JP2001220679A

JP2001220679A - 成膜装置及び成膜方法

Info

Publication number: JP2001220679A
Application number: JP2000024256A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kakemura; 敏明掛村; Takeyuki Matsuoka; 建之松岡; Hiroto Kashima; 浩人鹿島; Akira Takeda; 晃武田; Ko Iijima; 航飯島
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2001-08-14
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: JP3925025B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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、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。【解決手段】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。

Description

【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、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０．５ｍ
ｍ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６７Ｐ
ａ、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２０
０watt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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武田晃東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者飯島航東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内Ｆターム(参考） 4F006 AA35 AB76 BA05 CA07 DA01 4K030 CA15 CA16 EA06 EA11 FA01 FA03 KA08 KA16 KA30 KA37 KA45 KA46

Claims

【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
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、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。