JPWO2014103677A1 - 薄膜の成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

薄膜の成膜装置及び成膜方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ペットボトル等の容器の内面、外面のいずれか一方、または両方にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜する成膜装置を提供する。成膜装置は、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（６）と、成膜チャンバ（６）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（２），（４），（８），（１０）と、ゲートチャンバ（２），（４），（８），（１０）を経由して複数の容器を保持した取扱容器（５６）を成膜チャンバ（６）に搬入し、成膜チャンバ（６）から搬出する搬送機構（４１）〜（４５）とを備え、成膜チャンバ（６）での成膜は、複数の容器が取扱容器（５６）に保持された状態で行われる。

Description

本発明は、ペットボトル（ＰＥＴボトル）等の容器の内面、外面のいずれか一方、または両方にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜，ＳｉＯｘ膜，ＳｉＯＣ膜，ＳｉＯＣＮ膜，ＳｉＮｘ膜，ＡｌＯｘ膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜する成膜装置に関するものである。
従来から、清涼飲料などを充填するためにペットボトルをはじめとする軽量のプラスチック製中空容器が用いられているが、利便性やコスト面から飲料・食品分野でのプラスチック容器使用の拡大が急速に進み、現在では、総容器のかなりな部分をペットボトルが占めるまでになっている。しかしながら、プラスチック容器は、金属缶やガラス壜と比較するとガスバリア性が低く、容器内への酸素侵入や容器外への炭酸ガスの放出等が生じ、内容物の品質保持性能に劣る場合がある。そのため、ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜を容器内面に成膜する試みがなされている。ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜は、真空減圧下にある真空チャンバ内でプラズマＣＶＤ法、金属蒸着法、発熱体ＣＶＤ法、スパッタリング法等により、容器内表面又は外表面に形成でき、容器内への酸素の流入や容器外への炭酸ガスの放出等に対するガスバリア性を飛躍的に高めることができる。
特開２００８−１２７０５４号公報 特開２００４−１０７７８１号公報
表面にＤＬＣ膜等の薄膜を成膜した容器を量産しようとする場合、真空状態に保持された真空チャンバ内で容器の成膜を行い、成膜完了後に真空チャンバ内を大気圧に戻して処理後の容器を取り出した後に、次の容器を真空チャンバに入れて真空引きをして成膜をすることを繰り返す。そのため、真空チャンバの真空引きを行う際は、常に大気圧からの真空引きとなるため、真空チャンバの真空引き時間が長くなり、サイクルタイムが遅延するという問題点がある。真空引き時間を短くして少サイクルタイム化を図るためには、大型の真空ポンプが必要となり、設備コストおよびランニングコストが上昇するという問題がある。
また、発熱体ＣＶＤ法は、ホットワイヤーＣＶＤ法、ホットフィラメントＣＶＤ法、触媒化学気相堆積法などとも呼称される製法であり、容器表面に薄膜を成膜する工程では、容器近傍に発熱体を配置して成膜処理を行うため、発熱体は真空チャンバ内に設置される。真空チャンバは、成膜工程完了後、大気圧に戻されるため、発熱体は定期的に空気中に晒される。結果、酸化等による発熱体の劣化が進み、成膜機能が低下するという問題がある。
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。
本発明の目的は、容器表面に薄膜を成膜する際に用いる発熱体の劣化を防止することができるとともに成膜時にチャンバ内を真空引きする際の真空引き時間を短縮することができる薄膜の成膜装置を提供することである。
上述した課題を解決するための本発明の第１の態様は、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である。
本発明の好ましい態様は、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。
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。
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、前記成膜装置は、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。
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。
本発明の第２の態様は、真空圧の下で発熱体を用いての容器の内表面および外表面のうちの一方または両方に薄膜を成膜する成膜装置であって、大気圧から所定の第１の真空圧までの範囲を含む圧力領域で真空引きされる第１の真空予備チャンバと、前記第１の真空圧から該第１の真空圧よりも低い所定の第２の真空圧までの範囲を含む圧力領域で真空引きされる第１のロードロックチャンバと、前記第２の真空圧下にある前記発熱体を用いて前記容器の成膜を行うための成膜チャンバとを備え、前記第１の真空予備チャンバは前記第１のロードロックチャンバに接続され、前記第１のロードロックチャンバは前記成膜チャンバに接続されており、前記容器は、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をこの順に経由して前記成膜チャンバに搬送されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、大気圧から前記第１の真空圧までの範囲を含む圧力領域で真空引きされる第２の真空予備チャンバと、前記第１の真空圧から前記第２の真空圧までの範囲を含む圧力領域で真空引きされる第２のロードロックチャンバとをさらに備え、前記第２の真空予備チャンバは前記第２のロードロックチャンバに接続され、前記第２のロードロックチャンバは前記成膜チャンバに接続されており、前記成膜チャンバで成膜された前記容器は、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をこの順に経由して大気空間に搬送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、前記容器は、複数の容器であり、前記複数の容器は、プラテン容器に保持された状態で前記第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をこの順に経由して前記成膜チャンバに搬送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。
本発明の第３の態様は、容器を真空チャンバ内に入れて前記真空チャンバの真空引きを行い、真空状態の前記真空チャンバ内で発熱体を用いて容器表面に薄膜を成膜する成膜装置であって、前記真空チャンバは、前記発熱体を真空状態で保持するとともに複数の容器の成膜を行うための成膜専用チャンバと、複数の容器を前記成膜専用チャンバに出し入れするための容器待機用チャンバと、前記成膜専用チャンバと前記容器待機用チャンバとの間に配置された真空隔離手段とからなり、前記成膜専用チャンバと前記容器待機用チャンバを真空排気手段に連結し、前記容器待機用チャンバへの複数の容器の搬出入及び前記成膜専用チャンバにおける複数の容器の成膜は、複数の容器を取扱容器に収容した状態で行うようにしたことを特徴とする。発熱体とは、それ自身は実質的に揮発せず、原料ガスを触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解させうる主として金属表面を有する部材であり、例えば、タンタル、炭化タンタル、タングステン、炭化タングステン、ニッケル‐クロム合金又は炭素を表層の主成分とするワイヤーである。
本発明によれば、真空チャンバを、発熱体を真空状態で保持するとともに成膜を行うための成膜専用チャンバと、容器を成膜専用チャンバに出し入れするための容器待機用チャンバとに分割しているため、成膜専用チャンバ内を常時真空状態で維持することができる。そのため、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。また、容器待機用チャンバのみを真空と大気開放と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。
本発明によれば、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、多数の容器を収容することで、多数の容器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。
本発明の好ましい態様によれば、前記成膜専用チャンバを上側に配置し、前記容器待機用チャンバを下側に配置し、前記容器待機用チャンバの下端を開口し、前記容器待機用チャンバの下端開口を昇降可能なプレートにより密閉するようにし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。
本発明の好ましい態様によれば、複数の容器を収容した前記取扱容器を前記プレート上に載せ、前記プレートの昇降により、前記取扱容器を前記容器待機用チャンバに搬出入するようにしたことを特徴とする。
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。
本発明の好ましい態様によれば、前記プレート上に該プレートとは独立して昇降可能な昇降台を配置し、該昇降台上に複数の容器を収容した前記取扱容器を載せ、前記昇降台の昇降により、前記取扱容器に収容された複数の容器を前記ボトル待機用チャンバと前記成膜専用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。特に、昇降速度を調整可能な機構にすると、容器形状、容器耐熱特性や容器に要求する性能に応じて、容器の各部分の成膜時間を調整でき、バリア性能や容器外観の調整が容易となるため、本発明のより好ましい態様となる。
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、前記プレートを昇降させる第１昇降機構および前記昇降台を昇降させる第２昇降機構は、前記真空チャンバの下方に配置されていることを特徴とする。
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。
本発明の好ましい態様によれば、前記成膜専用チャンバは、常時真空状態で維持されていることを特徴とする。
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、前記容器待機用チャンバは、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、成膜完了後の容器取り出し時に大気圧に戻されることを特徴とする。
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、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搬出入するための搬出入ユニットを配置したことを特徴とする。
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。
本発明の好ましい態様によれば、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、前記供給ユニットにおいて前記容器投入用コンベアから複数の容器を取扱容器に装填し、前記中間ユニットにおいて複数の容器を収容した前記取扱容器を前記供給ユニットから受け取って前記真空チャンバに搬入し、前記中間ユニットにおいて前記真空チャンバで成膜された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から受け取って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取扱容器内の複数の容器を前記容器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。
本発明の第１の態様は、以下に列挙する効果を奏する。
（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。
本発明の第２の態様は、以下に列挙する効果を奏する。
（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。
本発明の第３の態様は、以下に列挙する効果を奏する。
（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図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を上から見た図である。 図３は、プラテン容器の上面図である。 図４は、プラテン容器の他の例を示す上面図である。 図５は、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内の真空圧の変動を示す図である。 図６は、第２の真空予備チャンバおよび第２のロードロックチャンバ内の真空圧の変動を示す図である。 図７は、成膜チャンバの断面を模式的に示す図である。 図８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平面図である。 図９は、図８のIX−IX線断面図である。 図１０は、成膜ユニットの詳細を示す模式的断面図である。 図１１Ａは、図１０に示す成膜ユニットの動作を示す図である。 図１１Ｂは、図１０に示す成膜ユニットの動作を示す図である。 図１１Ｃは、図１０に示す成膜ユニットの動作を示す図である。 図１２は、昇降台が所定位置まで上昇してプラテン容器に収容されたペットボトル内に発熱体が挿入された状態を示す模式的断面図である。 図１３は、図８乃至図１２に示すように構成された本発明の第２の実施形態に係る薄膜の成膜装置の全体の動作を示す図である。
以下、本発明に係る薄膜の成膜装置の第１の実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。
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２に示すように、容器としてのペットボトル５０は、搬入コンベア５５によって、成膜装置１に搬入される。さらに、ペットボトル５０は、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をこの順に通過し、そして、搬出コンベア７５によって搬出される。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、ペットボトル５０の流れ方向において成膜チャンバ６の上流側に配置され、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は成膜チャンバ６の下流側に配置されている。
第１の真空予備チャンバ２と大気空間（周囲空間）との間には第１の真空隔離手段としての第１のゲートバルブ２０が設けられており、第１のゲートバルブ２０を開くことでペットボトル５０は第１の真空予備チャンバ２内に搬入される。第１の真空予備チャンバ２は第１のロードロックチャンバ４に隣接して配置されている。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との間には第２の真空隔離手段としての第２のゲートバルブ２２が設けられており、第２のゲートバルブ２２を開くことで第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とが連通する。第１のロードロックチャンバ４は成膜チャンバ６に隣接して配置されている。第１のロードロックチャンバ４と成膜チャンバ６との間には第３の真空隔離手段としての第３のゲートバルブ２４が設けられており、第３のゲートバルブ２４を開くことで第１のロードロックチャンバ４と成膜チャンバ６とが連通する。
第２のロードロックチャンバ８は成膜チャンバ６に隣接して配置されている。成膜チャンバ６と第２のロードロックチャンバ８との間には第４の真空隔離手段としての第４のゲートバルブ２６が設けられており、第４のゲートバルブ２６を開くことで成膜チャンバ６と第２のロードロックチャンバ８とが連通する。第２の真空予備チャンバ１０は第２のロードロックチャンバ８に隣接して配置されている。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との間には第５の真空隔離手段としての第５のゲートバルブ２８が設けられており、第５のゲートバルブ２８を開くことで第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とが連通する。第２の真空予備チャンバ１０と大気空間との間には第６のゲートバルブ３０が設けられており、第６のゲートバルブ３０を開くことで、ペットボトル５０は第２の真空予備チャンバ１０から大気空間に搬出される。
第１の真空予備チャンバ２は真空ライン３２を介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ１に接続されており、真空ポンプＶＰ１により第１の真空予備チャンバ２内には真空が形成される。同じように、第１のロードロックチャンバ４、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、真空ライン３３，３５，３６を介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４にそれぞれ接続されており、真空ポンプＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４により第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の内部には真空が形成される。このような構成により、それぞれのチャンバ２，４，８，１０は、真空ポンプＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４により、それぞれ独立して真空排気される。さらに、第３のゲートバルブ２４を開いた状態で真空ポンプＶＰ２を駆動することにより、第１のロードロックチャンバ４および成膜チャンバ６を同時に真空引きすることができる。
第１の真空予備チャンバ２には大気開放弁９２が取り付けられており、この大気開放弁９２を開くことで第１の真空予備チャンバ２内は大気開放される。同じように、第２の真空予備チャンバ１０には大気開放弁７３が取り付けられており、この大気開放弁７３を開くことで第２の真空予備チャンバ１０内は大気開放される。
第１の真空予備チャンバ２と搬入コンベア５５との間にはベルトコンベアなどからなる搬送機構４０が配置されている。さらに、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、第２の真空予備チャンバ１０内には、ベルトコンベアなどからなる搬送機構４１，４２，４３，４４，４５がそれぞれ設けられている。搬送機構４０，４１，４２，４３，４４，４５を駆動することでペットボトル５０は、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、第２の真空予備チャンバ１０内をこの順に搬送される。
図１に示すように、搬入コンベア５５により搬入されたペットボトル５０は、図示しないチャックにより予め用意されたプラテン容器５６の上に載置される。図３はプラテン容器５６の上面図である。図３に示すように、プラテン容器５６は複数の仕切り５６ａを有している。これら仕切り５６ａによって形成された複数の収容空間には、ペットボトル５０の底部が１つずつ収容されるようになっている。このようなプラテン容器５６を用いることでペットボトル５０を１ユニットとして管理することができ、さらにペットボトル５０の位置出しを正確かつ容易に行うことができる。収容空間はこの例に限らず、例えば、プラテン容器５６の底部に形成された円形の凹部から構成されてもよい。また、図示の例では、１６本のペットボトル５０が１つのユニットとしてプラテン容器５６の上に載置され、搬送されるが、本発明は図示の例に限定されず、成膜チャンバ６の容量に基づいてより多くのペットボトルを保持することができるプラテン容器を用いてもよい。例えば、図４に示すように、５６本のペットボトル５０を保持することができるプラテン容器５６を用いてもよい。
未処理のペットボトル５０は、大気空間から真空圧が形成されている成膜チャンバ６まで第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を経由して搬送される。また、処理されたペットボトル５０は、成膜チャンバ６から大気空間まで、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を経由して搬送される。大気空間と成膜チャンバ６との間でのペットボトル５０の搬送を可能とするために、チャンバ２，４，８，１０内の圧力はペットボトル５０の移動に伴って変動する。
図５は、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内の真空圧の変動を示す図であり、図６は、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内の真空圧の変動を示す図である。図５および図６に示すように、第１の真空予備チャンバ２および第２の真空予備チャンバ１０は、大気圧から少なくとも第１の所定の真空圧までの圧力領域で真空引きされ、第１のロードロックチャンバ４および第２のロードロックチャンバ８は、第１の真空圧から該第１の真空圧よりも低い所定の第２の真空圧までの圧力領域で真空引きされる。成膜チャンバ６は常に所定の目標真空圧（この例では第２の真空圧）に維持される。
以下、ペットボトル５０の搬送に伴う各チャンバ内での真空圧の変動について詳細に説明する。第１のゲートバルブ２０が開かれると、搬送機構４０，４１を駆動してペットボトル５０はプラテン容器５６ごと第１の真空予備チャンバ２に搬送される。ペットボトル５０が第１の真空予備チャンバ２内に搬送された後、第１のゲートバルブ２０を閉じて、第１の真空予備チャンバ２内を気密状態にする。この状態で、真空ライン３２に接続された真空ポンプＶＰ１を駆動することで、第１の真空予備チャンバ２を所定の第３の真空圧まで真空引きする。この第３の真空圧は、第１の真空圧よりも高い圧力である。
第１のロードロックチャンバ４は、真空ポンプＶＰ２によって第２の真空圧まで真空引きされており、第１のロードロックチャンバ４内には第１の真空予備チャンバ２よりも高い真空度が形成されている。この状態で、第２のゲートバルブ２２を開くと、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とが連通し、これらのチャンバ２，４内の圧力は、第３の真空圧と第２の真空圧との中間圧力である第１の真空圧となる。
第２のゲートバルブ２２が開かれている間、搬送機構４１，４２を駆動してペットボトル５０をプラテン容器５６ごと第１の真空予備チャンバ２から第１のロードロックチャンバ４に搬送する。ペットボトル５０の搬送中は、真空ポンプＶＰ１，ＶＰ２は真空排気動作を継続しており、これにより第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内の圧力は第１の真空圧からさらに低下する。ペットボトル５０の搬送が完了すると、第２のゲートバルブ２２が閉じられる。真空ポンプＶＰ２は第１のロードロックチャンバ４内を第２の真空圧にまで真空引きする。
成膜チャンバ６内は、真空ポンプＶＰ２によって予め真空引きされており、成膜チャンバ６内には第２の真空圧が形成されている。第１のロードロックチャンバ４および成膜チャンバ６内の真空圧が実質的に同じ状態で第３のゲートバルブ２４を開き、搬送機構４２，４３によりペットボトル５０をプラテン容器５６ごと第１のロードロックチャンバ４から成膜チャンバ６に搬送する。ペットボトル５０の成膜チャンバ６への搬送完了後、第３のゲートバルブ２４が閉じられる。そして、ペットボトル５０は、後述するように成膜チャンバ６内で真空圧下で成膜処理される。
成膜処理されたペットボトル５０は、成膜チャンバ６から第２のロードロックチャンバ８に搬送される。より具体的には、真空ポンプＶＰ３により第２のロードロックチャンバ８は上記第２の真空圧まで真空引きされ、第２のロードロックチャンバ８内には成膜チャンバ６と実質的に同じ真空度が形成される。この状態で第４のゲートバルブ２６が開かれ、ペットボトル５０はプラテン容器５６とともに搬送機構４３，４４によって成膜チャンバ６から第２のロードロックチャンバ８に移送される。このとき、第２の真空予備チャンバ１０は真空ポンプＶＰ４によって上記第３の真空圧（第３の真空圧＞第１の真空圧＞第２の真空圧）まで真空引きされる。ペットボトル５０の第２のロードロックチャンバ８への搬送が完了すると、第４のゲートバルブ２６が閉じられ、その後第５のゲートバルブ２８が開かれる。その結果、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とが連通し、これらチャンバ８，１０内の圧力は、第３の真空圧と第２の真空圧との中間圧力である第１の真空圧となる。
第５のゲートバルブ２８が開かれている間、搬送機構４４，４５を駆動してペットボトル５０をプラテン容器５６ごと第２のロードロックチャンバ８から第２の真空予備チャンバ１０に搬送する。ペットボトル５０の搬送が完了すると、第５のゲートバルブ２８が閉じられる。次いで、大気開放弁７３が開かれ、これにより第２の真空予備チャンバ１０が大気開放される。その後、第６のゲートバルブ３０が開かれ、ペットボトル５０はプラテン容器５６とともに第２の真空予備チャンバ１０から大気空間に搬送される。
大気空間に搬送された処理済みのペットボトル５０は図示しないチャックにより搬出コンベア７５に搬送される。ペットボトル５０が取り出された後のプラテン容器５６は、リフトコンベヤ８０により搬送レール８２まで上昇される。リフトコンベヤ８０は、ベルトコンベアに固定された複数のフック８５を備えており、複数のプラテン容器５６を連続的にフック８５に引っ掛けて搬送レール８２にまで持ち上げることができるようになっている。
搬送レール８２は、下方に傾斜しつつリフトコンベヤ８０から下降コンベヤ９０まで延びている。搬送レール８２は複数の回転自在なローラ８７を有しており、プラテン容器５６はその自重によって複数のローラ８７上を下降コンベヤ９０に向かって移動する。下降コンベヤ９０の前にはストッパー８９が配置されており、プラテン容器５６の下降コンベヤ９０への移動はストッパー８９によって停止される。ストッパー８９はプラテン容器５６を所定の間隔で１つずつ下降コンベヤ９０に送り出すように構成されている。したがって、複数のプラテン容器５６は、所定の間隔で下降コンベヤ９０によって下降され、搬送機構４０の上に載置される。そして、搬入コンベア５５により搬送されてきた次のペットボトル５０がプラテン容器５６の上に載置される。このようにしてペットボトル５０の成膜後にプラテン容器５６が回収され、後続のペットボトル５０の成膜工程に使用される。本実施形態では、リフトコンベヤ８０、搬送レール８２、および下降コンベヤ９０によってプラテン容器５６を回収する回収機構が構成される。
先行するペットボトル５０が第１の真空予備チャンバ２から第１のロードロックチャンバ４に移送され、第２のゲートバルブ２２が閉じられた後、大気開放弁９２が開かれ、これにより第１の真空予備チャンバ２は大気開放される。そして、後続のペットボトル５０がプラテン容器５６とともに第１の真空予備チャンバ２内に搬入され、上述した工程が繰り返される。
図５に示すように、第１の真空予備チャンバ２は、大気圧から少なくとも第１の真空圧までの圧力領域で真空引きされ、第１のロードロックチャンバ４は第１の真空圧から第２の真空圧（＜第１の真空圧）までの圧力領域で真空引きされる。成膜チャンバ６は常に第２の真空圧に維持されている。このように、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を段階的に減圧することにより、成膜チャンバ６の上流側に１つのロードロックチャンバを設けた場合に比べて、より短い時間間隔でペットボトル５０を成膜チャンバ６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することができ、スループットを向上させることができる。
図６に示すように、第２の真空予備チャンバ１０は、大気圧から少なくとも第１の真空圧までの圧力領域で真空引きされ、第２のロードロックチャンバ８は第１の真空圧から第２の真空圧（＜第１の真空圧）までの圧力領域で真空引きされる。このように、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を段階的に減圧することにより、成膜チャンバ６の下流側に１つのロードロックチャンバを設けた場合に比べて、より短い時間間隔でペットボトル５０を成膜チャンバ６から搬出することができる。したがって、成膜のサイクルタイムを短くすることができ、スループットを向上させることができる。
次に、成膜チャンバ６の構造について図７を参照しつつ説明する。図７は、成膜チャンバ６の断面を模式的に示す図である。図７に示すように、成膜チャンバ６内には、発熱体６１および原料ガスをペットボトル５０内に供給するガス供給管６２を備えた発熱体ユニット６５が配置されている。発熱体ユニット６５には図示しない電源から電力が供給され、これにより発熱体６１が発熱するようになっている。なお、発熱体の加熱には通電加熱が容易で、そのためにはプラズマＣＶＤ法で用いるような高周波電源及び整合器の組合せよりも安価な交流または直流の電源が使用可能である。
発熱体とは、それ自身は実質的に揮発せず、原料ガスを触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解させうる部材であり、例えば、タンタル、炭化タンタル、タングステン、炭化タングステン、ニッケル‐クロム合金又は炭素を表層の主成分とするワイヤーである。本実施形態では、１６本のペットボトル５０に対し、発熱体ユニット６５が１６セット配置されている（図７では、４セットの発熱体ユニット６５のみが図示されている）が、発熱体ユニット６５の配置数はプラテン容器５６上のペットボトル５０の本数に応じて適宜変更することができる。
成膜チャンバ６内に搬送されたペットボトル５０は、プラテン容器５６とともに昇降機構６９によって上昇されるようになっている。昇降機構６９は、プラテン容器５６が載置される支持台６７と、支持台６７を支持する支持軸７０と、支持軸７０に連結された昇降用モータ７１とを備えている。支持軸７０が成膜チャンバ６を貫通する部分には、図示しないシール部材が配置されている。昇降用モータ７１を駆動することで、支持台６７が昇降し、支持台６７の上に載置されたプラテン容器５６およびプラテン容器５６に保持されたペットボトル５０が昇降する。
ペットボトル５０の成膜について説明する。第３のゲートバルブ２４が閉じ始めると同時に昇降機構６９によりプラテン容器５６およびペットボトル５０を上昇させ、図７に示すように発熱体６１およびガス供給管６２をプラテン容器５６の上に載置されたペットボトル５０内に挿入する。そして、ガス供給管６２からペットボトル５０内に原料ガスを供給するとともに発熱体６１に電流を流す。これによって、発熱体６１が高温となり、発熱体６１は熱触媒体となる。ガス供給管６２から吹き出た原料ガスは、熱触媒体となった発熱体６１に接触し、触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解される。この化学種がペットボトル５０の内面に到達し、ペットボトル５０の内面に薄膜を形成する。ペットボトル５０の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜されたら、昇降機構６９によりプラテン容器５６およびペットボトル５０を下降させる。
各ペットボトル５０は昇降機構６９により、あらかじめ定められた速度で上昇・下降されることにより、各発熱体６１が各ペットボトル５０内に挿入・抜き出しされる。成膜時に、ペットボトル５０を昇降させる昇降速度を調整可能としてもよい。このような構成にすることにより、容器形状、容器耐熱特性や容器に要求する性能に応じて、容器の各部分の成膜時間を調整でき、バリア性能や容器外観の調整が容易となる。ペットボトル５０に代えて、発熱体６１を図示しない昇降機構により昇降させることにより発熱体６１をペットボトル５０に挿入および抜き出すようにしてもよい。
発熱体６１をペットボトル５０の外側に配置することにより、同様にしてペットボトル５０の外面に薄膜を形成することも可能である。さらに、発熱体６１をペットボトル５０の内側および外側に配置することにより、ペットボトル５０の内面および外面の両方に薄膜を形成することも可能である。
本発明によれば、発熱体６１が配置される成膜チャンバ６内は常に真空圧に保たれている。したがって、発熱体６１の劣化が防止され、発熱体６１の成膜機能が低下することがない。
以下、本発明の第２の実施形態に係る薄膜の成膜装置の実施形態を図８乃至図１３を参照して説明する。なお、図８から図１３において、同一または相当する構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図８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平面図である。図９は図８のIX−IX線断面図である。図８に示すように、薄膜の成膜装置１０１は、処理対象の容器としてペットボトル５０を投入するボトル投入用コンベア（搬入コンベア）１０３と、処理済のペットボトル５０を排出するボトル排出用コンベア（搬出コンベア）１０４との間に設置されている。
薄膜の成膜装置１０１は、高い処理能力、例えば毎分６００本の処理能力を達成するため、多数のペットボトル５０、例えば、８本〜６４本のペットボトル５０を収容することができるプラテン容器５６を使用し、多数のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を装置内で移動させて成膜処理を行うように構成されている。本実施形態では、プラテン容器５６は２８本（４列×７行）のペットボトル５０を収容可能になっている。プラテン容器５６は、複数のペットボトル５０を真空チャンバに搬出入するとともに複数のペットボトル５０に成膜処理を施すための取扱容器を構成している。
図８および図９に示すように、薄膜の成膜装置１０１は、中央部に配置されペットボトル５０に成膜処理を施すための成膜ユニット１１０と、成膜ユニット１１０の左右に配置され成膜ユニット１１０に未処理のペットボトル５０を搬入するとともに成膜ユニット１１０から処理済のペットボトル５０を搬出するための搬出入ユニット１３０，１３０とから構成されている。左右の搬出入ユニット１３０，１３０は同一の構成であるため、以下においては右側の搬出入ユニット１３０のみを説明する。
図８に示すように、搬出入ユニット１３０は、ボトル投入用コンベア１０３に隣接して配置された供給ユニット１３１と、ボトル排出用コンベア１０４に隣接して配置された排出ユニット１３３と、供給ユニット１３１と排出ユニット１３３との間に配置された中間ユニット１３２とから構成されている。供給ユニット１３１は、並列した複数のプラテン容器５６を載せることができるようになっている。本実施形態では、供給ユニット１３１に３個のプラテン容器５６が載せられる。供給ユニット１３１上の複数のプラテン容器５６には、投入手段（図示せず）によりボトル投入用コンベア１０３上のペットボトル５０が順次装填される。供給ユニット１３１上の全てのプラテン容器５６に所定数（２８本）のペットボトル５０が装填されると、供給ユニット１３１は複数のプラテン容器５６を中間ユニット１３２に渡す。
前記中間ユニット１３２は、並列した複数のプラテン容器５６を載せることができるようになっており、本実施形態では、中間ユニット１３２に３個のプラテン容器５６が載せられる。中間ユニット１３２は、供給ユニット１３１から受け取った複数のプラテン容器５６を成膜ユニット１１０に供給するようになっている。また、中間ユニット１３２は、成膜ユニット１１０において成膜された処理済のペットボトル５０を収容した複数のプラテン容器５６を成膜ユニット１１０から受け取り、受け取った複数のプラテン容器５６を排出ユニット１３３に渡すようになっている。排出ユニット１３３は、並列した複数のプラテン容器５６を載せることができるようになっており、本実施形態では、排出ユニット１３３に３個のプラテン容器５６が載せられる。排出ユニット１３３に載せられたプラテン容器５６に収容されている所定数（２８本）の処理済のペットボトル５０は、排出手段（図示せず）によりボトル排出用コンベア１０４に順次排出される。なお、ボトル投入用コンベア１０３（搬入コンベア）とボトル排出用コンベア（搬出コンベア）１０４は、それぞれ左側の搬出入ユニット１３０に対応したコンベアと右側の搬出入ユニット１３０に対応したコンベアの２つのコンベアからなることが好ましい。
図８および図９に示すように、成膜ユニット１１０は、複数の成膜ユニットから構成されており、本実施形態では、供給ユニット１３１から受け取った３個のプラテン容器５６内に収容された各２８本のペットボトル５０を同時に成膜処理できるように３セットの成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃから構成されている。３セットの成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは、同一の構成の真空チャンバからなるため、以下においては、成膜ユニット１１０Ｂ（図９において点線で囲まれたユニット）のみを説明する。
図１０は、成膜ユニット１１０Ｂの詳細を示す模式的断面図である。図１０に示すように、成膜ユニット１１０Ｂは、成膜チャンバ６とボトル待機用チャンバ１１２の２つのチャンバを備えている。成膜チャンバ６は上側に配置され、ボトル待機用チャンバ１１２は下側に配置されている。成膜チャンバ６とボトル待機用チャンバ１１２はゲートバルブ１２３を介して連結されている。ボトル待機用チャンバ１１２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。
成膜チャンバ６は連結部６ａを介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ５に連結されており、成膜チャンバ６内は真空ポンプＶＰ５によって真空引きされるようになっている。成膜チャンバ６には、プラテン容器５６に収容された多数のペットボトル５０を同時に成膜処理できるように線状の発熱体６１を備えた発熱体ユニット６５が多数配置されている。線状の発熱体の基部は、図示しない銅製の棒状部材からなり、発熱体６１が発熱した際に実質的に加熱されない構成となっている。発熱体ユニット６５には図示しない電源から電力が供給され、これにより発熱体６１が発熱するようになっている。なお、発熱体の加熱には通電加熱が容易で、そのためにはプラズマＣＶＤ法で用いるような高周波電源及び整合器の組合せよりも安価な交流または直流の電源が使用可能である。各発熱体６１は成膜チャンバ６内で正立状態に保持された各ペットボトル５０内に挿入されるようになっている。本実施形態では、２８個の発熱体ユニット６５が配置されており、成膜チャンバ６内で、プラテン容器５６に収容された計２８本のペットボトル５０の成膜処理が可能になっている。
また、ボトル待機用チャンバ１１２は連結部１１２ａを介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ６に連結されており、ボトル待機用チャンバ１１２内は真空ポンプＶＰ６によって真空引きされるようになっている。
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。
前記チャンバ下面となるプレート１１４の上面には昇降台１１５が設置されており、昇降台１１５上にペットボトル５０を収容したプラテン容器５６が載せられている。昇降台１１５は昇降機１１３によりプレート１１４を昇降されることによりプレート１１４と一体に昇降可能であり、また昇降台１１５はプレート１１４とは独立して単独で昇降可能に構成されている。すなわち、昇降機１１３は二重昇降機講を備えており、第１昇降機構を作動させることによりプレート１１４を昇降台１１５とともに昇降させることができ、第２昇降機構を作動させることにより昇降台１１５を単独で昇降させることができる。なお、プレート１１４を第２昇降機構の昇降軸が貫通するが、この貫通部分にはシール機構が設けられており、プレート１１４はボトル待機用チャンバ１１２を気密に維持できるようになっている。
図１０に示すように構成された成膜ユニットの動作を図１１Ａ乃至図１１Ｃを参照して説明する。
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。
次に、昇降機１１３の第１昇降機構を作動させて第１昇降軸１２１を上昇させ、プレート１１４をプラテン容器５６を載せた昇降台１１５とともに上昇させ、図１１Ｂに示すように、プレート１１４によりボトル待機用チャンバ１１２の下端開口を閉塞することによりボトル待機用チャンバ１１２内を密封する。これにより、昇降台１１５上にあって多数のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６は、ボトル待機用チャンバ１１２内に配置される。この状態で、真空ポンプＶＰ６を作動させてボトル待機用チャンバ１１２内の真空引きを開始する。
真空ポンプＶＰ６の作動によりボトル待機用チャンバ１１２内が成膜チャンバ６内の真空圧より低いが、所定の真空圧になったときに、ゲートバルブ１２３を開き、成膜チャンバ６とボトル待機用チャンバ１１２とを連通させる。これにより、ボトル待機用チャンバ１１２内の真空圧が上昇し、成膜チャンバ６内の真空圧と同等になる。したがって、ボトル待機用チャンバ１１２の真空引き時間を短縮することができる。
次に、図１１Ｃに示すように、昇降機１１３の第２昇降機構を作動させて第２昇降軸１２２を上昇させ、プラテン容器５６を載せた昇降台１１５を単独で上昇させ、多数のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を成膜チャンバ６内に供給する。昇降台１１５が所定位置まで上昇すると、各発熱体６１は各ペットボトル５０内に挿入された状態になる。各ペットボトル５０は昇降台１１５により、あらかじめ定められた速度で上昇・下降されることにより、各発熱体６１が各ペットボトル５０内に挿入・抜き出しされる。
図１２は、昇降台１１５が所定位置まで上昇してプラテン容器５６に収容されたペットボトル５０内に発熱体６１が挿入された状態を示す模式的断面図である。図１２では、昇降台１１５の上昇・下降により、発熱体ユニット６５の発熱体６１およびガス供給管６２がペットボトル５０内に挿入された状態となっている。上述した挿入・抜き出し工程の間に、成膜チャンバ６内は成膜可能な真空圧に達し、ガス供給管６２からペットボトル５０内に原料ガスを供給するとともに発熱体６１に電流が流される。これによって、発熱体６１が高温となり、発熱体６１は熱触媒体となる。ガス供給管６２から吹き出た原料ガスは、熱触媒体となった発熱体６１に接触し、触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解される。この化学種がペットボトル５０の内面に到達し、ペットボトル５０の内面に薄膜を形成する。ペットボトル５０の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜されたら、成膜を完了する。
本発明によれば、ペットボトル５０を昇降させる昇降速度を調整可能な構成にすることにより、容器形状、容器耐熱特性や容器に要求する性能に応じて、容器の各部分の成膜時間を調整でき、バリア性能や容器外観の調整が容易となる。
次に、昇降機１１３の第２昇降機構を作動させて第２昇降軸１２２を下降させ、処理済のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を成膜チャンバ６から取り出してボトル待機用チャンバ１１２に戻した後に、ゲートバルブ１２３を閉じる。この状態は、未処理のペットボトル５０が処理済のペットボトル５０に変わる点を除いて図１１Ｂに示す状態と同一である。その後、ボトル待機用チャンバ１１２に設置された図示しない真空破壊弁（大気開放弁）を作動させてボトル待機用チャンバ１１２内を大気開放する。このとき、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。
次に、昇降機１１３の第１昇降機構を作動させて第１昇降軸１２１を下降させ、プレート１１４をプラテン容器５６を載せた昇降台１１５とともに下降させ、処理済のペットボトル５０をボトル待機用チャンバ１１２から取り出す。この状態は、未処理のペットボトル５０が処理済のペットボトル５０に変わる点を除いて図１１Ａに示す状態と同一である。次に、処理済のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を昇降台１１５から搬出入ユニット１３０の中間ユニット１３２に払い出す。そして、新たなペットボトル５０を収容したプラテン容器５６が中間ユニット１３２から昇降台１１５上に供給される。プラテン容器５６が昇降台１１５上に供給された後は、上述のペットボトル５０の成膜チャンバ６への搬入工程およびペットボトル５０の成膜工程が繰り返される。
次に、図８乃至図１２に示すように構成された薄膜の成膜装置の全体の動作を図１３を参照して説明する。
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。
供給ユニット１３１上の全てのプラテン容器５６に所定数（２８本）のペットボトル５０が装填されると、供給ユニット１３１は、矢印２で示すように、３個のプラテン容器５６を中間ユニット１３２に渡す。中間ユニット１３２は、矢印３で示すように、供給ユニット１３１から受け取った３個のプラテン容器５６を成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃに搬入する。成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃにおいて、図１１Ａ〜図１１Ｃに示す成膜工程が実施され、３個のプラテン容器５６にそれぞれ収容されている２８本のペットボトル５０の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜される。
成膜が完了すると、中間ユニット１３２は、矢印４で示すように、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃから処理済のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６を受け取る。成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃから処理済のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６が搬出されると、矢印５で示すように、左側の搬出入ユニット１３０の中間ユニット１３２から未処理のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６が成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃに搬入される。成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃにおいて成膜処理がなされたペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６は、左側の搬出入ユニット１３０の中間ユニット１３２に払い出される。すなわち、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃには、左右の搬出入ユニット１３０，１３０から交互に未処理のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６が搬入される。
一方、右側の搬出入ユニット１３０における中間ユニット１３２は、矢印６で示すように、処理済のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６を排出ユニット１３３に渡す。排出ユニット１３３に載せられている３個のプラテン容器５６に収容されているペットボトル５０は、矢印７で示すように、排出手段（図示せず）によりボトル排出用コンベア１０４に順次排出される。ボトル排出用コンベア１０４は、処理済のペットボトル５０を矢印Ｂ方向に列状に搬送する。
上述したように、図８乃至図１３に示す薄膜の成膜装置１０１においては、ペットボトル５０をプラテン容器５６に複数本整列させ、整列した複数本のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を１ユニットとして成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃへの搬入・搬出及び成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ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５６を用いて、複数のペットボトル５０をユニット管理することで、複数のペットボトル５０の位置出しを正確かつ容易に行うことができる。本実施形態においては、２８本のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を１ユニットとし、３ユニット（＝８４本）をひとまとまりとして移送（搬入・搬出）及び成膜処理を行うことができる。
成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃの両側に搬出入ユニット１３０を配置することにより、２つの搬出入ユニット１３０から上記３ユニット（＝８４本）を交互に成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃに搬入・搬出することができる。これにより、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは待ち時間がほとんど無く、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃをほぼ連続的に稼働させることができる。また、プラテン容器５６へのペットボトル５０の装填・払い出し及びペットボトル５０を収容したプラテン容器５６の移送は、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃにおけるペットボトル５０の成膜工程中に行うことができるため、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは待ち時間がほとんど無く、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃをほぼ連続的に稼働させることができる。
各成膜ユニット（真空チャンバ）１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃへのペットボトル５０を収容したプラテン容器５６の搬出入は、外部設置の昇降機によりプレート１１４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。
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。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。例えば、発熱体が容器外部に配置されるようにすることで、容器外表面を成膜することが可能である。
本発明は、ペットボトル（ＰＥＴボトル）等の容器の内面、外面のいずれか一方、または両方にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜，ＳｉＯｘ膜，ＳｉＯＣ膜，ＳｉＯＣＮ膜，ＳｉＮｘ膜，ＡｌＯｘ膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜する成膜装置に利用可能である。
１，１０１ 成膜装置
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
本発明は、ペットボトル（ＰＥＴボトル）等の容器の内面、外面のいずれか一方、または両方にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜，ＳｉＯｘ膜，ＳｉＯＣ膜，ＳｉＯＣＮ膜，ＳｉＮｘ膜，ＡｌＯｘ膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜する成膜装置に関するものである。
従来から、清涼飲料などを充填するためにペットボトルをはじめとする軽量のプラスチック製中空容器が用いられているが、利便性やコスト面から飲料・食品分野でのプラスチック容器使用の拡大が急速に進み、現在では、総容器のかなりな部分をペットボトルが占めるまでになっている。しかしながら、プラスチック容器は、金属缶やガラス壜と比較するとガスバリア性が低く、容器内への酸素侵入や容器外への炭酸ガスの放出等が生じ、内容物の品質保持性能に劣る場合がある。そのため、ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜を容器内面に成膜する試みがなされている。ＤＬＣ膜等のガスバリア性の高い薄膜は、真空減圧下にある真空チャンバ内でプラズマＣＶＤ法、金属蒸着法、発熱体ＣＶＤ法、スパッタリング法等により、容器内表面又は外表面に形成でき、容器内への酸素の流入や容器外への炭酸ガスの放出等に対するガスバリア性を飛躍的に高めることができる。
特開２００８−１２７０５４号公報 特開２００４−１０７７８１号公報
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。
本発明の一態様に係る成膜装置は、容器の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、複数の容器を出し入れするための開口を有し、かつ内部が真空引きされた状態で該内部に配置された発熱体を用いて前記複数の容器の成膜を行うことが可能な真空チャンバと、前記チャンバの前記開口を密閉可能であり、かつ前記複数の容器を載せることが可能なプレートと、前記複数の容器が載置された前記プレートにより前記チャンバの前記開口が開閉されるように前記プレートを移動させる第１の移動手段と、前記プレートにより前記チャンバの前記開口が密閉された状態において、各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体が配置されるように、前記複数の容器又は前記発熱体のいずれか一方を他方に対して移動させる第２の移動手段と、を備えたものである。
本発明の一態様においては、前記プレート上に配置され、かつ該プレートとは独立して移動可能であり、かつ前記複数の容器を載せることが可能な台をさらに備え、前記第１の移動手段は、前記プレートにより前記真空チャンバの前記開口を密閉するように、前記複数の容器が載置された前記台と前記プレートとを移動させ、前記第２の移動手段は、前記プレートにより前記真空チャンバの前記開口が密閉された状態において、各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体を配置するように、前記複数の容器が載置された前記台を前記プレートとは独立して移動させてもよい。
上記の態様において、前記真空チャンバは、内部が真空に保たれ、内部に配置された前記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、前記成膜チャンバと反対側に前記開口が形成され、内部が真空引きされるゲートチャンバとを有し、前記第２の移動手段は、前記プレートにより前記ゲートチャンバの前記開口が密閉された状態において、前記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、前記複数の容器が載置された前記台を前記プレートとは独立して移動させてもよい。
上記の態様において、前記成膜チャンバと前記ゲートチャンバとの間に配置されたゲートバルブをさらに備え、前記第１の移動手段は、前記ゲートバルブが閉じた状態において、前記プレートにより前記ゲートチャンバの前記開口を密閉するように、前記複数の容器が載置された前記台と前記プレートとを移動させてもよい。
上記の態様において、前記第２の移動手段は、前記プレートにより前記ゲートチャンバの前記開口が密閉された状態で前記ゲートバルブが開いた後に、前記成膜チャンバ内において各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体を配置するように、前記複数の容器が載置された前記台を前記プレートとは独立して移動させてもよい。
本発明の一態様において、前記第２の移動手段は、前記プレートにより前記ゲートチャンバの前記開口が密閉された状態において、各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体が配置されるように、前記プレート上に載置された前記複数の容器に対して前記発熱体を移動させてもよい。
本発明の一態様に係る成膜方法は、複数の容器を出し入れするための開口を有し、かつ内部が真空引きされた状態で該内部に配置された発熱体を用いて前記複数の容器の成膜を行うことが可能な真空チャンバと、前記チャンバの前記開口を密閉可能であり、かつ前記複数の容器を載せることが可能なプレートとを備える成膜装置を用いて、容器の表面に薄膜を形成する成膜方法であって、前記複数の容器が載置された前記プレートにより前記チャンバの前記開口が開閉されるように前記プレートを移動させる第１の移動工程と、前記プレートにより前記チャンバの前記開口が密閉された状態において、 各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体が配置されるように、前記複数の容器又は前記発熱体のいずれか一方を他方に対して移動させる第２の移動工程と、を含むものである。
なお、発熱体とは、それ自身は実質的に揮発せず、原料ガスを触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解させうる主として金属表面を有する部材であり、例えば、タンタル、炭化タンタル、タングステン、炭化タングステン、ニッケル‐クロム合金又は炭素を表層の主成分とするワイヤーである。
図１は、参考例に係る薄膜の成膜装置の全体構成を示す模式図である。 図２は、参考例に係る成膜装置を上から見た図である。 図３は、プラテン容器の上面図である。 図４は、プラテン容器の他の例を示す上面図である。 図５は、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内の真空圧の変動を示す図である。 図６は、第２の真空予備チャンバおよび第２のロードロックチャンバ内の真空圧の変動を示す図である。 図７は、成膜チャンバの断面を模式的に示す図である。 図８は、本発明の実施形態に係る薄膜の成膜装置の全体構成を示す平面図である。 図９は、図８のIX−IX線断面図である。 成膜ユニットの詳細を示す模式的断面図である。 図１０に示す成膜ユニットの動作を示す図である。 図１１Ｂは、図１０に示す成膜ユニットの動作を示す図である。 図１１Ｃは、図１０に示す成膜ユニットの動作を示す図である。 図１２は、昇降台が所定位置まで上昇してプラテン容器に収容されたペットボトル内に発熱体が挿入された状態を示す模式的断面図である。 図１３は、図８乃至図１２に示すように構成された本発明の一実施形態に係る薄膜の成膜装置の全体の動作を示す図である。
まず、参考例に係る成膜装置を図１乃至図７を参照して説明する。
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。
図２に示すように、容器としてのペットボトル５０は、搬入コンベア５５によって、成膜装置１に搬入される。さらに、ペットボトル５０は、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をこの順に通過し、そして、搬出コンベア７５によって搬出される。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、ペットボトル５０の流れ方向において成膜チャンバ６の上流側に配置され、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は成膜チャンバ６の下流側に配置されている。
第１の真空予備チャンバ２と大気空間（周囲空間）との間には第１の真空隔離手段としての第１のゲートバルブ２０が設けられており、第１のゲートバルブ２０を開くことでペットボトル５０は第１の真空予備チャンバ２内に搬入される。第１の真空予備チャンバ２は第１のロードロックチャンバ４に隣接して配置されている。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との間には第２の真空隔離手段としての第２のゲートバルブ２２が設けられており、第２のゲートバルブ２２を開くことで第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とが連通する。第１のロードロックチャンバ４は成膜チャンバ６に隣接して配置されている。第１のロードロックチャンバ４と成膜チャンバ６との間には第３の真空隔離手段としての第３のゲートバルブ２４が設けられており、第３のゲートバルブ２４を開くことで第１のロードロックチャンバ４と成膜チャンバ６とが連通する。
第２のロードロックチャンバ８は成膜チャンバ６に隣接して配置されている。成膜チャンバ６と第２のロードロックチャンバ８との間には第４の真空隔離手段としての第４のゲートバルブ２６が設けられており、第４のゲートバルブ２６を開くことで成膜チャンバ６と第２のロードロックチャンバ８とが連通する。第２の真空予備チャンバ１０は第２のロードロックチャンバ８に隣接して配置されている。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との間には第５の真空隔離手段としての第５のゲートバルブ２８が設けられており、第５のゲートバルブ２８を開くことで第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とが連通する。第２の真空予備チャンバ１０と大気空間との間には第６のゲートバルブ３０が設けられており、第６のゲートバルブ３０を開くことで、ペットボトル５０は第２の真空予備チャンバ１０から大気空間に搬出される。
第１の真空予備チャンバ２は真空ライン３２を介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ１に接続されており、真空ポンプＶＰ１により第１の真空予備チャンバ２内には真空が形成される。同じように、第１のロードロックチャンバ４、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、真空ライン３３，３５，３６を介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４にそれぞれ接続されており、真空ポンプＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４により第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の内部には真空が形成される。このような構成により、それぞれのチャンバ２，４，８，１０は、真空ポンプＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＰ４により、それぞれ独立して真空排気される。さらに、第３のゲートバルブ２４を開いた状態で真空ポンプＶＰ２を駆動することにより、第１のロードロックチャンバ４および成膜チャンバ６を同時に真空引きすることができる。
第１の真空予備チャンバ２には大気開放弁９２が取り付けられており、この大気開放弁９２を開くことで第１の真空予備チャンバ２内は大気開放される。同じように、第２の真空予備チャンバ１０には大気開放弁７３が取り付けられており、この大気開放弁７３を開くことで第２の真空予備チャンバ１０内は大気開放される。
第１の真空予備チャンバ２と搬入コンベア５５との間にはベルトコンベアなどからなる搬送機構４０が配置されている。さらに、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、第２の真空予備チャンバ１０内には、ベルトコンベアなどからなる搬送機構４１，４２，４３，４４，４５がそれぞれ設けられている。搬送機構４０，４１，４２，４３，４４，４５を駆動することでペットボトル５０は、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、第２の真空予備チャンバ１０内をこの順に搬送される。
図１に示すように、搬入コンベア５５により搬入されたペットボトル５０は、図示しないチャックにより予め用意されたプラテン容器５６の上に載置される。図３はプラテン容器５６の上面図である。図３に示すように、プラテン容器５６は複数の仕切り５６ａを有している。これら仕切り５６ａによって形成された複数の収容空間には、ペットボトル５０の底部が１つずつ収容されるようになっている。このようなプラテン容器５６を用いることでペットボトル５０を１ユニットとして管理することができ、さらにペットボトル５０の位置出しを正確かつ容易に行うことができる。収容空間はこの例に限らず、例えば、プラテン容器５６の底部に形成された円形の凹部から構成されてもよい。また、図示の例では、１６本のペットボトル５０が１つのユニットとしてプラテン容器５６の上に載置され、搬送されるが、図示の例に限定されず、成膜チャンバ６の容量に基づいてより多くのペットボトルを保持することができるプラテン容器を用いてもよい。例えば、図４に示すように、５６本のペットボトル５０を保持することができるプラテン容器５６を用いてもよい。
未処理のペットボトル５０は、大気空間から真空圧が形成されている成膜チャンバ６まで第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を経由して搬送される。また、処理されたペットボトル５０は、成膜チャンバ６から大気空間まで、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を経由して搬送される。大気空間と成膜チャンバ６との間でのペットボトル５０の搬送を可能とするために、チャンバ２，４，８，１０内の圧力はペットボトル５０の移動に伴って変動する。
図５は、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内の真空圧の変動を示す図であり、図６は、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内の真空圧の変動を示す図である。図５および図６に示すように、第１の真空予備チャンバ２および第２の真空予備チャンバ１０は、大気圧から少なくとも第１の所定の真空圧までの圧力領域で真空引きされ、第１のロードロックチャンバ４および第２のロードロックチャンバ８は、第１の真空圧から該第１の真空圧よりも低い所定の第２の真空圧までの圧力領域で真空引きされる。成膜チャンバ６は常に所定の目標真空圧（この例では第２の真空圧）に維持される。
以下、ペットボトル５０の搬送に伴う各チャンバ内での真空圧の変動について詳細に説明する。第１のゲートバルブ２０が開かれると、搬送機構４０，４１を駆動してペットボトル５０はプラテン容器５６ごと第１の真空予備チャンバ２に搬送される。ペットボトル５０が第１の真空予備チャンバ２内に搬送された後、第１のゲートバルブ２０を閉じて、第１の真空予備チャンバ２内を気密状態にする。この状態で、真空ライン３２に接続された真空ポンプＶＰ１を駆動することで、第１の真空予備チャンバ２を所定の第３の真空圧まで真空引きする。この第３の真空圧は、第１の真空圧よりも高い圧力である。
第１のロードロックチャンバ４は、真空ポンプＶＰ２によって第２の真空圧まで真空引きされており、第１のロードロックチャンバ４内には第１の真空予備チャンバ２よりも高い真空度が形成されている。この状態で、第２のゲートバルブ２２を開くと、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とが連通し、これらのチャンバ２，４内の圧力は、第３の真空圧と第２の真空圧との中間圧力である第１の真空圧となる。
第２のゲートバルブ２２が開かれている間、搬送機構４１，４２を駆動してペットボトル５０をプラテン容器５６ごと第１の真空予備チャンバ２から第１のロードロックチャンバ４に搬送する。ペットボトル５０の搬送中は、真空ポンプＶＰ１，ＶＰ２は真空排気動作を継続しており、これにより第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内の圧力は第１の真空圧からさらに低下する。ペットボトル５０の搬送が完了すると、第２のゲートバルブ２２が閉じられる。真空ポンプＶＰ２は第１のロードロックチャンバ４内を第２の真空圧にまで真空引きする。
成膜チャンバ６内は、真空ポンプＶＰ２によって予め真空引きされており、成膜チャンバ６内には第２の真空圧が形成されている。第１のロードロックチャンバ４および成膜チャンバ６内の真空圧が実質的に同じ状態で第３のゲートバルブ２４を開き、搬送機構４２，４３によりペットボトル５０をプラテン容器５６ごと第１のロードロックチャンバ４から成膜チャンバ６に搬送する。ペットボトル５０の成膜チャンバ６への搬送完了後、第３のゲートバルブ２４が閉じられる。そして、ペットボトル５０は、後述するように成膜チャンバ６内で真空圧下で成膜処理される。
成膜処理されたペットボトル５０は、成膜チャンバ６から第２のロードロックチャンバ８に搬送される。より具体的には、真空ポンプＶＰ３により第２のロードロックチャンバ８は上記第２の真空圧まで真空引きされ、第２のロードロックチャンバ８内には成膜チャンバ６と実質的に同じ真空度が形成される。この状態で第４のゲートバルブ２６が開かれ、ペットボトル５０はプラテン容器５６とともに搬送機構４３，４４によって成膜チャンバ６から第２のロードロックチャンバ８に移送される。このとき、第２の真空予備チャンバ１０は真空ポンプＶＰ４によって上記第３の真空圧（第３の真空圧＞第１の真空圧＞第２の真空圧）まで真空引きされる。ペットボトル５０の第２のロードロックチャンバ８への搬送が完了すると、第４のゲートバルブ２６が閉じられ、その後第５のゲートバルブ２８が開かれる。その結果、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とが連通し、これらチャンバ８，１０内の圧力は、第３の真空圧と第２の真空圧との中間圧力である第１の真空圧となる。
第５のゲートバルブ２８が開かれている間、搬送機構４４，４５を駆動してペットボトル５０をプラテン容器５６ごと第２のロードロックチャンバ８から第２の真空予備チャンバ１０に搬送する。ペットボトル５０の搬送が完了すると、第５のゲートバルブ２８が閉じられる。次いで、大気開放弁７３が開かれ、これにより第２の真空予備チャンバ１０が大気開放される。その後、第６のゲートバルブ３０が開かれ、ペットボトル５０はプラテン容器５６とともに第２の真空予備チャンバ１０から大気空間に搬送される。
大気空間に搬送された処理済みのペットボトル５０は図示しないチャックにより搬出コンベア７５に搬送される。ペットボトル５０が取り出された後のプラテン容器５６は、リフトコンベヤ８０により搬送レール８２まで上昇される。リフトコンベヤ８０は、ベルトコンベアに固定された複数のフック８５を備えており、複数のプラテン容器５６を連続的にフック８５に引っ掛けて搬送レール８２にまで持ち上げることができるようになっている。
搬送レール８２は、下方に傾斜しつつリフトコンベヤ８０から下降コンベヤ９０まで延びている。搬送レール８２は複数の回転自在なローラ８７を有しており、プラテン容器５６はその自重によって複数のローラ８７上を下降コンベヤ９０に向かって移動する。下降コンベヤ９０の前にはストッパー８９が配置されており、プラテン容器５６の下降コンベヤ９０への移動はストッパー８９によって停止される。ストッパー８９はプラテン容器５６を所定の間隔で１つずつ下降コンベヤ９０に送り出すように構成されている。したがって、複数のプラテン容器５６は、所定の間隔で下降コンベヤ９０によって下降され、搬送機構４０の上に載置される。そして、搬入コンベア５５により搬送されてきた次のペットボトル５０がプラテン容器５６の上に載置される。このようにしてペットボトル５０の成膜後にプラテン容器５６が回収され、後続のペットボトル５０の成膜工程に使用される。本参考例では、リフトコンベヤ８０、搬送レール８２、および下降コンベヤ９０によってプラテン容器５６を回収する回収機構が構成される。
先行するペットボトル５０が第１の真空予備チャンバ２から第１のロードロックチャンバ４に移送され、第２のゲートバルブ２２が閉じられた後、大気開放弁９２が開かれ、これにより第１の真空予備チャンバ２は大気開放される。そして、後続のペットボトル５０がプラテン容器５６とともに第１の真空予備チャンバ２内に搬入され、上述した工程が繰り返される。
図５に示すように、第１の真空予備チャンバ２は、大気圧から少なくとも第１の真空圧までの圧力領域で真空引きされ、第１のロードロックチャンバ４は第１の真空圧から第２の真空圧（＜第１の真空圧）までの圧力領域で真空引きされる。成膜チャンバ６は常に第２の真空圧に維持されている。このように、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を段階的に減圧することにより、成膜チャンバ６の上流側に１つのロードロックチャンバを設けた場合に比べて、より短い時間間隔でペットボトル５０を成膜チャンバ６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することができ、スループットを向上させることができる。
図６に示すように、第２の真空予備チャンバ１０は、大気圧から少なくとも第１の真空圧までの圧力領域で真空引きされ、第２のロードロックチャンバ８は第１の真空圧から第２の真空圧（＜第１の真空圧）までの圧力領域で真空引きされる。このように、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を段階的に減圧することにより、成膜チャンバ６の下流側に１つのロードロックチャンバを設けた場合に比べて、より短い時間間隔でペットボトル５０を成膜チャンバ６から搬出することができる。したがって、成膜のサイクルタイムを短くすることができ、スループットを向上させることができる。
次に、成膜チャンバ６の構造について図７を参照しつつ説明する。図７は、成膜チャンバ６の断面を模式的に示す図である。図７に示すように、成膜チャンバ６内には、発熱体６１および原料ガスをペットボトル５０内に供給するガス供給管６２を備えた発熱体ユニット６５が配置されている。発熱体ユニット６５には図示しない電源から電力が供給され、これにより発熱体６１が発熱するようになっている。なお、発熱体の加熱には通電加熱が容易で、そのためにはプラズマＣＶＤ法で用いるような高周波電源及び整合器の組合せよりも安価な交流または直流の電源が使用可能である。
発熱体とは、それ自身は実質的に揮発せず、原料ガスを触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解させうる部材であり、例えば、タンタル、炭化タンタル、タングステン、炭化タングステン、ニッケル‐クロム合金又は炭素を表層の主成分とするワイヤーである。本参考例では、１６本のペットボトル５０に対し、発熱体ユニット６５が１６セット配置されている（図７では、４セットの発熱体ユニット６５のみが図示されている）が、発熱体ユニット６５の配置数はプラテン容器５６上のペットボトル５０の本数に応じて適宜変更することができる。
成膜チャンバ６内に搬送されたペットボトル５０は、プラテン容器５６とともに昇降機構６９によって上昇されるようになっている。昇降機構６９は、プラテン容器５６が載置される支持台６７と、支持台６７を支持する支持軸７０と、支持軸７０に連結された昇降用モータ７１とを備えている。支持軸７０が成膜チャンバ６を貫通する部分には、図示しないシール部材が配置されている。昇降用モータ７１を駆動することで、支持台６７が昇降し、支持台６７の上に載置されたプラテン容器５６およびプラテン容器５６に保持されたペットボトル５０が昇降する。
ペットボトル５０の成膜について説明する。第３のゲートバルブ２４が閉じ始めると同時に昇降機構６９によりプラテン容器５６およびペットボトル５０を上昇させ、図７に示すように発熱体６１およびガス供給管６２をプラテン容器５６の上に載置されたペットボトル５０内に挿入する。そして、ガス供給管６２からペットボトル５０内に原料ガスを供給するとともに発熱体６１に電流を流す。これによって、発熱体６１が高温となり、発熱体６１は熱触媒体となる。ガス供給管６２から吹き出た原料ガスは、熱触媒体となった発熱体６１に接触し、触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解される。この化学種がペットボトル５０の内面に到達し、ペットボトル５０の内面に薄膜を形成する。ペットボトル５０の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜されたら、昇降機構６９によりプラテン容器５６およびペットボトル５０を下降させる。
各ペットボトル５０は昇降機構６９により、あらかじめ定められた速度で上昇・下降されることにより、各発熱体６１が各ペットボトル５０内に挿入・抜き出しされる。成膜時に、ペットボトル５０を昇降させる昇降速度を調整可能としてもよい。このような構成にすることにより、容器形状、容器耐熱特性や容器に要求する性能に応じて、容器の各部分の成膜時間を調整でき、バリア性能や容器外観の調整が容易となる。ペットボトル５０に代えて、発熱体６１を図示しない昇降機構により昇降させることにより発熱体６１をペットボトル５０に挿入および抜き出すようにしてもよい。
発熱体６１をペットボトル５０の外側に配置することにより、同様にしてペットボトル５０の外面に薄膜を形成することも可能である。さらに、発熱体６１をペットボトル５０の内側および外側に配置することにより、ペットボトル５０の内面および外面の両方に薄膜を形成することも可能である。
参考例によれば、発熱体６１が配置される成膜チャンバ６内は常に真空圧に保たれている。したがって、発熱体６１の劣化が防止され、発熱体６１の成膜機能が低下することがない。
また、参考例によれば、以下の利点が得られる。
（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。
以下、本発明の一実施形態に係る薄膜の成膜装置を図８乃至図１３を参照して説明する。なお、図８から図１３において、同一または相当する構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図８は、本発明の一実施形態に係る薄膜の成膜装置の全体構成を示す平面図である。図９は図８のIX−IX線断面図である。図８に示すように、薄膜の成膜装置１０１は、処理対象の容器としてペットボトル５０を投入するボトル投入用コンベア（搬入コンベア）１０３と、処理済のペットボトル５０を排出するボトル排出用コンベア（搬出コンベア）１０４との間に設置されている。
薄膜の成膜装置１０１は、高い処理能力、例えば毎分６００本の処理能力を達成するため、多数のペットボトル５０、例えば、８本〜６４本のペットボトル５０を収容することができるプラテン容器５６を使用し、多数のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を装置内で移動させて成膜処理を行うように構成されている。本実施形態では、プラテン容器５６は２８本（４列×７行）のペットボトル５０を収容可能になっている。プラテン容器５６は、複数のペットボトル５０を真空チャンバに搬出入するとともに複数のペットボトル５０に成膜処理を施すための取扱容器を構成している。
図８および図９に示すように、薄膜の成膜装置１０１は、中央部に配置されペットボトル５０に成膜処理を施すための成膜ユニット１１０と、成膜ユニット１１０の左右に配置され成膜ユニット１１０に未処理のペットボトル５０を搬入するとともに成膜ユニット１１０から処理済のペットボトル５０を搬出するための搬出入ユニット１３０，１３０とから構成されている。左右の搬出入ユニット１３０，１３０は同一の構成であるため、以下においては右側の搬出入ユニット１３０のみを説明する。
図８に示すように、搬出入ユニット１３０は、ボトル投入用コンベア１０３に隣接して配置された供給ユニット１３１と、ボトル排出用コンベア１０４に隣接して配置された排出ユニット１３３と、供給ユニット１３１と排出ユニット１３３との間に配置された中間ユニット１３２とから構成されている。供給ユニット１３１は、並列した複数のプラテン容器５６を載せることができるようになっている。本実施形態では、供給ユニット１３１に３個のプラテン容器５６が載せられる。供給ユニット１３１上の複数のプラテン容器５６には、投入手段（図示せず）によりボトル投入用コンベア１０３上のペットボトル５０が順次装填される。供給ユニット１３１上の全てのプラテン容器５６に所定数（２８本）のペットボトル５０が装填されると、供給ユニット１３１は複数のプラテン容器５６を中間ユニット１３２に渡す。
前記中間ユニット１３２は、並列した複数のプラテン容器５６を載せることができるようになっており、本実施形態では、中間ユニット１３２に３個のプラテン容器５６が載せられる。中間ユニット１３２は、供給ユニット１３１から受け取った複数のプラテン容器５６を成膜ユニット１１０に供給するようになっている。また、中間ユニット１３２は、成膜ユニット１１０において成膜された処理済のペットボトル５０を収容した複数のプラテン容器５６を成膜ユニット１１０から受け取り、受け取った複数のプラテン容器５６を排出ユニット１３３に渡すようになっている。排出ユニット１３３は、並列した複数のプラテン容器５６を載せることができるようになっており、本実施形態では、排出ユニット１３３に３個のプラテン容器５６が載せられる。排出ユニット１３３に載せられたプラテン容器５６に収容されている所定数（２８本）の処理済のペットボトル５０は、排出手段（図示せず）によりボトル排出用コンベア１０４に順次排出される。なお、ボトル投入用コンベア１０３（搬入コンベア）とボトル排出用コンベア（搬出コンベア）１０４は、それぞれ左側の搬出入ユニット１３０に対応したコンベアと右側の搬出入ユニット１３０に対応したコンベアの２つのコンベアからなることが好ましい。
図８および図９に示すように、成膜ユニット１１０は、複数の成膜ユニットから構成されており、本実施形態では、供給ユニット１３１から受け取った３個のプラテン容器５６内に収容された各２８本のペットボトル５０を同時に成膜処理できるように３セットの成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃから構成されている。３セットの成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは、同一の構成の真空チャンバからなるため、以下においては、成膜ユニット１１０Ｂ（図９において点線で囲まれたユニット）のみを説明する。
図１０は、成膜ユニット１１０Ｂの詳細を示す模式的断面図である。図１０に示すように、成膜ユニット１１０Ｂは、成膜チャンバ６とボトル待機用チャンバ１１２の２つのチャンバを備えている。成膜チャンバ６は上側に配置され、ボトル待機用チャンバ１１２は下側に配置されている。成膜チャンバ６とボトル待機用チャンバ１１２はゲートバルブ１２３を介して連結されている。ボトル待機用チャンバ１１２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。
成膜チャンバ６は連結部６ａを介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ５に連結されており、成膜チャンバ６内は真空ポンプＶＰ５によって真空引きされるようになっている。成膜チャンバ６には、プラテン容器５６に収容された多数のペットボトル５０を同時に成膜処理できるように線状の発熱体６１を備えた発熱体ユニット６５が多数配置されている。線状の発熱体の基部は、図示しない銅製の棒状部材からなり、発熱体６１が発熱した際に実質的に加熱されない構成となっている。発熱体ユニット６５には図示しない電源から電力が供給され、これにより発熱体６１が発熱するようになっている。なお、発熱体の加熱には通電加熱が容易で、そのためにはプラズマＣＶＤ法で用いるような高周波電源及び整合器の組合せよりも安価な交流または直流の電源が使用可能である。各発熱体６１は成膜チャンバ６内で正立状態に保持された各ペットボトル５０内に挿入されるようになっている。本実施形態では、２８個の発熱体ユニット６５が配置されており、成膜チャンバ６内で、プラテン容器５６に収容された計２８本のペットボトル５０の成膜処理が可能になっている。
また、ボトル待機用チャンバ１１２は連結部１１２ａを介して真空排気手段としての真空ポンプＶＰ６に連結されており、ボトル待機用チャンバ１１２内は真空ポンプＶＰ６によって真空引きされるようになっている。
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。
前記チャンバ下面となるプレート１１４の上面には昇降台１１５が設置されており、昇降台１１５上にペットボトル５０を収容したプラテン容器５６が載せられている。昇降台１１５は昇降機１１３によりプレート１１４を昇降されることによりプレート１１４と一体に昇降可能であり、また昇降台１１５はプレート１１４とは独立して単独で昇降可能に構成されている。すなわち、昇降機１１３は二重昇降機講を備えており、第１昇降機構を作動させることによりプレート１１４を昇降台１１５とともに昇降させることができ、第２昇降機構を作動させることにより昇降台１１５を単独で昇降させることができる。なお、プレート１１４を第２昇降機構の昇降軸が貫通するが、この貫通部分にはシール機構が設けられており、プレート１１４はボトル待機用チャンバ１１２を気密に維持できるようになっている。
図１０に示すように構成された成膜ユニットの動作を図１１Ａ乃至図１１Ｃを参照して説明する。
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。
次に、昇降機１１３の第１昇降機構を作動させて第１昇降軸１２１を上昇させ、プレート１１４をプラテン容器５６を載せた昇降台１１５とともに上昇させ、図１１Ｂに示すように、プレート１１４によりボトル待機用チャンバ１１２の下端開口を閉塞することによりボトル待機用チャンバ１１２内を密封する。これにより、昇降台１１５上にあって多数のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６は、ボトル待機用チャンバ１１２内に配置される。この状態で、真空ポンプＶＰ６を作動させてボトル待機用チャンバ１１２内の真空引きを開始する。
真空ポンプＶＰ６の作動によりボトル待機用チャンバ１１２内が成膜チャンバ６内の真空圧より低いが、所定の真空圧になったときに、ゲートバルブ１２３を開き、成膜チャンバ６とボトル待機用チャンバ１１２とを連通させる。これにより、ボトル待機用チャンバ１１２内の真空圧が上昇し、成膜チャンバ６内の真空圧と同等になる。したがって、ボトル待機用チャンバ１１２の真空引き時間を短縮することができる。
次に、図１１Ｃに示すように、昇降機１１３の第２昇降機構を作動させて第２昇降軸１２２を上昇させ、プラテン容器５６を載せた昇降台１１５を単独で上昇させ、多数のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を成膜チャンバ６内に供給する。昇降台１１５が所定位置まで上昇すると、各発熱体６１は各ペットボトル５０内に挿入された状態になる。各ペットボトル５０は昇降台１１５により、あらかじめ定められた速度で上昇・下降されることにより、各発熱体６１が各ペットボトル５０内に挿入・抜き出しされる。
図１２は、昇降台１１５が所定位置まで上昇してプラテン容器５６に収容されたペットボトル５０内に発熱体６１が挿入された状態を示す模式的断面図である。図１２では、昇降台１１５の上昇・下降により、発熱体ユニット６５の発熱体６１およびガス供給管６２がペットボトル５０内に挿入された状態となっている。上述した挿入・抜き出し工程の間に、成膜チャンバ６内は成膜可能な真空圧に達し、ガス供給管６２からペットボトル５０内に原料ガスを供給するとともに発熱体６１に電流が流される。これによって、発熱体６１が高温となり、発熱体６１は熱触媒体となる。ガス供給管６２から吹き出た原料ガスは、熱触媒体となった発熱体６１に接触し、触媒化学反応によって及び／又は熱的に化学種に分解される。この化学種がペットボトル５０の内面に到達し、ペットボトル５０の内面に薄膜を形成する。ペットボトル５０の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜されたら、成膜を完了する。
本発明によれば、ペットボトル５０を昇降させる昇降速度を調整可能な構成にすることにより、容器形状、容器耐熱特性や容器に要求する性能に応じて、容器の各部分の成膜時間を調整でき、バリア性能や容器外観の調整が容易となる。
次に、昇降機１１３の第２昇降機構を作動させて第２昇降軸１２２を下降させ、処理済のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を成膜チャンバ６から取り出してボトル待機用チャンバ１１２に戻した後に、ゲートバルブ１２３を閉じる。この状態は、未処理のペットボトル５０が処理済のペットボトル５０に変わる点を除いて図１１Ｂに示す状態と同一である。その後、ボトル待機用チャンバ１１２に設置された図示しない真空破壊弁（大気開放弁）を作動させてボトル待機用チャンバ１１２内を大気開放する。このとき、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。
次に、昇降機１１３の第１昇降機構を作動させて第１昇降軸１２１を下降させ、プレート１１４をプラテン容器５６を載せた昇降台１１５とともに下降させ、処理済のペットボトル５０をボトル待機用チャンバ１１２から取り出す。この状態は、未処理のペットボトル５０が処理済のペットボトル５０に変わる点を除いて図１１Ａに示す状態と同一である。次に、処理済のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を昇降台１１５から搬出入ユニット１３０の中間ユニット１３２に払い出す。そして、新たなペットボトル５０を収容したプラテン容器５６が中間ユニット１３２から昇降台１１５上に供給される。プラテン容器５６が昇降台１１５上に供給された後は、上述のペットボトル５０の成膜チャンバ６への搬入工程およびペットボトル５０の成膜工程が繰り返される。
次に、図８乃至図１２に示すように構成された薄膜の成膜装置の全体の動作を図１３を参照して説明する。
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。
供給ユニット１３１上の全てのプラテン容器５６に所定数（２８本）のペットボトル５０が装填されると、供給ユニット１３１は、矢印２で示すように、３個のプラテン容器５６を中間ユニット１３２に渡す。中間ユニット１３２は、矢印３で示すように、供給ユニット１３１から受け取った３個のプラテン容器５６を成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃに搬入する。成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃにおいて、図１１Ａ〜図１１Ｃに示す成膜工程が実施され、３個のプラテン容器５６にそれぞれ収容されている２８本のペットボトル５０の内面に所定の膜厚の薄膜が成膜される。
成膜が完了すると、中間ユニット１３２は、矢印４で示すように、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃから処理済のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６を受け取る。成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃから処理済のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６が搬出されると、矢印５で示すように、左側の搬出入ユニット１３０の中間ユニット１３２から未処理のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６が成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃに搬入される。成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃにおいて成膜処理がなされたペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６は、左側の搬出入ユニット１３０の中間ユニット１３２に払い出される。すなわち、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃには、左右の搬出入ユニット１３０，１３０から交互に未処理のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６が搬入される。
一方、右側の搬出入ユニット１３０における中間ユニット１３２は、矢印６で示すように、処理済のペットボトル５０を収容した３個のプラテン容器５６を排出ユニット１３３に渡す。排出ユニット１３３に載せられている３個のプラテン容器５６に収容されているペットボトル５０は、矢印７で示すように、排出手段（図示せず）によりボトル排出用コンベア１０４に順次排出される。ボトル排出用コンベア１０４は、処理済のペットボトル５０を矢印Ｂ方向に列状に搬送する。
上述したように、図８乃至図１３に示す薄膜の成膜装置１０１においては、ペットボトル５０をプラテン容器５６に複数本整列させ、整列した複数本のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を１ユニットとして成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃへの搬入・搬出及び成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ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５６を用いて、複数のペットボトル５０をユニット管理することで、複数のペットボトル５０の位置出しを正確かつ容易に行うことができる。本実施形態においては、２８本のペットボトル５０を収容したプラテン容器５６を１ユニットとし、３ユニット（＝８４本）をひとまとまりとして移送（搬入・搬出）及び成膜処理を行うことができる。
成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃの両側に搬出入ユニット１３０を配置することにより、２つの搬出入ユニット１３０から上記３ユニット（＝８４本）を交互に成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃに搬入・搬出することができる。これにより、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは待ち時間がほとんど無く、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃをほぼ連続的に稼働させることができる。また、プラテン容器５６へのペットボトル５０の装填・払い出し及びペットボトル５０を収容したプラテン容器５６の移送は、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃにおけるペットボトル５０の成膜工程中に行うことができるため、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは待ち時間がほとんど無く、成膜ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃをほぼ連続的に稼働させることができる。
各成膜ユニット（真空チャンバ）１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃへのペットボトル５０を収容したプラテン容器５６の搬出入は、外部設置の昇降機によりプレート１１４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。
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。
上述した本実施形態の成膜装置においては、以下のような利点が得られる。
（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。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。例えば、発熱体が容器外部に配置されるようにすることで、容器外表面を成膜することが可能である。
本発明は、ペットボトル（ＰＥＴボトル）等の容器の内面、外面のいずれか一方、または両方にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜，ＳｉＯｘ膜，ＳｉＯＣ膜，ＳｉＯＣＮ膜，ＳｉＮｘ膜，ＡｌＯｘ膜等のガスバリア性の高い薄膜を成膜する成膜装置に利用可能である。
１，１０１ 成膜装置
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
本発明の一態様に係る成膜装置は、複数の容器のそれぞれの表面に薄膜を形成する成膜装置であって、内部に配置された発熱体を真空状態で保持する第１チャンバ、及び前記第１チャンバに連通し、前記複数の容器を出し入れするための開口が前記第１チャンバと反対側に形成され、内部が真空引きされる第２チャンバを有する真空チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に配置されたゲートバルブと、前記第２チャンバの前記開口を密閉可能であり、かつ前記複数の容器と一体的に移動可能なプレートと、前記ゲートバルブが閉じた状態において、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉されかつ前記複数の容器が前記第２チャンバに配置されるように前記プレートを移動させる第１の移動手段と、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉された状態において前記ゲートバルブが開いた後に、各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体が配置されるように、前記複数の容器又は前記発熱体のいずれか一方を他方に対して移動させる第２の移動手段と、を備えたものである。
本発明の一態様において、成膜装置は、前記プレートとは独立して移動可能な状態で前記プレートに設置され、かつ前記複数の容器を載せることが可能な台をさらに備え、前記第１の移動手段は、前記ゲートバルブが閉じた状態において、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口を密閉するように、前記複数の容器が載せられた前記台と前記プレートとを移動させ、前記第２の移動手段は、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉された状態において前記ゲートバルブが開いた後に、各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体を配置するように、前記複数の容器が載せられた前記台を前記プレートとは独立して移動させてもよい。
本発明の一態様において、前記第２の移動手段は、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉された状態において前記ゲートバルブが開いた後に、前記第２チャンバに収容された前記複数の容器に対して前記発熱体を移動させてもよい。
本発明の一態様に係る成膜方法は、内部に配置された発熱体を真空状態で保持する第１チャンバ、及び前記第１チャンバに連通し、前記複数の容器を出し入れするための開口が前記第１チャンバと反対側に形成され、内部が真空引きされる第２チャンバを有する真空チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に配置されたゲートバルブと、前記第２チャンバの前記開口を密閉可能であり、かつ前記複数の容器と一体的に移動可能なプレートとを備える成膜装置を用いて、前記複数の容器のそれぞれの表面に薄膜を形成する成膜方法であって、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉されかつ前記複数の容器が前記第２チャンバに収容されるように前記プレートを移動させる第１の移動工程と、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉された状態において前記ゲートバルブが開いた後に、各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体が配置されるように、前記複数の容器又は前記発熱体のいずれか一方を他方に対して移動させる第２の移動工程と、含むものである。なお、上記態様の成膜方法において、前記成膜装置は、前記プレートとは独立して移動可能な状態で前記プレートに設置され、かつ前記複数の容器を載せることが可能な台をさらに備え、前記第１の移動工程では、前記ゲートバルブが閉じた状態において、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口を密閉するように、前記複数の容器が載せられた前記台と前記プレートとを移動させ、前記第２の移動手段は、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉された状態において前記ゲートバルブが開いた後に、各容器の内側及び外側の少なくとも一方に前記発熱体を配置するように、前記複数の容器が載せられた前記台を前記プレートとは独立して移動させてもよい。前記第２の移動工程では、前記プレートにより前記第２チャンバの前記開口が密閉された状態において前記ゲートバルブが開いた後に、前記第２チャンバに収容された前記複数の容器に対して前記発熱体を移動させてもよい。

Claims (7)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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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