JP2017110275A - Substrate with thin film, thin film deposition system and thin film formation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水分の浸入を防止する薄膜が形成された薄膜付き基材、薄膜付き基材を形成させる薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。 The present invention relates to a substrate with a thin film on which a thin film for preventing moisture intrusion is formed, a thin film forming apparatus for forming a substrate with a thin film, and a thin film forming method.
有機ELや薄膜太陽電池など、水分に弱い電子デバイスの製造において、デバイスへ水分が浸入しないようにデバイスを封止する必要がある。従来では、ガラスやバリア性の高いフィルムなどを用いてデバイスを封止していたが、製品をより薄く軽量化させるために、近年、CVD法などのドライプロセスによってバリア性の高い薄膜(バリア膜)をデバイス表面に成膜させることによって、電子デバイスを外気から保護する手段が採用されつつある。 In the manufacture of electronic devices that are sensitive to moisture, such as organic EL and thin film solar cells, it is necessary to seal the device so that moisture does not enter the device. In the past, devices were sealed using glass or films with high barrier properties. However, in order to make products thinner and lighter, thin films with high barrier properties (barrier films) have recently been produced by dry processes such as CVD. ) Is formed on the surface of the device, and means for protecting the electronic device from the outside air is being adopted.
しかし、単にバリア膜を基材上に形成すると、バリア膜形成後の基材のハンドリングが困難になるおそれがあった。具体的には、バリア性が高いバリア膜は高密度であり高い温度条件で成膜されるが、たとえば基材が樹脂フィルムのように熱により伸縮する材料で形成させる場合、成膜後に基材およびバリア膜が冷却されると、基材が縮むのに対しバリア膜は高密度ゆえにほとんど縮まず、その結果バリア膜面側が凸になった状態で反ってしまい、以降の工程でのハンドリングに支障をきたすといった問題があった。 However, if the barrier film is simply formed on the substrate, it may be difficult to handle the substrate after forming the barrier film. Specifically, a barrier film having a high barrier property is dense and formed under a high temperature condition. For example, when the base material is formed of a material that expands and contracts by heat such as a resin film, the base material is formed after the film formation. When the barrier film is cooled, the substrate shrinks, whereas the barrier film hardly shrinks because of the high density, and as a result, the barrier film surface warps in a convex state, which hinders handling in the subsequent processes. There was a problem of causing
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、高いバリア性を有しかつ成膜後の反りが少ない薄膜付き基材、このような薄膜付き基材を製造することができる薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a substrate with a thin film having high barrier properties and little warpage after film formation, a thin film forming apparatus capable of producing such a substrate with a thin film, and It aims at providing the thin film formation method.
上記課題を解決するために本発明の薄膜付き基材は、基材と、基材の所定の面に成膜された第1の蒸着膜と、前記第1の蒸着膜の基材と接する面の反対側の面に成膜され、原料ガスが前記第1の蒸着膜の原料ガスと同一である第2の蒸着膜と、を備え、前記第1の蒸着膜に含まれる原料ガス起因である不純物の前記第1の蒸着膜に対する割合は、前記第2の蒸着膜に含まれる原料ガス起因である不純物の前記第2の蒸着膜に対する割合よりも大きいことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a substrate with a thin film according to the present invention includes a substrate, a first vapor-deposited film formed on a predetermined surface of the substrate, and a surface of the first vapor-deposited film that contacts the substrate. And a second vapor deposition film whose source gas is the same as the source gas of the first vapor deposition film, and is caused by the raw material gas contained in the first vapor deposition film The ratio of impurities to the first vapor deposition film is larger than the ratio of impurities due to the source gas contained in the second vapor deposition film to the second vapor deposition film.
上記薄膜付き基材によれば、高いバリア性を有しかつ成膜後の反りが少なくなる。具体的には、第1の蒸着膜に含まれる不純物の第1の蒸着膜に対する割合は、第2の蒸着膜に含まれる不純物の第2の蒸着膜に対する割合よりも大きいことにより、第1の蒸着膜の密度は第2の蒸着膜の密度よりも低くなる。これにより、第1の蒸着膜は第2の蒸着膜と比べてバリア性は低くなる代わりに柔軟性を有し、成膜後に冷却された基材の縮みに対応して変形する。したがって、第2の蒸着膜が高密度でバリア性が高い膜であったとしても、成膜後の基材の反りを少なくすることができる。また、第2の蒸着膜は原料ガスが第1の蒸着膜と同じ原料ガスであることにより、第1の蒸着膜と第2の蒸着膜は同種の膜となり、膜同士の密着性が高くなる。 According to the said base material with a thin film, it has high barrier property and the curvature after film-forming decreases. Specifically, the ratio of the impurities contained in the first vapor deposition film to the first vapor deposition film is larger than the ratio of the impurities contained in the second vapor deposition film to the second vapor deposition film, whereby the first The density of the deposited film is lower than the density of the second deposited film. As a result, the first vapor deposition film has flexibility instead of lowering the barrier property as compared with the second vapor deposition film, and deforms corresponding to the shrinkage of the substrate cooled after the film formation. Therefore, even if the second vapor-deposited film is a film having a high density and a high barrier property, the warp of the base material after the film formation can be reduced. In addition, since the source gas of the second vapor deposition film is the same as that of the first vapor deposition film, the first vapor deposition film and the second vapor deposition film are the same type of film, and the adhesion between the films becomes high. .
また、上記課題を解決するために本発明の薄膜形成装置は、プラズマを発生させる第1のプラズマ電極を有し、搬送される基材の所定の面に第1の蒸着膜を形成する第1の成膜手段と、プラズマを発生させる第2のプラズマ電極を有し、基材の搬送方向において前記第1の成膜手段よりも下流側に配置され、基材に形成された前記第1の蒸着膜の基材と接する面の反対側の面に前記第1の成膜手段で用いる原料と同じ原料を用いて第2の蒸着膜を形成する第2の成膜手段と、を備え、前記第1のプラズマ電極から発生するプラズマの強度は前記第2のプラズマ電極から発生するプラズマの強度よりも低いことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the thin film forming apparatus of the present invention includes a first plasma electrode for generating plasma, and a first deposition film is formed on a predetermined surface of a substrate to be transported. And a second plasma electrode that generates plasma, and is disposed on the downstream side of the first film forming means in the transport direction of the base material, and is formed on the base material. A second film-forming unit that forms a second vapor-deposited film using the same raw material as that used in the first film-forming unit on a surface opposite to the surface in contact with the substrate of the vapor-deposited film, The intensity of plasma generated from the first plasma electrode is lower than the intensity of plasma generated from the second plasma electrode.
上記薄膜形成装置によれば、高いバリア性を有しかつ成膜後に反りが少ない薄膜付き基板を製造することが可能である。具体的には、第1のプラズマ電極から発生するプラズマの強度は第2のプラズマ電極から発生するプラズマの強度よりも低いことにより、第1のプラズマ電極によるプラズマでは第2のプラズマ電極によるプラズマよりも原料ガスを分解しにくくなり、その結果、第1の蒸着膜には第2の蒸着膜よりも原料ガス起因である不純物が多く含まれ、第1の蒸着膜の密度は第2の蒸着膜の密度よりも低くなる。これにより、第1の蒸着膜は第2の蒸着膜と比べてバリア性は低くなる代わりに柔軟性を有し、成膜後に冷却された基材の縮みに対応して変形する。したがって、第2の蒸着膜が高密度でバリア性が高い膜であったとしても、成膜後の基材の反りを少なくすることができる。また、第2の蒸着膜は原料ガスが第1の蒸着膜と同じ原料ガスであることにより、第1の蒸着膜と第2の蒸着膜は同種の膜となり、膜同士の密着性が高くなる。 According to the thin film forming apparatus, it is possible to manufacture a substrate with a thin film having high barrier properties and little warpage after film formation. Specifically, since the intensity of the plasma generated from the first plasma electrode is lower than the intensity of the plasma generated from the second plasma electrode, the plasma generated by the first plasma electrode is higher than the plasma generated by the second plasma electrode. As a result, the first vapor deposition film contains more impurities due to the source gas than the second vapor deposition film, and the density of the first vapor deposition film is the second vapor deposition film. Lower than the density of. As a result, the first vapor deposition film has flexibility instead of lowering the barrier property as compared with the second vapor deposition film, and deforms corresponding to the shrinkage of the substrate cooled after the film formation. Therefore, even if the second vapor-deposited film is a film having a high density and a high barrier property, the warp of the base material after the film formation can be reduced. In addition, since the source gas of the second vapor deposition film is the same as that of the first vapor deposition film, the first vapor deposition film and the second vapor deposition film are the same type of film, and the adhesion between the films becomes high. .
また、上記課題を解決するために本発明の薄膜形成方法は、搬送される基材の所定の面にプラズマCVD法により第1の蒸着膜を形成する第1の成膜工程と、基材に形成された前記第1の蒸着膜の基材と接する面の反対側の面に前記第1の成膜工程で用いる原料と同じ原料を用いてプラズマCVD法により第2の蒸着膜を形成する第2の成膜工程と、を有し、前記第1の成膜工程におけるプラズマの強度は前記第2の成膜工程におけるプラズマの強度よりも低いことを特徴としている。 In order to solve the above problems, the thin film forming method of the present invention includes a first film forming step of forming a first vapor-deposited film on a predetermined surface of a substrate to be conveyed by plasma CVD, and a substrate. A second vapor deposition film is formed by plasma CVD using the same raw material as that used in the first film formation step on the surface of the first vapor deposition film formed on the side opposite to the surface in contact with the substrate. And the plasma intensity in the first film formation process is lower than the plasma intensity in the second film formation process.
上記薄膜形成方法によれば、高いバリア性を有しかつ成膜後に反りが少ない薄膜付き基板を製造することが可能である。具体的には、第1の成膜工程におけるプラズマの強度は第2の成膜工程におけるプラズマの強度よりも低いことにより、第1の成膜工程におけるプラズマでは第2の成膜工程におけるプラズマよりも原料ガスを分解しにくくなり、その結果、第1の蒸着膜には第2の蒸着膜よりも原料ガス起因である不純物が多く含まれ、第1の蒸着膜の密度は第2の蒸着膜の密度よりも低くなる。これにより、第1の蒸着膜は第2の蒸着膜と比べてバリア性は低くなる代わりに柔軟性を有し、成膜後に冷却された基材の縮みに対応して変形する。したがって、第2の蒸着膜が高密度でバリア性が高い膜であったとしても、成膜後の基材の反りを少なくすることができる。また、第2の蒸着膜は原料ガスが第1の蒸着膜と同じ原料ガスであることにより、第1の蒸着膜と第2の蒸着膜は同種の膜となり、膜同士の密着性が高くなる。 According to the thin film forming method, it is possible to manufacture a substrate with a thin film having high barrier properties and little warpage after film formation. Specifically, the plasma intensity in the first film formation step is lower than the plasma intensity in the second film formation step, so that the plasma in the first film formation step is higher than the plasma in the second film formation step. As a result, the first vapor deposition film contains more impurities due to the source gas than the second vapor deposition film, and the density of the first vapor deposition film is the second vapor deposition film. Lower than the density of. As a result, the first vapor deposition film has flexibility instead of lowering the barrier property as compared with the second vapor deposition film, and deforms corresponding to the shrinkage of the substrate cooled after the film formation. Therefore, even if the second vapor-deposited film is a film having a high density and a high barrier property, the warp of the base material after the film formation can be reduced. In addition, since the source gas of the second vapor deposition film is the same as that of the first vapor deposition film, the first vapor deposition film and the second vapor deposition film are the same type of film, and the adhesion between the films becomes high. .
本発明の薄膜付き基材によれば、高いバリア性を有しかつ成膜後の反りが少なくなる。また、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法によれば、高いバリア性を有しかつ成膜後の反りが少ない薄膜付き基材を製造することができる。 According to the base material with a thin film of the present invention, it has high barrier properties and less warpage after film formation. Moreover, according to the thin film forming apparatus and the thin film forming method of the present invention, it is possible to manufacture a substrate with a thin film having high barrier properties and little warpage after film formation.
本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。 Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態における薄膜形成装置を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
薄膜形成装置1は、基材上に表面処理を行って薄膜を形成するためのものであり、例えば、プラスチックフィルム上に酸化防止、水分浸入防止を目的としたバリア膜を形成し、食品用の保護フィルム、フレキシブル太陽電池等に使用される。具体的には、フレキシブル太陽電池の場合には、プラスチックフィルム等の帯状基材上に各電極層及び光電変換層等で構成される太陽電池セルが形成された後、薄膜形成装置1により太陽電池セル上に薄膜を複数層形成してバリア膜を形成する。これにより、太陽電池セルに水分の浸入が効果的に防止され、酸化特性に優れたフレキシブル太陽電池を形成することができる。
The thin
この薄膜形成装置1は、基材2を送り出す巻出しロール3と、供給された基材2を巻き取る巻取りロール4と、巻出しロール3と巻取りロール4との間に配置されるメインロール5と、これらを収容するメインチャンバ6と、薄膜を形成する成膜手段7(第1の成膜手段7aおよび第2の成膜手段7b)とを有しており、巻出しロール3から送り出された基材2をメインロール5の外周面51に沿わせて搬送させつつ、各成膜手段7を通過させることにより、基材2上に薄膜が形成され、巻取りロール4で巻き取られるようになっている。
The thin
巻出しロール3および巻取りロール4は略円筒形状の芯部31および芯部41を有しており、これら芯部31および芯部41には基材2が巻き付けられ、これら芯部31および芯部41を回転駆動させることにより、基材2を送り出し、または巻き取ることができる。すなわち、図示しない制御装置により芯部31および芯部41の回転が制御されることにより、基材2の送り出し速度もしくは巻き取り速度を増加及び減少させることができる。具体的には、基材2が下流側から引張力を受けた状態で上流側の芯部を回転させることにより基材2が下流側に送り出され、適宜、この上流側の芯部にブレーキをかけることにより基材2が撓むことなく一定速度で送り出されるようになっている。また、下流側の芯部の回転が調節されることにより、送り出された基材2が撓むのを抑えつつ、逆に基材2が必要以上の張力がかからないようにして巻き取ることができるようになっている。
The
ここで、基材2は、一方向に延びる薄板状の長尺体であり、厚み0.01mm〜0.2mm 幅5mm〜1000mmの平板形状を有する長尺体が適用される。また、材質として、特に限定しないが、ステンレス、銅等の金属材料の他、プラスチックフィルム等が好適に用いられる。
Here, the
このように、上記の巻出しロール3と巻取りロール4とが一対となり、一方が基材2を送り出し、他方が前記送り出し速度と同じ巻き取り速度で基材2を巻き取ることによって、基材2にかかる張力を所定の値で維持しながら基材2を搬送することが可能である。
As described above, the
メインロール5は、成膜の際に基材2の姿勢を保ちつつ、巻出しロール3から供給された基材2を巻取りロール4に搬送するための搬送部である。メインロール5は、巻出しロール3と巻取りロール4との間に配置されており、芯部31及び芯部41よりも大径の略円筒形状に形成されている。
The main roll 5 is a transport unit for transporting the
メインロール5の外周面51は、周方向に曲率が一定の曲面で形成されており、図示しない制御装置により芯部31及び芯部41の回転に応じて駆動制御され、巻出しロール3から送り出された基材2は、メインロール5の外周面51に当接することにより所定の張力が付加された状態で搬送される。すなわち、メインロール5の外周面51に基材2が接した状態でメインロール5が巻出しロール3及び巻取りロール4の回転に応じて回転することにより、基材2は、基材2全体が張った状態で、その表面が成膜手段7それぞれに対向する姿勢で巻出しロール3から巻取りロール4へ搬送されるようになっている。このように基材2が張った状態で搬送され、成膜されることにより、成膜時の基材2のばたつきを防ぐことができ、基材2に積層される薄膜の膜厚精度が向上するとともに基材2のばたつきによるパーティクルの発生を防ぐことができる。また、メインロール5の曲率半径を大きくすることにより、基材2がより平坦に近い状態で支持されながら成膜が行われるため、成膜後の基材2に反りが生じることを抑えることができる。
The outer
メインチャンバ6は、メインロール5を収容しチャンバ内の圧力を一定に保持するためのものである。本実施形態では、メインロールチャンバ6は、図1に示すように、略ホームベース形状の略五角形に形成されたケーシングであり、その中央部分にメインロール5が収容されている。そして、メインチャンバ6には、真空ポンプ61が接続されており、この真空ポンプ61を作動させることにより、メインチャンバ6内の圧力を制御できるようになっている。なお、本実施形態では、巻出しロール3及び、巻取りロール4がメインチャンバ6内に収容されているが、これらをメインチャンバ6の外に設ける構成であってもよい。本実施形態のようにこれらをメインチャンバ6内に設けることで、基材2や成膜後の基材2(薄膜付き基材)を大気に曝すことから保護することができる。
The main chamber 6 accommodates the main roll 5 and keeps the pressure in the chamber constant. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the main roll chamber 6 is a casing formed in a substantially pentagonal shape having a substantially home base shape, and the main roll 5 is accommodated in the central portion thereof. A vacuum pump 61 is connected to the main chamber 6. By operating the vacuum pump 61, the pressure in the main chamber 6 can be controlled. In the present embodiment, the unwinding
成膜手段7は、基材2上に薄膜を形成するためのものである。本実施形態では、2つの成膜手段7(第1の成膜手段7a、第2の成膜手段7b)がメインチャンバ6内にそれぞれメインロール5に対向するように設けられており、本説明では基材2の搬送方向に関して上流側(巻出しロール3に近い方)を第1の成膜手段7aと呼ぶ。
The
また、これらの成膜手段7は、本実施形態ではプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて薄膜を基材2に成膜する手段であり、また、本説明ではこのプラズマCVD法により形成された薄膜を蒸着膜と呼ぶ。具体的には、成膜手段7は、高周波電源74(第1の高周波電源74a、第2の高周波電源74b)に接続されてプラズマを発生させるための略U字型のICP(Inductively Coupled Plasma)電極であるプラズマ電極72(第1のプラズマ電極72a、第2のプラズマ電極72b)、および原料ガス供給手段73(原料ガス供給手段73a、原料ガス供給手段73b)を備えている。これにより基材2が各成膜手段7を通過する際に基材2の所定の面(膜形成面)側の表面に所定の薄膜(蒸着膜)が形成される。すなわち、プラズマ電極72近傍に原料ガスが供給された状態で、高周波電源74によってプラズマ電極72に高周波電圧が印加されることにより、プラズマ電極72の周辺にプラズマが発生する。このプラズマによって原料ガスが分解されて基材2へ到達し、基材2上に所定の薄膜が形成される。
In the present embodiment, these
ここで、本発明ではそれぞれの成膜手段において同一の原料(原料ガス)が用いられている。また、本実施形態では、原料ガスとしてHMDS(ヘキサメチルジシラザン)ガスおよび酸素ガスが原料ガス供給手段73から供給されることにより、薄膜としてSiO2膜が基材2上に形成される。また、HMDSガスに代わり、HMDSO(ヘキサメチルジシロキサン)ガスなどSiを含有するガスを用いても良い。なお、O2ガスに代わりNH3ガスを用いることによりSiNx膜を形成し、NO系のガスを用いることによりSiON膜を形成することもできるが、SiO2膜は他の薄膜と比較して高い透明性を有するため、有機ELや薄膜太陽電池の光取出しや光取り込み側に使用する場合には好適である。
Here, in the present invention, the same raw material (raw material gas) is used in each film forming means. In this embodiment, HMDS (hexamethyldisilazane) gas and oxygen gas are supplied from the source gas supply means 73 as source gas, so that a
また、本実施形態では、第1の高周波電源74aによる第1のプラズマ電極72aへの印加電圧V1を第2の高周波電源74bによる第2のプラズマ電極72bへの印加電圧V2よりも低くしている。これにより、第1のプラズマ電極72aから発生するプラズマの強度は第2のプラズマ電極72bから発生するプラズマの強度よりも低くなっている。
In the present embodiment, the voltage V1 applied to the first plasma electrode 72a by the first high-frequency power source 74a is set lower than the voltage V2 applied to the
次に、本実施形態の薄膜形成装置により製造された薄膜付き基材を薄膜を図2に示す。 Next, a thin film of a substrate with a thin film manufactured by the thin film forming apparatus of this embodiment is shown in FIG.
基材2の所定の面(膜形成面)には、まずメインロール5に支持された状態において第1の成膜手段7aによって成膜された第1の蒸着膜M1が形成されており、この第1の蒸着膜M1の基材2と接する面の反対側の面には、メインロール5に支持された状態において第2の成膜手段7bによって成膜された第2の蒸着膜M2が形成される。すなわち、基材2と第2の蒸着膜M2の間に第1の蒸着膜M1が挟まれるように第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2とが基材2上に積層された状態で薄膜が形成される。
On the predetermined surface (film formation surface) of the
ここで、本発明では、プラズマCVD法により薄膜を形成しているが、原料ガスがプラズマにより一部分解されなかった場合、薄膜中に原料ガス起因の不純物として含まれることとなる。たとえば、薄膜の原料ガスをHMDSガスと酸素ガスとした場合、それぞれの原料ガスがプラズマにより分解されてSiO2からなる薄膜を形成するが、一部分解が不十分なまま薄膜を形成した場合には、HMDSガスに含まれていたH、C、およびNがこの薄膜内に不純物として含まれる。 Here, in the present invention, the thin film is formed by the plasma CVD method, but when the source gas is not partially decomposed by the plasma, it is contained in the thin film as an impurity derived from the source gas. For example, when the raw material gas of the thin film is HMDS gas and oxygen gas, each raw material gas is decomposed by plasma to form a thin film made of SiO2, but when a thin film is formed with partial decomposition insufficient, H, C, and N contained in the HMDS gas are contained as impurities in the thin film.
また、本発明では、上記の通り第1のプラズマ電極72aから発生するプラズマの強度が第2のプラズマ電極72bから発生するプラズマの強度よりも低い条件において第1の薄膜M1および第2の薄膜M2を成膜している。これにより、第1のプラズマ電極72aによるプラズマでは第2のプラズマ電極72bによるプラズマよりも原料ガスを分解しにくくなり、その結果、第1の蒸着膜M1には第2の蒸着膜M2よりも原料ガス起因である不純物の含有率(蒸着膜に含まれる不純物の蒸着膜に対する割合)が大きくなる。
In the present invention, as described above, the first thin film M1 and the second thin film M2 are obtained under the condition that the intensity of the plasma generated from the first plasma electrode 72a is lower than the intensity of the plasma generated from the
ここで、第1の薄膜M1および第2の薄膜M2の原料ガスを図1の通りHMDSガスと酸素ガスとし、各プラズマ電極72への印加電圧以外(プラズマ電極72と基材2との距離、原料ガス流量、周囲圧力など)の条件を略同一とした状態の下、印加電圧のみ第1のプラズマ電極72aへの印加電圧V1を第1のプラズマ電極72bへの印加電圧V2よりも低くして第1の蒸着膜M1および第2の蒸着膜M2を基材2上に成膜し、成膜後に各蒸着膜の組成をRBS(Rutherford Backscattering Spectrometry)法、HFS(Hydrogen Forward Scattering)法を用いて分析を行ったところ、ある条件下において表1のような組成となり、第1の蒸着膜M1は第2の蒸着膜M2よりもSiとO以外の成分、すなわち不純物が多く含まれるといった結果となった。なお、表1では各成分の割合は原子パーセント単位で示しており、「(0)」となっている部分は測定限界を超えるほど微小であったことを示している。
Here, the source gas of the first thin film M1 and the second thin film M2 is HMDS gas and oxygen gas as shown in FIG. 1, and other than the voltage applied to each plasma electrode 72 (distance between the
上記の通り第1の蒸着膜M1は第2の蒸着膜M2よりもSiとO以外の不純物が多い場合、微視的に第2の蒸着膜M2よりも空隙が多い、密度が低いものとなる。そのため、第2の蒸着膜M2よりもバリア性が低くなる。その反面、第1の蒸着膜M1は密度が低い分柔軟性を有し、成膜後に冷却された基材2の縮みに対応して変形する。したがって、この第1の蒸着膜M1の表面に高密度でバリア性が高い第2の蒸着膜が積層するように成膜を行ったとしても、成膜後の薄膜付き基材の反りを少なくすることができる。
As described above, when the first vapor deposition film M1 has more impurities than Si and O than the second vapor deposition film M2, it has microscopically more voids and lower density than the second vapor deposition film M2. . Therefore, the barrier property is lower than that of the second vapor deposition film M2. On the other hand, the first vapor-deposited film M1 has flexibility due to its low density, and deforms corresponding to the shrinkage of the
また、本発明では第2の成膜手段7bでは第1の成膜手段7aで用いる原料ガスと同じ原料ガスを用いている。これにより、第1の蒸着膜と第2の蒸着膜は同種の膜(本実施形態ではSiO2膜)となり、異なる種の膜を積層する場合と比較して膜同士の密着性が高くなる。
In the present invention, the second film forming means 7b uses the same raw material gas as that used in the first film forming means 7a. As a result, the first vapor deposition film and the second vapor deposition film are the same type of film (
ここで、第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2とは1組だけ基材2上に成膜されるに限らない。たとえば、図2に示すように基材2上に第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2とを成膜させた後、さらにもう一度第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2とを成膜させても良い。こうすることにより、さらにバリア性が高い薄膜を基材2上に形成することができる。なお、図2では2組の第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2を図示しているが、それ以上の組数の膜としても良い。また最終表面の膜を蒸着膜M1としても良い。
Here, only one set of the first vapor deposition film M1 and the second vapor deposition film M2 is not necessarily formed on the
次に、本発明の一実施形態における薄膜形成方法を図3にフロー図として示す。 Next, the thin film formation method in one Embodiment of this invention is shown as a flowchart in FIG.
まず、巻き出しロール3の芯部31に巻回された基材2をセットし、基材2を各メインロール5の外周面51に沿わせた後、巻き取りロール4の芯部41に架け渡す(ステップS1)。そして、メインチャンバ6の真空ポンプ61を作動させ、メインチャンバ6内を所定の圧力に到達させる(ステップS2)。ここで、メインチャンバ6内の圧力は、具体的には0.001Pa程度である。
First, the
メインチャンバ6が所定の圧力に到達した後、各成膜手段7の原料ガス供給手段73から原料ガスを供給し、高周波電源74によってプラズマ電極72に高周波電圧を印加する(ステップS3)。ここで、第1の高周波電源74aによる印加電圧V1は第2の高周波電源74bによる印加電圧V2よりも低い。
After the main chamber 6 reaches a predetermined pressure, the source gas is supplied from the source gas supply means 73 of each
次に、巻き出しロール3および巻き取りロール4を駆動させて、巻き出しロール3から巻き取りロール4に向かって基材2の搬送を開始する(ステップS4)。
Next, the unwinding
巻き出しロール3から巻き取りロール4に向かって搬送される基材2は、まず第1の成膜手段7aに進入する。第1の成膜手段7aでは、プラズマ雰囲気に曝されることにより分解された原料ガスが基材2に触れ、基材2の所定の面(膜形成面)に第1の蒸着膜M1が形成される(ステップS5)。なお、本説明ではこの第1の蒸着膜M1が形成される工程を第1の成膜工程と呼ぶ。ここで、この第1の成膜工程で第1の蒸着膜M1を形成する時の印加電圧V1は上記の通り後に第2の蒸着膜M2を形成する時の印加電圧V2より低いため、第1の成膜工程におけるプラズマの強度は第2の成膜工程におけるプラズマの強度よりも低くなり、第1の蒸着膜M1は第2の蒸着膜M2よりも原料ガス起因の不純物の割合が多く密度が低いものとなる。
The
第1の成膜手段7aを通過した基材2は、次に第2の成膜手段7bに進入し、プラズマ雰囲気に曝されることにより分解された原料ガス(第1の成膜手段で供給される原料ガスと同一のガス)が基材2に形成された第1の蒸着膜M1に触れ、第1の蒸着膜M1上に第2の蒸着膜M2が成膜される(ステップS6)。なお、本説明ではこの第2の蒸着膜M2が形成される工程を第2の成膜工程と呼ぶ。ここで、この第2の成膜工程で第2の蒸着膜M1を形成する時は、上記の通り先に第1の蒸着膜M1を形成する時よりもプラズマ密度が高いため、第2の蒸着膜M2は第1の蒸着膜M1よりも密度が高く、十分なバリア性を有しうるものとなる。
The
そして、基材2に第1の蒸着膜M1および第2の蒸着膜M2が積層されて形成された後、巻き取りロール4に基材2が巻き取られて成膜が完了し、基材2が巻き取りロール4から取り外される(ステップS7)。
And after the 1st vapor deposition film M1 and the 2nd vapor deposition film M2 were laminated | stacked and formed in the
上記薄膜形成方法によれば、成膜後の反りが少ない薄膜付き基材を製造することができる。具体的には、第1の成膜工程におけるプラズマの強度は第2の成膜工程におけるプラズマの強度よりも低いことにより、第1の成膜工程におけるプラズマでは第2の成膜工程におけるプラズマよりも原料ガスを分解しにくくなり、その結果、第1の蒸着膜M1には第2の蒸着膜M2よりも原料ガス起因である不純物が多く含まれ、第1の蒸着膜M1の密度は第2の蒸着膜M2の密度よりも低くなる。これにより、第1の蒸着膜M1は第2の蒸着膜M2と比べてバリア性は低くなる代わりに柔軟性を有し、成膜後に冷却された基材2の縮みに対応して変形する。したがって、第2の蒸着膜M2が高密度でバリア性が高い膜であったとしても、成膜後の基材2の反りを少なくすることができる。また、第2の蒸着膜M2は原料ガスが第1の蒸着膜M1と同じ原料ガスであることにより、第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2は同種の膜となり、膜同士の密着性が高くなる。
According to the said thin film formation method, the base material with a thin film with few curvature after film-forming can be manufactured. Specifically, the plasma intensity in the first film formation step is lower than the plasma intensity in the second film formation step, so that the plasma in the first film formation step is higher than the plasma in the second film formation step. As a result, the first vapor deposition film M1 contains more impurities due to the raw material gas than the second vapor deposition film M2, and the density of the first vapor deposition film M1 is the second. It becomes lower than the density of the deposited film M2. Thereby, the first vapor deposition film M1 has flexibility instead of lowering the barrier property as compared with the second vapor deposition film M2, and deforms corresponding to the shrinkage of the
また、本実施形態では第1の蒸着膜M1および第2の蒸着膜M2は透明性の高いSiO2膜である。この場合、各蒸着膜における光の透過率が高いだけでなく第1の蒸着膜M1および第2の蒸着膜M2が同種の膜であることにより第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2の界面における光の反射は生じにくくなるため、この積層膜を光取出しや光取り込み側に好適に使用することができる。 In the present embodiment, the first vapor deposition film M1 and the second vapor deposition film M2 are highly transparent SiO2 films. In this case, the first vapor deposition film M1 and the second vapor deposition film M2 are not only high in light transmittance in each vapor deposition film but also the first vapor deposition film M1 and the second vapor deposition film M2 are of the same type. Therefore, the laminated film can be suitably used on the light extraction side or the light acquisition side.
以上の本発明の薄膜付き基材によれば、高いバリア性を有しかつ成膜後の反りを少なくすることが可能である。また、本発明の薄膜形成装置および薄膜形成方法によれば、高いバリア性を有しかつ成膜後の反りが少ない薄膜付き基材を製造することが可能である。 According to the base material with a thin film of the present invention, it is possible to have a high barrier property and to reduce warpage after film formation. Moreover, according to the thin film forming apparatus and the thin film forming method of the present invention, it is possible to produce a substrate with a thin film having high barrier properties and little warping after film formation.
ここで、本発明の薄膜付き基材、薄膜形成装置および薄膜形成方法は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の実施形態では第1の蒸着膜M1と第2の蒸着膜M2の2種類の薄膜のみ積層させているがこれに限らず3種類以上の薄膜を積層させても良い。 Here, the base material with a thin film, the thin film forming apparatus, and the thin film forming method of the present invention are not limited to the above-described forms, and may be in other forms within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, only two types of thin films of the first vapor deposition film M1 and the second vapor deposition film M2 are laminated, but not limited to this, three or more types of thin films may be laminated.
また、複数の成膜手段においてプラズマによる原料ガスの分解性能に差を持たせる方法は、印加電圧に差を付けることに限らない。主な分解性能の調整方法を表2に示す。 Moreover, the method of giving a difference in the decomposition performance of the source gas by plasma in the plurality of film forming means is not limited to making a difference in the applied voltage. Table 2 shows the main methods for adjusting the decomposition performance.
前述の通り、プラズマ電極への印加電圧を小さくすることによりプラズマの強度が低くなって原料ガスの結合している部分の分解が進まず(分解性能が低くなり)、不純物が多く残った状態で蒸着膜が形成されるが、その他の放電条件としてたとえば原料ガスの供給量を多くした場合、原料ガスの結合部分が多くなるため原料ガスの分解が進みにくくなり、プラズマの強度が低くなったのと実質的に同じとなって不純物が多く残った状態で蒸着膜が形成される。 As described above, by reducing the voltage applied to the plasma electrode, the intensity of the plasma is reduced, the decomposition of the portion where the source gas is bonded does not proceed (the decomposition performance decreases), and a large amount of impurities remain. A vapor deposition film is formed, but when the supply amount of the source gas is increased as another discharge condition, for example, the source gas bonding portion increases, so that the decomposition of the source gas is difficult to proceed and the plasma intensity is lowered. As a result, the deposited film is formed with a large amount of impurities remaining.
また、それぞれの成膜手段をチャンバで囲い、チャンバ内の圧力(成膜圧力)に差を持たせることによっても原料ガスの分解性能に差を持たせることができる。成膜環境の圧力が高くなるとチャンバ内の原料ガスの量も多くなるため、原料ガスの供給量を多くすることと実質的に同じとなり、不純物が多く残った状態で蒸着膜が形成される。 Further, by enclosing each film forming means in a chamber and providing a difference in the pressure in the chamber (film forming pressure), it is possible to make a difference in the decomposition performance of the source gas. When the pressure in the film forming environment increases, the amount of source gas in the chamber also increases, which is substantially the same as increasing the amount of source gas supplied, and a deposited film is formed with a large amount of impurities remaining.
また、放電条件が等しい場合であっても電極の構成に差を持たせることによって原料ガスの分解性能に差を持たせることができる。たとえばプラズマ電極の表面積が大きい場合、プラズマ電極の単位面積あたりのプラズマ密度は小さくなるためプラズマ強度は低くなる。 Further, even if the discharge conditions are equal, it is possible to make a difference in the decomposition performance of the raw material gas by making a difference in the configuration of the electrodes. For example, when the surface area of the plasma electrode is large, the plasma density per unit area of the plasma electrode is small, so the plasma intensity is low.
また、電極と基材との間の距離を遠くすることにより、プラズマ電極から発生するプラズマの強度はプラズマ電極から離れるほど低くなるため、基材近傍での原料ガスの分解性能は低くなり、不純物が多く残った状態で蒸着膜が形成される。 In addition, by increasing the distance between the electrode and the base material, the intensity of the plasma generated from the plasma electrode decreases as the distance from the plasma electrode decreases. A vapor deposition film is formed with a large amount of remaining.
また、チャンバ壁との距離に差を持たせることによっても、原料ガスの分解性能に差を持たせることができる。プラズマはアースとなるチャンバ壁面で消失することから、プラズマ電極とチャンバ壁面との距離が近いほどプラズマは小さくなるため、基材近傍での原料ガスの分解性能は低くなり、不純物が多く残った状態で蒸着膜が形成される。 In addition, a difference in the decomposition performance of the source gas can also be provided by providing a difference in the distance from the chamber wall. Since the plasma disappears on the chamber wall, which becomes the ground, the closer the distance between the plasma electrode and the chamber wall, the smaller the plasma, so the decomposition performance of the source gas near the substrate is low, and many impurities remain. In this way, a deposited film is formed.
プラズマによる原料ガスの分解性能に差を持たせる方法は、これらのうち1つでも効果はあるが、複数の条件を組み合わせても良い。 One of the methods for providing a difference in the decomposition performance of the source gas by plasma is effective, but a plurality of conditions may be combined.
1 薄膜形成装置
2 基材
3 巻出しロール
4 巻取りロール
5 メインロール
6 メインチャンバ
7 成膜手段
7a 第1の成膜手段
7b 第2の成膜手段
31 芯部
41 芯部
51 外周面
61 真空ポンプ
72 プラズマ電極
72a 第1のプラズマ電極
72b 第2のプラズマ電極
73 原料ガス供給手段
73a 原料ガス供給手段
73b 原料ガス供給手段
74 高周波電源
74a 第1の高周波電源
74b 第2の高周波電源
M1 第1の蒸着膜
M2 第2の蒸着膜
DESCRIPTION OF
Claims (3)
基材の所定の面に成膜された第1の蒸着膜と、
前記第1の蒸着膜の基材と接する面の反対側の面に成膜され、原料ガスが前記第1の蒸着膜の原料ガスと同一である第2の蒸着膜と、
を備え、
前記第1の蒸着膜に含まれる原料ガス起因である不純物の前記第1の蒸着膜に対する割合は、前記第2の蒸着膜に含まれる原料ガス起因である不純物の前記第2の蒸着膜に対する割合よりも大きいことを特徴とする、薄膜付き基材。 A substrate;
A first vapor deposition film formed on a predetermined surface of the substrate;
A second vapor-deposited film formed on the surface of the first vapor-deposited film opposite to the surface in contact with the substrate, wherein the source gas is the same as the source gas of the first vapor-deposited film;
With
The ratio of impurities due to the source gas contained in the first vapor deposition film to the first vapor deposition film is the ratio of impurities due to the raw material gas contained in the second vapor deposition film to the second vapor deposition film. A substrate with a thin film characterized by being larger than the above.
プラズマを発生させる第2のプラズマ電極を有し、基材の搬送方向において前記第1の成膜手段よりも下流側に配置され、基材に形成された前記第1の蒸着膜の基材と接する面の反対側の面に前記第1の成膜手段で用いる原料と同じ原料を用いて第2の蒸着膜を形成する第2の成膜手段と、
を備え、
前記第1のプラズマ電極から発生するプラズマの強度は前記第2のプラズマ電極から発生するプラズマの強度よりも低いことを特徴とする、薄膜形成装置。 A first film forming unit that has a first plasma electrode for generating plasma and forms a first vapor deposition film on a predetermined surface of a substrate to be conveyed;
A second plasma electrode for generating plasma, disposed downstream of the first film forming means in the transport direction of the base material, and a base material of the first vapor deposition film formed on the base material; A second film forming means for forming a second vapor deposition film on the surface opposite to the surface in contact with the same raw material as that used in the first film forming means;
With
An apparatus for forming a thin film, wherein the intensity of plasma generated from the first plasma electrode is lower than the intensity of plasma generated from the second plasma electrode.
基材に形成された前記第1の蒸着膜の基材と接する面の反対側の面に前記第1の成膜工程で用いる原料と同じ原料を用いてプラズマCVD法により第2の蒸着膜を形成する第2の成膜工程と、
を有し、
前記第1の成膜工程におけるプラズマの強度は前記第2の成膜工程におけるプラズマの強度よりも低いことを特徴とする、薄膜形成方法。 A first film forming step of forming a first vapor deposition film on a predetermined surface of a substrate to be conveyed by a plasma CVD method;
A second vapor deposition film is formed by plasma CVD using the same raw material as that used in the first film forming step on the surface opposite to the surface in contact with the base material of the first vapor deposition film formed on the base material. A second film forming step to be formed;
Have
A method of forming a thin film, characterized in that the plasma intensity in the first film formation step is lower than the plasma intensity in the second film formation step.
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