(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜装置において、成膜チャンバーが、内部に容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなり、内部電極が底蓋を通して成膜チャンバー内部に挿入されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
請求項１記載の成膜装置において、天蓋に透明な透視窓が設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
請求項２記載の成膜装置において、透明な透視窓が石英ガラス製であることを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の成膜装置において、前記外部電極の内部に外部電極と接触するように絶縁性材料からなるスペサーが設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
請求項４記載の成膜装置において、スペサーがプラスチックであることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の成膜装置において、底蓋が導電性材料よりなり、かつ前記外部電極と底蓋の間に絶縁体よりなる絶縁板が介在することを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の成膜装置において、導電性材料よりなる外部電極、天蓋及び底蓋よりなるチャンバー内に、容器を保持する絶縁体よりなる保持部品が挿入されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
請求項７記載の成膜装置において、外部電極と底蓋の間に絶縁体よりなる絶縁板が介在し、前記絶縁板と前記保持部品が一体となっていることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記内部電極の先端に直径０．５ｍｍ以下の穴が少なくとも１つ以上開いているガス吐出口を設けたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記内部電極の先端に短径が０．５ｍｍ以下の長穴が少なくとも１つ以上開いているガス吐出口を設けたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記天蓋に、直径０．５ｍｍ以下の穴が少なくとも１つ以上開いている吐出口を備えたプロセスガス供給口を設けたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記天蓋に、短径が０．５ｍｍ以下の長穴が少なくとも１つ以上開いている吐出口を備えたプロセスガス供給口を設けたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１３】
中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法であって、前記容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなる成膜チャンバー内に前記容器を挿入し、底蓋に設置された排気口より前記容器内部を含むチャンバー内を真空にし、底蓋を通して前記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前記容器内に導入し、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前記容器内表面に薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項１４】
中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法であって、前記容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなる成膜チャンバー内に前記容器を挿入し、底蓋に設置された排気口より前記容器内部を含むチャンバー内を真空にし、天蓋に設置されたプロセスガス吐出口よりプロセスガスをチャンバー内に導入し、底蓋を通して容器内部に挿入されている内部電極と外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前記容器外表面に薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項１５】
中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法であって、前記容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなる成膜チャンバー内に前記容器を挿入し、底蓋に設置された排気口より前記容器内部を含むチャンバー内を真空にし、天蓋に設置されたプロセスガス吐出口よりプロセスガスをチャンバー内に、また底蓋を通して前記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前記容器内に導入し、内部電極と外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前記容器内外両表面に薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【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プラズマ助成式化学蒸着法（PECVD）により薄膜を形成させる成膜装置および成膜方法に関する。
【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。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号公報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。これらの発明では、いずれの装置も容器の側面のみならず、底面も外部電極となっているため、容器表面に成膜された膜の厚みが容器底部が厚くなってしまうという問題点があった。また、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。
【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、すなわち容器表面に成膜される膜の厚みを均一にし、また外部電極形状を変更することなく様々な容器形状に対応できる成膜装置及び成膜方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項１の発明は、中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜装置において、成膜チャンバーが、内部に容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなり、内部電極が底蓋を通して成膜チャンバー内部に挿入されていることを特徴とする成膜装置、としたものである。
【０００５】
本発明の請求項２の発明は、請求項１記載の成膜装置において、天蓋に透明な透視窓が設けられていることを特徴とする成膜装置、としたものである。
【０００６】
本発明の請求項３の発明は、請求項２記載の成膜装置において、透明な透視窓が石英ガラス製であることを特徴とする成膜装置、としたものである。
【０００７】
本発明の請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の成膜装置において、前記外部電極の内部に外部電極と接触するように絶縁性材料からなるスペサーが設けられていることを特徴とする成膜装置としたものである。
【０００８】
本発明の請求項５の発明は、請求項４記載の成膜装置において、スペサーがプラスチックであることを特徴とする成膜装置としたものである。
【０００９】
本発明の請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の成膜装置において、底蓋が導電性材料よりなり、かつ前記外部電極と底蓋の間に絶縁体よりなる絶縁板が介在することを特徴とする成膜装置、としたものである。
【００１０】
本発明の請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載の成膜装置において、導電性材料よりなる外部電極、天蓋及び底蓋よりなるチャンバー内に、容器を保持する絶縁体よりなる保持部品が挿入されていることを特徴とする成膜装置、としたものである。
【００１１】
本発明の請求項８の発明は、請求項７記載の成膜装置において、外部電極と底蓋の間に絶縁体よりなる絶縁板が介在し、前記絶縁板と前記保持部品が一体となっていることを特徴とする成膜装置としたものである。
【００１２】
本発明の請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記内部電極の先端に直径０．５ｍｍ以下の穴が少なくとも１つ以上開いているガス吐出口を設けたことを特徴とする成膜装置、としたものである。
【００１３】
本発明の請求項１０の発明は、請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記内部電極の先端に短径が０．５ｍｍ以下の長穴が少なくとも１つ以上開いているガス吐出口を設けたことを特徴とする成膜装置としたものである。
【００１４】
本発明の請求項１１の発明は、請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記天蓋に、直径０．５ｍｍ以下の穴が少なくとも１つ以上開いている吐出口を備えたプロセスガス供給口を設けたことを特徴とする成膜装置、としたものである。
【００１５】
本発明の請求項１２の発明は、請求項１〜８のいずれか１項記載の成膜装置において、前記天蓋に、短径が０．５ｍｍ以下の長穴が少なくとも１つ以上開いている吐出口を備えたプロセスガス供給口を設けたことを特徴とする成膜装置としたものである。
【００１６】
本発明の請求項１３の、発明は中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法であって、前記容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなる成膜チャンバー内に前記容器を挿入し、底蓋に設置された排気口より前記容器内部を含むチャンバー内を真空にし、底蓋を通して前記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前記容器内に導入し、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前記容器内表面に薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法、としたものである。
【００１７】
本発明の請求項１４の発明は、中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法であって、前記容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなる成膜チャンバー内に前記容器を挿入し、底蓋に設置された排気口より前記容器内部を含むチャンバー内を真空にし、天蓋に設置されたプロセスガス吐出口よりプロセスガスをチャンバー内に導入し、底蓋を通して容器内部に挿入されている内部電極と外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前記容器外表面に薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法としたものである。
【００１８】
本発明の請求項１５の発明は、中空の容器の表面にＣＶＤ法により薄膜を形成させる成膜方法であって、前記容器が収容可能な筒状のスペースを持つ導電性材料よりなる筒状の外部電極と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部が絶縁性材料よりなる天蓋、或いは中央部に開口を有する天蓋であって少なくとも当該開口周辺部が絶縁性材料よりなる天蓋と、もう一方の端に設置され排気口を持つ底蓋よりなる成膜チャンバー内に前記容器を挿入し、底蓋に設置された排気口より前記容器内部を含むチャンバー内を真空にし、天蓋に設置されたプロセスガス吐出口よりプロセスガスをチャンバー内に、また底蓋を通して前記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前記容器内に導入し、内部電極と外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前記容器内外両表面に薄膜を成膜することを特徴とする成膜方法、としたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の装置を、実施の形態の一例を示す図を用いて説明する。図１は、一実施例として本発明の装置の成膜チャンバー部を断面で表した概略図である。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ち導電性材料よりなる外部電極２と、その外部電極の片方の端に設置され、少なくとも中央部分が絶縁性材料よりなる天蓋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、内部電極６が底蓋を通して容器内部に挿入されている。この装置の重要な特長の一つは、導電性のある外部電極が内部に円筒状のスペースを有していることである。外部電極の内部を円筒状とすることにより、外部電極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。外部電極は、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、外部電極の材質としては導電性材料であれば良く、アルミニウム、ステンレス、銅等が好適である。
なお、本実施例では外部電極を、円筒状のスペースを持つものとしたが、筒状であれば良く、特に円形にこだわるものではない。
【００２０】
二つ目の重要な特長は、前記外部電極の一方の端に設置され、容器底部と対向するように設置された天蓋の少なくとも中央部分が絶縁性材料よりなることである。天蓋を絶縁性材料とすることにより、その部分は導電せず、容器表面に成膜される薄膜の厚みが均一にすることができる。天蓋に用いられる絶縁性材料としては、プラスチック材料、ガラス、セラミック等が使用できるが、それらに限定されるものではなく、またそれら絶縁性材料の組み合わせであっても良い。
【００２１】
さらに天蓋はその全てが絶縁性材料である必要はない。図２は、本発明の装置の成膜チャンバー部の他の実施例を断面で表した概略図である。天蓋を図に示したように、絶縁性材料からなる天蓋部品７とそれを保持するために用いる導電性材料からなる天蓋保持部品８から構成することもできる。このとき天蓋部品を透明性材料とすることでその部分が透視窓となり、チャンバー内部に発生するプラズマを成膜中に観察し、適切な条件で成膜が行われているかを検査することが可能となるためさらに好ましい。具体的なプラズマの観察には、プラズマの発光を分光光度計で測定する方法が有効であり、天蓋部品を石英ガラスとすることにより、通常のガラスや透明プラスチックに比べてかなり短波長の発光も観察できる。
【００２２】
さらに図２に示したように、前記導電性材料よりなる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サー９を挿入することもできる。このスペーサーを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成膜が可能である。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、かつ脱着が可能であることが好ましい。
【００２３】
本発明の三つ目の特長は、外部電極の天蓋とは反対側に排気口を有する底蓋が設置されていることである。成膜チャンバー内を真空にするため、この排気口をとおして真空ポンプ（図示せず）が設置される。底蓋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、底蓋と外部電極の間に絶縁板１０を介在させることが好ましい。また、容器を真空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よりなる容器保持部品１１をチャンバー内に設置することが望ましい。さらに、図２に示すようにこの保持部品と前記絶縁板を一体の部品とすることで、装置部品点数を減らすことが可能である。尚これらの絶縁板あるいは容器保持部品には、チャンバー内を真空にするため通気孔（図示せず）を設ける。
【００２４】
本発明の装置では、内部電極が底蓋を通して容器内部に挿入される。容器内表面に成膜する場合は、内部電極を中空管とし、その先端のガス吐出口１２よりプロセスガスを容器内部に供給する。しかし、先端のガス吐出口が大きすぎるとガスが内部電極内部でプラズマ化し、化学反応が進むため、結果として容器に成膜される薄膜の厚みが吐出口付近では厚くなり、逆に吐出口から遠い部分では薄くなってしまう。したがって、ガス吐出口は図３に示すように少なくとも一つ以上の直径０．５ｍｍ以下の穴（図３（ａ））もしくは短径が０．５ｍｍ以下の長穴（図３（ｂ））とすることが望ましい。
【００２５】
逆に、容器外表面に成膜をする場合には、天蓋にプロセスガス供給口１３を設け、その吐出口１４は図３に示すように少なくとも一つ以上の直径０．５ｍｍ以下の穴（図３（ａ））もしくは短径が０．５ｍｍ以下の長穴（図３（ｂ））とすることが望ましい。そして、容器の内外両表面に成膜を行う場合には、内部電極を中空管とし、その先端のガス吐出口よりプロセスガスを容器内部に、また天蓋にプロセスガス供給口を設け、その吐出口よりプロセスガスを容器外部へ供給する。
【００２６】
【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５００ｍｌ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。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６７Ｐａ、印可電力２００wattで３０秒間高周波を印可し、成膜を行った。
容器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。
【００２７】
<実施例２>
図２に示すような成膜装置を用いて、実施例１で用いた容量と同一の容器の外表面に酸化珪素薄膜の成膜を行った。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。この混合ガスを天蓋に設けられ、先端に短径が０．５ｍｍの長穴の吐出口を有する図３に示すようなガス供給口をとおして容器外部に供給し、成膜時圧力６７Ｐａ、印可電力２００wattで３０秒間高周波を印可し、成膜を行った。
容器外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。
【００２８】
<比較例１>
天蓋を導電性材料であるステンレスに変えた以外は、実施例１と同様の方法で同一のボトル内面に成膜を行った。
容器内部には酸化珪素の薄膜が成膜されたが、容器底部の膜厚がほかの部分より厚くなってしまった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、中空容器の表面にプラズマＣＶＤ法により薄膜を成膜する場合に均一な膜厚とすることができるとともに、様々な容器形状に対応できかつ長期間安定した成膜ができる成膜装置及び成膜方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜装置の成膜チャンバー部の一実施の形態例を断面で示す概略図である。
【図２】本発明の成膜装置の成膜チャンバー部の他の実施の形態例を断面で示す概略図である。
【図３】本発明の装置のガス吐出口の一実施の形態例を平面で示す概略図で、（ａ）は穴の開いたガス吐出口の概略図、（ｂ）は長穴の開いたガス吐出口の概略図である。
【符号の説明】
１・・・容器
２・・・外部電極
３・・・天蓋
４・・・排気口
５・・・底蓋
６・・・内部電極
７・・・天蓋部品
８・・・天蓋保持部品
９・・・スペーサー
１０・・・絶縁板
１１・・・容器保持部品
１２・・・ガス吐出口
１３・・・ガス供給口
１４・・・吐出口
【図１】
0003925025.tif 000002
【図２】
0003925025.tif 000003
【図３】
0003925025.tif 000004