JP2009155704A - 熱処理方法、成膜装置およびバリアフィルム - Google Patents

Abstract

【課題】基板に樹脂フィルムを用いた場合、この樹脂フィルムに変質、変形などが生じることなく、無機膜を熱処理することができる熱処理方法、成膜装置およびバリアフィルムを提供する。
【解決手段】本発明の熱処理方法は、樹脂フィルム製の基板の表面に無機膜が形成されたシート材の無機膜に熱処理を行う工程を有し、無機膜に熱処理を行う際に、樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の表面に形成された無機膜を熱処理する熱処理方法、成膜装置およびバリアフィルムに関し、特に、基板に樹脂フィルムを用いた場合、この樹脂フィルムに変質、変形などが生じることなく、無機膜を熱処理することができる熱処理方法、成膜装置およびバリアフィルムに関する。

現在、半導体プロセスにおいて、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法により形成した膜に対して、数１００〜１０００℃前後の後熱処理を施すことにより、成膜時にできた膜の構造欠陥を減少させて膜質を改善する方法が一般的に用いられており、膜質の改善方法が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１の赤外線アニール処理方法には、マトリックスアレイを形成すべき透明基板表面側のシリコン層に対するアニール工程として、ＲＴＡ（赤外線アニール(Rapid Thermal Annealing)）用ランプからの光エネルギーを吸収可能な光吸収層を透明基板の表面側の所定領域に設けた状態でＲＴＡ工程を行うことが開示されている。
特許文献１の赤外線アニール処理方法によれば、シリコン基板表層を高温・短時間で加熱することができるため、シリコン基板に注入した不純物原子の拡散(分布変化)を伴わずに、活性化処理を行うことが可能となる。
この特許文献１に開示されているように、赤外線アニール処理を用いた方法が広く利用されている。

特許文献２の半導体素子の製造方法には、ＰＺＴ薄膜を３５０〜４５０℃程度の温度で形成することにより、３００Å程度のグレインにより構成された膜とし、更に６００℃〜７００℃の温度でＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）を行うことによりグレインの大きさを大きくしない短時間の熱処理で強誘電体膜とするものが開示されている。
この特許文献２によれば、ＲＴＡを用いて短時間でＰＺＴ膜を強誘電体膜とするので、長時間の熱処理による２つ以上のグレインの周囲に主としてＰｂが析出して見かけ上グレインが大きくなる現象や、結果としてグレイン内のＰｂの組成が不足することに起因する格子欠陥の誘起を防ぐことができる。

さらには、特許文献３の不揮発性半導体メモリ装置の製造方法には、フローティングゲート電極と制御ゲート電極の間にＯＮＯ積層構造の絶縁膜を形成する方法において、ポリシリコン膜によりなるフローティングゲート電極上にボトム酸化膜を、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）プロセスで形成することが開示されている。

特開平５−５３１４３号公報 特開平６−２８３６６８号公報 特開平９−２０５１５７号公報

現在、真空雰囲気のチャンバ内で、例えば、プラズマＣＶＤによって、長尺な基板（ウェブ状の基板）に連続的に成膜を行う成膜装置として、例えば、接地（アース）したドラムと、このドラムに対面して配置された高周波電源に接続された電極とを用いる装置が知られている。
この成膜装置では、搬送ローラにより長尺な基板をドラムに搬送し、ドラムの所定領域に基板を巻き掛けてドラムを回転することにより、基板を所定の成膜位置に位置して長手方向に搬送しつつ、ドラムと電極との間に高周波電圧を印加して電界を形成し、かつ、ドラムと電極との間に、成膜のための原料ガス、さらにはアルゴンガスなどを導入して、基板の表面にプラズマＣＶＤによる成膜を行い、成膜後の長尺な基板を別の搬送ローラにより搬送する。この成膜装置は、一般的にロールツーロール方式と呼ばれるものである。

この成膜装置において、基板に、樹脂フィルムを用いた場合、基板に無機膜を成膜した後、無機膜の膜質を改善するために、熱処理として、例えば、特許文献１〜３に開示されたアニールなどを行った場合、樹脂フィルムは、シリコン基板とは異なり、温度１００℃前後にガラス転移温度（Ｔｇ）を有するため、基板である樹脂フィルムに品質影響を与えずに表面に形成された無機膜のみを高温加熱することは極めて困難である。
例えば、基板である樹脂フィルムに、特許文献１〜３に開示された温度範囲で、熱処理を行うと、樹脂フィルムは、変形または溶融してしまう。このようなことから、基板に樹脂フィルムを用いた場合、この樹脂フィルムの温度を上昇させることなく、表面に形成した無機膜のみを加熱して、基板に悪影響を与えることなく熱処理する方法が望まれている。

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、基板に樹脂フィルムを用いた場合、この樹脂フィルムに変質、変形などが生じることなく、無機膜を熱処理することができる熱処理方法、成膜装置およびバリアフィルムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、樹脂フィルム製の基板の表面に無機膜が形成されたシート材の前記無機膜に熱処理を行う工程を有し、前記無機膜に熱処理を行う際に、前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持することを特徴とする熱処理方法を提供するものである。

本発明において、前記無機膜への熱処理は、赤外線の照射によりなされることが好ましい。
また、本発明において、前記赤外線は、近赤外領域のものが用いられることが好ましい。
さらに、本発明において、前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持することは、前記基板の裏面側に冷却部材を配置することによりなされることが好ましい。
さらにまた、本発明において、前記基板は長尺状のものであり、前記基板を回転可能なローラの表面の巻き掛けて搬送しつつ、前記熱処理を行い、前記ローラは、前記基板を前記ガラス転移温度未満の温度の保持する前記冷却部材を兼ねるものであることが好ましい。
また、本発明において、前記ローラは、前記赤外線を透過または吸収するものであることが好ましい。
さらに、本発明において、前記冷却部材は、前記基板との接触時間が、前記赤外線による加熱直前に０．５秒以上であり、前記赤外線による加熱直後から５秒以上であることが好ましい。

本発明の第２の態様は、樹脂フィルム製の基板の表面に無機膜を形成する成膜部と、前記基板の表面に形成された前記無機膜を所定の温度に加熱する加熱手段、および前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する冷却手段を備え、前記無機膜に熱処理を行う際、前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する熱処理部とを有することを特徴とする成膜装置を提供するものである。

本発明において、前記成膜部は、気相成膜法により前記無機膜を成膜するものであることが好ましい。
また、本発明において、前記成膜部は、前記無機膜を室温で成膜するものであることが好ましい。
さらに、本発明において、前記加熱手段は、赤外線を用いるものであることが好ましい。
また、本発明において、前記冷却手段は、前記基板が表面の所定の領域に巻き掛けられ前記基板を搬送するとともに、前記基板をガラス転移温度未満の温度に保持する冷却ローラであることが好ましい。
さらに、本発明において、前記冷却ローラは、前記赤外線を透過または吸収するものであることが好ましい。

本発明の第３の態様は、樹脂フィルム製の基板と、前記樹脂フィルム製の基板の表面に形成された無機膜とを有し、前記無機膜は、前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持した状態で熱処理がなされていることを特徴とするバリアフィルムを提供するものである。

また、本発明の成膜装置は、例えば、所定の搬送経路で、長尺の樹脂フィルム製の基板を搬送する第１の搬送手段と、チャンバと、前記チャンバ内を所定の真空度にする真空排気手段と、前記チャンバ内に設けられ、前記基板の搬送方向と直交する方向に回転軸を有し、かつ前記基板の搬送方向と直交する方向における前記基板の長さよりも長く、前記第１の搬送手段により搬送された基板が、表面の所定の領域に巻き掛けられる回転可能なドラムと、前記チャンバ内に設けられ、前記ドラムに巻き掛けられた前記基板の表面に無機膜を形成する成膜部と、前記基板の表面に形成された前記無機膜を所定の温度に加熱する加熱手段および前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する冷却手段を備える熱処理部とを有する。

本発明の熱処理方法によれば、樹脂フィルム製の基板の表面に無機膜が形成されたシート材について、この無機膜に熱処理を行う際に、樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持することにより、基板に樹脂フィルムを用いた場合、この樹脂フィルムに変質、変形などが生じることなく、無機膜を熱処理することができる。

また、本発明の成膜装置によれば、樹脂フィルム製の基板の表面に無機膜を形成する成膜部と、基板の表面に形成された無機膜を所定の温度に加熱する加熱手段および樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する冷却手段を備え、無機膜に熱処理を行う際、樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する熱処理部とを有することにより、この無機膜に熱処理を行う際に、樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持することができ、基板に樹脂フィルムを用いた場合、この樹脂フィルムに変質、変形などが生じることなく無機膜を熱処理することができる。これにより、無機膜は緻密化、または構造欠陥があれば、その修復がなされ、膜質が改善される。このため、酸素、水蒸気、水などに対してバリア性が高いバリアフィルムを得ることができる。
また、本発明のバリアフィルムは、無機膜が樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持した状態で熱処理がなされているため、無機膜は緻密化、または構造欠陥があれば、その修復がなされ、膜質が改善されている。このため、酸素、水蒸気、水などに対してバリア性を高くすることができる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の成膜装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置を示す模式図であり、図２は、図１に示す成膜装置の熱処理室の要部拡大図であり、図１の冷却手段を上下反転して図示している。

図１に示す本発明の実施形態に係る成膜装置１０は、例えば、酸素、水蒸気などの気体、または水に対して、バリア性を有するバリアフィルムの製造に利用されるものである。このバリアフィルムは、食品包装、フレキシブルディスプレイの部品などに利用されるものである。
成膜装置１０においては、樹脂フィルム製の基板Ｚを用いる。この基板Ｚとしては、例えば、ＰＥＴフィルム（ガラス転移温度：６７℃）、ＰＥＮフィルム（ガラス転移温度：１１３℃）等の樹脂フィルムが用いられる。

成膜装置１０は、長尺の基板Ｚ（ウェブ状の基板Ｚ）に連続で成膜を行う装置であって、基本的に、長尺な基板Ｚを供給する供給室１２と、長尺な基板Ｚに無機膜ｆを形成する成膜室（チャンバ）１４と、形成された無機膜ｆに対して熱処理を施す熱処理室１６と、無機膜ｆが形成された長尺な基板Ｚを巻き取る巻取り室１８と、真空排気手段４０と、制御部４４とを有する。この制御部４４により、成膜装置１０における各要素の動作が制御される。
また、成膜装置１０においては、供給室１２と成膜室１４とを区画する壁１５ａ、成膜室１４と熱処理室１６とを区画する壁１５ｂ、および熱処理室１６と巻取り室１８とを区画する壁１５ｃには、それぞれ基板Ｚが通過するスリット状の開口１５ｄが形成されている。

成膜装置１０においては、供給室１２、成膜室１４、熱処理室１６および巻取り室１８には、真空排気手段４０が配管４２を介して接続されている。この真空排気手段４０により、供給室１２、成膜室１４、熱処理室１６および巻取り室１８の内部が所定の真空度にされる。
真空排気手段４０は、供給室１２、成膜室１４、熱処理室１６および巻取り室１８を排気して所定の真空度に保つものであり、ドライポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有するものである。また、供給室１２、成膜室１４、熱処理室１６および巻取り室１８には、それぞれ内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。
なお、真空排気手段４０による供給室１２、成膜室１４、熱処理室１６および巻取り室１８の到達真空度には、特に限定はなく、実施する成膜方法等に応じて、十分な真空度を保てればよい。この真空排気手段４０は、制御部４４により制御される。

供給室１２は、長尺な基板Ｚを供給する部位であり、基板ロール２０、およびガイドローラ２１が設けられている。
基板ロール２０は、長尺な基板Ｚを連続的に送り出すものであり、例えば、反時計回りに基板Ｚが巻回されている。
基板ロール２０は、例えば、駆動源としてモータ（図示せず）が接続されている。このモータによって基板ロール２０が基板Ｚを巻き戻す方向ｒに回転されて、本実施形態では、時計回りに回転されて、基板Ｚが連続的に送り出される。

ガイドローラ２１は、基板Ｚを所定の搬送経路で成膜室１４に案内するものである。このガイドローラ２１は、公知のガイドローラにより構成される。
本実施形態の成膜装置１０においては、ガイドローラ２１は、駆動ローラまたは従動ローラでもよい。また、ガイドローラ２１は、基板Ｚの搬送時における張力を調整するテンションローラとして作用するローラであってもよい。

巻取り室１８は、後述するように、成膜室１４で、表面Ｚｆに膜が形成された基板Ｚが更に熱処理室１６で無機膜ｆが熱処理されたものを巻き取る部位であり、巻取りロール３８、およびガイドローラ３６が設けられている。

巻取りロール３８は、成膜された基板Ｚをロール状に、例えば、時計回りに巻き取るものである。
この巻取りロール３８は、例えば、駆動源としてモータ（図示せず）が接続されている。このモータにより巻取りロール３８が回転されて、成膜済の基板Ｚが巻き取られる。
巻取りロール３８においては、モータによって基板Ｚを巻き取る方向Ｒに回転されて、本実施形態では、時計回りに回転されて、成膜済の基板Ｚを連続的に、例えば、時計回りに巻き取る。

ガイドローラ３６は、先のガイドローラ２１と同様、成膜室１４から搬送された基板Ｚを、所定の搬送経路で巻取りロール３８に案内するものである。このガイドローラ３６は、公知のガイドローラにより構成される。なお、供給室１２のガイドローラ２１と同様に、ガイドローラ３６も、駆動ローラまたは従動ローラでもよい。また、ガイドローラ３６は、テンションローラとして作用するローラであってもよい。

成膜室１４は、真空チャンバとして機能するものであり、基板Ｚを搬送しつつ連続的に、基板Ｚの表面Ｚｆに、気相成膜法のうち、例えば、プラズマＣＶＤによって、膜を形成する部位である。
成膜室１４は、例えば、ステンレスなど、各種の真空チャンバで利用されている材料を用いて構成されている。

成膜室１４には、２つのガイドローラ２４、２８と、ドラム２６と、成膜部５０とが設けられている。
ガイドローラ２４、およびガイドローラ２８は、基板Ｚの搬送方向Ｄに対して、その長手方向を直交させて配置されており、さらにガイドローラ２４と、ガイドローラ２８とが、所定の間隔を設けて対向して平行に配置されている。

ガイドローラ２４は、供給室１２に設けられたガイドローラ２１から搬送された基板Ｚをドラム２６に搬送するものである。このガイドローラ２４は、例えば、基板Ｚの搬送方向Ｄと直交する方向（以下、軸方向という）に回転軸を有し回転可能であり、かつガイドローラ２４は、軸方向の長さが基板Ｚの長さ（以下、基板Ｚの幅という）よりも長い。

ガイドローラ２８は、ドラム２６に巻き掛けられた基板Ｚを巻取り室１８に設けられたガイドローラ３６に搬送するものである。このガイドローラ２８は、例えば、軸方向に回転軸を有し回転可能であり、かつガイドローラ２８は、軸方向の長さが基板Ｚの幅よりも長い。
また、ガイドローラ２４、ガイドローラ２８は、上記構成以外は、供給室１２に設けられたガイドローラ２１と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。

ドラム２６は、ガイドローラ２４と、ガイドローラ２８との間の空間Ｈの下方に設けられている。ドラム２６は、その長手方向を、ガイドローラ２４およびガイドローラ２８の長手方向に対して平行にして配置されている。さらには、ドラム２６は接地されている。
このドラム２６は、例えば、円筒状を呈し、軸方向に回転軸を有し、回転可能なものである。かつ図２に示すように、ドラム２６は、軸方向における長さが基板Ｚの幅よりも長い。ドラム２６においては、基板Ｚの幅方向における中心と、ドラム２６の軸方向の中心とを合わせて、基板Ｚを、その表面（周面）に巻き掛けた場合、その両側の端部２６ａは、基板Ｚが掛からない領域となる。
ドラム２６は、その表面（周面）に基板Ｚが巻き掛けられて、回転することにより、基板Ｚを所定の成膜位置に保持しつつ、搬送方向Ｄに基板Ｚを搬送するものである。

成膜部５０は、基板Ｚを、例えば、２５℃程度の常温で、基板Ｚの表面Ｚｆに無機膜ｆを形成するものである。この無機膜ｆは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミニウム酸化膜）、ＳｉＯ_２（シリコン酸化膜）、ＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）である。
図１に示すように、成膜部５０は、ドラム２６の下方に設けられており、基板Ｚがドラム２６に巻き掛けられた状態で、ドラム２６が回転して、基板Ｚが搬送方向Ｄに搬送されつつ、基板Ｚの表面Ｚｆに無機膜ｆを形成するものである。この樹脂フィルム製の基板Ｚの表面Ｚｆに無機膜ｆが形成されたものがシート体Ｐである。
成膜部５０は、気相成膜法のうち、例えば、プラズマＣＶＤを用いて無機膜ｆを形成するものであり、成膜電極５２、高周波電源５４、原料ガス供給部５６および仕切部５８を有する。制御部４４により、成膜部５０の高周波電源５４、および原料ガス供給部５６が制御される。

成膜部５０においては、成膜室１４の下方に、ドラム２６の表面に対向して、所定の隙間Ｓを設けて成膜電極５２が設けられている。成膜電極５２は、例えば、平面視長方形の平板状に形成されており、広い面に複数の穴（図示せず）が等間隔で形成されている。成膜電極５２は、この広い面をドラム２６に向けて配置されている。この成膜電極５２は、一般的にシャワー電極と呼ばれるものである。
また、成膜電極５２は、高周波電源５４が接続されており、この高周波電源５４により、成膜電極５２に高周波電圧が印加される。

原料ガス供給部５６は、例えば、配管５７を介して、成膜電極５２の複数の穴を通して隙間Ｓに、膜を形成する原料ガスを供給するものである。ドラム２６と成膜電極５２との隙間Ｓがプラズマの発生空間になる。
本実施形態においては、原料ガスは、例えば、ＳｉＯ_２膜を形成する場合、ＴＥＯＳガス、および活性種ガスとして酸素ガスが用いられる。

原料ガス供給部５６は、プラズマＣＶＤ装置で用いられている各種のガス導入手段が利用可能である。
また、原料ガス供給部５６においては、原料ガスのみならず、アルゴンガスまたは窒素ガスなどの不活性ガス、および酸素ガス等の活性種ガス等、プラズマＣＶＤで用いられている各種のガスを、原料ガスと共に、隙間Ｓに供給してもよい。このように、複数種のガスを導入する場合には、各ガスを同じ配管で混合して、成膜電極５２の複数の穴を通して隙間Ｓに供給しても、各ガスを異なる配管から成膜電極５２の複数の穴を通して隙間Ｓに供給してもよい。
さらに、原料ガスまたはその他、不活性ガスおよび活性種ガスの種類または導入量も、形成する膜の種類、または目的とする成膜レート等に応じて、適宜、選択／設定すればよい。

仕切部５８は、成膜電極５２を成膜室１４内において区画するものである。
この仕切部５８は、例えば、一対の仕切板５８ａにより構成されており、一対の仕切板５８ａで、成膜電極５２を挟むようにして配置されている。
各仕切板５８ａは、それぞれドラム２６の長さ方向に伸びた板状部材であり、ドラム２６側の端部が、成膜電極５２とは反対側に折曲している。この仕切部５８により、隙間Ｓ、すなわち、プラズマ発生空間が、成膜室１４内において区画されている。

成膜電極５２は、平板状に限定されるものではなく、例えば、ドラム２６の軸方向に分割した複数の電極を配列した構成等、プラズマＣＶＤによる成膜が可能なものであれば、各種の電極の構成が利用可能である。なお、基板Ｚに対する電界およびプラズマなどの均一性等の点で、成膜電極５２は、本実施形態のような平面視長方形の平板状のシャワー電極であることが好ましい。
また、成膜電極５２と高周波電源５４とは、必要に応じて、インピーダンス整合をとるためのマッチングボックスを介して接続してもよい。

熱処理室１６は、シート体Ｐについて、基板Ｚの表面Ｚｆに成膜された無機膜ｆを緻密化すること、または無機膜ｆに欠陥があればその修復することなど、無機膜ｆの膜質を改善するために、熱処理を行うところである。
熱処理室１６には、搬送ローラ３２と、熱処理部６０とが設けられている。
この熱処理部６０は、冷却ローラ（冷却部材）３０と、赤外線ランプユニット６２と、冷却ユニット７０とを有する。冷却ローラ３０と、冷却ユニット７０とにより冷却手段が構成される。

搬送ローラ３２は、熱処理部６０により無機膜ｆに熱処理がされた基板Ｚを、熱処理部６０の冷却ローラ３０から巻取り室１８のガイドローラ３６に搬送するものである。この搬送ローラ３２は、基板Ｚの搬送方向Ｄに対して、その長手方向を直交させて配置されており、軸方向に回転軸を有し回転可能であり、かつ搬送ローラ３２は、軸方向の長さが基板Ｚの幅よりも長い。
また、搬送ローラ３２は、上記構成以外は、供給室１２に設けられたガイドローラ２１と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。

熱処理部６０の冷却ローラ３０は、熱処理室１６の成膜室１４側に設けられている。冷却ローラ３０は、その長手方向を、搬送ローラ３２の長手方向に対して平行にして配置されている。この冷却ローラ３０の表面３０ａに、基板Ｚの裏面Ｚｆが巻き掛けられる。

冷却ローラ３０は、基板Ｚの裏面Ｚｆがその表面３０ａに接した状態で、基板Ｚを冷却するものであり、さらには赤外線Ｂによる加熱前には無機膜ｆをガラス転移温度以下に冷却するものである。この冷却ローラ３０には、内部に冷媒を循環させるための配管（図示せず）が設けられている。この冷媒を循環させるためのポンプ（図示せず）などを備えた冷却ユニット７０が接続されている。この冷却ユニット７０により、冷媒が冷却ローラ３０に設けられた配管内を循環し、冷却ローラ３０の表面３０ａの温度を、例えば、０℃〜２５℃（常温）にすることができる。
本実施形態においては、後述するように、シート体Ｐの無機膜ｆに熱処理を施すために加熱した際に、基板Ｚへの熱の影響を抑制するために、冷却ローラ３０により、基板Ｚのガラス転移温度未満の温度に、基板Ｚの温度が保持される。

図２に示す赤外線ランプユニット６２は、基板Ｚの表面Ｚｆに形成された無機膜ｆを熱処理するためのものであり、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）に用いられるものが利用可能である。この赤外線ランプユニット６２は、冷却ローラ３０の下方に設けられている。
赤外線ランプユニット６２は、例えば、軸方向に延び、冷却ローラ３０側に開口部が形成されたケース６４と、このケース６４の内部に収納され、冷却ローラ３０の表面３０ａに集光するように凹面状に形成されたリフレクタ６６と、このリフレクタ６６の内部に設けられ、軸方向に延びた赤外線ランプ６８とを有する。この赤外線ランプ６８は、制御部４４により、点灯、消灯が制御されるものである。

赤外線ランプ６８から照射された赤外線Ｂは、リフレクタ６６で反射されて基板Ｚの無機膜ｆに集光されて無機膜ｆが、例えば、７００℃〜１０００℃または１００℃〜１０００℃の温度に加熱される。
基板Ｚの無機膜ｆは、赤外線ランプユニット６２からの赤外線Ｂが照射されている領域が熱処理される。赤外線Ｂによる熱処理時間は、例えば、冷却ローラ３０の回転速度により決定される。

なお、熱処理部６０において、赤外線ランプユニット６２を熱源に用いたが、赤外線により加熱するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、レーザアニールなどに利用されるレーザ光源を熱源に用いてもよい。
本実施形態においては、赤外線Ｂを基板Ｚの無機膜ｆに照射して加熱するが、赤外線のうち、近赤外領域（０．７５〜２．５μｍ）を用いることが好ましい。
これは、赤外線のうち、近赤外領域のものは、他の波長領域のものに比べて表層で吸収されやすく、表層を選択的に加熱することができるためである。近赤外領域のものを用いることにより、無機膜ｆを選択的に加熱することができる。

本実施形態においては、熱処理部６０は、赤外線ランプユニット６２により、赤外線Ｂを基板Ｚの表面Ｚｆに形成された無機膜ｆを集光して加熱し、一方、基板Ｚは、樹脂フィルムであるため、冷却ローラ３０により、基板Ｚの温度がガラス転移温度未満に保持されるように冷却されている。
これにより、熱処理部６０において、シート体Ｐの無機膜ｆの緻密化または無機膜ｆの構造欠陥の修復をする場合、基板Ｚに加熱による悪影響を抑制することができる。

冷却ローラ３０による基板Ｚの冷却時間は、赤外線ランプユニット６２のよる赤外線Ｂでの無機膜ｆの加熱直前に０．５秒以上であり、かつ赤外線での加熱直後から５秒以上であることが好ましく、この程度の時間、基板Ｚを冷却ローラ３０によって冷却することにより、基板Ｚに加熱による悪影響を抑制することができる。
このため、上記接触時間となるように、冷却ローラ３０に対する基板Ｚの巻き掛け角度が冷却ローラ３０の直径などに応じて適宜調整される。基板Ｚの巻き掛け角度以外にも、上記接触時間となるように、冷却ローラ３０の回転速度などを調整してもよい。

また、冷却ローラ３０は、赤外線Ｂを透過するか、または吸収するものであることが好ましい。これにより、基板Ｚに赤外線Ｂが到達しても、冷却ローラ３０は赤外線Ｂを透過するか、または吸収するため、基板Ｚの温度上昇を抑制でき、基板Ｚへの熱の影響をより一層抑制することができる。
なお、冷却ローラ３０が赤外線Ｂを透過するものである場合、冷却ローラ３０の赤外線Ｂの透過率は９０％以上であることが好ましい。また、冷却ローラ３０が赤外線Ｂを吸収するものである場合、吸収率は９５％以上であることが好ましい。

次に、本実施形態の成膜装置１０の動作について成膜方法、熱処理方法などを中心に詳細に説明する。
成膜装置１０は、供給室１２から成膜室１４、熱処理室１６を経て巻取り室１８に至る所定の経路で、供給室１２から巻取り室１８まで長尺な基板Ｚを通して搬送しつつ、成膜室１４において、基板Ｚに無機膜ｆを形成し、熱処理室１８で無機膜ｆに熱処理を施して、最終的にバリアフィルムを作製するものである。

成膜装置１０においては、長尺な基板Ｚが、例えば、反時計回り巻回された基板ロール２０からガイドローラ２１を経て、成膜室１４に搬送される。成膜室１４においては、ガイドローラ２４、ドラム２６、ガイドローラ２８を経て、熱処理室１６に搬送される。熱処理室１６においては、冷却ローラ３０および搬送ローラ３２を経て、巻取り室１８に搬送される。巻取り室１８においては、ガイドローラ３６を経て、巻取りロール３８に、長尺な基板Ｚが巻き取られる。
長尺な基板Ｚを、この搬送経路で通した後、供給室１２、成膜室１４、熱処理室１６および巻取り室１８の内部を真空排気手段４０により、所定の真空度に保ち、成膜部５０において、成膜電源４２に、高周波電源５４から高周波電圧を印加するとともに、原料ガス供給部５６から配管５７を介して隙間Ｓに、無機膜ｆを形成するための原料ガスを供給する。

成膜電源４２の周囲に電磁波を放射させると、隙間Ｓで、成膜電極５２の近傍に局在化したプラズマが生成され、原料ガスが励起・解離される。これにより、基板Ｚの表面Ｚｆに、所定の無機膜ｆが形成されて、シート体Ｐが得られる。
順次、長尺な基板Ｚが反時計回り巻回された基板ロール２０をモータにより時計回りに回転させて、長尺な基板Ｚを連続的に送り出し、ドラム２６で基板Ｚをプラズマが生成される位置に保持しつつ、ドラム２６を所定の速度で回転させて、成膜部５０により長尺な基板Ｚの表面Ｚｆに連続的に無機膜ｆを形成し、シート体Ｐが得られる。
そして、ガイドローラ２８から熱処理室１８に搬送されたシート体Ｐ、すなわち、無機膜ｆが形成された基板Ｚは、冷却ローラ３０に搬送される。このとき、冷却ユニット７０により冷却ローラ３０の表面３０ａは冷却されている。そして、シート体Ｐの基板Ｚの裏面Ｚｂは、冷却ローラ３０の表面３０ａに接しており、基板Ｚは冷却される。

冷却ローラ３０が回転しつつ、赤外線ランプユニット６２により、冷却ローラ３０上の基板Ｚの無機膜ｆに赤外線Ｂが集光するように照射されて、無機膜ｆが、例えば、７００℃〜１０００℃または１００℃〜１０００℃の温度に加熱され、その温度に所定時間維持されて熱処理され、その後、無機膜ｆをガラス転移温度以下に冷却する。これにより、無機膜ｆは、緻密化され、さらには、無機膜ｆに構造欠陥があれば、その構造欠陥が修復される。
このとき、無機膜ｆが加熱されても、基板Ｚの温度が、基板Ｚを構成する物質のガラス転移温度未満に維持されるように、基板Ｚは冷却ローラ３０により冷却されている。

本実施形態においては、長尺な基板Ｚの表面Ｚｆに無機膜ｆを形成するとともに、無機膜ｆ形成後に、冷却ローラ３０を回転させつつ、基板Ｚの無機膜ｆが冷却ローラ３０上で、基板Ｚの温度が、基板Ｚを構成する物質のガラス転移温度未満に維持された状態で熱処理を施す。これにより、基板Ｚを樹脂フィルムとしても、熱処理時の加熱による樹脂フィルムの変形、溶融などの品質に影響を抑制しつつ、無機膜ｆは緻密化、または無機膜ｆに構造欠陥があれば、その修復がなされ、無機膜ｆの膜質を改善することができる。このため、無機膜ｆを膜質が優れたものにでき、酸素、水蒸気、水などに対してバリア性が高いバリアフィルムを製造することができる。
このように製造されたバリアフィルムは、無機膜ｆが熱処理されているため、無機膜ｆは緻密化、また無機膜ｆに構造欠陥があれば、その修復がなされ、膜質が改善されており、酸素、水蒸気、水などに対してバリア性が高い。

また、基板Ｚに樹脂フィルムを用いた場合、成膜部５０では、成膜時の温度を、ガラス転移温度以上に高くすることができない。このため、形成される無機膜ｆが緻密ではないか、または構造欠陥が生じる可能性も高くなる。しかし、本実施形態においては、熱処理することにより、無機膜ｆは緻密化されるとともに、構造欠陥がある場合には、その構造欠陥も修復されて、膜質が改善される。これにより、膜質が優れた無機膜ｆが得られ、製造されたバリアフィルムは、酸素、水蒸気、水などに対してバリア性が高いものとなる。

なお、本実施形態の成膜装置１０は、ロールツーロールタイプであるが、これに限定されるものではなく、基板Ｚに、樹脂フィルムを用いるものであれば、成膜装置１０の態様は、特に限定されるものではない。

また、熱処理部６０についても、基板Ｚを構成する樹脂フィルムのガラス転移温度未満に維持された状態で、熱処理することができれば、冷却ローラ３０を用いる本実施形態に限定されるものではない。
例えば、図３に示す熱処理部６０ａのように、冷却部材として、テーブル７２を用い、このテーブル７２の表面７２ａに、シート体Ｐ、すなわち、無機膜ｆが表面Ｚｆに形成された基板Ｚが載置される。
テーブル７２の上方には、本実施形態の赤外線ランプユニット６２と同様の構成の赤外線ランプユニット６２ａを、赤外線ランプ６８を平行にして複数配置されている。複数配置された赤外線ランプユニット６２ａにより赤外線Ｂがテーブル７２の表面に対して、面状に照射される。
このテーブル７２の裏面７２ｂには、その温度を下げるための冷却ユニット７０ａが設けられている。この冷却ユニット７０ａにより、テーブル７２が冷却されて載置された基板Ｚが冷却される。冷却ユニット７０ａは、例えば、ペルチェ素子を備える公知の冷却器である。
熱処理部６０ａにおいては、テーブル７２の表面に、シート体Ｐ、すなわち、無機膜ｆが表面Ｚｆに形成された基板Ｚを載置する。その後、複数配置された赤外線ランプユニット６２ａにより赤外線Ｂを、無機膜ｆに面状に照射して、所定の温度に加熱し、所定の時間経過後に赤外線Ｂの照射を停止する。このようにして、無機膜ｆの膜質の改善を行ってもよい。

本実施形態の成膜装置１０においては、プラズマＣＶＤを例にして、説明したが、プラズマＣＶＤに限定されるものではない。本発明の成膜部は、気相成膜法を用いるものであれば、各種の物理的気相成長法（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）、化学的気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング法またはイオンプレーティング法などを用いることもできる。この場合においても、基板Ｚに樹脂フィルムを用いているため、基板Ｚの温度は、樹脂フィルムのガラス転移温度以下で行う。

以上、本発明の熱処理方法、成膜装置およびバリアフィルムについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのは、もちろんである。

本発明の実施形態に係る成膜装置を示す模式図である。 図１に示す成膜装置の成膜室の模式的側面図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置の熱処理部の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１０ 成膜装置
１２ 供給室
１４ 成膜室
１６ 熱処理室
１８ 巻取り室
２０ 基板ロール
２１，２４，２８，３６ ガイドローラ
３０ 冷却ローラ
３２ 搬送ローラ
３８ 巻取りロール
４０ 真空排気手段
４４ 制御部
５０ 成膜部
５２ 成膜電極
５４ 高周波電源
５６ 原料ガス供給部
６０ 熱処理部
６２ 赤外線ランプユニット
７０ 冷却ユニット
Ｄ 搬送方向
ｆ 無機膜
Ｐ シート体
Ｚ 基板

Claims (13)

1. 樹脂フィルム製の基板の表面に無機膜が形成されたシート材の前記無機膜に熱処理を行う工程を有し、
   前記無機膜に熱処理を行う際に、前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持することを特徴とする熱処理方法。
2. 前記無機膜への熱処理は、赤外線の照射によりなされる請求項１に記載の熱処理方法。
3. 前記赤外線は、近赤外領域のものが用いられる請求項２に記載の熱処理方法。
4. 前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持することは、前記基板の裏面側に冷却部材を配置することによりなされる請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱処理方法。
5. 前記基板は長尺状のものであり、前記基板を回転可能なローラの表面の巻き掛けて搬送しつつ、前記熱処理を行い、
   前記ローラは、前記基板を前記ガラス転移温度未満の温度の保持する前記冷却部材を兼ねるものである請求項４に記載の熱処理方法。
6. 前記ローラは、前記赤外線を透過または吸収するものである請求項２〜５のいずれか１項に記載の熱処理方法。
7. 前記冷却部材は、前記基板との接触時間が、前記赤外線による加熱直前に０．５秒以上であり、前記赤外線による加熱直後から５秒以上である請求項２〜５のいずれか１項に記載の熱処理方法。
8. 樹脂フィルム製の基板の表面に無機膜を形成する成膜部と、
   前記基板の表面に形成された前記無機膜を所定の温度に加熱する加熱手段、および前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する冷却手段を備え、前記無機膜に熱処理を行う際、前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持する熱処理部とを有することを特徴とする成膜装置。
9. 前記成膜部は、気相成膜法により前記無機膜を成膜するものである請求項８に記載の成膜装置。
10. 前記加熱手段は、赤外線を用いるものである請求項８または９に記載の成膜装置。
11. 前記冷却手段は、前記基板が表面の所定の領域に巻き掛けられ前記基板を搬送するとともに、前記基板をガラス転移温度未満の温度に保持する冷却ローラである請求項８〜１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
12. 前記冷却ローラは、前記赤外線を透過または吸収するものである請求項１１に記載の成膜装置。
13. 樹脂フィルム製の基板と、
    前記樹脂フィルム製の基板の表面に形成された無機膜とを有し、
    前記無機膜は、前記樹脂フィルム製の基板をガラス転移温度未満の温度に保持した状態で熱処理がなされていることを特徴とするバリアフィルム。

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