JP2013237897A - Vacuum film deposition system, gas barrier film, and laminate with gas barrier property - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a vacuum film deposition system capable of achieving improved transparency and increased barrier properties in a gas barrier film while securing a high deposition rate, by using a vacuum deposition method, and capable of preventing a film from being damaged due to bumping and splashing generated from a deposition material when high density plasma is used; a gas barrier film prepared using a vacuum film deposition system; and a laminate with gas barrier properties.SOLUTION: A vacuum film deposition system in which a thin film is formed on a base material by a vacuum deposition method includes a means capable of generating plasma to perform activated deposition, independently from an evaporation means evaporating a deposition material to a deposition space, and also includes a magnetic field distribution control device for controlling plasma flow so that the surface of the base material is not exposed to plasma.

Description

本発明は、真空成膜装置、ガスバリアフィルム、ガスバリア性積層体に関する。   The present invention relates to a vacuum film forming apparatus, a gas barrier film, and a gas barrier laminate.

従来、ガスバリアフィルムはアルミニウム箔を積層させたものや、塩化ビニリデン系のコート層を設けたものが主流であったが、前者は金属探知機の使用が困難になる、マイクロ波加熱が不可能、透明性がない、焼却時にアルミニウムが発生するなどの欠点があり、また、後者は焼却時にダイオキシンが発生するなどの欠点がある。   Conventionally, gas barrier films are mainly laminated with aluminum foil or those provided with a vinylidene chloride coating layer, but the former makes it difficult to use a metal detector, microwave heating is impossible, There are drawbacks such as lack of transparency and the generation of aluminum during incineration, and the latter have the disadvantages of generating dioxins during incineration.

それらに置き換わるガスバリアフィルムとしての透明セラミックフィルムは、これまでに多くの発明がなされ、市場供給されている。一般的に、食品包材用のフィルムに用いる透明セラミックフィルムを製造するには、経済コストの観点から、毎秒数メートルの速さで搬送されるウェブ状の合成樹脂フィルム上に酸化アルミニウムや酸化ケイ素などを着膜させる蒸着手法を用いるのが好適とされる。   A transparent ceramic film as a gas barrier film which replaces them has been invented and marketed. Generally, in order to produce a transparent ceramic film used for a film for food packaging materials, aluminum oxide or silicon oxide is formed on a web-like synthetic resin film conveyed at a speed of several meters per second from the viewpoint of economic cost. It is preferable to use a vapor deposition technique for forming a film.

蒸着手法によりガスバリア層を形成する場合、材料を蒸発する為に提供されるエネルギーは、主に熱エネルギーから授与されるため、この加熱程度は、蒸着しようとする材料が、おおよそ融点より少し高い温度まで到達するまで供給されるが、一旦蒸発すると、それ以上はエネルギーを付与されないまま、他の蒸発粒子との衝突・拡散などにより、エネルギーが失われながら対象物に蒸着粒子が到達する。   When forming a gas barrier layer by vapor deposition techniques, the energy provided to evaporate the material is primarily derived from thermal energy, so this degree of heating is the temperature at which the material being vapor deposited is slightly above the melting point. However, once evaporated, the vapor deposition particles reach the object while losing energy due to collision / diffusion with other evaporated particles without being given any more energy.

この為、成膜速度は速いが緻密でガスバリア性の高い膜を得ることが困難となる。この解決手段として、成膜速度を担保しつつ透明性やガスバリア性を安定付与することを目的として、プラズマを用いたプラズマ支援法がある(特許文献1)。   For this reason, it is difficult to obtain a dense film having a high gas barrier property although the film forming speed is high. As a means for solving this problem, there is a plasma support method using plasma for the purpose of stably imparting transparency and gas barrier properties while ensuring the film forming speed (Patent Document 1).

しかしながら、高速にて大量に蒸着するような蒸発速度が高い環境においても反応を促進させるためには、蒸発速度と同等次元の活性種(ラジカル)を持つ高密度なプラズマを真空中に供給する必要があり、これらの要件を満たす実現可能なプロセスとしては、電離密度が高いプラズマを発生させることが可能なアークプラズマ、マイクロ波プラズマ、マイクロ波に磁場を共鳴させたECRプラズマ、ヘリコン波をもちいたヘリコン波プラズマなどに限定される(例えば、特許文献2、特許文献3)。   However, in order to promote the reaction even in an environment where the evaporation rate is high, such as a large amount of evaporation at high speed, it is necessary to supply a high-density plasma with active species (radicals) of the same dimension as the evaporation rate in the vacuum As feasible processes that satisfy these requirements, arc plasma, microwave plasma, ECR plasma in which a magnetic field is resonated with a microwave, and helicon waves are used. It is limited to helicon wave plasma etc. (for example, patent document 2, patent document 3).

これらの高密度プラズマによるエネルギーを蒸着粒子に付与しながら蒸着する手法が近年開発されているが、いずれのプロセスにおいてもプラズマを照射させた空間中に、酸素や酸素を含むガスを供給して反応させる必要があり、蒸着室内空間の至るところにおいて酸素による酸化反応が促進される。   In recent years, a method of vapor deposition while applying energy from these high-density plasmas to vapor deposition particles has been developed. In either process, oxygen or a gas containing oxygen is supplied to react in the plasma-irradiated space. Oxidation reaction by oxygen is promoted throughout the space inside the vapor deposition chamber.

この反応は、一般的に蒸着材料が蒸発している蒸発界面にも及ぶため、蒸発界面で酸化被膜が形成され、蒸発速度が低下し、不安定になるばかりでなく、覆われた酸化被膜を突き破って、蒸発粒子が突沸することで、フィルムにダメージを与え、著しく商品性能を損なう。   This reaction generally extends to the evaporation interface where the vapor deposition material is evaporated, so that an oxide film is formed at the evaporation interface, the evaporation rate is reduced, and it becomes unstable. By breaking through and evaporating the evaporated particles, the film is damaged and the product performance is remarkably impaired.

公知文献を以下に示す。   Known documents are shown below.

特開平4−165065号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-165065 特開2010−185124号公報JP 2010-185124 A 特開2011−21214号公報JP 2011-21214 A

本発明は上記した事情に鑑みてなされたもので、真空蒸着法により、高い成膜速度を確保した上で、ガスバリアフィルムの透明性向上や、より高いバリア性の付与を行う手法とし、高密度プラズマを用いる際、蒸着材料から発生する突沸やスプラッシュなどにより、フィルムがダメージを受けるのを抑えることを可能とする真空成膜装置および真空成膜装置を用いて作製したガスバリアフィルム、更には、ガスバリア性積層体を提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a technique for improving the transparency of a gas barrier film and imparting higher barrier properties while ensuring a high film formation rate by a vacuum deposition method. When using plasma, a vacuum film forming apparatus that can suppress damage to the film due to bumping or splash generated from the vapor deposition material, a gas barrier film manufactured using the vacuum film forming apparatus, and a gas barrier It is an object to provide a conductive laminate.

本発明の請求項1に係る発明は、基材に対し、真空蒸着法によって薄膜を形成する真空成膜装置であって、蒸着空間に対し、蒸着材料を蒸発させる蒸発手段とは別に、プラズマを発生させ活性化蒸着を行える手段を具備し、かつ、前記基材の表面が前記プラズマに暴露されないようにプラズマ流を制御する磁場分布制御装置を具備していることを特徴とした真空成膜装置である。   The invention according to claim 1 of the present invention is a vacuum film forming apparatus for forming a thin film on a base material by a vacuum evaporation method, and plasma is generated separately from evaporation means for evaporating an evaporation material to an evaporation space. A vacuum film forming apparatus comprising a means for generating and activating vapor deposition, and a magnetic field distribution control device for controlling a plasma flow so that a surface of the substrate is not exposed to the plasma It is.

本発明の請求項2に係る発明は、前記基材がウェブ状のフィルム基材であり、該フィルム基材をロール・ツー・ロールで搬送する搬送手段を具備し、該フィルム基材上に薄膜を形成することを特徴とした請求項1に記載の真空成膜装置である。   The invention according to claim 2 of the present invention is characterized in that the substrate is a web-like film substrate, and includes a conveying means for conveying the film substrate by roll-to-roll, and a thin film is formed on the film substrate. The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein:

本発明の請求項3に係る発明は、前記プラズマの発生や前記蒸着材料の蒸発による温度上昇に耐えるために、断熱材にて前記磁場分布制御装置が覆われていることを特徴とした請求項1または2に記載の真空成膜装置である。   The invention according to claim 3 of the present invention is characterized in that the magnetic field distribution control device is covered with a heat insulating material in order to withstand temperature rise due to generation of the plasma and evaporation of the vapor deposition material. The vacuum film forming apparatus according to 1 or 2.

本発明の請求項4に係る発明は、前記真空蒸着法が抵抗加熱蒸着法であることを特徴とした請求項1から3のいずれか1項に記載の真空成膜装置である。   The invention according to claim 4 of the present invention is the vacuum film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the vacuum vapor deposition method is a resistance heating vapor deposition method.

本発明の請求項5に係る発明は、前記抵抗加熱による真空蒸着法において、前記蒸着材料もしくは蒸着材料をその一部組成にもつ金属のワイヤーを抵抗加熱用ボートに提供することを特徴とした請求項4に記載の真空成膜装置である。   The invention according to claim 5 of the present invention provides the resistance heating boat with a metal wire having the vapor deposition material or a partial composition of the vapor deposition material in the resistance heating vacuum deposition method. Item 5. The vacuum film forming apparatus according to Item 4.

本発明の請求項6に係る発明は、前記プラズマの発生手段が、ホローカソード放電、マイクロ波放電、ICP放電、ヘリコン波放電のいずれかを用いたものであることを特徴とした請求項1から5のいずれか1項に記載の真空成膜装置である。   The invention according to claim 6 of the present invention is characterized in that the plasma generating means uses any one of hollow cathode discharge, microwave discharge, ICP discharge, and helicon wave discharge. 6. The vacuum film forming apparatus according to any one of 5 above.

本発明の請求項7に係る発明は、前記プラズマの発生手段がホローカソード放電であり、ホローカソードに対するアノードが蒸着材料の近傍に少なくとも1つはあることを特徴とした請求項6に記載の真空成膜装置である。   The invention according to claim 7 of the present invention is characterized in that the plasma generating means is hollow cathode discharge, and at least one anode with respect to the hollow cathode is in the vicinity of the vapor deposition material. A film forming apparatus.

本発明の請求項8に係る発明は、請求項1から7記載のいずれか1項に記載の真空成膜装置を用いて作製し、水蒸気透過度が2g/m/day以下であることを特徴とするガスバリアフィルムである。 Invention of Claim 8 of this invention is produced using the vacuum film-forming apparatus of any one of Claims 1-7, and water vapor permeability is 2 g / m < 2 > / day or less. It is a gas barrier film characterized.

本発明の請求項9に係る発明は、請求項1から7記載のいずれか1項に記載の真空成膜装置を用いて作製し、酸素透過度が3cc/m/day以下であることを特徴とするガスバリアフィルムである。 Invention of Claim 9 of this invention is produced using the vacuum film-forming apparatus of any one of Claims 1-7, and oxygen permeability is 3 cc / m < 2 > / day or less. It is a gas barrier film characterized.

本発明の請求項10に係る発明は、請求項8または9記載のガスバリアフィルムを用いて作製したことを特徴とするガスバリア性積層体である。   An invention according to claim 10 of the present invention is a gas barrier laminate produced using the gas barrier film according to claim 8 or 9.

本発明によれば、真空蒸着法により、高い成膜速度を確保した上で、ガスバリアフィルムの透明性向上や、より高いバリア性の付与を行うことが可能な真空成膜装置が得られ、これを用いて作製したガスバリアフィルムは、突沸やスプラッシュが抑えられ、フィルムがダメージを受けることがない。そのため、これを用いたガスバリア性積層体高いバリア性が得られる。   According to the present invention, a vacuum film forming apparatus capable of improving the transparency of a gas barrier film and imparting higher barrier properties while ensuring a high film forming speed by a vacuum deposition method is obtained. In the gas barrier film produced using, bumping and splash are suppressed, and the film is not damaged. Therefore, the gas barrier laminate using this has high barrier properties.

本発明の真空成膜装置の一実施形態を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed one Embodiment of the vacuum film-forming apparatus of this invention.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の真空成膜装置の一実施形態を示した模式図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a vacuum film forming apparatus of the present invention.

本実施形態の真空成膜装置30には、成膜室10および巻き取り室11があり、真空成膜装置30内にウェブ状のフィルム基材15をロール・ツー・ロールで搬送する搬送手段を具備している。フィルム基材15をロール・ツー・ロールで搬送する手段は、巻き出しローラー12と巻き取りローラー13とメインローラー14とからなる。   The vacuum film forming apparatus 30 according to the present embodiment includes a film forming chamber 10 and a take-up chamber 11, and includes a transport unit that transports the web-shaped film substrate 15 into the vacuum film forming apparatus 30 by roll-to-roll. It has. Means for transporting the film substrate 15 in a roll-to-roll manner includes an unwinding roller 12, a winding roller 13, and a main roller 14.

フィルム基材15は、巻き出しローラー12から巻き出され、メインローラー14を介し、巻き取りローラー13に巻き取られる。この際、メインローラー14にて、フィルム基材15へ、蒸着材料16を蒸着させ蒸着膜を成膜する。   The film substrate 15 is unwound from the unwinding roller 12 and is wound on the winding roller 13 via the main roller 14. At this time, the vapor deposition material 16 is deposited on the film substrate 15 by the main roller 14 to form a vapor deposition film.

フィルム基材15は、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリエステル系(ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等)、ポリアミド系(ナイロン−6、ナイロン−66等)、ポリスチレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル樹脂、セルロース系(トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等)などのフィルムが挙げられ、特に限定されない。また、基材フィルム15の厚みも限定されるものではなく、用途に応じて、6μmから200μm程度を適宜選定できる。   The film substrate 15 is not particularly limited, and a known one can be used. For example, polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyester (polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc.), polyamide (nylon-6, nylon-66, etc.), polystyrene, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl chloride, polyimide , Polyvinyl alcohol, polycarbonate, polyether sulfone, acrylic resin, cellulose-based films (triacetyl cellulose, diacetyl cellulose, etc.), and the like. Further, the thickness of the base film 15 is not limited, and can be appropriately selected from about 6 μm to 200 μm depending on the application.

また、本実施形態の真空成膜装置30は、フィルム基材15へ蒸着材料16を蒸着させるために蒸着材料16を蒸発させる手段を具備している。抵抗加熱式坩堝17に蒸着材料16を供給し、加熱することで、蒸着材料16を蒸発させる。また、抵抗加熱式坩堝17には、加熱するための抵抗加熱用直流電源20が接続されている。   Further, the vacuum film forming apparatus 30 of the present embodiment includes means for evaporating the vapor deposition material 16 in order to deposit the vapor deposition material 16 on the film substrate 15. The evaporation material 16 is supplied to the resistance heating crucible 17 and heated to evaporate the evaporation material 16. The resistance heating crucible 17 is connected to a resistance heating DC power source 20 for heating.

蒸着材料16は、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えば、アルミニウム(Al)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)等の金属材料などをワイヤー状に供給できるものであれば良い。   The vapor deposition material 16 is not particularly limited, and a known material can be used. For example, any metal material such as aluminum (Al), tin (Sn), zinc (Zn), and indium (In) may be supplied in a wire shape.

また、ガスパイプ23から酸素などの反応性ガスを流すことで、フィルム基材15へ蒸着材料16を成膜する際に、酸化などの反応を用いた反応蒸着を行うことが可能である。   In addition, by depositing a reactive gas such as oxygen from the gas pipe 23, it is possible to perform reactive vapor deposition using a reaction such as oxidation when depositing the vapor deposition material 16 on the film substrate 15.

また、本発明の真空成膜装置30は、フィルム基材15へ蒸着材料16を蒸着させるために蒸発した蒸着材料16をプラズマ26により活性化させる手段を具備している。蒸発した蒸着材料16は、蒸着粒子25としてメインローラー14に抱かれたフィルム基材1
5上に蒸着される。このとき、蒸着粒子25がフィルム基材15上へ蒸着される前にプラズマ26を通過することで、蒸着粒子25が活性化される。
Further, the vacuum film forming apparatus 30 of the present invention includes means for activating the evaporated deposition material 16 with the plasma 26 in order to deposit the deposition material 16 on the film substrate 15. The evaporated vapor deposition material 16 is a film substrate 1 held by the main roller 14 as vapor deposition particles 25.
5 is deposited. At this time, the vapor deposition particles 25 are activated by passing the plasma 26 before the vapor deposition particles 25 are vapor deposited on the film substrate 15.

蒸着粒子25を活性化させるプラズマ26としては、高密度のプラズマが望ましく、ホローカソード放電、マイクロ波放電、ICP放電、ヘリコン波放電のいずれかを用いることができる。   The plasma 26 that activates the vapor deposition particles 25 is preferably a high-density plasma, and any one of hollow cathode discharge, microwave discharge, ICP discharge, and helicon wave discharge can be used.

本発明の真空成膜装置の一例として、真空成膜装置30にはホローカソードガン18が設置されており、アノードとしてホローカソードガン18の内部に位置する内部電極19、またはホローカソードガン18の外部に位置する外部電極24が設置されている。   As an example of the vacuum film forming apparatus of the present invention, a hollow cathode gun 18 is installed in the vacuum film forming apparatus 30, and an internal electrode 19 positioned inside the hollow cathode gun 18 as an anode or the outside of the hollow cathode gun 18. The external electrode 24 located at is installed.

また、ホローカソードガン18には、ホローカソード放電発生用のホローカソード放電用直流電源21、22が接続されている。ホローカソードガン18における放電は、アノードが内部電極19、外部電極24のどちらか一方でもよく、また双方を同時に併用しても良く、用途に応じて適宜用いればよい。   The hollow cathode gun 18 is connected to DC power sources 21 and 22 for hollow cathode discharge for generating hollow cathode discharge. For discharge in the hollow cathode gun 18, the anode may be either the internal electrode 19 or the external electrode 24, or both may be used at the same time, and may be used appropriately depending on the application.

ホローカソード放電とは、ホローカソードと呼ばれる「円筒状に形成された陰極」内にて、シース電圧により加速された電子が、円筒状に形成された陰極内を径方向に移動する。この電子は、円筒状に形成された陰極のシース電圧により円筒中心付近においては、逆に減速するが、この減速した電子は、対極面にある陰極により形成されるシース電圧により再度加速されることで電子には連続的に運動エネルギーが供給される。   In the hollow cathode discharge, electrons accelerated by a sheath voltage move in a radial direction in a cylindrical cathode formed in a “cylindrical cathode” called a hollow cathode. The electrons are decelerated in the vicinity of the center of the cylinder due to the sheath voltage of the cathode formed in the cylindrical shape, but the decelerated electrons are accelerated again by the sheath voltage formed by the cathode on the counter electrode surface. Thus, kinetic energy is continuously supplied to the electrons.

これらの運動エネルギーを持つ電子群が陰極内を径方向に移動する過程において、ホローカソードガン18に供給されたアルゴンなどのガスと衝突電離を繰り返すことにより、高密度のプラズマを発生する。これらの高密度のプラズマは、ホローカソードガン18と、減圧された真空状態の成膜室10との圧力差により、成膜室10内に積極的に引き出すことが可能となる。   In the process in which the electron group having such kinetic energy moves in the radial direction in the cathode, high-density plasma is generated by repeating impact ionization with a gas such as argon supplied to the hollow cathode gun 18. These high-density plasmas can be actively extracted into the film formation chamber 10 due to the pressure difference between the hollow cathode gun 18 and the vacuum-formed film formation chamber 10.

内部電極19をアノードとして用いる場合、ホローカソードガン18より発生したプラズマは両極性拡散作用により成膜室10内へと拡散され、蒸着粒子25に運動エネルギーを与えることで活性化が促される。   When the internal electrode 19 is used as an anode, the plasma generated from the hollow cathode gun 18 is diffused into the film forming chamber 10 by the bipolar diffusion action, and activation is promoted by giving kinetic energy to the vapor deposition particles 25.

プラズマにより活性化された蒸着粒子25の一部はイオン化された蒸着粒子となり、ホローカソード放電を促すアルゴンイオンと共にフィルム基材15へプラズマシースの電界加速を得て照射される。   A part of the vapor deposition particles 25 activated by the plasma becomes ionized vapor deposition particles, and the film base 15 is irradiated with the argon ions for promoting the hollow cathode discharge with the acceleration of the electric field of the plasma sheath.

一方、外部電極24は、内部電極19と同様、ホローカソードに対するアノードであり、ホローカソードガン18の外部に位置すればよいが、より好ましくは、図1のように、蒸着材料16の近傍に設置することで、効率よく蒸着粒子25を活性化させることができる。   On the other hand, the external electrode 24 is an anode for the hollow cathode, like the internal electrode 19, and may be positioned outside the hollow cathode gun 18. More preferably, the external electrode 24 is installed in the vicinity of the vapor deposition material 16 as shown in FIG. By doing so, the vapor deposition particle 25 can be activated efficiently.

外部電極24をアノードとして用いる場合、図1のプラズマ26のように、成膜室10内で高密度のプラズマが発生する。蒸発直後の蒸着粒子25はホローカソードガン18と外部電極24との間で発生している高密度のプラズマ26を通過することにより、激しく活性化が促され、蒸着粒子25が運動エネルギーを得るだけでなく、電離してイオン化した蒸着粒子になり、アルゴンイオンも含めてフィルム基材15へプラズマシースの電界加速を得て入射する。   When the external electrode 24 is used as an anode, high-density plasma is generated in the film forming chamber 10 like the plasma 26 in FIG. The vapor deposition particles 25 immediately after evaporation pass through the high-density plasma 26 generated between the hollow cathode gun 18 and the external electrode 24, so that the activation is violently promoted, and the vapor deposition particles 25 only obtain kinetic energy. Instead, it becomes ionized vaporized particles by ionization, and the electric field acceleration of the plasma sheath is obtained and incident on the film substrate 15 including the argon ions.

従って、外部電極24は、プラズマ26の発生する領域と蒸着粒子25の存在する領域とが重複するような位置に設置することが好ましいが、そのプラズマのエネルギーを最大
限に利用するには、蒸発材料16が蒸発する空間の直上にプラズマ26を照射するのが最適となりうる。
Therefore, the external electrode 24 is preferably installed at a position where the region where the plasma 26 is generated and the region where the vapor deposition particles 25 are present. However, in order to make maximum use of the energy of the plasma, the evaporation is performed. It may be optimal to irradiate the plasma 26 directly above the space where the material 16 evaporates.

外部電極24は、蒸着材料16が絶縁性の材料であった場合、蒸着中に蒸着材料16によって汚染され、汚染が過度に進むと電子が流れなくなるため、アーキング、または放電持続不能といった問題が発生する。このため、外部電極24は蒸着材料16が付着しないように、加熱したり、カバーで覆ったりすることで、蒸着材料16が直接付着しないようにする工夫が必要である。   When the vapor deposition material 16 is an insulating material, the external electrode 24 is contaminated by the vapor deposition material 16 during vapor deposition. When the contamination progresses excessively, electrons do not flow, causing problems such as arcing or inability to sustain discharge. To do. For this reason, the external electrode 24 needs to be devised so that the vapor deposition material 16 does not directly adhere by heating or covering with a cover so that the vapor deposition material 16 does not adhere.

また、ホローカソードガン18は、フィルム基材15の幅方向の大きさによって真空成膜装置30内に複数台設置してもよく、アノードとして外部電極24を用いる場合、ホローカソードガン18の数に応じて複数台設置してもよい。   Further, a plurality of hollow cathode guns 18 may be installed in the vacuum film forming apparatus 30 depending on the size of the film substrate 15 in the width direction. When the external electrode 24 is used as an anode, the number of hollow cathode guns 18 is as large as the number of hollow cathode guns 18. Multiple units may be installed accordingly.

プラズマ26の放電条件は、1つのホローカソードにつき数十Aから数百Aと電流値が高いほどプラズマ密度が高く好ましいが、その一方で、電離させるガス量を増やすために、ホローカソードガン18に導入するガスの流量を多くすると、成膜室10の圧力が高くなり、特に蒸発速度が高い場合、蒸着粒子25の平均自由工程が短くなってしまう。   As for the discharge conditions of the plasma 26, the higher the current value, from several tens of A to several hundreds A per hollow cathode, the higher the plasma density is preferable. On the other hand, in order to increase the amount of gas to be ionized, When the flow rate of the introduced gas is increased, the pressure in the film forming chamber 10 is increased, and particularly when the evaporation rate is high, the mean free path of the vapor deposition particles 25 is shortened.

この結果、蒸着粒子25は運動エネルギーを失い、成膜される膜の膜密度や密着力が低下してしまうことが、蒸着材料16の種類によっては懸念される。このため、ホローカソードの放電条件は、ホローカソードに導入するガスの種類、ガスパイプ23から導入するガスの種類や導入箇所、蒸着材料16の種類に併せて決定することが望ましい。   As a result, the vapor deposition particles 25 lose kinetic energy, and there is a concern that the film density and adhesion of the film to be formed are reduced depending on the type of the vapor deposition material 16. For this reason, it is desirable to determine the discharge conditions of the hollow cathode in accordance with the type of gas introduced into the hollow cathode, the type and location of the gas introduced from the gas pipe 23, and the type of the vapor deposition material 16.

蒸着法により成膜を行った場合、一般的には蒸着材料16からの突沸やスプラッシュを完全に無くすことは難しい。スプラッシュが発生すると、蒸着材料16を含む塊がフィルム基材15に向かって飛び出し、フィルム基材15に衝突することで傷が発生することや、場合によってはピンホール、フィルム破れといった大きな損傷につながる。   When film formation is performed by the vapor deposition method, it is generally difficult to completely eliminate bumping and splash from the vapor deposition material 16. When the splash occurs, the lump including the vapor deposition material 16 jumps out toward the film base material 15 and hits the film base material 15 to cause scratches, and in some cases, lead to large damage such as pinholes and film breakage. .

これらは、蒸着材料16中に含まれる不純物、真空中に存在する水などの残留ガスや、反応性ガスを導入した際に蒸着材料16の表面が反応性ガスと反応などの様々な理由によって発生する。   These are generated due to various reasons such as impurities contained in the vapor deposition material 16, residual gas such as water existing in a vacuum, or the surface of the vapor deposition material 16 reacts with the reactive gas when a reactive gas is introduced. To do.

本発明では、特に高密度のプラズマ26を用いた反応蒸着プロセスを効率的に行うプロセスにおいて、蒸着材料16や抵抗加熱式坩堝17に高密度のプラズマ26中の電子の拡散、進行を邪魔するような磁場を形成することで、蒸着材料16および抵抗加熱式坩堝17の部分的な加熱によるスプラッシュを抑制することにある。   In the present invention, particularly in the process of efficiently performing the reactive vapor deposition process using the high-density plasma 26, the vapor deposition material 16 and the resistance heating crucible 17 are disturbed by the diffusion and progress of electrons in the high-density plasma 26. By forming a simple magnetic field, it is intended to suppress splash due to partial heating of the vapor deposition material 16 and the resistance heating crucible 17.

プラズマ26を蒸着材料16や抵抗加熱式坩堝17に直接暴露させないためには、磁場分布制御装置27を設け、成膜室10内に適正な直交磁界をかけ、更に、外部電極24に向かって、打ち消しあうような反対の磁場を更にかけることで外部電極24にプラズマ26を誘導させることができる。これらの磁場は電磁石を用いて達成することができる。   In order not to directly expose the plasma 26 to the vapor deposition material 16 or the resistance heating crucible 17, a magnetic field distribution control device 27 is provided, an appropriate orthogonal magnetic field is applied to the film forming chamber 10, and further toward the external electrode 24. The plasma 26 can be induced in the external electrode 24 by further applying an opposite magnetic field that cancels each other. These magnetic fields can be achieved using electromagnets.

本発明の真空成膜装置を用いれば、抵抗加熱式坩堝17より発生するスプラッシュや突沸を、予め抑制し、品質不良を発生させることなく成膜することが可能となる。   By using the vacuum film forming apparatus of the present invention, it is possible to suppress the splash and bumping generated from the resistance heating crucible 17 in advance and form a film without causing a quality defect.

また、本発明の真空成膜装置で成膜されたガスバリアフィルムは、水蒸気透過度が2g/m/day以下であることが好ましい。さらに、本発明の真空成膜装置で成膜されたガスバリアフィルムは、酸素透過度が3cc/m/day以下であることが好ましい。 The gas barrier film formed by the vacuum film forming apparatus of the present invention preferably has a water vapor permeability of 2 g / m 2 / day or less. Further, the gas barrier film formed by the vacuum film forming apparatus of the present invention preferably has an oxygen permeability of 3 cc / m 2 / day or less.

このようなガスバリアフィルムを用いて、他の素材と積層し、ガスバリア性積層体とす
ることによって、更に、水蒸気透過度や、酸素透過度を低くすることができるとともに、各種の機能が付加され、色々な用途に展開することができる。
Using such a gas barrier film, by laminating with other materials to make a gas barrier laminate, water vapor permeability and oxygen permeability can be further lowered, and various functions are added, It can be developed for various purposes.

以下に、本発明の具体的実施例について説明する。   Specific examples of the present invention will be described below.

<実施例1>
図1に示す真空成膜装置30において、抵抗加熱式坩堝17に、蒸着材料16として、直径15mmの直径を有するアルミニウムワイヤーを連続供給しながら、抵抗加熱を行い、100nm/secの成膜速度で蒸着を行った。その際、ホローカソードガン18にアルゴンガス200sccmを供給しながら、35V、150Aの放電を外部電極24に対し行いガスバリアフィルムを作製した。このとき、磁場分布制御装置27の電磁石により概500ガウスの磁場を供給した。基材としては、幅500mmの厚さ12μmのウェブ状のポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた。以上のようにして、実施例1のガスバリアフィルムを作成した。
<Example 1>
In the vacuum film forming apparatus 30 shown in FIG. 1, resistance heating is performed while continuously supplying an aluminum wire having a diameter of 15 mm as the vapor deposition material 16 to the resistance heating crucible 17 at a film forming rate of 100 nm / sec. Vapor deposition was performed. At that time, while supplying 200 sccm of argon gas to the hollow cathode gun 18, 35 V and 150 A were discharged to the external electrode 24 to produce a gas barrier film. At this time, a magnetic field of approximately 500 gauss was supplied by the electromagnet of the magnetic field distribution control device 27. As the substrate, a web-like polyethylene terephthalate film having a width of 500 mm and a thickness of 12 μm was used. The gas barrier film of Example 1 was created as described above.

以下に、本発明の比較例について説明する。   Below, the comparative example of this invention is demonstrated.

<比較例1>
磁場分布制御装置27の電磁石により概500ガウスの磁場を供給しない以外は、実施例1と同様にして比較例1のガスバリアフィルムを作成した。
<Comparative Example 1>
A gas barrier film of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that a magnetic field of approximately 500 Gauss was not supplied by the electromagnet of the magnetic field distribution control device 27.

<評価方法>
作成した実施例1と比較例1のガスバリアフィルムについて、下記の項目について比較評価した。
<Evaluation method>
About the created gas barrier film of Example 1 and Comparative Example 1, the following items were compared and evaluated.

<欠陥個数>
作成した実施例1と比較例1のガスバリアフィルムについて、突沸やスプラッシュが原因で発生したピンホール欠陥の個数を調査した。
<Number of defects>
About the created gas barrier film of Example 1 and Comparative Example 1, the number of pinhole defects generated due to bumping and splash was investigated.

(評価方法)
作製したフィルム1000mについて、ピンホール欠陥や異物欠陥の個数をカウントし、1平方メートルあたりの欠陥個数として換算した。
(Evaluation method)
About the produced film 1000m, the number of pinhole defects and foreign material defects was counted and converted as the number of defects per square meter.

<水蒸気透過度>
作成した実施例1と比較例1のガスバリアフィルムについて、水蒸気透過度を以下の方法で測定した。
<Water vapor permeability>
About the created gas barrier film of Example 1 and Comparative Example 1, water vapor permeability was measured by the following method.

(評価方法)
水蒸気透過度をMOCON法により測定した。用いた測定器はMOCON PERMATRAN(R)3/33により、40℃、90%Rhにて測定した。
(Evaluation method)
The water vapor permeability was measured by the MOCON method. The measuring device used was measured by MOCON PERMATRAN (R) 3/33 at 40 ° C. and 90% Rh.

<酸素透過度>
作成した実施例1と比較例1のガスバリアフィルムについて、酸素透過度を以下の方法で測定した。
<Oxygen permeability>
About the created gas barrier film of Example 1 and Comparative Example 1, the oxygen permeability was measured by the following method.

(評価方法)
酸素透過度をMOCON OX−TRAN(R)2/20により、37℃、70%Rhにて測定した。
(Evaluation method)
The oxygen permeability was measured by MOCON OX-TRAN (R) 2/20 at 37 ° C. and 70% Rh.

表1に、実施例1と比較例1のガスバリアフィルムを評価した欠陥個数、水蒸気透過度、酸素透過度を示す。   Table 1 shows the number of defects, water vapor permeability, and oxygen permeability evaluated for the gas barrier films of Example 1 and Comparative Example 1.

以下に、実施例と比較例との比較結果について説明する。 Below, the comparison result of an Example and a comparative example is demonstrated.

<比較結果>
磁場分布制御装置で磁場を供給しないで作成した、比較例1のガスバリアフィルムは、欠陥個数が多く、水蒸気透過度があまり低くなく、酸素透過度もあまり低くならなかった。特にピンホール発生部分では、全く酸素バリア性がなかった。
<Comparison result>
The gas barrier film of Comparative Example 1 produced without supplying a magnetic field with a magnetic field distribution control device had a large number of defects, water vapor permeability was not so low, and oxygen permeability was not so low. In particular, there was no oxygen barrier property at the pinhole generation portion.

一方、本発明の真空成膜装置を用い、磁場分布制御装置で磁場を供給して、作成した実施例1のバリアフィルムは、100nm/secという高速で成膜したにもかかわらず、欠陥が非常に少なく、水蒸気透過度が2g/m/day以下で、酸素透過度が3cc/m/day以下の高い水蒸気バリア性と酸素バリア性が得られた。 On the other hand, the barrier film of Example 1 prepared by using the vacuum film formation apparatus of the present invention and supplying a magnetic field with the magnetic field distribution control apparatus has a very high defect despite being formed at a high speed of 100 nm / sec. The water vapor permeability was 2 g / m 2 / day or less and the oxygen permeability was 3 cc / m 2 / day or less, and high water vapor barrier properties and oxygen barrier properties were obtained.

本発明の真空成膜装置は、酸素及び水蒸気バリア性の高いバリアフィルムを製造する装置であり、そして、製造されたバリアフィルムは、他の部材と積層され、ガスバリア性積層体として、バリア部材に利用することができる。   The vacuum film forming apparatus of the present invention is an apparatus for producing a barrier film having a high oxygen and water vapor barrier property, and the produced barrier film is laminated with other members to form a gas barrier laminate as a barrier member. Can be used.

10・・・成膜室
11・・・巻き取り室
12・・・巻き出しローラー
13・・・巻き取りローラー
14・・・メインローラー
15・・・フィルム基材
16・・・蒸着材料
17・・・抵抗加熱式坩堝
18・・・ホローカソードガン
19・・・内部電極
20・・・抵抗加熱用直流電源
21、22・・・ホローカソード放電用直流電源
23・・・ガスパイプ
24・・・外部電極
25・・・蒸着粒子
26・・・プラズマ
27・・・磁場分布制御装置
30・・・真空成膜装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Film-forming chamber 11 ... Winding chamber 12 ... Unwinding roller 13 ... Winding roller 14 ... Main roller 15 ... Film base material 16 ... Deposition material 17 ... · Resistance heating crucible 18 · · · Hollow cathode gun 19 · · · Internal electrode 20 · Resistance heating DC power supply 21 and 22 · · · Hollow cathode discharge DC power supply 23 · · · Gas pipe 24 · · · External electrode 25 ... deposited particles 26 ... plasma 27 ... magnetic field distribution control device 30 ... vacuum film forming device

Claims (10)

基材に対し、真空蒸着法によって薄膜を形成する真空成膜装置であって、蒸着空間に対し、蒸着材料を蒸発させる蒸発手段とは別に、プラズマを発生させ活性化蒸着を行える手段を具備し、かつ、前記基材の表面が前記プラズマに暴露されないようにプラズマ流を制御する磁場分布制御装置を具備していることを特徴とした真空成膜装置。   A vacuum film forming apparatus for forming a thin film on a substrate by a vacuum vapor deposition method, comprising: means for generating activated plasma by generating plasma separately from an evaporation means for evaporating an evaporation material in an evaporation space. And the vacuum film-forming apparatus characterized by comprising the magnetic field distribution control apparatus which controls a plasma flow so that the surface of the said base material may not be exposed to the said plasma. 前記基材がウェブ状のフィルム基材であり、該フィルム基材をロール・ツー・ロールで搬送する搬送手段を具備し、該フィルム基材上に薄膜を形成することを特徴とした請求項1に記載の真空成膜装置。   2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is a web-like film substrate, and includes a conveying means for conveying the film substrate by roll-to-roll, and a thin film is formed on the film substrate. The vacuum film-forming apparatus described in 1. 前記プラズマの発生や前記蒸着材料の蒸発による温度上昇に耐えるために、断熱材にて前記磁場分布制御装置が覆われていることを特徴とした請求項1または2に記載の真空成膜装置。   The vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field distribution control device is covered with a heat insulating material in order to withstand a temperature rise due to generation of the plasma and evaporation of the vapor deposition material. 前記真空蒸着法が抵抗加熱蒸着法であることを特徴とした請求項1から3のいずれか1項に記載の真空成膜装置。   The vacuum film-forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the vacuum evaporation method is a resistance heating evaporation method. 前記抵抗加熱による真空蒸着法において、前記蒸着材料もしくは蒸着材料をその一部組成にもつ金属のワイヤーを抵抗加熱用ボートに提供することを特徴とした請求項4に記載の真空成膜装置。   5. The vacuum film forming apparatus according to claim 4, wherein, in the vacuum vapor deposition method using resistance heating, a metal wire having the vapor deposition material or a partial composition of the vapor deposition material is provided to a resistance heating boat. 前記プラズマの発生手段が、ホローカソード放電、マイクロ波放電、ICP放電、ヘリコン波放電のいずれかを用いたものであることを特徴とした請求項1から5のいずれか1項に記載の真空成膜装置。   6. The vacuum forming apparatus according to claim 1, wherein the plasma generating means uses any one of hollow cathode discharge, microwave discharge, ICP discharge, and helicon wave discharge. Membrane device. 前記プラズマの発生手段がホローカソード放電であり、ホローカソードに対するアノードが蒸着材料の近傍に少なくとも1つはあることを特徴とした請求項6に記載の真空成膜装置。   7. The vacuum film forming apparatus according to claim 6, wherein the plasma generating means is hollow cathode discharge, and at least one anode with respect to the hollow cathode is in the vicinity of the vapor deposition material. 請求項1から7記載のいずれか1項に記載の真空成膜装置を用いて作製し、水蒸気透過度が2g/m/day以下であることを特徴とするガスバリアフィルム。 A gas barrier film produced using the vacuum film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7 and having a water vapor permeability of 2 g / m 2 / day or less. 請求項1から7記載のいずれか1項に記載の真空成膜装置を用いて作製し、酸素透過度が3cc/m/day以下であることを特徴とするガスバリアフィルム。 A gas barrier film produced using the vacuum film forming apparatus according to claim 1 and having an oxygen permeability of 3 cc / m 2 / day or less. 請求項8または9記載のガスバリアフィルムを用いて作製したことを特徴とするガスバリア性積層体。   A gas barrier laminate produced by using the gas barrier film according to claim 8 or 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017024325A (en) * 2015-07-24 2017-02-02 凸版印刷株式会社 Barrier film, protective film for wavelength conversion sheet, wavelength conversion sheet, and backlight unit
CN115725951A (en) * 2022-12-16 2023-03-03 江门市兆业科技有限公司 Preparation method of metallized film with two-sided continuous deposition coating

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