JP5809711B2 - 薄膜の成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
なお、この場合、前記容器用チャンバを上側に配置し、前記発熱体保護用チャンバを下側に配置してもよい。この態様によれば、成膜時に発熱体を発熱体保護用チャンバから容器用チャンバに挿入する際に、容器を倒立状態にしておき、発熱体を上昇させるだけでよい。また、成膜後に発熱体を容器から引き抜いて発熱体保護用チャンバに戻す際に、発熱体を下降させるだけでよい。したがって、発熱体の駆動機構に昇降用電動シリンダ等の単純な機構を採用することができる。
この態様によれば、開閉ゲートを開くことにより、容器を容器用チャンバに出し入れすることができる。そして、開閉ゲートを閉じて容器用チャンバを気密にした後に真空ポンプにより容器用チャンバ内の真空引きをすることができる。
この態様によれば、容器移送装置により、未処理の容器を所定位置、例えばコンベアの搬送面から容器用チャンバに移送することができ、また処理済の容器を容器用チャンバから所定位置、例えばコンベアの搬送面に移送することができる。
発熱体保護用チャンバにおいて容器を正立状態で成膜処理する場合には、容器移送装置は、所定位置、例えばコンベアの搬送面上にある未処理の容器を保持して容器用チャンバに移送する。また、容器移送装置は、処理済の容器を容器用チャンバから取り出した後に、所定位置、例えばコンベアの搬送面上に移送する。
(1)熱変形の観点で成膜時間の制約となりうる箇所は、短時間のみ成膜することが可能となり、他の部分は十分に成膜でき、その結果、容器全体のバリア性の向上が容易となる。
(2)容器の用途・要求外観品質に応じた膜厚分布の形成が容易となる。グラデーションがある呈色などを実現することが可能となる。
(3)従来は、容器熱変形を防止する策として、発熱体が完全挿入された後に成膜を開始することがあったが、本発明によれば、発熱体の容器への挿入段階から成膜を開始できるため、サイクルタイムの削減が可能となる。
(4)発熱体を常に真空状態で保持することができるため、発熱体の劣化を防止することができ、成膜機能が低下することがない。
(5)容器出入用チャンバのみを真空と大気開放を繰り返すようにし、成膜専用チャンバは常に真空状態にしているため、成膜時にはボトル出入用チャンバのみを真空引きすればよい。したがって、成膜時における真空チャンバ全体の真空引き時間を短縮することができ、サイクルタイムを短くすることができる。
(6)容器をボトル出入用チャンバに投入した後に容器出入用チャンバを大気圧から真空引きして所定の真空圧になったときに、容器出入用チャンバより低い真空圧にある成膜専用チャンバと連通させることにより、容器出入用チャンバの真空圧を下げることができる。すなわち、成膜専用チャンバが真空バッファ機能を果たすため、容器出入用チャンバの真空引き時間を短縮することができ、サイクルタイムを短くすることができる。
(7)容器出入用チャンバと成膜専用チャンバとの間で複数の容器を昇降させることにより、複数の未処理の容器をボトル出入用チャンバから成膜専用チャンバに供給して複数の容器を同時に成膜処理することができる。また、複数の処理済の容器を成膜専用チャンバから容器出入用チャンバに取り出すことができる。
図1および図2は、本発明に係る薄膜の成膜装置の第1の実施形態を示す図である。
図1は、本発明の第1の実施形態の第1の実施形態に係る薄膜の成膜装置の全体構成を示す模式的断面図である。図2は図1に示す成膜装置の側断面図である。図1および図2に示すように、本発明の薄膜の成膜装置は、真空チャンバを成膜用チャンバ1と発熱体保護用チャンバ2の2つに分割した構成を備えている。成膜用チャンバ1は上側に配置され、発熱体保護用チャンバ2は下側に配置されている。成膜用チャンバ1の容積は発熱体保護用チャンバ2の容積より小さく設定されている。成膜用チャンバ1と発熱体保護用チャンバ2は、真空隔離手段としてのゲートバルブ3を介して連結されている。成膜用チャンバ1は連結部1aを介して真空排気手段としての真空ポンプ(図示せず)に連結されており、成膜用チャンバ1内は真空ポンプによって真空引きされるようになっている。また、成膜用チャンバ1は、ペットボトル4を成膜用チャンバ1に出し入れする際に開閉する扉又はシャッタ(図示せず)を備えている。成膜用チャンバ1内には、ペットボトル4を倒立状態で保持するボトル保持部11が設置されている。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜の成膜装置の全体構成を示す模式的断面図である。図4は図3に示す薄膜の成膜装置の側断面図である。図3および図4に示すように、本発明の薄膜の成膜装置は、装置フレームF内に成膜専用チャンバ31とボトル出入用チャンバ32の2つのチャンバを備えている。成膜専用チャンバ31は下側に配置され、ボトル出入用チャンバ32は上側に配置されている。成膜専用チャンバ31とボトル出入用チャンバ32は、真空隔離手段としてのゲートバルブ33を介して連結されている。
図4に示すように、装置フレームF内には、直立状態のペットボトル4を搬送するコンベア70が設置されている。コンベア70に並列して、コンベア70上のペットボトル4に定間隔を形成するためのピッチ割り用のスクリュー71が配置されている。また、コンベア70に隣接してペットボトル4を反転するための反転装置57が設置されている。
本発明の対象である発熱体CVD法には、以下の特徴がある。
(1)発熱体に近いほど、成膜速度が大きく、また容器に対する熱負荷が大きい。
通常は1cm〜10cmが、数Paの真空下では成膜に適した距離とされる。
(2)結果として、立体容器に成膜する場合、発熱体と容器との距離と、発熱体の加熱時間により、立体容器の各部位に形成される膜厚(膜質)および熱負荷が決まることになる。
(3)膜厚および膜質は、各部位のバリア性及び呈色を決め、熱負荷は、熱変形の有無を決めることになる。熱変形した場合、一般にはその立体容器の商品価値がなくなる。
(4)立体容器には、用途により、容器全体のバリア性のほか、好ましい膜厚や呈色の分布があり、また、形状により、薄膜形成速度が速い/遅いところ、ならびに、熱負荷が高く/低くなりやすい部位が生じる。
図6は、容器と発熱体とを示す模式図である。図7は、発熱体と容器内面までの距離と、発熱体と容器の相対移動速度との関係を示すグラフである。厳密には、同質の薄膜の形成速度が、発熱体と容器内面までの距離に比例する場合の事例を用いて説明する。図6には、立体容器の輪郭(実線で示す)と発熱体通過位置(点線で示す)とが図示されている。図6に示すように、容器の口部から底部に向かう容器の軸心方向をx軸、容器の軸心から容器内面に向かう半径方向をY軸とすると、発熱体通過位置は容器の軸心方向(x軸)と一致している。容器の口部(x=0)から容器の底部(x=100)までにおける発熱体と容器内面までの距離(Y軸)をプロットすると、図7の細い実線のように表すことができる。図示するように、発熱体と容器内面までの距離は変動する。この距離の変動に応じて、発熱体と容器の相対移動速度を図7の太い実線で示すように可変にする。すなわち、発熱体と容器内面までの距離が近い箇所では、相対移動速度を速くし、発熱体と容器内面までの距離が遠い箇所では、相対移動速度を遅くする。この可変速移動手段の例としては、
1)サーボモーター、ステッピングモーター
2)電磁制御スピードコントローラー付きエアシリンダー
3)機械式(カムとカムフォロワー)などがある。
(1)バリア性向上(容器熱変形防止)
熱変形の観点で成膜時間の制約となりうる箇所は、短時間のみ成膜することが可能となり、他の部分は十分に成膜でき、結果、容器全体のバリア性の向上が容易となる。
(2)呈色調整
容器の用途・要求外観品質に応じた膜厚分布の形成が容易となる。グラデーションがある呈色などを実現することが可能となる。
(3)生産性向上
これまでは、容器熱変形を防止する策として、発熱体が完全挿入された後に成膜を開始することがあったが、本発明によれば、発熱体の容器への挿入段階から成膜を開始できるため、サイクルタイムの削減が可能となる。
1a 連結部
2 発熱体保護用チャンバ
2a 連結部
3 ゲートバルブ
4 ペットボトル
11 ボトル保持部
21 発熱体
22 発熱体ユニット
23 発熱体ユニット昇降用電動シリンダ
25 ガス供給管
31 成膜専用チャンバ
31a,32a 連結部
32 ボトル出入用チャンバ
33 ゲートバルブ
42 発熱体
43 ガス供給管
44 発熱体ユニット
51 ボトル昇降装置
56 開閉ゲート
57 反転装置
58 チャック
60 ボトルハンドリング装置
62 往復移動機構
63 昇降軸
64 吸着ヘッド
70 コンベア
71 スクリュー
F 装置フレーム
VP1,VP2 真空ポンプ
Claims (15)
- 発熱体を用いて真空状態で容器の表面に成膜を行うための真空チャンバと、
前記真空チャンバを真空引きする真空排気手段と、
前記真空チャンバの真空引き開始後に、前記真空チャンバ内で容器と発熱体とを相対的に移動させる相対移動手段と、を備え、
前記真空チャンバは、前記容器を出し入れするための容器用チャンバと、前記発熱体を真空状態で保持するための発熱体保護用チャンバとに分割され、
前記容器用チャンバと前記発熱体保護用チャンバとの間には、真空隔離手段が設けられていることを特徴とする薄膜の成膜装置。 - 前記容器用チャンバと前記発熱体保護用チャンバをそれぞれ個別の真空排気手段に連結したことを特徴とする請求項1記載の薄膜の成膜装置。
- 前記容器用チャンバは、容器の成膜時に大気圧から真空引きされて真空状態とされ、成膜完了後に大気圧に戻されることを特徴とする請求項1記載の薄膜の成膜装置。
- 前記容器用チャンバを成膜完了後に大気圧へ戻すときに前記真空隔離手段が閉じて前記発熱体保護用チャンバが真空状態に維持されることを特徴とする請求項3記載の薄膜の成膜装置。
- 前記真空隔離手段は、前記容器用チャンバが真空引きされているときに開き、前記容器用チャンバと前記発熱体保護用チャンバとを連通させることを特徴とする請求項4記載の薄膜の成膜装置。
- 前記相対移動手段は、前記発熱体を前記発熱体保護用チャンバと前記容器用チャンバとの間で移動させるように設けられ、それにより、前記容器用チャンバが前記容器の成膜を行うための成膜用チャンバとして設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の薄膜の成膜装置。
- 前記発熱体は、前記真空隔離手段が開いた後に前記容器用チャンバ内に挿入され、成膜完了後に前記発熱体保護用チャンバに戻されることを特徴とする請求項6記載の薄膜の成膜装置。
- 前記真空隔離手段は、成膜完了後に前記発熱体が前記発熱体保護用チャンバに戻された後に、閉じることを特徴とする請求項7記載の薄膜の成膜装置。
- 前記相対移動手段は、前記容器を前記容器用チャンバと前記発熱体保護用チャンバとの間で移動させるように設けられ、それにより、前記発熱体保護用チャンバが前記容器の成膜を行うための成膜用チャンバとして設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の薄膜の成膜装置。
- 前記真空隔離手段が開いた後に前記容器が前記発熱体保護用チャンバ内に挿入され、成膜完了後に前記容器が前記容器用チャンバに戻されることを特徴とする請求項9記載の薄膜の成膜装置。
- 前記真空隔離手段は、成膜完了後に前記容器が前記容器用チャンバに戻された後に、閉じることを特徴とする請求項10記載の薄膜の成膜装置。
- 前記容器用チャンバは、該容器用チャンバに容器を出し入れするための開閉ゲートを備えていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項記載の薄膜の成膜装置。
- 未処理の容器を所定位置から前記容器用チャンバに移送するとともに処理済の容器を前記容器用チャンバから所定位置に移送する容器移送装置を備えたことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項記載の薄膜の成膜装置。
- 前記所定位置は、コンベア上の位置であることを特徴とする請求項13記載の薄膜の成膜装置。
- 発熱体を用いて真空状態で容器の表面に成膜を行うための真空チャンバが、前記容器を出し入れするための容器用チャンバと、前記発熱体を真空状態で保持するための発熱体保護用チャンバとに分割され、前記容器用チャンバと前記発熱体保護用チャンバとの間には、真空隔離手段が設けられた成膜装置を用いて前記容器の表面に成膜する薄膜の成膜方法であって、
前記発熱体保護用チャンバが真空状態にあるときに前記真空隔離手段を閉じて前記発熱体保護用チャンバの真空状態を維持しつつ、前記容器用チャンバに対して前記容器を出し入れする手順と、
前記容器用チャンバが真空引きされているときに前記真空隔離手段を開いて前記容器用チャンバと前記発熱体保護用チャンバとを連通させる手順と、
前記真空隔離手段が開いた後に前記容器と前記発熱体とを相対的に移動させて成膜を行う手順と、を備えた薄膜の成膜方法。
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