KR100782651B1 - 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치 및 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법 - Google Patents
플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치 및 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 그 용기의 입구부 및 숄더부를 제외한 외주를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과, 상기 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재되는 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관과, 상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 상기 배기관 측에서 상기 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입되어 접지 측에 접속되는 동시에, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과, 상기 배기관에 부착된 배기 수단과, 상기 내부 전극에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과, 상기 외부 전극에 접속된 고주파 전원을 포함한다.
Description
본 발명은, 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치 및 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법에 관한 것이다.
플라스틱 용기, 예컨대 페트병은, 외부에서의 산소의 투과, 내부(예컨대 탄산 음료수)로부터의 이산화탄소의 투과를 방지하기 위해서 그 내면에 DLC(diamond like carbon) 같은 탄소막을 코팅하는 것이 시도되고 있다.
이러한 플라스틱 용기 내면에 탄소막을 코팅하는 방법으로서는, 일본 특허 공개 제 1996-53116 호 공보 및 특허 제 2788412 호 공보(일본 특허 공개 제 1996-53117 호 공보)에 고주파 플라즈마를 이용하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 제 1997-272567 호 공보에는, 그 응용적인 방법으로서 고주파 플라즈마를 이용하여 탄소막을 필름에 코팅하는 방법이 개시되어 있다. 특허 제 3072269(일본 특허 공개 제 1998-226884 호 공보)에는, 특수 형상 용기에 대응하는 탄소막의 코팅 방법이 개시되어 있다. 특허 제 3115252(일본 특허 공개 제 1998-258825 호 공보)등에는, 양산화 기술로서 복수 개의 용기에 동시에 코팅하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 플라스틱 용기에 탄소막을 코팅하는 기술이 개시된 문헌으로서, 「K. Takemoto, et al, Proceedings of ADC/FCT '99, p 285」, 「E, Shimamura et al, 10t years IAPRI World Conference 1997, p 251」가 있다.
고주파 플라즈마 CVD를 사용하여 플라스틱 용기에 탄소막 코팅을 하는 기본적인 발명인 상기 특허 제 2788412 호 공보(일본 특허 공개 제 1996-53116 호 공보)에 관해서, 도 18을 참조하여 설명한다. 도 18은 이 공보에 기재되어 있는 고주파 플라즈마 CVD를 사용한 플라스틱 용기에의 탄소막 코팅 장치의 단면도이다.
외부 전극(201)은, 가대(202)상에 예컨대 폴리테트라플루오르에틸렌제의 시일판(203)을 통해서 설치되어 있다. 이 외부 전극(201)은, 수납되는 플라스틱 용기, 예컨대 페트병(B)의 외형과 거의 유사한 모양의 내부 형상을 갖는다. 이 외부 전극(201)은, 금속제 병마개 부분도 병마개용의 나사 형상에 따른 내부 형상인 것이 바람직하다. 상기 외부 전극(201)은, 통상의 본체(201a)와 이 본체(201a)의 상단에 부착되는 마개부(201b)로부터 구성되어, 진공 용기를 겸하고 있다. 가스 배기관(204)은, 상기 가대(202)및 시일판(203)을 통해서 상기 외부 전극(201) 하부에 연통되어 있다.
내부 전극(205)은, 상기 외부 전극(201)내에 수납된 페트병(B) 내에 삽입되어 있다. 이 내부 전극(205)은 공중 구조를 가지며, 표면에는 복수의 가스 분사 구멍(206)이 형성되어 있다. CVD용 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(207)이, 상기 가대(202)및 시일판(203)을 관통하여 상기 내부 전극(205)의 하단에 연통되어 있다. CVD용 매질 가스는, 상기 공급관(207)을 통해서 상기 내부 전극(205)내에 공급되어, 상기 가스 분사 구멍(206)으로부터 상기 병(B) 내에 공급된다.
RF 입력 단자(208)가, 상기 가대(202)및 시일판(203)을 통해서 상기 외부 전극(201)하부에 접속되어 있다. 이 RF 입력 단자(208)는, 상기 가대(202)에 대하여 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 상기 RF 입력 단자(208)의 하단은, 정합기(209)를 통해서 고주파 전원(210)에 접속되어 있다. 상기 외부 전극(201)은, 상기 고주파 전원(210)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 상기 정합기(209) 및 RF 입력 단자(208)를 통해서 인가된다.
이러한 구성의 장치를 이용하여 페트병에 탄소막을 코팅하는 방법에 관해서 설명한다.
우선, 외부 전극(201)의 본체(201a) 내에 페트병(B)을 삽입하여, 상기 본체(201a)에 마개(201b)를 부착하는 것에 의해 상기 병(B)을 상기 외부 전극(201) 내에 기밀하게 수납한다. 외부 전극(201) 내의 가스를 가스 배기관(204)을 통해서 배기시킨다. 이 때, 상기 외부 전극(201)에 수납된 상기 병(B) 내외의 공간의 가스가 배기된다. 규정의 진공도(대표치: 10-2 내지 10-5Torr)에 도달된 후, 매질 가스를 가스 공급관(207)을 통해서 내부 전극(205)에 예컨대 10 내지 50mL/min의 유량으로 공급한다. 공급된 매질 가스는, 또한 내부 전극(205)의 가스 분사 구멍(206)을 통해서 상기 병(B) 내에 분사된다. 또, 이 매질 가스로서는 예컨대 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산 등의 지방족 탄화수소류, 방향족 탄화수소류, 산소 함유 탄화수소류, 질소 함유 탄화수소류가 사용된다. 상기 병(B) 내의 압력은, 가스 공급량과 배기량의 밸런스에 의해서 예컨대 2 X 10-1 내지 1 X 10-2Torr에 설정한다. 그 후, 고주파 전원(210)으로부터 50 내지 1000W의 고주파 전력을 정합기(209) 및 RF 입력 단자(208)를 통해서 외부 전극(201)에 인가한다.
이러한 고주파 전력의 외부 전극(201)에의 인가에 의해서, 상기 외부 전극(201)과 내부 전극(205)의 사이에 플라즈마가 생성된다. 이 때, 상기 병(B)은 외부 전극(201)의 안에 거의 간극 없게 수납되어 있기 때문에, 플라즈마는 상기 병(B) 내에서 발생한다. 상기 매질 가스는, 상기 플라즈마에 의해서 해리 또는 더 나아가서는 이온화하여, 탄소막을 형성하기 위한 제막종이 생성된다. 이 제막종은 상기 병(B) 내면에 퇴적하여 탄소막을 형성한다. 탄소막을 소정의 막 두께까지 형성한 후, 고주파 전력의 인가를 정지한다. 또한, 매질 가스 공급의 정지, 잔류 가스의 배기, 질소, 희 가스, 또는 공기 등을 외부 전극(201)내에 공급하여, 이 공간 내를 대기압으로 되돌린다. 이 다음, 상기 병(B)을 외부 전극(201)으로부터 뗀다. 또, 이 방법에 있어서 탄소막을 30nm의 두께에 성막하기 위해서는 2 내지 3초간이 소요된다.
이러한 고주파 플라즈마를 이용하는 코팅 방법에서는, 플라스틱 용기 내면의 입구부로부터 숄더부 및 숄더부 근방에 걸치는 영역의 탄소막의 두께가 다른 용기 내면 개소에 비교하여 두텁게 된다. 이 때문에, 균일한 코팅이 곤란하게 되는 문제가 발생한다.
발명의 요약
본 발명은, 균일한 막 두께를 갖는 탄소막을 플라스틱 용기 내면 전체에 코팅하는 것이 가능한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 균일한 막 두께를 갖는 탄소막이 내면에 코팅된 플라스틱 용기의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 막질이 양호하고, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막을 플라스틱 용기 내면에 코팅하는 것이 가능한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 막질이 양호하고, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막이 내면에 코팅된 플라스틱 용기의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 막질이 양호하고, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막을 플라스틱 용기 내면에 고속도로 코팅하는 것이 가능한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 막질이 양호하고, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막이 내면에 고속도로 코팅된 플라스틱 용기의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 이하에 설명하는 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장 치 및 플라스틱 용기의 제조 방법이 제공된다.
(1) 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입될 때에 그 용기의 입구부 및 숄더부를 제외한 외주를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,
상기 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재된 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와,
상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 설치된 배기관과,
상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 상기 배기관 측으로부터 상기 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입되고, 접지 측에 접속되는 동시에, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,
상기 배기관에 설치된 배기 수단과,
상기 내부 전극에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,
상기 외부 전극에 접속된 고주파 전원을 구비하는 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
(2) 상기 (1)의 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기를 제조함에 있어서,
(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내 및 유전체 재료로 이루어지는 스페이서 내에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부의 외주가 상기 스페이서 내에 둘러싸이고, 이외의 상기 용기 부분의 외주가 상기 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,
(b) 바닥부 또는 측면 영역, 혹은 그 양쪽에 매질 가스를 분사하기 위한 관통 구멍이 형성된 내부 전극을, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관으로부터 상기 용기의 내부에 그 용기의 대략 전체에 걸쳐 삽입하는 공정과,
(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기하는 동시에, 상기 내부 전극에 매질 가스를 가스 공급 수단에 의해 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 플라스틱 용기 내에 매질 가스를 분사하여, 상기 플라스틱 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력으로 설정하는 공정과,
(d) 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 상기 외부 전극에 인가하여, 상기 용기 내에 위치하는 내부 전극의 주위에 플라즈마를 생성시켜, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 용기 내면에 탄소막을 코팅하는 공정을 포함하는 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
(3) 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입될 때에 그 용기의 입구부 및 숄더부를 제외한 외주를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,
상기 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재된 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와,
상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 스페이서의 단면에 상기 외부 전극과 접속하도록 부착된 도전 부재와,
상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관과,
상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 상기 배기관 측으로부터 상기 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입되어 접지 측에 접속되는 동시에, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,
상기 배기관에 부착된 배기 수단과,
상기 내부 전극에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,
상기 외부 전극에 접속되고 바이어스를 겸하는 고주파 전원을 구비한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
(4) 상기 (3)의 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기를 제조함에 있어서
(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내 및 도전 부재가 이 외부 전극과 접속하도록 부착된 유전체 재료로 이루어지는 스페이서 내에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부의 외주가 상기 스페이서 내에 둘러싸이고, 이외의 상기 용기 부분의 외주가 상기 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,
(b) 바닥부 또는 측면 영역 또는 그 양쪽에 매질 가스를 분사하기 위한 관통 구멍이 형성된 내부 전극을, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 설치된 배기관으로부터 상기 용기의 내부에 그 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입하는 공정과,
(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기 하는 동시에, 상기 내부 전극에 매질 가스를 가스 공급 수단에 의해 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 용기 내에 매질 가스를 분사하여 상기 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력에 설정하는 공정과,
(d) 바이어스를 겸하는 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 상기 외부 전극에 공급하여, 상기 용기 내에 위치하는 내부 전극의 주위에 플라즈마를 생성시켜, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 용기 내면에 탄소막을 코팅하는 공정을 포함하는 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
(5) 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입될 때에 그 용기의 입구부 및 숄더부를 제외한 외주를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,
상기 용기가 삽입될 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재된 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와,
상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 스페이서의 단면에 상기 외부 전극과 접속하도록 설치된 도전 부재와,
상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 설치된 배기관과,
상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 상기 배기관 측에서 상기 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입되고, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,
상기 배기관에 부착된 배기 수단과,
상기 내부 전극에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과, 상기 내부 전극에 접속된 높은 고주파 전원과,
상기 외부 전극에 접속된 바이어스용 전원을 구비한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
(6) 상기 (5)의 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기를 제조함에 있어서,
(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내 및 도전 부재가 이 외부 전극과 접속하도록 부착된 유전체 재료로 이루어지는 스페이서 내에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부의 외주가 상기 스페이서 내에 둘러싸이고, 이외의 상기 용기 부분의 외주가 상기 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,
(b) 바닥부 또는 측면 영역, 혹은 그 양쪽에 매질 가스를 분사하기 위한 분사 구멍이 형성된 내부 전극을, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관으로부터 상기 용기의 내부에 그 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입하는 공정과,
(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기하는 동시에, 상기 내부 전극에 매질 가스를 가스 공급 수단에 의해 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 용기 내에 매질 가스를 분사하여, 상기 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력에 설정하는 공정과,
(d) 바이어스용 전원으로부터 고주파 전력을 정합기를 통해서 상기 외부 전극에 인가하는 동시에, 높은 고주파 전원으로부터 높은 고주파 전력을 정합기를 통 해서 상기 내부 전극에 공급하여, 상기 용기 내에 위치하는 내부 전극의 주위에 플라즈마를 생성시켜, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 용기 내면에 탄소막을 코팅하는 공정을 포함하는 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
(7) 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입될 때에 그 용기를 둘러싸는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,
상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 상부에 부착된 배기관과,
상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 삽입되어, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 관을 겸하는 내부 전극과,
일 단부가 상기 내부 전극에 연결되고, 타 단부가 상기 배기관 측으로 연장된 급전 단자를 겸하는 가스 공급관과,
적어도 상기 외부 전극 내 및 상기 용기의 입구부 근방의 상기 배기관 내에 위치하는 상기 가스 공급관 부분의 외주에 배치되어 접지된 그라운드실드관과,
상기 배기관에 부착된 배기 수단과,
상기 가스 공급관에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,
상기 가스 공급관에 접속된 고주파 전원을 구비하는 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
(8) 상기 (7)의 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기를 제조함에 있어서,
(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,
(b) 상기 (a) 공정과 동시, 또는 전후하여, 접지된 그라운드실드를 외주에 배치한 가스 공급관이 연결되어, 매질 가스를 분사하는 관을 겸하는 내부 전극을, 상기 용기의 내부에 삽입하는 공정과,
(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기하는 동시에, 상기 가스 공급관 수단으로부터 매질 가스를 상기 내부 전극에 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 용기 내에 매질 가스를 분사하여, 상기 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력에 설정하는 공정과,
(d) 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 상기 가스 공급관을 통해서 상기 내부 전극에 공급하여, 바이어스용 전원으로부터 내부 전극에 주는 고주파 전력의 주파수보다 낮은 주파수의 고주파 전력을 상기 외부 전극에 인가하여, 상기 용기 내에 플라즈마를 생성시켜, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 용기 내면에 막을 코팅하는 공정을 포함하는 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
(9) 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 그 용기를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과, 상기 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재된 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와,
상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관과,
상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 삽입되고, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,
상기 배기관에 부착된 배기 수단과,
상기 가스 공급관에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,
상기 가스 공급관에 정합기를 통해서 접속된 높은 고주파 전원과,
상기 외부 전극에 정합기를 통하여 접속된 바이어스용 전원과,
상기 가스 공급관과 상기 정합기의 사이의 도통 경로에 일 단부가 접속되고, 타 단부가 접지된 인덕턴스를 구비한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 개략 단면도,
도 2는, 제 1 실시 형태에 따른 예 1 및 종래 예인 예 2에 있어서의 페트병의 입구부로부터 바닥부까지의 탄소막의 두께를 나타내는 특성도,
도 3은, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 개략 단면도,
도 4는, 제 2 실시 형태에 따른 예 3에 있어서 외부 전극에 일정한 고주파 전력을 인가하고, 페트병 및 배기관 내의 가스 압력을 변화시켰을 때, 내부 전극에 대한 바이어스 전압 변화를 나타내는 특성도,
도 5는, 예 4에 있어서 외부 전극에 일정한 고주파 전력을 인가하고, 페트병 및 배기관 내의 가스 압력을 변화시켰을 때, 내부 전극에 대한 바이어스 전압의 변화를 나타내는 특성도,
도 6은, 제 2 실시 형태에 따른 예 5에 있어서 페트병 및 배기관 내의 가스 압력을 일정하게 하고, 외부 전극에 인가하는 고주파 전력을 변화시켰을 때, 내부 전극에 대한 바이어스 전압의 변화를 나타내는 특성도,
도 7은, 예 6에 있어서의 페트병 및 배기관 내의 가스 압력을 일정하게 하고, 외부 전극에 인가하는 고주파 전력을 변화시켰을 때, 내부 전극에 대한 바이어스 전압의 변화를 나타내는 특성도,
도 8은, 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 개략 단면도,
도 9는, 도 8의 탄소막 형성 장치의 요부 확대 단면도,
도 10은, 제 3 실시 형태에 따른 예 7에 있어서, 외부 전극에 일정한 고주파 전력을 인가하는 동시에 내부 전극에 일정한 높은 고주파 전력을 인가하고, 페트병 및 배기관 내의 가스 압력을 변화시켰을 때, 내부 전극에 대한 바이어스 전압의 변화를 나타내는 특성도,
도 11은, 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 단면도,
도 12는, 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치의 변형예를 도시하는 단면도,
도 13은, 제 4 실시 형태에 따른 예 8 및 예 9에 있어서의 페트병의 입구부에서 바닥부까지의 탄소막의 두께를 나타내는 특성도,
도 14는, 본 발명의 제 5 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 단면도,
도 15는, 도 14의 그라운드실드관의 요부 단면도,
도 16은, 도 14의 그라운드실드관의 별도의 형태를 나타내는 요부 단면도,
도 17은, 본 발명의 제 6 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치에 구비되는 전원 계통의 등가 회로도,
도 18은, 종래의 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
(제 1 실시 형태)
도 1은, 제 1 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 단면도이다.
상하단에 플랜지(1a, 1b)를 갖는 원통 형상 지지 부재(2)는, 원환 형상 기대(3) 상에 탑재되어 있다. 통 형상 금속제의 외부 전극 본체(4)는, 상기 지지 부재(2) 내에 배치되어 있다. 원판 형상을 한 금속제의 외부 전극 바닥 부재(5)는, 상기 외부 전극 본체(4)의 바닥부에 착탈 가능하게 부착되고 있다. 상기 외부 전극 본체(4) 및 상기 외부 전극 바닥 부재(5)에 의해 탄소 피막을 형성하는 플라스틱 용기(예컨대 페트병)(B)의 설치가 가능한 크기의 공간을 갖는 예컨대 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극(6)이 구성되어 있다. 원판 형상 절연체(7)는, 상기 기대(3)와 상기 외부 전극 바닥 부재(5)의 사이에 배치되어 있다.
또, 상기 외부 전극 바닥 부재(5), 상기 원판 형상 절연체(7) 및 상기 기대(3)는 도시하지 않은 푸셔(pusher)에 의해 상기 외부 전극 본체(4)에 대하여 일체적으로 상하 운동하여, 상기 외부 전극 본체(4)의 바닥부를 개폐한다.
유전체 재료로 이루어지는 원주 형상 스페이서(9)는, 상기 외부 전극(6)에 있어서의 상기 본체(4)의 상부에 그 스페이서(9)의 상단이 상기 본체(4)의 상단과 한 면으로 되도록 삽입되어 있다. 이 스페이서(9)는, 내부에 삽입되는 플라스틱 용기, 예컨대 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 원주 및 원추대를 조합시킨 형상을 하는 공동부(8)를 갖는다. 상기 스페이서(9)는, 이 위에 탑재되는 후술하는 환 형상 절연 부재로부터 나사 장착된 나사(도시되지 않음)에 의해 고정되어 있다. 이와 같이 스페이서(9)를 상기 외부 전극(6)에 있어서의 상기 본체(4) 상부에 삽입 고정시킨 구조에 있어서, 상기 외부 전극(6)의 바닥부 측에서 페트병(B)을 삽입하면, 그 페트병(B) 외주의 입구부 및 숄더부가 상기 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 위치하고, 또한 이외의 페트병(B) 외주가 상기 외부 전극(6) 내면에 위치한다.
상기 스페이서(9)를 구성하는 유전체 재료로서는, 예컨대 플라스틱 또는 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다. 플라스틱으로서는, 여러 가지의 것을 이용할 수 있지만, 특히 고주파 손실이 낮고, 내열성이 우수한 폴리테트라플루오르에틸렌 같은 불소계 수지가 바람직하다. 세라믹으로서는, 고주파 손실이 낮은 알루미나, 스틸 타이트(steel tight) 또는 기계 가공성이 높은 마코르(Macor)가 바람직하다.
환 형상 절연 부재(10)는, 상기 외부 전극(6) 및 스페이서(9)의 표면에 그 환 형상 절연 부재(10)표면이 상기 통 형상 지지 부재(2)의 상부 플랜지(1a)와 면 일치되도록 탑재되어 있다. 상기 환 형상 절연 부재(10)는, 도시하지 않은 나사가 그 절연 부재(10)로부터 상기 스페이서(9)에 나사 결합되어 상기 스페이서(9)를 상기 외부 전극(6)내에 삽입, 고정시키고 있다.
상하에 플랜지(11a, 11b)를 갖는 가스 배기관(12)은, 상기 지지 부재(2)의 상부 플랜지(1a) 및 상기 환 형상 절연 부재(10)의 표면에 탑재되어 있다. 상기 가스 배기관(12)은, 도시하지 않은 나사를 상기 배기관(12)의 하부 플랜지(11b)에서 상기 지지 부재(2)의 상부 플랜지(1a)에 나사 장착하는 것에 의해 상기 지지 부재(2)에 고정되어 있다. 또한, 상기 외부 전극(6)의 본체(4)는 도시하지 않은 나사를 상기 배기관(12)의 하부 플랜지(11b)로부터 상기 환 형상 절연부(10)를 관통하여 상기 외부 전극(6)의 본체(4)에 나사 장착하는 것에 의해 상기 배기관(12)에 상기 환 형상 절연 부재(10)를 개재하여 현가된다. 또, 상기 배기관(12)과 상기 환 형상 절연 부재(10) 및 상기 외부 전극(6)의 본체(4)와의 고정은, 상기 배기관(12)과 상기 외부 전극(6)의 본체(4)가 나사에 의해 전기적으로 도통하지 않게 설치되는 구조로 되어 있다.
분지 가스 배기관(13)은, 그 일 단부가 상기 가스 배기관(12)의 측벽에 연결 되어 있다. 상기 분지 가스 배기관(13)의 타 단부는, 도시하지 않은 진공 펌프 같은 배기 설비가 부착되어 있다. 덮개 구조체(14)는, 상기 배기관(12)의 상부 플랜지(11a)에 부착되어 있다.
예컨대 주파수 13.56MHz의 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원(15)은, 케이블(16) 및 급전 단자(17)를 통해서 상기 외부 전극(6)의 본체(4)에 접속되어 있다. 정합기(18)는, 상기 고주파 전원(15)과 상기 급전 단자(17)의 사이의 상기 케이블(16)에 장착되어 있다.
접지 단자를 겸하는 가스 공급관(19)은, 상기 덮개 구조체(14)를 관통하고, 상기 가스 배기관(12)을 통해서 상기 스페이서(9) 내에 삽입되어 있다.
내부 전극(20)은, 상기 외부 전극(6) 및 스페이서(9) 내[페트병(B)이 삽입되는 공간]에 그 길이 방향의 거의 전체에 걸쳐 배치되어 있다. 상기 내부 전극(20)의 상단은, 상기 스페이서(9) 측에 위치하는 상기 가스 공급관(19)의 하단에 착탈 자재로 부착되어 있다. 상기 내부 전극(20)은, 중심축에 가스 유로(21)가 형성되어 있다. 마개(23)는, 상기 내부 전극(20)의 바닥부에 착탈 자재로 부착되어 있다. 이 마개(23)에는, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍(22)이 형성되어 있다.
또, 가스 분사 구멍은 상기 내부 전극(20)의 하부 측벽에 상기 가스 유로(21)와 연통하도록 개구할 수도 있다. 이 경우, 가스 분사 구멍은 상기 내부 전극(20)의 바닥부에서 상기 페트병(B) 내에 삽입된 길이의 25%까지의 범위 내의 측면 영역에 개구하는 것이 바람직하다.
상기 내부 전극(20)의 직경은 병(B)의 금속 마개 직경 이하로 하고, 길이는 페트병(B)의 길이 방향의 거의 전체에 걸쳐 삽입 가능한 길이로 한다. 길이는 대략, 페트병(B)의 전장에 대한 비율이 {1-D/(2L)} 정도로 되도록 한다. 여기서 D는 페트병의 내경, L은 페트병의 전장을 나타내고, L > (D/2)이다.
상기 내부 전극(20)은, 예컨대 텅스텐이나 스테인리스강 같은 내열성을 갖는 금속 재료에 의해 만들어지지만, 알루미늄으로 만들더라도 좋다. 또한, 내부 전극(20) 표면이 평활하면, 그 내부 전극(20)의 표면에 퇴적하는 탄소막을 박리하기 쉬워질 우려가 있다. 이 때문에, 내부 전극(20)의 표면을 미리 샌드 블래스트(sand blast) 처리하여 표면 거칠기를 크게 함으로써, 표면에 퇴적하는 탄소막을 박리하기 어렵게 하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 1에 나타내는 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법을 설명한다.
도시하지 않는 푸셔(pusher)에 의해 외부 전극 바닥 부재(5), 원판 형상 절연체(7) 및 기대(3)를 떼어 외부 전극 본체(4)의 바닥부를 개방한다. 계속하여, 플라스틱 용기, 예컨대 페트병(B)을 개방된 외부 전극 본체(4)의 바닥부 측에서 그 병(B)의 입구부 측부터 삽입한다. 이 다음, 도시하지 않은 푸셔에 의해 외부 전극 본체(4)의 바닥부 측에 외부 전극 바닥 부재(5), 원판 형상 절연체(7) 및 기대(3)를 이 순서로 부착한다. 이에 의해서, 도 1에 나타낸 바와 같이 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를 유전체 재료로 이루어지는 원주 형상 스페이서(9)의 공동부(8)내에 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(6)의 안에 수납한다. 이 때, 상기 페트병(B)은 배기관(12)에 그 입구부를 통해서 연통한다.
이어서, 도시하지 않은 배기 수단에 의해 분지 배기관(13) 및 배기관(12)을 통해서 상기 배기관(12) 및 상기 페트병(B) 내외의 가스를 배기한다. 매질 가스를 가스 공급관(19)을 통해서 내부 전극(20)의 가스 유로(21)에 공급하여, 이 내부 전극(20)의 바닥부에 설치된 마개(23)의 가스 분사 구멍(22)으로부터 페트병(B) 내에 분사하게 한다. 이 매질 가스는, 더 나아가서는 페트병(B)의 입구부로 향하여 흘러간다. 계속하여, 가스 공급량과 가스 배기량의 밸런스를 맞추어, 상기 페트병(B) 내를 소정의 가스 압력에 설정한다.
이어서, 고주파 전원(15)으로부터 고주파 전력을 케이블(16), 정합기(18) 및 급전 단자(17)를 통해서 상기 외부 전극(6)에 공급한다. 이 때, 상기 외부 전극(6)[실질적으로 상기 페트병(B) 내면]과, 접지된 상기 내부 전극(20)과의 사이에 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 의해서 매질 가스가 해리하여, 생성된 제막종이 상기 페트병(B) 내면에 퇴적, 코팅막(탄소막)이 형성된다.
상기 탄소막의 막 두께가 소정의 두께에 달한 후, 상기 고주파 전원(15)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하여, 매질 가스의 공급의 정지, 잔류 가스의 배기를 하고, 가스의 배기를 정지시킨다. 계속하여, 질소, 희 가스 또는 공기 등을 상기 가스 공급관(19)으로부터 내부 전극(20)의 가스 유로(21) 및 마개(23)의 가스 분사 구멍(22)을 통해서 페트병(B) 내에 공급한다. 이에 의해서, 상기 페트병(B) 내외를 대기압으로 되돌리고, 내면 탄소막 피복 페트병을 집어낸다. 그 후, 전술된 순서에 따라서 페트병을 교환하고, 다음 페트병의 코팅 작업으로 옮겨간다.
상기 매질 가스로서는 탄화수소를 기본으로 하고, 예컨대 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산 등의 알칸류; 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 부타디엔 등의 알켄류; 아세틸렌등의 알킨류; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 인덴, 나프탈렌, 페난트렌 등의 방향족 탄화수소류; 시클로프로판, 시클로헥산 등의 시클로 파라핀류; 시클로펜텐, 시클로헥산 등의 시클로올레핀류; 메틸알콜, 에틸알콜 등의 산소 함유 탄화수소류; 메틸아민, 에틸아민, 아닐린 등의 질소 함유 탄화수소류 등이 사용될 수 있다. 상기 매질 가스로는, 일산화탄소, 이산화탄소 등도 사용할 수 있다.
상기 고주파 전력은, 일반적으로 13.56MHz, 100 내지 1000W의 것이 사용되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 고주파 전력의 인가는 연속적이더라도 간헐적(펄스적)이라도 좋다.
이상, 제 1 실시 형태에 의하면 공동부(8)를 갖는, 유전체 재료로 형성된 원주 형상 스페이서(9)를 외부 전극(6)의 상부에 삽입, 고정하여, 페트병(B)의 적어도 입구부에서 숄더부를 상기 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 수납시키고, 또한 상기 페트병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(6)의 본체(4) 내에 수납하여, 매질 가스의 상기 페트병(B) 내에의 공급, 고주파 전력의 외부 전극(6)에의 공급에 의해 상기 외부 전극(6)[실질적으로 상기 페트병(B) 내면]과, 접지된 상기 내부 전극(20)과의 사이에 플라즈마를 생성한다. 이에 의해서, 상기 페트병(B)의 숄더부에서 바닥부 측의 내면뿐만 아니라, 상기 유전체 재료로 이루어지는 스페이서(9)와 대향하는 페트병(B)의 입구부에서 숄더부의 내면에 균일한 두께의 탄소막을 코팅할 수 있다. 그 결과, 외부로부터의 산소의 투과, 내부(예컨대 탄산 음료수)로부터의 이산화탄소의 투과를 방지하는, 차단성이 우수한 내면 탄소막 피복 페트병을 제조할 수 있다.
또한, 스페이서(9)를 예컨대 사출 성형이 가능한 플라스틱 같은 유전체 재료에 의해 형성함으로써, 페트병(B)의 입구부 및 숄더부 주위를 덮는 부재의 형상에 대응시킬 수 있다. 이 때문에, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 간단히 제조할 수 있다. 또한, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 금속 같은 도전 재료에 의해 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 장치 전체를 경량화할 수 있다.
또한, 스페이서(9)를 플라스틱 또는 연질의 세라믹 같은 유전체 재료에 의해 형성함으로써, 페트병(B)이 복잡한 입구부 및 숄더부가 접촉했을 때에 그 개소에 상처가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또, 전술한 제 1 실시 형태에서는 공동부(8)를 갖는 유전체 재료로 이루어지는 원주 형상 스페이서(9)를 외부 전극(6)의 본체(4) 상부에 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부에 대응하도록 삽입, 고정했지만, 페트병(B)의 숄더부로부터 더 나아가서는 바닥부에 걸쳐 유전체 재료로 이루어진 박막을 연장하도록 할 수도 있다.
(예 1)
전술한 도 1에 나타내는 탄소막 형성 장치를 이용하여, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를, 유전체 재료로 이루어지는 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 그 내면에 접촉시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 외부 전극(6)의 내면에 접촉시켜 수납하여, 하기 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅했다. 또한, 원주 형상 스페이서(9)는 외부 전극(6) 내에 그 외부 전극(6)에 수납되는 높이 약 22 cm의 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 부분(상부로부터 11 cm의 위치)에 삽입했다.
<코팅 조건>
·원주 형상 스페이서(9) : 호트벨[상품명, 스미킨(住金) 세라믹사 제품]로부터 제조하였다.
·마개(23)의 가스 분사 구멍(22) : 구멍 직경 1 mm, 1개.
·매질 : C2H2 가스.
·매질의 가스 유량 : 124sccm.
·페트병(B) 및 배기관(12) 내의 가스 압력 : 0.3Torr.
·외부 전극(6)에 공급하는 고주파 전력 : 13MHz, 1600W.
(예 2)
도 18에 도시한 종래의 탄소막 형성 장치를 이용하여, 높이 약 22cm의 페트병(B)의 입구부로부터 바닥부 측을 외부 전극(201)의 내면에 접촉시켜 수납하여, 하기 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅했다.
<코팅조건>
·내부 전극(205)의 가스 분사 구멍(206) : 구멍 직경 1 mm, 1개.
·매질 : C2H2 가스.
·매질의 가스 유량 : 58sccm.
·페트병(B) 내의 가스 압력 : 0.16Torr.
·외부 전극(201)에 공급하는 고주파 전력 : 13MHz, 700W.
예 1 및 예 2에 의해 탄소막을 코팅한 페트병의 입구부로부터 바닥부까지의 두께를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2로부터, 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 외부 전극(6) 내에 호트벨로 제조된 원주 형상 스페이서(9)를 삽입한 본 발명의 예 1에서는, 페트병(B) 내면 전체에 균일한 탄소막이 코팅되어 있는 것을 명확히 알 수 있다.
이에 대하여, 페트병(B)의 입구부로부터 바닥부 측을 외부 전극(201)의 내면에 접촉시켜 수납한 종래의 예 2에서는, 페트병(B)의 내면 중, 입구부로부터 숄더부 부근의 내면에 두꺼운 탄소막이 코팅되어, 탄소막의 두께가 불균일하게 되는 것을 알 수 있다. 또, 예 2에 있어서 높이 5cm인 개소의 두께를 기입하지 않은 것은 그 개소에서의 탄소막의 두께가 두텁게 박리했기 때문이다.
(제 2 실시 형태)
도 3은, 제 2 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 3에 있어서 전술한 도 1과 같은 부재는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 3의 탄소막 형성 장치는, 스페이서(9)의 상단 면에 링 형상으로 그 주 테 두리로부터 아래쪽으로 향하여 통체를 연장한 형상의 도전 부재(24)를, 그 통체가 상기 외부 전극(6)의 본체(4) 내면에 접속하도록 외부 전극(6) 상단과 면 일치로 마련된 구조를 갖는다. 또한, 고주파 전원(15)은 바이어스 전원을 겸하고 있다.
다음으로 도 3에 나타내는 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법을 설명한다.
도시하지 않은 푸셔에 의해 외부 전극 바닥 부재(5), 원판 형상 절연체(7) 및 기대(3)를 취하는 등에 의해 외부 전극 본체(4)의 바닥부를 개방한다. 계속하여, 플라스틱 용기, 예컨대 페트병(B)을 개방한 외부 전극 본체(4)의 바닥부 측에서 그 병(B)의 입구부 측부터 삽입한다. 이 다음, 도시하지 않은 푸셔에 의해 외부 전극 본체(4)의 바닥부 측에 외부 전극 바닥 부재(5), 원판 형상 절연체(7) 및 기대(3)를 이 순서로 부착한다. 이에 의해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를, 유전체 재료로 이루어진 원주 형상 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(6)의 안에 수납한다. 이 때, 상기 페트병(B)은 배기관(12)에 그 입구부를 통해서 연통한다.
이어서, 도시하지 않은 배기 수단에 의해 분지 배기관(13) 및 배기관(12)을 통해서 상기 배기관(12) 및 상기 페트병(B) 내외의 가스를 배기한다. 매질 가스를 가스 공급관(19)을 통해서 내부 전극(20)의 가스 유로(21)에 공급하여, 이 내부 전극(20)의 바닥부에 부착한 마개(23)의 가스 분사 구멍(22)으로부터 페트병(B) 내에 분사하게 한다. 이 매질 가스는, 더 나아가서 페트병(B)의 입구부로 향하여 흘러간다. 계속하여, 가스 공급량과 가스 배기량의 밸런스를 맞추어, 상기 페트병(B) 내를 소정의 가스 압력에 설정한다.
이어서, 바이어스를 겸하는 고주파 전원(15)으로부터 고주파 전력을 케이블(16), 정합기(18) 및 급전 단자(17)를 통해서 상기 외부 전극(6)에 공급한다. 이 때, 상기 내부 전극(20)의 주위에 플라즈마가 생성된다. 또한, 상기 외부 전극(6)은 유전체 재료로 제조된 스페이서(9) 상에 배치된 도전 부재(24)에 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 이 근방의 접지된 배기관(12)을 기준 전위로 하여 그 외부 전극(6)으로부터 바이어스 전압을 내부 전극(20)을 향해서, 즉 생성된 플라즈마를 향해서 인가할 수 있다. 이러한 플라즈마의 생성 및 플라즈마의 상기 외부 전극(6)에의 인입에 의해서, 매질 가스를 상기 플라즈마로 해리하는 것에 의해 얻어진 제막종을 바이어스 전력이 인가되었기 상기 바닥이 있는 원통 형상 외부 전극(6) 내의 페트병(B) 내면에 균일 두께로 균질한 탄소막을 코팅할 수 있다.
상기 탄소막의 막 두께가 소정의 두께에 달한 후, 상기 고주파 전원(15)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하여, 매질 가스의 공급의 정지, 잔류 가스의 배기를 하고, 가스의 배기를 정지한다. 계속해서, 질소, 희 가스, 또는 공기 등을 상기 가스 공급관(12)을 통해서 내부 전극(20)의 가스 유로(21) 및 마개(23)의 가스 분사 구멍(22)을 통해서 페트병(B) 내에 공급한다. 이에 의해서, 페트병(B) 내외를 대기압으로 되돌려, 내면 탄소막 피복 페트병을 집어낸다. 그 후, 전술된 순서에 따라서 페트병을 교환하고, 다음 페트병의 코팅 작업으로 옮겨간다.
상기 매질 가스로서는, 상기 제 1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.
상기 고주파 전력은, 일반적으로 13.56MHz, 100 내지 1000W의 것이 사용되지만, 이것에 한하는 것이 아니다. 또한, 이 고주파 전력의 인가는 연속적이더라도 간헐적(펄스적)이라도 좋다.
이상, 제 2 실시 형태에 의하면 공동부(8)를 갖는 유전체 재료로 이루어지는 원주 형상 스페이서(9)를 외부 전극(6)의 상부에 삽입, 고정하는 동시에, 도전 부재(24)를 상기 스페이서(9) 상에 상기 외부 전극(6)과 접속하여 배치하고, 페트병(B)의 적어도 입구부로부터 숄더부를 상기 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 수납시키며, 또한 상기 페트병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(6) 내에 수납하고, 매질 가스의 상기 페트병(B) 내에의 공급, 고주파 전력의 외부 전극(6)에의 공급에 의해 상기 외부 전극(6)[실질적으로 상기 페트병(B) 내면]과, 접지된 상기 내부 전극(20)과의 사이에 플라즈마를 생성한다. 이에 의해서, 상기 페트병(B)의 숄더부에서 바닥부 측의 내면뿐만 아니라, 상기 유전체 재료로 이루어지는 스페이서(9)와 대향하는 페트병(B)의 입구부에서 숄더부의 내면에 균일한 두께의 탄소막을 코팅할 수 있고, 더 나아가서는 상기 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를 포함하는 내면 전체에 균일한 두께로 균질한 탄소막을 코팅할 수 있다. 그 결과, 외부로부터의 산소의 투과, 내부(예컨대 탄산 음료수)로부터의 이산화탄소의 투과를 방지하는 차단성이 우수한 내면 탄소막 피복 페트병을 제조할 수 있다.
또한, 스페이서(9)를 예컨대 사출 성형이 가능한 플라스틱 같은 유전체 재료에 의해 형성함으로써, 페트병(B)의 입구부 및 숄더부 주위를 덮는 복잡한 형상의 부재에 대응시킬 수 있다. 이 때문에, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 간단히 제조할 수 있다. 또한, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 금속 같은 도전 재료에 의해 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 장치 전체를 경량화할 수 있다.
또한, 스페이서(9)를 플라스틱 또는 연질의 세라믹 같은 유전체 재료에 의해 형성함으로써, 페트병(B)의 복잡한 입구부 및 숄더부가 접촉했을 때에 그 개소에 흠집이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 외부 전극(6)에 접속된 상기 도전 부재(24)를 이 도전 부재(24)근방의 접지된 배기관(12)을 기준 전위로서 이용하여 바이어스 전력을 인가하면, 이 도전 부재(24)와 배기관(12)의 사이, 즉 배기관(12) 내에서 불필요한 플라즈마를 생성하여, 탄소막의 코팅 효율이 저하된다. 상기 도전 부재(24) 근방의 상기 배기관(12) 내면 부분을 노출시켜, 그것보다 상방의 배기관(12) 부분을 절연막(도시되지 않음)으로 덮는 것에 의해, 상기 불필요한 플라즈마의 생성을 방지할 수 있게 된다.
또, 전술한 제 2 실시 형태로서는 공동부(8)를 갖는 유전체 재료로 이루어진 원주 형상 스페이서(9)를 외부 전극(6)의 상부에 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부에 대응하도록 삽입, 고정했지만, 페트병(B)의 숄더부로부터 더 나아가서는 바닥부에 걸쳐 유전체 재료로 이루어지는 박막을 연장하도록 할 수도 있다.
(예 3)
전술한 도 3에 나타내는 탄소막 형성 장치를 이용하여, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를, 상단에 환 형상의 도전 부재(24)가 부착된 유전체 재료로 이루어진 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 그 내면에 접촉시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 외부 전극(6)의 내면에 접촉시켜 수납하여, 하기 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅한다. 또한, 원주 형상 스페이서(9)는 외부 전극(6) 내에 그 외부 전극(6)에 수납되는 높이 약 22cm의 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 부분(상부로부터 11 cm의 위치)에 삽입했다.
<코팅조건>
·원주 형상 스페이서(9) : 호트벨[상품명, 스미킨(住金) 세라믹사 제품].
·환 형상의 도전 부재(24) : 스테인리스제.
. 마개(23)의 가스 분사 구멍(22) : 구멍 직경 1mm, 1개.
·매질 : C2H2가스.
·매질의 가스 유량 : 26 내지 394sccm.
·페트병(B) 및 배기관(12) 내의 가스 압력 : 0.08 내지 1Torr.
·외부 전극(6)에 인가하는 고주파 전력 : 13.56MHz, 출력 100W(일정).
(예 4)
전술한 도 3에 나타내는 탄소막 형성 장치에 있어서, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를, 상단에 환상의 도전 부재가 부착되어 있지 않은 유전체 재료로 이루어진 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 그 내면에 접촉시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부에서 바닥부 측을 외부 전극(6)의 내면에 접촉시켜 수납하여, 실시예 2와 마찬가지인 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅한다.
예 3, 4에 있어서, 외부 전극(6)에 13.56MHz, 출력 100W의 고주파 전력을 인가하고, 페트병(B) 및 배기관(12) 내의 가스 압력을 0.08 내지 1Torr로 변화시켰을 때에, 내부 전극(20)에 대한 바이어스 전압을 측정하여, 그 결과를 도 4(예 3) 및 도 5(예 4)에 도시한다.
도 4및 도 5로부터, 제 2 실시 형태에 따른 예 3에서는, 외부 전극(6)에 13.56MHz, 출력 100W의 고주파 전력을 인가하면, 압력의 변화에 의해 -100V에서 -300V의 바이어스 전압이 내부 전극(20)에 인가됨을 명확히 알 수 있다. 이에 대하여, 도전 부재를 가지지 않는 예 4에서는 같은 고주파 전력을 인가하여 압력을 변화시키더라도 내부 전극(20)을 향해서 바이어스 전압을 거의 인가할 수 없다는 것을 알 수 있다. 이는, 예 3에서는 스페이서(9)의 상단에 외부 전극(6)으로부터 연장된 도전 부재(24)를 부착하는 것에 의해, 이 도전 부재(24)와 대향되어, 접지된 배기관(12)을 기준 전위로서 이용할 수 있기 때문이다.
(예 5)
전술한 도 3에 도시된 탄소막 형성 장치를 이용하여, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를, 상단에 환상의 도전 부재(24)가 부착된 유전체 재료로 이루어지는 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 그 내면에 접촉시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부에서 바닥부 측을 외부 전극(6)의 내면에 접촉시켜 수납하여, 하기 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅했다. 또한, 원주 형상 스페이서(9)는 외부 전극(6) 내에 그 외부 전극(6)에 수납되는 높이 약 22cm의 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 부분(상부로부터 11 cm의 위치)에 삽입했다.
<코팅 조건>
·원주 형상 스페이서(9) : 호트벨[상품명, 스미킨(住金) 세라믹사 제품].
·환상의 도전 부재(24) : 스테인리스제.
·마개(23)의 가스 분사 구멍(22) : 구멍 직경 1mm, 1개.
·매질 : C2H2 가스.
·매질의 가스 유량 : 80sccm.
·페트병(B) 및 배기관(12) 내의 가스 압력 : 0.2Torr(일정).
·외부 전극(6)에 인가하는 고주파 전력 : 13.56MHz, 출력 100 내지 500W.
(예 6)
전술된 도 3에 도시된 탄소막 형성 장치에 있어서, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를, 상단에 환 형상의 도전 부재가 부착되어 있지 않은 유전체 재료로 이루어진 스페이서(9)의 공동부(8) 내에 그 내면에 접촉시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(6)의 내면에 접촉시켜 수납하여, 실시예 3과 마찬가지인 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅했다.
예 5, 6에 있어서, 외부 전극(6)에 13.56MHz, 출력 100 내지 500W의 고주파 전력을 인가하고, 페트병(B) 및 배기관(12) 내의 가스 압력을 0.2Torr로 일정하게 했을 때의 내부 전극(20)에 대한 바이어스 전압을 측정하여, 그 결과를 도 6(예 5) 및 도 7(예 6)에 도시한다.
도 6 및 도 7로부터, 제 2 실시 형태에 따른 예 5에서는, 가스 압력이 일정하고, 외부 전극(14)에 13.56 MHz의 고주파 전력을 그 출력을 변화시켜 인가하는 것에 의해 -100V에서부터 -500V의 바이어스 전압이 내부 전극(20)에 인가됨을 명확히 알 수 있다. 이에 대하여, 도전 부재를 가지지 않는 예 6에서는 가스 압력이 일정하고 출력이 다른 고주파 전력을 인가하더라도 내부 전극(20)을 향해서 바이어스 전압을 거의 인가할 수 없다는 것을 알 수 있다. 이는, 예 5에서는 스페이서(9)의 상단에 외부 전극(14)으로부터 연장된 도전 부재(24)를 부착하는 것에 의해, 이 도전 부재(24)와 대향되어, 접지된 배기관(12)을 기준 전위로서 이용할 수 있기 때문이다.
이러한 제 2 실시 형태에 따른 예 3, 5에 의하면, 전술한 바이어스 전압에 의해 페트병(B) 내에 생성된 플라즈마를 외부 전극(6)에 인입시킬 수 있어, 페트병(B) 내면에 균일한 두께의 탄소막을 코팅할 수 있다.
(제 3 실시 형태)
도 8은, 제 3 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 나타내는 단면도, 도 9는 도 8의 요부 확대 단면도이다.
상하단에 플랜지(41a, 41b)를 갖는 원통 형상 지지 부재(42)는, 원환 형상 기대(43) 상에 탑재되어 있다. 통 형상 금속제의 외부 전극 본체(44)는, 상기 지지 부재(42) 내에 배치되어 있다. 원판 형상을 하는 금속제의 외부 전극 바닥 부재(45)는, 상기 외부 전극(44)의 바닥부에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 상기 외부 전극 본체(44) 및 상기 외부 전극 바닥 부재(45)에 의해 탄소 피막을 형성한 플라스틱 용기(예컨대 페트병)(B)의 설치가 가능한 크기의 공간을 갖는 예컨대 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극(46)이 구성되어 있다. 또한, 상기 기대(43)와 상기 외부 전극 바닥 부재(45)의 사이에는 원판 형상 절연체(47)가 배치되어 있다.
또, 상기 외부 전극 바닥 부재(45), 상기 원판 형상 절연체(47) 및 상기 기대(43)는 도시하지 않은 푸셔에 의해 상기 외부 전극 본체(44)에 대하여 일체적으로 상하 운동하여, 상기 외부 전극 본체(44)의 바닥부를 개폐한다.
유전체 재료로 이루어진 원주 형상 스페이서(49)는, 상기 외부 전극(46)에 있어서의 상기 본체(44)의 상부에 삽입되어 있다. 이 스페이서(49)는, 내부에 삽입되는 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 원주 및 원추대를 조합시킨 형상을 하는 공동부(48)를 갖는다. 상기 스페이서(49)는, 이 위에 탑재되는 후술하는 환 형상 절연 부재로부터 나사 장착된 나사(도시되지 않음)에 의해 고정되어 있다. 도전 부재(50)는, 상기 스페이서(49)의 상단 면에 그 통체가 상기 외부 전극(46) 내에 외부 전극(46) 상단과 면 일치로 마련되어 있다. 이 도전 부재(50)는, 링 형상으로 그 주 테두리로부터 아래쪽으로 향하여 통체를 연장한 형상을 한다. 이와 같이 원주 형상 스페이서(49) 및 도전 부재(50)를 상기 외부 전극(46)에 있어서의 상기 본체(44)의 상부에 삽입 고정한 구조에 있어서, 상기 외부 전극(46)의 바닥부 측에서 페트병(B)을 삽입하면, 그 페트병(B) 외주의 입구부 및 숄더부가 상기 스페이서(56)의 공동부(55) 내에 수납되고, 또한 이외의 페트병(B) 외주가 상기 외부 전극(46) 내에 수납된다.
상기 스페이서(49)를 구성하는 유전체 재료로서는, 상기 1 실시 형태에서 설 명된 것과 동일한 것을 이용할 수 있다.
환 형상 절연 부재(51)는, 상기 외부 전극(46) 표면에 그 환 형상 절연 부재(51) 표면이 상기 통 형상 지지 부재(42)의 상부 플랜지(41a)와 면 일치되도록 탑재되어 있다. 상하에 플랜지(52a, 52b)를 갖는 가스 배기관(53)은, 상기 지지 부재(42)의 상부 플랜지(41a) 및 상기 환 형상 절연 부재(51)의 표면에 탑재되어 있다. 이 배기관(53)은 접지되어 있다. 상기 가스 배기관(53)은, 도시하지 않은 나사를 상기 배기관(53)의 하부 플랜지(52b)로부터 상기 지지 부재(42)의 상부 플랜지(41a)에 나사 장착하는 것에 의해 상기 지지 부재(42)에 고정되어 있다. 또한, 상기 배기관(53)은 도시하지 않은 나사를 상기 배기관(53)의 하부 플랜지(53b)로부터 상기 환 형상 절연부(51)를 관통하여 외부 전극(46)의 본체(44)에 나사 결합하는 것에 의해 상기 환 형상 절연 부재(51) 및 상기 외부 전극(46)에 고정된다. 상기 환 형상 절연 부재(51)는, 상기 나사에 의해 상기 외부 전극(46)에 대하여도 고정된다. 또한, 상기 배기관(53)과 상기 환 형상 절연 부재(51) 및 상기 외부 전극(46)과의 고정은, 상기 배기관(53)과 상기 외부 전극(46)이 나사에 의해 전기적으로 도통하지 않게 부착되는 구조로 되어 있다. 분지 가스 배기관(54)은, 그 일 단부가 상기 가스 배기관(53)의 측벽에 연결되어 있다. 이 분지 가스 배기관(54)의 타 단부에는, 도시하지 않은 진공 펌프 같은 배기 설비가 부착되어 있다.
예컨대 주파수 13.56MHz의 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원(55)은, 케이블(56) 및 급전 단자(57)를 통해서 상기 외부 전극(46)의 본체(44)에 접속되어 있다. 정합기(58)는, 상기 고주파 전원(55)과 상기 급전 단자(57) 사이의 상기 케이 블(56)에 장착되어 있다.
중심부에 절연 링(59)을 갖는 접지된 덮개 구조체(60)는, 상기 배기관(53)의 상부 플랜지(52a)에 설치되어 있다. 하우징(61)은 상기 덮개 구조체(60) 상에 설치되어 있다.
높은 고주파 전력의 단자를 겸하는 가스 공급관(62)은, 상기 하우징(61)내에서 상기 덮개 구조체(60)의 절연 링(59)을 관통하고, 상기 가스 배기관(53)을 통해서 상기 스페이서(49) 내에 삽입되어 있다. 이 가스 공급관(62)의 상단은, 외부에서 상기 하우징(61)을 관통하여 삽입된 가스 도입관(63)의 하단에 절연 커플링(64)을 통해서 연결되어 있다.
상단에 플랜지관(65)을 갖는 그라운드실드관(66)은, 상기 가스 배기관(53) 및 상기 스페이서(49) 내에 위치하는 상기 가스 공급관(62) 부분을 덮도록 배치되어 있다. 또한, 상기 그라운드실드관(66)은 상기 스페이서(49) 내 및 이 스페이서(49) 근방의 상기 가스 배기관(53) 내에 위치되어 있다. 상기 플랜지관(65)의 상단은, 상기 덮개 구조체(60)의 이면에 연결되어 있다. 즉, 상기 그라운드실드관(66)은 상기 플랜지관(65)을 통해서, 접지된 상기 덮개 구조체(60)에 접속되어 있다.
내부 전극(67)은, 상기 외부 전극(46) 및 스페이서(49) 내[페트병(B)이 삽입되는 공간]에 그 길이 방향으로 전체 길이에 걸쳐 배치되어 있다. 이 내부 전극(67)의 상단은, 상기 스페이서(49) 측에 위치하는 상기 가스 공급관(62)의 하단에 착탈 자재로 부착되어 있다. 상기 내부 전극(67)은 중심축에 가스 유로(68)가 형성되어 있다. 마개(70)는, 상기 내부 전극(67)의 바닥부에 착탈 자재로 설치되어 있다. 이 마개(70)에는, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍(68)이 형성되어 있다.
또한, 가스 분사 구멍은 상기 내부 전극(67)의 하부 측벽에 상기 가스 유로(68)와 연통하도록 개구될 수도 있다. 이 경우, 가스 분사 구멍은 상기 내부 전극(67)의 바닥부에서 상기 페트병(B) 내에 삽입된 길이의 25%까지의 범위 내의 측면 영역에 개구되는 것이 바람직하다.
상기 내부 전극(67)의 직경은 병(B)의 금속 마개 직경 이하로 하고, 길이는 페트병(B)의 거의 전체 길이에 걸쳐 삽입 가능한 길이로 한다. 길이는 대략, 페트병(B)의 전장에 대한 비율이 {1-D/(2L)} 정도가 되도록 한다. 여기서 D는 페트병의 내경, L은 페트병의 전장을 나타내고, L > (D/2)이다.
상기 내부 전극(67)은, 예컨대 텅스텐이나 스테인리스강 같은 내열성을 갖는 금속 재료에 의해 만들어지지만, 알루미늄으로 만들더라도 좋다. 또한, 내부 전극(20) 표면이 평활하면, 그 내부 전극(20)의 표면에 퇴적하는 탄소막을 박리하기 쉬워질 우려가 있다. 이 때문에, 내부 전극(20)의 표면을 미리 샌드 블래스트(sand blast) 처리하여 표면 거칠기를 크게 함으로써, 표면에 퇴적하는 탄소막을 박리하기 어렵게 하는 것이 바람직하다.
높은 고주파 전원(71)은, 케이블(72) 및 급전 단자(73)를 통해서 높은 고주파 전력의 단자를 겸하는 상기 가스 공급관(62)의 측면에 접속되어 있다. 정합기(74)는, 상기 높은 고주파 전원(71)과 상기 급전 단자(73) 사이의 상기 케이 블(72)에 장착되어 있다.
절연막(75)은, 상기 그라운드실드관(66)에 대향하는 상기 배기관(53)의 내면에 형성되어 있다. 이 절연막(75)은, 예컨대 폴리테트라플루오르에틸렌 같은 불소 수지로부터 제조되고 있다.
다음으로 도 8 및 도 9에 도시된 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법을 설명한다.
도시하지 않은 푸셔에 의해 외부 전극 바닥 부재(45), 원판 형상 절연체(47)및 기대(43)를 떼어 외부 전극 본체(44)의 바닥부를 개방한다. 계속하여, 플라스틱 용기, 예컨대 페트병(B)을, 개방된 외부 전극 본체(4)의 바닥부 측에서 그 병(B)의 입구부 측부터 삽입한다. 이어서, 도시하지 않은 푸셔에 의해 외부 전극 본체(44)의 바닥부 측에 외부 전극 바닥 부재(45), 원판 형상 절연체(47) 및 기대(43)를 이 순서로 부착한다. 이에 의해서, 도 8에 도시된 바와 같이 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부가, 유전체 재료로 이루어진 원주 형상 스페이서(49)의 공동부(48) 내에, 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측이 상기 외부 전극(46) 내에 수납된다. 이 때, 상기 페트병(B)은 배기관(53)에 그 입구부를 통해서 연통된다.
이어서, 도시하지 않은 배기 수단에 의해 분지 배기관(54) 및 배기관(53)을 통해서 상기 배기관(53) 내 및 상기 페트병(B) 내외의 가스를 배기한다. 계속하여, 매질 가스를 가스 도입관(63) 및 가스 공급관(62)을 통해서 내부 전극(67)의 가스 유로(68)에 공급한다. 공급된 매질 가스는, 상기 내부 전극(67)의 바닥부에 부착한 마개(70)의 가스 분사 구멍(69)으로부터 페트병(B) 내에 분사된다. 이 매질 가스는, 더 나아가서 페트병(B)의 입구부를 향하여 흘러간다. 이 다음, 가스 공급량과 가스 배기량의 밸런스를 맞추어, 상기 페트병(B) 내를 소정의 가스 압력에 설정한다.
이어서, 바이어스용 전원(55)으로부터 바이어스 전력을 케이블(56), 정합기(59) 및 급전 단자(57)를 통해서 상기 외부 전극(46)에 공급한다. 그 후, 또는 그와 동시에, 높은 고주파 전원(71)으로부터 높은 고주파 전력을 케이블(72), 정합기(74) 및 급전 단자(73)를 통해서 가스 공급관(62)에 공급하여, 이 가스 공급관(62)을 통해서 내부 전극(67)에 높은 고주파 전력을 공급한다. 이 때, 상기 내부 전극(67)의 주위에 플라즈마가 생성된다. 또한, 상기 외부 전극(46)은 유전체 재료로 제조된 스페이서(49) 상에 배치된 도전 부재(50)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 때문에, 상기 도전 부재(50) 근방의 접지된 배기관(63)을 기준 전위로 하여 그 외부 전극(46)으로부터 바이어스 전압을 내부 전극(87)을 향해서, 즉 생성된 플라즈마를 향해서 인가할 수 있다.
그 결과, a) 높은 고주파 전력을 이용하여, 특히 낮은 가스 압력 조건으로써 고주파 전력에 비교하여 높은 전자 밀도가 얻어지기 때문에, 매질 가스와의 충돌 빈도가 증가하여 제막종 밀도를 높게 할 수 있다. b) 바이어스 전력을 조정하면 플라즈마 전위와의 전위차를 가변할 수 있기 때문에, 페트병(B) 내면에 입사하는 이온 에너지를 조정할 수 있다. c) 이온 밀도는 전자 밀도에 비례하기 때문에, 전기의 전위차의 조정과 병용하는 것으로 페트병(B) 내면에 입사하는 이온 용융제를 제어할 수 있다. 이러한 플라즈마의 생성 및 바이어스 전압의 내부 전극(67)에의 인가에 의한 상기 외부 전극(46)에의 플라즈마의 인입에 의해서, 매질 가스를 상기 플라즈마로 해리시킬 때에 얻어지는 제막종을 바이어스 전력이 인가된 상기 외부 전극(46)내의 페트병(B) 내면에 균일 두께로 균질한 탄소막을 고속도로 코팅할 수 있다.
상기 탄소막의 두께가 소정의 막 두께에 달한 후, 상기 바이어스용 전원(55)및 높은 고주파 전원(71)으로부터의 바이어스 전력, 높은 고주파 전력의 공급을 정지하고, 매질 가스의 공급의 정지, 잔류 가스의 배기를 하여, 가스의 배기를 정지한다. 계속해서, 질소, 희 가스, 또는 공기 등을 상기 가스 도입관(63)으로부터 가스 공급관(62), 내부 전극(67)의 가스 유로(68)및 마개(70)의 가스 분사 구멍(69)을 통해서 페트병(B) 내에 공급하여, 이 페트병(B) 내외를 대기압으로 되돌린다. 이어서, 내면 탄소막 피복 페트병을 집어낸다. 그 후, 전술한 순서에 따라서 페트병(B)을 교환하고, 다음 페트병의 코팅 작업으로 옮겨간다.
상기 매질 가스로서는, 상기 제 1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 것을 이용할 수 있다.
상기 높은 고주파 전력은, 일반적으로 30 내지 300MHz로 정의되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 전력의 인가는 연속적이더라도 간헐적(펄스적)이더라도 좋다.
상기 바이어스 전력은, 일반적으로 13.56MHz, 100 내지1000W의 것이 사용되지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 바이어스 전력의 인가는 연속적이 더라도 간헐적(펄스적)이더라도 좋다.
이상, 제 3 실시 형태에 의하면 공동부(48)를 갖는 유전체 재료로 이루어진 원주 형상 스페이서(49)를 외부 전극(46)의 상부에 삽입, 고정하는 동시에, 도전 부재(50)를 상기 스페이서(49) 상에 상기 외부 전극(46)과 접속하여 배치하고, 페트병(B)의 적어도 입구부로부터 숄더부를 상기 스페이서(49)의 공동부(48) 내에 수납시키고, 또한 상기 페트병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(46) 내에 수납하여, 매질 가스의 상기 페트병(B) 내에의 공급, 바이어스 전력의 외부 전극(46)에의 인가, 높은 고주파 전력의 내부 전극(87)에의 공급에 의해 상기 내부 전극(87)과 상기 외부 전극(46)[실질적으로 상기 페트병(B) 내면]과의 사이에 플라즈마를 생성한다. 이에 의해서, 상기 페트병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측의 내면뿐만 아니라, 상기 유전체 재료로 이루어진 스페이서(49)와 대향하는 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부의 내면에 균일한 두께의 탄소막을 코팅할 수 있다. 또한, 상기 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를 포함하는 내면 전체에 균일 두께로 균질한 탄소막을 코팅할 수 있다. 특히, 높은 고주파 전력을 내부 전극(87)에 공급함으로써, 전술한 제 2 실시 형태와 비교하여 상기 페트병(B)의 내면 전체에 상기 탄소막을 고속도로 코팅할 수 있다. 그 결과, 외부에서의 산소의 투과, 내부(예컨대 탄산 음료수)로부터의 이산화탄소의 투과를 방지한 차단성이 우수한 내면 탄소막 피복 페트병을 양산적으로 제조할 수 있다.
또한, 스페이서(49)를 예컨대 사출 성형이 가능한 플라스틱 같은 유전체 재료에 의해 형성함으로써, 페트병(B)의 입구부 및 숄더부 주위를 덮는 복잡한 형상의 부재에 대응시킬 수 있다. 이 때문에, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 간단히 제조할 수 있다. 또한, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 금속 같은 도전 재료에 의해 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 장치 전체를 경량화할 수 있다.
또한, 스페이서(49)를 플라스틱 또는 연질의 세라믹 같은 유전체 재료에 의해 형성함으로써, 페트병(B)의 복잡한 입구부 및 숄더부가 접촉했을 때에 그 개소에 흠집이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 도전 부재(50)와 배기관(53)과의 사이, 즉 배기관(53) 내에는, 상기 외부 전극(46)에 접속된 상기 도전 부재(50)를 이 도전 부재(50) 근방의 접지된 배기관(53)을 기준 전위로서 이용하여 바이어스 전력을 인가하는 것에 의해, 이 도전 부재(50)와 배기관(53)과의 사이, 즉 배기관(53) 내에서 불필요한 플라즈마를 생성한다. 이 때문에, 탄소막의 코팅 효율이 저하된다. 이러한 불필요한 플라즈마의 생성은, 상기 도전 부재(50) 근방의 상기 배기관(60) 내면 부분을 노출시켜, 그것보다 상방의 배기관(63) 부분을 절연막(73)으로 덮는 것에 의해 방지할 수 있게 된다.
또한, 높은 고주파 전력이 인가되는 가스 공급관(62)과, 접지된 배기관(53)과의 사이, 즉 배기관(60) 내도 또 동일하게 불필요한 플라즈마를 생성하여, 탄소막의 코팅 효율이 저하된다. 이러한 불필요한 플라즈마의 생성은, 상기 가스 공급관(62) 주위에 접지된 그라운드실드관(66)을 배치하는 것에 의해 방지할 수 있다.
또, 전술한 제 3 실시 형태에서는 공동부(48)를 갖는 유전체 재료로 이루어진 원주 형상 스페이서(49)를 외부 전극(46)의 상부에 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부에 대응하도록 삽입, 고정했지만, 페트병(B)의 숄더부로부터 더 나아가서 바닥부에 걸쳐 유전체 재료로 이루어진 박막을 연장하도록 할 수도 있다.
(예 7)
전술한 도 8 및 도 9에 도시된 탄소막 형성 장치를 이용하여, 페트병(B)을 그 입구부로부터 숄더부를, 상단에 환 형상의 도전 부재(50)가 부착된 유전체 재료로 이루어진 스페이서(49)의 공동부(48) 내에 그 내면에 접촉시켜 수납시켰다. 또한, 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 외부 전극(46)의 내면에 접촉시켜 수납했다. 이 상태로, 하기 조건으로써 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅했다. 또, 원주 형상 스페이서(49)는 외부 전극(46) 내에 그 외부 전극(46)에 수납되는 높이 약 22cm의 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 부분(상부로부터 11 cm의 위치)에 삽입됐다.
<코팅 조건>
·원주 형상 스페이서(49) : 호트벨 [상품명, 스미킨(住金) 세라믹사 제품].
·환 형상의 도전 부재(50) : 스테인리스제.
·마개(70)의 가스 분사 구멍(69) : 구멍 직경 1mm, 1개,
·매질 : C2H2 가스.
·매질의 가스 유량 : 40 내지 80sccm.
·페트병(B) 및 배기관(53) 내의 가스 압력 : 0.08 내지 0.2Torr.
·내부 전극(67)에 공급하는 높은 고주파 전력 : 100MHz, 250 W.
·외부 전극(46)에 인가하는 고주파 전력 : 13.56MHz, 출력 250W.
예 7에 있어서, 외부 전극(46)에 13.56MHz, 출력 250W의 고주파 전력을 인가하고, 페트병(B) 및 배기관(53) 내의 가스 압력을 0.2Torr로 했을 때의 내부 전극(67)에 대한 바이어스 전압을 측정했다. 그 결과를 도 10에 나타낸다.
도 10으로부터, 제 3 실시 형태에 따른 예 7에서는 압력 0.2Torr에서, 약1450V의 바이어스 전압을 인가하여, 전술된 제 2 실시 형태에 따른 예 5(도 6도시)와 같이 250W의 고주파 전력을 공급했을 때와 거의 동일한 바이어스 전압을 인가할 수 있다는 것을 명확하게 알 수 있다.
이러한 예 7에 의하면, 내부 전극(67)에 높은 고주파 전력을 공급하여 고밀도의 플라즈마를 상기 페트병(B) 내에 생성할 수 있는 동시에, 전술된 바이어스 전압에 의해 상기 플라즈마를 외부 전극(54)에 인입할 수 있어, 페트병(B) 내면에 균일한 두께의 탄소막을 고속도로 코팅할 수 있다.
(제 4 실시 형태)
도 11은, 제 4 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 막 형성 장치를 도시하는 단면도이다.
상하단에 플랜지(101a, 101b)를 갖는 원통 형상의 전자 실드 부재(102)는, 원환 형상의 하부 실드 부재(103)상에 탑재됨과 동시에, 전기적으로 접속되어 고주파가 장치로부터 누설되지 않도록 밀봉하고 있다. 통 형상 금속제의 외부 전극 본체(104)는, 상기 전자 실드 부재(102) 내에 상부 플랜지(101a)보다 아래쪽으로 위치하도록 배치되어 있다. 원판 형상을 한 금속제의 외부 전극 바닥 부재(105)는, 상기 외부 전극(104)의 바닥부에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 상기 외부 전극 본체(104) 및 상기 외부 전극 바닥 부재(105)에 의해 탄소 피막을 형성하는 플라스틱 용기(예컨대 페트병)(B)의 설치가 가능한 크기의 공간을 갖는 예컨대 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극(106)이 구성되어 있다. 또한, 상기 하부 실드 부재(103)와 상기 외부 전극 바닥 부재(105) 사이에는 원판 형상 절연체(107)가 배치되어 있다.
또, 상기 외부 전극 바닥 부재(105), 상기 원판 형상 절연체(107) 및 상기 하부 실드 부재(103)는 도시하지 않은 푸셔에 의해 상기 외부 전극 본체(104)에 대하여 일체적으로 상하 운동하여, 상기 외부 전극 본체(104)의 바닥부를 개폐한다.
유전체 재료로 이루어지는 원주 형상 스페이서(109)는, 상기 외부 전극(106)에 있어서의 상기 본체(104)의 상부에 삽입되어 있다. 이 원주 형상 스페이서(109)는, 내부에 삽입되는 플라스틱 용기(예컨대 페트병)(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 원주 및 원추대를 조합한 형상을 하는 공동부(108)를 갖는다. 상기 스페이서(109)는, 이 위에 탑재되는 후술하는 환 형상 절연 부재로부터 나사 장착된 나사(도시되지 않음)에 의해 고정되어 있다. 이와 같이 원주 형상 스페이서(109)를 상기 외부 전극(106)에 있어서의 상기 본체(104)의 상부에 삽입 고정함으로써 상기 외부 전극(106)의 바닥부 측으로부터 페트병(B)을 삽입하면, 그 페트병(B) 외주의 숄더부가 상기 스페이서(109)의 공동부(108) 내면에 접촉하거나, 또는 근접하고, 또한 이외의 페트병(B)의 외주는 상기 외부 전극(106)내면에 접촉하거나, 또는 근접한다.
상기 스페이서(109)를 구성하는 유전체 재료로서는, 상기 제 1 실시 형태에서 설명된 것과 동일한 것을 들 수 있다.
환 형상 절연 부재(110)는, 상기 외부 전극(106) 표면에 그 환 형상 절연 부재(110) 표면이 상기 통 형상 전자 실드 부재(102)의 상부 플랜지(101a)와 면 일치되도록 탑재되어 있다. 상기 스페이서(109)는, 도시하지 않은 나사를 상기 환 형상 절연 부재(110)로부터 상기 스페이서(109)에 나사 장착하는 것에 의해 상기 외부 전극(106) 내에 삽입, 고정되어 있다. 상기 환 형상 절연 부재(110)의 하면은, 페트병(B)의 입구부 상단 면과 일치시키는 것도 가능하다. 단, 페트병(B)의 입구부보다 숄더부 측까지 두텁게 하는 편이 바람직하다. 이것은, 페트병(B)의 내부에 발생하는 플라즈마를 억제하여, 그 페트병(B)의 입구부 내면에 막이 붙는 것을 방지하여, 외관을 양호하게 하기 위해서이다.
상하에 플랜지(111a, 111b)를 갖는 가스 배기관(112)은, 상기 전자 실드 부재(102)의 상부 플랜지(101a) 및 상기 환 형상 절연 부재(110)의 표면에 탑재되어 있다. 상기 가스 배기관(112)은, 도시하지 않은 나사를 상기 배기관(112)의 하부 플랜지(111b)로부터 상기 전자 실드 부재(102)의 상부 플랜지(101a)에 나사 장착하는 것에 의해 상기 전자 실드 부재(102)에 고정되어 있다. 또한, 상기 배기관(112)은 도시하지 않은 나사를 상기 배기관(112)의 하부 플랜지(111b)로부터 상기 환 형상 절연 부재(110)를 관통하여 외부 전극(106)의 본체(104)에 나사 장착하는 것에 의해 상기 환 형상 절연 부재(110) 및 상기 외부 전극(106)에 고정되어 있다. 상기 환 형상 절연 부재(110)도 또한 상기 나사의 나사 장착에 의해 상기 외부 전극(106)에 대해서도 고정되어 있다. 또한, 상기 배기관(112)과 상기 환 형상 절연 부재(110) 및 상기 외부 전극(106)과의 고정은, 상기 배기관(112)과 상기 외부 전극(106)이 나사에 의해 전기적으로 도통하지 않게 부착되는 구조로 되어 있다. 분지 가스 배기관(113)은, 그 일 단부가 상기 가스 배기관(112)의 측벽에 연결되어 있다. 상기 분지 가스 배기관(113)의 타 단부에는, 도시하지 않은 진공 펌프 같은 배기 설비가 부착되어 있다.
예컨대 13.56MHz의 고주파 전력을 바이어스 전력으로서 인가하기 위한 바이어스용 전원(114)은, 동축 케이블(115) 및 N형 리셉터클(도시되지 않음)을 이용한 급전부(116)를 통해서 상기 외부 전극(106)에 접속되어 있다. 정합기(117)는, 상기 동축 케이블(115)에 장착되어 있다. 또한, 상기 배기관(112)의 하부 플랜지(111b)는 상기 동축 케이블(115)의 외피 실드(도시되지 않음)에 의해 접지되어 있다. 또한, 상기 하부 플랜지(111b)에 전기적으로 접속된 예컨대 전자 실드 부재(102) 같은 부재는 모두 접지된다.
덮개 구조체(119)는, 상기 가스 배기관(112)의 상부 플랜지(111a)에 기밀하게 고정되어 있다. 이 덮개 구조체(119)는, 중심부에 절연 링(118)을 갖고, 상기 하부 플랜지(111b)와의 전기적 접속에 의해 접지되어 있다. 하우징(120)은, 상기 덮개 구조체(119) 상에 부착되어 있다.
높은 고주파 전력의 단자를 겸하는 가스 공급관(121)은, 상기 하우징(120) 내에서 상기 덮개 구조체(119)의 절연 링(118)을 관통하고, 상기 가스 배기관(112) 을 통해서 상기 스페이서(109) 내까지 삽입되어 있다. 이 가스 공급관(121)의 상단은, 외부에서 상기 하우징(120)을 관통하여 삽입된 가스 도입관(122)의 하단에 절연 커플링(123)을 통해서 연결되어 있다.
상단에 플랜지부(125)를 갖는 그라운드실드관(124)은, 상기 가스 배기관(112)및 상기 스페이서(109) 내에 위치하는 상기 가스 공급관(121) 부분을 덮도록 배치되어 있다. 상기 그라운드실드관(124)은, 그 상부의 플랜지부(125)를 상기 덮개 구조체(119)에 나사 장착하는 것에 의해 고정되고, 또 접지되어 있다. 또한, 상기 그라운드실드관(124)은 상기 스페이서(109) 내 및 이 스페이서(109) 근방의 상기 가스 배기관(112) 내에 위치되어 있다.
내부 전극(126)은, 상기 외부 전극(106) 및 스페이서(109) 내[페트병(B)이 삽입되는 공간]에 그 길이 방향으로 거의 전체 길이에 걸쳐 배치되어 있다. 이 내부 전극(126)의 상단은, 상기 스페이서(109) 측에 위치하는 상기 가스 공급관(121)의 하단에 착탈 자재로 부착되어 있다. 상기 내부 전극(126)은, 중심축에 가스 유로(127)가 형성되어 있다.
또한, 가스 분사 구멍을 상기 내부 전극(126)의 하부 측벽에 상기 가스 유로(127)와 연통하도록 개구할 수도 있다. 이 경우, 가스 분사 구멍은 상기 내부 전극(126)의 바닥부에서 상기 페트병(B) 내에 삽입된 길이의 25%까지의 범위 내의 측면 영역에 개구하는 것이 바람직하다.
상기 내부 전극(126)의 직경은 병(B)의 금속제 마개의 직경 이하로 하고, 길이는 페트병(B)의 길이 방향의 거의 전체 길이까지 삽입 가능한 길이로 한다. 길이는 대략, 페트병(B)의 전장에 대하는 비율이 {1-D/(2L)} 정도가 되도록 한다. 여기서 D는 페트병의 내경, L은 페트병의 전체 길이를 나타내고, L > (D/2)이다.
상기 내부 전극(126)은, 각종 금속 재료로 제작할 수 있지만, 고주파 전송에 있어서의 표피 효과의 영향을 고려하여, 그 표면은 알루미늄이나 금 등과 같이 전기 전도율이 높고, 또 안정적인 재료인 것이 바람직하다. 단, 비용까지를 고려한다면 알루미늄으로 전체를 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 내부 전극(126) 표면이 어중간하게 평활하게 되고, 그 내부 전극(126)의 표면에 퇴적하는 탄소막을 박리하기 쉬워질 우려가 있다. 이 때문에, 내부 전극(126)의 표면을 미리 샌드 블래스트 처리함으로써, 표면 거칠기를 크게 하여 표면에 퇴적하는 탄소막을 박리하기 어렵게 하는 것이 바람직하다. 또한, 반대로 표면을 매우 평활하게 하고, 코팅 처리를 할 때마다 퇴적하는 탄소막을 불어 취하거나 비산시키는 방법도 있다.
높은 고주파 전력을 공급하기 위한 높은 고주파 전원(128)은, 동축 케이블(129) 및 급전부(130)를 통해서 상기 가스 공급관(121)에 접속되어 있다. 정합기(131)는, 동축 케이블(129)에 장착되어 있다. 상기 급전부(130)는 N(형) 리셉터클(도시되지 않음)을 이용하여 상기 하우징(120)에 설치되어 있다. 동축 케이블(129)의 외피 실드도 상기 N형 리셉터클의 외도체(모두 도시되지 않음)를 통해서 상기 하우징(120)과 접속하고, 상기 높은 고주파 전원(128)과 바이어스용 전원(114)의 접지가 이루어지고, 전부 동일한 전위의 접지 전위로 하고 있다.
전술한 탄소막 형성 장치에 있어서, 상기 바이어스용 전원(114) 및 높은 고주파 전원(128)에 의해 인가된 높은 고주파 및 바이어스용 고주파는 하부 실드 부 재(103), 원통 형상의 전자 실드 부재(102), 배기관(112), 덮개 구조체(119), 하우징(120)에 의해 본 장치 내에 전자적으로 실드되어, 공간에 방출되지 않게 되어 있다.
다음으로 도 11에 나타내는 막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법을 설명한다.
도시하지 않은 푸셔에 의해 외부 전극 바닥 부재(105), 원판 형상 절연체(107) 및 하부 실드 부재(103)를 떼어 외부 전극 본체(104)의 바닥부를 개방한다. 계속하여, 플라스틱 용기, 예컨대 페트병(B)을 개방된 외부 전극 본체(104)의 바닥부 측으로부터 그 병(B)의 입구부 측부터 삽입한다. 이어서, 도시하지 않은 푸셔에 의해 외부 전극 본체(104)의 바닥부 측에 외부 전극 바닥 부재(105), 원판 형상 절연체(107) 및 하부 실드 부재(103)를 이 순서로 부착한다. 이에 의해서, 도 11에 도시한 바와 같이 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를 유전체 재료로 이루어진 원주 형상 스페이서(109)의 공동부(108) 내에 그 내면에 접촉 또는 근접시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(106)의 내면에 접촉 또는 근접시켜 수납한다. 이 때, 상기 페트병(B)은 배기관(112)에 그 입구부를 통해서 연통한다.
이어서, 도시하지 않은 배기 수단에 의해 분지 배기관(113)및 배기관(112)을 통해서 상기 배기관(112) 및 상기 페트병(B) 내외의 가스를 배기한다. 매질 가스를 가스 도입관(122)으로부터 가스 공급관(121)을 통해서 내부 전극(125)의 가스 유로(126)에 공급하여, 페트병(B) 내에 분사하게 한다. 이 매질 가스는, 더 나아가서 페트병(B)의 입구부를 향하여 흘러간다. 계속해서, 가스 공급량과 가스 배기량의 밸런스를 맞추어, 상기 페트병(B) 내를 소정의 가스 압력으로 설정한다.
이어서, 바이어스용 전원(114)으로부터 바이어스 전력을 케이블(115), 정합기(117) 및 급전부(116)를 통해서 상기 외부 전극(106)에 인가한다. 그 후, 또는 그와 동시에, 높은 고주파 전원(128)으로부터 높은 고주파 전력을 케이블(129), 정합기(131) 및 급전부(130)를 통해서 가스 공급관(121)에 공급하고, 더 나아가서는 이 가스 공급관(121)을 통해서 상기 내부 전극(126)에 높은 고주파 전력을 공급한다. 그 결과, 상기 내부 전극(126)의 주위에 플라즈마가 생성된다.
이 때, 그라운드실드관(124)은 상기 스페이서(109), 환 형상 절연 부재(110) 및 상기 가스 배기관(112) 내에 위치하도록 상기 가스 공급관(121) 외주에 배치되어 있는 동시에 플랜지부(125)를 통해서 접지되어 있다. 이 때문에, 상기 그라운드실드관(124)을 기준 전위로 하여 상기 외부 전극(106)으로부터 바이어스 전압을, 생성된 플라즈마에 향해서 인가할 수 있다.
또한, 상기 가스 공급관(121)에 인가되어 있는 높은 고주파 전계는 상기 그라운드실드관(124)을 가스 공급관(121) 외주에 배치하는 것에 의해 차폐된다. 이 때문에, 높은 고주파 전계가 배기관(112) 내에 인가되는 것을 막을 수 있게 된다.
또한, 상기 가스 공급관(121) 및 내부 전극(126)에 인가된 높은 고주파 전계는 상기 그라운드실드관(124)을 페트병(B)의 입구부보다 내부까지 삽입함으로써 상기 페트병(B)의 입구부 부근 부분에서 차폐된다. 이 때문에, 높은 고주파 전계가 상기 페트병(B)의 입구부의 공간에 인가되는 것을 막을 수 있게 된다. 그 위, 환 형상 절연 부재(110)의 하면을 상기 페트병(B)의 입구부 상단으로부터 숄더부 사이의 높이로 해 놓은 경우, 외부 전극(106)에 인가되는 바이어스 전압이 상기 페트병(B)의 입구부의 공간에 인가되는 것도 막을 수 있게 된다.
그 결과, 다음과 같은 효과에 의해 페트병(B) 내면에의 탄소막의 코팅 속도 및 막질을 향상시킬 수 있다.
a) 높은 고주파 전력을 이용하면, 특히 낮은 가스 압력 조건으로써 고주파 전력에 비교하여 높은 전자 밀도가 얻어지기 때문에, 매질 가스와의 충돌 빈도가 증가하여 제막종 밀도를 높게 할 수 있다.
b) 바이어스 전력을 조정하면 플라즈마 전위와의 전위차를 가변할 수 있기 때문에, 페트병(B) 내면에 입사하는 이온 에너지를 조정할 수 있다.
c) 이온 밀도는 전자 밀도에 비례하기 때문에, 전기의 전위차의 조정과 병용하는 것으로 페트병(B) 내면에 입사하는 이온 용융제를 제어할 수 있다.
또한, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
d) 가스 공급관(121)에 인가되어 있는 높은 고주파 전계는 상기 그라운드실드관(124)을 가스 공급관(121) 외주에 배치하는 것에 의해 차폐된다. 이 때문에, 높은 고주파 전계가 배기관(112) 내에 인가되는 것을 막을 수 있게 된다. 그 결과, 상기 높은 고주파 전계에 의한 플라즈마가, 페트병(B)의 입구부 부근에서 강하게 발생하는 것을 방지할 수 있다. 높은 고주파 전력이 페트병(B)의 입구부 부근에서 발생하는 플라즈마에 의해 소비되는 일 없이, 내부 전극(126)에 도달시켜 전력 전송 효율을 향상할 수 있기 때문에, 페트병(B) 내부에 발생하는 플라즈마의 밀도를 높게 할 수 있다.
e) 전계의 집중에 의한 두께화가 일어나기 쉬운 페트병(B)의 숄더부의 코팅 속도는, 스페이서(109)의 내경 방향의 두께나 그라운드실드관(124)의 길이의 조절에 의해 제어할 수 있다. 이 때문에, 페트병(B) 내면에의 탄소막의 코팅 속도 및 막질을 향상시킬 수 있다.
이러한 플라즈마의 생성에 의해서, 페트병(B) 내면에 균일 두께로 균질한 탄소막을 고속도로 코팅할 수 있어, 양질의 내면 탄소막 피복 페트병을 제조할 수 있다.
소정의 막 두께가 형성된 후, 상기 바이어스용 전원(114) 및 높은 고주파 전원(128)으로부터의 바이어스 전력, 높은 고주파 전력의 공급을 정지하여, 매질 가스의 공급의 정지, 잔류 가스의 배기를 하여, 가스의 배기를 정지한다. 계속하여, 질소, 희 가스, 또는 공기 등을 상기 가스 도입관(122)으로부터 가스 공급관(121)을 통해서 내부 전극(126)의 가스 유로(127)를 통해서 페트병(B) 내에 공급하여, 이 페트병(B) 내외를 대기압에 되돌린다. 그 후, 전술된 순서에 따라서 페트병(B)을 교환하고, 다음 페트병의 코팅 작업으로 옮겨간다.
상기 매질 가스로서는, 상기 제 1 실시 형태에서 설명된 것과 동일한 것을 이용할 수 있다.
상기 높은 고주파 전력은, 일반적으로 30 내지 300MHz로 정의되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 전력의 인가는 연속적이더라도 간헐적(펄스적)이더라도 좋다.
상기 바이어스 전력은, 일반적으로는 13.56 MHz, 범위로서는 50kHz 내지 20 MHz, 100 내지 1000W의 것이 사용되었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 바이어스 전력의 인가는 연속적이더라도 간헐적(펄스적)이더라도 좋다.
이상, 제 4 실시 형태에 의하면, 접지된 그라운드실드관(124)을 스페이서(109) 내 및 이 스페이서(109) 근방의 가스 배기관(112) 내에 위치하도록 가스 공급관(121) 외주에 배치하여, 페트병(B)의 적어도 입구부로부터 숄더부를 상기 스페이서(109)의 공동부(108) 내에 수납하고, 또한 상기 페트병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 상기 외부 전극(106) 내에 접촉시켜 수납하여, 가스 공급관(121)으로부터 매질 가스를 분사 관을 겸하는 내부 전극(126)의 분사 구멍을 통해서 상기 페트병(B) 내에 공급하고, 바이어스 전력의 외부 전극(106)에의 인가, 높은 고주파 전력의 내부 전극(126)에의 공급에 의해 상기 내부 전극(126)과 상기 외부 전극(106)[실질적으로 상기 페트병(B) 내면]과의 사이에 플라즈마를 생성한다. 이러한 플라즈마의 생성에 의해서, 상기 페트병(B)의 내면에 균일한 두께의 탄소막을 코팅할 수 있다. 또한, 상기 외부 전극(106)으로부터 바이어스 전압을 내부 전극(126)을 향해서, 즉 생성된 플라즈마를 향해서 인가하는 것에 의해 상기 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를 포함하는 내면 전체에 균일 두께로 균질한 탄소막을 코팅할 수 있다. 특히, 높은 고주파 전력을 내부 전극(126)에 공급함으로써, 상기 페트병(B)의 내면 전체에 상기 탄소막을 고속도로 코팅할 수 있다. 그 결과, 외부로부터의 산소의 투과, 내부(예컨대 탄산 음료수)로부터의 이산화탄소의 투과를 방지하는 차단성이 우수한 내면 탄소막 피복 페트병을 양산적으로 제조할 수 있다.
또한, 높은 고주파 전력이 인가되는 가스 공급관(121)과 접지된 배기관(112)과의 사이, 즉 배기관(112) 내에서 불필요한 플라즈마를 생성하여, 탄소막의 코팅 효율이 저하된다. 접지된 그라운드실드관(124)을 상기 가스 공급관(121) 주위에 배치함으로써, 상기 불필요한 플라즈마의 생성을 방지할 수 있다.
또한, 페트병(B)의 외관상, 그 입구 부분의 내면 부분에 차단막이 부착되지 않는 것이 바람직하다. 상기 그라운드실드관(124)을 페트병(B)의 입구부보다 내부까지 삽입함으로써 이 부분의 플라즈마 발생을 억제할 수 있다. 또한, 페트병(B)의 입구부에의 바이어스 전계의 인가는 페트병(B)의 입구부 상단으로부터 숄더부 사이에 환 형상 절연 부재(110)를 배치함으로써 방지할 수 있다. 이 2개의 효과에 의해 페트병(B)의 입구부에 차단막이 부착되지 않고, 상품 가치가 높은 내면 탄소막 피복 페트병을 얻을 수 있다. 또한, 페트병(B)이 외부 전극(106)의 내벽에 수 밀리미터 이하로 근접하고 있는 것으로부터, 페트병(B) 외벽과 외부 전극(106) 내벽 사이의 공동부에는 플라즈마가 발생하지 않고, 따라서 페트병(B)의 외벽에는 코팅되지 않는다.
또한, 스페이서(109)를 예컨대 사출 성형이 가능한 플라스틱 같은 유전체 재료에 의해 형성하는 것에 의해, 페트병(B)의 입구부 및 숄더부 주위를 덮는 복잡한 형상의 부재에 대응시킬 수 있다. 이 때문에, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 간단히 제조할 수 있다. 또한, 종래와 같이 이들 부재를 포함하는 모두를 금속 같은 도전 재료에 의해 외부 전극으로 구성하는 경우에 비교하여 장치 전체를 경량화할 수 있다. 이것은, 고속 연속 코팅 장치에 로터리식(회전식)을 채용할 때에 중요한 장점이 된다.
또한, 전술한 제 4 실시 형태에서는 공동부(108)를 갖는 유전체 재료로 이루어지는 원주 형상 스페이서(109)를 외부 전극(106)의 상부에 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부에 대응하도록 삽입, 고정하여, 페트병(B)의 숄더부로부터 더 나아가서는 바닥부에 걸쳐 유전체 재료로 이루어지는 박막을 연장하도록 할 수도 있다.
또한, 그라운드실드관(124)은 그 하단을 도 11에 도시된 바와 같이 페트병(B)의 입구부 부근에 위치시키는 형상에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이 그라운드실드관(124) 하단을 페트병(B)의 몸통부 중앙 부근까지 위치시키고, 내부 전극(126)의 길이를 실효적으로 짧게 할 수도 있다. 이와 같이함으로써, 페트병(B)의 입구부 부근이나 배기관(112) 내에 생기는 불필요한 플라즈마를 억제할 수 있다. 이 때문에, 내부 전극에 공급하는 고주파 전력을 페트병(B) 내의 유효한 플라즈마에 소비시킬 수 있게 된다. 따라서, 코팅 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 페트병(B) 내의 플라즈마에 바이어스를 효과적으로 인가할 수 있어, 코팅 품질을 향상시킬 수 있다.
(예 8)
전술한 도 11에 도시된 탄소막 형성 장치를 이용하여, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를, 유전체 재료로 이루어지는 스페이서(109)의 공동부(108) 내에 그 내면에 접촉 또는 근접시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부에서 바닥부 측을 외부 전극(106)의 내면에 접촉 또는 근접시켜 수납했다. 접지된 그라운드실드관(124)을 상기 스페이서(109) 내 및 이 스페이서(109) 근방의 가스 배기관(112) 내에 위치하도록 가스 공급관(121)외주에 배치하여, 하기 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅했다. 또한, 원주 형상 스페이서(109)는 외부 전극(106) 내에 그 외부 전극(106)에 수납되는 높이 약 22 cm의 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 부분(상부로부터 11 cm의 위치)에 삽입됐다.
<코팅 조건>
·원주 형상 스페이서(109) : 호트벨[상품명, 스미킨(住金) 세라믹사 제품].
·그라운드실드관(124) : 스테인리스제.
·내부 전극(126)의 가스 유로(127) 내경 : 4 mm.
·매질 : C2H2가스.
·매질의 가스 유량 : 40 내지 80sccm.
·페트병(B) 및 배기관(112) 내의 가스 압력 : 0.08 내지 0.2Torr
·내부 전극(126)에 공급하는 높은 고주파 전력 : 100MHz, 250W.
·외부 전극(106)에 인가하는 고주파 전력 : 13.56MHz, 출력 250W.
예 8 및 전술된 종래의 예 2에 의해 탄소막을 코팅한 페트병의 입구부로부터 바닥부까지의 두께를 측정했다. 그 결과를 도 13에 도시한다.
도 13으로부터, 페트병(B)의 입구부 및 숄더부에 대응하는 외부 전극(114) 내에 호트벨로 제조된 원주 형상 스페이서(109)를 삽입한 예 8에서는, 페트병(B) 내면의 전체에 균일한 탄소막이 코팅되어 있다는 것을 명확하게 알 수 있다.
이에 대하여, 페트병(B)의 입구부로부터 바닥부 측을 외부 전극(201)의 내면에 접촉시켜 수납하는, 도 18에 도시된 종래의 예 2에서는, 페트병(B)의 내면 중, 입구부로부터 숄더부 부근의 내면에 두꺼운 탄소막이 코팅되어, 탄소막의 두께가 불균일하게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 예 2에 있어서 높이 5cm인 개소의 두께를 기입하지 않은 것은 그 개소에서의 탄소막의 두께가 두텁게 박리했기 때문에 이다.
(예 9)
전술한 도 11에 도시된 탄소막 형성 장치에 있어서, 그라운드실드관을 가스 공급관 외주에 배치하지 않고, 페트병(B)의 입구부로부터 숄더부를 유전체 재료로 이루어진 스페이서(109)의 공동부(108) 내에 그 내면에 접촉 또는 근접시켜 수납하고, 또한 상기 병(B)의 숄더부로부터 바닥부 측을 외부 전극(106)의 내면에 접촉 또는 근접시켜 수납한 이외, 예 8과 마찬가지인 조건으로 상기 페트병(B) 내면에 탄소막을 코팅했다.
예 8 및 예 9에 있어서, 외부 전극(106)에 13.56MHz, 출력 250W의 고주파 전력을 인가하고, 페트병(B) 및 배기관(112) 내의 가스 압력을 0.2Torr로 했을 때의 내부 전극(126)에 대한 바이어스 전압을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 도시한다.
표 1
| 압력(Torr) | 바이어스 전압(V) | |
| 예 9 | 예 8 | |
| 0.2 | -1 | -420 |
상기 표 1로부터, 제 4 실시 형태에 따른 예 8에서는 압력 0.2Torr에서, 약 -420V의 바이어스 전압을 인가할 수 있음을 명확히 알 수 있다. 이에 대하여, 그라운드실드관을 가지지 않는 예 9에서는 같은 고주파 전력을 인가하더라도 내부 전극(126)을 향해서 바이어스 전압을 거의 인가할 수 없다는 것을 알 수 있다. 이것은, 예 8에서는 접지된 그라운드실드관(124)을 가스 공급관(121)의 외주에 배치함으로써, 이 접지된 그라운드실드관(124)을 외부 전극(106)의 기준 전위로서 이용할 수 있기 때문이다.
이러한 예 8에 의하면, 내부 전극(126)에 높은 고주파 전력을 공급하여 고밀도의 플라즈마를 상기 페트병(B) 내에 생성할 수 있는 동시에, 전술한 바이어스 전압에 의해 상기 플라즈마를 외부 전극(106)에 인입시킬 수 있어, 페트병(B) 내면에 균일한 두께의 고품질인 탄소막을 고속도로 코팅할 수 있다.
(제 5 실시 형태)
또 14는, 제 5 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 막 형성 장치를 도시하는 단면도이다.
이 제 5 실시 형태의 탄소막 형성 장치는, 이하에 설명하는 구성을 갖는 이외, 전술된 도 11에 도시된 제 4 실시 형태의 탄소막 형성 장치와 동일하다. 그라운드실드관(124)은, 페트병(B) 내부 중앙 부근까지 연장되어, 표면적이 커지고 있다. 내부 전극(126)은, 상기 그라운드실드관(124)을 길게 한 만큼, 길이는 짧아졌다. 외부 전극(106)은, 페트병(B)의 입구 부근까지 연장되어 있다. 페트병(B) 입구부의 외주에 설치된 스페이서(109)는, 상기 외부 전극(106)과 같이 페트병(B)의 입구 부근까지 연장되어 있다.
또한, 도 14및 도 15에 도시된 바와 같이 그라운드실드관(124)은, 표면적을 크게 하기 위해서 그 외주면의 일부[배기관(112)에 위치하는 외주면 부분 및 내부 전극(126) 바로 위의 외주면 부분]에 핀(132)을 부착한 구조를 갖는다. 또한, 그라운드실드관(124)은 도 16에 도시된 바와 같이 표면적을 크게 하기 위해서 그 외주면의 일부[배기관(112)에 위치하는 외주면 부분 및 내부 전극(126) 바로 위의 외주면 부분]에 자바라 형상의 돌기(133)를 형성할 수도 있다.
이러한 제 5 실시 형태로서는, 외부 전극(106)을 페트병(B)의 입구 부근까지 연장시키는 것에 의해, 바이어스 전력의 외부 전극(106)에의 인가, 높은 고주파 전력의 내부 전극(126)에의 공급에 의해 플라즈마를 상기 내부 전극(126)과 상기 외부 전극(106)[실질적으로 상기 페트병(B) 내면] 및 배기관(112)의 내부에 생성한다. 이 때, 이 플라즈마로부터 보이는 그라운드 전극의 표면적은 상기 핀(132)과 그라운드실드관(124)의 표면적의 합이며, 이 표면적은 전술한 제 4 실시 형태와 비교하여 증가된다. 플라즈마와 전극 사이에 생기는 시스(sheath) 전압은, 전극의 면적비에 대략 반비례한다. 외부 전극(106) 내에 위치하는 페트병(B) 안쪽의 표면적과 상기 그라운드실드관(124)의 표면적의 비가 작게 되기 때문에, 외부 전극(106)과 플라즈마 사이에 생기는 시스 전압, 즉 페트병(B)의 안쪽에 생기는 시스 전압이 높아진다. 이러한 페트병(B)의 안쪽에서의 높은 시스 전압의 발생은, 페트병(B) 내의 이온을 가속하여 페트병(B)의 안쪽 표면에의 입사 에너지가 높아진다. 그 결과, 페트병(B) 내면에 의해 양호한 막질을 가지는 탄소막을 코팅할 수 있게 된다.
(제 6 실시 형태)
도 17은, 제 6 실시 형태에 따른 플라스틱 용기 내면에의 막형성 장치에 갖추어진 전원 계통의 등가 회로도이다.
이 제 6 실시 형태의 탄소막 형성 장치는, 그라운드실드관을 가스 공급관 외주에 배치하지 않는 이외, 전술한 도 11에 나타내는 제 4 실시 형태의 탄소막 형성 장치와 동일한 구조를 갖는다.
도 17에 도시된 바와 같이 바이어스용 전원(114)은, 케이블(115)을 통해서 외부 전극(106)에 접속되어 있다. 정합기(117)는, 상기 케이블(115)에 장착되어 있다. 이 정합기(117)는, 상기 케이블(115)에 장착된 제 1 가변 콘덴서(C1)와, 일 단부가 상기 바이어스용 전원(114)과 상기 제 1 가변 콘덴서(C1) 사이의 케이블(115)로부터 분지되고 타 단부가 접지된 분지 케이블(161)과, 이 분지 케이블(161)에 장착된 제 2 가변 콘덴서(C2)로부터 구성되어 있다.
높은 고주파 전원(128)은, 케이블(129)을 통해서 내부 전극(126)에 접속되어 있다. 또, 케이블(129)은 가스 공급관(도시되지 않음)에 접속되어 있지만, 여기서는 편의적으로 내부 전극(126)에 접속시켜 설명된다. 정합기(131)는, 상기 케이블(129)에 장착되어 있다. 이 정합기(131)는, 상기 케이블(129)에 장착된 제 1 가변 콘덴서(C1')와, 일 단부가 상기 높은 고주파 전원(128)과 상기 제 1 가변 콘덴서(C1) 사이의 케이블(129)로부터 분지되고, 타 단부가 접지된 분지 케이블(162)과, 이 분지 케이블(162)에 장착된 제 2 가변 콘덴서(C2')로부터 구성 되어 있다. 인덕턴스(L)는, 일 단부가 상기 정합기(131) 및 도시하지 않은 가스 공급관 사이의 도통 계로에 접속되고, 타 단부가 접지되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 전술한 제 4 실시 형태와 같이 바이어스용 전원(114)으로부터 바이어스 전력을 케이블(115), 바이어스용 정합기(117)를 통해서 외부 전극(106)에 인가한다. 높은 고주파 전원(128)으로부터 높은 고주파 전력을 케이블(129), 정합기(131)를 통해서 내부 전극(126)에 공급한다. 이에 의해서, 상기 내부 전극(126)과 상기 외부 전극(106)과의 사이에서 방전이 생겨, 플라즈마가 생성된다. 이 때, 상기 정합기(131)와 도시하지 않은 가스 공급관 사이의 도통 계로에 인덕턴스(L)의 일 단부를 접속하고, 그 타 단부를 접지함으로써, 높은 고주파 전력이 인가되는 내부 전극(126)을 외부 전극(106)에 대하여 접지 전극으로서 기능시킬 수 있다. 그 결과, 그라운드실드관을 가스 공급관 외주에 배치하지 않고서, 제 4 실시 형태와 같이 외부 전극(106)으로부터 바이어스 전압을 내부 전극(126)을 향해서, 즉 생성된 플라즈마를 향해서 인가할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 균일한 막 두께를 갖는 탄소막을 플라스틱 용기 내면 전체에 코팅하는 것이 가능한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 균일한 막 두께를 갖는 탄소막이 내면에 코팅되어, 산소 및 이산화탄소에 대한 차단성이 뛰어난 플라스틱 용기의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 바이어스 전압에 의해 플라스틱 용기 내에 생성된 플라즈 마를 그 용기 내면을 향해서 인입시킬 수 있어, 양호한 막질로, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막을 플라스틱 용기 내면 전체에 코팅하는 것이 가능한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 양호한 막질로, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막이 내면에 코팅되어, 산소 및 이산화탄소에 대한 차단성이 보다 우수한 플라스틱 용기의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 내부 전극에 높은 고주파 전력을 공급하여 고밀도의 플라즈마를 플라스틱 용기 내에 생성할 수 있는 동시에, 바이어스 전압에 의해 상기 플라즈마를 상기 용기 내면을 향해서 인입시킬 수 있어, 양호한 막질로, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막을 플라스틱 용기 내면 전체에 고속도로 코팅하는 것이 가능한 플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 양호한 막질로, 또한 균일한 막 두께를 갖는 탄소막이 내면에 고속도로 코팅되어, 산소 및 이산화탄소에 대한 차단성이 보다 뛰어난 플라스틱 용기를 양산적으로 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
Claims (24)
- 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 그 용기의 입구부 및 숄더부를 제외한 외주를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극 사이에 개재되는, 유전체 재료로 이루어진 스페이서와,상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관과,상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 상기 배기관 측으로부터 상기 용기 길이의 거의 전장에 걸쳐 삽입되어 접지 측에 접속되는 동시에, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,상기 배기관에 부착된 배기 수단과,상기 내부 전극에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,상기 외부 전극에 접속된 고주파 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 1 항에 따른 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기를 제조하는 방법에 있어서,(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내 및 유전체 재료로 이루어지는 스페이서 내에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부의 외주가 상기 스페이서 내에 둘러싸이고, 그 이외의 상기 용기 부분의 외주가 상기 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,(b) 바닥부 또는 측면 영역, 혹은 양자 모두에 매질 가스를 분사하기 위한 관통 구멍이 형성된 내부 전극을, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관으로부터 상기 용기의 내부에 그 용기 길이의 거의 전장에 걸쳐 삽입하는 공정과,(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기하는 동시에, 상기 내부 전극에 매질 가스를 가스 공급 수단에 의해 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 플라스틱 용기 내에 매질 가스를 분사하여 상기 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력으로 설정하는 공정과,(d) 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 상기 외부 전극에 공급하여, 상기 플라스틱 용기 내에 위치하는 내부 전극의 주변에 플라즈마를 생성시키고, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 플라스틱 용기 내면에 탄소막을 코팅하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
- 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 그 용기의 입구부 및 숄더부를 제외한 외주를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재되는 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와,상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 스페이서의 단면에 상기 외부 전극과 접속하도록 부착된 도전 부재와,상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관과,상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 상기 배기관 측으로부터 상기 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입되어 접지 측에 접속되는 동시에, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,상기 배기관에 부착된 배기 수단과,상기 내부 전극에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,상기 외부 전극에 접속된 바이어스를 겸하는 고주파 전원을 포함하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 3 항에 따른 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기를 제조하는 방법에 있어서,(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내 및 도전 부재가 이 외부 전극과 접속하도록 부착된 유전체 재료로 이루어진 스페이서 내에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부의 외주가 상기 스페이서 내에 둘러싸이고, 이외의 상기 용기 부분의 외주가 상기 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,(b) 바닥부 또는 측면 영역, 혹은 양자 모두에 매질 가스를 분사하기 위한 관통 구멍이 형성된 내부 전극을, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관으로부터 상기 용기의 내부에 그 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입하는 공정과,(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기하는 동시에, 상기 내부 전극에 매질 가스를 가스 공급 수단에 의해 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 용기 내에 매질 가스를 분사하여 상기 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력으로 설정하는 공정과,(d) 바이어스를 겸하는 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 상기 외부 전극에 공급하여, 상기 용기 내에 위치하는 내부 전극의 주위에 플라즈마를 생성시키고, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 용기 내면에 탄소막을 코팅하는 공정을 포함하는내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
- 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 그 용기의 입구부 및 숄더부를 제외한 외주를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,상기 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재되는 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와,상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 스페이서의 단면에 상기 외부 전극과 접속하도록 부착된 도전 부재와,상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관과,상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 상기 배기관 측에서 상기 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입되어, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,상기 배기관에 부착된 배기 수단과,상기 내부 전극에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,상기 내부 전극에 접속된 높은 고주파 전원과,상기 외부 전극에 접속된 바이어스용 전원을 포함하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 외부 전극과 소망의 거리를 둔 상기 배기관 내면은 절연막이 피복되어 있는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 내부 전극은, 중심축에 가스 유로가 형성되는 동시에, 바닥부 또는 측면 영역, 혹은 양자 모두에 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성되어 있는 봉 형상을 하고, 상기 가스 공급 수단은 상기 배기관 측에서 상기 용기의 입구부 부근까지 연장한 가스 공급관을 가지고, 상기 내부 전극은 상기 용기의 입구 부 측에 위치하는 상기 가스 공급관의 단부에 착탈 자재로 부착되는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 5 항에 있어서,그라운드실드관이, 상기 용기의 입구부에서 상기 배기관의 일부에 걸치는 상기 가스 공급관의 외주에 더 배치되어 있는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 외부 전극은, 삽입되는 상기 용기의 바닥부 측에서 그 축 방향으로 분할 가능한 것을 특징으로 하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 5 항에 따른 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 탄소막 피복 플라스틱 용기를 제조하는 방법에 있어서,(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내 및 도전 부재가 이 외부 전극과 접속하도록 설치된 유전체 재료로 이루어진 스페이서 내에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부의 외주가 상기 스페이서 내에 둘러싸이고, 이외의 상기 용기 부분의 외주가 상기 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,(b) 바닥부 또는 측면 영역, 혹은 양자 모두에 매질 가스를 분사하기 위한 분사 구멍이 형성된 내부 전극을, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관으로부터 상기 용기의 내부에 그 용기 길이의 거의 전체에 걸쳐 삽입하는 공정과,(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기하는 동시에, 상기 내부 전극에 매질 가스를 가스 공급 수단에 의해 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 용기 내에 매질 가스를 분사하여 상기 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력으로 설정하는 공정과,(d) 바이어스용 전원으로부터 고주파 전력을 상기 외부 전극에 인가하는 동시에, 높은 고주파 전원으로부터 높은 고주파 전력을 상기 내부 전극에 공급하여, 상기 용기 내에 위치하는 내부 전극의 주위에 플라즈마를 생성시키고, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 용기 내면에 탄소막을 코팅하는 공정을 포함하는내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
- 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 그 용기를 둘러싸는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과,상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 상부에 부착된 배기관과,상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 삽입되어, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 관을 겸하는 내부 전극과,일 단부가 상기 내부 전극에 연결되고, 타 단부가 상기 배기관 측에 연장된 급전 단자를 겸하는 가스 공급관과,적어도 상기 외부 전극 내 및 상기 용기의 입구부 근방의 상기 배기관 내에 위치하는 상기 가스 공급관 부분의 외주에 배치되어, 접지된 그라운드실드관과,상기 배기관에 부착된 배기 수단과,상기 가스 공급관에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,상기 가스 공급관에 접속된 고주파 전원을 포함하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 배기관은, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 상부 단면에 절연 부재를 통해서 부착되고, 상기 외부 전극에 접속된 바이어스용 고주파 전원을 더 포함하고, 이 바이어스용 고주파 전원은, 상기 내부 전극에 접속된 상기 고주파 전원의 고주파 주파수보다도 낮은 고주파 주파수를 갖는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 그라운드실드관은 상기 용기의 입구부보다도 용기의 내부 측에 삽입되는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재되는 유전체 재료로 이루어지는 스페이서를 더 포함하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치
- 제 11 항에 있어서,상기 배기관은, 상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 상부 단면에 절연 부재를 통해서 설치되고, 상기 절연 부재는 상기 용기가 삽입되었을 때에 그 용기의 입구부로부터 숄더부에 걸친 영역에 위치하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 그라운드실드관은 외주면의 표면적을 확대시킨 형상을 갖는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 그라운드실드관은 외주면에 핀 또는 자바라 형상의 돌기를 갖는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 외부 전극은 상하를 개폐할 수 있고, 이 개폐부로부터 상기 용기를 출납할 수 있는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 11 항에 따른 탄소막 형성 장치를 이용하여 내면 막 피복 플라스틱 용기를 제조하는 방법에 있어서,(a) 피처리물인 플라스틱 용기를, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극 내에 둘러싸이도록 삽입하는 공정과,(b) 상기 (a) 공정과 동시 또는 전후하여, 접지된 그라운드실드를 외주에 배치한 가스 공급관이 연결되고, 매질 가스를 분사하는 관을 겸하는 내부 전극을 상기 용기의 내부에 삽입하는 공정과,(c) 상기 용기 내의 가스를 배기관 수단에 의해 상기 배기관을 통해서 배기하는 동시에, 상기 가스 공급관 수단으로부터 매질 가스를 상기 내부 전극에 공급하여, 이 내부 전극의 가스 분사 구멍으로부터 상기 용기 내에 매질 가스를 분사하여 상기 용기 내를 포함하는 배기관 내를 소정의 가스 압력으로 설정하는 공정과,(d) 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 상기 가스 공급관을 통해서 상기 내부 전극에 공급하고, 바이어스용 전원으로부터 내부 전극에 부여하는 고주파 전력의 주파수보다 낮은 주파수의 고주파 전력을 상기 외부 전극에 인가하여, 상기 용 기 내에 플라즈마를 생성시키고, 이 플라즈마에 의해 상기 매질 가스를 해리시켜 상기 용기 내면에 막을 코팅하는 공정을 포함하는내면 탄소막 피복 플라스틱 용기의 제조 방법.
- 피처리물인 플라스틱 용기가 삽입되었을 때에 그 용기를 둘러싸는 크기를 갖는, 바닥이 있는 통 형상의 외부 전극과, 상기 용기가 삽입되었을 때에 적어도 그 용기의 입구부 및 숄더부와 상기 외부 전극의 사이에 개재되는 유전체 재료로 이루어지는 스페이서와,상기 용기의 입구부가 위치하는 쪽의 상기 외부 전극의 단면에 절연 부재를 통해서 부착된 배기관과,상기 외부 전극 내의 상기 용기 내에 삽입되어, 매질 가스를 분사하기 위한 가스 분사 구멍이 형성된 내부 전극과,상기 배기관에 설치된 배기 수단과,상기 가스 공급관에 매질 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,상기 가스 공급관에 정합기를 통해서 접속된 높은 고주파 전원과,상기 외부 전극에 정합기를 통해서 접속된 바이어스용 전원과,상기 가스 공급관과 상기 정합기의 사이의 도통 계로에 일 단부가 접속되어, 타 단부가 접지된 인덕턴스를 포함하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 1 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스페이서는, 상기 용기의 숄더부로부터 또한 저부로 향하여 연장되는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 1 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 내부 전극은 가스 송풍 구멍이 형성된 캡을 선단에 구비하는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 1 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 내부 전극이 텅스텐 또는 스테인리스강으로 제작되는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 고주파 전원은 상기 외부 전극에 설치된 급전부에 동축 케이블을 통해 접속되고, 또한 이 동축 케이블에 정합기가 개설되어 있는플라스틱 용기 내면에의 탄소막 형성 장치.
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