JP6517656B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、容器の表面に真空状態で薄膜を成膜する成膜装置に関する。

ペットボトル等のプラスチック容器のガスバリア性を向上させるため、容器の表面にガスバリア性を有する薄膜を成膜する成膜装置が知られている。例えば、ペットボトルの表面に対する成膜を真空状態で行う成膜専用チャンバ３１と、成膜専用チャンバ３１に対するペットボトルの出し入れを真空状態で行うボトル出入用チャンバ３２と、成膜専用チャンバ３１とボトル出入用チャンバ３２と隔離可能なゲートバルブ３３とを備えた成膜装置が知られている（特許文献１）。また、このタイプの成膜装置とは異なり、ロードロックチャンバ４内のペットボトルを成膜チャンバ６内に引き込んでゲートバルブ２０を閉じてから成膜処理を実施する成膜装置も知られている（特許文献２）。

国際公開第２０１３／０９９９６０号 国際公開第２０１４／１０３６７７号

特許文献１のようなタイプの成膜装置は、成膜チャンバとロードロックチャンバとを真空状態にしてからゲートバルブを開いて成膜チャンバとロードロックチャンバとを連通させる。そして、昇降装置によってロードロックチャンバ内のペットボトルを成膜チャンバ内に移動させて成膜処理を実施する。成膜処理時にはゲートバルブが開かれているので成膜チャンバ内の成膜ガスがロードロックチャンバ内に拡散する。昇降装置はロードロックチャンバ内に設置されているため、ロードロックチャンバ内に拡散した成膜ガスの結晶がゲートバルブや昇降装置に付着する可能性がある。特に、ゲートバルブの弁体部分や昇降装置の軸摺動部に付着した結晶により、これらのシール性や動作に支障をきたすおそれがある。

また、特許文献２のようなタイプの成膜装置は、成膜チャンバ内にペットボトルを引き込む機構が成膜チャンバ内に設けられているので、その機構が成膜時に成膜ガスに曝される。そのため、上述した弊害が特許文献１のようなタイプの成膜装置よりも深刻化するおそれがある。

そこで、本発明は、成膜ガスがロードロックチャンバ側に拡散することを防止できる成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の成膜装置（１）は、容器（ＰＢ）の表面に真空状態で成膜するための成膜チャンバ（２）と、前記成膜チャンバと接続され、前記容器を前記成膜チャンバに対して真空状態で出し入れするためのロードロックチャンバ（３）と、前記成膜チャンバと前記ロードロックチャンバとを隔離する閉位置と前記成膜チャンバと前記ロードロックチャンバとを連通する開位置との間で動作する真空隔離手段（６）と、前記真空隔離手段が前記開位置の状態で、前記ロードロックチャンバ内の前記容器を前記成膜チャンバ内へ移動可能な移動機構（１０）と、を備え、前記移動機構は、前記容器を支持し、かつ前記容器が前記成膜チャンバ内へ移動した状態で前記成膜チャンバを密封する容器支持手段（１１）を有するものである。

この成膜装置によれば、真空隔離手段が開位置の状態でロードロックチャンバ内の容器を成膜チャンバ内へ移動した際に容器支持手段によって成膜チャンバが密封される。成膜チャンバが密封されることによって、ロードロックチャンバ及び真空隔離手段から成膜チャンバが隔離された状態で成膜処理を行うことができる。したがって、成膜ガスがロードロックチャンバ側に拡散することを防止できる。

ロードロックチャンバ側への成膜ガスの拡散を防止できる限度で、容器支持手段による成膜チャンバの密封はどのような態様で実現してもよい。例えば、本発明の成膜装置の一態様において、前記成膜チャンバは、前記真空隔離手段が前記開位置の状態で前記ロードロックチャンバ側に露出する端面（２ａ）を有し、前記容器支持手段は、前記容器を支持するとともに、前記容器が前記成膜チャンバ内へ移動した状態で前記成膜チャンバの前記端面と突き当たることにより前記成膜チャンバを密封する容器支持台（１４）を含んでもよい。この態様によれば、成膜チャンバの端面と容器支持台とが対向することになるので、成膜チャンバの内周面と容器支持台の周囲との間でシールする場合と比較して、容器支持台の位置ずれによってシール性が低下しにくい利点がある。

上記の態様において、前記成膜チャンバの前記端面と前記容器支持台とが突き当たった際に前記端面と前記容器支持台とのシール性を高めるためのシール部材（１８）を更に備えてもよい。成膜チャンバの端面と容器支持台とが突き当たる際に、これらの間にシール部材が介在するため成膜チャンバの密封度が向上する。

なお、以上の説明では、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明の成膜装置によれば、容器支持手段によって成膜チャンバが密封されることによって、ロードロックチャンバ及び真空隔離手段から成膜チャンバが隔離された状態で成膜処理を行うことができる。これにより、成膜ガスがロードロックチャンバ側に拡散することを防止できる。

本発明の一形態に係る成膜装置の要部を示した図。 図１のII-II線に関する断面図。 図２の部分拡大図。 ペットボトルを成膜装置に供給するプロセスを示した図。 密封時の状態を示した部分拡大図。

図１及び図２に示された成膜装置１は、容器であるペットボトルＰＢの表面（本形態では内面）に触媒化学気相成長法によって金属の薄膜を成膜するＣａｔ−ＣＶＤ装置として構成されている。成膜装置１は複数本（本形態では６本）のペットボトルＰＢを同時に成膜処理できる。成膜装置１は真空状態で成膜処理が実施される成膜チャンバ２と、成膜チャンバ２と互いの内部空間が通じるように接続されていてペットボトルＰＢを成膜チャンバ２に対して真空状態で出し入れするロードロックチャンバ３とを備える。成膜チャンバ２及びロードロックチャンバ３にはそれらの内部を真空状態とするため不図示の真空ポンプがそれぞれ接続されている。

成膜チャンバ２の上部は図１に模式的に示された触媒体ユニット４にて塞がれている。触媒体ユニット４は加熱通電される触媒体を成膜チャンバ２内に出し入れするとともに成膜ガスの供給及び排出を行う装置である。触媒体ユニット４は周知の構成であるので詳細な説明を省略する。ロードロックチャンバ３の下方には、ロードロックチャンバ３の下部の開口を開閉する開閉部材の一例としてのリッド５が設けられている。ロードロックチャンバ３の下部はリッド５にて開閉される。図１の実線の状態はロードロックチャンバ３の下部がリッド５にて塞がれた状態であり、二点鎖線の状態はロードロックチャンバ３の下部がリッド５にて開放された状態である。リッド５の駆動は、支持部５ａに連結された不図示の駆動装置によって後述するペットボトルＰＢの移動と連係するように実施される。なお、ロードロックチャンバ３の下部の開口を開閉する開閉部材は、リッド５の形態に限定されるものではなく、他の形態で実現してもよい。

成膜チャンバ２とロードロックチャンバ３との間には真空隔離手段としてのゲートバルブ６が設けられている。ゲートバルブ６は成膜チャンバ２とロードロックチャンバ３とを隔離する閉位置（図２参照）と、成膜チャンバ２とロードロックチャンバとを連通する開位置との間で動作する。図２に示すように、ゲートバルブ６は閉位置と開位置との間で駆動される弁体６ａと、弁体６ａを駆動する駆動ユニット６ｂとを含む。弁体６ａが駆動ユニット６ｂ側に待避することにより成膜チャンバ２とロードロックチャンバ３とが連通する状態となる。弁体６ａが駆動ユニット６ｂ側から突出することにより成膜チャンバ２とロードロックチャンバ３とが隔離された状態となる。なお、成膜チャンバ２とロードロックチャンバ３とを隔離する閉位置と、成膜チャンバ２とロードロックチャンバとを連通する開位置との間で動作する真空隔離手段は、ゲートバルブ６の形態に限定されるものではなく、他の形態で実現してもよい。

図１に示すように、成膜装置１は、処理対象のペットボトルＰＢを直立した姿勢で移動させる移動機構１０を備えている。移動機構１０は二点鎖線の位置に供給されたペットボトルＰＢをロードロックチャンバ３内に移動させ、さらにゲートバルブ６が開位置の状態でロードロックチャンバ３内のペットボトルＰＢを成膜チャンバ２内に移動させる機能を有する。その機能を実現するため、移動機構１０はペットボトルＰＢを支持する容器支持手段としての支持ユニット１１と、支持ユニット１１をペットボトルＰＢの移動方向（図の上下方向）に駆動する駆動ユニット１２とを備えている。支持ユニット１１はペットボトルＰＢの底部が設置される容器支持台１４と、ペットボトルＰＢの口部を保持する保持部１５（図２参照）とを含む。駆動ユニット１２は不図示の駆動源に連結されていてロードロックチャンバ３のリッド５の支持部５ａを貫いて上下方向に延びる駆動ロッド１７を含んでいる。駆動ロッド１７はリッド５に対して相対移動可能な状態で支持部５ａを貫いている。

容器支持台１４はペットボトルＰＢが成膜チャンバ２内へ移動した状態で成膜チャンバ２の端面２ａ（図２等参照）に突き当たることにより成膜チャンバ２を密封できる（図４の（ｄ）及び図５参照）。図２に示すように、その端面２ａはロードロックチャンバ３側に本形態では下側に露出している。図３に示すように、容器支持台１４による成膜チャンバ２の密封度を高めるため、容器支持台１４の上面には成膜チャンバ２の端面２ａと容器支持台１４とのシール性を高めるシール部材としてのＯリング１８が設けられている。Ｏリング１８は容器支持台１４に設置されたペットボトルＰＢの周囲（本形態の場合は６本のペットボトルＰＢの周囲）を一巡するように延びている。これによりＯリング１８の内外を確実にシールできる。

図４を参照しながら、成膜装置１に対してペットボトルＰＢを供給するプロセスを説明する。工程（ａ）では、ゲートバルブ６が閉位置の状態で成膜チャンバ２が真空ポンプによって真空状態にされる。ロードロックチャンバ３のリッド５は下方に待避しており、ロードロックチャンバ３の下部は開かれた状態にある。待避したリッド５の上部には移動機構１０の容器支持台１４が位置しており、その容器支持台１４にはペットボトルＰＢが設置されている。

工程（ｂ）では、ロードロックチャンバ３のリッド５の位置を変えずに移動機構１０の容器支持台１４を所定量αだけ上昇させることにより、ペットボトルＰＢの口部が保持部１５にて保持される。

工程（ｃ）では、リッド５と容器支持台１４との間隔を所定量αに保ちながら、リッド５とともに容器支持台１４を、リッド５がロードロックチャンバ３の下部を閉鎖するまで上昇させる。これにより、ペットボトルＰＢはロードロックチャンバ３内へ移動し、かつロードロックチャンバ３が密封される。密封されたロードロックチャンバ３は真空ポンプによって真空状態とされる。ロードロックチャンバ３が真空状態にされてからゲートバルブ６は矢印に示すように閉位置から開位置へ切り替えられる。

工程（ｄ）では、容器支持台１４を工程（ｃ）の位置からさらに上昇させることにより、ペットボトルＰＢを成膜チャンバ２内に移動させる。上述したように、ペットボトルＰＢが成膜チャン２内に移動した状態で容器支持台１４にて成膜チャンバ２が密封される。図５に示したように、容器支持台１４が成膜チャンバ２の端面２ａに突き当たり、その端面２ａとＯリング１８とが密着することによりシールされる。これにより、成膜チャンバ２の密封度が向上する。その後、図１に示した触媒体ユニット４を操作して、所定の成膜処理が実施される。なお、成膜処理後のペットボトルＰＢの排出は、上述した工程（ａ）〜工程（ｄ）の逆の手順で移動機構１０等が操作されることにより実施される。

本形態の成膜装置１によれば、ロードロックチャンバ３内のペットボトルＰＢを成膜チャンバ２内へ移動した際に容器支持台１４にて成膜チャンバ２が密封される。そのため、ロードロックチャンバ３及びゲートバルブ５から成膜チャンバ２が隔離された状態で成膜処理を行うことができる。したがって、成膜ガスがロードロックチャンバ３側に拡散することを防止できる。

本発明の成膜装置は、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態の成膜装置は、容器としてのペットボトルＰＢを一度に複数本処理できるものであるが、一度に処理できる容器の数に制限はない。また、処理対象の容器はペットボトルに限らず、成膜対象となり得る他の材質の容器でもよい。

上記形態は、成膜チャンバ２の端面２ａと容器支持台１４とが突き当る際にシール部材としてのＯリング１８を介在させることによって成膜チャンバ２の密封度を向上させているが、Ｏリング１８等のシール部材を省略して本発明を実施してもよい。例えば、互いに突き当たる容器支持台及び成膜チャンバの端面のそれぞれの加工精度を調整することによりある程度の密封度を確保することが可能である。また、Ｏリング１８等のシール部材を成膜チャンバ２側に設けた形態で本発明を実施することもできる。

また、上記形態は成膜チャンバ２の端面２ａと容器支持台１４とが突き当たることにより成膜チャンバ２を密封しているが、例えば、成膜チャンバの内周面と容器支持台の周囲との間でシールすることによって成膜チャンバを密封する形態で本発明を実施することもできる。

１ 成膜装置
２ 成膜チャンバ
２ａ 端面
３ ロードロックチャンバ
６ ゲートバルブ
１０ 移動機構
１１ 支持ユニット（容器支持手段）
１４ 容器支持台
１８ Ｏリング（シール部材）

Claims (3)

1. 容器の表面に真空状態で成膜するための成膜チャンバと、
   前記成膜チャンバと接続され、前記容器を前記成膜チャンバに対して真空状態で出し入れするためのロードロックチャンバと、
   前記成膜チャンバと前記ロードロックチャンバとを隔離する閉位置と前記成膜チャンバと前記ロードロックチャンバとを連通する開位置との間で動作する真空隔離手段と、
   前記真空隔離手段が前記開位置の状態で、前記ロードロックチャンバ内の前記容器を前記成膜チャンバ内へ移動可能な移動機構と、を備え、
   前記移動機構は、前記容器を支持し、かつ前記容器が前記成膜チャンバ内へ移動した状態で前記成膜チャンバを密封する容器支持手段を有する成膜装置。
2. 前記成膜チャンバは、前記真空隔離手段が前記開位置の状態で前記ロードロックチャンバ側に露出する端面を有し、
   前記容器支持手段は、前記容器を支持するとともに、前記容器が前記成膜チャンバ内へ移動した状態で前記成膜チャンバの前記端面と突き当たることにより前記成膜チャンバを密封する容器支持台を含む請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記成膜チャンバの前記端面と前記容器支持台とが突き当たった際に前記端面と前記容器支持台とのシール性を高めるためのシール部材を更に備える請求項２に記載の成膜装置。

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