(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が円筒形状をした外部電極と、外部電極内に配置された円筒形状の内部電極の間に薄膜を成膜する筒状プラスチック構造物を挿入し、プラスチック構造物の成膜される表面とそれに対向する電極の間にモノマーガスをガス供給口より供給し、さらに各電極間に高周波電力を印加し、供給モノマーガスをプラズマ化することにより、プラスチック構造物表面に薄膜を成膜する装置において、外部電極とプラスチック構造物間には間隔調整用絶縁部材が外部電極と密接するように位置されていて、間隔調整用絶縁部材とプラスチック構造物および間隔調整用絶縁部材と内部電極間の間隔が調整可能であり、プラズマ密度が高くなる個所の間隔を広くし、成膜に際してプラスチック構造物上でプラズマ密度が均一になるように間隔調整用部材の位置が調整されるようになっていることを特徴とする薄膜成膜装置。
【請求項２】
外部電極と内部電極の設置間隔は、供給モノマーガスの上流側と下流側において漸次異なるように設定してあることを特徴とする請求項１に記載の薄膜成膜装置。
【請求項３】
外部電極と内部電極の設置間隔は、供給モノマーガスの上流側が下流側に比べて狭く設定してあることを特徴とする請求項１に記載の薄膜成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒状プラスチック構造物にプラズマ化学蒸着法（ＣＶＤ）法により均一な薄膜を形成するための薄膜成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック構造物は、その成形の容易性や軽量性、さらには低コストである点等の種々の特性から、様々な分野において広く使用されている。しかしながら、プラスチック構造物は、酸素や二酸化炭素、水蒸気のような低分子ガスを透過する性質や、低分子成分が内部に吸着してしまうという性質、または低分子成分が溶出してしまうという性質を有しており、それが問題となっていることも多々ある。現在、これらの諸問題を解決するためにいろいろな方策がとられているが、どれもがそれぞれに問題を抱えており、問題を完全に解決するには至っていない。例えば、プラスチック構造物のガス透過性を低減する方法の１つとして複数のプラスチック材料を積層した材料を利用する方法がある。この方法においては、ガス透過性の小さい材料と少なくとももう１種類の材料を組み合わせる方法が一般的には取られるのであるが、この方法ではプラスチック構造物の成形工程が比較的複雑となり、製造費用も高いといった問題を抱えている。また、使用するプラスチック材料の種類が増え、リサイクルに支障をきたすという問題があるのも事実である。
【０００３】
一方、プラスチック構造物にプラズマＣＶＤ法を用いて薄膜を成膜する技術が近年知られてきている。これらの技術は、例えば特開平８−５３１１７号公報に示されているような、プラスチック構造物の外形とほぼ相似形の中空状の外部電極と、プラスチック構造物とほぼ相似形の内部電極の間にプラスチック構造物を配置して成膜を行う方法や、特開平８−１７５５２８号公報に示されているような、外部電極と内部電極とを共にプラスチック構造物の表面からほぼ一定の距離に配置して成膜を行う方法である。そして、これらの方法によりプラスチック構造物に均一な薄膜を成膜することによりプラスチック構造物が有する諸問題を解決しようしする試みがある。しかし、これらの方法では電界とガス濃度などの関係があいまいとなり、プラスチック構造物全体に均一な薄膜を成膜することが難しく、均一な薄膜の成膜により期待される所期の効果が十分に得られないという問題を抱えていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような状況に鑑みなされ、プラズマＣＶＤ蒸着法によりプラスチック構造物に均一な薄膜が成膜可能な薄膜成膜装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の問題点を解決すべくなされ、請求項１に記載の発明は、内部が円筒形状をした外部電極と、外部電極内に配置された円筒形状の内部電極の間に薄膜を成膜する筒状プラスチック構造物を挿入し、プラスチック構造物の成膜される表面とそれに対向する電極の間にモノマーガスをガス供給口より供給し、さらに各電極間に高周波電力を印加し、供給モノマーガスをプラズマ化することにより、プラスチック構造物表面に薄膜を成膜する装置において、外部電極とプラスチック構造物間には間隔調整用絶縁部材が外部電極と密接するように位置されていて、間隔調整用絶縁部材とプラスチック構造物および間隔調整用絶縁部材と内部電極間の間隔が調整可能であり、プラズマ密度が高くなる個所の間隔を広くし、成膜に際してプラスチック構造物上でプラズマ密度が均一になるように間隔調整用部材の位置が調整されるようになっていることを特徴とする薄膜成膜装置である。
【０００７】
さらにまた、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜成膜装置において、外部電極と内部電極の設置間隔は、供給モノマーガスの上流側と下流側において漸次異なるように設定してあることを特徴とする。
【０００８】
さらにまた、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜成膜装置において、外部電極と内部電極の設置間隔は、供給モノマーガスの上流側が下流側に比べて狭く設定してあることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る薄膜成膜装置３１の概略断面構成とその使用状態の説明図である。この、薄膜成膜装置３１は、大略的には、内部が円筒形状をした外部電極１と、この外部電極１内に配置されている円筒形状の内部電極４と、外部電極１と内部電極４との間に配置されている間隔調整用絶縁部材３並びに取付け用絶縁部材１０とアース部材１１とからなっている。５は薄膜を形成するための筒状プラスチック構造物である。
【００１２】
この薄膜成膜装置３１においては、内部電極４の先端にガス供給口５が設けられており、そこからプラスチック構造物２と内部電極４間にモノマーガスが供給されるようになっている。ここで、ガスを供給するポイントとしては、図１に示す如く、内部電極４の先端が好ましいが、必ずしもこのポイントに限定するものではなく、プラスチック構造物２と内部電極４間に均一にガスが流れるよう供給ポイントであればよい。
【００１３】
一方、外部電極１と内部電極４はその間隔が一定でなく、変化させて設置してあると共に、その間には間隔調整用絶縁部材３が配置してあり、間隔調整用絶縁部材３とプラスチック構造物２との間隔および間隔調整用絶縁部材３と内部電極４との間隔のそれぞれが均一になるように調整可能になっている。薄膜成膜装置３１の構成部材をこのように調整することにより、プラスチック構造物２の表面に均一な薄膜を成膜することが可能となる。
【００１４】
一般的に、薄膜成膜装置において、外部電極と内部電極間の間隔が等しいとその間の電界は均一であるので、その間に供給されてくるモノマーガスのガス密度は漸次変化することになる。また、内部電極と外部電極間の距離が一定であると、供給ガスの下流側はプラズマを生成した際、解離がより進むため、どうしてもプラズマ密度がその部分において高くなっていた。
従って、発生するプラズマ密度が電極間の全てにおいては均一でなく、均一な薄膜が形成されないといった問題を抱えていた。それを解消するためには、ガス密度の変化に対応して内部電極と外部電極間の間隔を徐々に変化させていくことが好ましい。ただし、プラスチック構造物の形状により各電極間の間隔を徐々に変化させることができない場合は、ガス密度と電界との関係に対応し、プラスチック構造物上でプラズマ密度が均一になるべく各電極間の間隔を設定することが必要となってくる。
【００１５】
そのため、本発明においては、前述したように、内部電極４と外部電極１との間隔を変化させ、装置内のプラズマ密度を均一とする。例えば、図１に示すように、プラズマ密度の高くなる供給ガスの下流側の電極間隔を上流側に比べて広くとるようにする。しかし、プラズマ密度は一定圧力でピークを迎えるため、成膜圧力によっては、供給ガスの下流側においてプラズマ密度が低くなることもある。その場合はプラズマ密度が低くなる側の電極間の間隔を狭くする必要がある。要するに、薄膜成膜装置において、内部電極と外部電極間の間隔をプラズマ密度が均一となるように適宜変化させて設置できるような構成にする。例えば、低い圧力でプラズマを生成させる際は、供給ガスの下流側の方がプラズマ密度が高くなるため、内部電極と外部電極間の間隔を間隔調整用絶縁部材で広くとるように設定、配置する。
【００１６】
プラスチック構造物内面に薄膜を形成する場合において、図１に示すように薄膜を成膜するプラスチック構造物の一方が閉鎖されている場合、ガス流を均一にするためには内部電極４の先端に設けたガス供給口５からガスを導入することが好ましいが、その場合、内部電極４内をガスが通るため内部電極を高周波電極とするとその内部でプラズマが発生してしまう。従って、内部電極はアースをとり、外部電極を高周波電極とすることが好ましい。
また、高周波電極とした外部電極１は取付け用絶縁部材１０を介し、供給ガスの下流側に配置のアース部材１１に接合させること好ましい。
【００１７】
以上、薄膜成膜装置３１の概略の構成とこの装置を用いてプラスチック構造物の内面に成膜を行う場合について述べたが、薄膜の成膜に際しては、プラスチック構造物の外面にも成膜をしたいという要望も考えられる。図２はそのような要望に対応可能な薄膜成膜装置３２の概略の構成とそれを用いてプラスチック構造物の外面に薄膜を成膜するときの状態が示してある。
【００１８】
この薄膜成膜装置３２は、内部が円筒形状をした外部電極１の中に内部電極８が配置されている。この内部電極８と外部電極１との間には成膜時にプラスチック構造物６が挿入される。また、外部電極１とプラスチック構造物６の間には間隔調整用絶縁部材７が外部電極１に密接するように設置されている。一方、装置の上部にはプラスチック構造物６と間隔調整用絶縁部材７間にモノマーガスを供給するためのガス供給ノズル９が設置されていている。ここで、ガスを供給するポイントはプラズマ発生領域のガス流が均一となる箇所とする。また、プラスチック構造物内面に成膜をするための薄膜成膜装置３１と同様に、外部電極１と内部電極８との間に間隔調整用絶縁部材７を位置させ、間隔調整用絶縁部材７とプラスチック構造物６との間隔と、間隔調整用絶縁部材７と内部電極８との間隔のそれぞれが均一になるように調整可能となっており、これらの部材を互いに調整することにより、プラスチック構造物の外面に均一な薄膜を成膜するようになっている。この薄膜成膜装置３２を使用して成膜を行う際、成膜圧力が低い場合は、図２に示すように、供給ガスの下流側でプラズマ密度が高くなるため、ガス供給ノズル９を外部電極１と内部電極８の間隔が狭い方へ配置し、内部電極８と外部電極１の間隔が広い方を供給ガスの下流側とする。ただし、成膜圧力によってプラズマの発生状態は変化するため、プラズマ密度が均一となるよう内部電極と外部電極の距離、ガス供給ノズルの位置を決定する。
従って、これらに対応すべく、間隔調整用絶縁部材はプラスチック構造物に対応して種々の形態のものに取り替え可能とし、ガス供給口もその設置個所が変更可能な構造としておく。
【００１９】
ここで、薄膜を成膜する筒状プラスチック構造物の形態は特に制限されず、またそれを構成する材料も特に限定されない。プラスチック構造物の構成材料としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂をはじめ、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ナイロン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体のケン化物樹脂等を用いることができるが、成形性、透明性、経済性の面からポリエチレンテレフタレート樹脂が特に好ましい。
【００２０】
また、供給するモノマーガスとしては、どのような組成の薄膜を成膜するかによって種々のモノマーガスから適切なモノマーガスを選択する。例えば、珪素酸化物を主成分とする薄膜を形成させるためには、モノマーとして、テトラメチルシラン、１，１，３，３，−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等を用いることができる。
【００２１】
さらに、反応ガスとして酸素、二酸化炭素等を混合しても良い。また、キャリアガスとしてアルゴン、ヘリウムなどを混合することもできる。また、ダイアモンド状炭素膜を形成するためには、モノマーとして炭化水素類が使用され、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、含酸素炭化水素類、含窒素炭化水素類などが用いられる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
<実施例１>
図１に示す如くの構成の薄膜成膜装置３１において、内部が円筒形状で、高周波電極とした外部電極１中に断面形状が円形である筒状プラスチック構造物２を固定用絶縁部材１０上に配置し、外部電極１とプラスチック構造物２の間には間隔調整用絶縁部材３を外部電極１に密接するように配置した。一方、プラスチック構造物２内にはその先端にガス供給口５設けた内部電極４を配置した。また、外部電極１は１５度のテーパーを付けたものを使用した。その結果、外部電極１と内部電極４の間は供給ガスの上流側から下流側に向かって徐々に拡がるように間隔調整用絶縁部材３により調整され、さらにプラスチック構造物２の外面と絶縁部材３との間隔は均一となっていた。この時、プラスチック構造物２と絶縁部材３間の距離は５ｍｍであった。また、内部電極４とプラスチック構造物２間の間隔も３０ｍｍと均一であった。また、内部電極４の径は２０ｍｍであった。そして、プラスチック構造物はポリカーボネートからなり、肉厚は１ｍｍ、高さは１００ｍｍであった。
このような状態に薄膜成膜装置３１の構成部材を設定したら、次に内部電極４の先端のガス供給口５よりプラスチック構造物２内部にヘキサメチルジシロキサンを２ｓｃｃｍおよび酸素ガスを５０ｓｃｃｍ供給した。さらに、外部電極１内を排気口１２より真空引きし、ガスを流した状態で外部電極１内下部の圧力が１０Ｐａとなるように保った。続いて、外部電極１に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を６０秒間印加し、プラスチック構造物２と内部電極４間にプラズマを発生させ、プラスチック構造物２の内面に酸化珪素の薄膜を成膜した。
プラスチック構造物２内面に形成された酸化珪素からなる薄膜の膜厚を底部から高さ方向に２０ｍｍおきに測定すると、それぞれ４０、４２、４１、４０ｎｍであり、均一な薄膜が形成されたことが検証された。
また、上記膜厚測定部のプラズマ密度をラングミュアプローブ測定法により測定すると１０10ｃｍ-3で均一であった。
【００２３】
<実施例２>
図２に示す如くの構成の薄膜成膜装置３２において、内部が円筒形状で、アースに接続した外部電極１中に断面形状が円形である筒状プラスチック構造物６を取付け用絶縁部材１０上に配置し、外部電極１とプラスチック構造物６の間には間隔調整用絶縁部材７を外部電極１に密接するように配置した。外部電極１には１５度のテーパを付けたものを使用した。一方、プラスチック構造物２内には内部電極１を配置した。その結果、外部電極１と内部電極８の間は供給ガスの上流側から下流側に向かって徐々に拡がるようになっていた。また、プラスチック構造物６の外面と絶縁部材７の間隔は均一となっていた。プラスチック構造物６と絶縁部材７間の距離は２０ｍｍであった。また、内部電極８とプラスチック構造物６との間隔も２ｍｍと均一となっていた。また、内部電極の径は８０ｍｍであった。そして、プラスチック構造物はポリカーボネートからなり、肉厚は１ｍｍで、高さは１００ｍｍであった。
このような状態に各構成部材を配置した薄膜成膜装置において、ガス供給ノズル８のガス供給口よりプラスチック構造物６と絶縁部材７間にヘキサメチルジシロキサンを２ｓｃｃｍおよび酸素ガスを５０ｓｃｃｍ供給した。次に、外部電極１内を排気口１２より真空引きし、ガスを流した状態で外部電極１内下部の圧力が１０Ｐａとなるように保った。続いて、内部電極８に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を６０秒間印加し、プラスチック構造物６と絶縁部材７間にプラズマを発生させ、プラスチック構造物６も外面に酸化珪素の薄膜を成膜した。
プラスチック構造物６外面に成膜した酸化珪素からなる薄膜の膜厚をプラスチック構造物６の高さ方向にその底部から２０ｍｍおきに測定するとそれぞれの箇所において膜厚が３０、３２、３１、３０ｎｍとなっており、均一な膜厚の薄膜が形成されていることが検証できた。
上記膜厚測定部のプラズマ密度をラングミュアプローブ測定法により測定すると１０10ｃｍ-3で均一であった。
【００２４】
<実施例３>
実施例２と同様の構成の薄膜成膜装置において、外部電極を高周波電極とし、内部電極はアースをとり、プラスチック構造物外面に薄膜を成膜した。
プラスチック構造物外面に成膜した酸化珪素の薄膜の膜厚をプラスチック構造物の高さ方向に底部から２０ｍｍおきに測定するとそれぞれの箇所において２１、２２、２１、２０ｎｍの膜厚であり、均一な膜厚の薄膜が成膜されていることが検証された。
上記膜厚測定部のプラズマ密度をラングミュアプローブ測定法により測定すると１０10ｃｍ-3で均一であった。
【００２５】
<比較例１>
図３に示す如くの構成の薄膜成膜装置３３において、内部が円筒形状で、高周波電極とした外部電極１２中に断面形状が円形である筒状プラスチック構造物１３を取付け用絶縁部材１４上に配置し、外部電極１２とプラスチック構造物１３の間には絶縁部材１５を外部電極１２に密接するように配置した。一方、プラスチック構造物１３内には先端からガスを供給することが可能な内部電極１６を配置した。ここで、外部電極１２と内部電極１６の間は均一であり、絶縁物１５とプラスチック構造物１３外部の距離も均一であり、５ｍｍであった。また、内部電極１６とプラスチック構造物１３間の距離も均一で３０ｍｍであり、内部電極１６の径は２０ｍｍであった。そして、プラスチック構造物はポリカーボネートからなり、肉厚は１ｍｍで、高さは１００ｍｍであった。
このような状態に構成部材を配置した薄膜成膜装置３３において、内部電極１６の先端に設けてあるガス供給口よりプラスチック構造物１３の内部にヘキサメチルジシロキサンを２ｓｃｃｍおよび酸素ガスを５０ｓｃｃｍ供給した。続いて、外部電極２５内を排気口１２より真空引きし、ガスを流した状態で外部電極２５内下部の圧力が１０Ｐａとなるように保った。そして、外部電極１２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を６０秒印加し、プラスチック構造物１３と内部電極１６間にプラズマを発生させ、プラスチック構造物１３の内面に酸化珪素の薄膜を成膜した。
プラスチック構造物１３内面に成膜した酸化珪素の膜厚を高さ方向にその底部から２０ｍｍおきに測定するとそれぞれの箇所において２０、２７、３４、４３ｎｍの膜厚であり、均一な膜厚を得ることができなかったことが検証された。また、上記膜厚測定部のプラズマ密度をラングミュアプローブ測定法により測定すると１０9から１０11ｃｍ-3で均一でなかった。
【００２６】
<比較例２>
実施例１とほぼ同様の構成の薄膜成膜装置とプラスチック構造物を使用し、プラスチック構造物内面に酸化珪素の薄膜を成膜した。本例ではプラスチック構造物と外部電極の間には絶縁部材３を介在させないで成膜を行った。
プラスチック構造物内面に成膜した酸化珪素の薄膜の膜厚を高さ方向にその底部から２０ｍｍおきに測定するとそれぞれの箇所において４０、３５、２７、２２ｎｍとなり、均一な膜厚を得ることができなかったことが検証された。また、上記膜厚測定個所のプラズマ密度を測定するとラングミュアプローブ測定法により１０9から１０11ｃｍ-3で均一でなかった。
【００２７】
<比較例３>
図４に示す如くの構成の薄膜成膜装置において、内部が円筒形状で、アースに接続した外部電極１７中に断面形状が円形である筒状プラスチック構造物１８を取付け用絶縁部材１９上に配置し、外部電極１７とプラスチック構造物１８の間には絶縁部材２０を配置した。また、プラスチック構造物１８内には内部電極２１を配置した。この結果、外部電極１７と内部電極２１の間隔は均一で、絶縁部材２０とプラスチック構造物１８の外面との間隔も均一で、２０ｍｍであった。また、内部電極２１とプラスチック構造物１８間の距離も均一となっており、２ｍｍであった。また、内部電極の径は８０ｍｍであった。そして、プラスチック構造物はポリカーボネートからなり、肉厚は１ｍｍで、高さは１００ｍｍであった。
このような状態に構成部材を配置した薄膜成膜装置３４において、ガス供給ノズル２２のガス供給口よりプラスチック構造物１８と絶縁部材２０間にヘキサメチルジシロキサンを２ｓｃｃｍおよび酸素ガスを５０ｓｃｃｍ供給した。外部電極１７内を排気口２３より真空引きし、ガスを流した状態で外部電極１７内下部の圧力が１０Ｐａとなるように保った。次に、内部電極２１に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を６０秒間印加し、プラスチック構造物１８と絶縁部材２０間にプラズマを発生させ、プラスチック構造物１８の外面に酸化珪素の薄膜を成膜した。
プラスチック構造物１８の外面に成膜した酸化珪素の薄膜の膜厚を高さ方向にその底部から２０ｍｍおきに測定するとそれぞれの箇所において１０、１５、３０、３５ｎｍの膜厚となっており、均一な膜厚を得ることができなかったことが検証された。また、上記膜厚測定部のプラズマ密度をラングミュアプローブ測定法により測定すると１０9から１０11ｃｍ-3で均一でなかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、薄膜形成に際して生成させるプラズマのプラズマ密度が均一になるべく、内部電極と外部電極の間隔が調整可能で、しかも間隔調整用絶縁部材とプラスチック構造物の間隔並びに間隔調整用絶縁部材と内部電極の間隔が均一になるように調整可能であって、プラスチック構造物の表面に均一な薄膜を形成することが可能である。
【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とその使用状態の説明図である。
【図２】本発明のたの実施形態に係る薄膜成膜装置の概略断面構成とその使用状態の説明図である。
【図３】比較例に係る薄膜成膜装置の概略断面構成とその使用状態の説明図である。
【図４】さらに他の比較例に係る薄膜成膜装置の概略断面構成とその使用状態の説明図である。
【符号の説明】
１・・・外部電極
２・・・プラスチック構造物
３・・・間隔調整用絶縁部材
４・・・内部電極
５・・・ガス供給口
６・・・プラスチック構造物
７・・・間隔調整用絶縁部材
８・・・内部電極
９・・・ガス供給ノズル
１０・・・取付け用絶縁部材
１１・・・アース部材
１２・・・排気口
１３・・・プラスチック構造物
１４・・・取付け用絶縁部材
１５・・・絶縁部材
１６・・・内部電極
１７・・・外部電極
１８・・・プラスチック構造物
１９・・・取付け用絶縁部材
２０・・・絶縁部材
２１・・・内部電極
２２・・・ガス供給ノズル
２５・・・外部電極
【図１】
0004066635.tif 000002
【図２】
0004066635.tif 000003
【図３】
0004066635.tif 000004
【図４】
0004066635.tif 000005