JP2000127290A - バリア被覆および高出力プラズマ化学気相成長法によってプラスチック物体上にバリア被覆を堆積する方法 - Google Patents
バリア被覆および高出力プラズマ化学気相成長法によってプラスチック物体上にバリア被覆を堆積する方法Info
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Abstract
く、またその結果被覆に欠陥を引き起こすことなく、巨
視的欠陥が無いプラスチック支持体に高エネルギーレベ
ルで無機被覆が堆積されたプラスチック支持体の提供。 【解決手段】 上面および底面と、支持体の前記上面の
上に結合された緩衝層と、プラズマ化学気相法によって
130Wより大きい電力レベルで付着した、前記緩衝層
の上に結合された無機被履とを含むプラスチック支持
体。
Description
械的隔離用緩衝層を使用して高出力プラズマ化学気相成
長法によりポリマー支持体上に無機膜を堆積する方法に
関する。
の非常に薄い被覆をある物体に付着させることが必要で
ある。一例として窓ガラスがあり、このガラスには、日
光からある波長範囲を濾波するために、金属酸化物の薄
い被覆が設けられている。半導体技術では、1種または
数種の物質の薄い被覆を基板に付着する場合が多い。こ
れらの薄い被覆は純粋であるだけでなく、被覆の厚さ、
および化合物の場合にはその組成が正確に再現できるよ
うに、精密に計り出されることが特に重要である。これ
らの被覆の厚さは、一般に2千ナノメートルから数千ナ
ノメートルの間である。
に、薄い被覆を付着させる様々な方法が知られている。
は、支持体、特にプラスチック支持体上に被覆を堆積す
る方法である。PECVDプロセスでの重要な変数は、
プラズマを持続させ支持体にバイアスをかけるために使
用する入力電力(すなわち無線周波数)のレベルであ
る。支持体のバイアスは、支持体の高エネルギーイオン
衝撃の原因であり、被覆の高密度化を招く。イオン衝撃
によって支持体表面に熱も伝えられ、これが堆積プロセ
ス中の支持体温度の上昇を引き起こす。支持体の温度が
臨界値を超えて上昇する場合、支持体は変形し、または
軟化する。通常、この影響は、ガラス転移温度Tg付近
で生じる。ガラス転移温度とは、ポリマーが硬いガラス
状の状態から軟らかいゴム状の状態に転移する温度であ
る。Tg未満では分子運動が凍結し、材料がガラスに変
わる。支持体温度がTgに達すると、ポリマー鎖のセグ
メント移動が生じ、無機被覆用の不安定な堆積プラット
ホームが創り出される。したがって支持体が変形または
軟化する場合、これが被覆の変形の原因になり、巨視的
な欠陥をもたらす可能性がある。その上この欠陥によっ
て、一般に被覆は「霜状」の外観になる。PECVD
は、プラスチック支持体の低温支持体要件に容易に適応
可能であるため、プラスチック支持体上に被覆を堆積す
るのに良い方法である。しかし、ポリプロプレンやPE
T(Tgはそれぞれ−10℃と68℃)などの低Tgポ
リマーは、高いシステム電力にさらすことができない。
ック支持体に損傷を与えてその結果被覆に欠陥を生じさ
せるということなく、巨視的欠陥が無いプラスチック支
持体に高エネルギーレベルで無機被覆を堆積できるよう
にする必要がある。
無機被覆を含むプラスチック支持体と、実質上巨視的欠
陥がない無機被覆を、通常は巨視的欠陥が被覆に現れる
閾値を超える電力レベルで最小の処理時間でプラスチッ
ク支持体に堆積する方法である。
せる前処理段階を含むことが最も好ましい。緩衝層は、
一般に支持体の変形を招く電力レベルまたは温度レベル
にこの支持体をさらすことができるように、機械的に支
持体を隔離する。
無いことが好ましく、それによってこの緩衝層は、被覆
または最終製品の透明度要件を満たす。
ためのプラットホームを提供する。緩衝層の厚さは約
0.1ミクロンから約10ミクロンが好ましく、最も好
ましくは約0.5ミクロンから約3ミクロンである。
い。緩衝層は、透明で、目に見える巨視的欠陥が無く、
実質上硬い(架橋ポリマーであるため)ことが好まし
く、また、PECVDプロセスからポリマー支持体を機
械的に隔離できることが好ましい。緩衝層は、支持体の
Tg付近の温度で軟化せず、ガラス転移せず、溶融せ
ず、または別の方法による変形を受けない。緩衝層は、
架橋したアクリレート材料が好ましい。
あるSiOXなどの酸化ケイ素をベースとした組成物
や、酸化アルミニウムをベースとした組成物などの金属
酸化物が望ましい。
上高密度で蒸気を通さず、揮発性の有機ケイ素化合物の
誘導体であることが望ましい。酸化ケイ素をベースとす
る材料の厚さは、約100オングストローム(Å)から
約10000Åが好ましく、最も好ましくは約500Å
から約3000Åである。5000Åを超える材料には
クラックが発生する可能性があり、したがってバリアと
しては効果がない。
0℃で風乾しまたは紫外線によって、プラスチック支持
体上に付着させることができる。
方法は、(a)真空気密チャンバと、前記チャンバにモ
ノマーを送出する手段と、前記チャンバに無線周波電力
を加える手段と、前記チャンバに酸化剤ガスを送出する
手段と、前記チャンバ内に真空を創り出して維持する手
段と、電極とを有する、支持体にバリア被膜状の被覆を
付着させることが可能な装置を準備する段階と、(b)
前記チャンバ内に前記支持体を配置する段階と、(c)
前記チャンバを5mTorr未満に排気する段階と、
(d)前記チャンバにモノマーガスを送出する段階と、
(e)前記チャンバに酸化剤を送出する段階と、(f)
前記電極に無線周波数を送る段階と、(g)前記前処理
した支持体上にバリア被膜状の被覆を堆積する段階とを
含むことが最も好ましい。
100sccmで、最も好ましくは約20sccmでチ
ャンバに送出されることが好ましい。
(HMDSO)またはトリメチルジシロキサン(TMS
O)が好ましく、最も好ましくはHMDSOである。
0sccmで、最も好ましくは約600sccmでチャ
ンバに送出されることが好ましい。
空気が好ましく、最も好ましくは酸素である。
であり、電極面積の単位当たりの電力は約0.01ワッ
ト/cm2から約5ワット/cm2であることが好まし
い。無線周波数は、約10MHzから約14MHzであ
り、約0.1ワット/cm2から約1ワット/cm2が最
も好ましい。
ら約200nm/分の速度で、最も好ましくは約20n
m/分から約100nm/分の速度でバリア被膜によっ
て被覆されることが好ましい。
たプラスチック支持体は、バリア被膜のみで被覆されて
いる以前の支持体よりも実質上はるかに良好な真空保持
状態および機械的整合性保持状態を維持することができ
る。その上、支持体の耐衝撃性はガラスの耐衝撃性より
もはるかに良好である。最も注目に値する点は、緩衝層
を備えるSiOX被覆の透明度とその耐久性であり、こ
の耐久性とは、耐衝撃性および耐摩耗性に十分に耐える
ものである。
い。採血器具は、空にされた採血管、または空にされて
いない採血管のどちらでもよい。採血管は、ポリエチレ
ンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(P
P)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカー
ボネート(PC)、またはこれらの共重合体で製造され
たものが望ましい。
両側が緩衝層を含むポリマー被膜とともに使用すること
ができる。
の緩衝層によって、プラスチック表面とSiOXの間の
接着性が改善され、また支持体を変形させることなくよ
り高い電力レベルにかけることができるように、支持体
の熱機械安定性が全体的に改善されることが見出され
た。
面の粒子および不完全な部分を覆う。アクリレートの良
好な結合特性は、アクリレートが極性を有し、この極性
によってSiOXとアクリレートの間に良好な結合を形
成する手段が提供されるためでもある。したがって本発
明は、ポリプロピレン管のバリア特性を十分に改善する
手段を提供する。
ック採血管は、管内の血液について一般に行われる試験
および分析を妨げない。このような試験には、日常化学
分析、生物学的不活性、血液学、血液化学、血液型検
査、毒物学分析、または薬物治療管理と、体液に関する
その他の臨床試験が含まれるが、これらに限定するもの
ではない。さらに、本発明の方法によって被覆されたプ
ラスチック採血管は、遠心分離機などの自動機械装置に
かけることができ、また殺菌プロセス中に、光学的また
は機械的性質および機能的性質を実質上変化させずにあ
るレベルの放射にさらすことができる。
たは無色の被覆であって、その上に付着された印刷物を
有することが可能な被覆を提供することが好ましい。
ック支持体に欠陥を生じさせることなく、巨視的欠陥の
ない無機被覆を高エネルギーレベルでこのプラスチック
支持体に付着できることである。
度閾値を超えるために明らかにされていなかった三次元
物体の浸透性が改善されることである。
小限に抑えられた被覆を支持体に付着させることができ
るように、緩衝層が、増加するSiOXを付着させる際
の閾値温度に対する耐熱シールドを提供することであ
る。したがって支持体の浸透性の著しい減少は、SiO
Xによる完全な表面被覆が得られるためである。
に見える巨視的欠陥がなく、(ii)最後に被覆される
支持体の透明度を減少させず、(iii)より高い電力
のPECVDプロセスおよびその結果としての高温に支
持体をさらすことができるように、実質上硬質の前処理
済み材料をこの支持体に施すことが含まれる。
被覆またはプラスチック支持体の高密度化は、支持体が
その構造的性質を保持する電力範囲により限定される。
本発明の前処理段階によって、被覆が支持体から保護さ
れるためにPECVDプロセス中でのより高い電力が可
能になり、それによって、他の方法では達成できないよ
うな被覆の密度および最終の性質が可能になる。
出力PECVDプロセス中に生じる可能性がある被覆の
霜状化の始まりが遅くなることである。
支持体を被覆するプロセスまたは継続時間が、高閾値電
力を使用する場合に短縮されることである。したがって
臨界的な電力閾値は、無機被覆プロセスの継続時間に逆
比例する。
体化することができ、詳細が述べられる単なる例示にす
ぎない任意の特定の実施形態に限定されない。本発明の
範囲および精神から逸脱することなく、様々なその他の
変形例が当業者には明らかであり、またこれらの変形例
が当業者によって容易に行われることが明らかであろ
う。本発明の範囲は、添付の請求の範囲およびその均等
物によって評価される。
体は、その最終用途でのガスおよび/または水蒸気の透
過の減少によって利益を受ける任意の支持体でよい。こ
のような支持体の代表的なものではあるがそれらに限定
されないもののリストには、包装用フィルム、瓶などの
容器、注射器などの医療器具、管、管材、およびガラス
瓶が含まれる。飲料容器および医療器具は、ガスおよび
/または水蒸気の透過の減少によって利益を受けること
が最も好ましい。
学気相成長法(PECVD)によって、前処理済みのプ
ラスチック支持体上に無機被覆を堆積することである。
前処理段階は、プラスチック支持体を緩衝層で被覆する
ことを含む。
料であり、この有機材料を支持体上に浸漬被覆し、ロー
ルコーティングし、または噴霧し、その後、紫外線硬化
プロセスまたは乾燥プロセスを行うことによって、プラ
スチック支持体上に緩衝層を形成することができる。
1号に述べられているように実施した蒸発または硬化プ
ロセスによって付着させることもでき、その開示を参照
により本明細書に組み込む。
うな化学的性質も備えるものが入手可能である。これら
は通常、1分子当たり1個、2個、または3個のアクリ
レート基のいずれかを有している。本発明では、モノア
クリレート、ジアクリレート、およびトリアクリレート
の様々な混合物が有用である。最も好ましいものはモノ
アクリレートとジアクリレートである。
富む種類の1つを形成する。これらは、紫外線または電
子線の放射に曝されると急速に硬化して、架橋構造を形
成する。したがってアクリレートは、組成物および支持
体に、高温性、安定性、および耐摩耗性を付与する。
ト材料を付着させる数多くの方法の1つを示している。
アクリレートモノマー100は誘電蒸発器102の内部
に誘導され、次いで超音波アトマイザ104の内部を通
って真空チャンバ106に入る。モノマーの小滴を超音
波で霧状にし、小滴を蒸発させて、ドラム108に装填
された回転チューブまたはフィルム上に凝縮させる。
線銃110による放射線硬化が行われる。
最も好ましく、その開示が参照により本明細書に組み込
まれている米国特許第4698256号、第48098
76号、第4992298号、第5055318号、お
よび第5691007号に記載されているように、無線
周波放電、直接またはデュアルイオンビーム蒸着法、ス
パッタ、またはプラズマ化学気相成長法によって形成す
ることができる。
するシステムは密閉型反応チャンバ170を含み、その
内部ではプラズマが形成されて、材料の薄膜を堆積する
ために支持体または管171が試料ホルダ172上に配
置される。支持体は、プラスチックなどの任意の真空適
合性材料でよい。1種または数種のガスを、ガス供給シ
ステム173によって反応チャンバに供給する。電源1
74によって、電界が創り出される。
(PECVD)またはプラズマ重合法のいずれかを実施
するのに適切なタイプでよい。さらに、この反応チャン
バは、チャンバ内で1つ、または複数の支持体が酸化物
層で同時に被覆されるように改良することができる。
ャンバ170に連結された機械式ポンプ188によって
制御される。
内に装入されて、試料ホルダ172の内部または上に装
填される。チャンバの圧力を、機械式ポンプ188によ
って約5mTorrに減少させる。チャンバの運転圧力
は、PECVDまたはプラズマ重合法の場合、約50m
Torrから約200mTorrであり、例えば有機ケ
イ素蒸気(HMDSOなど)と酸化剤(例えば酸素な
ど)の混合物を含むプロセスガスを、モノマー入口17
6および酸化剤178を通してチャンバ内に流すことに
より実現する。
堆積する。酸化物材料の厚さは約100オングストロー
ム(Å)から約10000Åである。厚さが約500Å
未満では十分なバリアを提供することができず、厚さが
約5000Åより厚いとクラックが発生する可能性があ
り、したがって有効なバリアが減少する。酸化物材料の
厚さは、約500Åから約3000Åが最も好ましい。
流す前に酸素成分および不活性ガス成分と混ぜることが
好ましい。このように混ぜられたこれらのガスの量は、
ガス流成分の流量比が調整可能に制御されるように流量
制御器によって制御する。
相当な低圧で実施することが好ましい。堆積中は、約5
00ミリトル(mTorr)未満の圧力が維持されるべ
きであり、チャンバは、被膜の堆積中は約43ミリトル
から約490ミリトルの間の圧力であることが好まし
い。システム圧力が低いと堆積速度がより遅くなるのに
対し、システム圧力がより高いと堆積速度はより速くな
る。
切な有機ケイ素化合物の例は、ほぼ周囲温度で液体また
は気体であり、揮発するときには沸点が約0℃から約1
50℃であって、ジメチルシラン、トリメチルシラン、
ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ヘ
キサメチルジシラン、1,1,2,2−テトラメチルジ
シラン、ビス(トリメチルシラン)メタン、ビス(ジメ
チルシリル)メタン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニ
ルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、エ
チルメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ジビ
ニルテトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザ
ン、ジビニルヘキサメチルトリシロキサン、トリビニル
ペンタメチルトリシロキサザン、テトラエトキシシラ
ン、およびテトラメトキシシランが含まれる。
−テトラメチルジシロキサン、トリメチルシラン、ヘキ
サメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチ
ルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、お
よびヘキサメチルジシラザンがある。これらの好ましい
有機ケイ素化合物は、沸点がそれぞれ71℃、55.5
℃、102℃、123℃、および127℃である。
生器は、電極の数および近接度に応じて周波数が約5M
Hzから約20MHz、電極面積当たりの電力が約0.
01ワット/cm2から約5ワット/cm2のプラズマを
発生させるために使用する。SiOXの堆積は、このよ
うに露出した支持体上に約22nm/分から約100n
m/分の速度で生じる。
1の酸化ケイ素をベースとする被膜は、酸化ケイ素を堆
積させる温度パラメータ(TsioX)がTgより高い
ときは支持体の表面を完全に覆わない。堆積電力がある
臨界値を超えるとき、ポリマー支持体はポリマー鎖のセ
グメント移動が生じる温度にさらされる。この動きの結
果、支持体は軟化する可能性がある。したがって、支持
体は変形または軟化することがあり、それによって酸化
ケイ素に欠陥が形成され、巨視的欠陥を引き起こす。し
たがって以下の実施例で示すように、130Wよりも高
い堆積電力で付着した酸化ケイ素をベースとする被膜で
は、完全な被覆を実現することができない。
合、前処理した支持体に酸化ケイ素をベースとする被膜
を高出力PECVD法によって付着させることができる
ように、緩衝層が支持体を完全に覆う。したがって緩衝
層は、Tgより高い温度パラメータまたはTsioX>
Tgでの変形または軟化から支持体を保護し、その結
果、酸化ケイ素被覆が巨視的欠陥のない支持体に高い電
力レベルで付着する。
はその配合物は、それから製造される物品の性質に悪影
響を及ぼさない従来の添加剤および成分を含有すること
ができる。
で被覆することができる。このような支持体には、包装
材料、容器、瓶、ジャー、管、および医療器具が含まれ
るが、これらに限定されない。
スチック支持体上にSiOXを付着させる方法 Rad−Cure Corporationの光重合開
始剤を含有するRAD−KOTE110HSアクリルモ
ノマーの配合物中に支持体を浸漬することによって、P
ET管に緩衝層を付着させた。次いで、F300/F3
05紫外線ランプシステム(Ultraviolet
Lamp System)で、被覆を硬化した。
備えるPET管を、真空チャンバ(図2に示す)内の電
極上に配置した。チャンバを排気して約50mTorr
にした。次いでモノマーとしてのHMDSOと、酸化剤
としての酸素をチャンバ内に送出した。次いで電源から
電極に電力を供給し、SiOXを管に付着させた。
するシステムパラメータを、表1に報告する。
却した。次いでチャンバを開き、管を取り出した。結果
を表1および図3に報告する。
のみで被覆されたPET管は140ワットの電力レベル
で霜状化し始めるが、緩衝層、次いでSiOXで被覆さ
れたPET管は140ワット以上の電力レベルで霜状化
しないことが示されている。
損傷を与えてその結果被履に欠陥を生じさせるというこ
となく、巨視的欠陥が無いプラスチック支持体に高エネ
ルギーレベルで無機被履を堆積できるという格別の作用
効果が得られる。
一般的な概略図である。
9)
気相成長法によってプラスチック物体上にバリア被覆を
堆積する方法
Claims (10)
- 【請求項1】 上面および底面と、 支持体の前記上面の上に結合された緩衝層と、 プラズマ化学気相成長法によって130Wより大きい電
力レベルで付着した、前記緩衝層の上に結合された無機
被覆とを含むことを特徴とするプラスチック支持体。 - 【請求項2】 前記緩衝層の材料が有機材料であること
を特徴とする請求項1に記載の支持体。 - 【請求項3】 前記有機材料が架橋アクリレートである
ことを特徴とする請求項2に記載の支持体。 - 【請求項4】 前記無機被覆が酸化ケイ素または酸化ア
ルミニウムであることを特徴とする請求項1に記載の支
持体。 - 【請求項5】 前記無機被覆が酸化ケイ素であることを
特徴とする請求項4に記載の支持体。 - 【請求項6】 前記緩衝層が、 (a)(i)多官能性アクリレート、または(ii)モ
ノアクリレートと多官能性アクリレートの混合物を含
む、硬化可能な成分を選択する段階と、 (b)前記成分を前記支持体上にフラッシュ蒸発させる
段階と、 (c)被膜または蒸発した成分を前記支持体上に凝縮さ
せる段階とを含んで前記プラスチック支持体上に堆積さ
れることを特徴とする請求項1に記載の支持体。 - 【請求項7】 前記無機被覆が、 (a)真空気密チャンバと、前記チャンバにモノマーを
送出する手段と、前記チャンバに無線周波電力を加える
手段と、前記チャンバに酸化剤ガスを送出する手段と、
前記チャンバ内に真空を創り出して維持する手段と、電
極とを有する支持体に無機被覆を付着させることが可能
な装置を準備する段階と、 (b)前記チャンバ内に前記支持体を配置する段階と、 (c)前記チャンバを5mTorr未満に排気する段階
と、 (d)前記チャンバにモノマーガスを送出する段階と、 (e)前記チャンバに酸化剤を送出する段階と、 (f)前記電極に無線周波数を送る段階と、 (g)前記支持体上に無機被覆を堆積する段階とを含む
プラズマ化学気相成長法によって、前記緩衝層上に堆積
されることを特徴とする請求項1に記載の支持体。 - 【請求項8】 前記モノマーガスが、約0.1sccm
から約100sccmで前記チャンバに送出されること
を特徴とする請求項7に記載の支持体。 - 【請求項9】 前記モノマーガスが、ヘキサメチレンジ
シロキサン(HMDSO)またはトリメチルジシロキサ
ン(TMSO)であることを特徴とする請求項7に記載
の支持体。 - 【請求項10】 前記酸化剤ガスが、約2sccmから
約200sccmで前記チャンバに送出されることを特
徴とする請求項7に記載の支持体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16410098A | 1998-09-30 | 1998-09-30 | |
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ID=22592983
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