JP2006117962A - Apparatus for depositing thin film on three-dimensional hollow container - Google Patents

Apparatus for depositing thin film on three-dimensional hollow container Download PDF

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JP2006117962A JP2004303817A JP2004303817A JP2006117962A JP 2006117962 A JP2006117962 A JP 2006117962A JP 2004303817 A JP2004303817 A JP 2004303817A JP 2004303817 A JP2004303817 A JP 2004303817A JP 2006117962 A JP2006117962 A JP 2006117962A
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Hidemi Nakajima
英実 中島
Jun Kikuchi
順 菊池
Naoto Kusaka
直人 日下
Akira Takeda
晃 武田
Isao Morimoto
功 森本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for depositing a thin film on a three-dimensional hollow container. <P>SOLUTION: The apparatus for depositing the thin film on the three-dimensional hollow container comprises a cylindrical metallic container to seal the microwave energy, a non-metallic vacuum chamber to store a hollow container for which a film is deposited, in the cylindrical metallic container, and a means which has a raw material gas introduction pipe to fill a raw material gas into the hollow container and fill the microwave energy via a microwave transmission means of an axial line structure installed on a top part of the cylindrical metallic container. The microwave energy is filled in the cylindrical metallic container by at least one strip line in which the microwave energy filling means is present with an inner face of the cylindrical metallic container as a grounding face, and the raw material gas can be changed into plasma state by using the plasma obtained by the energy. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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マイクロ波プラズマを使用して原料ガスをプラズマ化し加工処理を行うことにより薄膜を形成させる3次元中空容器の薄膜成膜装置に関するものである。  The present invention uses microwave plasma on the surface of three-dimensional hollow containers such as plastic bottles, plastic cups, plastic trays, paper containers, paper cups, paper trays, and other hollow plastic molded products to process the raw material gas into plasma. The present invention relates to a thin film forming apparatus for a three-dimensional hollow container that forms a thin film by performing processing.

ここ最近、中空容器は食品分野や医薬品分野等の様々な分野において、様々な機能を求められている。その中でプラスチック容器は、軽量、低コストという理由から包装容器として広く使用されている。さて、近年ではバリア性を持たせるために特にプラスチック容器にコーティングする技術が様々開発されており、これらの技術によりバリア薄膜が形成されたプラスチック容器が広く出回っている。(例えば、特許文献1、2参照。)
バリア薄膜を形成する方法として、一般的には円筒構造の空洞共振器を用いて内部に成膜対象物を配置し、原料ガスを注入、さらにマイクロ波エネルギーを注入、そしてそのエネルギーによりプラズマ化したガスにより成膜が施される。この時、空洞共振器内へ如何に効率良くマイクロ波エネルギーを注入するか、またマイクロ波の電磁界分布を出来るだけ均一にするかがポイントとなる。円筒型空洞共振器における共振周波数や共振モードは通常、共振器の内径および高さ、内部の誘電率等により計算されて決定することが出来るが、成膜対象物挿入時においてプラズマ発生状態では内部物質の電気的物理定数の変化に伴い、設計通りの共振状態が得られない。
Recently, hollow containers are required to have various functions in various fields such as the food field and the pharmaceutical field. Among them, plastic containers are widely used as packaging containers because of their light weight and low cost. In recent years, various techniques for coating a plastic container have been developed in particular in order to provide a barrier property, and plastic containers having a barrier thin film formed by these techniques are widely available. (For example, see Patent Documents 1 and 2.)
As a method for forming a barrier thin film, generally, an object to be deposited is arranged inside using a hollow resonator having a cylindrical structure, a source gas is injected, microwave energy is further injected, and plasma is generated by the energy. Film formation is performed by gas. At this time, the key points are how to efficiently inject microwave energy into the cavity resonator and make the electromagnetic field distribution of the microwave as uniform as possible. The resonance frequency and resonance mode in a cylindrical cavity resonator can usually be determined by calculation based on the inner diameter and height of the resonator, the internal dielectric constant, etc. The resonance state as designed cannot be obtained with the change of the electrical physical constant of the material.

特許文献1における装置構成は円筒構造の空洞共振器の天面側よりマイクロ波を注入する方法ではあるが、基本的にプラズマ発生部は空洞共振器タイプであるため、マイクロ波供給部分と空洞共振器との間にはある程度、距離がありマイクロ波エネルギー伝送のためのモード変換が必要である。しかし空洞共振器内における電磁界分布はこのモード変換部分での電磁界分布の影響も受け、本来の空洞共振器単体での電磁界分布とは違ったものになってしまい、発生するプラズマの強度分布にも影響を与え、成膜結果にも変化を及ぼしてしまう。また、このモード変換部分では成膜対象物の変更およびガス導入管変更に伴い、電磁界分布も変化し、強いてはプラズマ分布・成膜結果にも影響を与える。この電磁界分布を市販のシミュレーションソフトを活用して解析しても、マイクロ波供給部分とガス導入管の間には強い電界分布の存在を示し、また実際の中空容器への成膜実験ではこの電界の存在によって、この部分には大変強いプラズマが発生し、強いては中空容器内の熱バランスを崩し、この部分だけが変形を起こしてしまうこともある。   The apparatus configuration in Patent Document 1 is a method of injecting microwaves from the top surface side of a cylindrical cavity resonator. However, since the plasma generation unit is basically a cavity resonator type, the microwave supply portion and the cavity resonance are used. There is some distance between them and a mode conversion for microwave energy transmission is required. However, the electromagnetic field distribution in the cavity resonator is also affected by the electromagnetic field distribution in this mode conversion part, which is different from the electromagnetic field distribution in the original cavity resonator alone, and the intensity of the generated plasma The distribution is also affected, and the film formation result is also changed. Further, in this mode conversion portion, the electromagnetic field distribution also changes with the change of the film formation target and the gas introduction pipe, and this also affects the plasma distribution and the film formation result. Even if this electromagnetic field distribution is analyzed using commercially available simulation software, a strong electric field distribution is present between the microwave supply section and the gas introduction tube. Due to the presence of an electric field, a very strong plasma is generated in this part, and the heat balance in the hollow container is broken, and only this part may be deformed.

この成膜対象物変化に伴う成膜結果を改善する目的で、従来技術では特許文献2のような装置形態も考えられている。特許文献2では、いろいろな形状や寸法の成膜対象物に対応して、良好な成膜結果が得られるように、円筒型導電体を成膜対象物の周囲に挿入し、最適な電磁界分布を得ようとするものである。しかし各種成膜対象物形状に対応するためには、その都度、円筒型導電体の形状を検討しなければならず、汎用性に欠けるものである。   For the purpose of improving the film formation result accompanying the film formation object change, an apparatus configuration as in Patent Document 2 is also considered in the prior art. In Patent Document 2, a cylindrical conductor is inserted around a film formation target so as to obtain a good film formation result corresponding to a film formation target having various shapes and dimensions, and an optimum electromagnetic field is obtained. Try to get the distribution. However, in order to deal with various film formation target shapes, the shape of the cylindrical conductor must be examined each time, and lacks versatility.

以下に特許文献を示す。
特表2003−518555号公報 特表2003−534627号公報
Patent documents are shown below.
Special table 2003-518555 gazette Special table 2003-534627 gazette

本発明は、上記技術の問題点を解決するためになされたもので、如何なる成膜対象物において、円筒型金属製容器の内面部をアース面とするストリップラインからマイクロ波エネルギーが該円筒型金属製容器内に放射され、このエネルギーから得られるプラズマを用いて原料ガスをプラズマ化することにより薄膜を成膜することを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems of the above-described technology, and in any film formation target, microwave energy is generated from a strip line in which an inner surface of a cylindrical metal container is an earth surface. An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus for a three-dimensional hollow container, characterized in that a thin film is formed by converting a raw material gas into plasma using plasma radiated into the container and obtained from this energy. To do.

上記目的を達成するために、すなわち、
本発明の請求項1記載の発明は、
マイクロ波エネルギーを封じ込める円筒型金属製容器と該円筒型金属製容器内に成膜対象物である中空容器を収納する非金属製の真空チャンバーと、該中空容器内に原料ガスを注入する原料ガス導入管が配置され、該円筒型金属製容器の天面部には同軸線路構造のマイクロ波伝送手段を介してマイクロ波エネルギーを注入する手段を具備し、該マイクロ波エネルギー注入手段が該円筒型金属製容器の内面をアース面として存在することが出来る、少なくとも一つ以上のストリップラインによって、該円筒型金属製容器内にマイクロ波エネルギーが注入され、このエネルギーによって得られるプラズマを用いて前記原料ガスをプラズマ化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。
In order to achieve the above purpose, that is,
The invention according to claim 1 of the present invention is
A cylindrical metal container that contains microwave energy, a non-metallic vacuum chamber that houses a hollow container that is a film formation target in the cylindrical metal container, and a source gas that injects a source gas into the hollow container An introduction pipe is disposed, and a means for injecting microwave energy through a microwave transmission means having a coaxial line structure is provided in the top surface portion of the cylindrical metal container, and the microwave energy injection means is the cylindrical metal Microwave energy is injected into the cylindrical metal container by at least one strip line that can exist as an earth surface on the inner surface of the container, and the raw material gas is generated using plasma obtained by this energy. Is a thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container.

請求項2記載の発明は、
マイクロ波エネルギーを封じ込めると共に、内部を真空状態に保つことの出来る円筒型金属製容器内に成膜対象物である中空容器を収納し、該中空容器内に原料ガスを注入する原料ガス導入管が配置され、該円筒型金属製容器の天面部には同軸線路構造のマイクロ波伝送手段を介してマイクロ波エネルギーを注入する手段を具備し、該マイクロ波エネルギー注入手段が該円筒型金属製容器の内面をアース面として存在することが出来る、少なくとも一つ以上のストリップラインによって、該円筒型金属製容器内にマイクロ波エネルギーが注入され、このエネルギーによって得られるプラズマを用いて前記原料ガスをプラズマ化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 2
A raw material gas introduction pipe for containing a hollow container as a film formation object in a cylindrical metal container capable of containing microwave energy and keeping the inside in a vacuum state, and injecting a raw material gas into the hollow container Disposed on the top surface portion of the cylindrical metal container, and having means for injecting microwave energy via a microwave transmission means having a coaxial line structure, the microwave energy injection means being provided in the cylindrical metal container. Microwave energy is injected into the cylindrical metal container by at least one strip line which can exist as an earth surface on the inner surface, and the raw material gas is converted into plasma using plasma obtained by this energy. This is a thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container.

請求項3記載の発明は、
請求項1又は2に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
複数の該ストリップラインが該同軸線路の給電点を中心に放射状に配置されたことを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置である。
The invention described in claim 3
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to claim 1 or 2,
A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, wherein the plurality of strip lines are arranged radially around a feeding point of the coaxial line.

請求項4記載の発明は、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
該ストリップラインが該同軸線路の給電点から任意の位置まで金属板で覆われて配置されており、該金属板がアース電位であ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
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to any one of claims 1 to 3,
A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, characterized in that the strip line is disposed so as to be covered with a metal plate from a feeding point of the coaxial line to an arbitrary position, and the metal plate is at ground potential. .

請求項5記載の発明は、
請求項3に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
該ストリップラインの長さが、該同軸線路の給電点から使用する電磁波の半波長の整数倍であり、さらに±20%の範囲内であ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 5
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to claim 3,
A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, wherein the length of the strip line is an integral multiple of a half wavelength of an electromagnetic wave used from the feeding point of the coaxial line, and further within a range of ± 20% It is.

請求項6記載の発明は、
請求項4に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
該ストリップラインがアース電位である金属板で覆われた箇所より露出している部分の長さが、使用する電磁波の半波長の整数倍であり、さらに±20%の範囲内であ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 described in claim 6
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to claim 4,
The length of the exposed portion of the strip line covered with the metal plate at the ground potential is an integral multiple of the half wavelength of the electromagnetic wave used, and is within a range of ± 20%. Is a thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container.

請求項7記載の発明は、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
プラズマCVD法により薄膜を成膜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 described in claim 7
In the thin film formation apparatus of the three-dimensional hollow container according to any one of claims 1 to 6,
A thin film forming apparatus for a three-dimensional hollow container, wherein a thin film is formed by a plasma CVD method.

本発明は、例えば図1乃至4に示すような、マイクロ波エネルギーを封じ込める円筒型金属製容器と該円筒型金属製容器内に成膜対象物である中空容器を収納し、該中空容器内に原料ガスを注入する原料ガス導入管が配置され、さらに該円筒型金属製容器の底面部には図示しない真空ポンプによって真空状態を保つための排気口が具備され、そして該円筒型金属製容器内にマイクロ波エネルギーが注入され、このエネルギーによって得られるプラズマを用いて前記原料ガスをプラズマ化する、例えば、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、
マイクロ波エネルギーを注入する手段として該円筒型金属製容器の天面部に同軸線路構造のマイクロ波伝送手段を有し、同軸線路の給電点から該円筒型金属製容器の内面をアース面として形成される少なくとも一つ以上のストリップラインを用いて該円筒型金属製容器内にマイクロ波エネルギーが放射される装置構成にすることによって、該円筒型金属製容器内部では常に安定したマイクロ波の電磁界分布が得られ、結果的に3次元中空容器への薄膜成膜も安定して均一化された成膜が得られる。
In the present invention, for example, as shown in FIGS. 1 to 4, a cylindrical metal container for containing microwave energy, and a hollow container which is a film formation object are accommodated in the cylindrical metal container, and the hollow container contains the container. A raw material gas introduction pipe for injecting the raw material gas is disposed, and further, an exhaust port for maintaining a vacuum state by a vacuum pump (not shown) is provided on the bottom surface of the cylindrical metal container, and the inside of the cylindrical metal container In a thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container that forms a thin film by a plasma CVD method, for example, in which microwave energy is injected into the plasma and the raw material gas is converted into plasma using plasma obtained by this energy.
As a means for injecting microwave energy, a microwave transmission means having a coaxial line structure is provided on the top surface of the cylindrical metal container, and the inner surface of the cylindrical metal container is formed from the feeding point of the coaxial line as a ground plane. By using an apparatus configuration in which microwave energy is radiated into the cylindrical metal container using at least one strip line, a stable microwave electromagnetic field distribution inside the cylindrical metal container. As a result, a thin film can be stably and uniformly formed on the three-dimensional hollow container.

また、該円筒型金属製容器内に収納可能な中空容器であれば、該円筒型金属製容器内における電磁界分布の大きな変化がないため、いろいろな形状や寸法に変化に対してもある程度、安定した良好な成膜結果が得られる。   In addition, if the hollow container can be accommodated in the cylindrical metal container, there is no significant change in the electromagnetic field distribution in the cylindrical metal container, so to some extent against changes in various shapes and dimensions, Stable and good film formation results can be obtained.

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を用いて説明するがこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the basic configuration of the thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, but is not limited thereto.

先ず、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、図2は斜視図である。主にマイクロ波エネルギーを封じ込める円筒型金属製容器1の内部に成膜対象物である中空容器3を収納する非金属製の真空チャンバー2が配置され、内部にある中空容器内に原料ガスを注入する原料ガス導入管4が該円筒型金属製容器1の底面部より挿入され、かつ、底面部では金属製容器内を真空状態にするための排気口5が具備されている。
該円筒型金属製容器1の天面部には同軸線路6構造のマイクロ波伝送手段を介してマイクロ波エネルギーを注入するために、該円筒型金属製容器1の内面をアース面として存在することが出来る、少なくとも一つ以上のストリップライン7が該同軸線路6の給電点より、放射状に広がって配置されている。図2ではこのストリップライン7を4本として構成したがこれに限定されるものではない。ストリップライン7の先端部をアース電位面対してオープンとすることで、ストリップライン上に定在波が発生し、よってマイクロ波エネルギーは該円筒型金属製容器内に放射される。
First, FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view. A non-metallic vacuum chamber 2 that houses a hollow container 3 that is a film formation target is disposed inside a cylindrical metal container 1 that mainly contains microwave energy, and a raw material gas is injected into the hollow container inside. A source gas introduction pipe 4 to be inserted is inserted from the bottom surface of the cylindrical metal container 1, and an exhaust port 5 for evacuating the metal container is provided at the bottom surface.
In order to inject microwave energy into the top surface portion of the cylindrical metal container 1 through the microwave transmission means having the coaxial line 6 structure, the inner surface of the cylindrical metal container 1 may exist as a ground plane. At least one or more strip lines 7 that can be formed are arranged radially extending from the feeding point of the coaxial line 6. In FIG. 2, the strip line 7 is configured as four lines, but the present invention is not limited to this. By making the tip of the strip line 7 open with respect to the ground potential surface, a standing wave is generated on the strip line, so that microwave energy is radiated into the cylindrical metal container.

各ストリップライン7は同じ長さで、しかも円筒型容器内を均等に放射状に配置されているため、円筒型金属製容器1内での電磁界分布は常に一定した分布形態となる。この電磁界分布によるマイクロ波エネルギーによって得られるプラズマを用いてCVD法により薄膜を3次元中空容器に成膜する訳だが、電磁界分布が一定しているため、成膜結果も常に安定しており、成膜の均一性も得られる。   Since each strip line 7 has the same length and is uniformly arranged radially in the cylindrical container, the electromagnetic field distribution in the cylindrical metal container 1 is always in a constant distribution form. Although a thin film is formed on a three-dimensional hollow container by CVD using plasma obtained by microwave energy by this electromagnetic field distribution, the film formation result is always stable because the electromagnetic field distribution is constant. Also, uniformity of film formation can be obtained.

図3は、本発明における別の一実施例を示した側断面図である。基本的には図1および図2と同様に、円筒型金属製容器1の内部に成膜対象物である中空容器3が配置され、該中空容器内に原料ガスを注入する原料ガス導入管4が該円筒型金属製容器1の底面部より挿入され、かつ、底面部では金属製容器内を真空状態にするための排気口5が具備されている。   FIG. 3 is a side sectional view showing another embodiment of the present invention. Basically, like FIG. 1 and FIG. 2, a hollow container 3 as a film forming object is arranged inside a cylindrical metal container 1, and a raw material gas introduction pipe 4 for injecting a raw material gas into the hollow container. Is inserted from the bottom surface of the cylindrical metal container 1, and the bottom surface is provided with an exhaust port 5 for evacuating the metal container.

しかし、図1および図2のような中空容器3を収納する非金属製の真空チャンバー2は用いず、該円筒型金属製容器1内の全体を真空引きするものである。よって、マイクロ波の導入部分である同軸線路6部分も真空シールされる構造が必要である。
マイクロ波エネルギーを注入する手段としては、図1および図2と同様に該円筒型金属製容器1の天面部から同軸線路6構造のマイクロ波伝送手段を介してマイクロ波エネルギーを注入する。そして、該円筒型金属製容器1の内面をアース面として存在することが出来る、少なくとも一つ以上のストリップライン7が該同軸線路6の給電点より、放射状に広がって配置されている。ストリップライン7の先端部をアース電位面対してオープンとすることで、ストリップライン上に定在波が発生し、よってマイクロ波エネルギーは該円筒型金属製容器内に放射される。
However, the non-metallic vacuum chamber 2 that houses the hollow container 3 as shown in FIGS. 1 and 2 is not used, and the entire inside of the cylindrical metallic container 1 is evacuated. Therefore, it is necessary to have a structure in which the coaxial line 6 portion, which is a microwave introduction portion, is also vacuum-sealed.
As means for injecting microwave energy, microwave energy is injected from the top surface of the cylindrical metal container 1 through microwave transmission means having a coaxial line 6 structure, as in FIGS. In addition, at least one strip line 7 that can exist with the inner surface of the cylindrical metal container 1 as a ground plane is radially extended from the feeding point of the coaxial line 6. By making the tip of the strip line 7 open with respect to the ground potential surface, a standing wave is generated on the strip line, so that microwave energy is radiated into the cylindrical metal container.

各ストリップライン7は同じ長さで、しかも円筒型容器内を均等に放射状に配置されているため、円筒型金属製容器1内での電磁界分布は常に一定した分布形態となる。この電磁界分布によるマイクロ波エネルギーによって得られるプラズマを用いてCVD法により薄膜を3次元中空容器に成膜する訳だが、電磁界分布が一定しているため、成膜結果も常に安定しており、成膜の均一性も得られる。   Since each strip line 7 has the same length and is uniformly arranged radially in the cylindrical container, the electromagnetic field distribution in the cylindrical metal container 1 is always in a constant distribution form. Although a thin film is formed on a three-dimensional hollow container by CVD using plasma obtained by microwave energy by this electromagnetic field distribution, the film formation result is always stable because the electromagnetic field distribution is constant. Also, uniformity of film formation can be obtained.

図4は、本発明におけるさらに別の一実施例を示した側断面図である。図1、図2および図3における装置構成において、マイクロ波エネルギーを伝送・注入する同軸線路部6の給電点に該ストリップライン7が接続され、この給電点から任意の位置まで、円筒型金属製容器1の内面電位と同じアースシールド導体8で覆われ、ストリップライン7と円筒型金属製容器1の内面との距離と、同じくストリップライン7とアースシールド導体8との距離がほぼ等しい位置に配置されている。これはマイクロ波での伝送方式におけるコプレナー型伝送方式に類似した構造である。   FIG. 4 is a side sectional view showing still another embodiment of the present invention. 1, 2, and 3, the strip line 7 is connected to a feeding point of a coaxial line portion 6 that transmits and injects microwave energy, and is made of a cylindrical metal from the feeding point to an arbitrary position. Covered with the same earth shield conductor 8 as the inner surface potential of the container 1 and disposed at a position where the distance between the strip line 7 and the inner surface of the cylindrical metal container 1 and the distance between the strip line 7 and the earth shield conductor 8 are substantially equal. Has been. This is a structure similar to a coplanar transmission system in a microwave transmission system.

このアースシールド導体8の配置目的は、円筒型金属製容器内で不必要な部分へのマイクロ波放射を抑圧するためであり、成膜の均一性をさらに高めるものである。特に図3に示すような、円筒型金属製容器1内を真空引きして、マイクロ波エネルギーを加え、中空容器内部にプラズマを発生させて成膜する装置構成では、圧力・マイクロ波電力・ガス条件によっては中空容器以外でプラズマが発生してしまうことがある。これは同軸線路6の給電点から特定の範囲までのストリップライン7からのマイクロ波放射による影響が大きいためである。よって図4では、プラズマ発生(成膜エリア)外の不必要な部分でのストリップライン7はアースシールド導体8で遮蔽し、不要輻射を抑えるものである。   The purpose of arranging the earth shield conductor 8 is to suppress microwave radiation to unnecessary portions in the cylindrical metal container, and to further improve the uniformity of film formation. In particular, as shown in FIG. 3, in the apparatus configuration in which the inside of the cylindrical metal container 1 is evacuated and microwave energy is applied to generate plasma in the hollow container, pressure, microwave power, gas Depending on the conditions, plasma may be generated outside the hollow container. This is because the influence of microwave radiation from the strip line 7 from the feeding point of the coaxial line 6 to a specific range is great. Therefore, in FIG. 4, the strip line 7 in the unnecessary part outside the plasma generation (film formation area) is shielded by the earth shield conductor 8 to suppress unnecessary radiation.

この効果は、図3に示すような真空チャンバー2を用いない装置形態では特に有効であるが、図1および図2のような装置形態でも真空チャンバー2内上部のプラズマ放電制御にも有効である。   This effect is particularly effective in an apparatus configuration that does not use the vacuum chamber 2 as shown in FIG. 3, but is also effective in plasma discharge control in the upper portion of the vacuum chamber 2 in the apparatus configuration as shown in FIGS. .

ここで、マイクロ波の発生から円筒型金属製容器1内部までのマイクロ波エネルギー供給について図1を用いて説明する。   Here, the microwave energy supply from the generation of the microwave to the inside of the cylindrical metal container 1 will be described with reference to FIG.

マイクロ波はマイクロ波発振器9によって作り出されるが、その発振源は一般的には発振周波数2.45GHzのマグネトロンが用いられるが別の周波数でも問題ない。
そして、マイクロ波は方形導波管10を用いて、整合器11を介して負荷側(成膜装置側)へと導かれる。前記に説明したように、成膜装置へ直接的にマイクロ波エネルギーを伝送する部分は同軸線路6であるが、この同軸線路6の伝送モードと導波管内の伝送モードを変換することが必要であり、その機能を果たす部分が、導波管同軸変換部12である。これは同軸線路6の中心導体が方形導波管10の中央部に侵入した構造であり、ここにマイクロ波が励起し、同軸線路6方向へと進行する。
A microwave is generated by a microwave oscillator 9, and a magnetron having an oscillation frequency of 2.45 GHz is generally used as the oscillation source, but there is no problem with another frequency.
Then, the microwave is guided to the load side (film forming apparatus side) through the matching unit 11 using the rectangular waveguide 10. As described above, the part that directly transmits the microwave energy to the film forming apparatus is the coaxial line 6, but it is necessary to convert the transmission mode of the coaxial line 6 and the transmission mode in the waveguide. There is a portion that fulfills the function of the waveguide coaxial conversion section 12. This is a structure in which the central conductor of the coaxial line 6 has entered the center of the rectangular waveguide 10, where microwaves are excited and travel in the direction of the coaxial line 6.

整合器11は方形導波管10での整合器11の配置位置から、導波管同軸変換部12側をみたインピーダンスと、マイクロ波発振器9側をみたインピーダンスとがマッチングして、マイクロ波発振器9側への反射波が発生しないように、整合を取るように調整するものである。この反射波が大きいと成膜装置内へ十分なマイクロ波エネルギーが注入できずプラズマが発生しないと同時に、反射波によって発振源であるマグネトロンへダメージを与えてしまう恐れもある。また、一般的にこの整合器11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る。   The matching unit 11 matches the impedance viewed from the waveguide coaxial conversion unit 12 side and the impedance viewed from the microwave oscillator 9 side from the position of the matching unit 11 in the rectangular waveguide 10, and the microwave oscillator 9. Adjustment is made so as to achieve matching so that a reflected wave to the side does not occur. If this reflected wave is large, sufficient microwave energy cannot be injected into the film forming apparatus and plasma is not generated. At the same time, the reflected wave may damage the magnetron that is the oscillation source. In general, a stub tuner or an E-H tuner is used as the matching unit 11.

尚、図3および図4では、装置へのマイクロ波供給部分の図示を省略したが、図1に示したのと同様な装置が用いられることは容易に想像できる。   3 and 4, the illustration of the microwave supply portion to the apparatus is omitted, but it can be easily imagined that an apparatus similar to that shown in FIG. 1 is used.

また、該円筒型金属製容器1の天面部から同軸線路構造の伝送手段を介し、同軸線路6の給電点から該円筒型金属製容器1の内面をアース面として形成される放射状の複数のストリップライン7を用いて該円筒型金属製容器中央部へマイクロ波エネルギーが放射される装置構成であるため、常に安定した電磁界分布が得られ、よって該円筒型金属製容器内に収納可能な中空容器であれば、該円筒型金属製容器内における電磁界分布の大きな変化がないため、いろいろな形状や寸法に変化に対してもある程度、安定した良好な成膜結果が得られる。   Further, a plurality of radial strips formed from the top surface portion of the cylindrical metal container 1 through the transmission means of the coaxial line structure and from the feeding point of the coaxial line 6 to the inner surface of the cylindrical metal container 1 as the ground plane. Since the device configuration is such that microwave energy is radiated to the central part of the cylindrical metal container using the line 7, a stable electromagnetic field distribution can always be obtained, and thus a hollow that can be stored in the cylindrical metal container. In the case of a container, there is no significant change in the electromagnetic field distribution in the cylindrical metal container, so that a stable and good film formation result can be obtained to some extent even with changes in various shapes and dimensions.

本発明での薄膜成膜装置における実施例の一例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows an example of the Example in the thin film film-forming apparatus in this invention. 本発明での薄膜成膜装置における実施例の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the Example in the thin film film-forming apparatus in this invention. 本発明での薄膜成膜装置における実施例の別の一例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows another example of the Example in the thin film film-forming apparatus in this invention. 本発明での薄膜成膜装置における実施例のさらに別の一例を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows another example of the Example in the thin film film-forming apparatus in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・円筒型金属製容器
2・・・非金属性真空チャンバー
3・・・3次元中空容器(成膜対象物)
4・・・原料ガス導入管
5・・・排気口
6・・・同軸線路
7・・・ストリップライン
8・・・アースシールド導体
9・・・マイクロ波発振器
10・・・方形導波管
11・・・整合器
12・・・導波管同軸変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylindrical metal container 2 ... Nonmetallic vacuum chamber 3 ... Three-dimensional hollow container (film formation object)
4 ... Raw material gas introduction pipe 5 ... Exhaust port 6 ... Coaxial line 7 ... Strip line 8 ... Earth shield conductor 9 ... Microwave oscillator 10 ... Rectangular waveguide 11 ..Matching unit 12: waveguide coaxial conversion section

Claims (7)

マイクロ波エネルギーを封じ込める円筒型金属製容器と該円筒型金属製容器内に成膜対象物である中空容器を収納する非金属製の真空チャンバーと、該中空容器内に原料ガスを注入する原料ガス導入管が配置され、該円筒型金属製容器の天面部には同軸線路構造のマイクロ波伝送手段を介してマイクロ波エネルギーを注入する手段を具備し、該マイクロ波エネルギー注入手段が該円筒型金属製容器の内面をアース面として存在することが出来る、少なくとも一つ以上のストリップラインによって、該円筒型金属製容器内にマイクロ波エネルギーが注入され、このエネルギーによって得られるプラズマを用いて前記原料ガスをプラズマ化することを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置。   A cylindrical metal container that contains microwave energy, a non-metallic vacuum chamber that houses a hollow container that is a film formation target in the cylindrical metal container, and a source gas that injects a source gas into the hollow container An introduction pipe is disposed, and a means for injecting microwave energy through a microwave transmission means having a coaxial line structure is provided in the top surface portion of the cylindrical metal container, and the microwave energy injection means is the cylindrical metal Microwave energy is injected into the cylindrical metal container by at least one strip line which can exist as an earth surface on the inner surface of the container, and the raw material gas is generated using plasma obtained by this energy. A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, characterized in that the plasma is converted into plasma. マイクロ波エネルギーを封じ込めると共に、内部を真空状態に保つことの出来る円筒型金属製容器内に成膜対象物である中空容器を収納し、該中空容器内に原料ガスを注入する原料ガス導入管が配置され、該円筒型金属製容器の天面部には同軸線路構造のマイクロ波伝送手段を介してマイクロ波エネルギーを注入する手段を具備し、該マイクロ波エネルギー注入手段が該円筒型金属製容器の内面をアース面として存在することが出来る、少なくとも一つ以上のストリップラインによって、該円筒型金属製容器内にマイクロ波エネルギーが注入され、このエネルギーによって得られるプラズマを用いて前記原料ガスをプラズマ化することを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置。   A raw material gas introduction pipe for containing a hollow container as a film formation object in a cylindrical metal container capable of containing microwave energy and keeping the inside in a vacuum state, and injecting a raw material gas into the hollow container The cylindrical metal container is provided with means for injecting microwave energy into the top surface of the cylindrical metal container via a microwave transmission means having a coaxial line structure, and the microwave energy injection means is provided on the cylindrical metal container. Microwave energy is injected into the cylindrical metal container by at least one strip line which can exist as an earth surface on the inner surface, and the raw material gas is converted into plasma using plasma obtained by this energy. A thin film forming apparatus for a three-dimensional hollow container. 請求項1又は2に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
複数の該ストリップラインが該同軸線路の給電点を中心に放射状に配置されたことを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置。
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to claim 1 or 2,
A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, wherein the plurality of strip lines are arranged radially about a feeding point of the coaxial line.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
該ストリップラインが該同軸線路の給電点から任意の位置まで金属板で覆われて配置されており、該金属板がアース電位であることを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置。
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to any one of claims 1 to 3,
3. A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, wherein the strip line is disposed so as to be covered with a metal plate from a feeding point of the coaxial line to an arbitrary position, and the metal plate is at ground potential.
請求項3に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
該ストリップラインの長さが、該同軸線路の給電点から使用する電磁波の半波長の整数倍であり、さらに±20%の範囲内であることを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置。
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to claim 3,
A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container, wherein the length of the strip line is an integral multiple of a half wavelength of an electromagnetic wave used from the feeding point of the coaxial line, and further within a range of ± 20% .
請求項4に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
該ストリップラインがアース電位である金属板で覆われた箇所より露出している部分の長さが、使用する電磁波の半波長の整数倍であり、さらに±20%の範囲内であることを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置。
The thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container according to claim 4,
The length of the exposed portion of the strip line covered with the metal plate at the ground potential is an integral multiple of the half wavelength of the electromagnetic wave used, and is within a range of ± 20%. A thin film deposition apparatus for a three-dimensional hollow container.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元中空容器の薄膜成膜装置において、
プラズマCVD法により薄膜を成膜することを特徴とする3次元中空容器の薄膜成膜装置。
In the thin film formation apparatus of the three-dimensional hollow container according to any one of claims 1 to 6,
A thin film forming apparatus for a three-dimensional hollow container, characterized in that a thin film is formed by a plasma CVD method.
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JP2009230915A (en) * 2008-03-19 2009-10-08 Tokyo Electron Ltd Power combiner and microwave introduction mechanism

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