JP2005163062A - Plasma cvd film deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CVD(Chemical Vapor Deposition、化学気相成長)法により、プラスチック容器の内表面又は外表面の少なくとも一方にCVD膜、例えばDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜をコーティングするためのプラズマCVD成膜装置に関する。 The present invention is a plasma CVD film forming method for coating a CVD film, for example, a DLC (diamond-like carbon) film, on at least one of an inner surface and an outer surface of a plastic container by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Relates to the device.
ガスバリア性等の向上の目的でプラスチック容器の内表面にDLC膜を蒸着するために、CVD法、特にプラズマCVD法を用いた蒸着装置の発明の開示がある(例えば特許文献1を参照。)。特許文献1記載の装置では、真空チャンバー内にプラスチック容器が配置され、容器内部に原料ガスを流した状態で真空チャンバーの一部を構成する外部電極に高周波が印加される。これにより、容器内部に配置された内部電極と外部電極との間にバイアス電圧が発生すると共に原料ガスがプラズマ化されて、容器の内表面にCVD膜が形成される。そしてプラズマ化された原料は、真空チャンバーの排気手段によって真空チャンバー外に排気される。 In order to deposit a DLC film on the inner surface of a plastic container for the purpose of improving gas barrier properties, etc., there is a disclosure of an invention of a vapor deposition apparatus using a CVD method, particularly a plasma CVD method (see, for example, Patent Document 1). In the apparatus described in Patent Document 1, a plastic container is disposed in a vacuum chamber, and a high frequency is applied to an external electrode that constitutes a part of the vacuum chamber in a state in which a raw material gas is flowed inside the container. As a result, a bias voltage is generated between the internal electrode and the external electrode arranged inside the container, and the source gas is turned into plasma, and a CVD film is formed on the inner surface of the container. The raw material that has been turned into plasma is exhausted out of the vacuum chamber by the exhaust means of the vacuum chamber.
特許文献1のCVD成膜装置を例とする、プラスチック容器の壁面にCVD膜の成膜を行なうプラズマCVD成膜装置では、プラスチック容器の内部で原料ガスがプラズマ化され、成膜が行なわれる。ここで、このような成膜装置において、CVD膜として消費されずに残った原料ガス若しくはアルゴン等のキャリアガスを含む原料ガスは、成膜チャンバーである真空チャンバーから排気されることとなる。しかし、本発明者らは、これらの排気ガスはなおもプラズマ化による残存エネルギーを有しており、成膜チャンバーから真空ポンプに至るまでの排気経路をアタックし、配管等の金属部品並びに配管継ぎ手等で使用される非金属部品を劣化させることをつきとめた。そこで、本発明の目的は、排気経路側に拡散していくプラズマを通気性のある導電部材で遮蔽することで、真空チャンバーから排気された排気ガスの残存エネルギーを低減化したのち透過・排気させて、排気経路の劣化を抑止し、プラズマCVD成膜装置の長期安定稼動を実現することにある。 In a plasma CVD film forming apparatus that forms a CVD film on the wall surface of a plastic container, using the CVD film forming apparatus of Patent Document 1 as an example, the material gas is converted into plasma inside the plastic container and film formation is performed. Here, in such a film forming apparatus, the raw material gas remaining without being consumed as a CVD film or a source gas containing a carrier gas such as argon is exhausted from a vacuum chamber which is a film forming chamber. However, the present inventors have found that these exhaust gases still have residual energy due to the plasma, and attack the exhaust path from the film formation chamber to the vacuum pump, so that metal parts such as pipes and pipe joints can be used. It has been found that non-metallic parts used in the industry are deteriorated. Therefore, an object of the present invention is to shield the plasma diffusing to the exhaust path side with an air-permeable conductive member, thereby reducing the residual energy of the exhaust gas exhausted from the vacuum chamber and then allowing it to permeate and exhaust. Therefore, it is intended to suppress the deterioration of the exhaust path and realize long-term stable operation of the plasma CVD film forming apparatus.
本発明者らは、排気経路に通気性を有する導電部材を配置し、導電部材に排気ガスを通過させることで、排気ガスの残存エネルギーを低減化して排気経路へのアタックを防止することができることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors of the present invention can reduce the residual energy of the exhaust gas and prevent the attack to the exhaust path by disposing a conductive member having air permeability in the exhaust path and allowing the exhaust gas to pass through the conductive member. The present invention was completed.
すなわち本発明に係るプラズマCVD成膜装置は、プラスチック容器を収容した真空チャンバーと、前記プラスチック容器の内部空間又は前記プラスチック容器の外部空間の少なくともいずれか一方に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記原料ガスをプラズマ化させる高周波又はマイクロ波を供給するプラズマ発生手段と、前記真空チャンバーに接続され、前記原料ガスの排気を行なう排気手段とを少なくとも有し、前記プラスチック容器の内表面又は外表面の少なくともいずれか一方にCVD膜を成膜するプラズマCVD成膜装置において、前記真空チャンバーと前記排気手段とを連通する排気経路に、通気性を有する導電部材を配置したことを特徴とする。 That is, a plasma CVD film forming apparatus according to the present invention includes a vacuum chamber that accommodates a plastic container, and source gas supply means that supplies source gas to at least one of the internal space of the plastic container or the external space of the plastic container. A plasma generating means for supplying a high frequency or a microwave for converting the raw material gas into a plasma, and an exhaust means connected to the vacuum chamber for exhausting the raw material gas, the inner surface or the outer surface of the plastic container. In a plasma CVD film forming apparatus for forming a CVD film on at least one of the surfaces, a conductive member having air permeability is disposed in an exhaust path communicating the vacuum chamber and the exhaust unit.
本発明に係るプラズマCVD成膜装置では、前記導電部材は、金網、パンチングメタル又はエキスパンドメタルを複数重ねたものであることが好ましい。ここで、前記導電部材は、金網、パンチングメタル又はエキスパンドメタルの重ね枚数が2〜10枚であり且つそれぞれ間隔を空けて配置されていることがより好ましい。或いは前記導電部材は、金属リボンを不規則に巻いたもの又は金属製不規則充填物からなるものであることがより好ましい。 In the plasma CVD film forming apparatus according to the present invention, the conductive member is preferably a laminate of a plurality of metal meshes, punching metals, or expanded metals. Here, it is more preferable that the conductive member has 2 to 10 metal meshes, punching metal, or expanded metal, and is arranged with an interval. Or it is more preferable that the said electrically-conductive member is what consists of what wound the metal ribbon irregularly, or consists of metal irregular fillers.
また本発明に係るプラズマCVD成膜装置では、前記導電部材は、柱体状金属に、その上底と下底に開口を有する細管を複数設けたものであることが好ましい。プラズマがほぼ消失した排気ガスの残存エネルギーを低減するための導電部材の別形態を提供するものである。 In the plasma CVD film-forming apparatus according to the present invention, the conductive member is preferably a columnar metal provided with a plurality of thin tubes having openings at the upper and lower bases. The present invention provides another form of the conductive member for reducing the residual energy of the exhaust gas from which the plasma has substantially disappeared.
さらに本発明に係るプラズマCVD成膜装置では、前記導電部材の孔径は、1〜10mmであることがより好ましい。このような孔径とするのは排気ガスの残存エネルギーを効果的に低減するとともに圧力損失による排気抵抗の上昇を防止するためである。 Furthermore, in the plasma CVD film forming apparatus according to the present invention, the hole diameter of the conductive member is more preferably 1 to 10 mm. Such a hole diameter is used to effectively reduce the residual energy of the exhaust gas and prevent an increase in exhaust resistance due to pressure loss.
本発明は、排気経路側に拡散していくプラズマの残存エネルギーを低減化することで、排気経路の劣化を抑止し、プラズマCVD成膜装置の長期安定稼動を実現する。 The present invention reduces the residual energy of the plasma that diffuses toward the exhaust path, thereby suppressing deterioration of the exhaust path and realizing a long-term stable operation of the plasma CVD film forming apparatus.
以下、実施形態を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されない。また、各図面において部材が共通する場合には、同一の符号を附した。以下本発明の実施形態を図1〜7に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not construed as being limited to these embodiments. Moreover, the same code | symbol was attached | subjected when the member was common in each drawing. Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、本発明に係るプラズマCVD成膜装置の一形態を示した概念図である。本発明に係るプラズマCVD成膜装置は、プラスチック容器7を収容した真空チャンバー6と、プラスチック容器7の内部にプラズマ化させる原料ガスを導入する原料ガス供給手段18と、高周波を外部電極3に供給し、原料ガスをプラズマ化させるプラズマ発生手段12と、真空チャンバー6に接続され、原料ガスの排気を行なう排気手段28とを少なくとも備えていて、プラスチック容器7の内表面にCVD膜を成膜する。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a plasma CVD film forming apparatus according to the present invention. The plasma CVD film forming apparatus according to the present invention supplies a
真空チャンバー6は、図1に示すようにプラスチック容器7を収容する外部電極3とプラスチック容器7の内部に挿脱可能に配置される内部電極9並びに蓋5とから構成され、密封可能な真空室を形成する。真空チャンバーは成膜チャンバーとなる。
As shown in FIG. 1, the
蓋5は、導電部材4b及び絶縁部材4aとから構成され、内部電極9がプラスチック容器7に挿入された時に内部電極9と外部電極3とを絶縁状態とする。導電部材4bの下に絶縁部材4aが配置されて蓋5を形成し、外部電極3は、絶縁部材4aの下に配置されている。蓋5には、外部電極3の収容空間につながる開口部が設けられている。また、蓋5の内部には空間が設けられており、この空間は上記開口部を介して外部電極3の収容空間につながっている。
The
外部電極3は、上部外部電極2と下部外部電極1からなり、プラスチック容器7を収容する。上部外部電極2の下部に下部外部電極1の上部がOリング8を介して着脱自在に取り付けられるよう構成されている。上部外部電極2と下部外部電極1を脱着することでプラスチック容器7を装着することができる。外部電極3の内部には空間が形成されており、この収容空間はコーティング対象のプラスチック容器7、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂製の容器であるPETボトルを収容するための収容空間である。外部電極3の収容空間は、上部外部電極2と下部外部電極1の間に配置されたOリング8によって外部から密閉されている。
The external electrode 3 includes an upper external electrode 2 and a lower external electrode 1 and accommodates a plastic container 7. The upper part of the lower external electrode 1 is detachably attached to the lower part of the upper external electrode 2 via an O-
内部電極9は、挿脱自在に外部電極3内に配置され且つプラスチック容器7の内部に配置される。すなわち、導電部材4bの上部から導電部材4b内の空間、導電部材4bと絶縁部材4aの開口部を通して、外部電極3の収容空間に内部電極9が差し込まれている。内部電極9の基端は導電部材4bの上部に配置される。一方、内部電極9の先端はプラスチック容器7の内部に配置される。内部電極9は、その内部が中空からなる管形状を有している。内部電極9は原料ガス供給ノズルを兼用している。すなわち、内部電極9の先端にはガス吹き出し口49が設けられている。さらに内部電極9は接地される。内部電極9の側胴にガス吹き出し口を設けても良い。
The
本発明に係る容器とは、蓋若しくは栓若しくはシールして使用する容器、またはそれらを使用せず開口状態で使用する容器を含む。開口部の大きさは内容物に応じて決める。プラスチック容器は、剛性を適度に有する所定の肉厚を有するプラスチック容器と剛性を有さないシート材により形成されたプラスチック容器を含む。本発明に係るプラスチック容器の充填物は、炭酸飲料若しくは果汁飲料若しくは清涼飲料等の飲料、並びに医薬品、農薬品、又は吸湿を嫌う乾燥食品等を挙げることができる。 The container according to the present invention includes a container that is used with a lid, a stopper, or a seal, or a container that is used without being used. The size of the opening is determined according to the contents. The plastic container includes a plastic container having a predetermined thickness having moderate rigidity and a plastic container formed by a sheet material having no rigidity. Examples of the filling material of the plastic container according to the present invention include beverages such as carbonated beverages, fruit juice beverages, and soft drinks, and pharmaceuticals, agricultural chemicals, and dry foods that dislike moisture absorption.
本発明のプラスチック容器を成形する際に使用する樹脂は、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリエチレンテレフタレート系コポリエステル樹脂(ポリエステルのアルコール成分にエチレングリコールの代わりに、シクロヘキサンディメタノールを使用したコポリマーをPETGと呼んでいる、イーストマンケミカル製)、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂(PP)、シクロオレフィンコポリマー樹脂(COC、環状オレフィン共重合)、アイオノマ樹脂、ポリ−4−メチルペンテン−1樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、又は、4弗化エチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、を例示することができる。この中で、PETが特に好ましい。 Resin used when molding the plastic container of the present invention is polyethylene terephthalate resin (PET), polyethylene terephthalate-based copolyester resin (copolymer using cyclohexane dimethanol instead of ethylene glycol as the alcohol component of polyester) Called Eastman Chemical), polybutylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polyethylene resin, polypropylene resin (PP), cycloolefin copolymer resin (COC, cyclic olefin copolymer), ionomer resin, poly-4-methyl Pentene-1 resin, polymethyl methacrylate resin, polystyrene resin, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin, acrylonitrile resin, polyvinyl chloride resin, polyvinyl chloride Resins, polyamide resins, polyamide-imide resins, polyacetal resins, polycarbonate resins, polysulfone resins, or ethylene tetrafluoride resin, acrylonitrile - styrene resins, acrylonitrile - butadiene - styrene resin, can be exemplified. Among these, PET is particularly preferable.
原料ガス供給手段18は、プラスチック容器7の内部に原料ガス発生源17から供給される原料ガスを導入する。すなわち、内部電極9の基端には、配管13の一方側が接続されており、この配管13の他方側は真空バルブ14を介してマスフローコントローラー15の一方側に接続されている。マスフローコントローラー15の他方側は配管16を介して原料ガス発生源17に接続されている。この原料ガス発生源17はアセチレンなどの炭化水素ガス等を発生させるものである。
The raw material gas supply means 18 introduces the raw material gas supplied from the raw material
原料ガスとしては、例えば、DLC膜を成膜する場合、常温で気体又は液体の脂肪族炭化水素類、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使用される。特に炭素数が6以上のベンゼン,トルエン,o−キシレン,m−キシレン,p−キシレン,シクロヘキサン等が望ましい。食品等の容器に使用する場合には、衛生上の観点から脂肪族炭化水素類、特にエチレン、プロピレン又はブチレン等のエチレン系炭化水素、又は、アセチレン、アリレン又は1−ブチン等のアセチレン系炭化水素が好ましい。これらの原料は、単独で用いても良いが、2種以上の混合ガスとして使用するようにしても良い。さらにこれらのガスをアルゴンやヘリウムの様な希ガスで希釈して用いる様にしても良い。また、ケイ素含有DLC膜を成膜する場合には、Si含有炭化水素系ガスを使用する。 As the source gas, for example, when a DLC film is formed, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, oxygen-containing hydrocarbons, nitrogen-containing hydrocarbons, etc. that are gaseous or liquid at room temperature are used. In particular, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, cyclohexane and the like having 6 or more carbon atoms are desirable. When used for food containers, aliphatic hydrocarbons from the viewpoint of hygiene, especially ethylene hydrocarbons such as ethylene, propylene or butylene, or acetylene hydrocarbons such as acetylene, arylene or 1-butyne Is preferred. These raw materials may be used alone, or may be used as a mixed gas of two or more. Further, these gases may be diluted with a rare gas such as argon or helium. In addition, when a silicon-containing DLC film is formed, a Si-containing hydrocarbon gas is used.
本発明でいうDLC膜とは、iカーボン膜又は水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H)と呼ばれる膜のことであり、硬質炭素膜も含まれる。またDLC膜はアモルファス状の炭素膜であり、SP3結合も有する。このDLC膜を成膜する原料ガスとしては炭化水素系ガス、例えばアセチレンガスを用い、Si含有DLC膜を成膜する原料ガスとしてはSi含有炭化水素系ガスを用いる。このようなDLC膜をプラスチック容器の内表面に形成することにより、炭酸飲料や発泡飲料等の容器としてワンウェイ、リターナブルに使用可能な容器を得る。 The DLC film referred to in the present invention is a film called i-carbon film or hydrogenated amorphous carbon film (aC: H), and includes a hard carbon film. The DLC film is an amorphous carbon film and also has SP 3 bonds. A hydrocarbon gas such as acetylene gas is used as a source gas for forming the DLC film, and a Si-containing hydrocarbon gas is used as a source gas for forming the Si-containing DLC film. By forming such a DLC film on the inner surface of a plastic container, a container that can be used in a one-way and returnable manner as a container for carbonated beverages, sparkling beverages, and the like is obtained.
排気手段28は、真空チャンバー6に接続され、原料ガスの排気を行なうものである。真空チャンバー6の一部である導電部材4b内の空間は、排気経路を構成する配管23の一方側に接続されており、配管23の他方側は真空バルブ25を介して真空ポンプ26に接続されている。この真空ポンプ26はさらに排気ダクト27に接続されている。真空ポンプ26と排気ダクト27とから構成される排気手段28と、真空チャンバー6とを連通する排気経路である配管23には、通気性を有する導電部材22と圧力ゲージ24が配置されている。圧力ゲージ24は排気経路における圧力を検出する。
The exhaust means 28 is connected to the
排気経路である配管23は、真空チャンバー6から排気手段28に至るまで、継ぎ手等の配管部品によって形成される。ここで、CVD膜として消費されずに残った原料ガス若しくはアルゴン等のキャリアガスを含む原料ガスを含む、真空チャンバー6からの排気ガスは、なおもプラズマ化による残存エネルギーを有している。この残存エネルギーが残っていると、これらの成膜チャンバーから真空ポンプに至るまでの排気経路をアタックし、配管等の金属部品並びに配管継ぎ手等で使用される非金属部品を劣化させる。劣化が生じると、ガス漏れ等の問題が生じ、プラズマCVD成膜装置の長期安定稼動が不能となる。したがって、導電部材22は、上記排気ガスの残存エネルギーを除去するために設ける。導電部材22は、配管23を介して接地されていることが好ましい。
The piping 23 serving as an exhaust path is formed by piping components such as a joint from the
導電部材22として、図2〜図4に図示するように、排気経路である配管23に配置した、金網、パンチングメタル又はエキスパンドメタルが例示できる。図2は、排気経路に通気性を有する導電部材を配置したときの形態例を示す概略図であって、金網を3枚重ねた場合を示す。図3は、排気経路に通気性を有する導電部材を配置したときの形態例を示す概略図であって、パンチングメタルを2枚重ねた場合を示す。図4は、排気経路に通気性を有する導電部材を配置したときの形態例を示す概略図であって、エキスパンドメタルを2枚重ねた場合を示す。導電部材22が金網、パンチングメタル又はエキスパンドメタルである場合、その重ね枚数は、2〜10枚が好ましい。1枚であると、排気ガスの有する残存エネルギーを充分に除去しきれない。このとき残存エネルギーを低減するために金網のメッシュを小さくする方法もあるが、圧力損失による排気抵抗が上昇してしまう。一方、10枚を超えると、排気抵抗が上昇して排気手段22の能力を大幅に上げる必要がある。さらに、パンチングメタル又はエキスパンドメタルのそれぞれ間隔は接触させずに間隔を空けて配置し、この間隔は少なくとも導電部材22の孔径よりも大きくすることが好ましい。導電部材22間の間隔を空けることで、排気経路の配管内で排気ガスを攪拌して接触機会を増やす。導電部材22が金網、パンチングメタル又はエキスパンドメタルである場合、その特性は丸形、角形、矩形等の孔形状、孔径、開口率、材厚、又は金属線の太さによって決定される。本実施形態の導電部材22では、同一の特性を有する金網、パンチングメタル又はエキスパンドメタルを並べて配置しても良いし、異なる特性を有する金網、パンチングメタル又はエキスパンドメタルを並べて配置しても良い。その組み合わせは適宜変更できる。例えば図2に示すように、排気ガスの流れに対して目の大きさd1が疎の金網22a、それよりも目の大きさd2が密の金網22b、及び目の大きさd1が疎の金網22cと並列に配列し、目の大きさの異なる金網22を交互に配置してもよい。また図3に示すように、導電部材22を孔径φの丸形にパンチングしたパンチングメタル22dと辺d1と辺d2からなる矩形にパンチングしたパンチングメタル22eとを並べて配列した構成しても良い。さらに、図4に示すように、導電部材22を長目方向中心間距離d1と短目方向中心間距離d2を有する孔を設けたエキスパンドメタル22fとそれと同一のエキスパンドメタル22gとを並べて配列構成しても良い。なお、導電部材同士を所定間隔で保持するように導電部材22を保持枠に固定して、この保持枠を配管23に係止しても良い。導電部材の孔径dは、1〜10mm、好ましくは1.5〜5mmとする。1mm未満の孔径とすると排気抵抗の増加をもたらす。一方孔径が10mmを超えると、排気ガスとの接触機会が減少し、充分に排気ガスの残存エネルギーを除去できない。なお、孔の形状が角形である場合は、短目方向中心間距離を1〜5mm、長目方向中心間距離を3〜10mm、好ましくは短目方向中心間距離を1.5〜3mm、長目方向中心間距離を3〜5mmとする。なお、エキスパンドメタルにはスタンダードタイプとグレーチングタイプをともに含む。
As shown in FIGS. 2 to 4, examples of the
また導電部材22として、図5に図示するように、排気経路である配管23に配置した金属タワシ状の金属リボンを不規則に巻いたものが例示できる。図5は、排気経路に通気性を有する導電部材を配置したときの別形態を示す概略図であって、金属リボンを不規則に巻いたものを配置した場合を示す。導電部材22が金属タワシ状の金属リボンを不規則に巻いたものである場合、その特性は金属リボンの厚さ及び幅、並びに金属リボンの巻き方によって決定される。金属リボンを不規則に巻いたものである導電部材22は、排気ガスの流れ方向に対して厚さがあるため、複数配置しても良いが、排気抵抗を上昇させないため1つのみ配置することが好ましい。この場合、導電部材の平均孔径は、1〜10mm、好ましくは1.5〜5mmとする。
Further, as illustrated in FIG. 5, the
さらに導電部材22として、図6に図示するように、排気経路である配管23に配置した複数の金属製不規則充填物の集合体、ラシヒスーパーリング(ラヒシ社、登録商標)が例示できる。金属製不規則充填物とは、吸収塔(物理吸収、化学吸収)、放散塔及び蒸留塔で使用される充填物がその代表例であり、配管中に充填しても低圧力損失でガスを通すことができる。図6は、排気経路に通気性を有する導電部材を配置したときの別形態を示す概略図であって、金属製不規則充填物の集合体を配置した場合を示す。導電部材22が不規則に変形した中空チューブ状の金属製不規則充填物である場合、その特性は金属製不規則充填物のチューブ口径、長さ及びチューブ肉厚、並びに金属製不規則充填物の形状によって決定される。この場合、導電部材の平均孔径、すなわちチューブ口径は、1〜10mm、好ましくは1.5〜5mmとする。
Furthermore, as illustrated in FIG. 6, the
また導電部材22として、図7に図示するように、排気経路である配管23に、柱体状金属でその上底と下底に開口を有する細管29を複数設けたものが例示できる。図7は、排気経路に通気性を有する導電部材を配置したときの別形態を示す概略図であって、柱体状金属でその上底と下底に開口を有する細管を複数設けたものを配置した場合を示す。導電部材22が柱体状金属でその上底と下底に開口を有する細管29を複数設けたものである場合、その特性は中体状金属の高さ(上底と下底との距離)、細管29の開口部の孔径によって決定される。この場合、開口部の孔径は、1〜10mm、好ましくは1.5〜5mmとする。
Further, as shown in FIG. 7, the
前述した導電部材の材質は、ステンレス、アルミニウム、チタン、金、銀、銅などが例示できる。また、同一導電部材において、孔径は同一としても良いが、開口面積率を大きくするために、異なる孔径の孔を組み合わせて設けても良い。導電部材の開口面積率は、通気抵抗の上昇を抑えるために40%〜70%とすることが好ましい。 Examples of the material of the conductive member described above include stainless steel, aluminum, titanium, gold, silver, and copper. In the same conductive member, the hole diameter may be the same, but in order to increase the opening area ratio, holes having different hole diameters may be provided in combination. The opening area ratio of the conductive member is preferably 40% to 70% in order to suppress an increase in ventilation resistance.
プラズマ発生手段12は、高周波を外部電極3に供給して原料ガスをプラズマ化させるものである。プラズマ発生手段12は、高周波電源11と、高周波電源11に接続された自動整合器10とを備え、高周波電源11は自動整合器10を介して外部電極3に接続される。高周波電源11は、グランド電位との間に高周波電圧を発生させ、これにより内部電極9と外部電極3との間に高周波電圧が印加される。この結果、プラスチック容器7の内部に供給された原料ガスがプラズマ化する。高周波電源の周波数は、100kHz〜1000MHzであるが、例えば、工業用周波数である13.56MHzのものを使用する。
The plasma generating means 12 supplies high frequency to the external electrode 3 to turn the source gas into plasma. The plasma generating means 12 includes a high frequency power source 11 and an
真空チャンバー6は、リーク用の配管19が接続されていて、配管19は真空バルブ20を介して、リーク源21(大気開放)と連通されている。
The
本実施形態は、成膜方式において、図1に示した外部電極に高周波を供給するタイプのプラズマCVD成膜装置に限定されない。例えば、内部電極を設けず、原料ガス供給ノズルをプラスチック容器の内部に配置し、プラスチック容器の内部に供給される原料ガスに直接、マイクロ波(例えば周波数2450MHz)を照射して原料ガスをプラズマ化するCVD成膜装置がある。この装置はプラスチック容器の内表面にCVD膜を成膜するタイプのプラズマCVD成膜装置であるが、この装置の排気経路の配管に導電部材22を配置しても良い。また、内部電極を設けず、原料ガス供給ノズルをプラスチック容器の外部に配置し、プラスチック容器の外部に供給される原料ガスに直接、マイクロ波を照射して原料ガスをプラズマ化するCVD製膜装置もある。この装置はプラスチック容器の外表面にCVD膜を成膜するタイプのプラズマCVD成膜装置となるが、この装置の排気経路の配管に導電部材22を配置しても良い。本発明は、容器の内表面或いは外表面若しくは両面にCVD膜を形成させるか、或いは原料をプラズマ化させる方式が高周波又はマイクロ波を使用するかによって、制限を受けない。
The present embodiment is not limited to the plasma CVD film forming apparatus of the type that supplies a high frequency to the external electrode shown in FIG. For example, without providing an internal electrode, a raw material gas supply nozzle is arranged inside a plastic container, and the raw material gas supplied into the plastic container is directly irradiated with microwaves (for example, frequency 2450 MHz) to turn the raw material gas into plasma. There is a CVD film forming apparatus. This apparatus is a type of plasma CVD film forming apparatus that forms a CVD film on the inner surface of a plastic container. However, the
次に、図1に示したプラズマCVD成膜装置を用いて容器の内部にDLC膜を成膜する方法を説明する。真空チャンバー6内は、真空バルブ20を開いて大気開放されており、外部電極3の下部外部電極1が上部外部電極2から取り外された状態となっている。上部外部電極2の下側から上部外部電極2内の空間にプラスチック容器7を差し込み、設置する。この際、内部電極9はプラスチック容器7内に挿入された状態になる。次に、下部外部電極1を上部外部電極2の下部に装着し、外部電極3はOリング8によって密閉される。
Next, a method for forming a DLC film inside the container using the plasma CVD film forming apparatus shown in FIG. 1 will be described. The inside of the
次に、プラスチック容器7の内部を原料ガスに置換するとともに所定の成膜圧力に調整する。すなわち、図1に示すように、真空バルブ20を閉じた後、真空バルブ25を開き、真空ポンプ26を作動させる。これにより、プラスチック容器7内を含む真空チャンバー6内が配管23を通して排気され、真空チャンバー6内が真空となる。このときの真空チャンバー6内の圧力は2.6〜66Paである。
Next, the inside of the plastic container 7 is replaced with a raw material gas and adjusted to a predetermined film forming pressure. That is, as shown in FIG. 1, after the
次に、真空バルブ14を開き、原料ガス発生源17においてアセチレンガス等の炭化水素ガスを発生させ、この炭化水素ガスを配管16内に導入し、マスフローコントローラー15によって流量制御された炭化水素ガスを配管13及びアース電位の内部電極9を通してガス吹き出し口49から吹き出す。これにより、炭化水素ガスがプラスチック容器7内に導入される。そして、真空チャンバー6内とプラスチック容器7内は、制御されたガス流量と排気能力のバランスによって、DLC成膜に適した圧力(例えば6.6〜665Pa程度)に保たれ、安定化させる。
Next, the
次に外部電極3に高周波出力を供給してプラスチック容器7内で原料ガスをプラズマ化させてプラスチック容器7の内表面にDLC膜を成膜する。すなわち真空チャンバー6は、プラズマ発生手段12によりRF出力(例えば13.56MHz)が供給される。これにより、外部電極3と内部電極9と間でバイアス電圧が生ずると共にプラスチック容器7内の原料ガスがプラズマ化されて炭化水素系プラズマが発生し、DLC膜がプラスチック容器7の内表面に成膜される。このとき、自動整合器10は、出力供給している電極全体からの反射波が最小になるように、インダクタンスL、キャパシタンスCによってインピーダンスを合わせている。このときの成膜時間は数秒程度と短いものとなる。DLC膜の膜厚は0.003〜5μmとなるように形成する。
Next, a high frequency output is supplied to the external electrode 3 to make the source gas into plasma in the plastic container 7 to form a DLC film on the inner surface of the plastic container 7. That is, the
次に、プラズマ発生手段12からのRF出力を停止し、プラズマを消滅させてDLC膜の成膜を終了させる。ほぼ同時に真空バルブ14を閉じて原料ガスの供給を停止する。
Next, the RF output from the plasma generating means 12 is stopped, the plasma is extinguished, and the DLC film formation is completed. Almost simultaneously, the
次に、真空チャンバー6内及びプラスチック容器7内に残存した炭化水素ガスを除くために、真空バルブ25を開き、真空チャンバー6内及びプラスチック容器7内の炭化水素ガスを真空ポンプ26によって排気する。その後、真空バルブ25を閉じ、排気を終了させる。このときの真空チャンバー6内の圧力は6.6〜665Paである。この後、真空バルブ20を開く。これにより、真空チャンバー6が大気開放される。
Next, in order to remove the hydrocarbon gas remaining in the
上記成膜工程において高周波を印加している間、外部電極3と内部電極9と間、すなわちプラスチック容器7の内部で原料ガスがプラズマ化されている。そして、原料ガスは供給され続けているため、成膜を終えた原料ガスが容器口部から排出され、蓋5内部の空間を経て排気経路である配管23へと排気される。成膜を終えた原料ガスは、真空チャンバーから排気される段階で、内部電極9及び外部電極3とから遠ざかるため、ほぼプラズマが消失した状態となる。しかし、排気経路の配管23に通気性を有する導電部材22を設けなかった場合、排気ガスの残存エネルギーにより、排気経路の構成部品がアタックを受ける。なお、構成部品としてはフロロエラストマーやフッ素ゴム(登録商標バイトン)等からなるパッキンが例示できる。そして、1回成膜2秒で100回の成膜を行なうと配管23から漏れが検出された。ここで、導電部材22として3mmメッシュの金網を1つ配置した場合、1回成膜2秒で100回の成膜を行なうと配管23から漏れが検出された。そこで、0.5mmメッシュの金網を1つ配置すると、排気抵抗が増大し、排気経路の配管に配置するには不適であることが判明した。そこで、導電部材22を3mmメッシュの金網を2つ並列に配列させて配置した場合、1回成膜2秒で5000回の成膜を行なっても配管23から漏れが検出されなかった。3mmメッシュの金網を2枚並列に配置することで、排気抵抗の増大を抑制しつつ、効果的に排気ガスから残存エネルギーを低減できた。金網を10枚まで増やしても同様の効果が得られた。なお、図2〜図7に示した各種形態の導電部材22を配置した場合においても、1回成膜2秒で5000回の成膜を行なっても配管23から漏れが検出されなかった。この結果、排気配管からのガス漏れ発生を防止して装置の長期稼動が可能となる。
During application of the high frequency in the film forming process, the source gas is converted into plasma between the external electrode 3 and the
導電部材22の開口面積率を50%とした場合は、排気抵抗の上昇はほとんどなく、且つ得られたDLC膜コーティングプラスチック容器(700ml)の酸素透過度は、0.003ml/日/容器と、導電部材22を設けないで成膜した場合と同レベルであった。また、真空引き時間は、3.0秒であり、導電部材22を設けないで成膜した場合と同レベルであった。
When the opening area ratio of the
1,下部外部電極
2,上部外部電極
3,外部電極
4a,絶縁部材
4b,導電部材
5,蓋
6,真空チャンバー、
7,プラスチック容器(PETボトル)
8,Oリング
9,内部電極
10,自動整合器
11,高周波電源(RF電源)
12,プラズマ発生手段
13,16,19,23,配管
14,20,25,真空バルブ
15,マスフローコントローラー
17,原料ガス発生源
18,原料ガス供給手段
21,リークガス(空気)供給源
22,通気性を有する導電部材
24,圧力ゲージ
26,真空ポンプ
27,排気ダクト
28,排気手段
29,細管
1, lower external electrode 2, upper external electrode 3, external electrode 4a, insulating member 4b,
7. Plastic container (PET bottle)
8, O-
12, plasma generation means 13, 16, 19, 23, piping 14, 20, 25,
Claims (6)
前記真空チャンバーと前記排気手段とを連通する排気経路に、通気性を有する導電部材を配置したことを特徴とするプラズマCVD成膜装置。 A vacuum chamber containing a plastic container; raw material gas supply means for supplying a raw material gas to at least one of the internal space of the plastic container or the external space of the plastic container; and a high-frequency or microwave that converts the raw material gas into plasma At least one of an inner surface and an outer surface of the plastic container, and a plasma film is formed on at least one of the inner surface and the outer surface of the plastic container. In the plasma CVD film forming apparatus,
A plasma CVD film-forming apparatus, wherein a conductive member having air permeability is disposed in an exhaust path communicating the vacuum chamber and the exhaust means.
6. The plasma CVD film forming apparatus according to claim 1, wherein the hole diameter of the conductive member is 1 to 10 mm.
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- 2003-11-28 JP JP2003400268A patent/JP2005163062A/en not_active Withdrawn
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