WO2010067590A1 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010067590A1
WO2010067590A1 PCT/JP2009/006714 JP2009006714W WO2010067590A1 WO 2010067590 A1 WO2010067590 A1 WO 2010067590A1 JP 2009006714 W JP2009006714 W JP 2009006714W WO 2010067590 A1 WO2010067590 A1 WO 2010067590A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
microwave
waveguide
microwave plasma
processing chamber
processing apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/006714
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山田幸司
青谷正毅
篠田大樹
國廣一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Original Assignee
Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Seikan Kaisha Ltd filed Critical Toyo Seikan Kaisha Ltd
Priority to JP2010542017A priority Critical patent/JP5556666B2/ja
Publication of WO2010067590A1 publication Critical patent/WO2010067590A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/3222—Antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32238—Windows

Definitions

  • the present invention relates to a microwave plasma processing apparatus for forming a chemical vapor deposition film on a three-dimensional container, and more particularly to a microwave plasma processing apparatus for performing film formation processing on a plurality of containers at the same time by a single microwave oscillator.
  • Chemical vapor deposition is a technology for depositing reaction products in the form of a film on the surface of an object to be processed by vapor phase growth in a high-temperature atmosphere using a processing gas that does not react at room temperature. It is widely used in the manufacture of metal and surface modification of metals and ceramics. Recently, CVD has also been applied as a low-pressure plasma CVD for surface modification of plastic containers, particularly for improving gas barrier properties.
  • Plasma CVD is a method for growing thin films using plasma. Basically, it is generated by dissociating and combining gases containing a processing gas under a reduced pressure with electric energy of a high electric field. This is a method of depositing the processed material on the processing object by chemical reaction in the gas phase or on the processing object.
  • the plasma state is realized by glow discharge, corona discharge, arc discharge, etc.
  • glow discharge a method using direct current glow discharge, a method using high frequency glow discharge (high frequency plasma CVD).
  • a method using microwave discharge microwave discharge (microwave plasma CVD) is known.
  • Microwave plasma CVD is generally composed of a microwave oscillator, a microwave processor, and a waveguide connecting them.
  • the microwave output from the microwave oscillator propagates through the waveguide and is sent to the microwave processor.
  • predetermined processing such as thin film formation is performed in the microwave processor.
  • Patent Document 1 has the following problems. For example, in the branching waveguide, microwave loss occurs at the branching point. For this reason, the microwave conduction efficiency has deteriorated.
  • the equipment size is larger than that of the straight waveguide.
  • the branch waveguide has a higher structure because the structure is more complicated than that of the straight waveguide.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, enables a reduction in equipment size and equipment cost, and can supply microwaves to a processor with high conduction efficiency, and
  • An object of the present invention is to provide a microwave plasma processing apparatus capable of simultaneously performing film formation on a plurality of processing objects.
  • the microwave plasma processing apparatus of the present invention includes one waveguide that propagates microwaves and two or more processing chambers that perform predetermined processing using microwaves, and each processing The chamber has an inlet for introducing microwaves from the waveguide, and two or more inlets are formed at the end of the waveguide.
  • the microwave plasma processing apparatus of the present invention includes a waveguide that propagates microwaves and a processor that receives microwaves, and the processor performs two or more processes that perform predetermined processing using the microwaves.
  • Each processing chamber introduces microwaves from the relay path. It has a configuration in which two or more introduction ports are formed at the end portion in the propagation direction of the microwave in the relay path.
  • microwaves can be supplied from a single waveguide to a plurality of processing chambers. For this reason, compared with the structure which attaches a waveguide or microwave oscillator for exclusive use to each of several process chambers, the number of parts can be reduced, and simplification of an apparatus structure and reduction of apparatus cost can be aimed at. Also, since the waveguide can be a straight tube type instead of a branch type, the equipment size can be reduced and the equipment cost can be reduced.
  • the waveguide has no branching or bending portions, the loss of microwaves can be eliminated.
  • film formation processing can be performed simultaneously on a plurality of containers. This makes it possible to improve production capacity and reduce coating costs.
  • FIG. 1 is a cut-away top view of the main part showing the configuration of the microwave plasma processing apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the microwave processor.
  • the microwave plasma processing apparatus 1 a includes a microwave power source 10, a microwave oscillator 20, a waveguide 30 a, a microwave processor 40 a, and a vacuum pump 50.
  • the microwave power supply 10 supplies power to the microwave oscillator 20.
  • the microwave oscillator 20 receives power from the microwave power supply 10 and generates and outputs a microwave. In the present embodiment, only one microwave oscillator 20 is provided.
  • any conventionally known suitable microwave power source and microwave oscillator can be used.
  • the waveguide 30a propagates the microwave output from the microwave oscillator 20 to the microwave processor 40a.
  • the waveguide 30a is a straight tube type. That is, the waveguide 30a does not have a branch portion (T branch, Y branch, etc.) or a bent portion (bend). Thereby, the loss of microwave energy can be reduced.
  • the waveguide 30a may have a rectangular cross section or a circular shape.
  • the waveguide 30a can include an isolator 31, a matching unit 32, and the like.
  • the microwave processor 40 a includes a casing 41, a receiving port 42 formed in the casing 41, a relay path 43 a, and a plurality (two in this embodiment).
  • Process chamber 44 (44-1, 44-2).
  • casing 41 is a thick container formed with the material which interrupts
  • a waveguide 30 a is connected to the receiving port 42, and microwaves are received from the waveguide 30 a into the housing 41.
  • the relay path 43 a is a path for propagating the microwave received at the receiving port 42 to the processing chamber 44. Inside the relay path 43a, the microwaves from the waveguide 30a are divided and propagated to the processing chambers 44.
  • a vacuum partition 45 is provided in the relay path 43 a and in the vicinity of the receiving port 42.
  • the vacuum partition 45 is a partition that prevents the vacuum state from reaching the waveguide 30a and the microwave oscillator 20 when the processing chamber 44 is in a vacuum state (depressurized state). Further, the vacuum partition 45 sends the microwave propagated through the waveguide 30 a to the processing chamber 44 while maintaining the vacuum state of the processing chamber 44.
  • the vacuum partition 45 is preferably formed of a low dielectric material having mechanical characteristics that can withstand the differential pressure between the waveguide 30a and the processing chamber 44 and having low microwave energy loss. Specifically, for example, it can be formed of quartz glass, alumina, fluororesin (Teflon (registered trademark)), or the like.
  • the processing chamber (coating chamber) 44 is a space for performing predetermined processing using the microwaves sent from the relay path 43a.
  • Examples of the predetermined process include a film forming process and an etching process.
  • the processing chamber 44 is preferably formed in a cylindrical shape. By forming it in a cylindrical shape, it becomes a semi-coaxial resonance system, and an electric field concentrates around the gas nozzle 60 and the periphery thereof, enabling stable plasma emission.
  • a plurality of processing chambers 44 are formed in the casing 41 (two in this embodiment).
  • the two processing chambers 44 (first processing chamber 44-1 and second processing chamber 44-2) are formed in the same cylindrical shape.
  • Each processing chamber 44 is provided with an introduction port (microwave introduction port) 46 for receiving the microwave transmitted from the relay path 43a.
  • the introduction port (first introduction port) 46-1 of the first processing chamber 44-1 and the introduction port (second introduction port) 46-2 of the second processing chamber 44-2 are microwaves in the relay path 43a. Are respectively disposed at the end portions (relay path end portions) 47 in the propagation direction.
  • 3 (i-1) to (i-3) show an example in which two processing chambers 44 (introduction ports 46) are arranged at positions separated from each other.
  • FIGS. 4 (ii-1) to (ii-3) show an example in which two processing chambers 44 (introduction ports 46) are disposed at positions in contact with each other.
  • FIGS. 5 (iii-1) to (iii-3) show the case where the two processing chambers 44 are arranged in a partially overlapping position (the introduction port 46 is arranged in a position in contact with each other).
  • each processing chamber 44 overlaps a part of the relay path end portion 47 and two processings are performed.
  • the surface including the center O of the radial cross section of the chamber 44 includes the end surface S of the relay path 43a ((i-1) in the figure), and each processing chamber 44 slightly overlaps the relay path end portion 47. (FIG. (I-2)), each processing chamber 44 overlaps the side surface 431 of the relay path 43a while overlapping with the relay path end portion 47 (FIG. (I-3)).
  • each processing chamber 44 overlaps a part of the relay path end portion 47 and two processings are performed.
  • the surface including the center O of the radial cross section of the chamber 44 includes the end surface S of the relay path 43a ((ii-1) in the figure), and each processing chamber 44 overlaps part of the relay path end portion 47 and relays.
  • each processing chamber 44 overlaps a part of the relay path end portion 47 and slightly overlaps the side surface 431 of the relay path 43a (Fig. (Iii-2)).
  • each processing chamber 44 overlaps a part of the relay path end portion 47 and overlaps a large amount on the side surface 431 of the relay path 43a ((iii-3) in the figure).
  • the relay path termination portion 47 exists as the termination surface S.
  • the relay path termination portion 47 does not exist as the termination surface S.
  • the relay path termination portion 47 (or termination surface S) is a termination in the microwave propagation direction on the upper surface of the relay path 43a. It can be a portion (or a surface) including the end of the microwave propagation direction on the lower surface. Or it can be set as the part (or surface which contains) the side which these two inlets 46 contact among four sides of the rectangular inlet 46 formed in the two process chambers 44, respectively.
  • FIGS. 3 (i-1) to (i-3), FIGS. 4 (ii-1) to (ii-3), and FIGS. 5 (iii-1) to (iii-3) are two.
  • the two processing chambers 44 and the introduction ports 46 formed in the processing chambers 44 are all formed in the same shape, and are arranged with a vertical plane T passing through the center of the radial cross section of the waveguide 30 as a symmetry plane. ing.
  • the microwaves can be uniformly fed into the processing chambers 44.
  • the larger the opening area of the introduction port 46 the higher the microwave.
  • Microwaves can be divided and supplied more evenly with less energy loss.
  • FIG. 8 (v-1) is a diagram showing a state in which the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2 overlap each other. The structure is similar to that shown in v-2).
  • the partition plate 48 is a plate-like member provided at a communication portion between the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2.
  • the partition plate 48 is made of a material that does not transmit microwaves, such as a nonmagnetic metal. As a result, microwaves do not pass between the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2, and stable plasma can be generated in each processing chamber 44.
  • the partition plate 48 can have a shape in which a large number of holes 482 are formed in the plate member 481. Accordingly, air can be circulated between the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2 through the hole 482. In addition, when the air inside the second processing chamber 44-2 is sucked using the vacuum pump 50 connected to the second processing chamber 44-2, the air in the first processing chamber 44-1 also becomes a hole in the partition plate 48. Suction can be via 482. Therefore, the vacuum pump 50 is connected only to either the first processing chamber 44-1 or the second processing chamber 44-2, so that the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44 are connected. -2 air can be aspirated. Thereby, since it becomes unnecessary to provide the vacuum pump 50 and the exhaust pipe 51 for every process chamber 44, equipment cost can be held down.
  • first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2 communicate with each other via the relay path 43a by providing the vacuum partition wall 45 in the vicinity of the receiving port 42 inside the relay path 43a.
  • the vacuum pump 50 when air is sucked from the second processing chamber 44-2 using the vacuum pump 50, the air in the first processing chamber 44-1 is also sucked through the relay path 43a. Also with this configuration, it is not necessary to provide the vacuum pump 50 and the exhaust pipe 51 for each processing chamber 44, so that the equipment cost can be reduced.
  • the diameter of the hole 482 needs to be a size that suppresses the transmission of the microwave.
  • the diameter of the hole 482 is preferably 1/20 or less of the wavelength of the microwave.
  • the wavelength of the microwave is about 120 mm, and the diameter of the hole 482 is preferably about 6 mm or less.
  • FIG. 8 is a distribution diagram showing the electric field strength in the two processing chambers 44 formed in the microwave processor 40a of the present embodiment.
  • FIG. 9 is a distribution diagram showing the electric field strength in the processing chamber when one processing chamber is provided.
  • a container as a processing object is stored (set) in each of the plurality of processing chambers 44.
  • the container is stored upside down so that the mouth of the plastic bottle faces down.
  • a lid (not shown) is placed on the upper surface of the casing 41 to seal the processing chamber 44.
  • the vacuum pump 50 is operated to bring the inside of each processing chamber 44 into a reduced pressure state.
  • a processing gas is supplied from a gas nozzle (not shown) located inside the container.
  • microwave oscillator 20 When a predetermined amount of processing gas is supplied, next, power is supplied from the microwave power source 10 to the microwave oscillator 20 as a film forming stage.
  • the microwave oscillator 20 generates and outputs a microwave with the electric power received from the microwave power supply 10.
  • the waveguide 30a sends the microwave output from the microwave oscillator 20 to the microwave processor 40a.
  • the microwave processor 40 a receives the microwave from the waveguide 30 a at the receiving port 42.
  • the relay path 43a propagates the microwave in a direction toward the first processing chamber 44-1 and a direction toward the second processing chamber 44-2.
  • the microwave introduced into each processing chamber 44 brings the processing gas into a high energy state and a plasma state.
  • the plasma processing gas acts on the inner surface of the container and deposits to form a coating film.
  • FIG. 10 is a line graph showing the measurement results of the film thickness distribution.
  • FIG. 11 is a bar graph showing measurement results of oxygen barrier performance.
  • a microwave plasma processing apparatus 1a shown in FIG. 1 was prepared, and a film forming process was performed using a 500 ml PET bottle as a processing target.
  • the film forming process was performed according to the following procedure. After setting the PET bottles in both the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2, the inside and outside of the PET bottles are evacuated, and the reactive gas (oxygen 30 sccm, hexamethyldisiloxane) required at the time of vapor deposition.
  • the reactive gas oxygen 30 sccm, hexamethyldisiloxane
  • HMDSO 3 sccm
  • a predetermined pressure is reached (vacuum inside the bottle is 8 Pa or less, vacuum inside the processing chamber (outside of the bottle) is about 3000 Pa)
  • a microwave of 2.45 GHz is introduced and plasma for 6 seconds is introduced. Vapor deposition was performed.
  • the thickness of the formed thin film was measured. Measurements were made at 15 mm, 45 mm, 75 mm, 105 mm, 135 mm, and 156 mm heights from the bottom of the PET bottle, and the Si amount in the film at each measurement site was measured using a fluorescent X-ray apparatus manufactured by Rigaku Corporation. The film thickness distribution was measured by converting the calibration curve into the film thickness. As a result, as shown in FIG. 10, the film thickness was in the range of 4 nm to 9 nm at any height. That is, a thin film having a sufficient thickness was obtained at any height. Further, there was almost no difference in film thickness between the thin film formed in the first processing chamber 44-1 and the thin film formed in the second processing chamber 44-2.
  • a film forming process was performed on a PET bottle as a processing target.
  • the film forming process is the same as the film forming process in the above-described film thickness distribution measurement. However, here, the film forming process was performed twice in order to confirm the barrier performance of each processing chamber.
  • plastic bottles are placed in an inverted state in the first treatment chamber 44-1 and the second treatment chamber 44-2, respectively, and film formation is performed on these two plastic bottles (containers 11 and 21). Processed.
  • the plastic bottles are placed in an inverted state in the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2, and the two plastic bottles (containers 12, 22) are placed on the two processing bottles.
  • a film forming process was performed. After the film formation process was completed, the oxygen permeation amount of the PET bottle was measured using an oxygen barrier property tester OX-TRAN (37 ° C.) manufactured by MOCON. The measurement was performed on a total of five PET bottles (containers 11, 12, 21, and 22) subjected to the film forming process and one PET bottle not subjected to the film forming process.
  • the oxygen permeation amounts of the containers 11, 12, 21, and 22 are much higher than the oxygen permeation amount of the undeposited PET bottles ("Non-deposition" in the figure). It showed a low value. That is, from the measurement results, it was found that a high-quality thin film having high barrier properties was formed in both the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2.
  • the microwave plasma processing apparatus of this embodiment since a straight waveguide can be used, the equipment size can be reduced as compared with the case where a branched waveguide is used. In addition, since it is not necessary to provide a waveguide, a microwave oscillator, or the like for each processing chamber, the number of components in the microwave supply system can be reduced, and the equipment cost can be reduced.
  • predetermined processing can be simultaneously performed on a plurality of containers.
  • the predetermined process is a film forming process
  • a high-quality thin film can be formed as in the case where the number of processing chambers is one.
  • FIG. 2 is a cut-away top view of the main part showing the configuration of the microwave plasma processing apparatus of the present embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in the structure of the waveguide and the relay path. That is, in the first embodiment, the end of the waveguide is joined to the receiving port on the side surface of the housing and the relay path is formed from the receiving port to the introducing port.
  • the wave tube enters the inside of the casing, and the end of the waveguide is connected to the relay path or the introduction port in the casing.
  • Other components are the same as those in the first embodiment. Therefore, in FIG. 12, the same components as those in FIG.
  • the microwave plasma processing apparatus 1 b includes a microwave power source 10, a microwave oscillator 20, a waveguide 30 b, a microwave processor 40 b, and a vacuum pump 50.
  • the waveguide 30b propagates the microwave output from the microwave oscillator 20 to the microwave processor 40b.
  • a part of the waveguide 30b is inserted into the microwave processor 40b, and is connected to the relay path 43b at the insertion destination.
  • the waveguide 30b is inserted to the point where the terminal portion is in contact with the inlet 46 of the processing chamber 44, as shown in FIG.
  • the waveguide 30b is not limited to being inserted until the end portion is in contact with the introduction port 46, and may be inserted up to the front of the introduction port 46.
  • a vacuum partition 33 is provided inside the waveguide 30b.
  • the vacuum partition 33 is formed of a low dielectric material having mechanical characteristics that can withstand the differential pressure between the waveguide 30b and the processing chamber 44, as well as the vacuum partition 45 of the first embodiment. It is preferable.
  • the vacuum partition 33 is provided in the waveguide 30 b at a position separated from the introduction port 46. Therefore, the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2 communicate with each other through the waveguide 30b (the space between the vacuum partition wall 33 and the two inlets 46).
  • the microwave processor 40b has a relay path 43b and a plurality (two in this embodiment) of processing chambers (coating chambers) 44 (44-1, 44-2). ing.
  • the relay path 43 b is a path for propagating the microwave from the waveguide 30 b to the processing chamber 44. Inside the relay path 43b, the microwaves from the waveguide 30b are divided and propagated to the processing chambers 44.
  • Each processing chamber 44 is provided with an introduction port (microwave introduction port) 46 for receiving the microwaves sent from the waveguide 30b and the relay path 43b.
  • the introduction port (first introduction port) 46-1 of the first processing chamber 44-1 and the introduction port (second introduction port) 46-2 of the second processing chamber 44-2 are propagated through the relay path 43b.
  • Each of the direction end portions 47 is disposed.
  • the contact portion or overlapping portion between the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2 is shown in FIGS. 6 (iv-1) to (iv-3), (v-1) to (v-3).
  • the microwave plasma processing method of this embodiment is the same as the microwave plasma processing method of the first embodiment.
  • the microwave processing in the microwave plasma processing apparatus of the first embodiment is performed. Microwaves do not leak at the receiving port of the vessel. Further, since the waveguide is a straight tube type having no branching portion, the energy loss of the microwave can be suppressed and the equipment size can be reduced. Further, since a plurality of processing chambers are provided, a predetermined process such as film formation can be simultaneously performed on a plurality of processing objects.
  • FIG. 2 is a cut-away top view of the main part showing the configuration of the microwave plasma processing apparatus of the present embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in the structure of the microwave processor. That is, in the first embodiment, two processing chambers are formed in one thick casing, and a relay path is provided between these processing chambers and the receiving port. In the embodiment, there is no casing or relay path as in the first embodiment, and the waveguide is directly connected to the processing chamber. Other components are the same as those in the first embodiment. Therefore, in FIG. 13, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the microwave plasma processing apparatus 1 c includes a microwave power source 10, a microwave oscillator 20, a waveguide 30 c, a microwave processor 40 c, and a vacuum pump 50.
  • the waveguide 30c propagates the microwave output from the microwave oscillator 20 to the microwave processor 40c.
  • the waveguide 30 c of this embodiment is directly connected to the inlet 46 of the processing chamber 44. This is different from the waveguide 30a of the first embodiment connected to the receiving port 42 of the microwave processor 40a.
  • the waveguide 30c is approximate to the waveguide 30a of the first embodiment in that it is a straight tube type, has no branching and bending portions, and has a rectangular or circular cross section.
  • a vacuum partition 33 is provided inside the waveguide 30c.
  • the vacuum partition 33 is formed of a low dielectric material having mechanical characteristics that can withstand the differential pressure between the waveguide 30c and the processing chamber 44, and having a low microwave energy loss, like the vacuum partition 45 of the first embodiment. It is preferable.
  • the vacuum partition wall 33 is provided inside the waveguide 30 c and at a position separated from the introduction port 46. Therefore, the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2 communicate with each other through the waveguide 30c (the space between the vacuum partition wall 33 and the two inlets 46).
  • the microwave processor 40c has a plurality of (two in this embodiment) processing chambers (coating chambers) 44 (44-1, 44-2).
  • the processing chamber 44 is a space for performing predetermined processing using the microwave transmitted from the waveguide 30c.
  • the processing chamber 44 is covered with an outer wall 49.
  • the entire outer wall 49 is formed in a cylindrical shape, and the hollow portion constitutes the processing chamber 44.
  • the outer wall of the first processing chamber 44-1 is a first outer wall 49-1
  • the outer wall of the second processing chamber 44-2 is a second outer wall 49-2.
  • Each processing chamber 44 is provided with an introduction port (microwave introduction port) 46 for receiving the microwave transmitted from the waveguide 30c.
  • the introduction port (first introduction port) 46-1 of the first processing chamber 44-1 and the introduction port (second introduction port) 46-2 of the second processing chamber 44-2 are provided at the end of the waveguide 30c. Each is arranged.
  • the relay path 43 in FIGS. 3 to 5 is omitted in the present embodiment, and the waveguide 30 c is directly connected to the processing chamber 44.
  • the contact portion or overlapping portion between the first processing chamber 44-1 and the second processing chamber 44-2 is shown in FIGS. 6 (iv-1) to (iv-3), (v-1) to (v-3).
  • the microwave plasma processing method of this embodiment is the same as the microwave plasma processing method of the first embodiment.
  • microwaves are supplied to the processing chambers to perform predetermined processing. Can be done simultaneously.
  • a straight pipe waveguide can be used instead of a branch waveguide, the equipment size can be reduced and the equipment cost can be reduced.
  • microwave plasma processing apparatus of the present invention
  • the microwave plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. It goes without saying that implementation is possible.
  • the configuration including two processing chambers is shown, but the number of processing chambers is not limited to two, and three or more processing chambers may be provided.
  • the present invention relates to a structure of a device that generates plasma using microwaves
  • the present invention can be used for devices and equipment that handle microwaves and plasmas.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Details Of Rigid Or Semi-Rigid Containers (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

　マイクロ波を伝搬する一の導波管３０ａと、マイクロ波を用いて所定の処理を行う二以上の処理室４４とを備え、各処理室４４が、一の導波管３０ａからマイクロ波を導入する導入口４６を有し、この導入口４６が、一の導波管３０ａの終端部４７に二以上形成された。

Description

マイクロ波プラズマ処理装置
　本発明は、立体形状容器に化学蒸着膜を形成するマイクロ波プラズマ処理装置に関し、特に、一つのマイクロ波発振器により同時に複数の容器に対して成膜処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
　化学蒸着法（ＣＶＤ）は、常温では反応の起こらない処理用ガスを用いて、高温雰囲気での気相成長により、処理対象物の表面に反応生成物を膜状に析出させる技術であり、半導体の製造、金属やセラミックの表面改質等に広く採用されている。
　最近では、ＣＶＤでも低圧プラズマＣＶＤとしてプラスチック容器の表面改質、特に、ガスバリア性の向上にも応用されている。
　プラズマＣＶＤは、プラズマを利用して薄膜成長を行うものであり、基本的には、減圧下において処理用ガスを含むガスを高電界の電気的エネルギーで放電させることにより、解離、結合して生成した物質を、気相中又は処理対象物上で化学反応させることによって、処理対象物上に堆積させる方法である。
　プラズマ状態は、グロー放電、コロナ放電、アーク放電などによって実現されるものであり、たとえば、グロー放電の方式としては、直流グロー放電を利用する方法、高周波グロー放電を利用する方法（高周波プラズマＣＶＤ）、マイクロ波放電を利用する方法（マイクロ波プラズマＣＶＤ）などが知られている。
　マイクロ波プラズマＣＶＤは、一般に、マイクロ波発振器と、マイクロ波処理器と、これらを接続する導波管で構成される。
　マイクロ波発振器で出力されたマイクロ波は、導波管内を伝搬してマイクロ波処理器へ送られる。そして、このマイクロ波処理器内で薄膜形成などの所定の処理が行われる。
　ところで、生産効率を高めるために、二つの容器に対して同時に薄膜形成を行う場合、図１４に示すように、マイクロ波発振器１２０や導波管１３０、処理室１４４などをそれぞれ二つずつ備えていた。
　ところが、これでは容器の数に比例してマイクロ波発振器１２０等の数を増やさなければならないため、設備サイズやコスト負担が増大するという問題があった。
　そこで、この問題を解決するために、次のような技術が提案されている。
　すなわち、一つのマイクロ波発振器から出力されたマイクロ波を、二股の分岐構造を有する導波管で二方向に分岐し、各分岐先の処理器へマイクロ波を供給する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
　この技術によれば、一つのマイクロ波発振器によって、各処理器に収納された処理対象物のそれぞれに対し同時に成膜処理を行うことができる。このため、設備サイズを小さくでき、コスト負担を軽減できる。
特表２００４－５３８３６７号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術においては、次のような問題があった。
　例えば、分岐導波管は、分岐箇所でマイクロ波のロスが生じていた。このため、マイクロ波の伝導効率が悪くなっていた。
　また、分岐導波管は、伝導経路が分岐点から二方向に分かれるため、直管導波管に比べて設備サイズが大きくなっていた。
　さらに、分岐導波管は、直管導波管に比べて構造が複雑になるため、コスト高となっていた。
　本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、設備サイズの小型化及び設備コストの低廉を可能とするとともに、伝導効率の高い状態でマイクロ波を処理器に供給でき、かつ、複数の処理対象物に対して同時に成膜処理を行なうことができるマイクロ波プラズマ処理装置の提供を目的とする。
　この目的を達成するため、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波を伝搬する一の導波管と、マイクロ波を用いて所定の処理を行う二以上の処理室とを備え、各処理室が、導波管からマイクロ波を導入する導入口を有し、この導入口が、導波管の終端部に二以上形成された構成としてある。
　また、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置は、マイクロ波を伝搬する導波管と、マイクロ波を受ける処理器とを備え、この処理器が、マイクロ波を用いて所定の処理を行う二以上の処理室と、導波管からマイクロ波を受け入れる受入口と、この受入口から各処理室へマイクロ波を伝搬する中継路とを有し、各処理室が、中継路からマイクロ波を導入する導入口を有し、この導入口が、中継路におけるマイクロ波の伝搬方向の終端部に二以上形成された構成としてある。
　本発明のマイクロ波プラズマ処理装置によれば、一本の導波管から複数の処理室へマイクロ波を供給することができる。このため、複数の処理室のそれぞれに専用の導波管やマイクロ波発振器を取り付ける構成に比べて、部品数を削減でき、装置構成の簡略化および装置コストの低減を図ることができる。
　また、導波管は、分岐型ではなく直管型が使用可能なことから、設備サイズを小さくでき、しかも、設備コストを抑えることができる。
　さらに、導波管に分岐部分や曲がり部分がないことから、マイクロ波のロスを無くすことができる。
　加えて、処理室を複数設けたことから、複数の容器に対して同時に成膜処理を行うことができる。これにより、生産能力の向上とコーティングコストの削減が可能となる。
本発明の第一実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す要部截断上面図である。 マイクロ波処理室の構成を示す斜視図である。 二つの処理室が離間した状態の配置例を示す模式図である。 二つの処理室が接触した状態の配置例を示す模式図である。 二つの処理室が重なった状態の配置例を示す模式図である。 二つの処理室が接触している場合又は重なっている場合の各処理室間の構造を示す模式図である。 仕切板の構造を示す正面図である。 第一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置に備えられた二つの処理室における電界強度分布を示す変移図である。 処理室が一つの場合の当該処理室における電界強度分布を示す変移図である。 膜厚分布の測定結果を示す折れ線グラフである。 酸素透過量の測定結果を示す棒グラフである。 本発明の第二実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す要部截断上面図である。 本発明の第三実施形態におけるマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す要部截断上面図である。 関連するマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す上面図である。
　以下、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
　まず、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の第一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
　図１は、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す要部截断上面図である。図２は、マイクロ波処理器の構成を示す斜視図である。
　図１に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１ａは、マイクロ波電源１０と、マイクロ波発振器２０と、導波管３０ａと、マイクロ波処理器４０ａと、真空ポンプ５０とを備えている。
　ここで、マイクロ波電源１０は、マイクロ波発振器２０に電力を供給する。
　マイクロ波発振器２０は、マイクロ波電源１０から電力を受けてマイクロ波を生成し出力する。本実施形態において、マイクロ波発振器２０は、一台のみ備えられている。
　なお、これらマイクロ波電源１０及びマイクロ波発振器２０は、従来公知の任意好適なマイクロ波電源及びマイクロ波発振器を用いることができる。
　導波管３０ａは、マイクロ波発振器２０から出力されたマイクロ波をマイクロ波処理器４０ａへ伝搬する。
　この導波管３０ａは、直管型を用いている。つまり、導波管３０ａには、分岐部分（Ｔ分岐，Ｙ分岐等）や曲がり部分（ベンド）が存在しない。これにより、マイクロ波エネルギーのロスを小さくすることができる。
　なお、導波管３０ａは、断面が矩形であってもよく、また、円形であってもよい。
　また、導波管３０ａには、アイソレータ３１や整合器３２などを備えることができる。
　マイクロ波処理器４０ａは、図１、図２に示すように、筐体４１と、この筐体４１に形成した受入口４２と、中継路４３ａと、複数（本実施形態においては、二つ）の処理室４４（４４－１，４４－２）とを有している。
　筐体４１は、マイクロ波を遮断する材料で形成された肉厚の容器である。
　受入口４２には導波管３０ａが接続されており、導波管３０ａから筐体４１にマイクロ波を受け入れる。
　中継路４３ａは、受入口４２で受け入れられたマイクロ波を処理室４４へ伝搬する経路である。
　この中継路４３ａの内部では、導波管３０ａからのマイクロ波が、各処理室４４へ分かれて伝搬する。
　この中継路４３ａの内部であって受入口４２の近傍には、真空隔壁４５が設けられている。
　真空隔壁４５は、処理室４４が真空状態（減圧状態）になった場合に、この真空状態が導波管３０ａやマイクロ波発振器２０まで及ばないように防御する隔壁である。
　また、真空隔壁４５は、処理室４４の真空状態を維持しつつ、導波管３０ａを伝搬してきたマイクロ波を処理室４４へ送る。
　このため、真空隔壁４５は、導波管３０ａと処理室４４との差圧に耐えられる機械特性を有し、且つマイクロ波エネルギー損失の少ない低誘電材料で形成することが好ましい。具体的には、例えば、石英ガラス、アルミナ、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））などで形成することができる。
　処理室（コーティング室）４４は、中継路４３ａから送られてきたマイクロ波を用いて、所定の処理を行うための空間である。
　所定の処理には、例えば、成膜処理やエッチング処理などがある。
　処理室４４は、円筒形状に形成されることが好ましい。円筒形状に形成することで半同軸型共振系となり、ガスノズル６０及びこの周囲に電界が集中し、安定したプラズマ発光が可能となる。
　処理室４４は、筐体４１に複数（本実施形態においては、二つ）形成されている。
　二つの処理室４４（第一処理室４４－１、第二処理室４４－２）は、それぞれ同じ円筒形状に形成されている。
　各処理室４４には、中継路４３ａから送られてきたマイクロ波を受け入れるための導入口（マイクロ波導入口）４６が設けられている。
　そして、第一処理室４４－１の導入口（第一導入口）４６－１と、第二処理室４４－２の導入口（第二導入口）４６－２は、中継路４３ａにおけるマイクロ波の伝搬方向の終端部（中継路終端部）４７にそれぞれ配設されている。
　これら処理室４４及び導入口４６の配置例を、図３（i-1）～（i-3）、図４（ii-1）～（ii-3）、図５（iii-1）～（iii-3）に示す。
　図３（i-1）～（i-3）は、二つの処理室４４（導入口４６）が互いに離間した位置に配設された場合の例を示す。図４（ii-1）～（ii-3）は、二つの処理室４４（導入口４６）が互いに接した位置に配設された場合の例を示す。図５（iii-1）～（iii-3）は、二つの処理室４４が一部重なった位置に配設された場合（導入口４６については、互いに接した位置に配設された場合）の例を示す。
　互いに離間した位置の配置例としては、例えば、図３（i-1）～（i-3）に示すように、各処理室４４が中継路終端部４７の一部に重なるとともに、二つの処理室４４の径方向断面の中心Ｏを含む面が中継路４３ａの終端面Ｓを含むもの（同図（i-1））、各処理室４４が中継路終端部４７に少しだけ重なっているもの（同図（i-2））、各処理室４４が中継路終端部４７に重なりつつ中継路４３ａの側面４３１に多く重なっているもの（同図（i-3））などがある。
　互いに接した位置の配置例としては、例えば、図４（ii-1）～（ii-3）に示すように、各処理室４４が中継路終端部４７の一部に重なるとともに、二つの処理室４４の径方向断面の中心Ｏを含む面が中継路４３ａの終端面Ｓを含むもの（同図（ii-1））、各処理室４４が中継路終端部４７の一部に重なるとともに中継路４３ａの側面４３１に少し重なっているもの（同図（ii-2））、各処理室４４が中継路終端部４７の一部に重なるとともに中継路４３ａの側面４３１に多く重なっているもの（同図（ii-3））などがある。
　一部重なった位置の配置例としては、例えば、図５（iii-1）～（iii-3）に示すように、二つの処理室４４の重なった部分（連通部分）と導入口４６が繋がっているもの（同図（iii-1））、各処理室４４が中継路終端部４７の一部に重なるとともに中継路４３ａの側面４３１に少し重なっているもの（同図（iii-2））、各処理室４４が中継路終端部４７の一部に重なるとともに中継路４３ａの側面４３１に多く重なっているもの（同図（iii-3））などがある。
　なお、図３（i-1）～（i-3），図４（ii-2），（ii-3），図５（iii-2），（iii-3）に示す配置例においては、中継路終端部４７が終端面Ｓとして存在する。これに対し、図４（ii-1）及び図５（iii-1）に示す配置例においては、中継路終端部４７が終端面Ｓとしては存在しない。
　これら図４（ii-1）及び図５（iii-1）に示す配置例の場合、中継路終端部４７（又は終端面Ｓ）は、中継路４３ａの上面におけるマイクロ波の伝搬方向の終端と下面におけるマイクロ波の伝搬方向の終端とを含む部分（又は含む面）とすることができる。あるいは、二つの処理室４４にそれぞれ形成された矩形の導入口４６の四辺のうち、それら二つの導入口４６が接する辺を含む部分（又は含む面）とすることができる。
　また、図３（i-1）～（i-3）、図４（ii-1）～（ii-3）、図５（iii-1）～（iii-3）に示す配置例は、二つの処理室４４及びこの処理室４４に形成された導入口４６が、いずれも同一形状で形成されるとともに、導波管３０の径方向断面の中心を通る垂直面Ｔを対称面としてそれぞれ配置されている。
　このような配置にすれば、マイクロ波を均等に各処理室４４へ送り込むことができる。特に、図４（ii-1），（ii-3）及び図５（iii-1），（iii-3）に示す配置例のように、導入口４６の開口面積が広い方が、マイクロ波エネルギーのロスが少なく、より均等にマイクロ波を分割供給できる。
　第一処理室４４－１と第二処理室４４－２の接触部分又は重なり部分については、図６（iv-1）～（iv-3），（v-1）～（v-3）に示すように形成することができる。
　例えば、同図（iv-1）に示すように、第一の処理室４４－１と第二の処理室４４－２が接触している場合に、それらの間が上方から見て連通しないように形成できる。
　また、同図（iv-2）に示すように、第一の処理室４４－１と第二の処理室４４－２が接した部分及びその近傍を連通させることができる。
　さらに、同図（iv-3）に示すように、第一の処理室４４－１と第二の処理室４４－２との連通部分に仕切板４８（後述）を挿入することができる。
　また、同図（v-2）に示すように、第一の処理室４４－１と第二の処理室４４－２とが重なっている場合に、その重なった部分（及びその近傍）を連通させることができる。
　また、同図（v-3）に示すように、その連通部分に仕切板４８を挿入することができる。
　なお、同図（v-1）は、第一の処理室４４－１と第二の処理室４４－２とが重なっている様子を示す図であり、実際に形成した場合には同図（v-2）に示す構造と同様の構造となる。
　仕切板４８は、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２との連通部分に設けられる板状部材である。
　この仕切板４８は、マイクロ波が透過しない材料、例えば、非磁性金属などで形成されている。
　これにより、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２との間でマイクロ波の行き来がなくなって、各処理室４４のそれぞれで安定したプラズマを発生させることができる。
　また、仕切板４８は、図７に示すように、板部材４８１に多数の孔４８２が穿設された形状とすることができる。これにより、孔４８２を介して第一処理室４４－１と第二処理室４４－２との間で空気を流通させることができる。
　しかも、第二処理室４４－２に接続された真空ポンプ５０を用いて第二処理室４４－２の内部の空気を吸引すると、第一処理室４４－１の空気も、仕切板４８の孔４８２を介して吸引することができる。
　このことから、真空ポンプ５０は、第一処理室４４－１又は第二処理室４４－２のいずれか一方にのみ接続しておくことで、第一処理室４４－１及び第二処理室４４－２の両方の空気を吸引できる。これにより、処理室４４ごとに真空ポンプ５０や排気管５１を備える必要がなくなるので、設備コストを抑えることができる。
　なお、真空隔壁４５を中継路４３ａの内部の受入口４２の近傍に設けることで、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２は、中継路４３ａを介して連通する。ここで、真空ポンプ５０を用いて第二処理室４４－２から空気を吸引すると、第一処理室４４－１の空気も、中継路４３ａを介して吸引される。この構成によっても、真空ポンプ５０や排気管５１を処理室４４ごとに備える必要がなくなることから、設備コストを抑えることができる。
　また、仕切板４８をパンチングメタルなどで形成した場合、孔４８２の径は、マイクロ波の透過を抑止する大きさとする必要がある。この場合、孔４８２の径は、マイクロ波の波長の１／２０以下とすることが好ましい。具体的には、例えば、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合には、マイクロ波の波長が約１２０ｍｍであり、孔４８２の径は、約６ｍｍ以下とすることが望ましい。
　次に、処理室の内部で発生する電界強度分布について、図８、図９を参照して説明する。
　図８は、本実施形態のマイクロ波処理器４０ａに形成された二つの処理室４４における電界強度を示す分布図である。図９は、処理室を一つ備えた場合の処理室内の電界強度を示す分布図である。
　処理室４４を一つ備えた場合、半同軸型共振系となり、ガスノズル上に電界が集中し、図９に示すような電界強度分布となる。このようにガスノズル上に高さ方向でも均等な強電界部分が発生することにより、容器全体に安定したプラズマ発光が可能となる。図８の処理室４４を二つ備えた場合の各処理室４４ごとの電界強度分布は、処理室４４を一つ備えた場合の処理室４４内の電界強度分布とほぼ同じであり、二つの容器全体に安定したプラズマ同時発光が可能となる。
　これにより、図１に示す構造を有する本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置１ａにおいても、マイクロ波を安定して供給することができ、容器の表面に良質の薄膜を形成できる。
［マイクロ波プラズマ処理方法］
　次に、マイクロ波プラズマ処理装置の操作手順（マイクロ波プラズマ処理方法）について説明する。
　準備段階として、複数の処理室４４のそれぞれに、処理対象物である容器を収納（セット）する。例えば、容器がペットボトルの場合、このペットボトルの口部が下になるように倒立させて収納する。
　次いで、筐体４１の上面に蓋部（図示せず）を乗せて、処理室４４を密封状態にする。
　続いて、真空ポンプ５０を動作させて、各処理室４４の内部を減圧状態にする。
　減圧状態になると、容器の内部に位置するガスノズル（図示せず）から処理用ガスを供給する。
　所定量の処理用ガスが供給されると、次に、成膜段階として、マイクロ波電源１０からマイクロ波発振器２０へ電力を供給する。
　マイクロ波発振器２０は、マイクロ波電源１０から受けた電力によりマイクロ波を生成して出力する。
　導波管３０ａは、マイクロ波発振器２０から出力されたマイクロ波をマイクロ波処理器４０ａへ送る。
　マイクロ波処理器４０ａは、受入口４２にて導波管３０ａからマイクロ波を受け入れる。
　中継路４３ａは、そのマイクロ波を、第一処理室４４－１へ向かう方向と第二処理室４４－２へ向かう方向とに分けて伝搬する。
　各処理室４４に導入されたマイクロ波は、処理用ガスを高エネルギー状態にし、プラズマ状態にする。プラズマ化された処理用ガスは、容器の内面に作用し堆積することにより被覆膜を形成する。
［実施例］
　次に、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置を用いた実施例について、図１０、図１１を参照して説明する。
　図１０は、膜厚分布の測定結果を示す折れ線グラフである。図１１は、酸素バリア性能の測定結果を示す棒グラフである。
（膜厚分布測定）
　図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置１ａを用意し、５００ｍｌのペットボトルを処理対象として、成膜処理を行った。
　成膜処理は、次の手順で行った。
　第一処理室４４－１と第二処理室４４－２の両方にペットボトルをセットした後、それらペットボトルの内外を真空排気し、蒸着時に必要な反応性ガス（酸素３０ｓｃｃｍ、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）３ｓｃｃｍ）を導入し、所定の圧力（ボトル内真空度８Ｐａ以下、処理室内（ボトル外）真空度約３０００Ｐａ）となったところで、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入し、６秒間のプラズマ蒸着を行なった。
　蒸着完了後、形成された薄膜の膜厚を測定した。
　測定は、ペットボトルの底面からの高さ１５ｍｍ，４５ｍｍ，７５ｍｍ，１０５ｍｍ，１３５ｍｍ，１５６ｍｍのところを切り出し、各測定部位の膜中Ｓｉ量を、株式会社リガク製の蛍光Ｘ線装置を用いて測定し、検量線から膜厚に換算することにより、膜厚分布を測定した。
　その結果、図１０に示すように、どの高さにおいても、膜厚が４ｎｍ～９ｎｍの範囲内であった。つまり、どの高さにおいても、十分な厚さの薄膜が得られた。
　また、第一処理室４４－１で形成した薄膜と、第二処理室４４－２で形成した薄膜では、膜厚の差異はほとんど見られなかった。
（酸素バリア性能測定）
　図１に示すマイクロ波プラズマ処理装置１ａを用いて、ペットボトルを処理対象として、成膜処理を行った。成膜処理は、上述した膜厚分布測定における成膜処理と同様である。ただし、ここでは、処理室毎のバリア性能を確認するために、成膜処理を２回行った。１回目の処理では、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２にペットボトルをそれぞれ倒立状態で載置し、これら二本のペットボトル（容器１１、２１）に対して成膜処理を行った。また、２回目の処理では、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２にペットボトルをそれぞれ倒立状態で載置し、これら二本のペットボトル（容器１２、２２）に対して成膜処理を行った。
　成膜処理の完了後、ＭＯＣＯＮ社製の酸素バリア性試験機ＯＸ－ＴＲＡＮ（３７℃）を用いて、ペットボトルの酸素透過量を測定した。測定対象は、成膜処理を行なった四本のペットボトル（容器１１、１２、２１、２２）と、成膜処理を行っていない一本のペットボトルの計五本に対して行なった。
　その結果、図１１に示すように、容器１１、１２、２１、２２の酸素透過量のいずれもが、未蒸着のペットボトルにおける酸素透過量（同図の「未蒸着」）に比べて非常に低い値を示した。つまり、この測定結果から、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２のいずれにおいても、高いバリア性を示す良質の薄膜が形成されたことがわかった。
　以上説明したように、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置によれば、直管の導波管が使用可能なことから、分岐導波管を用いた場合に比べて設備サイズを小さくできる。
　また、処理室ごとに導波管やマイクロ波発振器などを備えなくてもよいことから、マイクロ波供給系の部品数を少なくでき、設備コストを抑えることができる。
　さらに、導波管に分岐部分がないことから、マイクロ波のエネルギーロスを少なくすることができる。
　しかも、処理室を複数設けたことから、複数の容器に対して同時に所定の処理を行うことができる。特に、所定の処理が成膜処理の場合、処理室が一つの場合と同じように、良質な薄膜を形成することができる。
［第二実施形態］
　次に、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の第二の実施形態について、図１２を参照して説明する。
　同図は、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す要部截断上面図である。
　本実施形態は、第一実施形態と比較して、導波管及び中継路の構造が相違する。すなわち、第一実施形態では、導波管の終端が筐体側面の受入口に接合し、受入口から導入口までを中継路とする構造となっていたのに対し、本実施形態では、導波管が筐体の内部にまで進入し、導波管の終端がその筐体内で中継路又は導入口と接続している。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
　したがって、図１２において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　図１２に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１ｂは、マイクロ波電源１０と、マイクロ波発振器２０と、導波管３０ｂと、マイクロ波処理器４０ｂと、真空ポンプ５０とを備えている。
　ここで、導波管３０ｂは、マイクロ波発振器２０から出力されたマイクロ波をマイクロ波処理器４０ｂへ伝搬する。
　この導波管３０ｂは、一部がマイクロ波処理器４０ｂの内部に挿入されており、この挿入先で中継路４３ｂと接続している。
　また、導波管３０ｂは、図１２に示すように、終端部が処理室４４の導入口４６に接するところまで挿入されている。なお、導波管３０ｂは、終端部が導入口４６に接するところまで挿入することに限るものではなく、導入口４６の手前まで挿入するようにしてもよい。
　この導波管３０ｂの内部には、真空隔壁３３が設けられている。
　真空隔壁３３は、第一実施形態の真空隔壁４５と同様、導波管３０ｂと処理室４４との差圧に耐えられる機械特性を有し、且つマイクロ波エネルギー損失の少ない低誘電材料で形成することが好ましい。
　この真空隔壁３３は、導波管３０ｂの内部であって、導入口４６から離間した位置に設けられている。このため、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２は、導波管３０ｂ（真空隔壁３３から二つの導入口４６までの間の空間）で連通している。
　マイクロ波処理器４０ｂは、同図に示すように、中継路４３ｂと、複数（本実施形態においては、二つ）の処理室（コーティング室）４４（４４－１，４４－２）を有している。
　中継路４３ｂは、導波管３０ｂからのマイクロ波を処理室４４へ伝搬する経路である。この中継路４３ｂの内部では、導波管３０ｂからのマイクロ波が、各処理室４４へ分かれて伝搬する。
　各処理室４４には、導波管３０ｂ及び中継路４３ｂから送られてきたマイクロ波を受け入れるための導入口（マイクロ波導入口）４６が設けられている。
　第一処理室４４－１の導入口（第一導入口）４６－１と、第二処理室４４－２の導入口（第二導入口）４６－２は、中継路４３ｂにおけるマイクロ波の伝搬方向の終端部４７にそれぞれ配設されている。
　これら処理室４４及び導入口４６の配置例は、図３（i-1）～（i-3）、図４（ii-1）～（ii-3）、図５（iii-1）～（iii-3）に示す例と同様である。
　また、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２の接触部分又は重なり部分については、図６（iv-1）～（iv-3），（v-1）～（v-3）に示すように形成することができる。
　さらに、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理方法は、第一実施形態のマイクロ波プラズマ処理方法と同様である。
　以上説明したように、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置によれば、導波管がマイクロ波処理器の内部にまで進入することから、第一実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置におけるマイクロ波処理器の受入口でマイクロ波が漏洩することがなくなる。
　また、導波管が分岐部分の無い直管型であることから、マイクロ波のエネルギーロスを抑えるとともに、設備サイズを小さくできる。
　さらに、処理室を複数設けたことから、複数の処理対象物に対して同時に成膜等の所定の処理を行うことができる。
［第三実施形態］
　次に、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の第三の実施形態について、図１３を参照して説明する。
　同図は、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置の構成を示す要部截断上面図である。
　本実施形態は、第一実施形態と比較して、マイクロ波処理器の構造が相違する。すなわち、第一実施形態では、一つの肉厚の筐体に二つの処理室が形成されているとともに、これら処理室と受入口との間に中継路を有する構造としたのに対し、本実施形態では、第一実施形態のような筐体や中継路などがなく、導波管が処理室に直接接続されている。他の構成要素は第一実施形態と同様である。
　したがって、図１３において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
　図１３に示すように、マイクロ波プラズマ処理装置１ｃは、マイクロ波電源１０と、マイクロ波発振器２０と、導波管３０ｃと、マイクロ波処理器４０ｃと、真空ポンプ５０とを備えている。
　ここで、導波管３０ｃは、マイクロ波発振器２０から出力されたマイクロ波をマイクロ波処理器４０ｃへ伝搬する。ただし、本実施形態の導波管３０ｃは、処理室４４の導入口４６に直結している。この点で、マイクロ波処理器４０ａの受入口４２に接続している第一実施形態の導波管３０ａと相違する。
　なお、導波管３０ｃは、直管型である点、分岐部分や曲がり部分がない点、断面が矩形又は円形である点で、第一実施形態の導波管３０ａと近似している。
　また、導波管３０ｃの内部には、真空隔壁３３が設けられている。
　真空隔壁３３は、第一実施形態の真空隔壁４５と同様、導波管３０ｃと処理室４４との差圧に耐えられる機械特性を有し、且つマイクロ波エネルギー損失の少ない低誘電材料で形成することが好ましい。
　この真空隔壁３３は、導波管３０ｃの内部であって、導入口４６から離間した位置に設けられている。このため、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２は、導波管３０ｃ（真空隔壁３３から二つの導入口４６までの間の空間）で連通している。
　マイクロ波処理器４０ｃは、図１３に示すように、複数（本実施形態においては、二つ）の処理室（コーティング室）４４（４４－１，４４－２）を有している。
　処理室４４は、導波管３０ｃから送られてきたマイクロ波を用いて、所定の処理を行うための空間である。
　この処理室４４は、外壁４９で覆われている。
　外壁４９は、全体が円筒形状に形成されており、中空部分が処理室４４を構成している。
　なお、第一処理室４４－１の外壁を第一外壁４９－１、第二処理室４４－２の外壁を第二外壁４９－２とする。
　各処理室４４には、導波管３０ｃから送られてきたマイクロ波を受け入れるための導入口（マイクロ波導入口）４６が設けられている。
　第一処理室４４－１の導入口（第一導入口）４６－１と、第二処理室４４－２の導入口（第二導入口）４６－２は、導波管３０ｃの終端部にそれぞれ配設されている。
　これら処理室４４及び導入口４６の配置例は、図３（i-1）～（i-3）、図４（ii-1）～（ii-3）、図５（iii-1）～（iii-3）に示す例と同様である。ただし、図３～図５の中継路４３は、本実施形態では省略され、導波管３０ｃが直接処理室４４に接続されている。
　また、第一処理室４４－１と第二処理室４４－２の接触部分又は重なり部分については、図６（iv-1）～（iv-3），（v-1）～（v-3）に示すように形成することができる。
　さらに、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理方法は、第一実施形態のマイクロ波プラズマ処理方法と同様である。
　以上説明したように、本実施形態のマイクロ波プラズマ処理装置によれば、導波管が複数の処理室に直結した構造であっても、それら処理室にマイクロ波を供給して所定の処理を同時に行うことができる。
　また、分岐導波管ではなく直管導波管を使用できることから、設備サイズの小型化や設備コストの低廉化を実現できる。
　以上、本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
　例えば、上述した各実施形態では、処理室を二つ備えた構成を示したが、処理室は二つに限定されるものではなく、三つ以上備えることもできる。
　本発明は、マイクロ波を用いてプラズマを発生させる装置の構造に関する発明であるため、マイクロ波やプラズマを扱う装置や機器に利用可能である。
　上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
　この明細書に記載の文献の内容を全てここに援用する。

Claims (13)

  1. 　マイクロ波を伝搬する一の導波管と、前記マイクロ波を用いて所定の処理を行う二以上の処理室とを備え、
    　各前記処理室が、前記一の導波管から前記マイクロ波を導入する導入口を有し、
    　この導入口が、前記一の導波管の終端部に二以上形成された
    　ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
  2. 　マイクロ波を伝搬する導波管と、前記マイクロ波を受ける処理器とを備え、
    　この処理器が、
    　前記マイクロ波を用いて所定の処理を行う二以上の処理室と、
    　前記一の導波管から前記マイクロ波を受け入れる受入口と、
    　この受入口から各前記処理室へ前記マイクロ波を伝搬する中継路とを有し、
    　各前記処理室が、前記中継路から前記マイクロ波を導入する導入口を有し、
    　この導入口が、前記中継路における前記マイクロ波の伝搬方向の終端部に二以上形成された
    　ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
  3. 　前記二以上の導入口が、いずれも同一形状で形成されるとともに、前記導波管の径方向断面の中心を通る垂直面を対称面としてそれぞれ形成された
    　ことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  4. 　隣り合う前記導入口が、離間して又は接して形成された
    　ことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  5. 　前記二以上の処理室が、いずれも同一形状で形成されるとともに、前記導波管の径方向断面の中心を通る垂直面を対称面としてそれぞれ配置された
    　ことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  6. 　隣り合う前記処理室が、相互に離間して配置された
    　ことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  7. 　隣り合う前記処理室が、相互に接して又は一部重なって配置された
    　ことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  8. 　隣り合う前記処理室を連通する連通部を有した
    　ことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  9. 　隣り合う前記処理室の間に仕切板を設けた
    　ことを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  10. 　前記仕切板が、マイクロ波を透過しない材料で形成された
    　ことを特徴とする請求項９記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  11. 　前記仕切板が、一又は二以上の孔を有した
    　ことを特徴とする請求項９又は１０記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  12. 　前記導波管又は前記中継路の少なくとも一方の内部に真空隔壁を設けた
    　ことを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
  13. 　前記処理室の内部の空気を吸入して真空にする真空ポンプを有し、
    　この真空ポンプが、一つの処理室に接続された
    　ことを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
PCT/JP2009/006714 2008-12-11 2009-12-09 マイクロ波プラズマ処理装置 Ceased WO2010067590A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010542017A JP5556666B2 (ja) 2008-12-11 2009-12-09 マイクロ波プラズマ処理装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-315592 2008-12-11
JP2008315592 2008-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010067590A1 true WO2010067590A1 (ja) 2010-06-17

Family

ID=42242583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/006714 Ceased WO2010067590A1 (ja) 2008-12-11 2009-12-09 マイクロ波プラズマ処理装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5556666B2 (ja)
WO (1) WO2010067590A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0649647A (ja) * 1992-07-29 1994-02-22 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理装置
JPH11111493A (ja) * 1997-09-29 1999-04-23 Sumitomo Metal Ind Ltd プラズマ処理装置
JP2004538367A (ja) * 2001-08-07 2004-12-24 カール−ツアイス−シュティフツンク 物品をコーティングする装置
JP2005526913A (ja) * 2002-05-24 2005-09-08 ショット アーゲー 複数場所コーティング装置およびプラズマコーティングの方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0339480A (ja) * 1989-07-05 1991-02-20 Sony Corp Ｅｃｒプラズマ装置
JP3703877B2 (ja) * 1995-05-16 2005-10-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0649647A (ja) * 1992-07-29 1994-02-22 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理装置
JPH11111493A (ja) * 1997-09-29 1999-04-23 Sumitomo Metal Ind Ltd プラズマ処理装置
JP2004538367A (ja) * 2001-08-07 2004-12-24 カール−ツアイス−シュティフツンク 物品をコーティングする装置
JP2005526913A (ja) * 2002-05-24 2005-09-08 ショット アーゲー 複数場所コーティング装置およびプラズマコーティングの方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2010067590A1 (ja) 2012-05-17
JP5556666B2 (ja) 2014-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8136479B2 (en) Plasma treatment apparatus and plasma treatment method
TWI465158B (zh) 微波電漿激發裝置
WO2007020810A1 (ja) プラズマ処理装置
CN101673655B (zh) 一种用于沉积金刚石薄膜的微波等离子体谐振腔
CN100455158C (zh) 等离子体加工装置和处理装置
JP2007231386A (ja) プラズマを使用した容器処理装置
KR20170118867A (ko) 마이크로파 플라스마 처리장치
KR20030004426A (ko) 플라즈마 처리 장치
WO2007060867A1 (ja) マイクロ波導入装置
JP5556666B2 (ja) マイクロ波プラズマ処理装置
US7533628B2 (en) Volume-optimized reactor for simultaneously coating eyeglasses on both sides
CN101091420A (zh) 表面波激发等离子体产生装置以及表面波激发等离子体处理装置
US20250095966A1 (en) Plasma-enhanced chemical vapour deposition apparatus
JP4419546B2 (ja) プラズマ処理装置および薄膜成膜方法
JP4273983B2 (ja) 表面波励起プラズマｃｖｄ装置
JP4586495B2 (ja) マイクロ波処理装置、マイクロ波供給・処理システム及びマイクロ波処理方法
CN114892149A (zh) 用于金刚石材料生长的椭球形mpcvd装置
JP5703688B2 (ja) マイクロ波プラズマ処理装置及びマイクロ波プラズマ処理方法
JP2005340964A (ja) マイクロ波供給システム
JP4904840B2 (ja) ３次元中空容器の薄膜成膜装置
JP2005268653A (ja) プラズマ処理装置
JP4910403B2 (ja) ２分岐導波管を有するプラズマ処理装置
JPH06101442B2 (ja) Ｅｃｒプラズマ反応装置
JPH06299357A (ja) 電子サイクロトロン共鳴プラズマの科学蒸着装置
JP2006336095A (ja) ３次元中空容器の薄膜成膜装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09831697

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2010542017

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09831697

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1