つ以上の直径０．５ｍｍ以下の穴もしくは短径が０．５ｍｍ以下の長穴とすることが望ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
<実施例１>
図１に示すような薄膜成膜装置、すなわち成膜チャンバーが、内部に容器が収容できるだけの円筒状のスペースを持つ筒体２と、その筒体２の片方の開口端に設置される天蓋３と、もう一方の開口端に設置され排気口５を持つ底蓋６とよりなり、成膜チャンバー内には薄膜を形成しようとする容器１を所定位置に保持するための容器保持部品１０が、筒体２の側壁と容器１の間には導電性材料よりなる外部電極４がそれぞれ設置され、内部電極７は底蓋６を通して容器保持部品１０に保持される容器１の内部に位置するように設置されていると共に、外部電極４と容器保持部品１０とは薄膜を形成しようとする容器に合ったものに適宜交換可能になっている薄膜成膜装置を用いて、容量が５００ｍｌで長さ（高さ）が２０ｃｍのポリエチレンテレフタレート製容器の内表面に酸化珪素薄膜の成膜を行った。
【００２１】
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１０ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍであった。この混合ガスを先端に直径が０．５ｍｍのガス吐出口１１を有する内部電極７を通して、容器保持部品１０により成膜チャンバーの所定位置に設置した容器１内に導入し、成膜時圧力６６．５Ｐａ、印可電力２００ｗａｔｔで１５秒間高周波を印可し、成膜を行った。
容器１内部には酸化珪素の薄膜が成膜され、膜厚もほぼ均一であった。
【００２２】
<実施例２>
図３示すような薄膜成膜装置を用いて、実施例１で用いた容器とは長さの異なる容器３１（長さ３１ｃｍ）の内表面へ酸化珪素薄膜の成膜を行った。
まず、薄膜の形成に先立ち、装置内に予め設置してあった外部電極と容器保持部品を薄膜を形成しようとする容器３１の大きさならびに高さに適合する外部電極３４と容器保持部品３０に交換した。
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１０ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍであった。この混合ガスを内部電極７の先端に設けられ、短径が０．５ｍｍの長穴を有する図４のａに示すようなガス吐出口１１を通して容器３１の内部に供給し、成膜時圧力６６．５Ｐａ、印可電力２００ｗａｔｔで１５秒間高周波を印可し、成膜を行った。
容器３１の内部には酸化珪素の薄膜が成膜され、膜厚もほぼ均一であった。
【００２３】
【発明の効果】
以上のような本発明は、装置に大きな変更を加えることなく、様々な形態の容器への薄膜形成に対応することが可能となる。
すなわち、外部電極と容器保持部品を薄膜を形成しようとする容器に合わせて選択して設置することにより、様々な容器に対して均質な薄膜の形成が可能となる。また、外部電極と容器の間に外部電極と接触するようにして絶縁性材料からなるスペーサーを薄膜を形成しようとする容器のサイズに合わせて挿入、設置することにより、均質な薄膜を効率良く形成できると共に、外部電極の汚れを防止することができ、長期間に渡り安定した成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜成膜装置の概略断面構成説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る薄膜成膜装置の概略断面構成説明図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態に係る薄膜成膜装置の概略断面構成説明図である。
【図４】ガス吐出口の平面構成説明図である。
【符号の説明】
１・・・容器
２・・・筒体
３・・・天蓋
４・・・外部電極
５・・・排気口
６・・・底蓋
７・・・内部電極
８・・・スペーサー
９・・・絶縁板
１０・・・容器保持部品
１１・・・ガス吐出口
１４・・・プロセスガス供給管
１５・・・高周波電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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