JPWO2014103677A1 - 薄膜の成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、飲料・食品分野におけるプラスチック容器向けの成膜装置はプラズマCVD法により容器表面に薄膜を形成しており、これらの従来の成膜装置にあっては、真空チャンバに容器を1本ずつ供給して個別に成膜処理を施しており、複数の容器に同時に成膜処理を施すことができないという問題がある。
さらに、従来の薄膜の成膜装置にあっては、搬送装置、例えばコンベアから未処理の容器を真空チャンバに搬入し、また処理済の容器を真空チャンバから搬出して搬送装置、例えばコンベアに戻そうとする場合、未処理の容器または処理済の容器を種々の場所で待機させることとなり、ボトルハンドリングが非効率であるという問題点がある。
本発明の好ましい態様は、前記複数のゲートチャンバをそれぞれ独立に真空引きする真空排気手段をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記成膜装置は、前記プレート上に配置された、該プレートとは独立して昇降可能な昇降台をさらに備え、前記搬送装置は、複数の容器を保持した前記取扱容器が載置されている前記昇降台を昇降させることにより、複数の容器を前記ゲートチャンバと前記成膜チャンバとの間で移動させるようにしたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記搬出入ユニットは、容器投入用コンベアに隣接して配置された供給ユニットと、容器排出用コンベアに隣接して配置された排出ユニットと、前記供給ユニットと前記排出ユニットとの間に配置された中間ユニットとを備え、前記搬出入ユニットは、前記供給ユニットにおいて、複数の容器を前記容器投入用コンベアから前記取扱容器に装填し、前記中間ユニットにおいて、複数の容器を保持した前記取扱容器を前記供給ユニットから前記ゲートチャンバに搬入し、前記中間ユニットにおいて、前記薄膜が形成された複数の容器を保持した前記取扱容器を前記ゲートチャンバから前記排出ユニットに搬出し、前記排出ユニットにおいて、前記薄膜が形成された複数の容器を前記ボトル排出用コンベアに排出するようにしたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第1の真空予備チャンバおよび前記第1のロードロックチャンバは、第1の真空排気手段および第2の真空排気手段に接続されており、それぞれ独立に真空引きされることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第2のロードロックチャンバおよび前記第2の真空予備チャンバは、第3の真空排気手段および第4の真空排気手段に接続されており、それぞれ独立に真空引きされることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記プラテン容器は複数の収容空間を有しており、前記複数の容器の底部は前記複数の収容空間にそれぞれ収容されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記容器の成膜処理後に前記プラテン容器を回収する回収機構をさらに備えたことを特徴とする。
本発明によればプレートを昇降させることにより、容器待機用チャンバを密閉状態又は開放状態にできる。すなわち、プレート自体が開閉ゲートの役割を果たすことから、無駄な装置を抑制することができ、成膜装置の小型化が可能になるとともに装置コストの低減が可能になる。
本発明によれば、容器待機用チャンバへの複数の容器を収容した取扱容器の搬出入は、外部設置の昇降機によりプレートを昇降させることで可能となる。このように昇降機が真空チャンバの外部にあることで、真空チャンバを最小化させることができ、真空引き時間の短縮が可能となる。
本発明によれば、取扱容器に収容された複数の容器をボトル待機用チャンバと成膜専用チャンバとの間で移動させるための昇降機構を真空チャンバの外部に設置することが可能となり、真空チャンバを最小化させることができ、真空引き時間の短縮が可能となる。
本発明の好ましい態様によれば、前記成膜専用チャンバと前記容器待機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。
本発明によれば、成膜専用チャンバが常時真空状態で維持されているために、発熱体を常に真空状態で保持することができるので、発熱体の劣化を防止することができ、英膜機能が低下することがない。
本発明の好ましい態様によれば、前記真空チャンバの両側に配置された前記2つの搬出入ユニットは、複数の容器を収容した前記取扱容器を前記真空チャンバに交互に搬出入することを特徴とする。
本発明によれば、真空チャンバの両側に搬出入ユニットを配置することにより、2つの搬出入ユニットから複数の容器を収容した取扱容器を交互に真空チャンバに搬出入することができる。したがって、真空チャンバは待ち時間がほとんど無く、真空チャンバをほぼ連続的に稼働させることができる。また、取扱容器への容器の装填・払い出し及び容器を収容した取扱容器の移送は、真空チャンバにおける容器の成膜工程中に行うことができるため、真空チャンバは待ち時間がほとんど無く、真空チャンバをほぼ連続的に稼働させることができる。
(1)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。
(2)ゲートチャンバのみを真空と大気開放を繰り返すようにし、成膜チャンバは常に真空状態にしているため、成膜時にはゲートチャンバのみを真空引きすればよい。したがって、成膜時における成膜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。
(1)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。
(2)第1の真空予備チャンバおよび第1のロードロックチャンバを段階的に減圧することにより、より短い時間間隔で容器を成膜チャンバに搬送することができる。したがって、成膜のサイクルタイムを短くしてスループットを向上させることができる。
(3)プラテン容器を用いることにより、複数の容器を1つのユニットとして搬送し、成膜することができる。したがって、単位時間あたりの処理本数を増やすことができる。
(1)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。
(2)容器待機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、成膜時には容器待機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。
(3)容器を取扱容器に複数本整列させ、整列した複数本の容器を収容した取扱容器を1ユニットとして真空チャンバへの搬出入及び真空チャンバにおける成膜処理を行うことができる。このように取扱容器を用いて複数の容器をユニット管理することで、複数の容器の位置出しを正確かつ容易に行うことができる。また、多数のペットボトルに同時に成膜処理を施すことができ、高スループットを実現できる。真空チャンバに収納できる限り、取扱容器の本数に上限はないが、典型的な500mlペットボトルの場合には、150本以下が現実的である。
(4)真空チャンバの両側に搬出入ユニットを配置することにより、2つの搬出入ユニットから複数の容器を収容した取扱容器を交互に真空チャンバに搬入・搬出することができる。これにより、真空チャンバは待ち時間がほとんど無く、真空チャンバをほぼ連続的に稼働させることができる。
(5)取扱容器への容器の装填・払い出し及び容器を収容した取扱容器の移送は、真空チャンバにおける容器の成膜工程中に行うことができるため、真空チャンバは待ち時間がほとんど無く、真空チャンバをほぼ連続的に稼働させることができる。
(6)真空チャンバへの容器を収容した取扱容器の搬出入は、外部設置の昇降機により昇降させることで可能となる。このように昇降機が真空チャンバの外部にあることで、真空チャンバを最小化させることができ、真空引き時間の短縮が可能となる。
(7)容器を収容した取扱容器を載せたプレートを昇降させることにより、真空チャンバを密閉状態又は開放状態にできる。すなわち、プレート自体が開閉ゲートの役割を果たすことから、無駄な装置を抑制することができ、成膜装置の小型化が可能になるとともに装置コストの低減が可能になる。
図1は、本発明に係る薄膜の成膜装置1の全体構成を示す模式図である。図2は、成膜装置1を上から見た図である。図1に示すように、成膜装置1は、第1の真空予備チャンバ2と、第1のロードロックチャンバ4と、成膜チャンバ6と、第2のロードロックチャンバ8と、第2の真空予備チャンバ10とを備えている。これらの第1の真空予備チャンバ2、第1のロードロックチャンバ4、成膜チャンバ6、第2のロードロックチャンバ8、および第2の真空予備チャンバ10はこの順に直列に接続されている。第1の真空予備チャンバ2および第1のロードロックチャンバ4は、成膜チャンバ6に連通し、内部が真空引きされるゲートチャンバを構成している。第2の真空予備チャンバ10および第2のロードロックチャンバ8も同様に、成膜チャンバ6に連通し、内部が真空引きされるゲートチャンバを構成している。
図10に示す状態では、ボトル待機用チャンバ112の下面は開放されているが、ボトル待機用チャンバ112の下方に昇降機113によって昇降可能に構成されているプレート114が設置されている。昇降機113によってプレート114を上昇させてボトル待機用チャンバ112の下端開口を閉じることによりボトル待機用チャンバ112内を密閉することができるようになっており、プレート114はチャンバ下面となる。なお、プレート114の上面にはOリング等のシール部材(図示せず)が設けられており、ボトル待機用チャンバ112内の下端開口をプレート114が閉じる際にボトル待機用チャンバ112が気密に保持される。
図11Aに示すように、成膜チャンバ6内は常に真空状態とし、成膜チャンバ6内にある発熱体61が常に真空状態で保持されるようになっている。このとき、成膜チャンバ6とボトル待機用チャンバ112との間の真空隔離手段としてのゲートバルブ123は閉止状態とし、成膜チャンバ6とボトル待機用チャンバ112との連通を遮断している。多数のペットボトル50を収容したプラテン容器56は、中間ユニット132から成膜ユニット110Bの昇降台115上に供給される。このとき、ボトル待機用チャンバ112の下面は開放されている。
図13は、薄膜の成膜装置101における処理対象のペットボトル50の流れを示す模式的平面図である。左右の搬出入ユニット130,130は同一の動作を行うため、以下においては右側の搬出入ユニット130の動作を主として説明する。図13に示すように、処理対象のペットボトル50は、ボトル投入用コンベア103により矢印A方向に列状に搬送される。このとき、供給ユニット131には3個の空のプラテン容器56が載せられている。ボトル投入用コンベア103上のペットボトル50は、矢印1で示すように、投入手段(図示せず)により供給ユニット131上のプラテン容器56に順次装填される。
また、真空チャンバにおいては、多数のペットボトル50を収容したプラテン容器56を載せたプレート114が上昇することにより、真空チャンバを密閉状態にできる。すなわち、プレート自体が開閉ゲートの役割を果たすことから、無駄な装置を抑制することができ、成膜装置の小型化が可能になるとともに装置コストの低減が可能になる。
2 第1の真空予備チャンバ
4 第1のロードロックチャンバ
6 成膜チャンバ
8 第2のロードロックチャンバ
10 第2の真空予備チャンバ
20 第1のゲートバルブ
22 第2のゲートバルブ
24 第3のゲートバルブ
26 第4のゲートバルブ
28 第5のゲートバルブ
30 第6のゲートバルブ
32,33,35,36 真空ライン
40,41,42,43,44,45 搬送機構
50 ペットボトル
55 搬入コンベア
56 プラテン容器
61 発熱体
62 ガス供給管
65 発熱体ユニット
67 支持台
69 昇降機構
70 支持軸
71 昇降用モータ
73,92 大気開放弁
75 搬出コンベア
80 リフトコンベア
82 搬送レール
85 フック
87 ローラ
89 ストッパー
90 下降コンベア
103 ボトル投入用コンベア
104 ボトル排出用コンベア
110,110A,110B,110C 成膜ユニット
6a,112a 連結部
112 ボトル待機用チャンバ
113 昇降機
114 プレート
115 昇降台
121 第1昇降軸
122 第2昇降軸
123 ゲートバルブ
130 搬出入ユニット
131 供給ユニット
132 中間ユニット
133 排出ユニット
VP1,VP2,VP3,VP4,VP5,VP6 真空ポンプ
図1は、参考例に係る薄膜の成膜装置1の全体構成を示す模式図である。図2は、成膜装置1を上から見た図である。図1に示すように、成膜装置1は、第1の真空予備チャンバ2と、第1のロードロックチャンバ4と、成膜チャンバ6と、第2のロードロックチャンバ8と、第2の真空予備チャンバ10とを備えている。これらの第1の真空予備チャンバ2、第1のロードロックチャンバ4、成膜チャンバ6、第2のロードロックチャンバ8、および第2の真空予備チャンバ10はこの順に直列に接続されている。第1の真空予備チャンバ2および第1のロードロックチャンバ4は、成膜チャンバ6に連通し、内部が真空引きされるゲートチャンバを構成している。第2の真空予備チャンバ10および第2のロードロックチャンバ8も同様に、成膜チャンバ6に連通し、内部が真空引きされるゲートチャンバを構成している。
(1)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。
(2)第1の真空予備チャンバおよび第1のロードロックチャンバを段階的に減圧することにより、より短い時間間隔で容器を成膜チャンバに搬送することができる。したがって、成膜のサイクルタイムを短くしてスループットを向上させることができる。
(3)プラテン容器を用いることにより、複数の容器を1つのユニットとして搬送し、成膜することができる。したがって、単位時間あたりの処理本数を増やすことができる。
図10に示す状態では、ボトル待機用チャンバ112の下面は開放されているが、ボトル待機用チャンバ112の下方に昇降機113によって昇降可能に構成されているプレート114が設置されている。昇降機113によってプレート114を上昇させてボトル待機用チャンバ112の下端開口を閉じることによりボトル待機用チャンバ112内を密閉することができるようになっており、プレート114はチャンバ下面となる。なお、プレート114の上面にはOリング等のシール部材(図示せず)が設けられており、ボトル待機用チャンバ112内の下端開口をプレート114が閉じる際にボトル待機用チャンバ112が気密に保持される。
図11Aに示すように、成膜チャンバ6内は常に真空状態とし、成膜チャンバ6内にある発熱体61が常に真空状態で保持されるようになっている。このとき、成膜チャンバ6とボトル待機用チャンバ112との間の真空隔離手段としてのゲートバルブ123は閉止状態とし、成膜チャンバ6とボトル待機用チャンバ112との連通を遮断している。多数のペットボトル50を収容したプラテン容器56は、中間ユニット132から成膜ユニット110Bの昇降台115上に供給される。このとき、ボトル待機用チャンバ112の下面は開放されている。
図13は、薄膜の成膜装置101における処理対象のペットボトル50の流れを示す模式的平面図である。左右の搬出入ユニット130,130は同一の動作を行うため、以下においては右側の搬出入ユニット130の動作を主として説明する。図13に示すように、処理対象のペットボトル50は、ボトル投入用コンベア103により矢印A方向に列状に搬送される。このとき、供給ユニット131には3個の空のプラテン容器56が載せられている。ボトル投入用コンベア103上のペットボトル50は、矢印1で示すように、投入手段(図示せず)により供給ユニット131上のプラテン容器56に順次装填される。
また、真空チャンバにおいては、多数のペットボトル50を収容したプラテン容器56を載せたプレート114が上昇することにより、真空チャンバを密閉状態にできる。すなわち、プレート自体が開閉ゲートの役割を果たすことから、無駄な装置を抑制することができ、成膜装置の小型化が可能になるとともに装置コストの低減が可能になる。
(1)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。
(2)ボトル待機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、成膜時にはボトル待機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。
(3)ボトルをプラテン容器に複数本整列させ、整列した複数本のボトルを収容したプラテン容器を1ユニットとして真空チャンバへの搬出入及び真空チャンバにおける成膜処理を行うことができる。このようにプラテン容器を用いて複数のボトルをユニット管理することで、複数のボトルの位置出しを正確かつ容易に行うことができる。また、多数のペットボトルに同時に成膜処理を施すことができ、高スループットを実現できる。真空チャンバに収納できる限り、プラテン容器の本数に上限はないが、典型的な500mlペットボトルの場合には、150本以下が現実的である。
(4)真空チャンバの両側に搬出入ユニットを配置することにより、2つの搬出入ユニットから複数のボトルを収容したプラテン容器を交互に真空チャンバに搬入・搬出することができる。これにより、真空チャンバは待ち時間がほとんど無く、真空チャンバをほぼ連続的に稼働させることができる。
(5)プラテン容器へのボトルの装填・払い出し及びボトルを収容したプラテン容器の移送は、真空チャンバにおけるボトルの成膜工程中に行うことができるため、真空チャンバは待ち時間がほとんど無く、真空チャンバをほぼ連続的に稼働させることができる。
(6)真空チャンバへのボトルを収容したプラテン容器の搬出入は、外部設置の昇降機により昇降させることで可能となる。このように昇降機が真空チャンバの外部にあることで、真空チャンバを最小化させることができ、真空引き時間の短縮が可能となる。
(7)ボトルを収容したプラテン容器を載せたプレートを昇降させることにより、真空チャンバを密閉状態又は開放状態にできる。すなわち、プレート自体が開閉ゲートの役割を果たすことから、無駄な装置を抑制することができ、成膜装置の小型化が可能になるとともに装置コストの低減が可能になる。
2 第1の真空予備チャンバ
4 第1のロードロックチャンバ
6 成膜チャンバ
8 第2のロードロックチャンバ
10 第2の真空予備チャンバ
20 第1のゲートバルブ
22 第2のゲートバルブ
24 第3のゲートバルブ
26 第4のゲートバルブ
28 第5のゲートバルブ
30 第6のゲートバルブ
32,33,35,36 真空ライン
40,41,42,43,44,45 搬送機構
50 ペットボトル
55 搬入コンベア
56 プラテン容器
61 発熱体
62 ガス供給管
65 発熱体ユニット
67 支持台
69 昇降機構
70 支持軸
71 昇降用モータ
73,92 大気開放弁
75 搬出コンベア
80 リフトコンベア
82 搬送レール
85 フック
87 ローラ
89 ストッパー
90 下降コンベア
103 ボトル投入用コンベア
104 ボトル排出用コンベア
110,110A,110B,110C 成膜ユニット
6a,112a 連結部
112 ボトル待機用チャンバ
113 昇降機
114 プレート
115 昇降台
121 第1昇降軸
122 第2昇降軸
123 ゲートバルブ
130 搬出入ユニット
131 供給ユニット
132 中間ユニット
133 排出ユニット
VP1,VP2,VP3,VP4,VP5,VP6 真空ポンプ
Claims (7)
- 容器の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部が真空に保たれ、内部に配置された発熱体を用いて複数の容器の成膜を行う成膜チャンバと、
前記成膜チャンバに連通し、内部が真空引きされる少なくとも1つのゲートチャンバと、
前記ゲートチャンバを経由して複数の容器を保持した取扱容器を前記成膜チャンバに搬入し、前記成膜チャンバから搬出する搬送機構とを備え、
前記成膜チャンバでの成膜は、複数の容器が前記取扱容器に保持された状態で行われることを特徴とする成膜装置。 - 前記少なくとも1つのゲートチャンバは、複数のゲートチャンバであることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記複数のゲートチャンバをそれぞれ独立に真空引きする真空排気手段をさらに備えたことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。
- 前記成膜チャンバは前記ゲートチャンバの上側に配置され、前記ゲートチャンバの下端には開口が形成され、
前記成膜装置は、前記ゲートチャンバの前記開口を密閉するプレートをさらに備え、
前記搬送機構は、前記プレートを昇降させるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 - 前記成膜装置は、前記プレート上に配置された、該プレートとは独立して昇降可能な昇降台をさらに備え、
前記搬送装置は、複数の容器を保持した前記取扱容器が載置されている前記昇降台を昇降させることにより、複数の容器を前記ゲートチャンバと前記成膜チャンバとの間で移動させるようにしたことを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。 - 複数の容器を保持した前記取扱容器を前記ゲートチャンバに搬出入するための搬出入ユニットをさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記搬出入ユニットは、容器投入用コンベアに隣接して配置された供給ユニットと、容器排出用コンベアに隣接して配置された排出ユニットと、前記供給ユニットと前記排出ユニットとの間に配置された中間ユニットとを備え、
前記搬出入ユニットは、
前記供給ユニットにおいて、複数の容器を前記容器投入用コンベアから前記取扱容器に装填し、
前記中間ユニットにおいて、複数の容器を保持した前記取扱容器を前記供給ユニットから前記ゲートチャンバに搬入し、
前記中間ユニットにおいて、前記薄膜が形成された複数の容器を保持した前記取扱容器を前記ゲートチャンバから前記排出ユニットに搬出し、
前記排出ユニットにおいて、前記薄膜が形成された複数の容器を前記ボトル排出用コンベアに排出するようにしたことを特徴とする請求項6に記載の成膜装置。
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