JP2004217966A - Method and device for forming gas barrier film - Google Patents

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Kimihiko Saito
公彦 齊藤
Hideki Matsumura
英樹 松村
Atsushi Masuda
淳 増田
Akira Izumi
亮 和泉
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Japan Advanced Institute of Science and Technology
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Mitsui Chemicals Inc
Japan Advanced Institute of Science and Technology
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To planarize the surface of a gas barrier film for intercepting oxygen and steam, which is formed on the surface of a film 23 made of plastic, and further to reduce the film thickness. <P>SOLUTION: This film-forming method comprises wrapping a plastic film 23 around a guiding drum 51 into a coil form, and suspension-transporting the film 23 from the first space 12 for surface treatment to the second space 13 for forming the gas barrier film, both of which are partitioned each other by a partition 14, in the space of a vacuum vessel 11; supplying gas molecules of ammonia and hydrogen into the first space 12 from an admission port 19, heating them at 1,800°C with a heating element 20 made from tungsten to catalytically decompose the molecules, and surface-treating the film 23 with the activated species; and supplying ammonia and silane into the second space 13, catalytically decomposing them with a heating element 52, and forming the gas barrier film of silicon nitride on the surface of the above surface-treated film 23 by a catalytic chemical vapor-deposition process. The catalytic chemical vapor-deposition process in the second space 13 may be replaced by a sputtering process, a plasma chemical vapor deposition process or the like, in order to form the gas barrier film. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラスチック材料、および、プラスチックフィルム材料への、平坦であり、かつ、特に酸素および水蒸気などについてのガスバリア機能を有する薄膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
飲食品、医薬品、化学薬品、日用品、雑貨品、種々の物品を包装するために用いられるガスバリア性シートは、プラスチックフィルムにガスバリア膜をコーティングして構成される。従来から、特に内容物の劣化を防ぎ、かつ、たとえば内容物中の異物の確認が目視や金属探知機等により行えるようにするため、特に酸素および水蒸気を遮断し、かつ、透明である種々のガスバリア膜が提案され、開発されている。このような目的の無機材料のガスバリア膜としては、たとえば、電子ビーム蒸着法、スパッタ法やプラズマCVD(CVDは、Chemical Vapor
Depositionの略称であり、化学的気相蒸着または化学蒸着と言うこともある)法による、酸化シリコン膜や酸化アルミ膜が、これまで一般的である。
【0003】
また、近年、有機エレクトロルミネッセンス(EL)や液晶等を用いたディスプレイについて、軽量化および薄膜化、またフレキシブル化の観点からプラスチック薄板やプラスチックフィルムを基板として用いる構成が提案されている。このプラスチック基板に対しても、表示部の視認性を維持しつつ、かつ、基板表面上に形成した素子部の酸化劣化防止の観点から、透明、かつ、酸素および水蒸気の遮断性の高いガスバリア膜をコートする必要がある。このような目的の無機材料の高性能ガスバリア膜として、窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜を、スパッタ法やCVD法によりコーティングする構成が提案されている。
【0004】
その中で、窒化シリコン膜の形成については、たとえば、1600〜1800℃程度に加熱したタングステン線からなる発熱体に、たとえば、シラン(SiH)ガスおよびアンモニア(NH)ガスを原料ガスとして供給して分解活性化させることにより、基板上に窒化シリコン膜を堆積させる化学蒸着法(すなわち触媒CVD(略称Cat CVD)法、またはHot Wire CVD法などのCVD法)が、透明、かつ、酸素および水蒸気の遮断性を有するガスバリア膜を形成する方法の1つとして、近年注目を集めている。
【0005】
無機材料のガスバリア膜、特に硬い材料である窒化シリコン膜を有する先行技術では、ガスバリア性能を向上させるために、膜厚を厚くすると、基板を湾曲させた場合等において、膜が割れ、これによりガスバリア性能が低下するという問題がある。このため、望ましくは、100nm以下の薄い膜厚において、膜の緻密化を図り、ガスバリア性能を向上させる必要がある。
【0006】
耐熱性の低いプラスチック基板においては、低い基板温度で成膜を行わなくてはならず、プラスチック基板がたとえばポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂である場合、ガラス転移点温度を超えずに成膜を行うには、基板温度を約80℃以下にする必要がある。前述の先行技術では、このような低い温度で膜成長を行った場合、基板表面に飛来した成膜種の表面移動距離が短く、かつ、プラスチック基板表面においては、一般的に、該成膜種が捕獲される部位が少ないため、膜厚の薄い状態では、密度の低い島状の膜成長が起こってしまう。このため、十分なガスバリア性能を得るためには、これら島状膜が結合して一様な膜となる膜厚まで膜成長しなければならず、したがって島状膜の密度が低ければ低いほど、膜厚を厚くする必要があり、そうすると前述のように膜が割れやすくなってしまう。
【0007】
また、前述のディスプレイ用途のプラスチック基板用ガスバリア膜に関して、特に有機EL素子を形成する場合においては、発光層の厚みが100nm程度と非常に薄いため、発光層の膜厚不均一性や電極突起部での電界集中を防ぐために、下地層となる該ガスバリア膜の表面平坦性が要求される。この要求に対し、前述した先行技術において密度の低い島状の膜成長が起きている場合、所望のガスバリア性能の発現まで膜厚を厚くすると、その島状膜の起伏が増大するために表面の平坦性が損なわれてしまうという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、表面平坦性を有し、かつ、薄い膜厚においてガスバリア機能を有することのできる成膜方法、成膜装置およびガスバリア性シートを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本件明細書中、用語「基材」は、ガスバリア膜が形成されるべき被処理物であって、たとえば10〜500μmの厚みを有するフィルムであってもよく、またはフィルムよりも厚くかつたとえば5mm未満の比較的大きい厚みを有する板状体であってもよく、可撓性を有してもよいが、剛性であってもよく、さらにそのほかの形状を有してもよく、表面の少なくとも一部分にガスバリア膜が形成されるべき物体である。この基材は、合成樹脂製である。
【0010】
本発明は、プラスチック製基材上へガスバリア膜を形成する方法において、
ガスバリア膜の形成を行う前に、
前記基材の表面を、ガス分子の発熱体との接触分解によって生成した活性種に接触させることによって、前記表面の表面処理を行うことを特徴とするガスバリア膜形成方法である。
【0011】
また本発明は、ガスバリア膜を形成する前の表面処理に用いられるガス分子が、
水素原子または窒素原子の少なくともいずれかを含むガス分子であることを特徴とする。
【0012】
また本発明は、ガスバリア膜を形成する前の表面処理に用いられる、水素原子または窒素原子の少なくともいずれかを含むガスが、水素、アンモニア、または水素およびアンモニアの混合ガスであることを特徴とする。
【0013】
また本発明は、前記基材上のガスバリア膜を、ガス分子を発熱体により分解活性化させて基材に成膜を行う化学蒸着方法によって形成することを特徴とする。
【0014】
本発明によれば、ガス分子の活性種を、プラスチック製基材の表面に暴露することにより、基材の最外表面の化学結合状態が変化し、これにより、基材表面に飛来する成膜種が捕獲される基材の表面上の部位が増大する。そのため、続いて行われるガスバリア膜の形成の初期において、島状膜の密度が増大する。これにより、比較的薄い膜厚において、島状膜が結合してガスバリア機能が発現し、また表面平坦性を有する膜が得られる。
【0015】
本発明で使用するプラスチック製基材としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエステル、ポリメチルメタアクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアセテート、ポリアミド、ポリ−4−メチルペンテン−1、セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンオキサイド系樹脂等の透明性を有する樹脂であればよいが、透明性を有さなくてもよい。
【0016】
本発明におけるガスバリア膜の膜厚は、屈曲または湾曲時にクラックなどの損傷を生じないためには、好ましくは5〜200nmであり、20〜100nmが最も好ましい。
【0017】
本発明におけるプラスチック製基材の表面処理に用いられるガスとしては、発熱体により分解活性化するものであれば何でも良く、発熱体材料、発熱体温度とガスとの反応性により決定される。好ましくは、発熱体には金属が用いられ、発熱体の寿命の観点から、酸化の起こらない、高価である金や白金を発熱体に用いる場合を除いては、表面処理用ガスとしては、非酸化性のガスを用いるのが好ましい。
【0018】
また、後に述べる図1〜図2のガスバリア膜成膜装置28,29にあるように、ガスバリア膜を形成する原料ガスである成膜ガスが酸化性ガスと反応する性質を有し、かつ、表面処理の空間とガスバリア膜を成膜する空間とが同一真空容器内にある場合、安全上の観点から、表面処理用ガスとしては、非酸化(非支燃)性ガスを用いることが望ましい。これらのことより、表面処理に用いるガスとしては、水素原子もしくは窒素原子を含むガスが好ましく、たとえば、水素、アンモニア、ヒドラジン等を用いることができるが、水素およびアンモニアが扱いやすく、好ましい。また、水素およびアンモニアの混合ガスを用いても、何ら本発明を妨げるものではない。
【0019】
また、本発明におけるガスバリア膜成膜方法としては、スパッタ法、プラズマCVD法、または触媒CVD法、その他の手法のいずれを用いても何ら本発明を妨げるものではなく、透明なガスバリア膜としては、たとえば、酸化アルミ膜、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜等を用いることが可能である。ガスバリア膜およびプラスチック製基材は、透明性を有していてもよいが、透明性を有していなくてもよく、たとえば遮光性であってもよい。
【0020】
ガスバリア膜成膜方法として、ガス分子を発熱体により分解活性化させて基材に成膜を行う触媒化学蒸着法を用いることは、本発明の表面処理方法とガスバリア膜成膜方法とを、同一真空容器内において連続的に実施できる点において好適である。当該触媒化学蒸着方法を用いたガスバリア膜としては、発熱体の寿命の観点から、還元雰囲気で成膜を行うことが望ましいため、シリコン原子を含むガスおよび窒素原子を含むガスを原料ガスとして形成する窒化シリコン膜が好適である。シリコン原子を含むガスとしてはシランやジシランを用いることができ、窒素原子を含むガスとしてはアンモニアやヒドラジンを用いることができるが、シリコン原子を含むガスとしてのシランと窒素原子を含むガスとしてのアンモニアとの組合せを用いるのが好ましい。またこれらシリコン原子を含むガスと窒素原子を含むガスを水素で希釈してもよい。
【0021】
また、窒化シリコン膜成膜中において、プラスチック製基材に含まれる水分が脱ガスすることによって、膜中に酸素が取り込まれ、結果として酸化窒化シリコン膜になることがあるが、何ら本発明を妨げるものではない。
【0022】
また、さらに原料ガスとして、メチルシラン、ジメチルシランもしくはトリメチルシランや、メタンやアセチレン等炭化水素ガスを用いることにより、炭化窒化シリコン膜や、炭化酸化窒化シリコン膜を形成しても、何ら本発明を妨げるものではない。
【0023】
さらにこの表面処理方法によれば、プラスチック製基材の表面に吸着した水分や油脂分等を、活性種により分解脱離させたり、適当な条件を選定することにより、発熱体からの輻射熱によって、基板内部に含まれる水分等の脱気をガスバリア膜形成前に行うことが、可能であり、ガスバリア膜への不純物混入による膜質低下を防いだり、製造安定性が向上して好ましい様態となる。
【0024】
また本発明は、表面処理用の第1空間と、ガスバリア膜形成用の第2空間とを有する真空容器と、
長尺のプラスチック製基材を、第1空間から第2空間に、張架して搬送する搬送手段と、
第1空間に開放している第1導入口を有する導入口手段と、
前記基材の表面処理用ガスを、導入口手段に供給する表面処理用ガス源と、
第1空間で導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理する発熱体と、
第2空間に設けられ、前記基材の前記表面にガスバリア膜を形成する薄膜形成手段とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置である。
【0025】
また本発明は、薄膜形成手段は、スパッタ法、プラズマCVD法、または触媒化学蒸着法によって、ガスバリア膜を形成することを特徴とする。
【0026】
また本発明は、表面処理用の第1空間と、ガスバリア膜形成用の第2空間とを有する真空容器と、
長尺のプラスチック製基材を、第1空間から第2空間に、張架して搬送する搬送手段と、
第1空間に開放している第1導入口を有する第1導入口手段と、
前記基材の表面処理用ガスを、第1導入口手段に供給する表面処理用ガス源と、
第1空間で第1導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理する第1発熱体と、
第2空間に開放している第2導入口を有する第2導入口手段と、
ガスバリア膜を形成するための原料ガスを、第2導入口手段に供給する原料ガス源と、
第2空間で第2導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理された前記基材の前記表面に、原料ガスとの接触分解によって活性種を生成してガスバリア膜を触媒化学蒸着する第2発熱体とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置である。
【0027】
また本発明は、搬送手段は、
真空容器内で、案内面が、第1および第2空間にわたって臨む案内ドラムを有し、
前記基材は、案内ドラムの案内面に巻掛けられて案内されることを特徴とする。
【0028】
また本発明は、表面処理用ガスは、水素原子または窒素原子の少なくともいずれかを含むガス分子であることを特徴とする。
【0029】
本発明に従えば、後述の図1に示されるように基材として、プラスチックフィルムを用いる場合、たとえばロール状のフィルムを搬送手段によって真空容器内の表面処理用の第1空間からガスバリア膜形成用の第2空間に、この順序で張架して搬送し、ロール・ツー・ロール方式で、フィルムの表面にガスバリア膜を形成することが可能となる。第2空間で形成されるガスバリア膜は、プラズマCVD法や触媒CVD法で形成されてもよいが、そのほかの手法、たとえばスパッタリング法、蒸着法などの手法で形成されてもよい。こうして長尺の連続したプラスチックフィルムの表面処理した表面に、そのフィルムの移動に伴ってガスバリア膜を形成することができるので、低コストかつ高品質なガスバリア膜を形成することができる。
【0030】
第2空間では、好ましくは触媒CVD法によってガスバリア膜を成膜することが、プロセスを簡便化させる観点から、好ましい。
【0031】
第1および第2空間は、完全に遮ることはできないので、プラスチックフィルムの表面処理用のガスは、ガスバリア膜形成に用いるガス種類の一部、もしくは、ガスバリア膜形成に影響を与えないガスを用いることが望ましい。たとえば、ガスバリア膜に、シランガス、アンモニアガスである原料ガスを用いて窒化シリコン膜を形成する場合、表面処理に用いるガスとして、アンモニアガス、水素ガス、もしくはそれらの混合ガスを用いることが可能である。
【0032】
プラスチックフィルムを、たとえば直円筒状の案内ドラムの案内面に巻掛けることによって、そのフィルムを安定した姿勢で表面処理し、かつガスバリア膜を形成することができるようになる。
【0033】
また本発明は、真空容器と、
真空容器内の空間に開放している導入口を有する導入口手段と、
プラスチック製基材の表面処理用ガスを供給する表面処理用ガス源と、
表面処理用ガス源からの表面処理用ガスを導入口手段に供給する制御手段と、
前記空間で導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理する発熱体と、
表面処理された前記基材の前記表面に、前記空間で、ガスバリア膜を形成する薄膜形成手段とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置である。
【0034】
また本発明は、真空容器と、
真空容器内の空間に開放している導入口を有する導入口手段と、
プラスチック製基材の表面処理用ガスを供給する表面処理用ガス源と、
ガスバリア膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス源と、
表面処理用ガス源からの表面処理用ガスと、原料ガス源からの原料ガスとを、この順序で、切換えて導入口手段に供給する制御手段と、
前記空間で導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理し、表面処理された前記基材の前記表面に、原料ガスとの接触分解によって活性種を生成してガスバリア膜を触媒化学蒸着する発熱体とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置である。
【0035】
本発明に従えば、後述の図2〜図4に示されるように、ガスバリア膜の成膜を、たとえばガス分子を発熱体により分解活性化させて基板に成膜を行う触媒化学蒸着方法で行う場合、本発明の表面処理とガスバリア膜の形成とを同じ1つの真空容器の空間にて行うことが可能となるため、装置が簡便になり、より好ましい。
【0036】
また本発明は、前記空間で前記基材と発熱体との間に配置される開閉可能な遮蔽部材を含み、
制御手段は、表面処理用ガスの前記空間への供給初期、および表面処理用ガスから原料ガスへの供給の切換え時に、熱遮蔽部材を一時的に閉じることを特徴とする。
【0037】
本発明に従えば、プラスチック製基材の表面処理を行った後、ガスバリア膜を形成するために、表面処理ガスから原料ガスへの供給の切換えを行う際、基材と発熱体との間に配置された遮蔽部材を一時的に閉じる。これによって前記空間における表面処理用ガスまたは原料ガスが安定化し、流れの状態、および濃度分布がその空間内で均一になる。したがって表面処理とガスバリア膜の形成とを、高品質で達成することができる。
【0038】
また本発明は、表面を、ガス分子の発熱体との接触分解によって生成した活性種によって表面処理したプラスチックフィルムと、
フィルムの前記表面に形成されたガスバリア膜とを含むことを特徴とするガスバリア性シートである。
【0039】
また本発明は、ガスバリア膜の膜厚は、5〜200nmであることを特徴とする。
【0040】
本発明に従えば、ガスバリア性シートは、前述の表面処理された表面を有するプラスチックフィルムの前記表面に、たとえば酸素または水蒸気などのガスを通しにくいガスバリア膜を形成して、実現することができる。このようなガスバリア性シートのガスバリア膜の表面は、本発明の表面処理を行わない先行技術に比べて、平坦である。しかもフィルムのガスバリア膜を形成すべき全面にわたって均一な膜厚でガスバリア膜を形成することができるので、そのガスバリア膜の膜厚を薄くすることができ、たとえば前述のように5〜200nmとすることができ、さらに好ましくは20〜100nmとすることが可能になる。これによってガスバリア膜が、たとえば窒化シリコンなどのように硬く、比較的もろい性質を有する材料であっても、本件ガスバリア性シートの屈曲または湾曲時、ガスバリア膜にクラックが生じるなどの損傷を防ぐことができ、ガスバリア機能を確実に達成することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態のガスバリア膜形成装置28の全体の構成を簡略化して示す断面図である。このガスバリア膜形成装置28は、真空容器11と、長尺のプラスチック製基材であるフィルム23を、仕切り部材53,54に形成された通路55を経て直円柱状の案内ドラム51に巻掛けられ、供給ロール22から送出しロール56を経て供給方向57に案内ドラム51に供給され、また案内ドラム51からのフィルム23は、巻取りロール58によって案内されて、巻取り方向59に搬送されて巻取りロール61に巻取られる。ロール・ツー・ロール方式によってフィルム23が連続的に搬送手段62によって張架して搬送される。
【0042】
真空容器11内で仕切り部材53,54の図1における下方では、仕切り部材14によって表面処理用の第1空間12とガスバリア膜形成用の第2空間13とに仕切られ案内ドラム51は、フィルム23を第1空間12から第2空間13にわたって搬送する。
【0043】
第1空間12には、第1導入口手段64が設けられる。この第1導入口手段64は、第1空間12に開放して案内ドラム51に臨む第1導入口19を有する。第1導入口手段64には、表面処理用ガス源65から、フィルム23の表面処理用ガスが供給される。第1空間12内で第1発熱体20は、第1導入口19と、案内ドラム51に巻掛けられたフィルム23との間に配置される。第1発熱体20は、第1導入口19からの表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、この活性種によって、第1空間12内でフィルム23の表面を表面処理する。発熱体20は、線状のタングステンなどの金属製であり、電源21から電力が供給されて発熱する。
【0044】
発熱体20は、高融点金属から成り、たとえば耐熱性に優れたタングステンが好ましい。フィルム23の表面処理のために用いられる発熱体20の温度は、ガス源65からの表面処理用ガスが効率的に接触して分解する温度を有することが必要である。発熱体20を、タングステンによって構成し、表面処理用ガスとして水素ガスを用いる構成では、発熱体20の温度は1000℃以上に選ばれる。表面処理用ガスにアンモニアガスを用いる構成では、発熱体20の温度は、1200℃以上に選ばれる。表面処理用ガスは、水素ガスとアンモニアガスとの混合ガスであってもよく、その場合、発熱体20は、1200℃以上に選ばれる。この発熱体20は、タングステンが蒸発しない2000℃未満とし、これによってフィルム23の表面がタングステンによって汚染されることを防ぐ。
【0045】
第2空間13では、案内ドラム51に巻掛けられているフィルム23の表面処理された表面に、ガスバリア膜をたとえば触媒化学蒸着法によって形成する。触媒化学蒸着のために、第2空間13に開放した第2導入口17を有する第2導入口手段67が設けられ、この第2導入口手段67には、ガス源18からガスバリア膜を形成するための原料ガスが供給される。第2発熱体52は、第2空間13で第2導入口17と案内ドラム51によって案内されるフィルム23との間に配置され、電源68からの電力が供給される。第2発熱体52は、第2導入口17からの原料ガスを接触分解して活性種を生成し、表面処理されたフィルム23の表面にガスバリア膜を触媒化学蒸着する。第2発熱体52は、前述の第1発熱体20と同様な構成を有する。発熱体52をタングステン製とし、ガスバリア膜として窒化シリコン膜を形成する場合、ガス源18から供給される原料ガスは、シランガスおよびアンモニアガスである。発熱体52の温度は、タングステンとシリコンとの混合物が形成されて発熱体52の劣化を防ぐために、1600℃以上に選ばれ、またタングステンが蒸発しない2000℃未満に選ばれる。このような触媒化学蒸着法によってガスバリア膜を形成する構成は、プロセスを簡便化させ、好ましい。
【0046】
第1および第2空間12,13は、仕切り部材14によって完全に遮ることはできないので、第1空間12で用いられる表面処理用ガスは、ガスバリア膜の形成に用いるガス種類の一部、またはガスバリア膜の形成に悪影響を及ぼさないガスを用いることが好ましく、前述のようにガスバリア膜として窒化シリコン膜を形成するために原料ガスとしてシランガスおよびアンモニアガスを用いる場合、表面処理用ガスとして前述のようにアンモニアガス、水素ガスまたはそれらの混合ガスを用いることが好ましい。実施の一形態では、フィルム23は0.1〜10m/秒の速度で移動していくため、フィルム23の移動方向に平行な空間12の領域が、たとえば1mの場合、処理時間は0.1〜10秒程度となる。このような短時間において、表面処理を有効に行うには、発熱体20からの加熱効果のみならず、本発明に示す化学的な活性種を暴露させる方法を用いることが望ましく、すなわち、表面処理の空間12を、この連続成膜装置28内に配備することにより、表面処理とガスバリア膜成膜を連続的に行うことによって、低コストかつ高品質なガスバリア膜を形成することが可能となる。
【0047】
第1および第2空間12,13を含む真空容器11内は、排気ポンプ41によってたとえば2×10−4Pa、またはそれ未満に真空引きされる。
【0048】
発熱体20,52の温度に関しては、耐熱性の低いプラスチック基材であるフィルム23への熱ダメージを低減させるために、前述した表面処理用ガスが効率的に分解したり、発熱体20,52との反応劣化を防ぐ温度以上であり、かつ、可能な限り低い温度が望ましいが、実際には、表面処理効果やガスバリア膜特性、ガスバリア膜成長速度、および、基板ダメージの度合いにより、処理時間および成膜時間と合わせて最適化される。また、耐熱性の低いプラスチック基材のダメージを低減させるために、基材を冷却することは、何ら本発明を妨げるものではなく、むしろ好ましい。
【0049】
本発明の実施の他の形態では、第2空間13では、スパッタリング法またはプラズマ化学蒸着法、さらにそのほかの手法によって、ガスバリア膜を形成するようにしてもよい。
【0050】
図2は、本発明の実施の一形態のガスバリア膜形成装置29の全体の構成を簡略化した断面図である。このガスバリア膜形成装置29は、真空容器31の空間44内に保持されたプラスチックフィルム39の図2における下方に臨む表面を、水素およびアンモニアのガス分子を発熱体34によって分解活性化して接触分解された活性種を接触させて表面処理し、その後、この表面処理された表面に、アンモニアガスとシランガスとの触媒CVD法によってガスバリア膜を堆積形成する。このガスバリア膜の触媒CVD法では、シランガスは、発熱体34によって接触分解され、これによって生成した活性種によって、ガスバリア膜が形成される。
【0051】
真空容器31内の空間44には、導入口35を有する導入口手段45が配置される。導入口35は、図2の上方に向けて空間44に開放している。空間44の上部には、プラスチック基板であるフィルム39が、基板ホルダとして働く保持機構によって保持されており、冷却機構33は、冷却源46からの冷媒によって、フィルム39のガスバリア膜が形成されるべき表面とは反対側の表面(すなわち図2の上面)に接触して冷却する。
【0052】
真空容器31内でフィルム39と発熱体34との間には空間44を仕切る開閉可能なシャッタである遮蔽部材42が設けられ、駆動手段43によって開閉駆動される。導入口手段45には、水素ガスのガス源36、アンモニアガスのガス源37およびシランガスのガス源38が、開閉弁V36,V37,V38をそれぞれ介して接続される。表面処理用ガスとしてガス源36,37の水素ガスおよびアンモニアガスが用いられ、ガスバリア膜の原料ガスとしてガス源37,38のアンモニアガスおよびシランガスが用いられる。加熱手段34の構成は、前述の図1の実施の形態における発熱体20,52の構成と同様であり、電源47からの電力が供給される。
【0053】
図3は、図2の実施の形態における電気的構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路71には、操作者による入力操作が行われる入力手段72が接続され、これによって処理回路71には、フィルム39の表面処理とガスバリア膜の形成を自動的に連続的に行うために、遮蔽部材42のための駆動手段43、開閉弁V36,V37,V38を制御するとともに、電源47によって発熱体34を、たとえば1800℃に保ち、排気ポンプ41によって空間44内をたとえば2×10−4Pa、またはそれ未満の圧力に真空引きして保つ。
【0054】
図4は、処理回路71の動作を説明するためのタイミングチャートである。発熱体34は前述のように電源47によってその温度が1800℃に保たれたままである。駆動手段43による遮蔽部材42の開閉動作を示す図4(1)において、時刻t2以前の時刻t1において、プラスチックフィルム39の表面処理のために、開閉弁V36は図4(2)に示されるように、また開閉弁V37は図4(3)に示されるように開かれ、水素ガスおよびアンモニアガスが供給される。空間44に水素およびアンモニアのガスが安定した流量および均一な分布で供給されるようになった時刻t2において、駆動手段43は遮蔽部材42を開く。これによって水素およびアンモニアガスの発熱体34によって接触分解された活性種は、フィルム39の表面に接触して表面処理が行われる。こうして時刻t2以前の時刻t1〜t2における表面処理の初期では、遮蔽部材42が閉じられているので、空間44内における表面処理用ガスの状態が安定する。
【0055】
表面処理が終了する時刻t3では、遮蔽部材42を一時的に閉じ、この時刻t3以降では、ガスバリア膜の触媒化学蒸着法による形成のために、図4(2)に示される開閉弁V36を閉じ、図4(4)に示される開閉弁V38を開いて、空間44にアンモニアガスとシランガスと水素とを供給する。アンモニアガスとシランガスとが空間44において安定な流量および均一な濃度に安定化した時刻t4以降、遮蔽部材42を開く。これによって発熱体34によるアンモニアガスおよびシランガスの原料ガスの接触分解による活性種によってフィルム39の表面処理された表面に、ガスバリア膜である窒化シリコン膜が形成される。ガスバリア膜の形成された後の時刻t5では、遮蔽部材42を閉じ、また開閉弁V37,V38を閉じ、こうして一連の動作を終了する。
【0056】
本発明の実施の他の形態のガスバリア膜形成装置としては、板状の基板を用いる場合、たとえば、ロードロック室、本発明の基板表面前処理室、ならびに、蒸着、スパッタやCVDの成膜方法の機構を有するガスバリア膜成膜室とが、ゲートバルブにてロボットアーム室とつながっており、ロボットアームにて各部屋を行き来する、いわゆる枚葉式の装置構成が可能である。
【0057】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。
【0058】
図2〜図4に示すような装置において、厚さ125μmのポリエチレンテレフタレート(略称PET)フィルム39を基板ホルダである保持機構32に密着させて、真空容器31内に設置した後、排気ポンプ41にて真空容器31を2×10−4Pa以下まで真空引きを行い、続いて、基板ホルダである保持機構32を−20℃まで冷却した。
【0059】
保持機構32、したがってフィルム39の温度を−20℃に保持した状態で、水素ガスおよびアンモニアガスを真空容器31内に導入し、当該ガスを分解活性化させるために、ガス導入口35とフィルム39との間に配備されたタングステンから成る線状の発熱体34を1800℃に加熱した。
【0060】
続いて、該発熱体34とフィルム39の間に配備されているシャッタ42を開けることにより、フィルム39の表面を、水素ガスおよびアンモニアガスの分解活性種に20秒間曝した。この後、発熱体34を1800℃に保持した状態で、シャッタ42を一旦閉じ、さらに真空容器31内にシランガスを導入した後、再度シャッタ42を開け、フィルム39の前記表面に60nmの厚みの窒化シリコン膜の成膜を触媒CVD法で行った。
【0061】
この窒化シリコン膜が成膜されたフィルム表面粗さを、原子間力顕微鏡(略称AFM)により評価したところ、フィルム39の表面処理前の表面粗さが1.7nmであったのに対し、3.0nmであった。
【0062】
また、このフィルム39に窒化シリコン膜が成膜されたガスバリア性シートの酸素ガス透過率を日本工業規格の差圧法により温度23℃、相対湿度0%にて評価したところ、0.9cc/m・day・Paであった。
【0063】
また、同様のポリエチレンテレフタレートフィルムに対し、前述と同じ表面処理を行ったフィルムの被処理表面のX線光電子分光法XPSによる測定を行い、表面処理を行っていないフィルムの表面と比較を行ったところ、図5で示されるように、フィルム表面に窒素N1sが検出され、また、図6に示すC1sのスペクトルより、表面処理によって、表面における炭素と水素や酸素の結合状態C−H,C−O,C=Oが変化していることが確認された。これによって本発明によれば、フィルム39の表面が改質されたことが確認された。
【0064】
【比較例】
図2に示すような装置において、前述と同様に、ポリエチレンテレフタレートフィルム39を保持機構32に密着させて、真空容器31内に設置した後、ポンプ41にて真空容器31を2×10−4Pa以下まで真空引きを行い、続いて、保持機構32を−20℃まで冷却した。
【0065】
保持機構32の温度を−20℃に保持した状態で、シャッタ42を閉じたまま、前述の実施例の成膜条件と同等の流量、圧力になるよう、シランガス、水素ガスおよびアンモニアガスを真空容器31内に導入し、当該ガスを分解活性化させるために、ガス導入口35とフィルム39との間に配備されたタングステンから成る線状の発熱体34を1800℃に加熱したままとした。続いて、該発熱体34とフィルム39の間に配備されているシャッタ42を開けることにより、フィルム39の表面に60nmの厚みの窒化シリコン膜の成膜を行った。
【0066】
この窒化シリコン膜が成膜されたフィルム表面粗さを、原子間力顕微鏡(AFM)により評価したところ、フィルムの表面粗さが1.7nmであったのに対し、4.2nmであった。
【0067】
また、このフィルム39に窒化シリコン膜が成膜されたシートの酸素ガス透過率を日本工業規格の差圧法により温度23℃、相対湿度0%にて評価したところ、2.8cc/m・day・Paであった。したがって本発明の前述の実施例では、窒化シリコン膜の表面粗さが比較例に比べて小さく、平坦であり、また本発明の実施例では、比較例に比べて酸素ガス透過率が小さく、ガスバリア性が向上されていることが確認された。
【0068】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、たとえば発熱体との熱接触分解により生成したラジカルにより膜堆積を行う触媒化学蒸着法による、プラスチック製基材上へのガスバリア膜形成方法および装置において、膜堆積前に基材の表面を、水素原子または窒素原子の少なくともいずれかを含むガスの、発熱体との接触分解により生成した活性種による表面処理を行い、表面改質を行うことにより、表面平坦性が高く、かつ、ガスバリア性能の高い膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態のガスバリア膜形成装置28の全体の構成を簡略化して示す断面図である。
【図2】本発明の実施の一形態のガスバリア膜形成装置29の全体の構成を簡略化して断面図である。
【図3】図2の実施の形態における電気的構成を示すブロック図である。
【図4】処理回路71の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】本件発明者のX線光電子分光法による測定結果を示す図である。
【図6】本件発明者のX線光電子分光法による他の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
11,31 真空容器
12 第1空間
13 第2空間
17 第2導入口
18 原料ガス源
20 第1発熱体
23,39 プラスチックフィルム
28,29 ガスバリア膜形成装置
32 保持機構
34 発熱体
35 導入口
36 水素ガス源
37 アンモニアガス源
38 シランガス源
42 遮蔽部材
43 駆動手段
44 空間
45 導入口手段
51 案内ドラム
52 第2発熱体
62 搬送手段
65 表面処理用ガス源
67 第2導入口手段
V36,V37,V38 開閉弁
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a method for forming a thin film on a plastic material and a plastic film material, which is flat and has a gas barrier function, particularly for oxygen and water vapor.
[0002]
[Prior art]
A gas barrier sheet used for packaging food and drink, pharmaceuticals, chemicals, daily necessities, miscellaneous goods, and various articles is formed by coating a gas barrier film on a plastic film. Conventionally, in particular, in order to prevent the deterioration of the contents and to allow foreign substances in the contents to be confirmed visually or with a metal detector, etc., particularly, oxygen and water vapor are cut off, and various transparent materials are used. Gas barrier films have been proposed and developed. Examples of the gas barrier film made of an inorganic material for such a purpose include an electron beam evaporation method, a sputtering method, and a plasma CVD (Chemical Vapor (CVD)).
A silicon oxide film or an aluminum oxide film formed by a method (which is an abbreviation of Deposition and is sometimes referred to as chemical vapor deposition or chemical vapor deposition) is generally used.
[0003]
In recent years, with respect to displays using organic electroluminescence (EL), liquid crystal, or the like, a configuration using a plastic thin plate or a plastic film as a substrate has been proposed from the viewpoint of weight reduction and thinning, and flexibility. For this plastic substrate, a gas barrier film that is transparent and has high barrier properties against oxygen and water vapor from the viewpoint of maintaining the visibility of the display unit and preventing the element unit formed on the substrate surface from being oxidized and deteriorated. Need to be coated. A configuration in which a silicon nitride film or a silicon oxynitride film is coated by a sputtering method or a CVD method as a high performance gas barrier film of an inorganic material for such a purpose has been proposed.
[0004]
Among them, regarding the formation of a silicon nitride film, for example, silane (SiH) is applied to a heating element made of a tungsten wire heated to about 1600 to 1800 ° C. 4 ) Gas and ammonia (NH 3 A) A chemical vapor deposition method (that is, a catalytic CVD (Cat CVD) method or a CVD method such as a Hot Wire CVD method) for depositing a silicon nitride film on a substrate by supplying a gas as a source gas to activate the decomposition. Recently, attention has been paid to one method for forming a gas barrier film that is transparent and has a barrier property against oxygen and water vapor.
[0005]
In the prior art having a gas barrier film of an inorganic material, particularly a silicon nitride film which is a hard material, if the film thickness is increased in order to improve the gas barrier performance, the film is cracked when the substrate is curved, and thus the gas barrier There is a problem that performance is reduced. Therefore, desirably, in a thin film having a thickness of 100 nm or less, the film needs to be densified to improve the gas barrier performance.
[0006]
In the case of a plastic substrate having low heat resistance, the film must be formed at a low substrate temperature. When the plastic substrate is, for example, polyethylene terephthalate (PET) resin, the film must be formed without exceeding the glass transition temperature. Requires that the substrate temperature be about 80 ° C. or less. According to the above-mentioned prior art, when a film is grown at such a low temperature, the surface movement distance of the film-forming species flying on the substrate surface is short, and the film-forming species is generally formed on the plastic substrate surface. Since there are few sites where the film is trapped, island-like film growth with a low density occurs when the film thickness is small. For this reason, in order to obtain sufficient gas barrier performance, the film must be grown to a thickness that combines these island-like films into a uniform film. It is necessary to increase the film thickness, and as a result, the film is easily broken as described above.
[0007]
In addition, regarding the gas barrier film for a plastic substrate used for a display as described above, particularly when an organic EL element is formed, since the thickness of the light emitting layer is very thin, about 100 nm, the film thickness non-uniformity of the light emitting layer and the electrode protrusions are reduced. In order to prevent the electric field concentration in the above, the gas barrier film serving as a base layer is required to have a flat surface. In response to this requirement, in the case where a low-density island-like film is grown in the above-described prior art, if the film thickness is increased until the desired gas barrier performance is exhibited, the undulation of the island-like film increases, so that the surface of the surface increases. There is a problem that flatness is impaired.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a film forming method, a film forming apparatus, and a gas barrier sheet which have surface flatness and can have a gas barrier function at a small film thickness.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the present specification, the term “substrate” is an object on which a gas barrier film is to be formed, and may be a film having a thickness of, for example, 10 to 500 μm, or may be thicker than the film and less than 5 mm, for example. May be a plate-like body having a relatively large thickness, may have flexibility, may be rigid, may have another shape, and at least a part of the surface An object on which a gas barrier film is to be formed. This substrate is made of a synthetic resin.
[0010]
The present invention relates to a method of forming a gas barrier film on a plastic substrate,
Before forming the gas barrier film,
A method of forming a gas barrier film, wherein a surface treatment of the surface is performed by bringing a surface of the substrate into contact with an active species generated by catalytic decomposition of a gas molecule with a heating element.
[0011]
Further, the present invention, the gas molecules used in the surface treatment before forming the gas barrier film,
It is a gas molecule containing at least one of a hydrogen atom and a nitrogen atom.
[0012]
Further, the present invention is characterized in that a gas containing at least one of a hydrogen atom and a nitrogen atom used for surface treatment before forming a gas barrier film is hydrogen, ammonia, or a mixed gas of hydrogen and ammonia. .
[0013]
Further, the present invention is characterized in that the gas barrier film on the substrate is formed by a chemical vapor deposition method in which gas molecules are decomposed and activated by a heating element to form a film on the substrate.
[0014]
According to the present invention, by exposing the active species of the gas molecules to the surface of the plastic substrate, the chemical bonding state of the outermost surface of the substrate is changed, whereby the film formed on the substrate surface flies. The sites on the surface of the substrate where the species are captured are increased. Therefore, in the early stage of the subsequent formation of the gas barrier film, the density of the island-like film increases. Thereby, at a relatively thin film thickness, the island-like film is combined to exhibit a gas barrier function, and a film having surface flatness is obtained.
[0015]
Examples of the plastic substrate used in the present invention include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, polysulfone, polyethersulfone, polyester, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyarylate, polyacetate, polyamide, and poly-4. -Any resin having transparency such as methylpentene-1, cellulose, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile-based resin, phenoxy resin, polyphenylene oxide-based resin may be used, but may not have transparency.
[0016]
The thickness of the gas barrier film in the present invention is preferably from 5 to 200 nm, and most preferably from 20 to 100 nm, so as not to cause damage such as cracks when bending or bending.
[0017]
The gas used for the surface treatment of the plastic substrate in the present invention may be any gas that can be decomposed and activated by the heating element, and is determined by the heating element material, the temperature of the heating element and the reactivity of the gas. Preferably, a metal is used for the heating element, and from the viewpoint of the life of the heating element, non-oxidizing, expensive gold or platinum is used as the heating element except for the case where the heating element is expensive. It is preferable to use an oxidizing gas.
[0018]
Further, as shown in gas barrier film forming apparatuses 28 and 29 in FIGS. 1 and 2 described later, a film forming gas which is a raw material gas for forming a gas barrier film has a property of reacting with an oxidizing gas and has a surface property. When the space for the treatment and the space for forming the gas barrier film are in the same vacuum vessel, it is desirable to use a non-oxidizing (non-combustion) gas as the surface treatment gas from the viewpoint of safety. For these reasons, as the gas used for the surface treatment, a gas containing a hydrogen atom or a nitrogen atom is preferable. For example, hydrogen, ammonia, hydrazine and the like can be used, but hydrogen and ammonia are preferable because they are easy to handle. Further, the use of a mixed gas of hydrogen and ammonia does not hinder the present invention.
[0019]
Further, as a method of forming a gas barrier film in the present invention, any method of sputtering, plasma CVD, or catalytic CVD, which does not hinder the present invention, does not hinder the present invention, as a transparent gas barrier film, For example, an aluminum oxide film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like can be used. The gas barrier film and the plastic substrate may have transparency, but may not have transparency, and may be light-shielding, for example.
[0020]
Using a catalytic chemical vapor deposition method of forming a film on a substrate by decomposing and activating gas molecules by a heating element as a gas barrier film forming method is the same as the surface treatment method of the present invention and the gas barrier film forming method. It is suitable in that it can be performed continuously in a vacuum vessel. As the gas barrier film using the catalytic chemical vapor deposition method, from the viewpoint of the life of the heating element, it is desirable to form the film in a reducing atmosphere. Therefore, a gas containing silicon atoms and a gas containing nitrogen atoms are formed as source gases. A silicon nitride film is preferred. Silane or disilane can be used as a gas containing silicon atoms, and ammonia or hydrazine can be used as a gas containing nitrogen atoms.Silane as a gas containing silicon atoms and ammonia as a gas containing nitrogen atoms can be used. It is preferred to use a combination with Alternatively, the gas containing silicon atoms and the gas containing nitrogen atoms may be diluted with hydrogen.
[0021]
Further, during the formation of the silicon nitride film, the moisture contained in the plastic base material is degassed, so that oxygen is taken into the film, which may result in a silicon oxynitride film. It does not hinder.
[0022]
Further, by using a hydrocarbon gas such as methylsilane, dimethylsilane or trimethylsilane, or methane or acetylene as a source gas, a silicon carbonitride film or a silicon oxynitride film does not hinder the present invention at all. Not something.
[0023]
Furthermore, according to this surface treatment method, moisture and oils and fats adsorbed on the surface of the plastic substrate are decomposed and desorbed by active species, or by selecting appropriate conditions, by radiant heat from the heating element, Degassing of moisture and the like contained in the substrate can be performed before forming the gas barrier film, which prevents deterioration of film quality due to contamination of the gas barrier film by impurities and improves production stability, which is a preferable mode.
[0024]
Further, the present invention provides a vacuum vessel having a first space for surface treatment and a second space for forming a gas barrier film,
Transport means for stretching and transporting a long plastic substrate from the first space to the second space;
An inlet means having a first inlet opening to the first space;
A gas for surface treatment which supplies the substrate surface treatment gas to the inlet means,
A heating element that is provided between the inlet and the base material in the first space, generates active species by catalytically decomposing a surface treatment gas, and performs surface treatment on the surface of the base material;
A gas barrier film forming apparatus provided in a second space, the thin film forming means forming a gas barrier film on the surface of the base material.
[0025]
Further, the invention is characterized in that the thin film forming means forms the gas barrier film by a sputtering method, a plasma CVD method, or a catalytic chemical vapor deposition method.
[0026]
Further, the present invention provides a vacuum vessel having a first space for surface treatment and a second space for forming a gas barrier film,
Transport means for stretching and transporting a long plastic substrate from the first space to the second space;
First inlet means having a first inlet opening to the first space;
A gas for surface treatment for supplying the gas for surface treatment of the base material to a first inlet means,
A first heating element that is provided between the first inlet and the substrate in the first space, generates a reactive species by catalytically decomposing a surface treatment gas, and surface-treats the surface of the substrate;
A second inlet means having a second inlet opening to the second space;
A source gas source for supplying a source gas for forming a gas barrier film to the second inlet means;
A gas barrier film is formed by catalytic decomposition with a source gas on the surface of the surface-treated substrate provided between the second inlet and the substrate in the second space, and the gas barrier film is formed by catalytic chemical vapor deposition. And a second heating element.
[0027]
Further, according to the present invention, the transport means includes:
A guide surface having a guide drum facing over the first and second spaces in the vacuum vessel;
The substrate is guided by being wound around a guide surface of a guide drum.
[0028]
Further, the present invention is characterized in that the surface treatment gas is a gas molecule containing at least one of a hydrogen atom and a nitrogen atom.
[0029]
According to the present invention, when a plastic film is used as a base material as shown in FIG. 1 described later, for example, a roll-shaped film is transferred from a first space for surface treatment in a vacuum vessel by a conveying means to form a gas barrier film. , And stretched and transported to the second space in this order, and a gas barrier film can be formed on the surface of the film by a roll-to-roll method. The gas barrier film formed in the second space may be formed by a plasma CVD method or a catalytic CVD method, but may be formed by another method, for example, a method such as a sputtering method or an evaporation method. In this way, a gas barrier film can be formed on the surface of a long continuous plastic film that has been subjected to the surface treatment as the film moves, so that a low-cost, high-quality gas barrier film can be formed.
[0030]
In the second space, it is preferable to form a gas barrier film by a catalytic CVD method from the viewpoint of simplifying the process.
[0031]
Since the first and second spaces cannot be completely blocked, the gas for surface treatment of the plastic film uses a part of the gas type used for forming the gas barrier film or a gas that does not affect the gas barrier film formation. It is desirable. For example, in the case where a silicon nitride film is formed using a source gas such as a silane gas or an ammonia gas for a gas barrier film, an ammonia gas, a hydrogen gas, or a mixed gas thereof can be used as a gas used for surface treatment. .
[0032]
By wrapping a plastic film around, for example, a guide surface of a straight cylindrical guide drum, the film can be surface-treated in a stable posture and a gas barrier film can be formed.
[0033]
The invention also provides a vacuum vessel,
Inlet means having an inlet open to the space in the vacuum vessel,
A surface treatment gas source for supplying a surface treatment gas for the plastic base material,
Control means for supplying the surface treatment gas from the surface treatment gas source to the inlet means,
A heating element provided between the inlet and the base material in the space to generate active species by catalytically decomposing a surface treatment gas, and surface-treat the surface of the base material,
An apparatus for forming a gas barrier film, comprising: a thin film forming means for forming a gas barrier film in the space on the surface of the surface-treated base material.
[0034]
The invention also provides a vacuum vessel,
Inlet means having an inlet open to the space in the vacuum vessel,
A surface treatment gas source for supplying a surface treatment gas for the plastic base material,
A source gas source for supplying a source gas for forming a gas barrier film,
Control means for switching the surface treatment gas from the surface treatment gas source and the source gas from the source gas source in this order to supply the source gas to the inlet means;
The space is provided between the inlet and the substrate, the surface treatment gas is catalytically decomposed to generate active species, the surface of the substrate is surface-treated, and the surface-treated substrate is An apparatus for forming a gas barrier film, characterized by including a heating element on its surface that generates an active species by catalytic decomposition with a raw material gas and catalytically vapor-deposits a gas barrier film.
[0035]
According to the present invention, as shown in FIGS. 2 to 4 described later, the gas barrier film is formed by, for example, a catalytic chemical vapor deposition method in which gas molecules are decomposed and activated by a heating element to form a film on a substrate. In this case, since the surface treatment of the present invention and the formation of the gas barrier film can be performed in the same space of one vacuum vessel, the apparatus is simplified and more preferable.
[0036]
Also, the present invention includes an openable and closable shielding member disposed between the base material and the heating element in the space,
The control means is characterized in that the heat shielding member is temporarily closed at an initial stage of the supply of the surface treatment gas to the space and at the time of switching the supply from the surface treatment gas to the source gas.
[0037]
According to the present invention, after performing the surface treatment of the plastic base material, when switching the supply from the surface treatment gas to the raw material gas to form a gas barrier film, between the base material and the heating element The disposed shielding member is temporarily closed. This stabilizes the surface treatment gas or raw material gas in the space, and makes the flow state and concentration distribution uniform in the space. Therefore, surface treatment and formation of a gas barrier film can be achieved with high quality.
[0038]
The present invention also provides a plastic film having a surface treated with active species generated by catalytic decomposition of a gas molecule with a heating element,
A gas barrier film formed on the surface of the film.
[0039]
Further, the invention is characterized in that the gas barrier film has a thickness of 5 to 200 nm.
[0040]
According to the present invention, the gas barrier sheet can be realized by forming a gas barrier film through which a gas such as oxygen or water vapor does not easily pass on the surface of the plastic film having the above-mentioned surface-treated surface. The surface of the gas barrier film of such a gas barrier sheet is flat compared to the prior art in which the surface treatment of the present invention is not performed. In addition, since the gas barrier film can be formed with a uniform thickness over the entire surface where the gas barrier film of the film is to be formed, the thickness of the gas barrier film can be reduced, for example, 5 to 200 nm as described above. And more preferably 20 to 100 nm. As a result, even if the gas barrier film is made of a material having a relatively fragile property, such as a hard material such as silicon nitride, it is possible to prevent the gas barrier sheet from being damaged such as cracks when the gas barrier sheet is bent or bent. As a result, the gas barrier function can be reliably achieved.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the entire configuration of a gas barrier film forming apparatus 28 according to an embodiment of the present invention. In the gas barrier film forming apparatus 28, the vacuum vessel 11 and the film 23, which is a long plastic base material, are wound around a straight cylindrical guide drum 51 through passages 55 formed in partition members 53 and 54. The film 23 is fed from the supply roll 22 to the guide drum 51 in the supply direction 57 via the supply roll 56, and the film 23 from the guide drum 51 is guided by the take-up roll 58, conveyed in the take-up direction 59, and wound. It is wound on a take-up roll 61. The film 23 is continuously stretched and transported by the transport means 62 by a roll-to-roll method.
[0042]
In the vacuum vessel 11 below the partition members 53 and 54 in FIG. 1, the partition member 14 partitions the surface into a first space 12 for surface treatment and a second space 13 for forming a gas barrier film. Is transported from the first space 12 to the second space 13.
[0043]
The first space 12 is provided with a first inlet 64. The first inlet means 64 has a first inlet 19 which opens to the first space 12 and faces the guide drum 51. The first inlet means 64 is supplied with a surface treatment gas for the film 23 from a surface treatment gas source 65. The first heating element 20 is disposed in the first space 12 between the first introduction port 19 and the film 23 wound around the guide drum 51. The first heating element 20 catalytically decomposes the surface treatment gas from the first inlet 19 to generate active species, and the active species treats the surface of the film 23 in the first space 12 with the active species. The heating element 20 is made of a metal such as linear tungsten, and generates heat when supplied with power from a power supply 21.
[0044]
Heating element 20 is made of a high melting point metal, and for example, tungsten having excellent heat resistance is preferable. The temperature of the heating element 20 used for the surface treatment of the film 23 needs to have a temperature at which the surface treatment gas from the gas source 65 efficiently contacts and decomposes. In a configuration in which the heating element 20 is made of tungsten and a hydrogen gas is used as the surface treatment gas, the temperature of the heating element 20 is selected to be 1000 ° C. or higher. In the configuration using ammonia gas as the surface treatment gas, the temperature of the heating element 20 is selected to be 1200 ° C. or higher. The surface treatment gas may be a mixed gas of a hydrogen gas and an ammonia gas. In this case, the heating element 20 is selected to have a temperature of 1200 ° C. or higher. The heating element 20 has a temperature of less than 2000 ° C. at which tungsten does not evaporate, thereby preventing the surface of the film 23 from being contaminated with tungsten.
[0045]
In the second space 13, a gas barrier film is formed on the surface-treated surface of the film 23 wound around the guide drum 51 by, for example, a catalytic chemical vapor deposition method. For catalytic chemical vapor deposition, a second inlet means 67 having a second inlet 17 open to the second space 13 is provided, in which a gas barrier film is formed from a gas source 18. Raw material gas is supplied. The second heating element 52 is disposed in the second space 13 between the second inlet 17 and the film 23 guided by the guide drum 51, and is supplied with power from a power supply 68. The second heating element 52 catalytically decomposes the raw material gas from the second inlet 17 to generate active species, and performs catalytic chemical vapor deposition of a gas barrier film on the surface of the surface-treated film 23. The second heating element 52 has a configuration similar to that of the first heating element 20 described above. When the heating element 52 is made of tungsten and a silicon nitride film is formed as a gas barrier film, the source gases supplied from the gas source 18 are a silane gas and an ammonia gas. The temperature of the heating element 52 is selected to be 1600 ° C. or higher in order to prevent the deterioration of the heating element 52 due to the formation of a mixture of tungsten and silicon, and is selected to be less than 2000 ° C. at which tungsten does not evaporate. Such a configuration in which the gas barrier film is formed by the catalytic chemical vapor deposition method is preferable because the process is simplified.
[0046]
Since the first and second spaces 12 and 13 cannot be completely blocked by the partition member 14, the surface treatment gas used in the first space 12 may be a part of the gas type used for forming the gas barrier film, or a gas barrier. It is preferable to use a gas that does not adversely affect the formation of the film, and when using a silane gas and an ammonia gas as a source gas to form a silicon nitride film as a gas barrier film as described above, as described above as a surface treatment gas It is preferable to use ammonia gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof. In one embodiment, since the film 23 moves at a speed of 0.1 to 10 m / sec, when the area of the space 12 parallel to the moving direction of the film 23 is, for example, 1 m, the processing time is 0.1. About 10 seconds. In order to effectively perform the surface treatment in such a short time, it is desirable to use not only the heating effect from the heating element 20 but also the method of exposing the chemically active species described in the present invention. By disposing the space 12 in the continuous film forming apparatus 28, it is possible to form a low-cost and high-quality gas barrier film by continuously performing surface treatment and gas barrier film formation.
[0047]
The interior of the vacuum vessel 11 including the first and second spaces 12 and 13 is, for example, 2 × 10 -4 It is evacuated to Pa or less.
[0048]
Regarding the temperature of the heating elements 20 and 52, in order to reduce thermal damage to the film 23, which is a plastic substrate having low heat resistance, the above-mentioned surface treatment gas is efficiently decomposed, It is desirable that the temperature be equal to or higher than the temperature at which the reaction deterioration with the metal is prevented, and the temperature be as low as possible.However, in actuality, depending on the surface treatment effect, the gas barrier film characteristics, the gas barrier film growth rate, and the degree of substrate damage, the processing time and It is optimized according to the film formation time. Cooling the substrate in order to reduce damage to the plastic substrate having low heat resistance does not hinder the present invention at all, but is preferable.
[0049]
In another embodiment of the present invention, a gas barrier film may be formed in the second space 13 by a sputtering method, a plasma chemical vapor deposition method, or another method.
[0050]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the gas barrier film forming apparatus 29 according to the embodiment of the present invention in which the entire configuration is simplified. In the gas barrier film forming apparatus 29, the surface of the plastic film 39 held in the space 44 of the vacuum vessel 31 facing downward in FIG. 2 is catalytically decomposed by activating hydrogen and ammonia gas molecules by the heating element 34. The active species are contacted to perform a surface treatment, and then a gas barrier film is deposited and formed on the surface-treated surface by a catalytic CVD method using an ammonia gas and a silane gas. In the catalytic CVD method for the gas barrier film, the silane gas is catalytically decomposed by the heating element 34, and a gas barrier film is formed by the active species generated by this.
[0051]
In a space 44 in the vacuum vessel 31, an inlet means 45 having an inlet 35 is arranged. The introduction port 35 is open to the space 44 upward in FIG. Above the space 44, a film 39 which is a plastic substrate is held by a holding mechanism acting as a substrate holder, and the cooling mechanism 33 should form a gas barrier film of the film 39 by a coolant from a cooling source 46. It cools by contacting the surface opposite to the surface (ie, the upper surface in FIG. 2).
[0052]
A shielding member 42, which is an openable and closable shutter that partitions a space 44, is provided between the film 39 and the heating element 34 in the vacuum container 31, and is driven to be opened and closed by a driving unit 43. A gas source 36 for a hydrogen gas, a gas source 37 for an ammonia gas, and a gas source 38 for a silane gas are connected to the inlet 45 via on-off valves V36, V37, and V38, respectively. Hydrogen gas and ammonia gas from the gas sources 36 and 37 are used as surface treatment gases, and ammonia gas and silane gas from the gas sources 37 and 38 are used as source gases for the gas barrier film. The configuration of the heating means 34 is the same as the configuration of the heating elements 20 and 52 in the embodiment of FIG. 1 described above, and the power from the power supply 47 is supplied.
[0053]
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration in the embodiment of FIG. An input means 72 for performing an input operation by an operator is connected to a processing circuit 71 realized by a microcomputer or the like, whereby the processing circuit 71 automatically performs the surface treatment of the film 39 and the formation of the gas barrier film. In order to perform the operation continuously, the driving means 43 for the shielding member 42 and the opening / closing valves V36, V37, and V38 are controlled, and the heating element 34 is kept at, for example, 1800 ° C. by the power supply 47, and the space 44 is exhausted by the exhaust pump 41. To 2 × 10 -4 The vacuum is maintained at a pressure of Pa or less.
[0054]
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the processing circuit 71. The temperature of the heating element 34 is maintained at 1800 ° C. by the power supply 47 as described above. In FIG. 4A showing the opening / closing operation of the shielding member 42 by the driving means 43, at time t1 before time t2, the opening / closing valve V36 is turned on as shown in FIG. Further, the on-off valve V37 is opened as shown in FIG. 4 (3), and hydrogen gas and ammonia gas are supplied. At time t2 when the hydrogen and ammonia gases are supplied to the space 44 at a stable flow rate and a uniform distribution, the driving unit 43 opens the shielding member 42. As a result, the active species catalytically decomposed by the heating element 34 of hydrogen and ammonia gas come into contact with the surface of the film 39 to perform a surface treatment. In this way, at the initial stage of the surface treatment at times t1 to t2 before time t2, the state of the surface treatment gas in the space 44 is stabilized because the shielding member 42 is closed.
[0055]
At time t3 when the surface treatment ends, the shielding member 42 is temporarily closed. After this time t3, the on-off valve V36 shown in FIG. 4B is closed to form the gas barrier film by the catalytic chemical vapor deposition method. By opening the on-off valve V38 shown in FIG. 4D, the ammonia gas, the silane gas and the hydrogen are supplied to the space 44. After the time t4 when the ammonia gas and the silane gas are stabilized at a stable flow rate and a uniform concentration in the space 44, the shielding member 42 is opened. As a result, a silicon nitride film as a gas barrier film is formed on the surface of the film 39 that has been subjected to the surface treatment by the active species resulting from the catalytic decomposition of the ammonia gas and the silane gas by the heating element 34. At time t5 after the formation of the gas barrier film, the shielding member 42 is closed, and the on-off valves V37 and V38 are closed, thus ending a series of operations.
[0056]
When a plate-shaped substrate is used as a gas barrier film forming apparatus according to another embodiment of the present invention, for example, a load lock chamber, a substrate surface pretreatment chamber of the present invention, and a deposition method of vapor deposition, sputtering, or CVD The gas barrier film deposition chamber having the above mechanism is connected to the robot arm chamber by a gate valve, and a so-called single-wafer type apparatus configuration in which the robot arm moves back and forth between the rooms is possible.
[0057]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0058]
In a device as shown in FIGS. 2 to 4, a polyethylene terephthalate (PET) film 39 having a thickness of 125 μm is brought into close contact with a holding mechanism 32 as a substrate holder, and is placed in a vacuum vessel 31. Vacuum container 31 to 2 × 10 -4 The evacuation was performed to Pa or less, and then the holding mechanism 32 as a substrate holder was cooled to −20 ° C.
[0059]
In a state where the temperature of the holding mechanism 32 and thus the film 39 is maintained at −20 ° C., a hydrogen gas and an ammonia gas are introduced into the vacuum vessel 31, and the gas introduction port 35 and the film 39 are introduced to decompose and activate the gas. Was heated to 1800 ° C.
[0060]
Subsequently, by opening a shutter 42 provided between the heating element 34 and the film 39, the surface of the film 39 was exposed to hydrogen gas and ammonia gas decomposing active species for 20 seconds. Thereafter, while the heating element 34 is maintained at 1800 ° C., the shutter 42 is closed once, a silane gas is introduced into the vacuum vessel 31, and then the shutter 42 is opened again, and the surface of the film 39 is nitrided to a thickness of 60 nm. The silicon film was formed by a catalytic CVD method.
[0061]
When the surface roughness of the film on which the silicon nitride film was formed was evaluated by an atomic force microscope (AFM), the surface roughness of the film 39 before the surface treatment was 1.7 nm, 0.0 nm.
[0062]
Further, when the oxygen gas permeability of the gas barrier sheet having a silicon nitride film formed on the film 39 was evaluated at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 0% by a differential pressure method of Japanese Industrial Standard, 0.9 cc / m 2 * Day * Pa.
[0063]
In addition, the same polyethylene terephthalate film was subjected to measurement by X-ray photoelectron spectroscopy XPS of the surface to be treated of the film which had been subjected to the same surface treatment as described above, and was compared with the surface of the film which had not been subjected to the surface treatment. As shown in FIG. 5, nitrogen N1s is detected on the film surface, and from the spectrum of C1s shown in FIG. 6, the bonding state of carbon and hydrogen or oxygen on the surface is CH, CO by surface treatment. , C = O changed. Thus, according to the present invention, it was confirmed that the surface of the film 39 was modified.
[0064]
[Comparative example]
In the apparatus as shown in FIG. 2, the polyethylene terephthalate film 39 is attached to the holding mechanism 32 in the same manner as described above, and is placed in the vacuum vessel 31. -4 The evacuation was performed to Pa or less, and then the holding mechanism 32 was cooled to −20 ° C.
[0065]
While maintaining the temperature of the holding mechanism 32 at −20 ° C., while the shutter 42 is closed, the silane gas, the hydrogen gas, and the ammonia gas are placed in a vacuum container so that the flow rate and the pressure become the same as the film forming conditions of the above-described embodiment. The linear heating element 34 made of tungsten and disposed between the gas introduction port 35 and the film 39 was heated to 1800 ° C. in order to introduce the gas into the inside 31 and activate the decomposition of the gas. Subsequently, the shutter 42 provided between the heating element 34 and the film 39 was opened to form a 60-nm-thick silicon nitride film on the surface of the film 39.
[0066]
When the surface roughness of the film on which the silicon nitride film was formed was evaluated by an atomic force microscope (AFM), the surface roughness of the film was 1.7 nm but 4.2 nm.
[0067]
The oxygen gas permeability of the sheet having the silicon nitride film formed on the film 39 was evaluated at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 0% by a differential pressure method according to Japanese Industrial Standards. 2 * Day * Pa. Therefore, in the above-described embodiment of the present invention, the surface roughness of the silicon nitride film is smaller and flatter than that of the comparative example, and in the embodiment of the present invention, the oxygen gas permeability is smaller than that of the comparative example, It was confirmed that the performance was improved.
[0068]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, for example, a method of forming a gas barrier film on a plastic substrate by a catalytic chemical vapor deposition method in which a film is deposited by radicals generated by thermal catalytic decomposition with a heating element, and In the apparatus, before the film is deposited, the surface of the substrate is subjected to a surface treatment with an active species generated by catalytic decomposition of a gas containing at least one of hydrogen atoms and nitrogen atoms with a heating element to perform surface modification. Thereby, a film having high surface flatness and high gas barrier performance can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the entire configuration of a gas barrier film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a simplified cross-sectional view of the overall configuration of a gas barrier film forming apparatus 29 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration in the embodiment of FIG.
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the processing circuit 71.
FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of the present inventor by X-ray photoelectron spectroscopy.
FIG. 6 is a diagram showing another measurement result by X-ray photoelectron spectroscopy of the present inventor.
[Explanation of symbols]
11,31 Vacuum container
12 First space
13 Second space
17 Second Inlet
18 Source gas source
20 First heating element
23,39 plastic film
28,29 Gas barrier film forming equipment
32 Holding mechanism
34 Heating element
35 Inlet
36 Hydrogen gas source
37 Ammonia gas source
38 Silane gas source
42 Shielding member
43 Driving means
44 Space
45 Inlet means
51 Guide drum
52 Second heating element
62 Conveying means
65 Surface treatment gas source
67 Second inlet means
V36, V37, V38 On-off valve

Claims (14)

プラスチック製基材上へガスバリア膜を形成する方法において、
ガスバリア膜の形成を行う前に、
前記基材の表面を、ガス分子の発熱体との接触分解によって生成した活性種に接触させることによって、前記表面の表面処理を行うことを特徴とするガスバリア膜形成方法。
In a method of forming a gas barrier film on a plastic substrate,
Before forming the gas barrier film,
A method of forming a gas barrier film, wherein a surface treatment of the surface is performed by bringing a surface of the base material into contact with an active species generated by catalytic decomposition of a gas molecule with a heating element.
ガスバリア膜を形成する前の表面処理に用いられるガス分子が、
水素原子または窒素原子の少なくともいずれかを含むガス分子であることを特徴とする請求項1記載のガスバリア膜形成方法。
Gas molecules used for surface treatment before forming a gas barrier film,
2. The gas barrier film forming method according to claim 1, wherein the gas molecule contains at least one of a hydrogen atom and a nitrogen atom.
ガスバリア膜を形成する前の表面処理に用いられる、水素原子または窒素原子の少なくともいずれかを含むガスが、水素、アンモニア、または水素およびアンモニアの混合ガスであることを特徴とする請求項2記載のガスバリア膜形成方法。3. The gas according to claim 2, wherein the gas containing at least one of a hydrogen atom and a nitrogen atom used for the surface treatment before forming the gas barrier film is hydrogen, ammonia, or a mixed gas of hydrogen and ammonia. Gas barrier film forming method. 前記基材上のガスバリア膜を、ガス分子を発熱体により分解活性化させて基材に成膜を行う化学蒸着方法によって形成することを特徴とする請求項1〜3のうちの1つに記載のガスバリア膜形成方法。The gas barrier film on the base material is formed by a chemical vapor deposition method in which gas molecules are decomposed and activated by a heating element to form a film on the base material. Gas barrier film forming method. 表面処理用の第1空間と、ガスバリア膜形成用の第2空間とを有する真空容器と、
長尺のプラスチック製基材を、第1空間から第2空間に、張架して搬送する搬送手段と、
第1空間に開放している第1導入口を有する導入口手段と、
前記基材の表面処理用ガスを、導入口手段に供給する表面処理用ガス源と、
第1空間で導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理する発熱体と、
第2空間に設けられ、前記基材の前記表面にガスバリア膜を形成する薄膜形成手段とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置。
A vacuum vessel having a first space for surface treatment and a second space for forming a gas barrier film;
Transport means for stretching and transporting a long plastic substrate from the first space to the second space;
An inlet means having a first inlet opening to the first space;
A gas for surface treatment which supplies the substrate surface treatment gas to the inlet means,
A heating element that is provided between the inlet and the base material in the first space, generates active species by catalytically decomposing a surface treatment gas, and performs surface treatment on the surface of the base material;
A thin film forming means provided in the second space for forming a gas barrier film on the surface of the substrate.
真空容器と、
真空容器内の空間に開放している導入口を有する導入口手段と、
プラスチック製基材の表面処理用ガスを供給する表面処理用ガス源と、
表面処理用ガス源からの表面処理用ガスを導入口手段に供給する制御手段と、前記空間で導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理する発熱体と、
表面処理された前記基材の前記表面に、前記空間で、ガスバリア膜を形成する薄膜形成手段とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置。
A vacuum vessel,
Inlet means having an inlet open to the space in the vacuum vessel,
A surface treatment gas source for supplying a surface treatment gas for the plastic base material,
A control means for supplying a surface treatment gas from a surface treatment gas source to an inlet means, provided between the inlet and the substrate in the space, and catalytically decomposing the surface treatment gas to form active species A heating element that is generated and surface-treats the surface of the substrate,
A gas barrier film forming apparatus, comprising: a thin film forming means for forming a gas barrier film in the space on the surface of the surface-treated base material.
薄膜形成手段は、スパッタ法、プラズマCVD法、または触媒化学蒸着法によって、ガスバリア膜を形成することを特徴とする請求項5または6記載のガスバリア膜形成装置。7. The gas barrier film forming apparatus according to claim 5, wherein the thin film forming means forms the gas barrier film by a sputtering method, a plasma CVD method, or a catalytic chemical vapor deposition method. 表面処理用の第1空間と、ガスバリア膜形成用の第2空間とを有する真空容器と、
長尺のプラスチック製基材を、第1空間から第2空間に、張架して搬送する搬送手段と、
第1空間に開放している第1導入口を有する第1導入口手段と、
前記基材の表面処理用ガスを、第1導入口手段に供給する表面処理用ガス源と、
第1空間で第1導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理する第1発熱体と、
第2空間に開放している第2導入口を有する第2導入口手段と、
ガスバリア膜を形成するための原料ガスを、第2導入口手段に供給する原料ガス源と、
第2空間で第2導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理された前記基材の前記表面に、原料ガスとの接触分解によって活性種を生成してガスバリア膜を触媒化学蒸着する第2発熱体とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置。
A vacuum vessel having a first space for surface treatment and a second space for forming a gas barrier film;
Transport means for stretching and transporting a long plastic substrate from the first space to the second space;
First inlet means having a first inlet opening to the first space;
A gas for surface treatment for supplying the gas for surface treatment of the base material to a first inlet means,
A first heating element that is provided between the first inlet and the substrate in the first space, generates a reactive species by catalytically decomposing a surface treatment gas, and surface-treats the surface of the substrate;
A second inlet means having a second inlet opening to the second space;
A source gas source for supplying a source gas for forming a gas barrier film to the second inlet means;
A gas barrier film is formed by catalytic decomposition with a source gas on the surface of the surface-treated substrate provided between the second inlet and the substrate in the second space, and the gas barrier film is formed by catalytic chemical vapor deposition. And a second heat generating element.
搬送手段は、
真空容器内で、案内面が、第1および第2空間にわたって臨む案内ドラムを有し、
前記基材は、案内ドラムの案内面に巻掛けられて案内されることを特徴とする請求項5〜8のうちの1つに記載のガスバリア膜形成装置。
The transport means is
A guide surface having a guide drum facing over the first and second spaces in the vacuum vessel;
The gas barrier film forming apparatus according to any one of claims 5 to 8, wherein the substrate is guided by being wound around a guide surface of a guide drum.
真空容器と、
真空容器内の空間に開放している導入口を有する導入口手段と、
プラスチック製基材の表面処理用ガスを供給する表面処理用ガス源と、
ガスバリア膜を形成するための原料ガスを供給する原料ガス源と、
表面処理用ガス源からの表面処理用ガスと、原料ガス源からの原料ガスとを、この順序で、切換えて導入口手段に供給する制御手段と、
前記空間で導入口と前記基材との間に設けられ、表面処理用ガスを接触分解して活性種を生成し、前記基材の表面を表面処理し、表面処理された前記基材の前記表面に、原料ガスとの接触分解によって活性種を生成してガスバリア膜を触媒化学蒸着する発熱体とを含むことを特徴とするガスバリア膜形成装置。
A vacuum vessel,
Inlet means having an inlet open to the space in the vacuum vessel,
A surface treatment gas source for supplying a surface treatment gas for the plastic base material,
A source gas source for supplying a source gas for forming a gas barrier film,
Control means for switching the surface treatment gas from the surface treatment gas source and the source gas from the source gas source in this order to supply the source gas to the inlet means;
The space is provided between the inlet and the substrate, the surface treatment gas is catalytically decomposed to generate active species, the surface of the substrate is surface-treated, and the surface-treated substrate is An apparatus for forming a gas barrier film, comprising: a heating element that generates active species by catalytic decomposition with a source gas and catalytically vapor-deposits a gas barrier film on a surface thereof.
前記空間で前記基材と発熱体との間に配置される開閉可能な遮蔽部材を含み、
制御手段は、表面処理用ガスの前記空間への供給初期、および表面処理用ガスから原料ガスへの供給の切換え時に、熱遮蔽部材を一時的に閉じることを特徴とする請求項10記載のガスバリア膜形成装置。
Including an openable and closable shielding member disposed between the base material and the heating element in the space,
The gas barrier according to claim 10, wherein the control unit temporarily closes the heat shielding member at an initial stage of supply of the surface treatment gas to the space and at the time of switching the supply from the surface treatment gas to the source gas. Film forming equipment.
表面処理用ガスは、水素原子または窒素原子の少なくともいずれかを含むガス分子であることを特徴とする請求項5〜11のうちの1つに記載のガスバリア膜形成装置。The gas barrier film forming apparatus according to any one of claims 5 to 11, wherein the surface treatment gas is a gas molecule containing at least one of a hydrogen atom and a nitrogen atom. 表面を、ガス分子の発熱体との接触分解によって生成した活性種によって表面処理したプラスチックフィルムと、
フィルムの前記表面に形成されたガスバリア膜とを含むことを特徴とするガスバリア性シート。
A plastic film whose surface is surface-treated with active species generated by catalytic decomposition of gas molecules with a heating element,
A gas barrier film formed on the surface of the film.
ガスバリア膜の膜厚は、5〜200nmであることを特徴とする請求項13記載のガスバリア性シート。The gas barrier sheet according to claim 13, wherein the gas barrier film has a thickness of 5 to 200 nm.
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