JP2007200687A - ２分岐導波管を有するプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プラズマＣＶＤ法により第１、２の円筒型容器に同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーが供給されることで薄膜を成膜することを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】円筒型容器７−２と、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナ７−４と、ガス供給管７−５とを有し、前記円筒型容器７−２全体が一体の空洞共振器（同軸共振器）７−１となるものが２個以上存在し、前記円筒型容器７−２に各々マイクロ波エネルギーを注入する２個以上の導波管６と２個以上のチューナ５が設けられ、これらの２個以上の円筒型容器７−２各々にマイクロ波エネルギーの供給方向を一定にしてエネルギー分岐を実現させたサーキュレータ３とアイソレータ２で構成されたことを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置である。
【選択図】図1

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。

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。ここで、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（同軸共振器）を用いて内部に成膜対象物を配置し、原料ガスを注入、さらにマグネトロンを発振部とする電源を用いて導波管、アイソレータ、チューナを介して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がポイントとなる。

さらに実用面からは、前記装置形態の個数を増やすことで同時に多くの個数のプラスチック容器にコーティングする技術が望まれることになる。但し、装置サイズの大型化につながるため、コスト、寸法、能力を考えて最高効率の量産機をつくるためには１個の電源に２個以上の円筒構造の空洞共振器（同軸共振器）を用いることでコストを下げ、寸法を縮小して能力を上げることが可能となる。これを実現するためには電力を等分に分けて伝送するための２分岐された導波管が必要になる。また電力を低損失で決まった方向に送る手段として、サーキュレータ、アイソレータ等の素子の利用がある。（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許文献１における装置構成は、その利用目的が不明も円筒構造の空洞共振器（同軸共振器）の天面側よりマイクロ波を注入し、中空容器の表面に薄膜を成膜するプラズマ処理装置でも適用できるとして、空洞共振器（同軸共振器）へのマイクロ波エネルギーを供給できたと仮定しても、基本原理は端子から入った高周波電力を別の端子に低損失で伝送する技術にスイッチング機能を付与したものである。つまり、マイクロ波導波経路の切替を、電磁石により直流磁界を印加するサーキュレータを用いたものである。したがって、２個以上の円筒型容器各々にマイクロ波エネルギーの供給方向を一定にしてエネルギー分岐を実現させることで第１、２の円筒型容器に同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーを供給するものではない。

特許文献２では、マイクロ波をサーキュレータを用いて分岐する方法を用いるが送受信フィルタや同軸系で接続された系であること、用途がマイクロ波の無線通信であることから、前述の２分岐しながら同時に同レベルのエネルギーを供給するため、チューナで各分岐後を調整する内容にはあたらない。

以下に先行技術文献を示す。
特開２００３−２２９７０１号公報 特許第３１７８４３４号公報

本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、如何なる成膜対象物において、円筒型金属製容器の内面と金属製原料ガス導入管で形成される同軸構造体を積極的に利用した空洞共振器モードによって、封じ込められたマイクロ波エネルギーから得られるプラズマを用いてＣＶＤ法により第１、２の円筒型容器に同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーが供給されることで薄膜を成膜することを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、マイクロ波エネルギーにより原料ガスをプラズマ化し、中空容器７−８の表面に薄膜を成膜する２分岐導波管を有するプラズマ処理装置であり、天面及び下面が封止された円筒型容器７−２と、前記天面から円筒軸に平行に設けられ、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナ７−４と、前記下面から円筒軸に平行に設けられ、原料ガスを供給し、かつ前記アンテナ７−４とともに同軸導体を形成するガス供給管７−５とを有し、前記円筒型容器７−２全体が一体の空洞共振器（同軸共振器）７−１となるものが２個以上存在し、前記円筒型容器７−２に各々マイクロ波エネルギーを注入する２個以上の導波管６と２個以上のチューナ５が設けられ、これらの２個以上の円筒型容器７−２各々にマイクロ波エネルギーの供給方向を一定にしてエネルギー分岐を実現させた共通のサーキュレータ３と電源１保護用の共通のアイソレータ２で構成されたことを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１記載の２分岐導波管を有するプラズマ処理装置において、前記電源１、アイソレータ２、サーキュレータ３を介して送り込まれたマイクロ波エネルギーが第１の導波管６を通り、第１のチューナ５を介して第１の円筒型容器７−２に注入され、このときのインピーダンス整合状態をおおよそ、電力の進行波：反射波比で２：１になることを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の２分岐導波管を有するプラズマ処理装置において、前記電源１、アイソレータ２、サーキュレータ３を介して送り込まれたマイクロ波エネルギーが第２の導波管６´を通り、第２のチューナ５´を介して第２の円筒型容器７−２´に注入され、このときのインピーダンス整合状態をおおよそ、電力の進行波：反射波比で１：０になることを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置である。

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２分岐導波管を有するプラズマ処理装置において、前記電源１、アイソレータ２、サーキュレータ３を介して送り込まれたマイクロ波エネルギーが第１の円筒型容器７−２に注入されると同時にサーキュレータ３を介して第２の円筒型容器７−２´に注入されることで、第１の円筒型容器７−２で消費されなかった供給余剰電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ半分が消費されずに戻るように前記第１のチューナ５で調整する）が第２の円筒型容器７−２´の供給電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ全てが消費されるように前記第２のチューナ５で調整する）となることで第１、２の円筒型容器７−２、７−２´に同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーが供給されることを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置である。

本発明に係る２分岐導波管を有するプラズマ処理装置は、マイクロ波エネルギーにより原料ガスをプラズマ化し、中空容器の表面に薄膜を成膜する２分岐導波管を有するプラズマ処理装置であり、天面及び下面が封止された円筒型容器と、前記天面から円筒軸に平行
に設けられ、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナと、前記下面から円筒軸に平行に設けられ、原料ガスを供給し、かつ前記アンテナとともに同軸導体を形成せるガス供給管とを有し、前記円筒型容器全体が一体の空洞共振器（同軸共振器）となるものが２個存在し、前記円筒型容器に各々マイクロ波エネルギーを注入する２個の導波管と２個のチューナが設けられ、これらの２個の円筒型容器各々にマイクロ波エネルギーの供給方向を一定にしてエネルギー分岐を実現させた共通のサーキュレータと電源保護用の共通のアイソレータで構成されていることにより、同時に多くの個数のプラスチック容器に均一なコーティングが可能になり、酸素透過量も同レベルとなり、容器変形もないので製品の歩留まりが向上し、さらに装置サイズの小型化にともない、装置コスト、設置場所などの設備投資金額が少なくてすみ、製品コストの低減が可能になる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するがこれに限定されるものではない。

図１（ａ）は本発明に係る２分岐導波管を有するプラズマ処理装置の１実施例を示す構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の本発明に係る２分岐導波管を有するプラズマ処理装置の負荷側７の拡大構成図である。

先ず、本発明に係る２分岐導波管を有するプラズマ処理装置の基本構成について、図１（ａ）、図１（ｂ）を用いて説明するがこれに限定されるものではない。電源１に用いられるマイクロ波発振器は、例えば発振周波数２．４５ＧＨｚのマグネトロンが用いられているが、他の周波数のマグネトロンでも良い。アイソレータ２は後記のサーキュレータ３の基本原理である端子から入った高周波電力を別の端子に低損失で伝送する時に次の伝送を避けるために終端抵抗を接続することでエネルギーが吸収され熱として放熱され、排気ファン等で装置外へ排出される。このときの機構としては他に共鳴形、電界変位形、ファラデー回転形等がある。サーキュレータ３は基本原理である端子から入った高周波電力を別の端子に低損失で伝送するため本発明では第１の導波管６を通り第１の円筒型容器７−２にマイクロ波エネルギーを供給しながら、消費されなかった供給余剰電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ半分が消費されずに戻るように後記第１のチューナ５で調整する）を同時に第２の導波管６´を通り第２の円筒型容器７−２´に供給する。このときの機構としてはファラデー回転形、移相器形、接合形等がある。パワーメータ４は本発明に記載の進行波、反射波を定量的にとらえるものであり、測定時に適宜装着、脱着すれば良い。

第１のチューナ５は設置位置手前までのマイクロ波エネルギー伝送路と設置位置後方のマイクロ波エネルギー伝送路のインピーダンス整合をとるために用いられるのが一般的であるが本発明では第１の導波管６を通り第１の円筒型容器７−２にマイクロ波エネルギーを供給しながら、消費されなかった供給余剰電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ半分が消費されずに戻るように第１のチューナ５で調整する）を作り出すためにインピーダンス整合をずらして進行波：反射波比で２：１にしている。一方第２の導波管６´を通り第２の円筒型容器７−２´にマイクロ波エネルギーを供給する場合その電力は全て消費されるようにインピーダンス整合をとって進行波：反射波比で１：０にしている。このときの機構としてはビスを用いた整合回路である３スタブチューナ、Ｅ面、Ｈ面の両側壁に可動短絡回路を設けた整合回路であるＥＨチューナ、誘導性や容量性の窓を用いた整合回路である誘導性窓チューナ、容量性窓チューナ等がある。また負荷側７とされる機構としては適宜その用途に合わせた筐体が用いられるが本発明でも一例として記載する。

導波管同軸変換部７−１０は方形導波管７−７から円筒容器７−２をつなぐ接合部の役割を持ち円筒型容器７−２含めて全体が共振する空洞共振器（同軸共振器）７−１となる。このとき方形導波管７−７との位置、導波管同軸変換部７−１０の寸法（外層の内径と
内層（中心導体７−９）の外径比）等から算出される特性インピーダンスの設計が必要であり方形導波管７−７から伝送されるマイクロ波エネルギーを円筒型容器７−２に効率良く伝送するようになっている。アンテナ７−４は円筒型容器７−２の上部蓋となる天面板７−３の面中心部から、面に垂直な方向すなわち、円筒型容器７−２の円筒軸に平行方向に配設されており、伝送されるマイクロ波エネルギーを上記ガス供給管７−５へ結合させることにより、空洞共振器（同軸共振器）７−１内にマイクロ波エネルギーを注入する。ガス供給管７−５は円筒型容器７−２の下部蓋となる下面板７−１１の面中心部から、面に垂直な方向、すなわち、円筒容器７−２の円筒軸に平行方向にアンテナ７−４に対抗して配置されており、アンテナ７−４からマイクロ波エネルギーを結合する。また、ガス供給管７−５は中空容器７−８の表面、例えば内面にコーティングする薄膜を成膜するために用いる原料ガスを、中空容器７−８内に注入する。

真空チャンバ７−６は、マイクロ波エネルギーを損失なく通過させるため石英ガラスや樹脂などの誘電体により形成されており、空洞共振器（同軸共振器）７−１内において下面板７−１１の内面上部に設けられ、内部が所定の真空度に排気され注入されるマイクロ波エネルギーにより、原料ガスがプラズマ化する程度の真空度になるように制御されている。一方、空洞共振器（同軸共振器）７−１内における真空チャンバ７−６内部以外の空間すなわち真空チャンバ７−６外面と空洞共振器（同軸共振器）７−１内面とで囲まれる真空チャンバ７−６の外部空間は、大気圧となっておりプラズマの発生が抑止されている。上述した構成により、真空チャンバ７−６内のみにてプラズマを発生させるため、余分な領域におけるプラズマ発生によるマイクロ波エネルギーの損失が起きないため、注入したマイクロ波エネルギーを中空容器７−８の内面のコーティングに有効に使用することができ、注入するマイクロ波エネルギーを従来に比較して削減することが可能となる。また、アンテナ７−４を大気圧の雰囲気に配置することで、ガス供給管７−５に対してマイクロ波エネルギーを結合させるときに流れる電流により、アンテナ７−４に発生した発熱を、空気を媒体として放熱することができ、アンテナ７−４に熱を蓄積させて、図示しないアンテナ７−４を保持する樹脂が溶解することを防止することができる。

次に、このプラズマ処理装置による、表１に示すテーブルの各条件とそれを具現化した装置配置図である図１、図２、図３における中空容器７−８の内面への成膜処理について説明する。

先ず、図１（ａ）における成膜装置形態を用いて実際に中空容器７−８の内面に対して薄膜を成膜した結果について説明する。例えば、中空容器７−８としてポリエチレンテレフタレートで延伸成形した容器５００ｍｌ、口内径２５ｍｍ、平均肉厚０．５ｍｍのＰＥＴボトルをＰＥＣＶＤ法によって、プロセスガスの化学反応により該容器７−８内面の表面に薄膜を形成させた。このときの装置の条件は、円筒型容器７−２の長さＬ、アンテナ７−４の長さＬａ、ガス供給管７−５の長さＬｇを、表１に示すテーブルの各条件に従って行った。

このとき、薄膜形成の原料ガスは、ガス供給管７−５の側壁の複数の孔から中空容器７−８内に注入され、該薄膜形成に用いる主ガスとして、ヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（以下ＨＭＤＳＯと称する）の他に、トリ・メチル・シロキサンなどを用いることが可能であり、また、サブガスとしては、酸素の他、窒素などを用いることが可能である。上述した主ガス及びサブガスにより成膜された薄膜の層は、いわゆるセラミック層ＳｉＯ_xＣ_y（ｘ＝１〜２．２／ｙ＝０．３〜３）を主成分とするものである。ここで用いられる中空容器７−８の基材としては、ＰＥＴ以外に、ＰＥ、ＰＰ、ＰＩなどを選ぶことも可能であり、ブロー成形・射出成形・押出成形等により容器７−８の形状に成形される。また、これらの材料の複数層からなる積層体を用いた容器７−８もありうる。

本発明のプラズマ処理装置の装置構成全体としては、上記プラズマ処理装置を複数個同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーが供給される構造となっている。そのため電源１に用いられるマイクロ波発振器は、発振周波数２．４５ＧＨｚのマグネトロンが用いられており、５秒間に渡ってマイクロ波エネルギーが電力換算で３００Ｗ供給されている。この電源１直後にアイソレータ２を配設し反射波が電源１まで戻ってきた場合に熱として放熱され、排気ファン等で装置外へ排出されることで電源１を保護している。次に配設されるサーキュレータ３は第１の導波管６を通り第１の円筒型容器７−２にマイクロ波エネルギーを供給しながら、消費されなかった供給余剰電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ半分が消費されずに戻るように第１のチューナ５で調整する）を同時に第２の導波管６´を通り第２の円筒型容器７−２´に供給するように常時第１の円筒型容器７−２から第２の円筒型容器７−２´に一方通行の電力供給を可能とする。

次に、配設する第１のチューナ５は設置位置手前までのマイクロ波エネルギー伝送路と設置位置後方のマイクロ波エネルギー伝送路のインピーダンス整合をとるために用いられるのが一般的であるが、本発明では第１の導波管６を通り第１の円筒型容器７−２にマイクロ波エネルギーを供給しながら、消費されなかった供給余剰電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ半分が消費されずに戻るように第１のチューナ５で調整する）を作り出すためにインピーダンス整合をずらして進行波：反射波比で２：１にしている。一方第２の導波管６´を通り第２の円筒型容器７−２´にマイクロ波エネルギーを供給する場合、その電力は全て消費されるようにインピーダンス整合をとって進行波：反射波比で１：０にしている。これにより上記の通り５秒間に渡ってマイクロ波エネルギーが電力換算で３００Ｗ供給されるためには第１の導波管６を通り第１の円筒型容器７−２にマイクロ波エネルギーを６００Ｗ供給しながら、消費されなかった供給余剰電力（進行波６００Ｗ−反射波３００Ｗで投入電力のおおよそ半分３００Ｗが消費されずに戻るように第１のチューナ５で調整する）を同時に第２の導波管６´を通り第２の円筒型容器７−２´に３００Ｗ供給し、この反射波が０Ｗになるように第２のチューナ５´で調整することで常時第１の円筒型容器７−２から第２の円筒型容器７−２´に一方通行の電力供給をしながら上記プラズマ処理装置を複数個同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーの供給が可能となる。

こうして上記プラズマ処理装置に複数個同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーが供給されるが第１のチューナ５からプラズマ処理装置内までの構造や円筒型容器７−２内のプラズマ処理条件の中でもガス供給条件と真空度については以下に示す通りである。

図１（ｂ）に示すように、第１のチューナ５以降でもこのマイクロ波エネルギーは方形導波管７−７を伝搬し、導波管同軸変換部７−１０によって導体７−９の伝送モードに変換され、アンテナ７−４を介して天面から導入される。上記中空容器７−８は、真空チャンバ７−６内に設けられ、この真空チャンバ７−６外部と真空チャンバ７−６内部との領域に円筒型容器７−２を区分し、真空チャンバ７−６内、すなわち中空容器７−８収納部分は真空状態が保たれる構造となっている。

さらに、空洞共振器（同軸共振器）７−１と同軸構造体をなす金属製のガス供給管７−５により、中空容器７−８内部へと原料ガスが注入される。また真空チャンバ７−６内を１．３Ｐａまで真空装置により真空吸引して一定減圧状態を保つ。さらに、中空容器７−８内面にバリア性の薄膜のコーティングを行うため、ガス供給管７−５から原料ガスＨＭＤＳＯを気体の標準状態換算で流量１０ｍｌ／分にて、かつ酸素の流量を５０ｍｌ／分にて注入し、中空容器７−８内の真空度を１３．３３Ｐａの真空圧力に調整した状態において、アンテナ７−４からマイクロ波エネルギーを空洞共振器（同軸共振器）７−１に結合させてプラズマを発生させる。そしてこのマイクロ波エネルギーによって、中空容器７−
８の内側において原料ガスのプラズマを発生させる。このマイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚ、電力３００Ｗであり、５秒間に渡って供給され、この間にプラズマが発生して、所定の薄膜の成膜を行う。

次に、上記プラズマ処理装置により、中空容器７−８の内面に成膜されたバリア性の薄膜（すなわち、セラミック薄膜コートＰＥＴボトル）の評価を行う。この評価方法としては、アクリル板とエポキシ系接着剤とを成膜された中空容器７−８の簡易蓋材として使用し、密封された中空容器７−８の酸素に対するバリア性をＭＯＣＯＮ社のＯＸＴＲＡＮ（登録商標）で酸素透過量（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）として測定し、成膜効果の評価方法（酸素バリア性）とした。

以下、実施例を示す。

＜実施例１＞
表１に示す＃１、＃２、＃３の条件（いずれも上記図１の内容であり、各々同条件でＮ＝３に対応する）によるプラズマ処理装置において、薄膜を成膜したＰＥＴボトルの酸素バリア性は＃１の第１の円筒型容器７−２と第２の円筒型容器７−２´から得られた両方のＰＥＴボトルにおいて０．００３５（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。これはＮ＝３に対応する＃２、＃３でも同じような結果となった。未コート（セラミック薄膜コートする前のＰＥＴボトル）のＰＥＴボトルと比較するとブランク比２０倍のセラミック薄膜コートＰＥＴボトルになった。未コートＰＥＴボトルは０．０７００（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）の酸素バリアを示す。またいずれの条件でもＰＥＴボトルの変形が無かった。

次に、比較例を示す。

＜比較例１＞
表１に示す＃４、＃５、＃６の条件（いずれも上記図２の内容であり、各々同条件でＮ＝３に対応する）によるプラズマ処理装置において、薄膜を成膜したＰＥＴボトルの酸素バリア性は＃４の第１の円筒型容器７−２のＰＥＴボトルにおいて０．００４０（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。他方である第２の円筒型容器７−２´のＰＥＴボトルにおいて０．０４５０（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。これはＮ＝３に対応する＃５、＃６でも同じような結果となり、＃５の第１の円筒型容器７−２のＰＥＴボトルにおいて０．０５５０（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。他方である第２の円筒型容器７−２´のＰＥＴボトルにおいて０．００５０（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。＃６の第１の円筒型容器７−２のＰＥＴボトルにおいて０．００４５（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。他方である第２の円筒型容器７−２´のＰＥＴボトルにおいて０．０５００（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。未コート（セラミック薄膜コートする前のＰＥＴボトル）のＰＥＴボトルと比較するとブランク比２０倍のセラミック薄膜コートＰＥＴボトルが出来ないばかりでなく第１の円筒型容器７−２／第２の円筒型容器７−２´のどちらか片方のみにマイクロ波エネルギーが最初に伝播してしまい均等なエネルギー分割ができなくなり片側のみマイクロ波エネルギーの供給過多が発生したものと考えられる。いずれの条件の場合も円筒型容器の他方と比較して酸素バリア性が良好な方がＰＥＴボトルの変形を引き起こしている。図１の＃１、＃２、＃３と比較しても酸素バリア性が劣化しているのは上記ＰＥＴボトルの変形が原因であるものと推定される。

＜比較例２＞
表１に示す＃７、＃８、＃９の条件（いずれも上記図３の内容であり、各々同条件でＮ＝３に対応する）によるプラズマ処理装置において、薄膜を成膜したＰＥＴボトルの酸素バリア性は＃７の第１の円筒型容器７−２のＰＥＴボトルにおいて０．００４５（ｍｌ／
ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。他方である第２の円筒型容器７−２´のＰＥＴボトルにおいて０．０５００（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。これはＮ＝３に対応する＃８、＃９でも同じような結果となり、＃８の第１の円筒型容器７−２のＰＥＴボトルにおいて０．００４５（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。他方である第２の円筒型容器７−２´のＰＥＴボトルにおいて０．０５００（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。＃９の第１の円筒型容器７−２のＰＥＴボトルにおいて０．００５５（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。他方である第２の円筒型容器７−２´のＰＥＴボトルにおいて０．０４５０（ｍｌ／ｐｋｇ／ｄａｙ）であった。未コート（セラミック薄膜コートする前のＰＥＴボトル）のＰＥＴボトルと比較するとブランク比２０倍のセラミック薄膜コートＰＥＴボトルが出来ないばかりでなく第１の円筒型容器７−２／第２の円筒型容器７−２´のどちらか片方のみにマイクロ波エネルギーが最初に伝播してしまい均等なエネルギー分割ができなくなり片側のみマイクロ波エネルギーの供給過多が発生したものと考えられる。

但し、図３の＃７、＃８、＃９は２分岐導波路３ａでマイクロ波エネルギーを分けた後にアイソレータ２と、第２のアイソレータ２´を配設しているため円筒型容器間の相互作用を受け難く円筒型容器の他方と比較して酸素バリア性が良好なセラミック薄膜コートＰＥＴボトルが出来る位置が固定される。図２の＃４、＃５、＃６は２分岐導波路３ａでマイクロ波エネルギーを分ける前にアイソレータ２を配設しているため上記均一性がくずれ円筒型容器の他方と比較して酸素バリア性が良好なセラミック薄膜コートＰＥＴボトルが出来る位置が固定されないものと推定される。また図３の＃７、＃８、＃９は円筒型容器の他方と比較して酸素バリア性が良好な方がＰＥＴボトルの変形を引き起こしている。図１の＃１、＃２、＃３と比較しても酸素バリア性が劣化しているのは上記ＰＥＴボトルの変形が原因であるものと推定される。

表１は、実施例１、及び比較例１、２の装置の条件毎のセラミック薄膜コートＰＥＴボトルの酸素透過量の測定結果と該ＰＥＴボトルの変形状態の評価結果を示す表である。

図１（ａ）は本発明に係る２分岐導波管を有するプラズマ処理装置の１実施例を示す構成図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の本発明に係る２分岐導波管を有するプラズマ処理装置の負荷側の拡大構成図である。 従来の２分岐導波路を有するプラズマ処理装置の１実施例を示す構成図である。 従来の２分岐導波路を有するプラズマ処理装置のその他の実施例を示す構成図である。

符号の説明

１・・・電源
２・・・アイソレータ ２´・・・第２のアイソレータ
３・・・サーキュレータ ３ａ・・・２分岐導波路
４・・・第１のパワーメータ ４´・・・第２のパワーメータ
５・・・第１のチューナ ５´・・・第２のチューナ
６・・・第１の導波管 ６´・・・第２の導波管
７・・・第１の負荷側 ７´・・・第２の負荷側
７−１・・・空洞共振器（同軸共振器）
７−２・・・円筒型容器
７−３・・・天面板
７−４・・・アンテナ
７−５・・・ガス供給管
７−６・・・真空チャンバ
７−７・・・方形導波管
７−８・・・中空容器
７−９・・・導体
７−１０・・・導波管同軸変換部
７−１１・・・下面板

Claims (4)

1. マイクロ波エネルギーにより原料ガスをプラズマ化し、中空容器の表面に薄膜を成膜する２分岐導波管を有するプラズマ処理装置であり、天面及び下面が封止された円筒型容器と、前記天面から円筒軸に平行に設けられ、マイクロ波エネルギーを注入するアンテナと、前記下面から円筒軸に平行に設けられ、原料ガスを供給し、かつ前記アンテナとともに同軸導体を形成するガス供給管とを有し、前記円筒型容器全体が一体の空洞共振器（同軸共振器）となるものが２個以上存在し、前記円筒型容器に各々マイクロ波エネルギーを注入する２個以上の導波管と２個以上のチューナが設けられ、これらの２個以上の円筒型容器各々にマイクロ波エネルギーの供給方向を一定にしてエネルギー分岐を実現させた共通のサーキュレータと電源保護用の共通のアイソレータで構成されたことを特徴とする２分岐導波管を有するプラズマ処理装置。
2. 前記電源、アイソレータ、サーキュレータを介して送り込まれたマイクロ波エネルギーが第１の導波管を通り、第１のチューナを介して第１の円筒型容器に注入され、このときのインピーダンス整合状態をおおよそ、電力の進行波：反射波比で２：１になることを特徴とする請求項１記載の２分岐導波管を有するプラズマ処理装置。
3. 前記電源、アイソレータ、サーキュレータを介して送り込まれたマイクロ波エネルギーが第２の導波管を通り、第２のチューナを介して第２の円筒型容器に注入され、このときのインピーダンス整合状態をおおよそ、電力の進行波：反射波比で１：０になることを特徴とする請求項１又は２記載の２分岐導波管を有するプラズマ処理装置。
4. 前記電源、アイソレータ、サーキュレータを介して送り込まれたマイクロ波エネルギーが第１の円筒型容器に注入されると同時にサーキュレータを介して第２の円筒型容器に注入されることで、第１の円筒型容器で消費されなかった供給余剰電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ半分が消費されずに戻るように前記第１のチューナで調整する）が第２の円筒型容器の供給電力（進行波−反射波で投入電力のおおよそ全てが消費されるように前記第２のチューナで調整する）となることで第１、２の円筒型容器に同時におおよそ同レベルのマイクロ波エネルギーが供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の２分岐導波管を有するプラズマ処理装置。

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