(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ガス供給部から供給される原料ガスの供給先を、前記複数のチャンバのうちの一部のチャンバから他のチャンバに切り替えることが可能なガス切替部を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の樹脂容器用コーティング装置。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る樹脂容器用コーティング装置の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0012】
(第1実施形態)
まず、
図1〜
図5を参照しながら、本発明に係る樹脂容器用コーティング装置の第1実施形態について説明する。
【0013】
本実施形態の樹脂容器用コーティング装置(以下、単に「コーティング装置」とも称する。)は、複数のチャンバ内に樹脂容器をそれぞれ格納し、プラズマCVD技術を用いてその内部表面などにケイ素化合物のガス等から構成される膜を形成する装置である。
なお、樹脂容器としては、例えば、炭酸飲料や果物ジュースなどの飲料水用のボトルや、化粧品や薬品用の容器が挙げられるが、これに限らず他の用途に用いる樹脂容器であっても良い。
【0014】
本実施形態のコーティング装置10は、
図1〜3に示すように、基台となるベース部20と、このベース部20上に配置される平板状の絶縁板30と、この絶縁板30上に設置され、複数(本実施形態では4つ)の略円筒状の樹脂容器Bをそれぞれ個別に独立した状態で格納する4つの第1、第2、第3、及び第4の格納室S1,S2,S3,S4をそれぞれ有する第1、第2、第3及び第4のチャンバ40A,40B,40C,40Dと、これら格納室S1,S2,S3,S4にそれぞれ設置された複数の樹脂容器Bの内部にそれぞれ挿入配置されるパイプ状(筒状)の内部電極50と、チャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4にそれぞれ連通して排気を行う排気部60と、チャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4に設置された樹脂容器Bの内部に原料ガスをそれぞれ供給するガス供給部70(
図4参照)と、を備えている。
【0015】
ベース部20は、ステンレスなどの金属ブロックにより形成され、矩形状の底板部21と、この底板部21の周縁から上方に延出する周壁部25と、を有する。底板部21、周壁部25、及び絶縁板30により内部空間S5が画成される。また、このベース部20の底板部21の上面部には、4つのねじ穴22が略等間隔に直線状に並列した状態で設けられる。更に、ベース部20の底板部21内部には、4本のガス通路23が設けられ、このガス通路23は、上流端でガス供給部70に接続され、下流端でねじ穴22にそれぞれ接続されている。また、ベース部20は、電気的に接地されている(
図4参照)。
【0016】
そして、第1、第2、第3及び第4のチャンバ40A,40B,40C,40Dは、第1、第2、第3及び第4のチャンバ本体41A,41B,41C,41Dと、これらチャンバ本体41A,41B,41C,41Dの上部にそれぞれ着脱自在に取付けられ、これらチャンバ本体41A,41B,41C,41Dの内部を密封状態にする第1、第2、第3及び第4のチャンバ蓋体45A,45B,45C,45Dと、をそれぞれ有する。これらチャンバ40A,40B,40C,40DはそれぞれプラズマCVDの外部電極としても機能し、電気的に、後述するマッチングボックス81及び電力切替部85を介して高周波電源80と接続される(
図4参照)。チャンバ本体41A,41B,41C,41Dは、矩形状の金属ブロックによりそれぞれ形成されており、樹脂容器Bの外形よりも若干大きい内径を有する円状の貫通穴42A,42B,42C,42Dがそれぞれ形成されている。
【0017】
これら貫通穴42A,42B,42C,42Dは直線状に並列した状態で設けられており、またベース部20の内部空間S5にそれぞれ連通している。これら貫通穴42A,42B,42C,42Dの下部には、1つの平板状の容器保持板43が配置されている。容器保持板43には、貫通穴42A,42B,42C,42Dにそれぞれ対応する位置に樹脂容器Bの口部よりもやや小さい径の開口部43Aが4つ形成されている。各格納室S1,S2,S3,S4に格納される樹脂容器Bは、容器保持板43の開口部43Aの周囲の部分にてそれぞれ保持されるため、収納された樹脂容器Bが貫通穴42A,42B,42C,42Dから脱落することはない。また、容器保持板43には排気口44が複数設けられており、各格納室S1,S2,S3,S4に格納された樹脂容器Bの内部および外部を同時に真空排気できる構成となっている。
【0018】
チャンバ蓋体45A,45B,45C,45Dは、チャンバ本体41A,41B,41C,41Dとそれぞれ合わせられた状態でチャンバ本体41A,41B,41C,41Dの貫通穴42A,42B,42C,42Dにそれぞれ対応する位置に、互いに同径の有底穴46A,46B,46C,46Dがそれぞれ形成される。即ち、チャンバ本体41A,41B,41C,41Dとチャンバ蓋体45A,45B,45C,45Dとがそれぞれ合わせられた状態において、チャンバ本体41A,41B,41C,41Dの貫通穴42A,42B,42C,42Dとチャンバ蓋体45A,45B,45C,45Dの有底穴46A,46B,46C,46Dとにより、樹脂容器Bを格納するための格納室S1,S2,S3,S4が直線上に並列配置された状態で形成されることになる。
【0019】
内部電極50は金属の円筒や角筒などの中空筒状のパイプ部材であり、その内周部で原料ガスを導くガス導通部51を有している。内部電極50は、容器保持板43の各開口部43Aを経由して各格納室S1,S2,S3,S4に導入されている。また、内部電極50の下部は、金属製の配管部材52を介してベース部20のねじ穴22に螺合接合されている。これにより、チャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4それぞれに、内部電極50が挿入され、内部電極50がチャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4の中心部に位置するように配置される。また、このとき、ベース部20は電気的に接地されているため、その螺合接合により内部電極50は結果的に電気的に接地されることになる。また、同時に、ベース部20において、ねじ穴22はガス通路23に連通しているため、内部電極50のガス導通部51は、ベース部20のガス通路23、及びガス供給部70に結果的に接続されることになる(
図4参照)。
【0020】
また、ガス供給部70の周辺において、ベース部20のガス通路23とガス供給部70との間には、
図2及び
図4に示すように、オンオフ弁72及びマスフローコントローラ71が配置される。オンオフ弁72がベース部20のガス通路側に配置され、マスフローコントローラ71はガス供給部70側に配置される。
【0021】
排気部60は、
図2に示すように、ベース部20の内部空間S5と連通しているため、結果的にチャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4にそれぞれ連通することになる。また、排気部60は、下流側で真空ポンプ61に接続されており、この真空ポンプ61により、その内部空間S5を介してチャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4の空気が排気されるように構成されている(
図4参照)。
なお、真空ポンプ61と内部空間S5との間にはオンオフ弁62が配置されている。
【0022】
そして、本実施形態では、
図4に示すように、第1及び第2のチャンバ40A,40Bが、電気的に一つの並列回路ユニットとなるように第1のユニットU1を構成している。同様に、第3及び第4のチャンバ40C,40Dも、電気的に一つの並列回路ユニットとしなるように第2のユニットU2を構成している。これに加えて、第1及び第2のユニットU1,U2自身も高周波電源80に対し電気的に並列配置されている。
【0023】
これら第1及び第2のユニットU1,U2と高周波電源80との間に、電力切替部85が配置される。この電力切替部85はマッチングボックス81を介して高周波電源80に電気的に接続されている。また、電力切替部85は、第1及び第2のスイッチ回路86A,86Bを有し、第1のスイッチ回路86Aは第1のユニットU1に電気的に接続されており、第2のスイッチ回路86Bは第2のユニットU2に電気的に接続されている。第1及び第2のスイッチ回路86A,86Bは、電力切替部85の指示に従ってその電力の開閉動作を交互に行い、例えば、第1のスイッチ回路86Aが閉じて第1のユニットU1に通電しているときには、第2のスイッチ回路86Bは開き第2のユニットU2には通電させない。これにより、電力切替部85は、高周波電源80から供給される高周波電力の供給先を、第1及び第2のユニットU1,U2の間で交互に切り替える機能を有する。
なお、マッチングボックス81とは、高周波電源80と、第1及び第2のユニットU1,U2と、の間とのインピーダンス整合を図るものであり、コイルとコンデンサなどの電気素子の組み合わせによる整合回路から構成されている。
【0024】
樹脂容器Bの内部に形成される膜の品質は、高周波電源80の高周波の出力、樹脂容器B内の原料ガスの圧力、原料ガスの流量、プラズマ発生時間などの複数の要因に依存する。本実施形態では、各格納室S1,S2,S3,S4間の樹脂容器Bの膜の品質のばらつきを抑えるため、高周波電源80から供給される電力をチャンバ40A,40B,40C,40Dのうち一部、より具体的には第1又は第2のユニットU1,U2の単位ごとに集中させるために、上述した電力切替部85を設けている。
【0025】
更に次に、このように構成されるコーティング装置10を用いた成膜方法について、
図5を参照しながら説明する。
まず、チャンバ40A,40B,40C,40Dのチャンバ蓋体45A,45B,45C,45Dがそれぞれ外された状態で、複数の樹脂容器Bがチャンバ本体41A,41B,41C,41Dの貫通穴42A,42B,42C,42Dに上部から挿入されてそれぞれ格納される。このとき、貫通穴42A,42B,42C,42Dは樹脂容器Bの最大胴径よりわずかに大きい内径になっているため、樹脂容器Bは、貫通穴42A,42B,42C,42D内の所定の位置に保持される(ステップS1)。
なお、このとき、内部電極50は、樹脂容器Bの口部から樹脂容器Bの内部にそれぞれ挿入される。
【0026】
その後、チャンバ40A,40B,40C,40Dのチャンバ蓋体45A,45B,45C,45Dが閉められ、チャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4がそれぞれ密封状態にされる(ステップS2)。
【0027】
そして、チャンバ40A,40B,40C,40D内の空気が排気部60の真空ポンプ61により排気され、チャンバ40A,40B,40C,40Dの格納室S1,S2,S3,S4内が真空に近い状態(以下、真空状態とも称する)にされる。この真空状態が確認された後に、マスフローコントローラ71、オンオフ弁72が動作してガス供給部70により原料ガスが継続して供給される。供給された原料ガスは、内部電極50のガス導通部51を通過して、内部電極50の先端から原料ガスが放出される。これにより、樹脂容器の内部に原料ガスが供給される。(ステップS3)。
なお、このとき、排気部60は、順次、格納室S1,S2,S3,S4内に充填され漏れ出てくる原料ガスを逐次排出している。
【0028】
原料ガスの供給後、最初に、電力切替部85が第2のスイッチ回路86Bを電気的に開く一方で第1のスイッチ回路86Aを閉じることにより、第1のユニットU1にのみ高周波電源80からの電力が供給される。この電力の供給により、外部電極としての第1及び第2のチャンバ40A,40Bと、それぞれの格納室S1,S2に導入されている内部電極50と、の間にプラズマが発生する。内部電極50は電気的に接地されているが、第1及び第2のチャンバ40A,40Bは絶縁板30により電気的に絶縁状態とされるため、第1及び第2のチャンバ40A,40Bと内部電極50との間に電位差が生じる。これにより、第1及び第2のチャンバ40A,40B内に格納されている2つの樹脂容器Bにおいて、その内部表面に膜が形成される(ステップS4)。
【0029】
そして、第1及び第2のチャンバ40A,40B内の樹脂容器Bに対する成膜が終了した後、次に、電力切替部85はスイッチ切替動作を行って、第1のスイッチ回路86Aを電気的に開く一方で第2のスイッチ回路86Bを閉じることにより、第2のユニットU2にのみ高周波電源80からの電力が供給される。これにより、第3及び第4のチャンバ40C,40D内にプラズマが発生して、これらチャンバ40C,40D内に格納されている2つの樹脂容器Bにおいて、その内部表面に膜が形成される(ステップS5)。
【0030】
即ち、このような連続的な電力切替部85の動作により、順次、所定のユニットごと(本実施形態では、第1及び第2のユニットU1,U2ごと)にプラズマを発生させて、最終的に全部(本実施形態では、4つ)の樹脂容器Bの内部表面に膜が形成されることになる(ステップS6)。
【0031】
以上説明したように、本実施形態の樹脂容器用コーティング装置10によれば、高周波電源80から供給される高周波電力の供給先を、第1のユニットU1を構成する第1及び第2のチャンバ40A,40Bから第2のユニットU2を構成する第3及び第4のチャンバ40C,40Dに切り替えることが可能な電力切替部85を備えるため、プラズマ発生による成膜処理を複数の樹脂容器Bに対して順次行うことができる。すなわち、まず、複数のチャンバ40A,40B,40C,40Dのうち一部、即ち第1のユニットU1のチャンバ40A,40Bに対して高周波電力を供給し、その一部のチャンバに格納されている樹脂容器Bに対して成膜処理を行った後、電力切替部85により高周波電力の供給先を切り替えて、残りのチャンバ、即ち第2のユニットU2のチャンバ40C,40Dに格納されている樹脂容器Bに成膜処理を行うことができる。このように、成膜処理を複数のチャンバ40A,40B,40C,40Dのうち所定の単位毎に順次行うことにより、一度の成膜処理に必要となる高周波電力が抑えられ、高周波電源80を大型化する必要が無くなる。
【0032】
また、本実施形態の樹脂容器用コーティング装置10によれば、複数のチャンバ40A,40B,40C,40Dを真空引き、若しくは複数のチャンバ40A,40B,40C,40Dに原料ガスを供給する工程などの共通した成膜処置の前工程を、複数のチャンバ40A,40B,40C,40Dに対して同時に一括して行うことができるため、生産効率の向上を図ることができる。
【0033】
また、本実施形態の樹脂容器用コーティング装置10によれば、複数のチャンバ40A,40B,40C,40Dのうち一つのユニットのチャンバに対してのみ高周波電力(例えば、通常の成膜作成条件よりも高めの高周波電力)を供給することができるため、例えば樹脂容器Bの大きさや形状によって均一な膜を形成することが難しい場合には、条件を様々に変更させてみて最適な製造条件を検証することができ、条件出しを行うための実験的な用途としても利用することができる。
【0034】
(第2実施形態)
次に、
図6を参照して、本発明に係る樹脂容器用コーティング装置の第2実施形態について説明する。なお、上記第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一或いは同など符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【0035】
本実施形態では、上述第1実施形態とは異なり、高周波電源80と電力切替部85との間には、マッチングボックスは設けられておらず、2つのマッチングボックス91A,91Bが、第1及び第2のユニットU1,U2と、電力切替部85と、の間にそれぞれ1つずつ配置されている。
【0036】
この樹脂容器用コーティング装置90によれば、2つのマッチングボックス91A,91Bが、第1及び第2のユニットU1,U2と、電力切替部85と、の間にそれぞれ1つずつ配置されているため、それぞれのユニットU1,U2に対応したインピーダンス整合をより精度良く行うことができ、これにより樹脂容器Bの膜の品質のばらつきをより一層抑えることができる。また、何かの原因で第1及び第2のユニットU1,U2の間でインピーダンスの差が大きくなってしまっていても、本実施形態においては個別にインピーダンス整合が行われているため、マッチングボックス91A,91Bの調整を一度設定しておけば、その後は改めて調整を行う必要がない。このため、作業の効率化を図ることができる。その他の構成及び作用効果については、上記第1実施形態と同様である。
【0037】
(第3実施形態)
次に、
図7を参照して、本発明に係る樹脂容器用コーティング装置の第3実施形態について説明する。
なお、上記第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一或いは同など符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
【0038】
本実施形態では、
図7に示すように、ガス供給部70から見てオンオフ弁72の下流側にガス分岐部101が設けられ、これにより、第1及び第2のガス供給路P1,P2が互いに独立した状態で構成される。第1のガス供給路P1は、第1のユニットU1を構成する第1及び第2のチャンバ40A,40Bに原料ガスを供給するための流路である。第2のガス供給路P2は、第2のユニットU2を構成する第3及び第4のチャンバ40C,40Dに原料ガスを供給するための流路である。また、第1及び第2のガス供給路P1,P2には、オンオフ弁106A,106Bがその経路の途中でそれぞれ配置されている。
【0039】
より具体的には、オンオフ弁106A,106Bは、ベース部20のガス通路23と、ガス分岐部101と、の間にそれぞれ配置されており、電力切替部85のスイッチ切替動作に対応して原料ガスの供給又はその停止の動作を行っている。即ち、第1又は第2のユニットU1,U2のうち電力切替部85により電力が供給される側にのみ、第1又は第2のオンオフ弁106A,106Bのうちそれに対応する一方が所定のタイミングでそのガス供給路P1,P2を開き原料ガスを供給する。そして、電力切替部85が他方のユニットU1,U2に電力の供給を切り替える際には、オンオフ弁106A,106Bも、それに対応する形でその一方を閉じると共にその他方を開くことにより原料ガスの供給を切り替える。即ち、これらオンオフ弁106A,106Bにより、ガス切替部105を構成している。
【0040】
この樹脂容器用コーティング装置100によれば、ガス供給部70から供給される原料ガスの供給先を、複数のチャンバ40A,40B,40C,40Dのうち第1のユニットU1を構成する第1及び第2のチャンバ40A,40Bから第2のユニットU2を構成するチャンバ40C,40Dに交互に切り替えることができるガス切替部105を更に備えている。即ち、ガス供給部70側においてガス分岐部101が設けられ、第1及び第2のユニットU1,U2に原料ガスをそれぞれ供給する第1及び第2のガス供給路P1,P2が構成され、これらガス供給路P1,P2には、オンオフ弁106A,106がそれぞれ設けられているため、樹脂容器Bの内部表面に膜を形成する際、必要なユニット(U1,U2)のみに原料ガスを供給することができる。これにより、使用される原料ガスの無駄を削減し、製造コストの低減化を図ることができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第1実施形態と同様である。
【0041】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、第2実施形態の構成(マッチングボックスをユニット毎に設ける構成)と第3実施形態の構成(ガス供給路とオンオフ弁をユニット毎に設ける構成)とを組み合わせて装置を構成しても良い。また、4つのチャンバを2つのユニットに分ける構成を例示したが、チャンバやユニットの数はこの例に限らず、適宜設定すれば良い。