專利名稱：微波等離子體處理裝置和等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波等離子體處理裝置，特別是涉及在塑料容器上形成化學(xué)蒸鍍膜時(shí)能夠使等離子體穩(wěn)定地、且高效率地發(fā)生的微波等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
化學(xué)蒸鍍法(CVD)是采用在常溫下不發(fā)生反應(yīng)的處理用氣體，利用高溫氣氛中的氣相生長(zhǎng)，在處理對(duì)象物的表面使反應(yīng)生成物膜狀析出的技術(shù)，廣泛使用于半導(dǎo)體的制造、金屬和陶瓷的表面改性等。近來，在CVD中，低壓等離子體CVD也廣泛使用于塑料容器的表面改性，特別是使用于氣體阻擋層(gas barrier)性能的提高。
等離子體CVD是利用等離子體使薄膜生長(zhǎng)的技術(shù)，基本上是在減壓條件下用高電場(chǎng)的電能使包含處理用氣體的氣體放電，使經(jīng)過離解、結(jié)合生成的物質(zhì)在氣相中或在處理對(duì)象物上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以此在處理對(duì)象物上堆積的方法。
等離子體狀態(tài)是通過輝光放電、電暈放電以及電弧放電實(shí)現(xiàn)的，其中，輝光放電的方式已知的有利用直流輝光放電的方法、利用高頻輝光放電的方法、和利用微波放電的方法等。
利用高頻輝光放電，在塑料上形成蒸鍍碳膜的例子，公開的有在塑料容器的內(nèi)壁面形成硬質(zhì)碳膜的涂碳膜塑料容器。
但是，在利用高頻輝光放電的等離子體CVD的情況下，有必要使用在容器內(nèi)部配置內(nèi)部電極，在容器外部配置外部電極的所謂電容耦合型CVD裝置，因此存在裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且操作也變得復(fù)雜的問題。
而在微波等離子體CVD的情況下，由于利用室內(nèi)的微波放電，不需要配置外部電極和內(nèi)部電極，能夠使裝置的結(jié)構(gòu)變得極其簡(jiǎn)單。又，裝置內(nèi)的減壓程度也只要達(dá)到只在塑料容器內(nèi)能夠發(fā)生微波放電的程度即可，因此不需要在整個(gè)裝置內(nèi)維持高真空，操作簡(jiǎn)便，而且生產(chǎn)效率高。
微波放電等離子體是高能電子生成效率優(yōu)異的等離子體，作為高密度、高反應(yīng)性等離子體對(duì)于等離子體CVD是有用的。
作為以塑料容器為對(duì)象的微波等離子體處理方法和裝置，已經(jīng)公開了這樣的例子，即例如將瓶子同軸配置于筒狀的微波封閉室中，對(duì)瓶子的內(nèi)部和瓶子的外部的空間同時(shí)抽氣，而且，在規(guī)定的處理時(shí)間內(nèi)使處理氣體流入瓶子的內(nèi)部，同時(shí)，將微波引入微波封閉室中，在瓶子內(nèi)部使等離子體點(diǎn)火并維持，對(duì)瓶子進(jìn)行處理的方法。
但是，在使用微波等離子體處理的情況下，在微波的導(dǎo)入與微波的發(fā)生之間存在時(shí)間滯后，而且，該時(shí)間滯后也不是一定的，每一次處理都有相當(dāng)大變動(dòng)，因此難于控制處理?xiàng)l件，存在處理效果不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。
又，由于等離子體的狀態(tài)不穩(wěn)定，被處理的容器發(fā)生局部熱變形或不能夠形成均勻的薄膜的問題。
在這里，作為等離子體的點(diǎn)火方法，已知有利用電火花的方法、利用紫外線照射的方法、利用磁場(chǎng)操作的方法等，但是，不管哪一種方法中都存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
又，通過加大引入等離子體處理室的微波的輸出，可以加快等離子體的點(diǎn)火，但是，一旦增加微波的輸出，基體的處理由于從蒸鍍初期階段開始就利用高能狀態(tài)的等離子體進(jìn)行處理，因此處理基體與蒸鍍膜之間形成的中間層不能夠充分生長(zhǎng)，存在處理基體與蒸鍍膜之間的緊密結(jié)合程度降低的問題。
本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供一種通過使處理用氣體高能量效率均勻地等離子體化，能夠在處理基體上形成均勻的薄膜，同時(shí)能夠縮短向等離子體處理室引入微波到等離子體發(fā)光為止的時(shí)間，而且，能夠控制等離子體點(diǎn)火的時(shí)刻的微波等離子體處理裝置以及等離子體處理用氣體供給構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決這一課題，本發(fā)明人銳意研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過將微波密封構(gòu)件設(shè)置于固定構(gòu)件(unit)的支持基體的部分的規(guī)定位置上，以及以此為基準(zhǔn)規(guī)定處理用氣體供給構(gòu)件的長(zhǎng)度，同時(shí)規(guī)定微波引入構(gòu)件(unit)的連接位置，能夠提高能量利用效率，并且能夠在處理對(duì)象上形成均勻的薄膜，完成本發(fā)明。
又，本發(fā)明人銳意研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過將微波密封構(gòu)件保持規(guī)定的間隙設(shè)置于基體固定構(gòu)件(unit)的支持基體的部分的規(guī)定位置上，能夠降低使等離子體開始發(fā)光所需要的微波輸出，而且能夠縮短從微波引入等離子體處理室到等離子體發(fā)光的時(shí)間，完成了本發(fā)明。
而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使用在長(zhǎng)度方向上具有網(wǎng)孔分布的多孔質(zhì)管，作為將處理用的氣體提供給等離子體處理裝置的等離子體處理室的氣體供給構(gòu)件，或通過將氣體供給構(gòu)件區(qū)分為金屬制的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域和非金屬制的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域構(gòu)成，能夠在處理對(duì)象上形成均勻的薄膜，完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明的微波等離子體處理裝置，具有將作為處理對(duì)象的基體固定在等離子體處理室內(nèi)的中心軸上的固定構(gòu)件(unit)、使基體的內(nèi)部及外部減壓的抽氣構(gòu)件(unit)、處于基體的內(nèi)部，形成等離子體處理室與半同軸圓筒共振系統(tǒng)的金屬制的處理用氣體供給構(gòu)件、以及將微波引入等離子體處理室進(jìn)行處理的微波引入構(gòu)件(unit)，在該裝置中，在固定構(gòu)件的支持基體的部分上設(shè)置微波密封構(gòu)件，該微波密封構(gòu)件與固定構(gòu)件的位于等離子體處理室內(nèi)的面之間的距離D為0～55mm，而且，微波密封構(gòu)件與處理用氣體供給構(gòu)件前端部之間的距離L滿足以下所述的關(guān)系式，即A.0≤D＜20的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-3+αB.在20≤D≤35的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-(-0.060D2+4.2D-57)+αC.在35＜D≤55的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-(-0.030D2+2.1D-21)+α其中，n為整數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，α為考慮基體對(duì)于電場(chǎng)的影響等的變動(dòng)幅度，為±10mm。
這樣，在本發(fā)明中，在支持構(gòu)件的下部的規(guī)定位置上設(shè)置微波密封構(gòu)件，以此能夠防止被引入等離子體處理室的微波泄露到室外。
又，通過規(guī)定處理用氣體供給構(gòu)件的前端部與微波密封構(gòu)件的距離，能夠使處理室成為優(yōu)異的諧振系統(tǒng)。借助于此，能夠提高利用微波形成的等離子體處理室內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)能夠使電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化，因此能夠使處理用的氣體高效率地均勻地等離子體化，也就是能夠高效率利用引入的微波的能量，能夠在處理對(duì)象的基體上形成均勻的薄膜。
又，本發(fā)明的微波等離子體處理裝置，具有將作為處理對(duì)象的基體固定在等離子體處理室內(nèi)的中心軸上的固定構(gòu)件、使基體的內(nèi)部及外部減壓的抽氣構(gòu)件(unit)、處于基體的內(nèi)部，形成等離子體處理室與半同軸圓筒共振系統(tǒng)的金屬制的處理用氣體供給構(gòu)件、以及將微波引入等離子體處理室進(jìn)行處理的微波引入構(gòu)件，在該處理裝置中，在固定構(gòu)件的支持基體的部分上設(shè)置微波密封構(gòu)件，微波引入構(gòu)件的連接位置是形成于等離子體處理室的內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度分布中電場(chǎng)弱的位置。
這樣，在本發(fā)明中，將微波引入構(gòu)件的連接位置，連接于通過微波的引入在等離子體處理室形成的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的電場(chǎng)弱的位置的高度上，這樣能夠提高處理室與微波的電匹配性，因此使處理室內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化，能夠高效率地作用于處理用的氣體上，因此能夠使等離子體高效率地均勻地發(fā)生。也就是說，能夠有效地利用引入的微波的能量，穩(wěn)定地均勻地使等離子體發(fā)生，因此能夠在處理對(duì)象的基體上形成均勻的薄膜。
在這種情況下，最好是微波密封構(gòu)件與固定構(gòu)件的位于等離子體處理室內(nèi)的面之間的距離D為0～55mm，而且，微波密封構(gòu)件與微波引入構(gòu)件的連接位置間的距離H滿足以下所述的關(guān)系式，即H＝L-(n2λ/2+λ/8-3)+β(mm)其中n2為滿足n2≤n1-1的整數(shù)，λ為微波的波長(zhǎng)，β為基體的尺寸等因素引起的變動(dòng)幅度，為±10mm，L為微波密封構(gòu)件與處理用氣體供給構(gòu)件前端部之間的距離，滿足以下所述的關(guān)系式，即A.0≤D＜20的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-3+αB.在20≤D≤35的情況下，
L＝(n1λ/2+λ/8)-(-0.060D2+4.2D-57)+αC.在35＜D≤55的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-(-0.030D2+2.1D-21)+α其中，n1為1或1以上的整數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，α為考慮基體對(duì)于電場(chǎng)的影響等的變動(dòng)幅度，為±10mm。
這樣，在本發(fā)明中，將微波密封構(gòu)件設(shè)置于規(guī)定的位置上，并特別規(guī)定其與處理用氣體供給構(gòu)件前端部之間的距離，以此能夠使處理室內(nèi)成為優(yōu)異的諧振系統(tǒng)。用上述公式得到的高度(H)表示距離(L)滿足上述公式時(shí)的，處理室內(nèi)部形成的電場(chǎng)強(qiáng)度分布中電場(chǎng)弱的位置。在該高度(H)上連接微波引入構(gòu)件，以此能夠提高處理室內(nèi)部的總體電場(chǎng)強(qiáng)度。
還有，上述公式是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行分析得到的分析結(jié)果。
又，本發(fā)明的微波等離子體處理裝置，具有將作為處理對(duì)象的基體固定在等離子體處理室內(nèi)的中心軸上的固定構(gòu)件、使基體的內(nèi)部及外部減壓的抽氣構(gòu)件、處于基體的內(nèi)部，形成等離子體處理室與半同軸圓筒共振系統(tǒng)的金屬制的處理用氣體供給構(gòu)件、以及將微波引入所述等離子體處理室進(jìn)行處理的微波引入構(gòu)件，所述裝置中，在固定構(gòu)件的支持基體的部分的端部側(cè)開有等離子體點(diǎn)火用的間隙，設(shè)置微波密封構(gòu)件。
這樣，在本發(fā)明中，在微波密封構(gòu)件與支持構(gòu)件的端面之間設(shè)置有等離子體點(diǎn)火用的間隙，這樣能夠減少等離子體點(diǎn)火所需要的微波輸出，因此能夠在開始微波引入之后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生等離子體。
在這種情況下，最好是在形成微波半同軸圓筒共振系統(tǒng)的等離子體處理裝置中，設(shè)置使所述微波密封構(gòu)件與支持基體的部分相對(duì)移動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(unit)，利用該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使微波密封構(gòu)件與支持基體的部分相對(duì)移動(dòng)，調(diào)整微波密封構(gòu)件與支持基體的部分的端面之間的等離子體點(diǎn)火用的間隙。
這樣，在本發(fā)明中，通過使微波密封構(gòu)件與支持基體的部分相對(duì)移動(dòng)，通過在任意時(shí)刻調(diào)整等離子體點(diǎn)火用的間隙的有無，能夠調(diào)整等離子體發(fā)光的開始時(shí)刻。
又，本發(fā)明的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件，是化學(xué)等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，采用在長(zhǎng)度方向上具有網(wǎng)孔的分布的多孔質(zhì)管結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，以多孔質(zhì)管在長(zhǎng)度方向上形成具有一定網(wǎng)孔的基準(zhǔn)區(qū)域和具有比基準(zhǔn)區(qū)域小的網(wǎng)孔的吹出量調(diào)整區(qū)域?yàn)榧选?br> 又，可以采用吹出量調(diào)整區(qū)域形成于前端部分的結(jié)構(gòu)。
這樣，在本發(fā)明中，進(jìn)行化學(xué)等離子體處理時(shí)，作為對(duì)配置有應(yīng)該處理的基體的規(guī)定的處理區(qū)域提供反應(yīng)性氣體用的氣體供給構(gòu)件(氣體供給管)，采用在長(zhǎng)度方向上具有網(wǎng)孔分布的多孔質(zhì)管。也就是使多孔質(zhì)管的孔的網(wǎng)孔在管的長(zhǎng)度方向上分布，例如在具有規(guī)定網(wǎng)孔的基準(zhǔn)區(qū)域外還形成具有比基準(zhǔn)區(qū)域網(wǎng)孔小的網(wǎng)孔(或比其大的網(wǎng)孔)的氣體噴吹量調(diào)整區(qū)域，這樣可以相應(yīng)于所使用的等離子體處理裝置，將把氣體噴吹量調(diào)整區(qū)域形成于適當(dāng)位置上的多孔質(zhì)管作為氣體供給構(gòu)件使用，進(jìn)行化學(xué)等離子體處理。
例如在將微波引入等離子體處理裝置的等離子體處理室內(nèi)，并且利用配置于等離子體處理室內(nèi)的氣體供給管提供原料氣體進(jìn)行化學(xué)等離子體處理的情況下，等離子體處理裝置分別具有固有的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，在電場(chǎng)強(qiáng)度高的部分形成厚膜，在電場(chǎng)強(qiáng)度低的部分形成的膜厚度薄。
這樣，在本發(fā)明中，通過將多孔質(zhì)管(氣體供給管)插入等離子體處理室內(nèi)，使該氣體噴吹量調(diào)整區(qū)域位于電場(chǎng)強(qiáng)度大的部分或小的部分，以此抑制上述厚度不均勻情況的發(fā)生，能夠形成均勻厚度的處理膜。
還有，多孔質(zhì)管除了可以利用任意的多孔質(zhì)材料形成外，也可以在非多孔質(zhì)金屬管上形成具有規(guī)定分布的孔，以此作為本發(fā)明的多孔質(zhì)管。
本發(fā)明的等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，是由插入保持在引入微波的等離子體處理室內(nèi)容器的內(nèi)部，提供在容器內(nèi)表面上形成等離子體CVD膜用的反應(yīng)性氣體用的氣體供給管構(gòu)成，氣體供給管區(qū)分為電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域和相對(duì)于該電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域位于前端側(cè)的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域，在電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域，在構(gòu)成等離子體處理室的密封壁上，至少形成導(dǎo)通而且從安裝根部起在軸方向上延伸到與前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的邊界上的金屬制部分，同時(shí)前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域由非金屬材料構(gòu)成。
在這種情況下，可以是氣體供給管由多孔質(zhì)金屬管與接合于其前端的非金屬制管狀前端部構(gòu)成，多孔質(zhì)金屬管形成電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域，非金屬制管狀前端部形成前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域。
又可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，即整個(gè)氣體供給管是非金屬制多孔質(zhì)管，在該非金屬制多孔質(zhì)管內(nèi)部，導(dǎo)通而且從安裝根部起在軸方向上延伸的金屬棒延伸于構(gòu)成所述等離子體處理室的密封壁上，利用該金屬棒，該氣體供給管區(qū)分為電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域和前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域。
這樣，在本發(fā)明中，利用微波進(jìn)行化學(xué)等離子體處理時(shí)，作為將反應(yīng)性氣體(等離子體處理用氣體)提供給保持于等離子體處理室內(nèi)的容器內(nèi)用的氣體供給構(gòu)件，使用區(qū)分為電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域和位于電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域前端側(cè)的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域的氣體供給管。采用這樣的氣體供給管，在電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域中，在其整個(gè)軸方向上，至少形成導(dǎo)通構(gòu)成等離子體處理室的密封壁的金屬制造的部分。該金屬制造的部分，形成從氣體供給管的安裝根部起延伸到與前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的邊界上為止的結(jié)構(gòu)，最簡(jiǎn)單的形態(tài)是，該區(qū)域的氣體供給管由金屬制造的多孔質(zhì)管構(gòu)成。形成這樣的金屬制造的部分的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域，將其長(zhǎng)度設(shè)定為相對(duì)于等離子體處理中使用的微波的半波長(zhǎng)(λ/2)保持一定的關(guān)系，這樣能夠使等離子體處理區(qū)域(容器內(nèi)部)成為優(yōu)異的諧振系統(tǒng)，能夠提高等離子體處理區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)使應(yīng)處理的容器的軸方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化。從而，通過形成這樣的區(qū)域，能夠高效率地、均勻地使從氣體供給管向容器內(nèi)部提供的反應(yīng)性氣體(等離子體處理用的氣體)等離子體化，有利于形成均勻厚度的薄膜。
電場(chǎng)強(qiáng)度分布區(qū)域由于其長(zhǎng)度設(shè)定為相對(duì)于微波的半波長(zhǎng)(λ/2)滿足一定的關(guān)系，因而帶來上述好處。從而，在氣體供給管只由上述電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域構(gòu)成的情況下，其長(zhǎng)度不能夠任意調(diào)整，因此，前端部分的位置不管怎樣總是與容器的底部保持距離，對(duì)容器底部供氣變得不充分，難以形成足夠厚度的蒸鍍膜(CVD膜)。因此，本發(fā)明在該電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域的前端側(cè)形成管壁由非金屬材料構(gòu)成的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域，這樣就不會(huì)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度分布產(chǎn)生影響，能夠?qū)θ萜鞯牡撞刻峁┳銐驍?shù)量的氣體，其結(jié)果是，能夠在包括底部在內(nèi)的容器內(nèi)表面形成厚度均勻的CVD膜。
又，通過使用這樣的本發(fā)明的氣體供給構(gòu)件，不用說主體部的剖面形狀為圓形的軸對(duì)稱形狀的容器，即使是主體部的剖面形狀為矩形的非軸對(duì)稱形狀的容器，也能夠形成厚度均勻的CVD膜，其效果顯著。
通常氣體供給構(gòu)件(氣體供給管)沿著容器的軸心插入，但是在主體部的剖面形狀為非軸對(duì)稱的容器的情況下，容器主體部的內(nèi)壁表面與氣體供給構(gòu)件之間的間隔不一樣，因此存在著形成的CVD膜的厚度因其在主體部?jī)?nèi)壁表面上的圓周方向上的位置的不同而有不均勻的問題。這是因?yàn)樵谥黧w部?jī)?nèi)表面上存在與氣體供給管距離小的部分和該距離大的部分，存在該距離小的部分形成厚度大的CVD膜，距離大的部分有形成厚度小的CVD膜的傾向。因此，在本發(fā)明中，通過使用在電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域的前端形成規(guī)定的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的氣體供給管，也能夠有效抑制在這樣的非軸對(duì)稱容器的圓周方向上的厚度不均勻情況的發(fā)生。
在本發(fā)明中，非軸對(duì)稱容器的圓周方向上厚度不均勻的情況能夠得到抑制是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的，本發(fā)明人推斷其理由如下，即，以往氣體供給構(gòu)件的前端位置為了電場(chǎng)強(qiáng)度穩(wěn)定化，受到微波的半波長(zhǎng)的函數(shù)的限制，與容器的底部之間存在大的間隔。在本發(fā)明中可以認(rèn)為，規(guī)定的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域形成于氣體供給構(gòu)件(氣體供給管)的前端部分，因此氣體供給管與容器底部之間的間隔縮短了這一部分的大小。因此吹向容器底部的面上的反應(yīng)性氣體在圓周方向上環(huán)繞，環(huán)繞的氣體特別流入氣體供給管與主體部壁面之間的間隔大的部分，其結(jié)果是，能夠有效抑制非軸對(duì)稱容器的圓周方向上的厚度不均。
這樣，采用本發(fā)明的氣體供給構(gòu)件，利用借助于微波的等離子體CVD法，能夠在容器底部也形成足夠厚的蒸鍍膜，對(duì)于主體部的平面形狀為軸對(duì)稱或非軸對(duì)稱的任意的容器都能夠在其整個(gè)內(nèi)表面形成厚度均勻的蒸鍍膜。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的大概配置圖。
圖2是本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的等離子體處理室的大概剖面圖。
圖3是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的等離子體處理室的大概剖面圖。
圖4是本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的瓶子固定構(gòu)件的部分放大剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的點(diǎn)火用的間隙的大小G與從微波的引入到等離子體發(fā)光的時(shí)間的關(guān)系、以及該間隙的大小G與等離子體發(fā)光中沒有被等離子體有效利用、從等離子體處理室返回的微波(反射波)的強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的，根據(jù)點(diǎn)火用的間隙的有無來設(shè)定微波的輸出用的控制電壓E與從微波的引入到等離子體發(fā)光為止的時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
圖7是使用本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的等離子體處理方法的微波輸出與點(diǎn)火用的間隙的控制例的說明圖。
圖8是使用本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的等離子體處理方法的微波輸出與點(diǎn)火用的間隙的其他控制例的說明圖。
圖9是表示本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的代表例的剖面?zhèn)让鎴D。
圖10是表示本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的其他合適例的剖面?zhèn)让鎴D。
圖11是使用本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件將原料氣體提供給瓶子內(nèi)部的情況下的，微波輝光放電形成的等離子體處理膜的厚度與距離瓶子底部的高度的關(guān)系的曲線圖。
圖12是本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的代表性例子的剖面?zhèn)让鎴D。
圖13是本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的其他合適例的剖面?zhèn)让鎴D。
圖14是使用本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的容器主體部的剖面?zhèn)让鎴D。
圖15是使用本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果-1(瓶子高度方向上的膜厚分布)的曲線圖。
圖16是使用本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果-2(瓶子圓周方向上的膜厚差)的曲線圖。
具體實(shí)施形態(tài)以下對(duì)本發(fā)明的微波等離子體處理裝置和等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的理想的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。還有，本發(fā)明不限于這些實(shí)施形態(tài)。
第1實(shí)施形態(tài)首先參照?qǐng)D1和圖2對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置進(jìn)行說明。
本實(shí)施形態(tài)是本發(fā)明的微波等離子體處理裝置使用于瓶子的內(nèi)表面處理的一實(shí)施形態(tài)。該實(shí)施形態(tài)中的瓶子是例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等聚酯(polyester)形成的雙軸延伸吹制成型瓶。
圖1是本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的概略配置圖。
在等離子體處理室1中通過排氣管3連接處理室1內(nèi)的抽氣保持減壓狀態(tài)用的真空泵2。又，微波振蕩器4通過作為微波引入構(gòu)件的波導(dǎo)管5連接。
微波振蕩器4只要是能夠發(fā)生對(duì)處理用的氣體起作用使其發(fā)生輝光放電的微波的振蕩器就沒有特別的限制，可以使用通常市售的振蕩器。
波導(dǎo)管5是高效率地將微波振蕩器4發(fā)生的微波傳送到處理室1的微波引入構(gòu)件，可以使用適合于所使用的微波波長(zhǎng)的波導(dǎo)管，又可以使用同軸電纜代替波導(dǎo)管作為微波引入構(gòu)件。
還有，為了把來自處理室的微波反射量調(diào)節(jié)到最少，也可以設(shè)置3個(gè)調(diào)諧器6。但是調(diào)諧器6只是能夠強(qiáng)制將反射量抑制于最小，不能夠使等離子體處理室1內(nèi)成為優(yōu)異的諧振系統(tǒng)。也就是說，只有利用以下所述的本發(fā)明的等離子體處理裝置，才能夠使等離子體處理室1內(nèi)成為優(yōu)異的諧振系統(tǒng)，在這種情況下，即使不使用調(diào)諧器等調(diào)節(jié)構(gòu)件，也能夠進(jìn)行高效率的處理。
圖2是本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的等離子體處理室的大概剖面圖。
等離子體處理室1由載置于基臺(tái)10上的中空腔室11，位于腔室11的上部、可裝卸的頂蓋12，以及作為處理對(duì)象的瓶子13固定用的瓶子固定構(gòu)件14構(gòu)成。腔室11的側(cè)面上連接著將微波振蕩器4發(fā)生的微波傳送到等離子體處理室1用的波導(dǎo)管5。
等離子體處理室1形成所謂的微波半同軸圓筒諧振系統(tǒng)，也就是利用圓筒形的腔室11形成等離子體處理室1，同時(shí)在該軸上以其端部沒有達(dá)到頂蓋12的狀態(tài)設(shè)置導(dǎo)電性的處理用氣體供給構(gòu)件15的結(jié)構(gòu)。
瓶子13由瓶子固定構(gòu)件14夾住口部131，固定于腔室11的軸上。在瓶子13的內(nèi)部插入處理用氣體供給構(gòu)件15。在該狀態(tài)下利用真空泵2將瓶子13的內(nèi)部和外部抽成真空，由插入到瓶子13的中心部的處理用氣體供給構(gòu)件15提供處理用的氣體，從處理室1的側(cè)面提供微波。
瓶子固定構(gòu)件14位于腔室11的下側(cè)，具有夾住瓶子的口部131的瓶子夾持部141，用于使瓶子13內(nèi)部減壓的排氣口142，以及位于瓶子夾持部141的正下方、為覆蓋排氣口142而設(shè)置的微波密封構(gòu)件143。
又，瓶子固定構(gòu)件14連接于可升降的棒(未圖示)上。這樣能夠在瓶子13在瓶子固定構(gòu)件14上裝卸時(shí)打開頂蓋12，使棒上升，將瓶子13(固定構(gòu)件14)移動(dòng)到腔室11外側(cè)。
處理用氣體供給構(gòu)件15與腔室11同軸，貫通瓶子固定構(gòu)件14，插入并且處于瓶子13的內(nèi)部。
處理用氣體供給構(gòu)件15通過處理用氣體供給路152連接于處理氣體供給裝置(未圖示)，以便能夠以規(guī)定的速度供給氣體。
形成處理用氣體供給構(gòu)件15的材料可以使用SUS、Al、Ti等金屬。例如在將化學(xué)蒸鍍膜形成于瓶子13的內(nèi)表面的情況下，如果使用多孔質(zhì)金屬，則能夠得到均勻性良好、柔軟性和可撓性也得到提高的薄膜層，而且生產(chǎn)效率也能夠提高，因此是理想的。
在處理用氣體供給構(gòu)件15上形成一個(gè)或多個(gè)放出氣體用的孔，該孔的位置、大小、數(shù)目可以任意設(shè)定。
在處理用氣體供給構(gòu)件15的表面上最好是形成與利用等離子體處理在瓶子13內(nèi)表面上形成的膜相同種類的膜。
在腔室11與瓶子固定構(gòu)件14之間，為了使處理室1的內(nèi)部減壓，設(shè)置間隙16，并通過基臺(tái)10連接于排氣管3。同樣，為了使瓶子13內(nèi)部減壓，瓶子固定構(gòu)件14上設(shè)置的排氣口142也連接于排氣管3。
微波密封構(gòu)件143是為了防止微波從排氣口142向處理室1的外部泄漏而設(shè)置的，是具有將引入處理室1內(nèi)的微波關(guān)閉在室內(nèi)的作用的構(gòu)件。該微波密封構(gòu)件143可以使用能夠透過氣體，不妨礙瓶子13內(nèi)部的減壓工序，而且能夠阻擋微波的構(gòu)件，例如可以使用SUS、Al、Ti等形成的金屬網(wǎng)等。
而且，在本實(shí)施形態(tài)中，最好是使從瓶子固定構(gòu)件14的上表面144到微波密封構(gòu)件143的距離D為0mm～55mm，特別是采用20mm～50mm更加理想。距離D如果大于55mm，則等離子體處理室不能夠形成諧振系統(tǒng)，因此等離子體處理室內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，等離子體難于發(fā)生。
特別是日本特表2001-518685號(hào)公報(bào)所述的已有的微波處理裝置中，即使是向處理室1內(nèi)引入微波，也由于其一部分從與排氣口等連接的連結(jié)部泄露到室外，微波不能夠完全封閉住，處理室1作為諧振系統(tǒng)是不完全的。因此，引入的微波在處理室1內(nèi)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度分布是不穩(wěn)定的，其結(jié)果是，等離子體的發(fā)生不穩(wěn)定而且不均勻，能量的利用效率差。
在本實(shí)施形態(tài)中，將微波密封構(gòu)件143設(shè)置于規(guī)定的位置上，這樣能夠防止引入處理室1內(nèi)的微波向室外的泄露，能夠提高引入的微波的能量利用效率。
也就是說，以微波密封構(gòu)件143為基準(zhǔn)，確定從該處到各構(gòu)成部件的距離，以此容易將處理室1內(nèi)最佳化。
首先，在本實(shí)施形態(tài)中，從微波密封構(gòu)件143到氣體供給構(gòu)件前端部151的距離L設(shè)定為滿足以下所述的關(guān)系式，即A.0≤D＜20的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-3+αB.在20≤D≤35的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-(-0.060D2+4.2D-57)+αC.在35＜D≤55的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-(-0.030D2+2.1D-21)+α其中，n為整數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，α為考慮基體對(duì)于電場(chǎng)的影響等的變動(dòng)幅度，為±10mm。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，微波密封構(gòu)件143與微波引入構(gòu)件的連接位置的距離H最好是滿足以下所述的關(guān)系式，即H＝L-(n2λ/2+λ/8-3)+β(mm)其中n2為滿足n2≤n1-1的整數(shù)，λ為微波的波長(zhǎng)，β為基體的尺寸等因素引起的變動(dòng)幅度，為±10mm，L為微波密封構(gòu)件與處理用氣體供給構(gòu)件前端部之間的距離，滿足以下所述的關(guān)系式，即
A.0≤D＜20的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-3+αB.在20≤D≤35的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-(-0.060D2+4.2D-57)+αC.在35＜D≤55的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-(-0.030D2+2.1D-21)+α其中，n1為1或1以上的整數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，α為考慮基體對(duì)于電場(chǎng)的影響等的變動(dòng)幅度，為±10mm。
上述各式是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和利用計(jì)算機(jī)程序分析的結(jié)果得到的式子。
利用該式得到的H表示通過引入微波在處理用氣體供給構(gòu)件15上形成的電場(chǎng)強(qiáng)度分布17的波節(jié)171的部分、即電場(chǎng)密度低的部分(參照?qǐng)D2)。在與該部分相同的高度上連接波導(dǎo)管5，能夠使在處理室1內(nèi)不消耗而逆行通過波導(dǎo)管5的反射波減少到最少。也就是說，能夠高效率地將引入的微波使用于處理用的氣體等離子體化。
另外，通過使距離L滿足上述關(guān)系式，能夠在總體上提高利用引入的微波在處理室1內(nèi)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度，而且能夠使電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化。因此能夠使引入的微波的能量高效率地使用于等離子體的發(fā)生，而且由于等離子體的狀態(tài)穩(wěn)定而且均勻，因此能夠均勻地對(duì)瓶子的內(nèi)部表面進(jìn)行處理。
例如在使用頻率為2.45GHz的微波的情況下，該微波的波長(zhǎng)約為120mm。從瓶子固定構(gòu)件14的上表面144到微波密封構(gòu)件143的距離D采用30mm的情況下，滿足上述式子，能夠得到穩(wěn)定的等離子體發(fā)光的距離L的值為60±10mm、120±10mm、180±10mm等。而且，從這些L的值中選擇符合作為處理對(duì)象的瓶子13的形狀、大小等、在盡可能接近瓶子底部132的位置上配置處理用氣體供給構(gòu)件的前端部151的長(zhǎng)度，這樣能夠在瓶子13的全部表面上形成厚度均勻的蒸鍍膜，因此是理想的。
又，這時(shí)的微波密封構(gòu)件143與微波引入構(gòu)件(波導(dǎo)管5)的連接位置的距離H為48mm、108mm、168mm等。從這些H和L的值中選擇符合作為處理對(duì)象的瓶子13的形狀、大小等、在盡可能接近瓶子底部132的位置上配置處理用氣體供給構(gòu)件的前端部151的長(zhǎng)度，這樣能夠在瓶子13的全部表面上形成厚度均勻的蒸鍍膜，因此是理想的。
例如對(duì)于通常的容量500mm的瓶子容器的處理，距離(L)最好為170～190mm，對(duì)于容量350mm的瓶子容器的處理，最好是采用110～130mm。
還有，在本實(shí)施形態(tài)中，波導(dǎo)管5的連接采用一處連接，但是，也可以在滿足上式的H的位置上連接多個(gè)。
又，從瓶子底部132到頂蓋下表面121的距離S最好為5mm～150mm。通過選擇這一范圍，可以提高腔室11與微波的匹配性，因此能夠使處理室1內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布更加穩(wěn)定化。特別是30mm～100mm更加理想。
而且，處理室1的內(nèi)徑φ最好是40mm～150mm。通過使處理室1的內(nèi)徑為這一范圍內(nèi)的數(shù)值，發(fā)揮了使電場(chǎng)向處理室1的中心集中的效果，因此更加有效。特別是65mm～120mm更加理想。
下面對(duì)使用如上所述的本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的瓶子的處理方法進(jìn)行具體說明。
首先，將瓶子13固定在瓶子固定構(gòu)件14上。這時(shí)，頂蓋12從腔室11偏移開，瓶子固定構(gòu)件14利用棒(未圖示)在腔室11內(nèi)上升，位于腔室11的上部。
在這一狀態(tài)下使瓶子13的口部夾持于瓶子夾持部141，使棒下降將瓶子固定構(gòu)件14配置于規(guī)定的位置上。其后，關(guān)閉頂蓋12，封閉腔室11內(nèi)部形成圖2所示的狀態(tài)。
接著，驅(qū)動(dòng)真空泵2，使瓶子13內(nèi)部處于減壓狀態(tài)。這時(shí)，為了防止瓶子13因外壓的作用而變形，所以也可以利用真空泵2使瓶子外部的等離子體處理室1處于減壓狀態(tài)。
瓶子13內(nèi)的減壓程度只要達(dá)到引入處理用氣體、導(dǎo)入微波時(shí)能夠發(fā)生輝光放電的程度即可。具體地說，最好是減壓到1～500Pa、特別是5～200Pa的范圍，這樣能夠謀求等離子體處理高效率化，因此是理想的。
另一方面，瓶子13外部的等離子體處理室1內(nèi)的減壓采用的是即使是微波引入也不發(fā)生輝光放電的程度，例如1000～10000Pa。
在達(dá)到該減壓狀態(tài)之后，利用處理用氣體供給構(gòu)件15向瓶子13內(nèi)部提供處理用的氣體。
處理用氣體的供給量因作為處理對(duì)象的瓶子13的表面積和處理用氣體的種類而不同。例如每一個(gè)容器，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下最好是以1～500cc/min、特別是2～200cc/min的流量提供。
在利用多種處理用氣體的反應(yīng)形成薄膜的情況下，可以過量供應(yīng)一種處理用氣體。例如在形成硅氧化物膜的情況下，與作為硅來源的氣體相比，最好是過量供應(yīng)氧氣，而在形成氮化物的情況下，與作為金屬來源的氣體相比，可以過量供應(yīng)氮?dú)饣虬睔狻?br> 接著通過波導(dǎo)管5向等離子體處理室1內(nèi)引入微波。作為微波，只要是能夠?qū)μ幚碛脷怏w起作用，使其發(fā)生輝光放電即可沒有特別限制，最好是采用工業(yè)上允許使用的頻率、即2.45GHz、5.8GHz、22.125GHz的微波。
微波的輸出因瓶子13的表面積、處理用氣體的種類而不同，例如每一個(gè)瓶子最好是引入50～1500W、特別是100～1000W的功率。
引入處理室1的微波使處理用的氣體處于高能量狀態(tài)，形成等離子體狀態(tài)。等離子體化的處理用氣體對(duì)瓶子13的內(nèi)表面起作用，通過堆積形成覆蓋膜。
這時(shí)的處理時(shí)間因瓶子13的表面積、形成的薄膜的厚度、以及處理用氣體的種類等而不同，因此不能夠一概而定，但是為了謀求等離子體處理的穩(wěn)定化，例如每一個(gè)瓶子需要1秒鐘以上的時(shí)間。從成本的角度出發(fā)，最好是時(shí)間短一些。
在進(jìn)行等離子體處理之后，停止處理用氣體的供給和微波的引入，同時(shí)通過排氣管3慢慢引入空氣，使瓶子13內(nèi)外恢復(fù)常壓。然后移開頂蓋12，使瓶子固定構(gòu)件14上升，將等離子體處理過的瓶子取出到等離子體處理室1外。
在本實(shí)施形態(tài)中，作為能夠處理的瓶子，可以舉出有以塑料為原料的瓶子。
作為塑料，可以舉出有公知的熱可塑性樹脂，例如低密度的聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯或聚4甲基-1戊烯等聚烯烴(polyolefine)；乙烯、丙烯、1-丁烯或4甲基-1戊烯等的□-聚烯烴(polyolefine)構(gòu)成的隨機(jī)共聚體或嵌段共聚體等；乙烯醋酸乙烯共聚體、乙烯·乙烯醇共聚體或乙烯·氯乙烯共聚體等乙烯·乙烯基化合物共聚體；聚苯乙烯、丙烯腈苯乙烯共聚合體、ABS或□-甲基苯乙烯·苯乙烯共聚體等苯乙烯系樹脂；聚氯乙烯、聚氯乙烯叉、氯乙烯·氯乙烯叉共聚體、聚丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸甲酯等聚乙烯化合物；尼龍6、尼龍6-6、尼龍6-10、尼龍11、或尼龍12等聚酰胺；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、聚對(duì)苯二甲酸乙丁酯(polybutylene terephthalate)或聚萘二甲酸乙二酯(PEN)等熱可塑性聚酯；聚碳酸酯、聚二苯醚、聚乳酸等。這些樹脂可以單獨(dú)使用，也可以兩種或兩種以上混合使用或形成多層使用。還可以作為中間層配合氧吸收材料和各種水分、氧氣的阻擋材料形成多層塑料容器。
又可以使用于塑料以外的各種玻璃、陶器或瓷器；氧化鋁、二氧化硅、氧化鈦、或氧化鋯等氧化物系陶瓷；氮化鋁、氮化硼、氮化鈦、氮化硅、氮化硅、或氮化鋯等氮化物陶瓷；碳化硅、碳化硼、碳化鎢、或碳化鈦等碳化物陶瓷；硼化硅、硼化鈦、或硼化鋯等硼化物系陶瓷；金紅石、鈦酸鎂、鈦酸鋅、或金紅石-氧化鑭等高介電常數(shù)陶瓷；鈦酸鉛等壓電陶瓷；各種鐵氧體等。
還有，本發(fā)明不限于上述實(shí)施形態(tài)，瓶子以外的杯子等一般的容器、具有管子等形狀的基體的處理中也能夠使用。
處理用氣體可以對(duì)應(yīng)于等離子體處理的目的使用各種氣體。
例如對(duì)于提高塑料容器的阻擋氣體的性能等目的，使含有構(gòu)成薄膜的原子、分子或離子的化合物形成氣相狀態(tài)，與適當(dāng)?shù)妮d體氣體一起使用。作為薄膜原料的化合物必須使用揮發(fā)性能好的材料。
作為具體的例子，形成碳膜或碳化物膜時(shí)可以使用甲烷、乙烷、乙烯或乙炔等碳?xì)浠衔铩?br> 硅膜的形成可以使用四氯化硅、硅烷、有機(jī)硅烷化合物、或有機(jī)硅氧烷化合物等。
氧化物膜的形成使用氧氣，氮化物膜的形成使用氮?dú)饣虬睔狻?br> 另外，對(duì)于塑料表面改性的目的，使用二氧化碳，在塑料的表面引入交聯(lián)結(jié)構(gòu)，或使用氟氣，能夠?qū)λ芰系谋砻尜x予與聚四氟乙烯相同的特性、例如不粘著性、低摩擦系數(shù)、耐熱性、耐藥性。
此外，也可以使用鈦、鋯、錫、鋁、釔、鉬、鎢、鎵、鉭、鈮、鐵、鎳、鉻或硼等的鹵化物(氯化物)或有機(jī)金屬化合物。
這些處理用氣體可以根據(jù)形成的薄膜的化學(xué)組成將兩種或兩種以上的材料適當(dāng)組合進(jìn)行使用。
另一方面，作為載體氣體使用氬氣、氖氣、氦氣、氙氣或氫氣等。
如上所述，采用本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置，將微波密封構(gòu)件設(shè)置于夾持固定構(gòu)件的基體的部分的規(guī)定位置上，以此為基準(zhǔn)，通過特別規(guī)定處理用氣體供給構(gòu)件的長(zhǎng)度，或通過特別規(guī)定微波引入構(gòu)件的連接位置，能夠能量利用效率更高、更均勻地使處理用氣體等離子體化，這樣就能夠在處理基體上形成均勻的薄膜。
實(shí)施例下面利用以下所述的實(shí)驗(yàn)例，說明本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的優(yōu)異效果。還有，本發(fā)明的微波等離子體處理裝置當(dāng)然不僅限于以下所述的例子。
·實(shí)驗(yàn)條件作為處理對(duì)象的基體材料采用口部標(biāo)稱直徑φ28mm的PET瓶子。
處理用氣體使用有機(jī)硅化物氣體和氧氣，氣體流量分別采用2sccm及20sccm。
等離子體處理時(shí)將瓶子內(nèi)部和外部的真空度分別調(diào)整為20Pa及7000Pa，提供微波時(shí)，只在瓶子內(nèi)部激起等離子體。
微波使用市售的微波電源(2.45GHz)產(chǎn)生振蕩，以500W的輸出提供給等離子體處理室內(nèi)。還有，等離子體處理時(shí)間定為從等離子體點(diǎn)火開始的10秒鐘內(nèi)。
實(shí)驗(yàn)例1在圖2所示的微波等離子體處理裝置中，使用內(nèi)徑φ90mm、內(nèi)部容量500ml的瓶子底部132與頂蓋下表面121之間的距離S為75mm的尺寸的腔室11、瓶子固定構(gòu)件14的上表面144到微波密封構(gòu)件143之間的距離D以及微波密封構(gòu)件143到氣體供給構(gòu)件前端部151的距離L為表1所示數(shù)值的瓶子固定構(gòu)件14以及處理用氣體供給構(gòu)件15，對(duì)內(nèi)容量為500ml(實(shí)驗(yàn)1-1～1-3)以及350ml(實(shí)驗(yàn)1-4)的PET瓶子進(jìn)行等離子體處理試驗(yàn)。
作為評(píng)價(jià)，對(duì)等離子體能否發(fā)光和被認(rèn)為不使用于等離子體處理而返回的微波的反射強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)查。
而且，為了就能夠進(jìn)行處理的條件判斷處理形成的被覆膜的性能，用摩根株式會(huì)社的透氧儀(OX-TRAN)研究了氧氣的阻擋性。其評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
表1

※對(duì)氧氣阻擋性(到達(dá)目標(biāo)值的程度)○滿足(實(shí)用范圍內(nèi))△稍有不足×完全不足在實(shí)驗(yàn)1-1中，D采用30mm，因此滿足下式L＝(nλ/2+λ/8)-(-0.060D2+4.2D-57)+α的L為60mm±α、120mm±α、180mm±α等。
D和L滿足該條件時(shí)，能夠確認(rèn)等離子體產(chǎn)生光，在瓶子上能夠形成薄膜。也就是說，在180mm±10mm的范圍內(nèi)，能夠確認(rèn)瓶子的等離子體處理能夠進(jìn)行。
在本實(shí)驗(yàn)例中，特別是在α為±5mm的區(qū)域中，能夠得到具有良好的阻擋性的瓶子容器。
利用實(shí)驗(yàn)1-2，可以確認(rèn)如果D變大，不管L值如何，都不發(fā)生等離子體發(fā)光。
利用實(shí)驗(yàn)1-3，可以確認(rèn)如果使D＝20～50mm、L＝175～185mm，則等離子處理可以進(jìn)行。特別是，D值在25～45mm范圍是良好的，該L的值適合于容量為500ml的瓶子。
又，利用實(shí)驗(yàn)1～4可以確認(rèn)即使采用使L的值適合于容量為350ml的瓶子的值、即110mm～130mm，也能夠進(jìn)行等離子體處理。特別是使D的值為115～125mm時(shí)，能夠得到穩(wěn)定且能量利用效率良好的等離子體發(fā)光，判斷為利用處理能夠得到性能優(yōu)異的瓶子。
實(shí)驗(yàn)例2在與實(shí)驗(yàn)例1相同的裝置中，采用尺寸D為表2所示的尺寸，使用容量為500ml的PET瓶子調(diào)查對(duì)各尺寸D的微波反射強(qiáng)度最小的尺寸L。
然后，根據(jù)這一結(jié)果用市售的表計(jì)算軟件求與尺寸D和L的良好組合。其結(jié)果示于表2。
表2

第2實(shí)施形態(tài)下面參照?qǐng)D3和圖4對(duì)本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置進(jìn)行說明。
圖3是本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的等離子體處理室的大概剖面圖。圖4是瓶子固定構(gòu)件的部分放大剖面圖。
如這些圖所示，本實(shí)施形態(tài)對(duì)上述第1實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置，在微波密封構(gòu)件143與瓶子夾持部的端面141-1之間設(shè)置任意的等離子體點(diǎn)火用的間隙146，而且形成能夠調(diào)整該間隙的大小的結(jié)構(gòu)。
從而，這以外的結(jié)構(gòu)以及作用效果與第1實(shí)施形態(tài)所示的微波等離子體處理裝置相同。
也就是在本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置中，密封構(gòu)件固定框145從軸方向插入瓶子固定構(gòu)件14的下部，能夠在長(zhǎng)度方向上在瓶子固定構(gòu)件14的內(nèi)部獨(dú)立移動(dòng)。該密封構(gòu)件固定框145的移動(dòng)利用未圖示的汽缸等進(jìn)行。通過這樣使密封構(gòu)件固定框145移動(dòng)，在微波密封構(gòu)件143與瓶子夾持部的端面141-1之間設(shè)置任意的等離子體點(diǎn)火用的間隙146，并且對(duì)該間隙的大小進(jìn)行調(diào)整。
還有，在本實(shí)施形態(tài)中通過使密封構(gòu)件固定框145移動(dòng)，對(duì)等離子體點(diǎn)火用的間隙146進(jìn)行調(diào)整，但是并不限于此，也可以使瓶子固定構(gòu)件14移動(dòng)，還可以使密封構(gòu)件固定框145與瓶子固定構(gòu)件14兩者都移動(dòng)，對(duì)等離子體點(diǎn)火用的間隙146進(jìn)行調(diào)整。
下面對(duì)本實(shí)施形態(tài)的等離子體點(diǎn)火用的間隙146的效果進(jìn)行說明。
圖5是表示本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的點(diǎn)火用的間隙146的大小G與從微波的引入到等離子體發(fā)光的時(shí)間的關(guān)系、以及該間隙146的大小G與等離子體發(fā)光中沒有被等離子體有效利用而從等離子體處理室1返回的微波(反射波)的強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖。
在微波密封構(gòu)件143與瓶子夾持部141的端面141-1之間，在沒有設(shè)置點(diǎn)火用的間隙146的狀態(tài)下(0mm)，反射波小，是等離子體的能量利用效率優(yōu)異的條件，但是，從開始引入微波到等離子體發(fā)光為止平均需要約9秒鐘，同時(shí)每一次所需的時(shí)間也參差不齊。而在設(shè)置點(diǎn)火用的間隙146的情況下，從開始引入微波到等離子體發(fā)光為止平均需要約1秒鐘，時(shí)間大幅度縮短，同時(shí)每一次所需的時(shí)間也幾乎不再參差不齊。
圖6是表示本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的，根據(jù)點(diǎn)火用的間隙146的有無設(shè)定微波的輸出(W)用的控制電壓E(V)與從微波的引入到等離子體發(fā)光為止的時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
在微波密封構(gòu)件143與瓶子夾持部141的端面141-1之間沒有設(shè)置點(diǎn)火用的間隙146的情況下，為了產(chǎn)生等離子體發(fā)光，微波的輸出控制電壓必須在0.4V以上，而在設(shè)置點(diǎn)火用間隙146的情況下，即使是0.15V等離子體發(fā)光也能夠開始。
還有，圖5、圖6所示的測(cè)定值，是在如圖3(以及圖1)所示的微波等離子體處理裝置中，使腔室直徑為φ90mm，處理用氣體供給構(gòu)件的長(zhǎng)度為180mm，瓶子內(nèi)的真空度為20Pa，作為處理用氣體供給氧氣和六甲基二硅醚(HMDSO)的混合氣體時(shí)的測(cè)定結(jié)果。
又，在圖5所示的到等離子體發(fā)光為止的時(shí)間的測(cè)定中，微波的輸出控制電壓采用0.35V，反射波的測(cè)定中采用1.6V。
這樣，一旦設(shè)置點(diǎn)火用間隙146的話，能夠大幅度減小等離子體點(diǎn)火所需要的微波的輸出，又，能夠大幅度縮短從微波的引入到等離子體發(fā)光為止的時(shí)間。
通過設(shè)置點(diǎn)火用間隙146，能夠降低發(fā)光下限輸出，其理由尚未弄清楚，但是，可以推測(cè)是因?yàn)橐氲入x子體處理室1的微波集中于點(diǎn)火用間隙146，因此該部分的電場(chǎng)強(qiáng)度局部提高，該強(qiáng)電場(chǎng)作用于處理用氣體，使氣體等離子體化。
在本實(shí)施形態(tài)中，在微波密封構(gòu)件143與瓶子夾持部141的端面141-1之間設(shè)置的點(diǎn)火用的間隙146最好是0.05mm～10mm。如果小于0.05mm，則有時(shí)不能夠利用機(jī)械尺寸精度確保可靠的點(diǎn)火用間隙146，不能夠縮短從微波引入到等離子體開始發(fā)光為止的時(shí)間(誘導(dǎo)時(shí)間)。如果大于10mm，則微波不容易集中在點(diǎn)火用間隙146上，有時(shí)候微波有可能向處理室1的外部泄漏。特別理想的是0.2mm～5mm。
下面對(duì)使用如上所述的本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的瓶子的處理方法進(jìn)行說明。
首先，對(duì)瓶子13在瓶子固定構(gòu)件14上固定的處理、瓶子13和等離子體處理室1的減壓處理、對(duì)瓶子13內(nèi)提供處理用氣體的供給處理，分別以同樣的條件進(jìn)行與上述第1實(shí)施形態(tài)的情況相同的處理。
接著，通過波導(dǎo)管5將微波引入等離子體處理室1內(nèi)。
圖7是本實(shí)施形態(tài)的等離子體處理方法的微波輸出與點(diǎn)火用的間隙的控制例的說明圖。
首先，在設(shè)置點(diǎn)火用間隙146的狀態(tài)下，開始引入微波(t1)。這時(shí)的微波的引入以低輸出(Mw1)進(jìn)行。
通常，微波開始引入后，不立即發(fā)生設(shè)定值的輸出，而是如圖7所示，緩慢上升達(dá)到設(shè)定的輸出。為了開始等離子體發(fā)光，需要引入一定輸出以上的微波(參照?qǐng)D6)。一旦微波被引入等離子體處理室1，經(jīng)過誘導(dǎo)時(shí)間以后，就發(fā)生等離子體發(fā)光(t2)。
在本實(shí)施形態(tài)中，在等離子體點(diǎn)火時(shí)設(shè)置點(diǎn)火用間隙146，因此能夠降低等離子體點(diǎn)火所必需的微波的輸出，同時(shí)能夠使誘導(dǎo)時(shí)間穩(wěn)定，且使需要的時(shí)間為最低限度的需要時(shí)間(參照?qǐng)D6)。
這可以推測(cè)是因?yàn)橐氲奈⒉杏谖⒉芊鈽?gòu)件143與瓶子夾持部端面141-1之間的點(diǎn)火用間隙146的周邊，所以該部分的能量密度變高，高效率地使處理用氣體為高能狀態(tài)，使等離子體狀態(tài)形成。
等離子體發(fā)光后，最好是使密封構(gòu)件固定框145在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，形成微波密封構(gòu)件143與瓶子夾持部的端面141-1之間沒有點(diǎn)火用的間隙146的狀態(tài)。在不存在點(diǎn)火用間隙146的狀態(tài)下，反射波最少(參照?qǐng)D5)，因此微波的使用效率高，微波處理室1內(nèi)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度分布也實(shí)現(xiàn)最佳化。因此，在瓶子13內(nèi)表面上形成的薄膜均勻化。
還有，微波的輸出在等離子體點(diǎn)火后規(guī)定的時(shí)間(保持時(shí)間)中，維持低輸出狀態(tài)(Mw1)。通過進(jìn)行低輸出狀態(tài)的等離子體處理，能夠在瓶子13上形成大量包含有機(jī)成分的層。
例如，在處理用氣體采用有機(jī)硅化合物的情況下，可以考慮通過下述反應(yīng)路徑形成硅氧化膜。
(a)氫的分離(b)氧化(c)縮合(凝聚)以往，為了產(chǎn)生等離子體發(fā)光必須引入比較高輸出的微波，因此從等離子體發(fā)光開始起，等離子體的狀態(tài)就為高輸出狀態(tài)。因此到上述反應(yīng)式(c)的階段為止的反應(yīng)一舉發(fā)生，在瓶子13的表面上直接形成可撓性差的硅氧化膜，因此瓶子13與硅氧化膜層之間的結(jié)合不夠緊密。
而在本實(shí)施形態(tài)中，能夠用低輸出的微波使等離子體點(diǎn)火，而且，其后也能夠以低輸出高能量效率地維持等離子體發(fā)光，因此在上述反應(yīng)式(a)的階段生成的SiCH2·原子團(tuán)相互起反應(yīng)，在瓶子13上形成有機(jī)硅化合物聚合體構(gòu)成的薄膜。
這種薄膜具有可撓性，作為其后的工程中形成的硅氧化膜與瓶子13的粘接劑能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的效果，因此能夠在瓶子13上形成粘接性能優(yōu)異的薄膜層。
在低輸出時(shí)微波的輸出(Mw1)因瓶子13的表面積、處理用氣體的種類而不同，例如最好是每一個(gè)瓶子引入30～100W。又，保持時(shí)間最好是0.1秒～5秒。
經(jīng)過保持時(shí)間后，引入高輸出的微波(Mw2)，利用高輸出狀態(tài)的等離子體進(jìn)行處理。這樣，在例如上面所述作為例子表示的有機(jī)硅化合物的情況下，形成通過上述反應(yīng)式(c)形成的硬質(zhì)且氣體阻擋性優(yōu)異的硅氧化膜。
高輸出時(shí)的微波的輸出(Mw2)也因瓶子13的表面積、處理用氣體的種類而不同，例如最好是每一個(gè)瓶子引入100W～1000W。
處理時(shí)間從謀求等離子體處理的穩(wěn)定性考慮的話，例如每一瓶子需要1秒鐘以上的時(shí)間，但是，從成本上考慮最好是短時(shí)間。
還有，引入的微波與上述第1實(shí)施形態(tài)的情況相同，只要能夠作用于處理用的氣體上產(chǎn)生輝光放電即可，沒有特別限制，但是最好是使用工業(yè)上允許使用的頻率，即2.45GHz、5.8GHz、22.125GHz。
在進(jìn)行等離子體處理之后，停止處理用氣體的供給和微波的引入，同時(shí)通過排氣管3慢慢引入空氣，使瓶子13內(nèi)外恢復(fù)常壓。其后，移開頂蓋12，使瓶子固定構(gòu)件14上升，將等離子體處理后的瓶子取出到等離子體處理室1外。
下面對(duì)具備點(diǎn)火用間隙146的本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置的其他控制例進(jìn)行說明。
在上述實(shí)施形態(tài)中，在將微波引入處理室1之前，預(yù)先設(shè)置點(diǎn)火用間隙146，以微波的引入作為起點(diǎn)(觸發(fā))進(jìn)行微波點(diǎn)火。但是，并不限于此，也可以例如如下所述對(duì)點(diǎn)火用間隙146進(jìn)行控制，以控制等離子體的點(diǎn)火時(shí)刻。
圖8是用于說明本實(shí)施形態(tài)的等離子體處理方法的微波輸出與點(diǎn)火用間隙的控制的其他控制例的說明圖。
在該實(shí)施形態(tài)中，到引入等離子體為止的工序除了沒有點(diǎn)火用間隙146外，其他與上述處理工序相同。
在該處理工序中，在開始將微波引入等離子體處理室1之前，點(diǎn)火用間隙146不存在，因此等離子體處理室1內(nèi)的等離子體發(fā)光能夠?qū)崿F(xiàn)的下限輸出(Mw4)變高。
在這種狀態(tài)下開始引入微波(t1)。使以低輸出引入的微波的輸出(Mw1)高于設(shè)置點(diǎn)火用間隙146時(shí)的發(fā)光下限輸出(Mw3)，低于不設(shè)置點(diǎn)火用間隙146時(shí)的發(fā)光下限輸出(Mw4)。這樣一來，即使微波被引入等離子體處理室1，也不發(fā)生等離子體點(diǎn)火，不能夠開始利用等離子體對(duì)瓶子13進(jìn)行的處理。
采用這樣的方法，使充分的氣體置換所需要的時(shí)間與微波發(fā)生器4的上升所需要的時(shí)間重疊，也能夠謀求縮短工序整體的時(shí)間。
接著，在微波的輸出達(dá)到設(shè)定值(Mw1)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定之后，通過使密封構(gòu)件固定框145向長(zhǎng)度方向下方移動(dòng)，以此形成有點(diǎn)火用間隙146的狀態(tài)。
借助于此，如圖8所示，使等離子體處理室1內(nèi)的等離子體發(fā)光下限輸出從Mw4降低到Mw3，即使是低輸出狀態(tài)的微波輸出(Mw1)也能夠使等離子體點(diǎn)火。因此，能夠以設(shè)置點(diǎn)火用間隙146的時(shí)刻作為起點(diǎn)(t2)進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火。
在形成有點(diǎn)火用間隙146的狀態(tài)后，經(jīng)過誘導(dǎo)時(shí)間以后開始等離子體發(fā)光(t3)。
采用這樣的方法，在微波輸出穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行等離子體的點(diǎn)火動(dòng)作，因此能夠使誘導(dǎo)時(shí)間為更穩(wěn)定的時(shí)間，而且是最短的時(shí)間。因此，在例如對(duì)多個(gè)瓶子進(jìn)行處理等情況下，能夠使各瓶子的等離子體處理時(shí)間更為穩(wěn)定，因此能夠使各瓶子的質(zhì)量更加均勻。
在等離子體發(fā)光開始后進(jìn)行與上述說明的處理工序相同的處理。
如上所述，采用本實(shí)施形態(tài)的微波等離子體處理裝置，通過在微波密封構(gòu)件與瓶子夾持部的端面之間設(shè)置等離子體點(diǎn)火用間隙，能夠縮短從向等離子體處理室引入微波到等離子體發(fā)光為止的時(shí)間，同時(shí)，通過控制等離子體點(diǎn)火用間隙的有無，能夠控制等離子體點(diǎn)火的開始時(shí)間。
下面參照?qǐng)D9～圖11對(duì)本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件進(jìn)行說明。
本實(shí)施形態(tài)是使用在長(zhǎng)度方向上具有網(wǎng)孔分布的多孔質(zhì)管構(gòu)成的氣體供給管作為本發(fā)明的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的一實(shí)施形態(tài)。
圖9表示本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的理想的代表例。該圖所示的氣體供給構(gòu)件20，是例如第1和第2實(shí)施形態(tài)那樣的等離子體處理裝置中使用的氣體供給構(gòu)件(參照?qǐng)D2和圖3所示的處理用氣體供給構(gòu)件15)，由中空的圓筒狀支持軸21和利用焊接等方法連接于該圓筒狀支持軸21的前端的、且前端部封閉的中空的多孔質(zhì)管狀部22構(gòu)成。而且，形成通過圓筒狀支持軸21的中空部向多孔質(zhì)管狀部22的內(nèi)部提供規(guī)定的氣體，從多孔質(zhì)的壁部向外部吹出氣體的結(jié)構(gòu)。
多孔質(zhì)管狀部22具備設(shè)有規(guī)定的網(wǎng)孔的基準(zhǔn)區(qū)域A和比基準(zhǔn)區(qū)域A網(wǎng)孔小的氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B。如圖9所示，氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B形成于氣體供給構(gòu)件的前端部分上，基準(zhǔn)區(qū)域A形成于該前端部分以外的區(qū)域。
而且，使該前端部分的氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B位于化學(xué)等離子體處理時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度大的部分上，以此調(diào)整在該部分上形成的等離子體處理膜的厚度，能夠在總體上形成厚度均勻的等離子體處理膜。
在這里，以將等離子體處理膜形成于塑料瓶子的內(nèi)表面的情況為例，基準(zhǔn)區(qū)域A的網(wǎng)孔只要采用公稱(標(biāo)準(zhǔn))過濾精度10～100μm，特別是10～40μm的范圍即可。也就是說，這是因?yàn)槿绻鶞?zhǔn)區(qū)域A的網(wǎng)孔比需要的大，則從多孔質(zhì)管狀部22總體上吹出的氣體吹出量變大，因此利用氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B對(duì)氣體吹出量進(jìn)行部分調(diào)整可能會(huì)有困難，而如果網(wǎng)眼小于需要，則設(shè)定與調(diào)整區(qū)域的網(wǎng)孔的平衡有困難，形成的被覆膜難于確保一定的厚度。還有，所謂公稱過濾精度，是指以多孔質(zhì)體作為過濾器使用的情況下所使用的特性值之一，例如所謂公稱過濾精度100μm意味著以該多孔質(zhì)體作為過濾器使用時(shí)，能夠捕獲上述粒徑的異物。
又，在氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B的網(wǎng)孔最好是具有上述基準(zhǔn)區(qū)域A的公稱過濾精度的10％～80％的大小，例如，5～30μm左右的公稱過濾精度。也就是說，有可能發(fā)生這樣的不利情況，即一旦該區(qū)域B的網(wǎng)孔接近基準(zhǔn)區(qū)域A的網(wǎng)孔，則設(shè)置氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B的意義變得淡薄，而如果比基準(zhǔn)區(qū)域A的網(wǎng)孔小得太多，則與調(diào)整區(qū)域B對(duì)應(yīng)的部分上的厚度變得過薄等。
又，上述氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B的長(zhǎng)度，因多孔質(zhì)管狀部22的總長(zhǎng)和直徑、或使用該氣體供給構(gòu)件的等離子體處理裝置等而不同，不能一概規(guī)定，但是，在例如對(duì)塑料瓶的內(nèi)表面進(jìn)行等離子體處理的情況下，通常采用5～60mm左右的長(zhǎng)度即可。
又，如圖9所示的例子中，氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B形成于多孔質(zhì)管狀部22的前端部分上，但是，不在前端部分形成這樣的調(diào)整區(qū)域B，利用等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)等可以在與電場(chǎng)強(qiáng)度變高的部分對(duì)應(yīng)的任意位置上形成。
還有，在上述例子中，將氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B的網(wǎng)孔設(shè)定為比基準(zhǔn)區(qū)域A的小，但是，根據(jù)情況也可以采用比基準(zhǔn)區(qū)域A大的網(wǎng)孔。也就是說，由于等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)等的關(guān)系，存在電場(chǎng)強(qiáng)度顯著低的部分，在該部分形成規(guī)定厚度的被覆膜有困難的情況下，通過與該部分對(duì)應(yīng)形成具有比基準(zhǔn)區(qū)域A大的網(wǎng)孔的調(diào)整區(qū)域B，能夠形成在總體上具有均勻厚度的被覆膜。
還有，在本實(shí)施形態(tài)中，多孔質(zhì)管狀部22只要具備設(shè)有規(guī)定的網(wǎng)孔的基準(zhǔn)區(qū)域A和氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B，可以用任意的多孔材料形成，但是從促進(jìn)微波輝光放電引起的等離子體的發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，最好是由多孔質(zhì)金屬、例如青銅粉末或不銹鋼粉末等形成。
又，具備這樣的多孔質(zhì)管狀部22的本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件形成具有規(guī)定的網(wǎng)孔的環(huán)，燒結(jié)后將它們加以焊接等形成一體，接著利用焊接等方法連接于圓筒狀支持軸21上即可。還有，圓筒狀支持軸21用各種金屬或樹脂等任意材料形成即可，但是與多孔質(zhì)管狀部22一樣，從促進(jìn)微波輝光放電引起的等離子體的發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，最好是采用與多孔質(zhì)管狀部22相同的金屬。
又，多孔質(zhì)管狀部22除了可以利用任意多孔材料形成外，也可以采用例如在非多孔質(zhì)的金屬管上以規(guī)定的分布形成孔，將其作為多孔質(zhì)管狀部22。
還有，在多孔質(zhì)管狀部22為金屬制的情況下，進(jìn)行等離子體處理時(shí)沿著該多孔質(zhì)管狀部22的長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度分布，在前端部的附近的區(qū)域是電場(chǎng)強(qiáng)度最高的區(qū)域，因此如圖9所示，在前端部形成氣體吹出量調(diào)整區(qū)域B是最合適的。
這樣，具備多孔質(zhì)管狀部22的本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件，是最適合在容器、特別是塑料瓶子的內(nèi)表面上形成化學(xué)等離子體處理膜時(shí)使用，特別是為了確保其底部的被覆膜的厚度，最好是在多孔質(zhì)管狀部22的前端上設(shè)置具有氣體放出口的管子。
具備這樣的管子的氣體供給構(gòu)件的例子示于圖10。
在該圖中，多孔質(zhì)管狀部22的前端開放，該前端上設(shè)置管子23。該管子23上形成例如與多孔質(zhì)管狀部22的內(nèi)部連通的氣體放出口23a、23b、23c，放出口23a沿著多孔質(zhì)管狀部22的長(zhǎng)度方向在直線上延伸通往外部，放出口23b、23c在與多孔質(zhì)管狀部22的長(zhǎng)度方向成一定角度傾斜的方向延伸通向外部。
在將氣體供給構(gòu)件插入瓶子內(nèi)部對(duì)瓶子內(nèi)表面進(jìn)行等離子體處理的情況下，瓶子的底部的處理膜厚度變薄，而利用圖10那樣的結(jié)構(gòu)能夠增大瓶子的底部形成的處理膜的厚度。即，這是因?yàn)樵谄孔拥撞康闹行睦脷怏w放出口23a增大處理膜形成用的氣體的供給量，而且在瓶子底部的周邊部利用氣體放出口23b、23c增大處理膜形成用的氣體的供給量。
還有，這樣的管子23用與多孔質(zhì)管狀部22相同種類的金屬形成即可。又，氣體放出口的直徑、數(shù)量、放出方向、以及其組合可以根據(jù)容器底部的被覆膜厚度與多孔質(zhì)管狀部的氣體吹出量的平衡適當(dāng)設(shè)定。
如上所述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件，可以使用于微波等離子體處理和高頻等離子體處理，但是使用于微波等離子體處理，在塑料瓶子的內(nèi)表面形成處理膜的情況下最為有效。
例如，可以使用圖1～圖3所示的本發(fā)明的微波等離子體處理裝置的氣體供給構(gòu)件(處理用氣體供給構(gòu)件15)。在這種情況下，以相同的處理?xiàng)l件進(jìn)行與上述第1和第2實(shí)施形態(tài)所示的同樣的等離子體處理。作為處理對(duì)象的容器、處理用氣體和其他處理?xiàng)l件也可以與第1、第2實(shí)施形態(tài)相同。
還有，在將本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件使用于微波等離子體處理裝置的情況下，該等離子體處理裝置，最好將其第1、第2實(shí)施形態(tài)所示的微波密封構(gòu)件與瓶子固定構(gòu)件的距離D和微波引入構(gòu)件的連接位置H、或等離子體點(diǎn)火用間隙G規(guī)定為一定值，但是，也可以對(duì)這樣的值沒有規(guī)定的等離子體處理裝置使用本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件。
這樣，一旦使用本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件進(jìn)行等離子體處理，如上所述，在例如瓶子的內(nèi)表面上厚度的變化幅度極小，能夠形成均勻厚度的處理膜，特別是如圖10所示，在氣體供給構(gòu)件的前端設(shè)置具有規(guī)定的氣體放出口的管子的情況下，能夠在瓶子底部也形成可以與主體部?jī)?nèi)表面相比的厚度的處理膜。
圖11是將本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件插入塑料瓶子內(nèi)，將原料氣體提供給瓶子內(nèi)部的、利用微波輝光放電形成的等離子體處理膜(硅氧化膜)的厚度與距離瓶子底部的高度的關(guān)系的曲線圖。還有，在圖11中，氣體供給構(gòu)件的插入位置用“X”或“Y”表示，為了圖示方便，氣體供給構(gòu)件表示于瓶子外部，但是實(shí)際上是配置于瓶子內(nèi)部的。
該圖所示的例子中，首先，化學(xué)等離子體處理?xiàng)l件是，將容積500ml的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯制的瓶子插入等離子體處理室(腔室)內(nèi)，使瓶子內(nèi)保持20Pa，同時(shí)提供有機(jī)硅氧烷化合物氣體3sccm和氧氣30sccm，并且將等離子體處理室內(nèi)、即瓶子的外部的部分保持于3000Pa，同時(shí)照射500W的微波，進(jìn)行6秒鐘的化學(xué)等離子體處理。
而在將具有公稱過濾精度120微米的網(wǎng)孔的多孔管作為氣體供給構(gòu)件插入Y所示位置進(jìn)行等離子體處理的情況下，在瓶子的內(nèi)表面上形成的被覆膜厚度如曲線C所示，在瓶子主體部的中央部分大約為25nm，在瓶子肩部大約為17μm，隨著從瓶子主體的中央部分向底部移動(dòng)厚度逐步減少，在底部?jī)?nèi)表面只有3nm左右的厚度，被覆膜厚度的變化幅度約22nm，是相當(dāng)大的。
又，上述不銹鋼制的管子的網(wǎng)孔(公稱過濾精度)采用10μm，為了確保瓶子底部的被覆膜厚度，在其前端設(shè)置軸中心部分具有φ0.5mm的氣體放出口的管子，而且，使其長(zhǎng)度為微波的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，插入位置取X所示的位置，將其深深插入靠近瓶子底部的位置，進(jìn)行等離子體處理，在這種情況下，瓶子內(nèi)表面的被覆膜厚度，如曲線B所示，在瓶子底部的被覆膜厚度增大到約12nm，被覆膜厚度的變化幅度為約7nm，降低得相當(dāng)多，但是，還沒有使從瓶子主體部到肩部的變化幅度充分降低。
在這里，按照上述本實(shí)施形態(tài)，對(duì)不銹鋼制的管子的前端部區(qū)域(從前端開始30mm以內(nèi)的區(qū)域)采用公稱過濾精度10μm的小網(wǎng)孔，其他區(qū)域形成公稱過濾精度20μm的區(qū)域，進(jìn)行同樣的等離子體處理時(shí)，如曲線A所示，瓶子底部的被覆膜厚度也能夠確保為約10nm左右，而且能夠使被覆膜厚度的變動(dòng)幅度大大降低到3nm左右。
也就是說，在使用本實(shí)施形態(tài)的金屬制的氣體供給構(gòu)件進(jìn)行化學(xué)等離子體處理的情況下，在沿著該氣體供給構(gòu)件長(zhǎng)度方向電場(chǎng)強(qiáng)度存在強(qiáng)弱差異，在其前端部的近旁電場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)。其結(jié)果是，在電場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)的部分最能夠促進(jìn)等離子體化，等離子體處理被覆膜的厚度最大。
這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，使作為化學(xué)等離子體處理用氣體供給構(gòu)件使用的多孔質(zhì)管的網(wǎng)孔沿著長(zhǎng)度方向分布，例如上述例子中所示，對(duì)應(yīng)于這樣的電場(chǎng)強(qiáng)度大的部分形成網(wǎng)孔小的氣體吹出量調(diào)整區(qū)域，以此使最大厚度降低，減小被覆膜厚度的變化幅度，能夠形成使厚度在總體上均勻的等離子體處理膜。
如上所述，采用本實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件，作為對(duì)等離子體處理裝置的等離子體處理室提供處理用氣體的氣體供給構(gòu)件，使用在長(zhǎng)度方向上具有網(wǎng)孔分布的多孔質(zhì)管，特別是使用在前端部形成網(wǎng)孔相對(duì)比較小的氣體吹出量調(diào)整區(qū)域的多孔質(zhì)管，這樣能夠在作為處理對(duì)象的容器內(nèi)表面，特別是塑料瓶子的內(nèi)表面形成厚度均勻的等離子體處理膜。
第4實(shí)施形態(tài)下面參照?qǐng)D12～圖16對(duì)本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件進(jìn)行說明。
本實(shí)施形態(tài)是使用區(qū)分為金屬制的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域、和非金屬制的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域兩個(gè)區(qū)域構(gòu)成的氣體供給構(gòu)件作為本發(fā)明的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的一實(shí)施形態(tài)。
圖12是本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的理想的代表性例子。該圖所示的氣體供給構(gòu)件30，與上述第3實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件20相同，是例如第1和第2實(shí)施形態(tài)所示的等離子體處理裝置中使用的氣體供給構(gòu)件(參照?qǐng)D2和圖3所示的處理用氣體供給構(gòu)件15)，由中空的圓筒狀支持軸31和利用焊接等方法連接于該圓筒狀支持軸31的前端的氣體供給管32構(gòu)成。
具體地說，形成通過支持軸31的中空部將規(guī)定的反應(yīng)性氣體(等離子體處理用氣體)提供給氣體供給管32內(nèi)部，從該管壁部及前端部向外部吹出氣體的結(jié)構(gòu)，該氣體供給管32被插入在例如圖1～圖3所示的等離子體處理裝置內(nèi)保持的容器(參照?qǐng)D2、圖3所示的瓶子13)的內(nèi)部，以此對(duì)等離子體處理區(qū)域(容器內(nèi)部)提供反應(yīng)性氣體。
而且，在本實(shí)施形態(tài)中，氣體供給管32形成被區(qū)分為電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A和位于該區(qū)域A的前端部側(cè)的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域B兩個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)。
在圖12所示的例子中，氣體供給管32的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A由金屬制的多孔質(zhì)管32a形成，通過其管壁向周圍吹出氣體，向保持于等離子體處理裝置內(nèi)的容器的內(nèi)部提供氣體，同時(shí)具有以等離子體處理區(qū)域(容器內(nèi)部)作為優(yōu)異的諧振系統(tǒng)，提高等離子體處理區(qū)域(容器內(nèi)部)的電場(chǎng)強(qiáng)度，并且使沿著應(yīng)處理的容器的軸方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化的作用，從而在該區(qū)域A中，氣體供給管32為了將氣體提供給周圍使用多孔質(zhì)管，同時(shí)，必須是金屬制造的。例如如果是以非金屬材料構(gòu)成管壁，則不具有如上所述的電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整功能。
又，為了使其具有如上所述的電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整功能，構(gòu)成該電場(chǎng)強(qiáng)度分布調(diào)整區(qū)域A的金屬制多孔質(zhì)管32a，電連接于構(gòu)成等離子體處理室的密封壁，而且，其軸方向的長(zhǎng)度設(shè)定為相對(duì)于等離子體處理中使用的微波的半波長(zhǎng)(λ/2)保持一定的關(guān)系。從而，金屬制多孔質(zhì)管32a的軸方向的長(zhǎng)度(電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A的軸方向長(zhǎng)度)雖然不能夠一概規(guī)定，但是，如果以500ml的塑料瓶為例，則通常為170～190mm左右。
在本實(shí)施形態(tài)中，金屬制多孔質(zhì)管32a只要能夠確保如上所述的電特性，可以以任意的多孔質(zhì)金屬構(gòu)成，通常從成型性能等觀點(diǎn)出發(fā)，最好是用青銅粉或不銹鋼粉等形成。
又，金屬制多孔質(zhì)管32a為了通過管壁均勻提供氣體，通常最好具有公稱過濾精度300微米以下、特別是2～150微米范圍的網(wǎng)孔。
又，上述金屬制多孔質(zhì)管32a可以是其整體具有一定的網(wǎng)孔，也可以沿著其軸方向分布網(wǎng)孔。也就是說，在利用微波進(jìn)行等離子體處理時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度沿著氣體供給構(gòu)件(或容器)的軸方向分布，例如以微波的半波長(zhǎng)(λ/2)作為大約1個(gè)周期，電場(chǎng)強(qiáng)度的最大部分和最小部分交替反復(fù)分布，而特別是金屬制多孔質(zhì)管32a的前端部成為電場(chǎng)集中的特異點(diǎn)，有容易產(chǎn)生厚膜的傾向。從而在那樣的情況下，例如通過使該部分的網(wǎng)孔變小，可以在軸方向上使形成的蒸鍍膜厚度更均勻。
這樣的金屬制多孔質(zhì)管32a，例如形成具有規(guī)定的網(wǎng)孔的環(huán)，在燒結(jié)之后，利用焊接或螺絲結(jié)構(gòu)將它們加以連接形成一體，利用焊接或螺絲結(jié)構(gòu)等將其連接于圓筒狀支持軸31上即可。
圖12所示的例子中，圓筒狀支持軸31只要是與構(gòu)成等離子體處理室的密封壁能夠?qū)ǖ牟牧系脑?，可以用各種金屬材料形成，通常適合使用與構(gòu)成金屬制多孔質(zhì)管32a的多孔質(zhì)金屬相同的金屬。
又，前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域B由用電絕緣的非金屬制材料形成的非金屬制管32b構(gòu)成。也就是說，該區(qū)域B是為了對(duì)容器底部噴吹氣體而又不對(duì)由區(qū)域A穩(wěn)定化的電場(chǎng)強(qiáng)度分布造成不良影響而形成的。從而，該非金屬制管32b只要是其管壁具有金屬制多孔質(zhì)管32a那樣的網(wǎng)孔即可，但是，只要形成從其前端通向上述金屬制多孔質(zhì)管32a的內(nèi)部，并且貫通到該非金屬制管32b的前端的貫通孔，即使是管壁上沒有形成網(wǎng)孔也可以。
例如，圖12(a)的形態(tài)是在非金屬制管32b的管壁上未形成網(wǎng)孔的例子，在這種情況下，通向金屬制多孔質(zhì)管32a內(nèi)部的貫通口32c，貫通非金屬制管32b的前端。另一方面，圖12(b)的形態(tài)是在非金屬制管32b的管壁上形成網(wǎng)孔的例子。在這種情況下，貫通口32c的前端利用管壁封閉著，但是，在管壁上形成網(wǎng)孔，因此反應(yīng)性氣體的吹出不成問題。
作為形成非金屬制管32b的非金屬制材料，可以舉出例如電絕緣性的各種樹脂或陶瓷材料，但是，從耐熱性和強(qiáng)度或價(jià)格等觀點(diǎn)出發(fā)，最好是使用氟樹脂或氧化鋁等陶瓷。這樣的非金屬制管32b根據(jù)構(gòu)成它的材料的種類可以利用射出成型法、擠壓成型法、壓縮成型法、燒結(jié)法、切削加工法等公知的方法形成，用螺絲結(jié)構(gòu)或根據(jù)需要使用適當(dāng)?shù)恼辰觿瑢⑵溥B接在上述金屬制多孔質(zhì)管32a的前端。
上述非金屬制管32b的軸方向的長(zhǎng)度，根據(jù)金屬制多孔質(zhì)管32a的軸方向的長(zhǎng)度和應(yīng)該形成CVD膜的容器的軸方向長(zhǎng)度決定，因此不能一概規(guī)定，所以通常在微波的半波長(zhǎng)(λ/2)以內(nèi)的范圍。也就是說，金屬制多孔質(zhì)管32a的前端與容器底部之間的間隔通常未滿λ/2。
又，該非金屬制管32b的軸方向長(zhǎng)度最好是設(shè)定為與容器底部的間隔為1～40mm左右。也就是說，這是因?yàn)樵撻g隔如果比上述范圍大，則形成于容器底部的CVD膜的厚度有不足的傾向，又，在比上述范圍近的情況下，與底部中心部相比其周圍的CVD膜的厚度有不足的傾向。
還有，本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件不限于圖12所示的例子，也可以采用例如圖13所示的結(jié)構(gòu)。也就是說，在圖12的氣體供給構(gòu)件中，利用管壁形成形成電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A的金屬制部分，但是，在圖13所示的例子中，金屬制部分用與管壁完全不同的構(gòu)件形成，這一點(diǎn)上有很大不同。
如圖13(a)和(b)所示，該氣體供給構(gòu)件，連接于中空的圓筒狀支持軸31前端的氣體供給管32的整體由非金屬制的多孔質(zhì)管形成，在該氣體供給管32的內(nèi)部設(shè)置規(guī)定電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A的金屬棒33(具有與圖12所示氣體供給管的金屬制多孔質(zhì)管32a相同的電場(chǎng)強(qiáng)度分布調(diào)整功能)。
金屬棒33從非金屬制的氣體供給管32的安裝根部延伸至其內(nèi)部，設(shè)置該金屬棒33的區(qū)域成為電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A，比該金屬棒33的前端更前面的區(qū)域(沒有設(shè)置金屬棒33的區(qū)域)成為前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域B。
在圖13所示的例子中，非金屬制氣體供給管32，其整體用與圖12的非金屬制管32b相同的非金屬材料(例如氟樹脂等樹脂或氧化鋁等陶瓷)等構(gòu)成，而且，在該電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A中，具有與圖12的金屬制多孔質(zhì)管32a相同的網(wǎng)孔。也就是在前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域B中，也可以不形成網(wǎng)孔，又，電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A和前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域B的軸方向長(zhǎng)度可以設(shè)定為與圖12的氣體供給管的情況相同。
又，金屬棒33由于是形成電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A的構(gòu)件，因此在等離子體處理裝置(參照?qǐng)D1～圖3)中，有必要電連接于構(gòu)成等離子體處理室的密封壁上。從而，在圖13的情況下，中空的圓筒狀支持軸31有必要采用金屬軸，通過該金屬制圓筒狀支持軸31謀求金屬棒33與構(gòu)成等離子體處理室的密封壁的相互導(dǎo)通。因此，金屬制圓筒狀支持軸31的前端部分，為了不影響該支持軸31的內(nèi)部通路與非金屬制氣體供給管32內(nèi)的連通，設(shè)置棒支持部31a，利用該支持部31a支持金屬棒33(參照?qǐng)D13(b))。
還有，該金屬棒33可以用任意的金屬材料形成，但是，從耐酸性等觀點(diǎn)出發(fā)，最好是用與上述金屬制多孔質(zhì)管32b相同的金屬材料形成。
如上所述構(gòu)成的本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件，與第3實(shí)施形態(tài)所示的氣體供給構(gòu)件相同，作為例如圖1～圖3所示的本發(fā)明的微波等離子體處理裝置的氣體供給構(gòu)件被使用。等離子體處理中的處理工序和處理?xiàng)l件最好是采用與第1和第2實(shí)施形態(tài)所示的相同。
還有，與第3實(shí)施形態(tài)的情況相同，本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件也可以使用于對(duì)第1、第2實(shí)施形態(tài)的微波密封構(gòu)件與瓶子固定構(gòu)件的距離D、微波引入構(gòu)件的連接位置H、等離子體點(diǎn)火用間隙G沒有規(guī)定一定值的等離子體處理裝置中。
在這里，利用本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件進(jìn)行等離子體處理的容器，其主體部分的剖面形狀如圖14(a)所示，可以是圓形的軸對(duì)稱形狀的容器100，又可以是圖14(b)所示的矩形那樣的非軸對(duì)稱形狀的容器200，不管哪一種情況都可以插入氣體供給構(gòu)件30使其在容器軸心上，形成良好的諧振系統(tǒng)，這樣，即使是圖14(b)所示那樣的非軸對(duì)稱形狀的容器200，也能夠在其主體部?jī)?nèi)表面上形成在圓周方向上厚度偏差小的均勻的CVD膜。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，氣體供給構(gòu)件30在利用微波進(jìn)行等離子體處理時(shí)，沿著軸方向形成優(yōu)異的諧振體系，提高了電場(chǎng)強(qiáng)度，而且使軸方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化，因此，從等離子體處理室的微波密封構(gòu)件(參照?qǐng)D2、圖3)到電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A與前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域B之間的邊界部(相當(dāng)于到金屬制多孔質(zhì)管32a的前端)的長(zhǎng)度(參照?qǐng)D2、圖3所示的L)，最好是設(shè)定電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域A的長(zhǎng)度、即金屬制多孔質(zhì)管32a的長(zhǎng)度，使其相對(duì)于微波的波長(zhǎng)λ，為(nλ/2)±10mm(n為1或1以上的整數(shù))。
又，在容器底部形成足夠厚度的CVD膜，并且即使是如圖14(b)所示的非軸對(duì)稱形狀的容器，為了形成均勻厚度的CVD膜，最好是也設(shè)定前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域B的軸方向的長(zhǎng)度，使氣體供給管32的前端與容器底部的間隔為1～40mm。
這樣，通過使用本實(shí)施形態(tài)的氣體供給構(gòu)件30進(jìn)行等離子體處理，能夠使瓶子的內(nèi)表面上厚度的變化幅度非常小，能夠形成均勻厚度的處理膜。
如上所述，采用本實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件，將氣體供給構(gòu)件的前端側(cè)的氣體供給管分為金屬制的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域與非金屬制的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域構(gòu)成，這樣能夠使等離子體處理區(qū)域成為優(yōu)異的諧振系統(tǒng)，能夠提高等離子體處理區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度，同時(shí)能夠使應(yīng)該處理的容器軸方向上的電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化。因此能夠高效率而且均勻地使氣體供給構(gòu)件提供的等離子體處理用氣體實(shí)現(xiàn)等離子體化，能夠在處理對(duì)象上形成均勻的薄膜。
下面利用具體的實(shí)驗(yàn)例對(duì)本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的等離子體處理用氣體供給構(gòu)件的優(yōu)異效果進(jìn)行說明。還有，本發(fā)明的氣體供給構(gòu)件當(dāng)然不限于以下的例子。
·共通條件將以下條件作為共通條件進(jìn)行各例的實(shí)驗(yàn)。
作為處理對(duì)象的基體，使用具有剖面形狀為1∶1.3的扁平率(參照?qǐng)D16)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯制的雙軸延伸長(zhǎng)方體瓶子。
處理用原料氣體使用有機(jī)硅化合物氣體和氧氣，氣體流量是有機(jī)硅化合物氣體2sccm，氧氣20sccm。
真空度采用瓶子內(nèi)為20Pa，瓶子外為7000Pa。
微波用2.45GHz的微波電源產(chǎn)生振蕩，以500W的輸出從等離子體點(diǎn)火開始進(jìn)行10秒鐘的處理。
氣體供給構(gòu)件的支持部使用不銹鋼制的管材(長(zhǎng)度35mm包含于表3的A部長(zhǎng)度)。
·膜厚分布的評(píng)價(jià)利用リガク株式會(huì)社制造的熒光X射線裝置測(cè)定從蒸鍍樣品切出的各測(cè)定部位的膜中的Si量，根據(jù)校準(zhǔn)線換算為膜的厚度，以此求出高度方向的膜厚分布(圖15各高度上的值為圓周狀4方向的平均值)以及0°和180°方向的平均膜厚與90°和270°方向的平均膜厚之差(圖16高度位置60mm)。
實(shí)驗(yàn)例關(guān)于氣體供給構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度，用表3所示條件的組合進(jìn)行試驗(yàn)。還有，作為比較例1，采用氣體供給管整體由金屬制多孔質(zhì)管形成的氣體供給構(gòu)件。
表3

(A部電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域 B部前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域)(※A部＝180mm的情況下，到瓶子底部為止的距離＝50mm)結(jié)果-1根據(jù)表3和圖15，在滿足本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的實(shí)驗(yàn)條件(實(shí)施例1～3)中，通過使原料氣體都能夠到達(dá)瓶子的底部，瓶子底部形成比較厚的膜，同時(shí)在比較例1中看到的主體部40～100mm附近的厚度的膜厚得到改善，高度方向上的膜厚差(最大值-最小值)變小的情況得到確認(rèn)。還有，通過設(shè)置前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域，在比較例1中看到的主體部的厚膜得到改善的理由被認(rèn)為是因?yàn)?，一定供?yīng)量的原料氣體的一部分被引向底部，底部與主體部的流量平衡變好。
結(jié)果-2根據(jù)表3和圖16，在沒有前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的比較例1的條件下，長(zhǎng)邊部(0和180°方向)和短邊部(90°和270°方向)的膜厚差大，而滿足本發(fā)明的權(quán)利要求范圍的實(shí)驗(yàn)條件(實(shí)施例1～3)中，該膜厚差得到改善的情況得到確認(rèn)。
工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域如上所述，本發(fā)明的微波等離子體處理裝置及等離子體處理用氣體供給構(gòu)件，在將化學(xué)蒸鍍膜形成于塑料容器上時(shí)，作為能夠使等離子體穩(wěn)定且高效率發(fā)生的等離子體處理用的裝置以及氣體供給管是有用的，特別適合使用于微波等離子體處理。
權(quán)利要求
1.一種微波等離子體處理裝置，具有將作為處理對(duì)象的基體固定在等離子體處理室內(nèi)的中心軸上的固定構(gòu)件、使所述基體的內(nèi)部及外部減壓的抽氣構(gòu)件、處于所述基體的內(nèi)部，形成所述等離子體處理室與半同軸圓筒共振系統(tǒng)的金屬制的處理用氣體供給構(gòu)件、以及將微波引入所述等離子體處理室進(jìn)行處理的微波引入構(gòu)件，其特征在于，在所述固定構(gòu)件的支持所述基體的部分上設(shè)置微波密封構(gòu)件，該微波密封構(gòu)件與所述固定構(gòu)件的位于等離子體處理室內(nèi)的面之間的距離D為0～55mm，而且，所述微波密封構(gòu)件與所述處理用氣體供給構(gòu)件前端部之間的距離L滿足以下所述的關(guān)系式，即A.0≤D＜20的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-3+αB.在20≤D≤35的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-(-0.060D2+4.2D-57)+αC.在35＜D≤55的情況下，L＝(nλ/2+λ/8)-(-0.030D2+2.1D-21)+α其中，n為整數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，α為考慮所述基體對(duì)于電場(chǎng)的影響等的變動(dòng)幅度，為±10mm。
2.一種微波等離子體處理裝置，具有將作為處理對(duì)象的基體固定在等離子體處理室內(nèi)的中心軸上的固定構(gòu)件、使所述基體的內(nèi)部及外部減壓的抽氣構(gòu)件、處于所述基體的內(nèi)部，形成所述等離子體處理室與半同軸圓筒共振系統(tǒng)的金屬制的處理用氣體供給構(gòu)件、以及將微波引入所述等離子體處理室進(jìn)行處理的微波引入構(gòu)件，其特征在于，在所述固定構(gòu)件的支持所述基體的部分上設(shè)置微波密封構(gòu)件，所述微波引入構(gòu)件的連接位置是形成于所述等離子體處理室的內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度分布中電場(chǎng)弱的位置。
3.如權(quán)利要求2所述的微波等離子體處理裝置，其特征在于，所述微波密封構(gòu)件與所述固定構(gòu)件的位于等離子體處理室內(nèi)的面之間的距離D為0～55mm，而且，所述微波密封構(gòu)件與所述微波引入構(gòu)件的連接位置間的距離H滿足以下所述的關(guān)系式，即H＝L-(n2λ/2+λ/8-3)+β(mm)其中n2為滿足n2≤n1-1的整數(shù)，λ為微波的波長(zhǎng)，β為基體的尺寸等因素引起的變動(dòng)幅度，為±10mm，L為微波密封構(gòu)件與所述處理用氣體供給構(gòu)件前端部之間的距離，滿足以下所述的關(guān)系式，即A.0≤D＜20的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-3+αB.在20≤D≤35的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-(-0.060D2+4.2D-57)+αC.在35＜D≤55的情況下，L＝(n1λ/2+λ/8)-(-0.030D2+2.1D-21)+α其中，n1為1或1以上的整數(shù)，λ為微波波長(zhǎng)，α為考慮所述基體對(duì)于電場(chǎng)的影響等的變動(dòng)幅度，為±10mm。
4.一種微波等離子體處理裝置，具有將作為處理對(duì)象的基體固定在等離子體處理室內(nèi)的中心軸上的固定構(gòu)件、使所述基體的內(nèi)部及外部減壓的抽氣構(gòu)件、處于所述基體的內(nèi)部，形成所述等離子體處理室與半同軸圓筒共振系統(tǒng)的金屬制的處理用氣體供給構(gòu)件、以及將微波引入所述等離子體處理室進(jìn)行處理的微波引入構(gòu)件，其特征在于，在所述固定構(gòu)件的支持所述基體的部分的端部側(cè)開有等離子體點(diǎn)火用的間隙，設(shè)置微波密封構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求4所述的微波等離子體處理，其特征在于，在形成所述微波半同軸圓筒共振系統(tǒng)的等離子體處理裝置中，設(shè)置使所述微波密封構(gòu)件與支持所述基體的部分相對(duì)移動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，利用該驅(qū)動(dòng)構(gòu)件使所述微波密封構(gòu)件與支持所述基體的部分相對(duì)移動(dòng)，調(diào)整所述微波密封構(gòu)件與支持所述基體的部分的端面之間的等離子體點(diǎn)火用的間隙。
6.一種化學(xué)等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，其特征在于，由在長(zhǎng)度方向上具有網(wǎng)孔分布的多孔質(zhì)管構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，其特征在于，所述多孔質(zhì)管在長(zhǎng)度方向上形成具有一定網(wǎng)孔的基準(zhǔn)區(qū)域和具有比基準(zhǔn)區(qū)域小的網(wǎng)孔的吹出量調(diào)整區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的化學(xué)等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，其特征在于，所述吹出量調(diào)整區(qū)域形成于前端部分。
9.一種等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，該構(gòu)件是由插入保持在引入微波的等離子體處理室內(nèi)的容器的內(nèi)部，提供在容器內(nèi)表面上形成等離子體CVD膜用的反應(yīng)性氣體用的氣體供給管構(gòu)成，其特征在于，所述氣體供給管區(qū)分為電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域、和相對(duì)于該電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域位于前端側(cè)的前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域，在所述電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域，在構(gòu)成所述等離子體處理室的密封壁上，至少形成導(dǎo)通而且從安裝根部起在軸方向上延伸到與所述前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的邊界上的金屬制部分，同時(shí)所述前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域由非金屬材料構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，其特征在于，所述氣體供給管由多孔質(zhì)金屬管與接合于其前端的非金屬制管狀前端部構(gòu)成，所述多孔質(zhì)金屬管形成所述電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域，所述非金屬制管狀前端部形成所述前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域。
11.如權(quán)利要求9所述的等離子體處理用的氣體供給構(gòu)件，其特征在于，整個(gè)所述氣體供給管是非金屬制多孔質(zhì)管，在該非金屬制多孔質(zhì)管內(nèi)部，導(dǎo)通而且從安裝根部起在軸方向上延伸的金屬棒延伸于構(gòu)成所述等離子體處理室的密封壁上，利用該金屬棒，該氣體供給管區(qū)分為電場(chǎng)強(qiáng)度分布穩(wěn)定化區(qū)域和前端氣體誘導(dǎo)區(qū)域的兩個(gè)區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠在處理基體上形成均勻的薄膜的微波等離子體處理裝置和氣體供給構(gòu)件。所述微波等離子體處理裝置，具有將作為處理對(duì)象的基體固定在等離子體處理室內(nèi)的中心軸上的固定構(gòu)件(unit)，使基體的內(nèi)部及外部減壓的抽氣構(gòu)件，處于基體的內(nèi)部、形成等離子體處理室與半同軸圓筒共振系統(tǒng)的金屬制的處理用氣體供給構(gòu)件，以及將微波引入等離子體處理室進(jìn)行處理的微波引入構(gòu)件；其中，在固定構(gòu)件的支持基體的部分的規(guī)定位置上設(shè)置微波密封構(gòu)件，同時(shí)將微波引入構(gòu)件的連接位置形成于等離子體處理室的內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度分布中電場(chǎng)弱的規(guī)定位置。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1759204SQ200480006689
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月12日
發(fā)明者小林亮, 山田幸司, 倉島秀夫, 并木恒久, 藍(lán)原武志, 小野澤康哲 申請(qǐng)人:東洋制罐株式會(huì)社