(57)【要約】【課題】任意形状の容器にガスバリア膜を容易にしかも均質に形成することができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置１０Ａは、媒質ガス１１を供給してプラズマ処理により被処理容器１２の表面にバリア膜を形成するプラズマ処理装置において、ガス供給部１４とガス排出部１５とを有する真空容器本体１６と、前記真空容器本体１６内に配設された被処理容器１２と、前記被処理容器１２の外部に設けられた放電用アンテナ１７と、前記放電用アンテナ１７に接続した第１の整合器１８−１及び第１の高周波電源１９−１とを具備する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒質ガスを供給してプラズマ処理により被処理容器の表面にコーティング膜を形成するプラズマ処理装置において、
前記媒質ガスを供給するガス供給部とガス排出部とを有する真空容器本体と、
前記真空容器内に配設された被処理容器と、
前記被処理容器の外部に設けられた放電用アンテナと、
前記放電用アンテナに接続した第１の整合器及び第１の高周波電源とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記容器の口部から被処理容器内に媒質ガスを供給する媒質ガス供給部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
媒質ガスを供給してプラズマ処理により被処理容器の表面にコーティング膜を形成するプラズマ処理装置において、
ガス排出部を有する真空容器本体と、
前記真空容器内に配設された被処理容器と、
前記被処理容器の口部から該被処理容器内に媒質ガスを供給する媒質ガス供給部と、
前記被処理容器の外部に設けられた放電用アンテナと、
前記放電用アンテナに接続した第１の整合器及び第１の高周波電源とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記容器の口部から被処理容器内に挿入され、第２の整合器及び第２の高周波電源と接続された内部電極を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記内部電極が金属筒からなると共に、金属筒の内部に媒質ガスを供給してなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記金属筒の外周を絶縁部で被覆してなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項２又は３において、
前記被処理容器内に媒質ガスを供給する媒質ガス供給部が、被処理容器底部近傍に供給口を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
前記放電用アンテナがコイル状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記コイル状放電用アンテナの導線の断面が偏平形状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
前記コイル状放電用アンテナの導線間の隙間が１ｍｍ以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一つにおいて、
前記真空容器本体のガス排出部に電磁遮蔽部材を設けてなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一つにおいて、
前記被処理容器の周囲に短冊かご状のアース接地した導電体を配設してなることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一つにおいて、
真空容器本体内部と被処理容器外部とからなる領域と、被処理容器内部の領域との電位差が、１０〜５０Ｖであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか一つにおいて、
真空容器本体内部と被処理容器外部とからなる領域と、被処理容器内部の領域との電位差が、５０〜２５０Ｖであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１２のいずれか一つにおいて、
真空容器本体内部と被処理容器外部とからなる領域と、被処理容器内部の領域との電位差が、２５０〜５００Ｖであることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一つのプラズマ処理装置の真空容器本体を複数設けてなり、１台の電源からの出力を複数の真空容器本体にスイッチングして使用することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
スイッチが高周波電源と整合器との間に介装されていることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
【請求項１８】
請求項１６において、
スイッチが整合器と真空容器本体の間に介装されていることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
【請求項１９】
請求項１６において、
スイッチを順次切替して同時に通電している真空容器本体は一つのみであることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
【請求項２０】
請求項１６において、
スイッチを同時に通電し、複数の真空容器本体に並列供給することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば飲料容器等の被処理容器の表面のいずれか一方又は両方にガスバリア膜などのコーティング膜を形成することができるプラズマ処理装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラスチック容器の一つである例えばペット（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート）容器は、外部からの酸素の透過、内部（例えば炭酸飲料水）からの二酸化炭素の透過を防止するためにその内面に例えばＤＬＣ(Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ)のような硬質の炭素膜やＳｉＯｘのようなシリカ膜を放電プラズマによりコーティングすることが試みられている（特許文献１、２、３）。また、ＤＬＣのような硬質炭素膜成膜により、プラスチック容器やガラス容器などの耐薬品性、耐摩耗性を向上させる試みもある（特許文献４）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５３１１６号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６５７１号公報
【特許文献３】特開平７−３２５３１号公報
【特許文献４】特開平２−７００５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、各種容器は通常三次元の曲面で構成されており、この曲面へ均一にガスバリア膜をコーティングすることは困難である。また、容器の形状やサイズは多種多様であり、容器と同じ形状の放電電極を必要とする従来の技術では、個々の容器に応じた電極を製作する必要があり、その作製作業が困難であるばかりではなく、生産性とコストとの面からも不利である。たとえば自動車用燃料容器は非常に複雑な形状で、かつ多種多様な形状で大型である。従って、任意形状の容器にガスバリア膜などのコーティング膜を容易に形成するプラズマ放電法の出現が望まれている。
【０００５】
本発明は、前記問題に鑑み、任意形状の容器にガスバリア膜を容易にしかも均質に形成することができるプラズマ処理装置及びその運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、媒質ガスを供給してプラズマ処理により被処理容器の表面にコーティング膜を形成するプラズマ処理装置において、前記媒質ガスを供給するガス供給部とガス排出部とを有する真空容器本体と、前記真空容器内に配設された被処理容器と、前記被処理容器の外部に設けられた放電用アンテナと、前記放電用アンテナに接続した第１の整合器及び第１の高周波電源とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記容器の口部から被処理容器内に媒質ガスを供給する媒質ガス供給部を有することを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【０００８】
第３の発明は、媒質ガスを供給してプラズマ処理により被処理容器の表面にコーティング膜を形成するプラズマ処理装置において、ガス排出部を有する真空容器本体と、前記真空容器内に配設された被処理容器と、前記被処理容器の口部から該被処理容器内に媒質ガスを供給する媒質ガス供給部と、前記被処理容器の外部に設けられた放電用アンテナと、前記放電用アンテナに接続した第１の整合器及び第１の高周波電源とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【０００９】
第４の発明は、第２又は３の発明において、前記容器の口部から被処理容器内に挿入され、第２の整合器及び第２の高周波電源と接続された内部電極を有することを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１０】
第５の発明は、第４の発明において、前記内部電極が金属筒からなると共に、金属筒の内部に媒質ガスを供給してなることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１１】
第６の発明は、第５の発明において、前記金属筒の外周を絶縁部で被覆してなることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１２】
第７の発明は、第２又は３の発明において、前記被処理容器内に媒質ガスを供給する媒質ガス供給部が、被処理容器底部近傍に供給口を有することを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１３】
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記放電用アンテナがコイル状であることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１４】
第９の発明は、第８の発明において、前記コイル状放電用アンテナの導線の断面が偏平形状であることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１５】
第１０の発明は、第８又は９の発明において、前記コイル状放電用アンテナの導線間の隙間が１ｍｍ以上であることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１６】
第１１の発明は、第１乃至１０のいずれか一つの発明において、前記真空容器本体のガス排出部に電磁遮蔽部材を設けてなることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１７】
第１２の発明は、第１乃至１１のいずれか一つの発明において、前記被処理容器の周囲に短冊かご状のアース接地した導電体を配設してなることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１８】
第１３の発明は、第１乃至１２のいずれか一つの発明において、真空容器本体内部と被処理容器外部とからなる領域と、被処理容器内部の領域との電位差が、１０〜５０Ｖであることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００１９】
第１４の発明は、第１乃至１２のいずれか一つの発明において、真空容器本体内部と被処理容器外部とからなる領域と、被処理容器内部の領域との電位差が、５０〜２５０Ｖであることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００２０】
第１５の発明は、第１乃至１２のいずれか一つの発明において、真空容器本体内部と被処理容器外部とからなる領域と、被処理容器内部の領域との電位差が、２５０〜５００Ｖであることを特徴とするプラズマ処理装置にある。
【００２１】
第１６の発明は、第１乃至１５のいずれか一つのプラズマ処理装置の真空容器本体を複数設けてなり、１台の電源からの出力を複数の真空容器本体にスイッチングして使用することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法にある。
【００２２】
第１７の発明は、第１６の発明において、スイッチが高周波電源と整合器との間に介装されていることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法にある。
【００２３】
第１８の発明は、第１６の発明において、スイッチが整合器と真空容器本体の間に介装されていることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法にある。
【００２４】
第１９の発明は、第１６の発明において、スイッチを順次切替して同時に通電している真空容器本体は一つのみであることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法にある。
【００２５】
第２０の発明は、第１６の発明において、スイッチを同時に通電し、複数の真空容器本体に並列供給することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法にある。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被処理容器の大きさが真空容器本体よりも小さく、内部に収まる限り、どんなに複雑な形状の容器であってもその表面にガスバリア膜を被覆することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２８】
本発明による実施例１に係るプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るプラズマ処理装置１０Ａは、媒質ガス１１を供給してプラズマ処理により被処理容器１２の表面にバリア膜を形成するプラズマ処理装置において、ガス供給部１４とガス排出部１５とを有する真空容器本体１６と、前記真空容器本体１６内に配設された被処理容器１２と、前記被処理容器１２の外部に設けられた放電用アンテナ１７と、前記放電用アンテナ１７に接続した第１の整合器１８−１及び第１の高周波電源１９−１とを具備するものである。
【００２９】
前記ガス排出部１５は、前記真空容器本体１６の内部のガスを排出するガス排出部１５ａと被処理容器１２内のガスを排出するガス排出部１５ｂとから構成され、排出部途中にバルブ２１ａ、２１ｂが各々設けられている。
なお、図１中、符号２２は被処理容器１２の口部１２ａを真空容器本体１６のガス排出部１５ｂに装着する装着部である。
【００３０】
前記第１の高周波電源１９−１は、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力するものであり、ケーブル２５に介装された第１の整合器１８−１を通して前記放電用アンテナ１７に接続されている。
【００３１】
前記ガス供給部１４からは、ガスバリア膜の原料となる媒質ガス１１が真空容器本体１６内に供給されている。
【００３２】
前記放電用アンテナ１７は、その形状は特に限定されるものではないが、特にコイル状とするのが好ましい。また、図９に示すように前記放電用アンテナ１７を構成するコイル状の導線１７ａの形状は偏平形状とするのがよい。これにより、冷却性能を向上し、水冷を不要とするからである。
また、導体の間隙に当る部分の成膜速度低下を防ぐことにも寄与する。
また、前記導体１７ａは、図９に示すように、その導体１７ａ、１７ａ間の空隙Ｄを、１ｍｍ以上とするのが好ましい。また、導体１７ａの幅Ｗの半分以下とするのが好ましい。これにより、導体間の空隙に対応する被処理容器部分の膜厚が薄くなることを防ぐことができる。
【００３３】
また、前記導体１７ａは、その周囲を絶縁体で覆うようにするのが好ましい。これにより、容量結合的放電による導体周囲で局所的に強いプラズマが発生することを防ぎ、被処理容器内部・外部に均一な誘導放電を生じさせ、均一な成膜を行う事ができる。なお、前記絶縁体としては、グラスファイバ、テフロン（登録商標）等を例示することができる。
【００３４】
また、本実施例では、ガス排出部１５に電磁遮蔽部材２６が設置されている。この電磁遮蔽部材２６を設置することにより、プラズマが排気側に必要以上に広がらないようにしている。前記電磁遮蔽部材２６としては、例えば金属ハニカム状の電磁遮蔽部材とすればよく、その位置は適切なバリア性が得られるよう位置を適正化すればよい。
これにより、第１高周波電源１９−１の電力を効率的に利用できる。また、下流の排気系統へのプラズマの悪影響（例えば排気管への膜付き、回転真空シールの破壊等）を防ぐことができる。
【００３５】
次に、図１及び図２に示すプラズマ処理装置１０Ａを用いて被処理容器の外面にガスバリア膜を形成する方法を説明する。
【００３６】
先ず、図示しないプッシャーにより真空容器本体１６の底部あるいは上部を開放する。つづいて、被処理容器１２を挿入した後、被処理容器１２の口部１２ａを装着部２２に取り着ける。
その後、図示しないプッシャーにより真空容器本体１６の底部側あるいは底部側を閉めることによって、図１に示すように被処理容器１２を前記放電用アンテナ１７の内部空間に収納する。このとき、前記被処理容器１２内はガス排出部１５ｂにその口部を通して連通される。
【００３７】
次いで、図示しない排気手段によりガス排出部１５を通して前記真空容器本体１６の内部及び被処理容器１２の内部からガスを排気する。つづいて、媒質ガス１１をガス供給部１４から真空容器本体１６内に供給する。つづいて、ガス供給量とガス排気量のバランスをとり、前記真空容器本体１６内を所定のガス圧力に設定する。
この際、被処理容器１２の内部のガス圧力が外部よりも低くなるように所定のガス圧力に設定する。ガス圧を低くするのは、当該部（内部）に放電がつかないようにするためである。逆に内部の圧力を十分に高くすることで放電をつかないようにしてもよい。
【００３８】
次いで、第１の高周波電源１９−１から例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力をケーブル２５、第１の整合器１８−１を通して前記放電用アンテナ１７に供給する。
【００３９】
このとき、図２に示すように、前記真空容器本体１６内の被処理容器１２の周囲にプラ
ズマＰが生成される。このようなプラズマの生成によって、媒質ガス１１が前記プラズマで解離されて又は更にイオン化し、ガスバリア膜を形成する製膜種が生成され、この製膜種が前記放電用アンテナ１７内の被処理容器１２の外面に堆積し、その結果均一厚さで均質なガスバリア膜がコーティングされる。
【００４０】
前記ガスバリア膜の厚さが所定の膜厚に達した後、あるいはあらかじめ決めた成膜時間の後、前記第１の高周波電源１９−１からの高周波電力の供給を停止し、媒質ガスの供給の停止、残留ガスの排気を行い、被処理容器１２内外を大気圧に戻し、外面にガスバリア膜が被覆された被処理容器１２を取り出す。その後、前述した順序に従って被処理容器１２を交換し、次の被処理容器のコーティング作業へ移る。
【００４１】
本発明によれば、被処理容器１２の大きさが真空容器本体１６よりも小さく、内部に収まる限り、複雑な形状の容器であってもその表面に均一なガスバリア膜を被覆することができる。これは高密度なプラズマ中で発生した大量の成膜種が容器の壁まで拡散して膜を形成するという性質を利用したものである。この結果、従来の比較的低密度なプラズマから導電性電極への成膜種イオンの引き寄せ効果を利用する方式で必要であった容器に密着した導電性電極を作製する必要がなくなり、また従来のように容器に密着する際の密着が不十分で間隙があるために不均一に被覆されるということがない。これにより、生産性の向上を図ると共に、成膜の再現性の向上を図ることができる。
【００４２】
ここで、本発明で得られるガスバリア膜とは、ダイヤモンド（炭素原子の結合がＳＰ3結合）に比して、グラファイト（炭素原子の結合がＳＰ2結合）の配合が多い、微小硬度計測法において１０ＧＰａ以下の軟質な炭素膜及び、放電電圧を高くしてグラファイトの配合を少なくして微小硬度計測法において１０〜２０ＧＰａの硬質な炭素膜いわゆるダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）も含まれる。また、ＳｉＯ2あるいはＳｉＯx膜も含まれる。さらには、これらにＣ，メタル原子，Ｎ，Ｏなどの異種原子を極微量〜数％程度の割合で混入した膜も含まれる。また、ここではバリア膜を例としているが、耐薬品性や耐摩耗性向上を目的とする膜も本発明のコーティング膜として含まれる。
【００４３】
ここで、本発明で被処理容器とは、いわゆるプラスチック等の樹脂容器の他にガラス容器、セラミック容器、紙容器等を例示することができる。
【００４４】
前記容器としては、揮発性液体を充填するプラスチック容器、たとえばプラスチック製の自動車用燃料容器等を挙げることができる。また、それ以外の容器としては、例えば医薬品用プラスチック容器、食品用プラスチック容器を挙げることができる。さらには透過性が高くガスバリア性を必要とする気体の容器も挙げられる。また、プラスチック配管なども本発明では容器と同様であり、内外面のコーティングに本発明が適用できる。
【００４５】
また、前記容器以外には、有機トランジスタ等の有機電子デバイスにおいて、機能材料を水分や酸素等から保護する必要性の高い保護膜として用いるようにしてもよい。
また、フィルム等に対するガスバリア膜として有効である。さらに、例えば発光層、電極層等の電子材料を有するものであってもよい。例えば電子材料としては、有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ   Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、又は、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ともいう。）又は無機ＥＬ基板の保護膜として炭素膜を用いるようにしてもよい。
【００４６】
ここで、前記樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル等の公知の材料を例示することができる。
【００４７】
ここで、前記第１の高周波電源１９−１からの高周波電力は、例えば１３．５６ＭＨｚとしているが、１乃至１００ＭＨｚとすることができ、特に限定されるものではない。また、その出力も好適には１００〜１０００Ｗの出力としている。また、この高周波電力の印加は連続的でも間欠的（パルス的）でもよい。
【００４８】
プラズマ処理時のガス圧力は０．１３３３〜１３３．３Ｐａ程度とするのが好ましい。本実施例は、ガス圧力を比較的低圧として運転することによってその効果を発揮する。製膜に必要なものはプラズマ自体ではなく、膜を構成する製膜種である。製膜種はプラズマ近傍に生成されるが、低圧にすることによりその粒子は直ちに拡散し、速やかに被処理容器の外側表面に到達し膜となる。
【００４９】
ここで炭素膜をコーティングする場合には、前記媒質ガス１１としては炭化水素を基本とし、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等のアルカン類；エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ブタジエン等のアルケン類；アセチレン等のアルキン類；ベンゼン、トルエン、キシレン、インデン、ナフタリン、フェナントレン等の芳香族炭化水素類；シクロプロパン、シクロヘキサン等のシクロパラフィン類；シクロペンテン、シクロヘキセン等のシクロオレフィン類などが使用でき、その他一酸化炭素、二酸化炭素なども使用できる。これにより、例えば容器中の例えば酸素、水蒸気、ガソリン等の透過を防止するための炭素膜をコーティングすることができる。また、炭素膜が傾斜機能を有する膜であってもよい。
【００５０】
一方、ＳｉＯ2あるいはＳｉＯx膜をコーティングする場合には、ＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）やＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）あるいはシラン等Ｓｉを含む気体と、酸素等の組み合わせが使用できる。
【００５１】
以上、本実施例によれば、処理容器の外周を覆うように放電用アンテナ１７を配設して、任意形状の被処理容器の外周面に対して、ガスバリア膜を形成することができる。また、本実施例ではプラズマと容器の間に生じるシースへの特別な電圧印加手段を持たないので、コーティング膜（ガスバリア膜）への入射エネルギーは比較的小さく、その結果軟質の炭素膜とすることができるので、容器の外壁面への密着性が向上することとなる。
【実施例２】
【００５２】
本発明による実施例２に係るプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図３は、実施例２に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。なお、図１の実施例１のプラズマ処理装置と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るプラズマ処理装置１０Ｂは、実施例１のプラズマ処理装置１０Ａにおいて、被処理容器１２の内部に媒質ガス１１を供給するガス供給管５１が設けられており、被処理容器１２内部に媒質ガス１１を供給するようにしている。
なお、実施例１において設けられていたガス供給部１４からは媒質ガス１１を供給することを停止している。
【００５３】
本実施例では、実施例１と異なり、被処理容器１２内部のガス圧力が外部よりも高くなるように所定のガス圧力に設定するようにしている。
次いで、第１の高周波電源１９−１から例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力をケーブル２５、第１の整合器１８−１を通して前記放電用アンテナ１７に供給する。
そして、図３に示すように、前記被処理容器１２の内部にプラズマＰが生成される。このようなプラズマＰの生成によって、媒質ガス１１が前記プラズマで解離されて又は更にイオン化し、ガスバリア膜を形成する製膜種が生成され、この製膜種が被処理容器１２の内面に堆積し、その結果均一厚さで均質なガスバリア膜がコーティングされる。
【００５４】
前記ガス供給管５１は被処理容器１２の底部近傍にその供給口が存在するようにしている。これにより、被処理容器１２内部において媒質ガス１１のガス流れにおけるガス溜まりを解消し、ガス流れを均一となるようにしている。この結果、ガス溜まりにおける気相中で製膜種が反応して固体（粉）となるのを防止し、質の高い膜を製膜することができる。
【実施例３】
【００５５】
本発明による実施例３に係るプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図４は、実施例３に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。なお、実施例１又は２のプラズマ処理装置と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係るプラズマ処理装置１０Ｃは、実施例２のプラズマ処理装置１０Ｂにおいて、真空容器本体１６に設置されていたガス供給部１４から、ガスバリア膜の原料となる媒質ガス１１を真空容器本体１６内に供給すると共に、被処理容器１２内にも媒質ガス１１をガス供給管５１により供給するようにしている。
【００５６】
本実施例では、実施例１及び２と異なり、被処理容器１２内部のガス圧力と外部とを略同一の所定ガス圧力に設定することにより、外部と内部にプラズマＰが生成されるように調整している。
次いで、第１の高周波電源１９−１から例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力をケーブル２５、第１の整合器１８−１を通して前記放電用アンテナ１７に供給する。
そして、図４に示すように、前記被処理容器１２の内部と外部とにプラズマＰが生成される。このようなプラズマＰの生成によって、媒質ガス１１が前記プラズマで解離されて又は更にイオン化し、ガスバリア膜を形成する製膜種が生成され、この製膜種が被処理容器１２の内面及び外面に堆積し、その結果均一厚さで均質なガスバリア膜がコーティングされる。
【００５７】
本実施例では被処理容器の内面と外面との両面にガスバリア膜を均一に製膜することができる。
【実施例４】
【００５８】
本発明による実施例４に係るプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図５は、実施例４に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。なお、実施例１乃至３のプラズマ処理装置と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、本実施例に係るプラズマ処理装置１０Ｄは、実施例１のプラズマ処理装置において、前記被処理容器１２の口部から被処理容器１２内に挿入され、第２の整合器１８−２及び第２の高周波電源１９−２と接続された内部電極５２を有するものである。
本実施例では、前記内部電極５２は、金属筒からなると共に、金属筒の内部に媒質ガス１１を供給するガス供給管５１と一体となっている。
また、内部電極５２の表面積は被処理容器１２の内側の表面積と比較して少なくとも５％以上、被処理容器１２内に内部電極５２が挿入可能な最大表面積とするのがよい。
【００５９】
また、本実施例では、前記金属筒の外周を絶縁部により被覆されている。この絶縁膜の被覆により、内部電極５２へのガスバリア膜付着によるマッチングの経時変化を低減するようにしている。
【００６０】
本実施例においても媒質ガス１１の供給は内部電極５２の下端側から行っており、被処理容器１２の底部近傍としている。
【００６１】
次に、図５及び図６に示すプラズマ処理装置１０Ｄを用いて被処理容器の内面にガスバリア膜を形成する方法を説明する。
なお、本実施例では、真空容器本体１６に設けたガス供給部１４からは媒質ガス１１を供給することを停止している。
【００６２】
本実施例では、実施例２と同様に、被処理容器１２内部のガス圧力が外部よりも高くなるように所定のガス圧力に設定するようにしている。
次いで、第１の高周波電源１９−１から例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力をケーブル２５、第１の整合器１８−１を通して前記放電用アンテナ１７に供給する。
同様に、第２の高周波電源１９−２から例えば周波数１ＭＨｚの高周波電力を第２の整合器１８−２を通して前記内部電極５２に供給する。
そして、図６に示すように、前記被処理容器１２の内部にプラズマＰが生成される。このようなプラズマＰの生成によって、媒質ガス１１が前記プラズマで解離されて又は更にイオン化し、ガスバリア膜を形成する製膜種が生成され、この製膜種が被処理容器１２の内面に堆積し、その結果均一厚さで均質なガスバリア膜がコーティングされる。
ここで、プラズマ状態で決まるイオンの遮断周波数よりも低い周波数にすることにより、イオンが電界の変化に追随できるようになり、コーティング面へのイオンの入射量および入射エネルギーが大きくなる。また、通常のアンテナを用いた誘導方式では、このイオンの遮断周波数は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚであるため、これより若干低い周波数を用いるのが好ましい。なお、低くする場合の範囲としては、例えば数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚとするのがよい。
【００６３】
本実施例では、放電用アンテナ１７と内部電極５２との高周波電圧を印加することにより、被処理容器１２内のプラズマの電位が印加した高周波電圧に追随して振動し、被処理容器１２内の時間平均した電位が真空容器本体１６内の電位よりも高くなる。この結果、この電位差によりイオンが加速されて被処理容器１２内に衝突することになる。よって、イオン衝撃を与えながら被膜を形成することができる。なお、この衝撃の大きさは印加する高周波電圧で制御することができる。また、この方法によると、従来のように容器の形状に密着した電極を作製しなくても、イオンを引き寄せる効果を得ることが出来る。
例えば第１の高周波電源パワーを４０〜６００Ｗとし、第２の高周波電源パワーを１０〜２００Ｗとするのが好ましい。
【００６４】
また、本実施例では、内部電極と媒質ガスを供給するガス供給手段とを兼用しているが、別々に設けるようにしてもよい。
【実施例５】
【００６５】
本発明による実施例５に係るプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図７は、実施例５に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。なお、実施例１乃至４のプラズマ処理装置と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図７に示すように、本実施例に係るプラズマ処理装置１０Ｅは、実施例４のプラズマ処理装置１０Ｄにおいて、真空容器本体１６に設置されていたガス供給部１４から、ガスバリア膜の原料となる媒質ガス１１を真空容器本体１６内に供給すると共に、被処理容器１２内にも媒質ガス１１をガス供給管５１により供給するようにしている。
【００６６】
本実施例では、実施例４と異なり、被処理容器１２内部のガス圧力と外部とを略同一の所定ガス圧力に設定するようにしている。
次いで、第１の高周波電源１９−１から例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力をケーブル２５、第１の整合器１８−１を通して前記放電用アンテナ１７に供給する。
同様に、第２の高周波電源１９−２から例えば周波数１ＭＨｚの高周波電力を第２の整合器１８−２を通して前記内部電極５２に供給する。
【００６７】
そして、図７に示すように、前記被処理容器１２の内部と外部とにプラズマＰが生成される。このようなプラズマＰの生成によって、媒質ガス１１が前記プラズマで解離されて又は更にイオン化し、ガスバリア膜を形成する製膜種が生成され、この製膜種が被処理容器１２の内面及び外面に堆積し、その結果均一厚さで均質なガスバリア膜がコーティングされる。
【００６８】
本実施例では被処理容器の内面と外面との両面にガスバリア膜を均一に製膜することができる。
【実施例６】
【００６９】
本発明による実施例６に係るプラズマ処理装置について、図面を参照して説明する。
図８は、実施例６に係るプラズマ処理装置を示す概略図である。なお、実施例１乃至５のプラズマ処理装置と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図８に示すように、本実施例に係るプラズマ処理装置１０Ｆは、前記被処理容器１２の周囲に、かご状でアース接地したかご状導電体３０を配設してなるものである。
かご状導電体３０が無い場合には、外部に設けた放電用アンテナ１７と内部電極５２との間で電位差が発生するが、かご状導電体３０を設けることにより、ボトル周囲にアース面ができ、効率的かつ安定的に電位差を発生させ、イオン衝撃を高めることができる。また、かご状導電体３０を短冊状にすることにより、コイルにより誘起される磁場による当該導電体中の誘導電流発生を防ぐことができる。
【００７０】
この結果、かご状導電体３０を設置することで第２高周波電源１９−２の出力を小さくした場合であっても、設置しない場合と同じような電位差を得ることができる。
【００７１】
次に、実施例１乃至５におけるプラズマ処理装置のプラズマの発生状況と、プラズマ電位との関係を説明する。
【００７２】
図１０は実施例１に係るプラズマ処理装置１０Ａを用いた場合のプラズマ発生の模式図とそれに対応するプラズマ電位（Ｖ）との関係を示すものである。
また、被処理容器１２内部（Ａ領域）のガス組成及び圧力は、残留大気（１００％）であり、０．１〜１０ｍＴｏｒｒである。
また、真空容器本体１６内部（Ｂ領域）のガス組成及び圧力は、アセチレン（１００％）であり、５０〜１００ｍＴｏｒｒである。
第１の高周波電源のパワーは２０〜４００Ｗである。
【００７３】
図１０に示すように、被処理容器１２内部（Ａ領域）と真空容器本体１６内部（Ｂ領域）の電圧差は１０〜５０Ｖである。
【００７４】
図１１は実施例２に係るプラズマ処理装置１０Ｂを用いた場合のプラズマ発生の模式図とそれに対応するプラズマ電位（Ｖ）との関係を示すものである。
また、被処理容器１２内部（Ａ領域）のガス組成及び圧力は、アセチレン（１００％）であり、５０〜１００ｍＴｏｒｒである。
また、真空容器本体１６内部（Ｂ領域）のガス組成及び圧力は、残留大気（１００％）であり、０．１〜１０ｍＴｏｒｒである。
第１の高周波電源のパワーは２０〜２００Ｗである。
【００７５】
図１１に示すように、被処理容器１２内部（Ａ領域）と真空容器本体１６内部（Ｂ領域）の電圧差は１０〜５０Ｖである。
【００７６】
図１２は実施例３に係るプラズマ処理装置１０Ｃを用いた場合のプラズマ発生の模式図とそれに対応するプラズマ電位（Ｖ）との関係を示すものである。
また、被処理容器１２内部（Ａ領域）のガス組成及び圧力は、アセチレン（１００％）であり、５０〜１００ｍＴｏｒｒである。
また、真空容器本体１６内部（Ｂ領域）のガス組成及び圧力は、アセチレン（１００％）であり、５０〜１００ｍＴｏｒｒである。
第１の高周波電源のパワーは４０〜６００Ｗである。
【００７７】
図１２に示すように、被処理容器１２内部（Ａ領域）と真空容器本体１６内部（Ｂ領域）の電圧差は１０〜５０Ｖである。
【００７８】
図１３は実施例４に係るプラズマ処理装置１０Ｄを用いた場合のプラズマ発生の模式図とそれに対応するプラズマ電位（Ｖ）との関係を示すものである。
また、被処理容器１２内部（Ａ領域）のガス組成及び圧力は、アセチレン（１００％）であり、５０〜１００ｍＴｏｒｒである。
また、真空容器本体１６内部（Ｂ領域）のガス組成及び圧力は、残留大気（１００％）であり、０．１〜１０ｍＴｏｒｒである。
第１の高周波電源のパワーは４０〜６００Ｗである。また、第２の高周波電源のパワーは１０〜２００Ｗである。
【００７９】
図１３に示すように、被処理容器１２内部（Ａ領域）と真空容器本体１６内部（Ｂ領域）の電圧差は２０〜５００Ｖである。
【００８０】
図１４は実施例５に係るプラズマ処理装置１０Ｅを用いた場合のプラズマ発生の模式図とそれに対応するプラズマ電位（Ｖ）との関係を示すものである。
また、被処理容器１２内部（Ａ領域）のガス組成及び圧力は、アセチレン（１００％）であり、５０〜１００ｍＴｏｒｒである。
また、真空容器本体１６内部（Ｂ領域）のガス組成及び圧力は、アセチレン（１００％）であり、５０〜１００ｍＴｏｒｒである。
第１の高周波電源のパワーは４０〜６００Ｗである。また、第２の高周波電源のパワーは１０〜２００Ｗである。
【００８１】
図１４に示すように、被処理容器１２内部（Ａ領域）と真空容器本体１６内部（Ｂ領域）の電圧差は２０〜５００Ｖである。
【００８２】
これらの結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2007016300.tif 000003
【００８４】
図１０に示す実施例１に係るプラズマ放電の模式図の場合には、プラズマから容器壁面間のシースに発生する電圧差が１０〜５０と比較的小さいため、被処理容器１２の壁面に入射するイオンのエネルギーが小さく、軟質膜ができる。そのため、膜厚あたりのバリア性が比較的低いが、密着性の高い膜となる。パワーが大きいほど、製膜速度が速くバリア性も高くなる。
【００８５】
図１１に示す実施例２に係るプラズマ放電の模式図の場合には、被処理容器１２の外部（Ｂ領域）の残留大気を０．１〜１０とすることによって、放電が被処理容器１２の内部（Ａ領域）のみに安定して発生するようになった。なお、膜質は実施例１に係る装置の場合と同様である。
【００８６】
図１２に示す実施例３に係るプラズマ放電の模式図の場合には、図１０及び図１１に示す実施例１及び実施例２に係る装置の場合と同様の軟質の膜を製膜することができる。なお、内外の第１高周波電源パワーは実施例１と実施例２との内外のパワーの和と略等しいパワーが必要となる。
【００８７】
図１３に示す実施例４に係るプラズマ放電の模式図の場合には、内部電極に印加される電力により被処理容器１２内部（領域Ａ）のプラズマ電位が上昇し、その結果プラズマから容器壁面間のシースに発生する電圧差が大きくなる。この結果、被処理容器１２の壁面に入射するイオンのエネルギーが大きくなり、かつ当該電力でコントロールが可能となる。そのため、膜の硬さ、密着性、バリア性などを適度にコントロールすることができる。また、放電用アンテナに印加する電力のコントロールにより、製膜速度もコントロール可能である。
【００８８】
図１４に示す実施例５に係るプラズマ放電の模式図の場合には、内部電極に印加される電力により被処理容器１２内部（Ａ領域）内のプラズマ電位が上昇し、その結果プラズマから容器壁面間のシースに発生する電圧差が大きくなる。この結果、容器壁面に入射するイオンのエネルギーが大きくなり、かつ当該電力でコントロールが可能となる。そのため、膜の硬さ、密着性、バリア性などを適度にコントロールすることができる。また、放電用アンテナに印加する電力のコントロールにより、製膜速度もコントロール可能である。上記は、特に内面に関して効果がある。外面に関しては状況により効果が異なる。
【００８９】
本発明によれば、被処理容器１２内部（Ａ領域）と真空容器本体１６内部（Ｂ領域）の電圧差が大きいほど硬い膜となる。
【００９０】
本実施例では、被処理容器１２内部の領域（Ａ領域）と、真空容器本体１６内部と被処理容器１２外部とからなる領域（領域Ｂ）との電位差を１０〜５０Ｖとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、真空容器本体１６内部と被処理容器１２外部とからなる領域（領域Ｂ）との電位差を、電源のパワーを増加させることにより、例えば５０〜２５０Ｖ、又は２５０〜５００Ｖとするようにしてもよい。
【００９１】
真空容器本体１６内部と被処理容器１２外部とからなる領域（領域Ｂ）との電位差を１０〜５０Ｖとする場合には、８ＧＰａのかなり軟らかい膜とすることができ、電位差を５０〜２５０Ｖとする場合には８〜１０ＧＰａの軟質の膜とすることができ、電位差を２５０〜５００Ｖとする場合には１０〜２０ＧＰａの硬質の膜とすることができる。
【００９２】
次に、前述したようなプラズマ処理装置を用いて、複数の被処理容器に対して製膜するシステムについて説明する。
本システムでは、前述したプラズマ処理装置の真空容器本体を複数（本例では６台）設けてなり、１台の電源からの出力を複数の真空容器本体にスイッチングして使用するようにしている。
【００９３】
ここで、図１５に示すプラズマ処理システムでは、６台の真空容器本体１６−１〜１６−６を用いてプラズマ処理を行う場合に、スイッチ４１が第１の高周波電源１９−１と第１の整合器１８−１との間に介装されている。この場合には、第１の整合器１８−１は真空容器本体１６の数だけ必要となり、６台の第１の整合器１８−１−１〜１８−１−６により制御している。これにより、スイッチの耐電圧、あるいは、電流容量の低減によるコストの削減を図ることができる。
【００９４】
また、図１６に示すプラズマ処理システムでは、第１の整合器１８−１と複数の真空容器本体１６−１〜１６−６の間に介装されたスイッチ４２−１〜４２−６を用いてスイッチングしている。
この場合、図１５のシステムに較べて整合器数の低減によるコストの削減を図ることができる。なお、本システムでは、耐電圧のスイッチが必要となる。
【００９５】
また、前記システムにおいて、順次切替えを行い、同時に通電している真空容器本体は１つのみとしてもよい。これにより、複数の真空容器本体１６−１〜１６−６に通電した際に、真空容器本体間のインピーダンス等のバラツキにより入力パワーが均等にならないことを防ぐことができるからである。
【００９６】
また、これとは反対に複数の真空容器本体１６−１〜１６−６に同時に通電するようにしてもよい。これは、負荷インピーダンスが大きく異ならない場合には、上述したような通電は１つのみとする必要はなく、電源数を削減できる。なお、従来の可変容量の場合に較べて、プラズマが均等になるので、同時に通電が可能となる。
【００９７】
また、前記システムは第１の高周波電源のみの場合を説明したが、第２の高周波電源を用いる場合も同様である。なお、両者の電源を共用とすることもできる。
これにより、電源コストの低減を図ることができる。
【００９８】
また、前記システムにおいて、どちらかの伝送系にコンデンサ等を用いた位相調整器を設置して、それぞれに印加される高周波の位相差を調整（適正化）するようにしてもよい。これにより、プラズマポテンシャルの増加、プラズマ生成効率の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明に係るプラズマ処理装置は、ガスバリア膜の膜質が良好で、均一な膜厚を被処理容器の外面、内面又は両面にコーティングされ、酸素および二酸化炭素に対するバリア性が優れた例えばプラスチック容器の製造に用いることに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】実施例１に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】実施例１に係るプラズマ処理装置を用いた製膜の概略図である。
【図３】実施例２に係るプラズマ処理装置を用いた製膜の概略図である。
【図４】実施例３に係るプラズマ処理装置を用いた製膜の概略図である。
【図５】実施例４に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図６】実施例４に係るプラズマ処理装置を用いた製膜の概略図である。
【図７】実施例５に係るプラズマ処理装置を用いた製膜の概略図である。
【図８】実施例６に係るプラズマ処理装置の概略図である。
【図９】放電用アンテナの概略図である。
【図１０】実施例１に係るプラズマ処理装置を用いた製膜状況とプラズマ電位の関係図である。
【図１１】実施例２に係るプラズマ処理装置を用いた製膜状況とプラズマ電位の関係図である。
【図１２】実施例３に係るプラズマ処理装置を用いた製膜状況とプラズマ電位の関係図である。
【図１３】実施例４に係るプラズマ処理装置を用いた製膜状況とプラズマ電位の関係図である。
【図１４】実施例５に係るプラズマ処理装置を用いた製膜状況とプラズマ電位の関係図である。
【図１５】プラズマ処理システムの構成図である。
【図１６】他のプラズマ処理システムの構成図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０Ａ〜１０Ｆ  プラズマ処理装置
１１  媒質ガス
１２  被処理容器
１４  ガス供給部
１５  ガス排出部
１６  真空容器本体
１７  放電用アンテナ
１８−１  第１の整合器
１８−２  第２の整合器
１９−１  第１の高周波電源
１９−２  第２の高周波電源
５２  内部電極
【図１】
2007016300.tif 000004
【図２】
2007016300.tif 000005
【図３】
2007016300.tif 000006
【図４】
2007016300.tif 000007
【図５】
2007016300.tif 000008
【図６】
2007016300.tif 000009
【図７】
2007016300.tif 000010
【図８】
2007016300.tif 000011
【図９】
2007016300.tif 000012
【図１０】
2007016300.tif 000013
【図１１】
2007016300.tif 000014
【図１２】
2007016300.tif 000015
【図１３】
2007016300.tif 000016
【図１４】
2007016300.tif 000017
【図１５】
2007016300.tif 000018
【図１６】
2007016300.tif 000019