JP2005089814A - Apparatus for forming thin film on three-dimensional hollow container - Google Patents
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Abstract
Description
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装置に関するものである。 The present invention forms a thin film on the surface of a three-dimensional hollow container such as a plastic bottle, a plastic cup, a plastic tray, a paper container, a paper cup, a paper tray, and other hollow plastic molded articles by plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD). It relates to the device.
近年、プラスチック容器等の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。 In recent years, a thin film is formed on the surface of a three-dimensional hollow container such as a plastic container, such as a plastic bottle, a plastic cup, a plastic tray, a paper container, a paper cup, a paper tray, and other hollow plastic molded articles. Attempts have been made to improve water vapor barrier properties, surface wettability, and the like.
これらの機能性薄膜を成膜する方法の1つとしては、従来からプラズマ助成式化学蒸着法(PECVD)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がある。 One method for forming these functional thin films is to form a thin film on the surface of a container by a chemical reaction of a process gas by plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD).
その装置構成例としては、例えば、図5に示すようにマイクロ波における円筒型空洞共振器1を形成する金属容器内に石英ガラス等による円筒管からなる真空チャンバー2があり、その真空チャンバー2内部に成膜対象物である3次元中空容器3が配置され、該真空チャンバー2内部を真空吸引して一定減圧状態を保ち、さらに原料ガス導入菅4より原料ガスを注入する。 As an example of the device configuration, for example, as shown in FIG. 5, there is a vacuum chamber 2 made of a cylindrical tube made of quartz glass or the like in a metal container forming a cylindrical cavity resonator 1 in the microwave. A three-dimensional hollow container 3 that is a film formation target is arranged, and the inside of the vacuum chamber 2 is vacuum-sucked to maintain a constant reduced pressure state, and further, a source gas is injected from a source gas inlet 4.
次に、成膜対象物である3次元中空容器3の内部に原料ガス導入菅4より原料ガスを注入し、該中空容器3内部にプラズマを発生させるためのマイクロ波電力はマイクロ波発振器5によって生成され、導波管6を介して該円筒型空洞共振器1内部へと導かれ、このマイクロ波エネルギーによって、成膜対象物である3次元中空容器3の内部でプラズマが発生する(例えば、特許文献1参照。)。 Next, the microwave power for injecting the raw material gas from the raw material gas introduction rod 4 into the inside of the three-dimensional hollow container 3 which is a film formation target and generating plasma in the hollow container 3 is generated by the microwave oscillator 5. It is generated and guided to the inside of the cylindrical cavity resonator 1 through the waveguide 6, and this microwave energy generates plasma inside the three-dimensional hollow container 3 that is a film formation target (for example, (See Patent Document 1).
ここでマイクロ波電力を円筒型空洞共振器1内に導入する方法として、図5では該空洞共振器1の側面方向から注入する方法を示したが、この方法以外にも円筒型空洞共振器1上面の蓋部7より注入する方法もある(例えば、特許文献2参照。)。 Here, as a method of introducing the microwave power into the cylindrical cavity resonator 1, FIG. 5 shows a method of injecting from the side of the cavity resonator 1, but in addition to this method, the cylindrical cavity resonator 1. There is also a method of injecting from the lid portion 7 on the upper surface (for example, see Patent Document 2).
また、別のマイクロ波電力を円筒型空洞共振器1内に導入する方法として、図6に示すように、マイクロ波発振器5より生成されたエネルギーは導波管6を介して、インピーダンス整合を行うインピーダンス整合器9へ送られ、さらに同軸導波管変換部10にて同軸線路11の伝送モードとなる方法もある。 As another method of introducing another microwave power into the cylindrical cavity resonator 1, the energy generated from the microwave oscillator 5 performs impedance matching via the waveguide 6 as shown in FIG. 6. There is also a method in which the signal is sent to the impedance matching unit 9 and becomes the transmission mode of the coaxial line 11 at the coaxial waveguide converter 10.
該同軸線路11を構成する外部導体11bの外周(アース)は金属製の円筒型空洞共振器1と接続されており、同軸線路11の内部導体11aは、該空洞共振器1の壁面部よりλ/4だけ、該空洞共振器1内部に突き出した形状になっている(例えば、特許文献3参照。)。 The outer circumference (earth) of the outer conductor 11 b constituting the coaxial line 11 is connected to a metal cylindrical cavity resonator 1, and the inner conductor 11 a of the coaxial line 11 is λ from the wall surface portion of the cavity resonator 1. / 4 projects into the cavity resonator 1 (see, for example, Patent Document 3).
これはλ/4ホイップアンテナ12構成であり、内部導体11aの先端部が最も電界が強くなる。 This is a λ / 4 whip antenna 12 configuration, and the electric field is strongest at the tip of the inner conductor 11a.
また、この同軸線路11の該内部導体11aはパイプ形状をしており、該容器3などへのマイクロ波電力供給と共に原料ガス注入機構も兼ね備えている(例えば、特許文献4参
照。)。
Further, the inner conductor 11a of the coaxial line 11 has a pipe shape, and has a raw material gas injection mechanism as well as a microwave power supply to the container 3 or the like (see, for example, Patent Document 4).
従って、ガス噴出し口13である先端部はマイクロ波の電界最強点でもあるので、ここを中心にプラズマが発生する。 Accordingly, the tip portion which is the gas ejection port 13 is also the strongest point of the electric field of the microwave, so that plasma is generated around here.
以上のような、従来のプラズマ発生方法には幾つかの問題点があり、例えば、図5における装置では、該空洞共振器1内部へのマイクロ波電力供給部分が該空洞共振器1の側面または天面にあるため、真空チャンバー2を構成している内部石英ガラス管等で損失が発生し、該容器3内部でのマイクロ波エネルギーが減少しプラズマ密度に影響を与えてしまう。 The conventional plasma generation method as described above has several problems. For example, in the apparatus shown in FIG. 5, the microwave power supply portion inside the cavity resonator 1 is provided on the side surface of the cavity resonator 1 or Since it is on the top surface, a loss is generated in the internal quartz glass tube or the like constituting the vacuum chamber 2, and the microwave energy in the container 3 is reduced to affect the plasma density.
また、石英ガラスの物質的電気特性(誘電率等)の不均一性によっては、該容器3内のプラズマ分布に影響を与える可能性もある。 In addition, depending on the non-uniformity of the material electrical characteristics (dielectric constant and the like) of quartz glass, the plasma distribution in the container 3 may be affected.
次に、図6における装置では、該空洞共振器1内部に突き出したλ/4ホイップアンテナ部、つまり同軸線路11の内部導体11aの先端部がマイクロ波エネルギーの電界最強点であるため、この部分が最もプラズマ密度が高く、ここを中心にプラズマが広がっていく。 Next, in the apparatus shown in FIG. 6, the λ / 4 whip antenna portion protruding into the cavity resonator 1, that is, the tip of the inner conductor 11a of the coaxial line 11 is the electric field strongest point of the microwave energy. Has the highest plasma density, and the plasma spreads around here.
従って、該容器3内部に直接マイクロ波エネルギーを注入するため、図5の装置方式より効率良くプラズマが発生するが、この方式にも幾つかの問題点が存在する。 Therefore, since microwave energy is directly injected into the container 3, plasma is generated more efficiently than the apparatus system shown in FIG. 5. However, this system also has some problems.
すなわち、マイクロ波放出部のλ/4ホイップアンテナ12は、該空洞共振器1底面部からλ/4の高さである。 That is, the λ / 4 whip antenna 12 of the microwave emitting portion is λ / 4 height from the bottom of the cavity resonator 1.
一般的な使用周波数2.45GHzでは僅か3cm程度であるので、図6に示すように該容器3が高さ方向に長い容器である場合、プラズマは容器の口栓部に集中してしまい、容器底面部ではプラズマ密度が薄い状態であるため該容器3内の成膜均一性に欠け、バラツキを生じてしまう。 Since it is only about 3 cm at a general frequency of use of 2.45 GHz, as shown in FIG. 6, when the container 3 is a container that is long in the height direction, the plasma is concentrated on the plug portion of the container, Since the plasma density is low at the bottom surface, the film formation uniformity in the container 3 is lacking and variation occurs.
この現象を避けるために同軸線路11の内部導体11aが露出している部分をn(λ/2)+(λ/4)(n=0、1、2、3・・・・)として該空洞共振器1底面部からの高さを得る方法も考えられるが、アンテナ部分での電磁界分布に山・谷を生じ均一でないため、該容器3内でのプラズマ密度にも均一性を損なう。 In order to avoid this phenomenon, the portion where the inner conductor 11a of the coaxial line 11 is exposed is defined as n (λ / 2) + (λ / 4) (n = 0, 1, 2, 3,...). Although a method of obtaining the height from the bottom surface of the resonator 1 is also conceivable, since the peaks and valleys are generated in the electromagnetic field distribution in the antenna portion and are not uniform, the uniformity of the plasma density in the container 3 is also impaired.
また、該容器3の高さに変更があった場合、該容器3内部でのプラズマ密度分布の中心位置を任意に設定することが出来ない。 Further, when the height of the container 3 is changed, the center position of the plasma density distribution inside the container 3 cannot be arbitrarily set.
以下に先行技術文献を示す。
本発明は係る従来技術の問題点を解決するものであり、円筒型空洞共振器を用いるプラズマCVD装置において、3次元中空容器へのマイクロ波エネルギーの供給を効率良く行い、プラズマ密度分布を均一にして、あらゆる高さの該容器でもプラズマ密度の中心位置を任意に設定することができ、該容器への均一な薄膜形成が可能で、様々な該容器形状にも対応できる3次元中空容器の薄膜成膜装置を提供する。 The present invention solves the problems of the related art, and in a plasma CVD apparatus using a cylindrical cavity resonator, the microwave energy is efficiently supplied to the three-dimensional hollow container, and the plasma density distribution is made uniform. A thin film of a three-dimensional hollow container that can arbitrarily set the center position of the plasma density in any container of any height, can form a uniform thin film on the container, and can cope with various container shapes. A film forming apparatus is provided.
本発明は、上記のような課題を解決するために成されたもので、本発明の請求項1に係る発明は、円筒型空洞共振器1を形成し、3次元中空容器3を収納する真空チャンバー2内に原料ガスを導入するための原料ガス導入管を配置し、該容器3内に原料ガスを導入して、該容器3内面にプラズマCVD法により薄膜を成膜する3次元中空容器の薄膜成膜装置において、前記円筒型空洞共振器1を形成してマイクロ波エネルギーを封じ込む真空チャンバー2内にマイクロ波電力を供給する手段として、エレメント長がλ/2のスリーブアンテナ16を用いて該チャンバー2内にマイクロ波を放射しプラズマを発生させることを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置である。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The invention according to claim 1 of the present invention is a vacuum in which a cylindrical cavity resonator 1 is formed and a three-dimensional hollow container 3 is accommodated. A three-dimensional hollow container in which a raw material gas introduction pipe for introducing a raw material gas into the chamber 2 is arranged, a raw material gas is introduced into the container 3, and a thin film is formed on the inner surface of the container 3 by plasma CVD. In a thin film deposition apparatus, a sleeve antenna 16 having an element length of λ / 2 is used as means for supplying microwave power into a vacuum chamber 2 that forms the cylindrical cavity resonator 1 and encloses microwave energy. A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, characterized in that plasma is generated by radiating microwaves into the chamber 2.
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、前記スリーブアンテナ16の内部導体11aを円筒型管状とし、該管内に原料ガスを通し、該スリーブアンテナ16の該内部導体11aの先端部には原料ガス噴出し口13を有しており、該噴出し口13から該チャンバー2内に原料ガスを供給することを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to the first aspect, the inner conductor 11a of the sleeve antenna 16 is a cylindrical tube, and a raw material gas is passed through the tube, A three-dimensional hollow container having a source gas ejection port 13 at the tip of the inner conductor 11a of the sleeve antenna 16 and supplying a source gas into the chamber 2 from the ejection port 13 This is a thin film deposition apparatus.
本発明の請求項3に係る発明は、請求項1又は2記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、前記スリーブアンテナ16が円筒型空洞共振器1を形成する真空チャンバー2内の中心軸上に位置し、高さ方向を任意の位置に配置できることを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置である。 The invention according to claim 3 of the present invention is the thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to claim 1 or 2, wherein the sleeve antenna 16 is a central axis in the vacuum chamber 2 where the cylindrical cavity resonator 1 is formed. A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, which is located above and can be arranged at an arbitrary position in the height direction.
本発明の請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、前記スリーブアンテナ16が円筒型空洞共振器1を形成する真空チャンバー2内の底面部に同軸線路着脱機構部17を介して固定されており、数種のスリーブアンテナ16が交換可能な構造を有することを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置である。 The invention according to claim 4 of the present invention is the thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to any one of claims 1 to 3, wherein the sleeve antenna 16 forms a cylindrical cavity resonator 1. 2 is a thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, which is fixed to a bottom surface portion in 2 via a coaxial line attaching / detaching mechanism portion 17 and has a structure in which several types of sleeve antennas 16 can be replaced.
本発明の請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれか1項記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、マイクロ波を封じ込める円筒型空洞共振器1内に前記スリーブアンテナ16を覆い被さるように石英ガラス管等のマイクロ波電力の損失が少なく、耐熱性のある非金属性真空チャンバー2が配置され、さらに該真空チャンバー2内には3次元中空容器3がスリーブアンテナ16を覆うように配置され、該真空チャンバー2内を真空状態に保ち、スリーブアンテナ16からのマイクロ波電力および原料ガスによってプラズマを発生させ、該容器3に成膜処理を施すことを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to any one of the first to fourth aspects, the sleeve antenna 16 is provided in the cylindrical cavity resonator 1 for containing microwaves. A non-metallic vacuum chamber 2 having a low heat loss and a heat resistance such as a quartz glass tube is disposed so that the sleeve antenna 16 is covered with the three-dimensional hollow container 3 in the vacuum chamber 2. A three-dimensional structure characterized in that the inside of the vacuum chamber 2 is kept in a vacuum state, plasma is generated by a microwave power and a raw material gas from the sleeve antenna 16, and a film forming process is performed on the container 3. This is a thin film forming apparatus for a hollow container.
本発明は、円筒型空洞共振器を形成し、3次元中空容器を収納する真空チャンバー内に原料ガスを導入するための原料ガス導入管を配置し、該容器内に原料ガスを導入して、該容器内面にプラズマCVD法により薄膜を成膜する3次元中空容器の薄膜成膜装置において、前記円筒型空洞共振器を形成してマイクロ波エネルギーを封じ込む真空チャンバー内にマイクロ波電力を供給する手段として、エレメント長がλ/2のスリーブアンテナを用いて該チャンバー内にマイクロ波を放射しプラズマを発生させることにより、3次元中空容器へのマイクロ波エネルギーが効率良く供給でき、また、成膜処理空間のプラズマ密度
分布をほぼ均一にすることが出来るので、成膜面での処理結果のバラツキも減少し、安定した薄膜が形成でき、更に、あらゆる高さの該容器形状でもプラズマ密度の中心位置を任意の高さに設定することができるので、様々な該容器形状にも対応できる3次元中空容器の薄膜成膜装置を提供できるものである。
The present invention forms a cylindrical cavity resonator, arranges a raw material gas introduction pipe for introducing a raw material gas into a vacuum chamber containing a three-dimensional hollow container, introduces the raw material gas into the container, In a thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container that deposits a thin film on the inner surface of the container by plasma CVD, microwave power is supplied into a vacuum chamber that forms the cylindrical cavity resonator and encloses microwave energy. As a means, microwave energy can be efficiently supplied to the three-dimensional hollow container by using a sleeve antenna with an element length of λ / 2 to generate plasma by radiating microwaves into the chamber. Since the plasma density distribution in the processing space can be made almost uniform, variations in processing results on the film formation surface are reduced, a stable thin film can be formed, and Since the center position of the plasma density can be set to an arbitrary height even in the container shape having a moderate height, it is possible to provide a thin-film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container that can cope with various container shapes. .
以下、本発明における3次元中空容器の薄膜成膜装置の基本構成について図1から図4を用いて説明する。 Hereinafter, a basic configuration of a thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明における一実施例を示した側断面図であり主に、マイクロ波を閉じ込める金属製の円筒型空洞共振器1とその内部には真空状態を保つための真空チャンバー2があり、さらにその内側には成膜対象物である3次元中空容器3が配置されている。 FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of the present invention. Mainly, a metal cylindrical cavity resonator 1 for confining microwaves and a vacuum chamber 2 for maintaining a vacuum state therein are provided. Further, a three-dimensional hollow container 3 which is a film formation target is disposed inside thereof.
該真空チャンバー2は石英ガラス管等、マイクロ波電力の損失が少なく、プラズマ熱に対して耐熱性があり、真空状態で機械的に十分耐える非金属のものであればなんでもよいが、ここでは、この真空チャンバー2を石英ガラス管として説明する。 The vacuum chamber 2 may be any non-metallic material such as a quartz glass tube as long as it has a low loss of microwave power, is heat resistant to plasma heat, and is mechanically sufficiently resistant in a vacuum state. The vacuum chamber 2 will be described as a quartz glass tube.
次に、真空ポンプ部(図示せず)によって排気口14を介して真空チャンバー2である石英ガラス管内を真空状態にする。 Next, the inside of the quartz glass tube which is the vacuum chamber 2 is evacuated through the exhaust port 14 by a vacuum pump unit (not shown).
円筒型空洞共振器1および石英ガラス管の上部には成膜対象物である該容器3が出し入れ可能なように開口部が設けられており、さらにこの開口部を密閉するための蓋部7が存在する。 An opening is provided in the upper part of the cylindrical cavity resonator 1 and the quartz glass tube so that the container 3 as a film forming object can be taken in and out, and a lid 7 for sealing the opening is provided. Exists.
該蓋部7は金属製であり、該空洞共振器1におけるマイクロ波電力の完全密閉、真空チャンバー2での完全シールが可能な構造となっている。 The lid portion 7 is made of metal and has a structure capable of completely sealing the microwave power in the cavity resonator 1 and completely sealing in the vacuum chamber 2.
該容器3は口栓部を下向きに挿入し、石英ガラス管下部には、該容器3を保持するスペーサー部8が存在する。 The container 3 is inserted with the cap part downward, and a spacer part 8 for holding the container 3 is present at the lower part of the quartz glass tube.
プラズマを発生させるためのマイクロ波エネルギー注入方法は、まずマイクロ波発振器5によってプラズマのエネルギー源となる電磁波が放射される。 In the microwave energy injection method for generating plasma, first, an electromagnetic wave serving as a plasma energy source is radiated by the microwave oscillator 5.
この電磁波の周波数は一般的には2.45GHzがよく用いられるが別の周波数でも問題ない。 In general, the frequency of this electromagnetic wave is often 2.45 GHz, but other frequencies are not a problem.
放射されたマイクロ波は導波管6を介して電力を効率よく該空洞共振部1へ供給させるために行うインピーダンスマッチング用のインピーダンス整合器9に送られ、さらに同軸導波管変換部10へ進行する。 The radiated microwave is sent to the impedance matching unit 9 for impedance matching performed to efficiently supply power to the cavity resonator 1 through the waveguide 6, and further proceeds to the coaxial waveguide converter 10. To do.
一般的に該整合器9はスリースタブチューナーやE−Hチューナーが用いられ、同軸導波管変換部10では同軸線路11の内部導体11aのみが導波管6内部に侵入している状態であり、同軸線路11の外部導体11bは導波管6と電気的に接続されている。 Generally, a stub tuner or an E-H tuner is used as the matching unit 9, and only the inner conductor 11 a of the coaxial line 11 enters the waveguide 6 in the coaxial waveguide converter 10. The outer conductor 11 b of the coaxial line 11 is electrically connected to the waveguide 6.
該導波管6内を進行してきたマイクロ波は、この同軸線路11の内部導体11aに励起し、同軸線路11の伝送モードとなって該空洞共振器1へと進行する。 The microwave traveling in the waveguide 6 is excited by the inner conductor 11 a of the coaxial line 11 and proceeds to the cavity resonator 1 as a transmission mode of the coaxial line 11.
また、プランジャー15を移動して調整することによって同軸線路伝送モードへの変換を効率よく行える。 Moreover, the conversion to the coaxial line transmission mode can be efficiently performed by moving and adjusting the plunger 15.
ここで同軸線路11の内部導体11aであるが、該内部導体11aは、本発明の特徴である円筒型管状、つまりパイプ形状を形成しており、ガスを供給するためガス供給源(図示せず)などからその管内に原料ガスを通し、成膜対象物である3次元中空容器3へのマイクロ波電力供給と共に原料ガス注入機構も兼ね備えている。 Here, it is the inner conductor 11a of the coaxial line 11. The inner conductor 11a forms a cylindrical tube, that is, a pipe shape, which is a feature of the present invention, and a gas supply source (not shown) for supplying gas. ) And the like, and a raw material gas injection mechanism is also provided together with a microwave power supply to the three-dimensional hollow container 3 which is a film formation target.
そして、同軸線路11は該空洞共振器1内部の成膜対象物である3次元中空容器3のほぼ中央部まで達し、その先端部にはマイクロ波エネルギーを放射するスリーブアンテナ16が配置されている。 The coaxial line 11 reaches almost the center of the three-dimensional hollow container 3 that is a film formation target inside the cavity resonator 1, and a sleeve antenna 16 that radiates microwave energy is disposed at the tip of the coaxial line 11. .
次に、該スリーブアンテナ16周辺について、図2を用いて詳細に説明する。 Next, the periphery of the sleeve antenna 16 will be described in detail with reference to FIG.
該同軸線路11の外部導体11bは円筒型空洞共振器1底部と電気的に接触しており、この底部には同軸線路11を交換できる同軸線路着脱機構部17が設けてある。 The outer conductor 11b of the coaxial line 11 is in electrical contact with the bottom of the cylindrical cavity resonator 1, and a coaxial line attaching / detaching mechanism 17 capable of exchanging the coaxial line 11 is provided at the bottom.
これによって成膜対象物である該容器3のサイズが変わったときは、スリーブアンテナ16を含めた同軸線路11を最適なものに交換することが出来る。 As a result, when the size of the container 3 that is a film formation target is changed, the coaxial line 11 including the sleeve antenna 16 can be replaced with an optimum one.
該同軸線路11は外部導体11bと内部導体11aを常に一定の間隔に保つために同軸スペーサー18が挿入されており、また、この同軸スペーサー18には真空リークしないような加工が施されている。 In the coaxial line 11, a coaxial spacer 18 is inserted in order to keep the outer conductor 11b and the inner conductor 11a at a constant interval, and the coaxial spacer 18 is processed so as not to cause a vacuum leak.
そして、内部導体11a先端部には原料ガス噴出し口13が設けられており、ここから成膜対象物である該容器3へのガス供給を行うようになっている。 A source gas ejection port 13 is provided at the tip of the inner conductor 11a, from which gas is supplied to the container 3 that is a film formation target.
また、内部導体11aは、同軸線路11の先端部にて約λ/4の長さで露出し、また外部導体11bは内部導体11aの露出部分から約λ/4の長さで折り返されている。 The inner conductor 11a is exposed at a length of about λ / 4 at the tip of the coaxial line 11, and the outer conductor 11b is folded back at a length of about λ / 4 from the exposed portion of the inner conductor 11a. .
つまりスリーブアンテナ16はその電波の放射部分において、λ/2ダイポールアンテナを構成しており、放射特性もλ/2ダイポールアンテナと同じであり、同軸線路11のアース部(外部導体11b)の影響を受けない構造である。 That is, the sleeve antenna 16 constitutes a λ / 2 dipole antenna in the radiation portion of the radio wave, and the radiation characteristic is the same as that of the λ / 2 dipole antenna, and the influence of the ground portion (external conductor 11 b) of the coaxial line 11 The structure is not affected.
従って、この部分からだけの電磁波放射となり同軸線路11の長さを変更しても何ら問題はなく、従来技術のように、該空洞共振器1底面部分から同軸線路11の内部導体11aの露出部分をn(λ/2)+(λ/4)(n=0、1、2、3・・・)の長さにしたアンテナ構造では、内部導体11aの露出部分に電磁界強度の山・谷が発生するため、プラズマ密度分布にも影響を及ぼしてしまう。 Therefore, there is no problem even if the length of the coaxial line 11 is changed because the electromagnetic wave is emitted only from this part, and the exposed part of the inner conductor 11a of the coaxial line 11 from the bottom part of the cavity resonator 1 as in the prior art. Is an n (λ / 2) + (λ / 4) (n = 0, 1, 2, 3,...) Length, the electromagnetic field strength peaks and valleys are exposed on the exposed portion of the inner conductor 11a. This will affect the plasma density distribution.
従って、本発明でのスリーブアンテナ方式では電磁波放射源が一点であるため、成膜対象物である3次元中空容器3に対して、ほぼ均一なプラズマ密度分布を与えることが可能であり、また、該容器3のサイズ変更においても同軸線路長を任意に設定できるため、常に最適なアンテナ位置に配置できるため、様々な該容器3にも対応可能である。 Therefore, since the electromagnetic wave radiation source is a single point in the sleeve antenna system of the present invention, it is possible to give a substantially uniform plasma density distribution to the three-dimensional hollow container 3 that is a film formation target. Since the coaxial line length can be arbitrarily set even when the size of the container 3 is changed, the container 3 can be arranged at an optimal antenna position at all times.
次に、本発明における別の実施例について図3を用いて説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図3における実施例は、図1で示した基本装置を基に一つのマイクロ波発振器5(図示せず)および一つの真空ポンプ部(図示せず)によって、成膜対象物である3次元中空容器3を同時に薄膜成膜処理しようとするものである。 The embodiment in FIG. 3 is a three-dimensional hollow which is a film formation object by one microwave oscillator 5 (not shown) and one vacuum pump part (not shown) based on the basic apparatus shown in FIG. The container 3 is to be subjected to a thin film forming process at the same time.
図3では、4つの該容器3を同時に薄膜成膜する状態を記しているが、成膜数はこの限りではない。 Although FIG. 3 shows a state in which the four containers 3 are simultaneously formed into thin films, the number of films is not limited to this.
直線型導波管6には、同軸導波管変換部10が管軸方向に複数個、等間隔に平行配設され、マイクロ波電力の供給側から該導波管6の先端に向かって、マイクロ波電力に対する結合係数を順次に増大させるように各同軸導波管変換部10は構成されており、これにより、各円筒型空洞共振器1へ均等なマイクロ波エネルギーを供給可能としている。 In the straight waveguide 6, a plurality of coaxial waveguide converters 10 are arranged in parallel at equal intervals in the tube axis direction. From the microwave power supply side toward the tip of the waveguide 6, Each coaxial waveguide converter 10 is configured to sequentially increase the coupling coefficient with respect to the microwave power, so that uniform microwave energy can be supplied to each cylindrical cavity resonator 1.
該各同軸導波管変換部10は図1でも説明したように、同軸線路11の内部導体11aのみが導波管6内部に侵入した構成であり、同軸線路11の外部導体11bは該導波管6と電気的に接続されている。 As described with reference to FIG. 1, each coaxial waveguide converter 10 has a configuration in which only the inner conductor 11a of the coaxial line 11 penetrates into the waveguide 6, and the outer conductor 11b of the coaxial line 11 is guided by the waveguide. It is electrically connected to the tube 6.
該導波管6内を進行してきたマイクロ波は、この同軸線路11の内部導体11aに励起し、同軸線路11の伝送モードとなって各空洞共振器1へと進行する。 The microwave that has traveled through the waveguide 6 is excited by the inner conductor 11 a of the coaxial line 11, becomes a transmission mode of the coaxial line 11, and travels to each cavity resonator 1.
また、この内部導体11aはパイプ形状を形成しており、各石英ガラス管への原料ガス供給のためにガス供給源(図示せず)などからその管内に原料ガスを通し、各成膜対象物へのマイクロ波電力供給と共に原料ガス注入機構も兼ね備えている。 The inner conductor 11a has a pipe shape, and a raw material gas is supplied from a gas supply source (not shown) or the like to supply each raw material gas to each quartz glass tube. It also has a raw material gas injection mechanism as well as a microwave power supply to.
そして、各同軸線路11は各空洞共振器1内部の成膜対象物である3次元中空容器3のほぼ中央部まで達し、その先端部にはマイクロ波エネルギーを放射するスリーブアンテナ16が配置されている。 Each coaxial line 11 reaches almost the center of the three-dimensional hollow container 3 that is a film formation target inside each cavity resonator 1, and a sleeve antenna 16 that radiates microwave energy is disposed at the tip. Yes.
該各円筒型空洞共振器1は金属製ベース板22に設置され、電気的に完全導通状態でありマイクロ波電力の漏洩が無い構造である。 Each of the cylindrical cavity resonators 1 is installed on a metal base plate 22 and has a structure that is in an electrically completely conductive state and does not leak microwave power.
また、図1での説明と同様に、各円筒型空洞共振器1および真空チャンバー2である石英ガラス管の上部には成膜対象物である3次元中空容器3の出し入れが可能なように開口部が設けてあり、成膜中はマイクロ波電力・真空状態のリークを防止するために金属製の蓋部7が設けられている。 Similarly to the description in FIG. 1, an opening is provided at the top of each cylindrical cavity resonator 1 and the quartz glass tube that is the vacuum chamber 2 so that a three-dimensional hollow container 3 that is a film formation target can be taken in and out. A metal lid 7 is provided to prevent leakage of microwave power and vacuum state during film formation.
このような装置構成とすることで一つのマイクロ波発振器5および真空ポンプで複数の成膜対象物である3次元中空容器3を同時処理することが可能である。 By adopting such an apparatus configuration, it is possible to simultaneously process the three-dimensional hollow container 3 as a plurality of film formation objects with one microwave oscillator 5 and a vacuum pump.
次に、本発明におけるさらに別の実施例について図4を用いて説明する。 Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図4における実施例は、図1で示した基本装置および図3に示す複数同時成膜装置を基に発展させた形態であり、一つのマイクロ波発振器5(図示せず)および一つの真空ポンプ部(図示せず)によって、成膜対象物である3次元中空容器3を同時に成膜処理しようとするものである。 The embodiment in FIG. 4 is a form developed based on the basic apparatus shown in FIG. 1 and the multiple simultaneous film forming apparatus shown in FIG. 3, and includes one microwave oscillator 5 (not shown) and one vacuum pump. The three-dimensional hollow container 3 that is a film formation target is to be subjected to film formation at the same time by a section (not shown).
図4では8つの該容器3を同時に薄膜成膜する状態を記しているが、成膜数はこの限りではない。 Although FIG. 4 shows a state where eight containers 3 are simultaneously formed into a thin film, the number of films is not limited to this.
この装置の原理は、マイクロ波発振器5(図示せず)からのマイクロ波エネルギーは導波管6を介して同軸導波管変換部10へ送り込まれる。 The principle of this apparatus is that microwave energy from a microwave oscillator 5 (not shown) is sent to a coaxial waveguide converter 10 via a waveguide 6.
該同軸導波管変換部10は、図1でも説明したように、同軸線路11の内部導体11aのみが導波管6内部に侵入した構成であり、同軸線路11の外部導体11bは導波管6と
電気的に接続されている。
As described in FIG. 1, the coaxial waveguide converter 10 has a configuration in which only the inner conductor 11a of the coaxial line 11 enters the inside of the waveguide 6, and the outer conductor 11b of the coaxial line 11 is a waveguide. 6 is electrically connected.
該導波管6内を進行してきたマイクロ波エネルギーは、この同軸線路11の内部導体11aに励起し、同軸線路11の伝送モードとなって上部にある円形型空洞共振器19の中心部分へ供給される。 The microwave energy that has traveled in the waveguide 6 is excited by the inner conductor 11a of the coaxial line 11 and becomes a transmission mode of the coaxial line 11 and is supplied to the central portion of the circular cavity resonator 19 in the upper part. Is done.
この時、同軸線路11の内部導体11aは、前記実施例1、2とは異なり原料ガスの供給は必要としないので金属の棒状を形成している。 At this time, unlike the first and second embodiments, the inner conductor 11a of the coaxial line 11 does not require the supply of a source gas, and thus has a metal rod shape.
該円形型空洞共振器19は、厚みが導波管6断面の短辺方向程度の厚みであり、円形面積は上部に設置する真空チャンバー2が十分に搭載できるだけの面積を有している。 The circular cavity resonator 19 has a thickness of about the short side direction of the cross section of the waveguide 6, and the circular area has an area that can be sufficiently mounted on the vacuum chamber 2 installed on the top.
該導波管6からの同軸線路11は、該円形型空洞共振器19の底面部の中心部に接続され、同軸線路11の外部導体11bと円形型空洞共振器19底部とは電気的に完全導通状態である。 The coaxial line 11 from the waveguide 6 is connected to the center of the bottom surface of the circular cavity resonator 19, and the outer conductor 11 b of the coaxial line 11 and the bottom of the circular cavity resonator 19 are electrically completely connected. It is in a conductive state.
該同軸線路11の内部導体11aは、円形型空洞共振器19底面部から内側にλ/4の長さだけ突き出している。 The inner conductor 11 a of the coaxial line 11 protrudes inward from the bottom of the circular cavity resonator 19 by a length of λ / 4.
つまり、λ/4ホイップアンテナ12を形成し、ここからマイクロ波は放射状に円形型空洞共振器19の壁面方向に広がっていく。 That is, the λ / 4 whip antenna 12 is formed, and the microwaves spread radially from the circular cavity resonator 19 toward the wall surface.
そして、この中心部から同一距離の円周上に等間隔になるように第2同軸導波管変換部20が設置されている。 And the 2nd coaxial waveguide conversion part 20 is installed so that it may become equal intervals on the circumference of the same distance from this center part.
このように配置することによって各成膜対象物である3次元中空容器3へ均一なマイクロ波エネルギーを供給することができる。 By arranging in this way, it is possible to supply uniform microwave energy to the three-dimensional hollow container 3 as each film formation target.
該円形型空洞共振器19内を放射状に進行してきたマイクロ波は、該第2同軸導波管変換部20の内部導体11aに励起し、同軸線路11の伝送モードとなって円形型空洞共振器19上部の真空チャンバー2内部へと進行する。 The microwaves that have traveled radially through the circular cavity resonator 19 are excited by the inner conductor 11a of the second coaxial waveguide converter 20 and become a transmission mode of the coaxial line 11, thereby the circular cavity resonator. It progresses to the inside of the vacuum chamber 2 of 19 upper part.
また、この内部導体11aはパイプ形状を形成しており、各真空チャンバー2内への原料ガス供給のためにガス供給源(図示せず)などからその管内に原料ガスを通し、各成膜対象物である3次元中空容器3へのマイクロ波電力供給と共に原料ガス注入機構も兼ね備えている。 Further, the inner conductor 11a has a pipe shape, and a source gas is supplied from a gas supply source (not shown) or the like into the pipe for supplying the source gas into each vacuum chamber 2, and each film formation target In addition to supplying microwave power to the three-dimensional hollow container 3 which is a product, it also has a raw material gas injection mechanism.
該第2同軸導波管変換部20は、円形型空洞共振器19上面部より上方向では同軸線路11形状を形成し、その先端部にはマイクロ波エネルギーを放射するスリーブアンテナ16が配置されて、このアンテナ16は各真空チャンバー2内の成膜対象物である該容器3のほぼ中央部に位置している。 The second coaxial waveguide converter 20 forms a coaxial line 11 shape above the upper surface of the circular cavity resonator 19, and a sleeve antenna 16 that radiates microwave energy is disposed at the tip of the second coaxial waveguide converter 20. The antenna 16 is positioned substantially at the center of the container 3 as a film formation target in each vacuum chamber 2.
該真空チャンバー2上部には成膜対象物である該容器3の出し入れが可能なように開口部があり、蓋部7を装備している(図示せず)。 An upper portion of the vacuum chamber 2 is provided with an opening so that the container 3 as a film formation target can be taken in and out, and a lid portion 7 is provided (not shown).
真空引きについては、円形型空洞共振器19は、エアリークしない構造体であり、上部の真空チャンバー2との通気孔を有しており、真空チャンバー2の減圧工程は、真空ポンプ(図示せず)によって、排気口14より円形型空洞共振器19の内部を介して真空引きされる。 For evacuation, the circular cavity resonator 19 is a structure that does not leak air, and has a vent hole with the upper vacuum chamber 2. A vacuum pump (not shown) is used for the decompression process of the vacuum chamber 2. Thus, a vacuum is drawn from the exhaust port 14 through the inside of the circular cavity resonator 19.
また、円形型空洞共振器19の上部には、各真空チャンバー2を覆うように金属製カバー21があり、このカバー21と該円形型空洞共振器19とが接する部分はマイクロ波が漏洩しないように電気的に完全導通状態に保たれている。 Further, a metal cover 21 is provided above the circular cavity resonator 19 so as to cover each vacuum chamber 2, and microwaves do not leak at a portion where the cover 21 and the circular cavity resonator 19 are in contact with each other. Are kept in a completely conductive state.
該カバー21は、真空チャンバー2が石英ガラス管等のマイクロ波を透過する材質で構成された場合、装置外部へのマイクロ波漏洩を防止するためである。 The cover 21 is for preventing microwave leakage to the outside of the apparatus when the vacuum chamber 2 is made of a material that transmits microwaves, such as a quartz glass tube.
該真空チャンバー2が金属製であり、該円形型空洞共振器19との接合部分が完全にシールドされ、蓋部からのマイクロ波電力の漏洩がない構成であれば、このカバーは不必要であり、このような装置構成とすることで一つのマイクロ波発振器5および真空ポンプで複数の成膜対象物である3次元中空容器3を同時処理することも可能である。 If the vacuum chamber 2 is made of metal, the joint with the circular cavity resonator 19 is completely shielded, and there is no leakage of microwave power from the lid, this cover is unnecessary. By adopting such an apparatus configuration, it is also possible to simultaneously process the three-dimensional hollow container 3 that is a plurality of film formation objects with one microwave oscillator 5 and a vacuum pump.
1…円筒型空洞共振器
2…真空チャンバー
3…3次元中空容器(成膜対象物)
4…原料ガス導入管
5…マイクロ波発振器
6…導波管
7…蓋部
8…スペーサー部
9…インピーダンス整合器
10…同軸導波管変換部
11…同軸線路 11a…内部導体 11b…外部導体
12…λ/4ホイップアンテナ
13…原料ガス噴出し口
14…排気口
15…プランジャー
16…スリーブアンテナ
17…同軸線路着脱機構部
18…同軸スペーサー
19…円形型空洞共振器
20…第2同軸導波管変換部
21…金属性カバー
22…金属性ベース板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylindrical cavity resonator 2 ... Vacuum chamber 3 ... Three-dimensional hollow container (film formation object)
4 ... Raw material gas introduction pipe 5 ... Microwave oscillator 6 ... Waveguide 7 ... Cover part 8 ... Spacer part 9 ... Impedance matching unit 10 ... Coaxial waveguide conversion part 11 ... Coaxial line 11a ... Internal conductor 11b ... External conductor 12 ... λ / 4 whip antenna 13 ... Raw material gas ejection port 14 ... Exhaust port 15 ... Plunger 16 ... Sleeve antenna 17 ... Coaxial line attaching / detaching mechanism 18 ... Coaxial spacer 19 ... Circular cavity resonator 20 ... Second coaxial waveguide Pipe conversion part 21 ... Metal cover 22 ... Metal base plate
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