(57)【要約】  【課題】  金属やガラス製の機械部品やプラスチックボトルなどの基材の表面に３次元的に高速かつ均一に薄膜を形成し得る新規な高周波プラズマＣＶＤ法を提供する。  【解決手段】  原料ガスが導入される真空チャンバー２内に対の高周波アンテナコイル５を離間して対向配置し、該対の高周波アンテナコイル５に高周波電圧乃至パルス電圧を印加することにより真空チャンバー２内にプラズマを発生させるとともに、該対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に、表面が三次元形状を有する基材Ｓを投入して、該基材Ｓの表面に堆積膜を形成する。【選択図】  図１
2005163149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバーと、真空チャンバー内に原料ガスを供給するガス供給管と、真空チャンバー内を所定圧力に保持すべく真空チャンバー内のガスを排気する排気管と、真空チャンバー内にプラズマを発生させるべく真空チャンバー内に配置される高周波アンテナコイルと、該高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を印加する電源回路と、高周波アンテナコイルによって発生されたプラズマ中に表面が三次元形状を有する基材を支持する三次元形状基材支持部材とを備えるプラズマＣＶＤ装置において、
前記高周波アンテナコイルは少なくとも一対設けられ、該対の高周波アンテナコイルが真空チャンバー内で離間して対向配置され、前記支持部材によって支持される基材は対の高周波アンテナコイルの間の空間に投入されることを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１において、基材を囲む多孔性電極と、該多孔性電極に高周波電圧乃至パルス電圧を印加するイオンエネルギー制御用電源とをさらに備えることを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、基材を対の高周波アンテナコイルの間の空間に投入し及び該空間から離脱させるように前記支持部材は往復動可能であることを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３において、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力が各高周波アンテナコイルに印加されることを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項１，２又は３において、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力が各高周波アンテナコイルに印加されることを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、高周波アンテナコイルは２対又は３対設けられ、基材を取り囲むようにそれぞれの対の高周波アンテナコイルが基材に対して異なる向きに対向していることを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
原料ガスが導入される真空チャンバー内に少なくとも一対の高周波アンテナコイルを離間して対向配置し、該高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を供給することにより真空チャンバー内にプラズマを発生させるとともに、対の高周波アンテナコイルの間に表面が三次元形状を有する基材を投入して、対の高周波アンテナコイルの間に生じるプラズマ中で基材の三次元表面に薄膜を気相成長させる三次元高周波プラズマＣＶＤ法。
【請求項８】
請求項７において、基材を多孔性電極によって囲み、この多孔性電極に高周波電圧乃至パルス電圧を印加することにより、基材表面に関与するプラズマ中のイオンエネルギーを制御することを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ法。
【請求項９】
請求項７又は８において、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力を各高周波アンテナコイルに供給することを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ法。
【請求項１０】
請求項７又は８において、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力を各高周波アンテナコイルに印加することを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項において、高周波アンテナコイルは２対又は３対設けられ、基材を取り囲むようにそれぞれの対の高周波アンテナコイルを基材に対して異なる向きに対向させ、これら高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を印加することにより生じるプラズマ中で基材表面に薄膜を気相成長させることを特徴とする三次元高周波プラズマＣＶＤ法。
【請求項１２】
原料ガスが導入される真空チャンバー内に高周波アンテナコイルを配置し、該高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を供給することにより真空チャンバー内にプラズマを発生させるとともに、高周波アンテナコイルの内部に表面が三次元形状を有する基材を投入して、高周波アンテナコイル内部に生じるプラズマ中で基材の三次元表面に薄膜を気相成長させる三次元高周波プラズマＣＶＤ法。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか１項に記載の三次元高周波プラズマＣＶＤ法によって表面に薄膜が成膜されてなるプラスチック容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック容器などの基材の表面に三次元的に薄膜を高速かつ均一に成膜するための三次元高周波プラズマＣＶＤ装置並びに三次元高周波プラズマＣＶＤ法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、ビールや炭酸飲料用の容器としては、ガスバリア性の問題によりアルミ缶が用いられており、一部ビール容器としてＤＬＣ内面コーティングされたペットボトルが実用されているが、一般的にはプラスチックボトルは使用できないと考えられている。また、バイオ新薬をはじめとする種々の新薬用の容器としては、割れるおそれが少なく取り扱いに便利で、形態の自由度の大きいプラスチックボトルへの期待もあるが、高度のガスバリア性、耐湿性が要求される薬剤ではガラスボトルが用いられているのが現状である。かかる現状を打破し、プラスチック容器の機能性を一層高めるべく、近年、プラズマによる表面処理技術が開発されている。また、金属やガラス製の各種機械部品などの分野においても、プラズマによる表面処理技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、プラズマによってボトル内面の強化処理を行う技術が開示されて、おり、特許文献２には、円筒状電極の内部にプラスチックボトルを配置し、このボトル内に棒状電極を挿入してボトル内に原料ガスを導入し、高周波放電によりボトル内部にプラズマを発生させてボトル内面に薄膜を形成させる簡易式のプラズマＣＶＤ法が開示されている。
【特許文献１】特表２００１−５１８６８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３１０９６０号公報
【０００４】
これら文献に記載の技術はいずれもボトル内面にシリコン酸化膜や炭素被膜を形成するものであるが、ボトル表面（外面）に薄膜を形成することはできない。また、かかる技術ではプラズマ密度が低く、ＤＬＣやＣＨ4などの炭素系被膜や、ヘキサメチルジシロキサン（以下、「HMDSO」という。）などの酸化珪素系被膜では成膜速度が遅く、量産に向かないという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実用的な速度で成膜できる従来の大型プラズマＣＶＤ装置は種々のものがあるが、プラスチック容器表面の成膜を行う場合、比較的低温域に維持する必要があり、従来の多くのプラズマＣＶＤ装置は利用できない。また、いわゆる平行平板式のプラズマＣＶＤが一般的であるが、電極間の距離がせいぜい５ｃｍ程度しかなく、プラスチックボトルなどの３次元容器を電極間に配置できない。
【０００６】
一方、本願発明者の一人である山下は、誘導結合型高周波放電プラズマによる表面処理技術を既に考案し、例えば、M.Yamashita:J. Vac. Sci. Techonol., A7, (1989)151.Mutsuo Yamashita:J. Vac. Sci. Jpn（真空）, Vol. 44, No.5, (2001)32に開示している。この開示した技術は誘導結合型プラズマスパッタリング装置であって、平板状のターゲットと、基板を保持する基板保持台との間に高周波アンテナコイルを設置し、この高周波アンテナコイルに高周波電源装置からマッチングボックス（インピーダンス整合回路）を介して高周波電力を供給することにより高密度プラズマを発生させるようになっているものである。
【０００７】
かかる誘導結合型高周波放電プラズマは、専ら高周波アンテナコイルに供給する高周波電力によって発生し、発生したプラズマはコイルの中に閉じこめられ、ターゲット周辺に特別な磁気回路を構成しなくとも、１０12/cm3以上の高密度のプラズマ密度が得られるとともに、コイルの大きさを適切に設定することによりプラズマが閉じこめられる空間を大きく確保できるという利点がある。したがって、上記の誘導結合型高周波放電プラズマ発生原理を、プラズマＣＶＤ装置に転用することにより、プラスチックボトルなど基材の表面に高速に薄膜を気相成長させることが可能になると考えられる。
【０００８】
しかし、単に薄膜が形成されれば良いというものではなく、形成される薄膜のピンホールの解消はもとより、ボトルのガスバリア性、耐湿性の保証のためにはその三次元表面に形成される薄膜の膜厚並びに膜質の均一性が要求される。
【０００９】
そこで、本発明は、プラスチックボトルなどの基材の三次元表面に高速かつ均一に薄膜を形成できる新規な三次元高周波プラズマＣＶＤ装置並びに三次元高周波プラズマＣＶＤ法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の三次元高周波プラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバーと、真空チャンバー内に原料ガスを供給するガス供給管と、真空チャンバー内を所定圧力に保持すべく真空チャンバー内のガスを排気する排気管と、真空チャンバー内にプラズマを発生させるべく真空チャンバー内に配置される高周波アンテナコイルと、該高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を印加する電源回路と、高周波アンテナコイルによって発生されたプラズマ中に表面が三次元形状を有する基材を支持する三次元形状基材支持部材とを備える。
【００１１】
前記高周波アンテナコイルとしては、円形コイルを好適に採用でき、その他、基材投入空間の周りを立体的に取り囲むように湾曲させたコイルを用いることも可能である。円形コイルの巻数は、要求されるプラズマ密度が得られれば特に限定されるものではないが、巻数３〜８程度が好適である。高周波アンテナコイルの材質としては、アルミニウム材を好適に用いることができ、その他銅やカーボンなどの適宜の材料を採用できる。この高周波アンテナコイルは真空チャンバー内に設置されるためにプラズマに接するが、コイルの表面近傍にはイオンシースが生じ、これによってコイルの各巻線間やコイル−接地間の電気的絶縁を直流的にも高周波的にも保つことが可能である。また、高周波アンテナコイルそれ自体、インピーダンス整合回路を構成する。なお、高周波アンテナコイルを管状部材によって構成し、該コイル内に冷媒を流通させることでコイルを冷却させることが可能である。
【００１２】
電源回路は、高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を供給し、これにより高周波プラズマを発生させるものである。この電源回路の発振周波数は４ＭＨｚ〜５０ＭＨｚ、最大出力１ｋＷ程度とすることができ、成膜時にアンテナコイルに入射する電力は、原料ガスの種類、真空チャンバーの構造や大きさ、高周波アンテナコイルの特性などによって適宜のものとすることができる。電源回路としてパルス発振器を用いてパルス電圧を高周波アンテナコイルに印加する場合、チャンバー内の雰囲気温度上昇を抑制でき、プラスチック容器を基材とする場合に好適である。また、対の高周波アンテナコイルに印加する高周波電圧の位相を互いに１８０度変えることにより、真空チャンバー内のプラズマ密度を大幅に増加させることができる。また、両コイルに印加する高周波電圧の値を独立して変えることもでき、これによれば、真空チャンバー内のプラズマ密度の分布を変えることができ、成膜速度の向上と同時に膜厚分布の制御をも行うことができる。
【００１３】
基材の三次元表面の形状は適宜のものとすることができ、プラスチックボトルのように周面並びに底面を有するもの、管のように周面を有するものの他、山形状のもの、凹凸溝を有する板状部材などを挙げることができる。
【００１４】
かかる本発明の三次元高周波プラズマＣＶＤ装置によれば、高周波アンテナコイルに高周波電圧乃至パルス電圧を印加することにより発生する高密度プラズマ内に基材を支持するので、基材の三次元表面の全体にわたってプラズマ密度が均質化され、高速かつ均一に三次元表面に薄膜が成膜される。
【００１５】
なお、プラズマをより効率的に閉じこめるために、高周波アンテナコイルの外側にプラズマ遮蔽用の遮蔽板を配設するのが好ましい。これによれば、チャンバー内におけるプラズマの分散が緩和され、プラズマがチャンバーの中央に集中するようになり、成膜速度の向上、薄膜の均一性の向上が図られる。また、真空チャンバーの外周の適当な箇所に磁石を設置することによりチャンバー内の磁場を制御することによってもプラズマ密度の向上を図ることができる。このプラズマ遮蔽板の中心部には孔を設けることができ、この孔を小さくすると、プラズマはアンテナコイル内にほぼ完全に閉じこめられてその密度をさらに増す。
【００１６】
さらに薄膜の均一性を向上するために、基材を囲む多孔性電極と、該多孔性電極に高周波電圧を印加するイオンエネルギー制御用電源とをさらに備えることができる。これによれば、基材の表面形状に応じてプラズマ中のイオンエネルギーを制御し、成膜される薄膜の一層の高品質化を図ることが可能となる。
【００１７】
より好ましくは、前記高周波アンテナコイルを少なくとも一対設けるとともに各高周波アンテナコイルを円形コイルとし、該対の高周波アンテナコイルを真空チャンバー内で離間して対向配置して、前記支持部材によって支持される基材を対の高周波アンテナコイルの間の空間に投入することができる。これによれば、各高周波アンテナコイルによってそれぞれ発生されるプラズマが対のコイルの中央部で融合し、プラズマ密度の一層の高密度化、均一化が図られるとともに、プラズマを比較的広い空間に閉じこめることが可能となる。さらに、対のコイルの間にプラズマが生起された広い空間が形成され、この空間に大きな基材を投入することができる。したがって、比較的大きなプラスチックボトルなどの基材に対して、高周波プラズマＣＶＤ法による薄膜の成膜を高速に行うことが可能となる。
【００１８】
前記支持部材は、基材を対の高周波アンテナコイルの間の空間に投入し及び該空間から離脱させるように往復動可能に構成することができる。これによれば、三次元形状の基材を容易に対のコイル間に設置させることができ、成膜後も容易に取り出すことが可能となる。
【００１９】
上記本発明の三次元高周波プラズマＣＶＤ装置において、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力が各高周波アンテナコイルに供給されるように構成してもよく、逆に、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力が各高周波アンテナコイルに供給されるように構成してもよい。このように磁力線の方向を制御することにより、相乗効果によってプラズマ密度の一層の向上が期待できる。
【００２０】
上記電源回路は、高周波アンテナコイルにバイアス電圧を印加する直流電源装置を備えることができる。かかるバイアス電圧の印加により、対のアンテナコイル間でプラズマ電子運動に関する相乗効果が生じてプラズマ密度を増加させることができる。さらに、このバイアス電圧を、磁力線の向きが同方向となるように各高周波アンテナコイルに印加してもよく、磁力線が対の高周波アンテナコイルの中心部に向かうように各高周波アンテナコイルに印加してもよい。
【００２１】
上記本発明装置において、高周波アンテナコイルは２対又は３対設けてもよい。この場合、基材を取り囲むようにそれぞれの対の高周波アンテナコイルを基材に対して異なる向きに対向配置させるのが好ましい。これによれば、複数対の高周波アンテナコイルによって一層高密度のプラズマを発生させることができ、成膜の飛躍的向上と、基材の全周にわたる均一な薄膜形成とを行わせることが可能となる。なお、この場合、対の高周波アンテナコイル毎に、それぞれ原料ガス供給管並びに排気管を設けることができる。
【００２２】
また、本発明の三次元高周波プラズマＣＶＤ法は、原料ガスが導入される真空チャンバー内に少なくとも一対の高周波アンテナコイルを離間して対向配置し、該高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を供給することにより真空チャンバー内にプラズマを発生させるとともに、対の高周波アンテナコイルの間に表面が三次元形状を有する基材を投入して、対の高周波アンテナコイルの間に生じるプラズマ中で基材の三次元表面に薄膜を気相成長させるものである。また、本発明の三次元高周波プラズマＣＶＤ法は、原料ガスが導入される真空チャンバー内に高周波アンテナコイルを配置し、該高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を供給することにより真空チャンバー内にプラズマを発生させるとともに、高周波アンテナコイル内部に表面が三次元形状を有する基材を投入して、高周波アンテナコイル内部に生じるプラズマ中で基材の三次元表面に薄膜を気相成長させるものである。
【００２３】
上記三次元高周波プラズマＣＶＤ法において、基材を多孔性電極によって囲み、この多孔性電極に高周波電圧を印加することにより、基材表面に関与するプラズマ中のイオンエネルギーを制御することができる。
【００２４】
また、同時点において磁力線の向きが同方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力を各高周波アンテナコイルに供給することができる。
【００２５】
また、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように前記高周波電力乃至パルス電力を各高周波アンテナコイルに供給することができる。
【００２６】
また、各高周波アンテナコイルに、磁力線の向きが同方向となるようにバイアス電圧を印加することができる。
【００２７】
また、各高周波アンテナコイルに、磁力線が対の高周波アンテナコイルの中心部に向かうようにバイアス電圧を印加してもよい。
【００２８】
また、高周波アンテナコイルは２対又は３対設けられ、基材を取り囲むようにそれぞれの対の高周波アンテナコイルを基材に対して異なる向きに対向させ、これら高周波アンテナコイルに高周波電力乃至パルス電力を供給することにより生じるプラズマ中で基材表面に薄膜を形成することも可能である。
【００２９】
また本発明は、上記三次元高周波プラズマＣＶＤ法によって表面に薄膜が成膜されてなるプラスチック容器である。本発明のプラズマＣＶＤ法は、対の高周波アンテナコイルの間の比較的大きな空間全体にわたって高密度かつ均一なプラズマ中で成膜を行うものであるから種々の薄膜を工業的に現実的な速度で成膜を行うことができる。例えば、本発明によれば、炭素系膜、酸化珪素系膜、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物とシリコン窒化膜との二層構造、ＳｉＯｘ−ＳｉＯｎ−ＳｉＮｘの多層構造、ＳｉＯｘの傾斜組織膜、ＴｉＯｘ、ＡｌＯｘ、並びに、ＤＬＣなどの構成元素をガス化可能な各種無機材料からなるもの若しくは含有するものを成膜できる。プラスチック容器の材質としては、ＰＥＴ、ＰＥ、ＰＰ、ＣＯＰなどの各種プラスチックに適用できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、高周波プラズマＣＶＤにおいて高周波プラズマを発生させるプラズマ発生源として真空チャンバー内に設けられる対の高周波アンテナコイルを採用したので、プラズマの高密度化が図られるとともに、三次元形状の基材を収容可能な大きな空間を真空チャンバーの中央部に設けることができ、かつ、この収容空間にプラズマを集約させることが可能となり、プラズマの高密度化による成膜速度の高速化、広い範囲にわたってプラズマ密度を均一化することによる薄膜の高品質化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は本発明の第１実施形態に係る三次元プラズマＣＶＤ装置１を示し、該装置１は、真空チャンバー２と、該真空チャンバー２内に原料ガスを供給するガス供給管３と、真空チャンバー２内を所定圧力に保持するべく真空チャンバー２内のガスを排気する排気管４と、真空チャンバー２内に誘導結合プラズマを発生させるべく真空チャンバー２内に離間して対向配置される対の高周波アンテナコイル５，５と、該高周波アンテナコイル５，５に高周波電圧を印加する電源回路６と、高周波アンテナコイル５，５によって発生されたプラズマ中にプラスチックボトルＳ（基材）を支持するボトル支持部材７（三次元形状基材支持部材）と、プラズマ遮蔽板８とを備えている。
【００３３】
真空チャンバー２は、例えば直径３００〜５００ｍｍ、高さ３００ｍｍの円筒状を呈しており、金属、例えばステンレス鋼からなり、接地されている。ガス供給管３は、真空チャンバー２に付設した原料容器、若しくは、原料ガスタンクから真空チャンバー２へメタンガスなどの原料ガスをそのまま、或いは水素や窒素などのキャリアガスと混合して導入する原料ガス供給系を構成するものであり、その管構成は適宜のものであってよい。図示実施例では、ガス供給管３は、対の高周波アンテナコイル５，５の軸方向一方側に設けられており、その反対側に排気管４が設けられている。排気管４は真空ポンプに接続されており、真空チャンバー２内を真空吸引することにより、成膜中にチャンバー内圧力を０．０５Ｐａ〜５Ｐａ程度の真空度とすることができるようになっている。
【００３４】
プラズマ励起用の高周波アンテナコイル５は、例えば、外径８ｍｍ、内径４ｍｍのアルミパイプや銅パイプを用いて、直径１５０ｍｍ〜２５０ｍｍ、巻き数４〜８となるように螺旋状に曲げ加工してなるものとすることができる。パイプを用いることにより、その内部に冷媒を流通させて、コイル５の冷却を行うことができる。
【００３５】
対の高周波アンテナコイル５，５は、プラスチックボトルＳをその間に投入できるように離間して対向配置されている。この対のコイル５，５の離間距離は適宜のものであってよい。この対の高周波アンテナコイル５，５の両外側にプラズマ遮蔽板８を配設している。このプラズマ遮蔽板８は、例えば、ＳＵＳ製の板材やメッシュグリッド電極などからなり、高周波エネルギーによって発生するプラズマを対のアンテナコイル５，５内に閉じこめてプラズマ密度の一層の向上を図っている。
【００３６】
電源回路６は、周波数４ＭＨｚの高周波電源装置１０と、高周波アンテナコイル５，５にスパッタのためのバイアス電圧を印加するための直流電源装置１１と、インピーダンス整合回路１２とを備えている。対の高周波アンテナコイル５，５は直列に接続され、これら高周波アンテナコイル５，５が、インピーダンス整合回路１２を介して高周波電源装置１０に接続されているとともに、コイル５をスパッタするときには直流電源装置１１に接続されている。すなわち、本実施形態の装置は、ＣＶＤ法による薄膜の気相成長と同時に、コイル材料をスパッタさせて基材表面に堆積させることができるようになっている。高周波電源装置１０と直流電源装置１１との相互干渉を避ける為に、直流電源装置１１には、コンデンサ１３とインダクター１４とで構成される低域フィルター（ＬＰＦ）を直列に接続してある。直流電源装置１１としては、例えば、０Ｖ〜−１０００Ｖまで可変の安定化電源を用いることができる。
【００３７】
本実施形態の配線接続例によれば、高周波電源装置１０から各高周波アンテナコイル５，５に供給される高周波電力の位相が同位相であるため、各高周波アンテナコイル５，５に高周波電力を供給することにより生じる磁力線の向きは、同時点においては軸方向に同方向となる。また、直流電源装置１１により印加されるバイアス電圧も、各高周波アンテナコイル５に同じ方向に印加されている。
【００３８】
前記ボトル支持部材７は、例えばステンレス鋼からなるロッド状部材からなり、接地されていて、プラスチックボトルＳを対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に投入し及び該空間から離脱させるように流体圧シリンダなどの適宜の駆動装置によって往復動可能に構成されている。プラスチックボトルＳを離脱させる方法は適宜のものであってよく、例えば、図示例では、真空チャンバー２の中央部に基材投入室２ａを設け、この基材投入室２ａに投入されたプラスチックボトルＳを支持して対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に投入し得るように支持部材７を構成できる。なお、基材投入室２ａにプラズマが逃げることを防止するため、基材投入室２ａと真空チャンバー内とをプラズマ遮蔽格子などで仕切ってもよい。
【００３９】
上記実施形態の装置を用いて高周波プラズマＣＶＤ法によりプラスチックボトルＳの表面に薄膜を成膜するには、真空チャンバー２内を排気した後、真空チャンバー２内にメタンガスを導入してそのガス圧力を所定圧力、例えば０．８Ｐａとし、電源回路６により所定の高周波電力、例えば１５０Ｗの高周波電力を高周波アンテナコイル５，５に供給する。すると、真空チャンバー２内に生じる高周波エネルギーによりメタンガスの放電が始まり、発生したプラズマは、対の高周波アンテナコイル５，５内にほぼ完全に閉じこめられて、例えば１０12／ｃｍ3台の高密度となって、明るく発光する。プラズマが安定した後、支持部材７を駆動してプラスチックボトルＳを対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間に投入すると、プラスチックボトルＳは、対の高周波アンテナコイル５，５の間の空間の均一かつ高密度のプラズマに曝されるので、ボトルＳの表面全体にわたって高速かつ均一にプラズマＣＶＤ法による薄膜の気相成長が行われる。また、プラズマが安定した後にプラスチックボトルＳを投入できるので、より均質な薄膜形成を行うことができる。
【００４０】
図２は本発明の第２実施形態に係る三次元高周波プラズマＣＶＤ装置１を示しており、上記第１実施形態と同様の構成については同符号を付して詳細説明を省略し、異なる構成、作用効果について説明する。
【００４１】
本実施形態では、各アンテナコイル５の電源配線を変更することによって、同時点において磁力線の向きが逆方向となるように高周波電源装置１０による高周波電力が各高周波アンテナコイルに供給されるとともに、直流電源装置１１によるバイアス電圧は逆方向に各高周波アンテナコイルに印加されるようにしている。かかる構成によれば、対のアンテナコイル５，５の間の空間では、その両側のアンテナコイル５，５からの高周波エネルギーが作用して、コイル径よりも大きく広がるようにプラズマが励起される。したがって、より大きな基材Ｓの三次元表面に対してプラズマＣＶＤ法による薄膜成長を均一かつ高速に行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態では、ガス供給管３を、真空チャンバー２の周方向複数箇所に設けて、周方向複数箇所から均一に原料ガスを真空チャンバー２内に導入し得るようにしている。
【００４３】
図３は、本発明の第３実施形態に係る三次元高周波プラズマＣＶＤ装置１を示しており、本実施形態では、真空チャンバー２内の対の高周波アンテナコイル５，５の間に、プラスチックボトルＳを囲む多孔性電極１４を配設し、この電極１４をイオンエネルギー制御用電源１５に接続しており、多孔性電極１４に高周波電圧乃至パルス電圧を印加し得るように構成している。なお、その他の構成は上記第１実施形態と同様であるので詳細説明を省略する。また、図３においては、高周波アンテナコイル５の電源回路は省略している。
【００４４】
上記多孔性電極１４は、例えば開口率５０％以上のメッシュ状の金属製電極からなり、プラスチックボトルＳの表面形状に合致した形状を呈していてもよく、プラスチックボトルＳを収容し得る大きさの円筒形状を呈していてもよい。イオンエネルギー制御用電源１５は、数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周波電力を電極１４に供給するものであり、基材Ｓの表面形状に応じてプラズマ中のイオンエネルギーを制御し、成膜される薄膜の一層の高品質化を図ることが可能となる。
【００４５】
図４は本発明の第４実施形態に係る三次元高周波プラズマＣＶＤ装置１を示しており、本実施形態では、３対の高周波アンテナコイル５，５が３軸上に直交配置されている。このように、基材Ｓを取り囲むようにそれぞれの対の高周波アンテナコイル５，５を基材Ｓに対して異なる向きに対向させることにより、一層のプラズマ密度の向上と、プラズマの三次元的な均一性の向上とが図られる。
【００４６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、上記各実施形態において、真空チャンバーの適宜の部位に磁石を配設することによって真空チャンバー内の磁場を制御し、プラズマ密度をより一層向上させるこも可能である。さらに、高周波アンテナコイルは一つであってもよく、その場合、高周波アンテナコイルの内部にその軸方向側方から基材を投入することで、高周波アンテナコイル内部に生じた高密度プラズマ内で基材表面に高速に薄膜の気相成長を行わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、金属やガラス製の各種立体構造物に高速に高品質な薄膜を形成できるとともに、ビールや炭酸飲料用プラスチックボトルや、薬剤容器、並びに、今後莫大な需要が期待されているバイオ新薬用容器のバリア性を飛躍的に向上し、また、加工性に優れたプラスチックその他適宜の材料からなる容器の外表面の耐湿性、耐水性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元高周波プラズマＣＶＤ装置の全体簡略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る三次元高周波プラズマＣＶＤ装置の全体簡略断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る三次元高周波プラズマＣＶＤ装置の全体簡略断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る三次元高周波プラズマＣＶＤ装置の全体簡略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  三次元高周波プラズマＣＶＤ装置
２  真空チャンバー
３  原料ガス供給管
４  排気管
５  高周波アンテナコイル
６  電源回路
７  基材支持部材
８  プラズマ遮蔽板
１０  高周波電源装置
１１  直流電源装置
【図１】
2005163149.tif 000003
【図２】
2005163149.tif 000004
【図３】
2005163149.tif 000005
【図４】
2005163149.tif 000006