JP2008106333A - プラズマｃｖｄによる容器処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波の導波管の金属空洞筐体への導入口でのマイクロ波の反射量を小さくしたプラズマＣＶＤによる容器処理装置を得る。
【解決手段】導波管に、その軸方向に直交する方向に軸を有する筒状の金属空洞筐体の側面が接合され、その導波管と金属空洞筐体の接合面に金属空洞筐体の軸に直交する方向のスリットにより導波管と金属空洞筐体を結合し、金属空洞筐体の内壁に添って金属空洞筐体の軸の周りを一周する誘電体リングでスリットを塞ぎ、導電性を有するガス導入管を金属空洞筐体の筒の軸に平行に設置し、ガス導入管に垂直な平面状の導電性を有する電気接点部を中空容器の下部に設置し、電気接点部をガス導入管と金属空洞筐体に電気接続し、スリットの電気接点部からの高さをλ／２の整数倍±λ／８の高さに形成し、金属空洞筐体内に中空容器を、開口部から前記ガス導入管を差し込んで設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックや紙を原料とした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、プラズマＣＶＤによる容器処理装置に関する。

ガラス、金属、紙、プラスチック容器に代表される３次元中空容器は食品や医薬品など様々分野で一般的に利用されている。特にプラスチックの３次元中空容器に関しては、軽量、低コストといったメリットを生かし広く用いられるようになってきている。３次元中空容器には様々な機能が要求されているが、ＰＥＴボトル容器やプラスチックカップ等のプラスチックの３次元中空容器に対しては内容物保護の面から炭酸ガスや酸素に対するバリア性を持たせる要求がなされている。このため、従来は、特許文献１のように、プラスチックの３次元中空容器に所定の物質をコーティングする技術が開発されてきている。それは、成膜処理槽の金属空洞筐体内に、原料ガスを注入した３次元中空容器を配置して、マイクロ波を導波管から金属空洞筐体内に導入し、そのマイクロ波で原料ガスにプラズマを発生させる。そして、そのプラズマで、中空容器に成膜処理を行うものである。しかし、この技術では、マイクロ波の導入とプラズマの安定化する時間との間にタイムラグがあり、処理の効果が不安定である欠点があった。

そのため、特許文献２では、金属空洞筐体の中に金属製のガス導入管を設置し、そのガス導入管と金属空洞筐体で半同軸円筒共振系を形成しプラズマ発生のタイムラグを短くしていた。特許文献１や特許文献２等の従来技術では、マイクロ波の導入口は金属空洞筐体の側面に形成していたが、それは、プラスチックの中空容器内部に薄膜を形成する為のプラズマを発生させるために、中空容器内部を真空に保ち原料ガスと電力を供給する必要があることから来ている。中空容器内部にプラズマＣＶＤを行うための原料ガスの供給及び排気の処理は、中空容器の開口部から行っている。しかし、一般的なプラスチック容器の中空容器は、開口部が一箇所にあるため、ガス導入管を開口部に配置することにより原料ガスを供給し、また、その開口部から処理済みガスを排気している。すなわち、金属空洞筐体の筒の底面からガス導入管を挿入し金属空洞筐体の筒の中心軸上に設置する。中空容器は、その開口部を金属空洞筐体の底面に向けてそのガス導入管を中空容器に挿入して設置する。そして、金属空洞筐体の底面の中空容器の開口部からガスを導入するとともに排気している。一方で、マイクロ波の電力供給についても中空容器の開口部から供給することが望ましいが、給排気処理に開口部を確保しながらマイクロ波入力のための部品を装着するためには装備が複雑になってしまう欠点があった。このために特許文献１や特許文献２等の従来技術では、プラスチックの中空容器を設置する金属空洞筐体の側面から導波管等によりマイクロ波のエネルギーを供給している。

以下に公知文献を記す。
特表２００２−５４３２９２号公報 特開２００４−３０７９８１号公報

しかし、特許文献１や特許文献２の技術でマイクロ波を導波管から成膜処理槽の金属空洞筐体の側面すなわち中空容器の側面から供給する場合、導波管の金属空洞筐体への導入
口でマイクロ波の反射量が大きく、金属空洞筐体に十分なマイクロ波電力が供給できない場合を生じた。また、装置のコストダウン等のために、１つのマイクロ波発振機からマイクロ波を発生させ、そのマイクロ波を複数の金属空洞筐体に分岐させて供給する場合は、従来の装置では導波管分岐によりマイクロ波のエネルギーを分割するため、そのために使用する導波管分岐部品のスペースが必要になり、装置の大型化を招いてしまう問題があった。

そのため、本発明の課題は、マイクロ波を導波管から金属空洞筐体の側面から供給する場合に、導波管の金属空洞筐体への導入口でマイクロ波の反射量が大きく金属空洞筐体に十分なマイクロ波電力が供給できなかった問題を解決するプラズマＣＶＤによる容器処理装置を提供することである。また、装置を大型化せずに、１つのマイクロ波発振機からのマイクロ波を複数の金属空洞筐体に分岐させて供給する課題がある。

本発明は、この課題を解決するために、中空容器を処理する容器処理装置が、マイクロ波を供給する導波管に、前記導波管の軸方向に直交する方向に軸を有する筒状の金属空洞筐体の側面が接合され、前記導波管と前記金属空洞筐体の接合面に前記金属空洞筐体の筒の軸に直交する方向のスリットを形成することにより前記導波管内の空間と前記金属空洞筐体内の空間を結合し、前記金属空洞筐体の内壁に添って前記金属空洞筐体の筒の軸の周りを一周する誘電体リングによるマイクロ波の導波路を設置し、前記誘電体リングで前記スリットを塞ぎ、導電性を有するガス導入管を前記金属空洞筐体の筒の軸に平行に設置し、前記ガス導入管に垂直な平面状の導電性を有する電気接点部を前記中空容器の下部に設置し、前記ガス導入管を前記電気接点部に電気接続し、前記電気接点部を前記金属空洞筐体に電気接続し、前記スリットの前記電気接点部からの高さを、前記マイクロ波の波長をλとすると、λ／２の整数倍±λ／８の高さに形成し、前記中空容器の開口部から前記ガス導入管を差し込んで前記中空容器を前記金属空洞筐体内に設置することを特徴とするプラズマＣＶＤによる容器処理装置である。

また、本発明は、上記マイクロ波の波長をλとし、上記誘電体リングの比誘電率をεｒとする場合に、前記誘電体リングの厚さおよび幅がλ／（４√εｒ）以下であることを特徴とする上記のプラズマＣＶＤによる容器処理装置である。

また、本発明は、上記マイクロ波の波長をλとする場合に、上記金属空洞筐体が上記導波管の軸方向に、λ／２の自然数倍±10ｍｍの間隔で前記導波管の側面に複数接合されたことを特徴とする上記のプラズマＣＶＤによる容器処理装置である。

また、本発明は、２台の上記金属空洞筐体が上記導波管の軸を含む平面に対称な位置の前記導波管の側面に接合されたことを特徴とする上記のプラズマＣＶＤによる容器処理装置である。

また、本発明は、上記スリットを上記電気接点部の上の高さがλ／８以下の位置に形成し、かつ、前記スリットよりも高い位置に上記中空容器の開口部が設置されることを特徴とする上記のプラズマＣＶＤによる容器処理装置である。

本発明では、導波管からスリットを介して金属空洞筐体にマイクロ波を導入し、そのスリットと金属空洞筐体の内壁に添ってスリットを塞ぐ誘電体リングを設置することで、導波管の金属空洞筐体への導入口でのマイクロ波の反射を低減する効果があり、金属空洞筐体の内部の電磁界を安定させプラズマを安定して発生させる効果がある。それにより、中空容器への成膜処理を均一に行える効果がある。また、本発明では、マイクロ波発振機は
各金属空洞筐体毎に設置せずに1つのマイクロ波発振機からマイクロ波を１本の導波管に導入し、その導波管から複数の金属空洞筐体にマイクロ波エネルギーを分岐させるため、装置がコストダウンできる効果がある。その際に、導波管分岐部品を用いずにマイクロ波エネルギーを導波管に空けられたスリットにより供給するので、装置を大型化する事無く、複数の成膜用金属空洞筐体にマイクロ波エネルギーを分配する事を可能にする効果がある。

次に本発明の実施の形態を、図１から図５に基づき、具体的に説明する。
本発明は、１つのマイクロ波発振機８でマイクロ波を発生させ、そのマイクロ波を１本の導波管１で複数の金属空洞筐体に供給することで装置をコストダウンし、その導波管１を分岐せずに複数の金属空洞筐体２にマイクロ波を供給する構造により装置の大型化を避けた。図１は装置の側面図を示し、図２は平面図を示す。図１および図２のように、マイクロ波発振機８が発生した周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、給電点９から１本の導波管１内に導入し、その導波管１を成膜処理槽である円筒状の金属空洞筐体２の側面に接合する。また、図３の側面図および図４の平面図のように、マイクロ波を供給する１本の導波管１に複数の成膜槽の金属空洞筐体２を接合する場合は、１本の導波管１の側面に複数の金属空洞筐体２の側面を接合することで成膜用金属空洞筐体２を導波管１に結合させ装置の小型化を図る。金属空洞筐体２は、その筒の軸が導波管１の軸に直交する向きに配置する。

図５の側面図と、図２および図４の平面図に示すように、導波管１と金属空洞筐体の接合面に細長いスリット３を金属空洞筐体２の筒の軸に直交させて空ける。このスリット３で、導波管１内の空間と金属空洞筐体２内の空間を結合することでマイクロ波を金属空洞筐体２内に導入する。この場合、スリット長Ｌを変えることで、金属空洞筐体２に導入されるマイクロ波のエネルギーが変わる。スリット長Ｌがマイクロ波の波長λの１／２の長さ（λ／２）のスリット３を空けた場合に、金属空洞筐体２へ導入されるマイクロ波のエネルギーが最も大きくなる。プラズマＣＶＤで用いられる周波数２．４５ＧＨｚではλは１２２．４ｍｍである。本装置では複数の金属空洞筐体２を導波管１に接合してマイクロ波を供給するため、導波管１と金属空洞筐体２の結合の大きさをスリット長Ｌにより調整する。スリット長Ｌは金属空洞筐体２の導波管１への接合位置によって異ならせ、スリット長Ｌはλ／２±１０ｍｍの範囲内の値に設定する。

そして、図１と図３の側面図のように、金属空洞筐体２の筒の底面から導電性を有する材料からなるガス導入管５を挿入し金属空洞筐体２内の筒の軸に平行に設置する。ガス導入管５に垂直な平面状の金属メッシュから成る電気接点部７を、中空容器６の下部に設置し、ガス導入管５を、その電気接点部７に電気接続し、その電気接点部７を金属空洞筐体２に電気的に接続する。これにより、ガス導入管５と金属空洞筐体２とでマイクロ波の同軸導波管を構成させ、金属空洞筐体２内にマイクロ波の同軸導波管の共振モード（ＴＥＭモード）を励起させる。ここで、ガス導入管５は、金属空洞筐体２内に金属空洞筐体２の筒の中心軸上に設置する。ただし、スリット３の近傍位置と遠方位置でのマイクロ波強度のアンバランスを補正する等の必要がある場合に応じて、ガス導入管５を筒の軸にほぼ平行であるが筒の中心軸からは外れた位置に設置することも可能である。中空容器６は、その開口部１０を、金属空洞筐体２の底面に向け、ガス導入管５を中空容器６に挿入して設置する。そして、金属空洞筐体２の底面の中空容器６の開口部からガスを導入するとともに排気させる。

しかし、この構造で単にスリット３で導波管１と金属空洞筐体２を結合するだけでは、スリット３の部分からマイクロ波が反射し導波管１を逆行し、十分な電力を金属空洞筐体２内に供給出来ない問題があることが分かった。この問題は以下の原因で生じたと考える
。マイクロ波によりスリット３の開口の間隙に生じる電界は、金属空洞筐体２の内壁面に平行なため、その電界は、金属空洞筐体２の内壁面には垂直になるように急に方向が曲げられスリット３の近傍に電界が局在化し電磁界の不整合を生じる。そのため、そのスリット３の部分からのマイクロ波の反射量が大きくなったと考える。

鋭意研究の結果、図５の側面図および図２と図４の平面図のように、このスリット３に接してスリット３を塞ぐよう、スリット３に平行な輪状の誘電体リング４を金属空洞筐体２の内壁に接し、金属空洞筐体２の内壁に添って金属空洞筐体の筒の軸の軸の周りを一周するマイクロ波の導波路を形成した。すなわち、この金属空洞筐体２の内壁に接する誘電体リング４を、金属空洞筐体２の筒の軸のまわりに回転対称に設置することで、従来の、スリット３の部分で導波管１からのマイクロ波が反射する不具合を解消しプラズマを安定して発生させる効果を得た。なおスリット３の位置は、図５のように、金属メッシュから成る電気接点部７と中空容器６の開口部１０との間に設置し、電気接点部７の位置からスリット３の中心点までの高さｈはλ／８＝１５．３ｍｍ以下の値になる位置に配置する。

この誘電体リング４の効果は、スリット３の部分で導波管１のマイクロ波の電磁界に誘電体リング４が結合し、マイクロ波のエネルギーが先ず誘電体リング４内に導入されることで得られると考える。すなわち、スリット３を塞ぐ誘電体リング４を設置することで、スリット３の開口での電界は誘電体リング４に導入されるのみで金属空洞筐体２には侵入させない。これにより、スリット３の部分から導波管１にマイクロ波が反射する不具合を解消できる。次に、そのマイクロ波は、誘電体リング４の輪の内部を、誘電体リング４の表面で反射しつつ伝送し、この誘電体リング４はマイクロ波の導波路になる。金属空洞筐体２の内壁面に接する誘電体リング４内を伝送するマイクロ波は、金属空洞筐体２の内壁面から水平な方向の電界を発生して誘電体リング４内を伝送する。

このマイクロ波の電界により誘電体リング４の周方向に磁界の渦が発生するため、マイクロ波が、誘電体リング４の各部分から金属空洞筐体２内に漏れ出して導入され、そのマイクロ波が金属空洞筐体２内にプラズマを発生する。このように、誘電体リング４が、マイクロ波を金属空洞筐体２内に効率良く導入することで、金属空洞筐体２に効率良くプラズマが発生させられ、効率良くマイクロ波エネルギーが消耗され、スリット３の部分からの反射が低減できる効果があった。

また、金属空洞筐体２内の導電性のガス導入管５を芯とするＴＥＭモードの共振電磁界と誘電体リング４（それで塞がれるスリット３）から発生する電界が、図５のように、電気接点部７の位置で最大に干渉して誘電体リング４から金属空洞筐体２に最も効率良くエネルギーが取り込まれる。更に、この干渉が最大になる誘電体リング４（スリット３）の位置は、電気接点部７の位置からの高さｈがｎ×λ／２±λ／８（ｎは整数）の高さでも、同様に最大の効率で誘電体リング４から金属空洞筐体２にエネルギーが取り込まれる。このことは実験でも確認した。誘電体リング４（スリット３）の位置が電気接点部７の位置にある場合は、整数ｎが０の場合に相当する。また、スリット３とそれを塞ぐ誘電体リング４を電気接点部７の下部に設置する場合も上の条件を満足すれば安定にプラズマが発生できる。

ここで、中空容器の形状によっては、中空容器の壁面からのマイクロ波の電力の反射が大きくなり電力の整合を取る事が難しくなる。特に容器の形が円柱ではなく四角柱の場合、マイクロ波の電力の反射が原因でプラズマ処理が不安定となってしまう傾向がある。これを防ぐ為にマイクロ波の入力エネルギーを大きくした場合、後に示す比較例２の実験の結果、マイクロ波が四角柱の中空容器６の側面の壁面を透過する際に中空容器６のプラスチックの壁を発熱させ変形させる知見を得た。そのため、図５のように、金属メッシュから成る電気接点部７からλ／８以下の高さにスリット３と誘電体リング４を設置し、スリット３の上部に中空容器６の開口部１０を配置し実験した。この実施例の構造を用いると、マイクロ波のエネルギーが中空容器６の壁面を透過しないので、中空容器６の壁面が加熱されることが無く、プラスチックの中空容器６の変形や中空容器６壁面からのマイクロ波の反射を避けることができる効果がある。また、中空容器６の形状が円柱状あるいは四角柱状等に形状が異なる場合にも、マイクロ波のエネルギーが中空容器６の壁面の形状に影響されずに安定し、かつ、効率良くプラズマＣＶＤが行える効果がある。

また、金属空洞筐体２内では、この誘電体リング４を金属空洞筐体２の筒の軸に関して回転対称な形に設置した。それにより、金属空洞筐体２内に、その金属空洞筐体２の軸に関して回転対称な電磁界を安定に生じさせる効果がある。誘電体リング４は、その各部から金属空洞筐体２内にマイクロ波を導入し、金属空洞筐体２内へのマイクロ波の供給部が金属空洞筐体２の軸に関して回転対称な誘電体リング４の全体に分散されてマイクロ波が供給されるので、金属空洞筐体２内に発生する電磁界をその軸に関して回転対称な形に安定させる。そして、その電磁界によりプラズマを、金属空洞筐体２の軸に対して回転対称で安定して偏り無く発生させる効果がある。すなわち、金属空洞筐体２へのマイクロ波の導入部分のスリット３の部分の近くに発生するプラズマと、スリット３から遠い位置に発生するプラズマの強さの違いを少なくしプラズマの強さの場所による偏りを低減できる効果がある。それにより、中空容器への成膜処理を均一に行える効果がある。

本装置で使用する誘電体リング４がマイクロ波を良く伝送する導波路になる条件として、図１に示す誘電体リング４の厚さａをλ／（４√εr）以下にし、図１および図２に示すリング幅ｂをλ／（４√εr）以下に形成した。ここで、εrは、誘電体リング４の材質の比誘電率である。この条件を満足する寸法の誘電体リング４が、誘電体導波路を形成し、マイクロ波のスリット３の部分からの反射量を小さくできる効果があった。誘電体リング４に使用する誘電体材はマイクロ波を透過する物を使用するが、マイクロ波による発熱を抑える為に誘電損失の小さな石英ガラスやポリテトラフルオロエチレンといった材質がより好ましい。特に、耐熱性に優れる石英ガラスが最も望ましい。２．４５ＧＨｚにおける石英ガラスの比誘電率εrは３．８であり、この場合の誘電体リング４の幅の上限の値を与えるλ／（４√εr）の値はおおむねλ／８になる。

導波管１に複数の金属空洞筐体２を接合する場合、図４のように、複数の金属空洞筐体２を導波管１の軸を含む平面に対して対称な位置に配置することができ、また、金属空洞筐体２を導波管１に接合する間隔は、ｍを自然数とし、ｍ×λ／２±１０ｍｍの間隔に配置することができる。これにより効率的にマイクロ波エネルギーを各金属空洞筐体２に分配することができる効果がある。後の実施例の実験の結果、図６の平面図のように導波管１の片側のみに複数の金属空洞筐体２を上式の条件の間隔で配置しても良い。また、図７の平面図のように導波管１の軸を含む平面に対して対称な位置に２つの金属空洞筐体２を配置しても良い。

次に、以下のようにして成膜する。薄膜を形成するためのＰＥＴボトル容器やプラスチックカップ等の中空容器６を金属空洞筐体２内部に設置して、金属空洞筐体２内を減圧する。次に、原料ガスをガス導入管５の側面及び天面に空けられた穴からコーティング対象容器の中空容器６内に注入する。中空容器６内の真空度を調整した状態で、マイクロ波発振機８が発生させたマイクロ波エネルギーを１本の導波管１に伝送させ、それから金属空洞筐体２内に導入する。このマイクロ波エネルギーが金属空洞筐体２内の中空容器６内の原料ガスにプラズマを発生させ中空容器６の内壁面に薄膜を形成する。

本装置によるプラズマ処理を行う容器はプラスチックや紙等の３次元中空容器６を対象としている。ここでは、中空容器６としてポリエチレンテレフタレート等のポリエステル
材料を原料とした容量５００ｍｌ平均肉厚０．５ｍｍの四角柱の形状をしたＰＥＴボトル容器を対象に、プラズマ助成式化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ法）により容器内面に薄膜を成膜した実施例を以下に示す。この実施例及び比較例の共通条件は以下の通りである。
＜共通条件＞
（１）金属空洞筐体２の内径：１００ｍｍ
（２）導波管１と金属空洞筐体２の結合部のスリット長Ｌ：６１ｍｍ
（３）マイクロ波発振機の周波数：２．４５ＧＨｚ（マイクロ波の波長λ＝１２２．４ｍｍ）
（４）中空容器６の種類： ５００ｍｌ ＰＥＴボトル
（５）誘電体リングの外径： ８０±１０ｍｍ
（６）誘電体リングの内径： ６０±１０ｍｍ。

図１〜４のように金属空洞筐体２の内部の円筒状の空間に、その筒の中心軸上に導電性を有する材料で構成されたガス導入管５を配置した。ガス導入管５は、金属空洞筐体２の金属メッシュから成る平面状の電気接点部７に電気接続して設置し、その電気接点部７を金属空洞筐体２に電気接続して設置した。金属空洞筐体２の金属メッシュは、２〜１０ｍｍ程度の厚みの金属で形成した。金属空洞筐体２の内壁の円筒状の空間の内径はマイクロ波の同軸高次モードの共振を発生しないように１２０ｍｍ以下が望ましい。本実施例では、その金属空洞筐体２の内壁の内径は、コーティング対象の中空容器６のＰＥＴボトル容器を容易に出し入れすることが可能な１１０ｍｍに設定した。同様に円筒空間の高さについても中空容器６を入れるに十分な値１３０〜２５０ｍｍの範囲が好ましく、本実施例では２４０ｍｍに設定した。ガス導入管５の長さは原料ガスが中空容器６内部に均一に供給されるために中空容器６の底面とガス導入管５の先端部分の間隙を５〜３０ｍｍの範囲の値にすることが望ましい。プラズマ処理を行う際にガス導入管５を固定している電気接点部７の金属メッシュの穴から気体を排出するようにし、金属空洞筐体２内部をプラズマ発生に最適な減圧環境に保った。なお、気体は電気接点部７以外の個所から排出するようにして電気接点部７を金属板で形成することも可能である。誘電体リング４の材質は石英ガラス（εr＝３．８）を用いた。この誘電体リング４は、その厚さａをλ／（４√εr）以下、すなわち１５．７ｍｍ以下である９ｍｍに形成し、リング幅ｂを１５．７ｍｍ以下の１０ｍｍに形成した。すなわち、誘電体リング４の形は、厚さ９ｍｍ、内径６０ｍｍ、外径８０ｍｍのリング形状に加工した物を使用した。

薄膜形成を行うための原料ガスは、主ガスとしてヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（以下ＨＭＤＳＯと記載）またはテトラ・メチル・ジ・シロキサンなどを用いることが可能であり、サブガスとして酸素、窒素といったものを用いた。これらの原料ガスはガス導入管５の側面及び天面に空けられた穴から中空容器６の内部に供給する。上記の原料ガスを使用して形成される薄膜は、いわゆるセラミック層ＳｉＯｘＣy（ｘ＝１〜２．２、ｙ＝０．３〜３）を主成分とするものである。

次に成膜プロセスについて以下に示す。薄膜を形成するための中空容器６を金属空洞筐体２内に設置して、金属空洞筐体２内部を１．３３３Ｐａ（パスカル）まで真空装置で吸引して減圧環境を保つ。次に中空容器６の内壁面に炭酸ガスや酸素に対するバリア性の薄膜コーティングを行うための原料ガスＨＭＤＳＯをガス導入管５から、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６内の真空度を１３．３３Ｐａの真空圧力に調整した。その状態において、マイクロ波発振機８からマイクロ波エネルギーを金属空洞筐体２内に約５秒間にわたり供給した。このときマイクロ波発振機８から供給されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、１つの金属空洞筐体２あたりに供給する電力を３００〜４００Ｗの値に設定した。導波管１に入力されたマイクロ波エネルギーはスリット３を通して金属空洞筐体２の内部に供給された原料ガスにプラズマを発生させ薄膜を形成した。

実施例１と実施例２では、マイクロ波の金属空洞筐体２への入力電力を変えてプラズマＣＶＤ処理を行った。比較例１と比較例２では、誘電体リング４を設置せず、誘電体リング４の位置に金属リングを設置してプラズマＣＶＤ処理を行った。また、この比較例では、導波管１と金属空洞筐体２の接合部にスリット３に代わる開口を形成し、電気接点部７の位置からその開口の中心点までの高さｈは１００ｍｍとした。比較例３では、実施例１および２に対して、電気接点部７の位置からスリット３の中心点までの高さｈと誘電体リング４の厚さａを変えてプラズマＣＶＤ処理を行った。実施例３と実施例４では、導波管１に２台の金属空洞筐体２を適正な位置に設置し実験し、実施例５では、４台を適正な位置に設置した場合を実験した。比較例４と５では、２台の金属空洞筐体２の設置位置を実施例３と異ならせて実験した。比較例６では、２台の金属空洞筐体２の設置位置を実施例４と異ならせて実験した。

＜実施例１＞
実施例１では、金属メッシュから成る電気接点部７の上面からスリット３の高さｈは、λ／８＝１５．３ｍｍ以下の４．５ｍｍに設置し、誘電体リングの厚さａは、λ／（４√εr）＝１６ｍｍ以下の９ｍｍ（幅ｂは１０ｍｍ）に設定した。以下に、実施例１で設定した条件を記す。
（実施例１の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： １台のみ接合（配置を図１と図２に示す）
（４）入力電力： ３００Ｗ
（５）反射電力： １３Ｗ
実施例１の実験の結果、反射電力が少なく中空容器６内に良好にプラズマが発生され、表１に示す中空容器６の酸素のバリア性も良好な値を示した。

＜実施例２＞
実施例２は、実施例１と同じ構造にし、金属空洞筐体２の入射するマイクロ波の電力を増した。以下に、実施例２で設定した条件を記す。
（実施例２の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： １台のみ接合（配置を図１と図２に示す）
（４）入力電力： ３３０Ｗ
（５）反射電力： １７Ｗ
実施例２の実験の結果、反射電力が少なく中空容器６内に良好にプラズマが発生され、表１に示す中空容器６の酸素のバリア性も良好な値を示した。

＜比較例１＞
比較例１では、誘電体リング４を設置せず、誘電体リング４の位置に金属リングを設置してプラズマＣＶＤ処理を行った。また、この比較例では、スリット３に代わる導波管の開口を形成し、電気接点部７の位置からその開口の中心点までの高さｈは１００ｍｍとした。以下に、比較例１で設定した条件を記す。
（比較例１の条件）
（１）導波管の開口の高さｈ： １００ｍｍ
（２）誘電体リング： 設置せず（金属リングで置き換え）
（３）金属空洞筐体： １台のみ接合（配置を図１と図２に示す）
（４）入力電力： ３００Ｗ
（５）反射電力： ４２Ｗ
比較例１の実験の結果、マイクロ波のスリット３の部分から導波管１への反射電力が大きく、中空容器６内のプラズマが不安定になり、表１に示す中空容器６の酸素のバリア性が低下した。

＜比較例２＞
比較例２では、比較例１と同じ構造にし、金属空洞筐体２の入射するマイクロ波の電力を増した。以下に、比較例２で設定した条件を記す。
（比較例２の条件）
（１）導波管の開口の高さｈ： １００ｍｍ
（２）誘電体リング： 設置せず（金属リングで置き換え）
（３）金属空洞筐体： １台のみ接合（配置を図１と図２に示す）
（４）入力電力： ３５０Ｗ
（５）反射電力： ６２Ｗ
比較例２では比較例１より入射電力を高く設定したが、その結果、導波管の開口がある側の中空容器６の側面が発熱により変形した。

＜比較例３＞
比較例３では、誘電体リング４は設定したが、スリット３の高さｈを、λ／８＝１５．３ｍｍを超える１８ｍｍに設定し、また、誘電体リングの厚さも、λ／（４√εr）＝１６ｍｍを超える３６ｍｍ（幅ｂは１０ｍｍ）に設定した。以下に、比較例３で設定した条件を記す。
（比較例３の条件）
（１）スリット高さｈ： １８ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ３６ｍｍ
（３）金属空洞筐体： １台のみ接合（配置を図１と図２に示す）
（４）入力電力： ３００Ｗ
（５）反射電力： ２８２Ｗ
比較例３の場合は、マイクロ波の反射電力が大きく、中空容器５内部にプラズマの発生は確認できなかった。

（表１：実験結果）
酸素のバリア性
容器変形 （fmol/ Pa/ｓ/ｍ²） 評価
実施例１ なし １．０６ ○
実施例２ なし １．１１ ○
比較例１ なし ２．９３ △
比較例２ あり −−−− ×
比較例３ なし １８．２３ ×
以上の実験の結果、スリット３と誘電体リング４の位置は、金属メッシュから成る電気接点部７の上面からλ／８以下の高さに設置する場合に、良好なプラズマＣＶＤ処理が行えることがわかった。

＜実施例３＞
実施例３では、金属空洞筐体２の内部の構造は実施例１と同じ構造にし、図６の平面図に示すように、２台の金属空洞筐体２を１本の導波管１の側面に設置した。以下に、実施例３で設定した条件を記す。
（実施例３の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： ２台接合（図６：金属空洞筐体Ａ、Ｂ）
（４）金属空洞筐体Ａ、Ｂを設置する導波管位置（間隔が１８０ｍｍ）
（５）入力電力： ７５０Ｗ（２台分）
（６）反射電力： ５２Ｗ（２台分）
実施例３の実験の結果、中空容器６内に良好にプラズマが発生され、表２に示す中空容器６の酸素のバリア性も良好な値を示した。

＜実施例４＞
実施例４では、金属空洞筐体２の内部の構造は実施例１と同じ構造にし、図７の平面図に示すように、２台の金属空洞筐体２を１本の導波管１に対して対称な位置に設置した。以下に、実施例４で設定した条件を記す。
（実施例４の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： ２台接合（図７：金属空洞筐体Ａ、Ｃ）
（４）金属空洞筐体Ａ、Ｃを設置する導波管位置（導波管の軸を含む平面に対して対象な位置）
（５）入力電力： ７５０Ｗ（２台分）
（６）反射電力： ２９Ｗ（２台分）
実施例４の実験の結果、中空容器６内に良好にプラズマが発生され、表２に示す中空容器６の酸素のバリア性も良好な値を示した。

＜実施例５＞
実施例５では、金属空洞筐体２の内部の構造は実施例１と同じ構造にし、図８の平面図に示すように、４台の金属空洞筐体２を１本の導波管１に対して対称な位置に設置した。以下に、実施例５で設定した条件を記す。
（実施例５の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： ２台接合（図８：金属空洞筐体Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）
（４）金属空洞筐体Ａ−Ｃ、Ｂ−Ｄを設置する導波管位置（間隔が１８０ｍｍ）
（５）入力電力： １５００Ｗ（４台分）
（６）反射電力： ４３Ｗ（４台分）
実施例５の実験の結果、中空容器６内に良好にプラズマが発生され、表２に示す中空容器６の酸素のバリア性も良好な値を示した。

＜比較例４＞
比較例４では、金属空洞筐体２の内部の構造とスリット３は実施例３と同じ構造にし、図９の平面図に示すように、２台の金属空洞筐体２を１本の導波管１の側面に設置する間隔を実施例３と異ならせた。以下に、比較例４で設定した条件を記す。
（比較例４の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： ２台接合（図９：金属空洞筐体Ａ、Ｂ）
（４）金属空洞筐体Ａ、Ｂを設置する導波管位置（間隔が１４５ｍｍ）
（５）入力電力： ７５０Ｗ（２台分）
（６）反射電力： ３８５Ｗ（２台分）
比較例４の実験の結果、比較例４では反射電力が大きく、中空容器６内のプラズマが安定せず、金属空洞筐体２間でプラズマ発光状態が異なった。表２に示すよう、プラズマが発生した金属空洞筐体２の中空容器６は酸素バリア性が良好な値を示したが、プラズマが発生しなかった金属空洞筐体の中空容器６は、プラズマＣＶＤ処理を行わない中空容器と
同程度の値となった。

＜比較例５＞
比較例５では、金属空洞筐体２の内部の構造とスリット３は実施例３と同じ構造にし、図９の平面図に示すように、２台の金属空洞筐体２を１本の導波管１の側面に設置する間隔を実施例３と異ならせた。以下に、比較例５で設定した条件を記す。
（比較例５の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： ２台接合（図９：金属空洞筐体Ａ、Ｂ）
（４）金属空洞筐体Ａ、Ｂを設置する導波管位置（間隔が１５５ｍｍ）
（５）入力電力： ７５０Ｗ（２台分）
（６）反射電力： ３８５Ｗ（２台分）
比較例５の実験の結果、比較例５では反射電力が大きく、中空容器６内のプラズマが安定せず、金属空洞筐体２間でプラズマ発光状態が異なった。表２に示すよう、プラズマが発生した金属空洞筐体２の中空容器６は酸素バリア性が良好な値を示したが、プラズマが発生しなかった金属空洞筐体の中空容器６は、プラズマＣＶＤ処理を行わない中空容器と同程度の値となった。

＜比較例６＞
比較例６では、金属空洞筐体２の内部の構造とスリット３は実施例４と同じ構造にし、図１０の平面図に示すように、２台の金属空洞筐体２を１本の導波管１に対して非対称な位置に設置した。以下に、比較例５で設定した条件を記す。
（比較例６の条件とその反射電力）
（１）スリット高さｈ： ４．５ｍｍ
（２）誘電体リング厚ａ： ９ｍｍ
（３）金属空洞筐体： ２台接合（図１０：金属空洞筐体Ａ、Ｃ）
（４）金属空洞筐体Ａ、Ｃを設置する導波管位置（導波管の軸方向の間隔が３０ｍｍ）
（５）入力電力： ７５０Ｗ（２台分）
（６）反射電力： ３４０Ｗ（２台分）
比較例６の実験の結果、比較例５では反射電力が大きく、中空容器６内のプラズマが安定せず、金属空洞筐体２間でプラズマ発光状態が異なった。表２に示すよう、プラズマが発生した金属空洞筐体２の中空容器６は酸素バリア性が良好な値を示したが、プラズマが発生しなかった金属空洞筐体の中空容器６は、プラズマＣＶＤ処理を行わない中空容器と同程度の値となった。

（表２：実験結果）
酸素のバリア性
容器変形 （fmol/ Pa/ｓ/ｍ²） 評価
実施例３ なし １．１３ ○
実施例４ なし １．１８ ○
実施例５ なし １．２４ ○
比較例４ なし １．２６〜１４．２ ×
比較例５ なし １．１９〜１４．４ ×
比較例６ なし １．１９〜１４．２ ×。

以上の実験の結果、図６の平面図の実施例３のように導波管１の片側のみに複数の金属空洞筐体２を上式の条件の間隔で配置しても良い。また、図７の平面図の実施例４のように導波管１の軸を含む平面に対して対称な位置に２つの金属空洞筐体２を配置しても良い。結局、複数の金属空洞筐体２を導波管１の軸を含む平面に対して対称な位置に配置する
ことができ、また、金属空洞筐体２を導波管１に接合する間隔を、ｍを自然数とし、ｍ×λ／２±１０ｍｍの間隔に配置することができる。この条件で複数の金属空洞筐体２を導波管１の側面に接合することにより効率的にマイクロ波エネルギーを各金属空洞筐体２に分配することができ、全ての金属空洞筐体２内で安定したプラズマＣＶＤ処理を行える効果があることがわかった。

本発明の実施例の、プラズマＣＶＤによる容器処理装置の概略の縦断面を示す側面図である。 本発明の実施例の、プラズマＣＶＤによる容器処理装置の概略の横断面を示す平面図である。 本発明の実施例の、複数の金属空洞筐体を用いたプラズマＣＶＤによる容器処理装置の概略の縦断面を示す側面図である。 本発明の実施例の、複数の金属空洞筐体を用いたプラズマＣＶＤによる容器処理装置の概略の横断面を示す平面図である。 本発明の、プラズマＣＶＤによる容器処理装置のスリットと誘電体リングと中空容器の開口部の配置部分を拡大した断面図である。 本発明の実施例のプラズマＣＶＤによる容器処理装置に、導波管の軸方法に２台の金属空洞筐体を配置した概略を示す平面図である。 本発明の実施例のプラズマＣＶＤによる容器処理装置に、導波管の軸を含む平面に対称に２台の金属空洞筐体を配置した概略を示す平面図である。 本発明の実施例の、４台の金属空洞筐体を用いたプラズマＣＶＤによる容器処理装置の概略の縦断面を示す側面図である。 導波管の軸方法に２台の金属空洞筐体を配置した比較例のプラズマＣＶＤによる容器処理装置の概略を示す平面図である。 導波管の軸を含む平面に非対称に２台の金属空洞筐体を配置した比較例のプラズマＣＶＤによる容器処理装置の概略を示す平面図である。

符号の説明

１・・・導波管
２・・・金属空洞筐体
３・・・スリット
４・・・誘電体リング
５・・・ガス導入管
６・・・中空容器
７・・・電気接点部
８・・・マイクロ波発振機
９・・・給電点
１０・・・開口部

Claims (5)

1. 中空容器を処理する容器処理装置が、マイクロ波を供給する導波管に、前記導波管の軸方向に直交する方向に軸を有する筒状の金属空洞筐体の側面が接合され、前記導波管と前記金属空洞筐体の接合面に前記金属空洞筐体の筒の軸に直交する方向のスリットを形成することにより前記導波管内の空間と前記金属空洞筐体内の空間を結合し、前記金属空洞筐体の内壁に添って前記金属空洞筐体の筒の軸の周りを一周する誘電体リングによるマイクロ波の導波路を設置し、前記誘電体リングで前記スリットを塞ぎ、導電性を有するガス導入管を前記金属空洞筐体の筒の軸に平行に設置し、前記ガス導入管に垂直な平面状の導電性を有する電気接点部を前記中空容器の下部に設置し、前記ガス導入管を前記電気接点部に電気接続し、前記電気接点部を前記金属空洞筐体に電気接続し、前記スリットの前記電気接点部からの高さを、前記マイクロ波の波長をλとすると、λ／２の整数倍±λ／８の高さに形成し、前記中空容器の開口部から前記ガス導入管を差し込んで前記中空容器を前記金属空洞筐体内に設置することを特徴とするプラズマＣＶＤによる容器処理装置。
2. 前記マイクロ波の波長をλとし、前記誘電体リングの比誘電率をεｒとする場合に、前記誘電体リングの厚さおよび幅がλ／（４√εｒ）以下であることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤによる容器処理装置。
3. 前記マイクロ波の波長をλとする場合に、前記金属空洞筐体が前記導波管の軸方向に、λ／２の自然数倍±10ｍｍの間隔で前記導波管の側面に複数接合されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤによる容器処理装置。
4. ２台の前記金属空洞筐体が前記導波管の軸を含む平面に対称な位置の前記導波管の側面に接合されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のプラズマＣＶＤによる容器処理装置。
5. 前記スリットを前記電気接点部の上の高さがλ／８以下の位置に形成し、かつ、前記スリットよりも高い位置に前記中空容器の前記開口部が設置されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載のプラズマＣＶＤによる容器処理装置。