JP2017222906A - Method for depositing film by high frequency plasma cvd - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for depositing a film by high frequency plasma CVD using capacitive coupling plasma, having a speedy film deposition rate and capable of forming a dense film on the surface of a base material.SOLUTION: In the method for depositing a film by high frequency plasma CVD, capable of depositing a film on the surface of a film-like base material held on a power supply electrode or a counter electrode by plasma generated by applying a high frequency voltage to the power supply electrode while supplying a raw material gas to a space between the power supply electrode and the counter electrode and holding a pressure reduced between the electrodes, the supply pipe of the raw material gas is extended to a plasma emission region between the electrodes and blows the raw material gas in the plasma emission region to form a film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高周波プラズマを用いての化学蒸着法(CVD法)により基材上に成膜する方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a film on a substrate by a chemical vapor deposition method (CVD method) using high-frequency plasma.

化学蒸着法(CVD)は、常温では反応の起こらない原料ガス(反応ガス)を用いて、高温雰囲気での気相成長により、基体表面に反応生成物を膜状に析出させる技術であり、半導体の製造、金属やセラミックの表面改質等に広く採用されているが、最近ではプラスチック成形体の表面改質にも用いられつつある。   Chemical vapor deposition (CVD) is a technology that deposits reaction products on the surface of a substrate by vapor phase growth in a high-temperature atmosphere using a source gas (reaction gas) that does not react at room temperature. It is widely used for the production of metal and surface modification of metals and ceramics, but recently it is also being used for surface modification of plastic moldings.

CVDを利用した成膜技術としては、熱エネルギーによって反応ガスを分解・反応させる熱CVD法が広く知られているが、熱CVD法は、熱による変形を伴うため、プラスチック成形体などの耐熱性に乏しい基材への成膜が困難である。このため、プラスチック成形体表面などへの成膜手段としては、低温での成膜が可能なプラズマ反応を利用したプラズマCVD法が種々提案されている。   As a film forming technique using CVD, a thermal CVD method in which a reaction gas is decomposed and reacted by thermal energy is widely known. However, since the thermal CVD method involves deformation due to heat, the heat resistance of a plastic molded body or the like. It is difficult to form a film on a substrate having a low density. For this reason, various plasma CVD methods using a plasma reaction capable of forming a film at a low temperature have been proposed as film forming means on the surface of a plastic molded body.

プラズマCVD法とは、プラズマを利用して薄膜成長を行うものであり、基本的には、減圧下において原料ガスを含むガスを高電界による電気的エネルギーで放電させ、分解させ、生成する物質を気相中或いは基材上での化学反応を経て、基材上に堆積させるプロセスから成る。プラズマ状態は、グロー放電によって実現されるものであり、例えば、高周波グロー放電によって原料ガスに由来するプラズマを発生させて成膜が行われる高周波プラズマCVDは、絶縁性の薄膜形成などが可能であり、工業的に最も一般的に利用されている(例えば特許文献1,2参照)。   The plasma CVD method is a method in which a thin film is grown using plasma. Basically, a gas containing a source gas is discharged under a reduced pressure with electric energy by a high electric field, decomposed, and a substance to be generated is generated. It consists of a process of depositing on a substrate through a chemical reaction in the gas phase or on the substrate. The plasma state is realized by glow discharge. For example, high-frequency plasma CVD in which film formation is performed by generating plasma derived from a source gas by high-frequency glow discharge can form an insulating thin film. Are most commonly used industrially (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、従来公知の高周波プラズマCVDによる成膜法では、膜欠陥を生じ易く、膜の緻密性を欠くという問題があり、例えば、プラスチックフィルムなどの基材にガスバリア膜を形成する場合には、高いバリア性を得ることができず、その改善が求められている。   However, the conventional film formation method using high-frequency plasma CVD tends to cause film defects and lacks film density. For example, when a gas barrier film is formed on a substrate such as a plastic film, the film deposition method is high. The barrier property cannot be obtained, and its improvement is demanded.

欠陥のない緻密な膜を形成するためには、例えば、シャワーヘッドのような形状をした原料ガス吹き出し用の器具を用い、基材に向けて原料ガスを吹き出す方法がある(特許文献3参照)。しかしながら、この方法で得られる膜の緻密性は未だ不十分であり、また、成膜速度も遅いことから、より良い成膜方法の確立が求められてきた。   In order to form a dense film without defects, for example, there is a method of blowing a source gas toward a substrate using a source gas blowing device shaped like a shower head (see Patent Document 3). . However, the denseness of the film obtained by this method is still inadequate, and the film forming speed is also slow, so that establishment of a better film forming method has been demanded.

特許文献4には、膜欠陥を回避する高周波プラズマCVD成膜装置として、希ガスを噴出する複数の上部ノズルと、原料ガスを噴出する複数の下部ノズルとを真空チャンバー内に備え、それぞれの下部ノズルを基材直上に位置させると共に、基材に対向する部分に複数のノズル穴を離して設けた成膜装置が開示されている。この装置によれば、チャンバー上部に導入された酸素がまず酸素プラズマとなって活性酸素が発生し、この活性酸素がチャンバー下部のジクロロシランと反応してプレカーサが形成され、プレカーサがウェハに付着して、基材上に膜が形成される。しかし、特許文献4の高周波プラズマCVD装置は、容量結合プラズマではなく誘導結合プラズマによるものであり、即ち、気体に高電圧をかけてプラズマ化させ、さらに高周波数の変動磁場によってそのプラズマ内部に渦電流によるジュール熱を発生させる機構に基づくものであり、耐熱性に劣るプラスチック基材の成膜に適用できない場合があった。更に、特許文献4の装置は、均一な膜を基材表面に形成するためのものではあるが、SiOH構造等の形成を抑制して膜を欠陥なく緻密に形成することについては一切検討されていなかった。   In Patent Document 4, as a high-frequency plasma CVD film forming apparatus for avoiding film defects, a plurality of upper nozzles for ejecting a rare gas and a plurality of lower nozzles for ejecting a source gas are provided in a vacuum chamber. There is disclosed a film forming apparatus in which a nozzle is positioned immediately above a base material and a plurality of nozzle holes are provided in a portion facing the base material. According to this apparatus, oxygen introduced into the upper part of the chamber first becomes oxygen plasma to generate active oxygen, and this active oxygen reacts with dichlorosilane in the lower part of the chamber to form a precursor, and the precursor adheres to the wafer. Thus, a film is formed on the substrate. However, the high-frequency plasma CVD apparatus of Patent Document 4 is based on inductively coupled plasma instead of capacitively coupled plasma, that is, a gas is turned into a plasma by applying a high voltage, and a vortex is generated inside the plasma by a high-frequency magnetic field. This is based on a mechanism that generates Joule heat due to electric current, and may not be applicable to film formation of a plastic substrate having poor heat resistance. Furthermore, although the apparatus of Patent Document 4 is for forming a uniform film on the surface of a base material, it has been studied at all about the formation of a dense film without defects by suppressing the formation of a SiOH structure or the like. There wasn't.

また、本発明者等は、先に、容量結合型の高周波プラズマCVD成膜法に関し、給電電極上に基材を位置せしめ、該給電電極の近傍にガス吹き出し口を配置して原料ガスを供給して成膜を行うことにより、膜欠陥を有効に抑制することに成功し、この成膜方法について特許出願を行った(特許文献5)。しかし、成膜速度に関して、改善の余地があった。   In addition, the present inventors previously related to a capacitively coupled high-frequency plasma CVD film forming method, wherein a base material is positioned on a power supply electrode, and a gas outlet is disposed in the vicinity of the power supply electrode to supply a source gas. Then, the film defects were effectively suppressed by performing film formation, and a patent application was filed for this film formation method (Patent Document 5). However, there is room for improvement with respect to the film formation rate.

特開2008−189964号JP 2008-189964 A 特開2009−97061号JP 2009-97061 A 特開2012−151278号JP2012-151278 特開2002−9065号JP 20029065 特開2014−177688号JP 2014-177688 A

従って、本発明の目的は、成膜速度が速く、且つ、欠陥のない緻密な膜を基材表面に形成する、容量結合プラズマによる高周波プラズマCVD成膜法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-frequency plasma CVD film forming method using capacitively coupled plasma, which forms a dense film having a high film forming speed and no defects on a substrate surface.

本発明によれば、給電電極と対極(アース電極)との間の電極間に原料ガスを供給し、且つ、該電極間を減圧に保持しながら、該給電電極に高周波電圧を印加することにより発生したプラズマによって、該給電電極または該対極上に保持されたフィルム状基材の表面に成膜をする高周波プラズマCVD成膜法において、前記原料ガスの供給管を前記電極間のプラズマ発光領域に伸ばし、該プラズマ発光領域内で該原料ガスを吹き出して成膜を行うことを特徴とする高周波プラズマCVD成膜法が提供される。   According to the present invention, by supplying a raw material gas between the electrodes between the power supply electrode and the counter electrode (earth electrode), and applying a high frequency voltage to the power supply electrode while maintaining a reduced pressure between the electrodes. In a high-frequency plasma CVD film forming method for forming a film on the surface of the film-like substrate held on the power supply electrode or the counter electrode by the generated plasma, the source gas supply tube is placed in the plasma emission region between the electrodes. There is provided a high-frequency plasma CVD film forming method characterized in that the film is formed by blowing and blowing the source gas in the plasma emission region.

本発明の高周波プラズマCVD成膜法においては、
(1)前記原料ガス供給管が、前記電極間の中間部に伸びていること、
(2)前記原料ガスを、前記フィルム状基材が保持されている電極とは反対側の電極に向かって吹き出すこと、
(3)前記フィルム状基材が保持されている電極よりも反対側の電極に近い位置から、排気が行われること、
(4)前記原料ガス供給管の先端部が環状のノズル部を有していること、及び、
(5)前記フィルム状基材を前記給電電極上に保持すること、
が好適である。
In the high frequency plasma CVD film forming method of the present invention,
(1) The source gas supply pipe extends to an intermediate portion between the electrodes,
(2) blowing out the source gas toward the electrode opposite to the electrode on which the film-like substrate is held;
(3) Exhaust is performed from a position closer to the electrode on the opposite side than the electrode on which the film-like substrate is held,
(4) The tip of the source gas supply pipe has an annular nozzle part, and
(5) holding the film-like substrate on the feeding electrode;
Is preferred.

尚、本明細書において、プラズマ発光領域とは、給電電極に高周波電圧を印加し、原料ガス供給管から原料ガスを吹き出したときにプラズマ発光が生じる領域を意味し、具体的には、電極間の空間のうち、各電極(基材)付近の、シースが発生する領域(非発光領域)を除いた領域を意味する。   In this specification, the plasma emission region means a region where plasma emission occurs when a high-frequency voltage is applied to the power supply electrode and the source gas is blown out from the source gas supply pipe. The area | region except the area | region (non-light-emission area | region) where a sheath generate | occur | produces near each electrode (base material) among these spaces is meant.

本発明の高周波プラズマCVD成膜法は、欠陥のない緻密な膜を形成し、更に成膜速度が速いので生産性に優れており、例えばプラスチック基材の表面にガスバリア性膜を形成するのに適している。
即ち、原料ガスとして、有機ケイ素化合物等のガスと酸素ガスとの混合ガスを使用して、プラスチック基材(PETフィルム)の表面に酸化ケイ素膜(SiOx膜、1<x<2)等の金属酸化物膜を形成する場合、後述する比較例に示されているように、基材が保持されていない電極側にシャワーヘッド形状の原料ガス吹出し用ノズルを設けて成膜を行ったときには、成膜速度は遅く、また、金属酸化物膜中にOH基が多くなる。一方、後述する実施例で示すように、本発明に従い、電極間のプラズマ発光領域内部に原料ガス供給管をのばし、即ち、プラズマ発光領域内で原料ガスの吹き出しを行った場合には、成膜速度は比較例(従来)に比べて格段に速くなり、更に、膜中のOH基量が抑制され、欠陥のない緻密な膜が形成されていることが判る。
The high-frequency plasma CVD film forming method of the present invention forms a dense film having no defects and is excellent in productivity because the film forming speed is high. For example, a gas barrier film is formed on the surface of a plastic substrate. Is suitable.
That is, using a mixed gas of a gas such as an organosilicon compound and oxygen gas as a raw material gas, a metal such as a silicon oxide film (SiOx film, 1 <x <2) on the surface of a plastic substrate (PET film) In the case of forming an oxide film, as shown in a comparative example described later, when a film is formed by providing a showerhead-shaped source gas blowing nozzle on the electrode side on which the base material is not held, the formation is performed. The film speed is slow, and more OH groups are present in the metal oxide film. On the other hand, as shown in the examples described later, according to the present invention, when the source gas supply pipe is extended inside the plasma emission region between the electrodes, that is, when the source gas is blown out in the plasma emission region, the film is formed. It can be seen that the speed is remarkably higher than that of the comparative example (conventional), and further, the amount of OH groups in the film is suppressed, and a dense film without defects is formed.

本発明の成膜法により、欠陥の無い緻密な膜を、しかも短時間で形成できることの理由は、正確に解明されたわけではないが、本発明者等は次のように推定している。
即ち、従来、容量結合型高周波プラズマCVDによる成膜を行う場合には、給電電極に基材を保持し、給電電極に電圧を印加して電極間に電界を生じさせ、対極近傍(プラズマ発光領域外)に設けた原料ガス吹き出し口から基材に向かって原料ガスを吹き出す方法が採用されてきた。しかし、プラズマ発光領域では投入した原料ガスがプラズマによって分解され、次々にイオン・ラジカルが生成されている。即ち、プラズマ発光領域は周囲に比べて空間中を飛び交う粒子が多く、比較的陽圧となっており、真空中に投入したガスは気圧の低い側に拡散しやすいため、プラズマ発光領域外から供給される原料ガスは、気圧の高いプラズマ発光領域を避けて、気圧の低いそれ以外の領域へと拡散しやすかった。
しかし、本発明の成膜法によれば、プラズマ発光領域の内部で原料ガスを供給するため、供給されたガスを高い確率で膜の形成に必要なイオン・ラジカルに分解出来る。即ち、供給される原料ガスが、プラズマ発光領域外に拡散する前に効率良く分解されることで、成膜速度を速くすることができる。また、基材表面に素早く膜が形成されていき、且つ、供給される原料ガスが終始高活性化されているため、膜中におけるOH基の混入(例えば、SiOH構造の形成)が有効に抑制され、欠陥の無い緻密な膜が形成される。
Although the reason why a dense film having no defect can be formed in a short time by the film forming method of the present invention has not been clarified accurately, the present inventors have estimated as follows.
That is, conventionally, when a film is formed by capacitively coupled high-frequency plasma CVD, a substrate is held on a power supply electrode, and a voltage is applied to the power supply electrode to generate an electric field between the electrodes. A method has been employed in which a raw material gas is blown out from a raw material gas outlet provided on the outside toward the substrate. However, in the plasma emission region, the input source gas is decomposed by plasma, and ions and radicals are generated one after another. That is, the plasma emission region has more particles flying in the space than the surroundings, and it has a relatively positive pressure, and the gas injected into the vacuum is likely to diffuse to the low pressure side, so it is supplied from outside the plasma emission region. The raw material gas was easily diffused to other regions where the atmospheric pressure was low while avoiding the plasma light emitting region where the atmospheric pressure was high.
However, according to the film forming method of the present invention, since the source gas is supplied inside the plasma emission region, the supplied gas can be decomposed into ions and radicals necessary for forming the film with a high probability. That is, the supplied source gas is efficiently decomposed before diffusing out of the plasma emission region, so that the film formation rate can be increased. In addition, the film is quickly formed on the surface of the base material, and the supplied source gas is highly activated from beginning to end, so that OH group contamination (for example, formation of SiOH structure) in the film is effectively suppressed. As a result, a dense film without defects is formed.

また、本発明においては、後述の実施例に示されているように、プラズマ発光領域内に伸びている原料ガス供給管から基材が保持されていないほうの電極に向かって原料ガスを吹き出すことが好ましい。この態様によれば、成膜速度はより速くなり、また、更に優れた膜質が得られることが判っている。加えて、成膜時の基材への熱負荷を低減できることも判っている。
フィルム状基材が保持されていないほうの電極に向かって原料ガスを吹き出すと上記の効果が得られる理由は、次のように推定される。
即ち、ガスは吹き出し方向への速度ベクトルを持ってノズルから吹き出され、プラズマ中で拡散されるが、基材表面に対して平行に吹き出した場合、基材表面に対して平行な速度ベクトルを持って拡散する。即ち、プラズマ領域外への速度ベクトルを持って吹き出されるため、ガスがプラズマ領域外へ拡散しやすくなる。基材表面に対して垂直に吹き出した場合、プラズマ領域外への速度ベクトルを持たずに吹き出されるため、ガスのプラズマ領域外への拡散が抑制され、成膜速度を速くすることが出来る。また、基材に向かって吹出せば膜形成に不要なものまで基材に衝突する虞があるが、基材表面と逆の方向に原料ガスを吹き出す態様であれば、電極上で原料ガスが十分に分解され、生成したイオン・ラジカルのみが基材付近に拡散するため、基材上での成膜反応が活発となり、OH基の少ない膜、即ち、欠陥のない緻密な膜を形成することができる。
更に、プラズマ発光領域には、イオンや電子以外にもラジカルが存在することが知られており、反応に寄与するが、特に過剰量の酸素ラジカルが基材へ衝突すると、基材に対して熱負荷を与えてしまう。このラジカルは電気的に中性なので、電極間に生じる電界の影響を受けない。従って、対極に向かって垂直に原料ガスを吹き出せば、原料ガス供給時のガス流にのって、ラジカルは基材とは反対方向に移動するので、その後、気圧の高いプラズマ発光領域から気圧の低い他の領域へと移動して、基材への熱負荷を低減させることができる。高周波プラズマCVD成膜法では、耐熱性に劣るプラスチック基材を用いることが多いため、基材の熱負荷軽減効果は非常に有利である。
In the present invention, as shown in the examples described later, the source gas is blown out from the source gas supply pipe extending into the plasma emission region toward the electrode on which the substrate is not held. Is preferred. According to this aspect, it has been found that the film forming speed is further increased and further excellent film quality can be obtained. In addition, it has been found that the thermal load on the substrate during film formation can be reduced.
The reason why the above-mentioned effect can be obtained by blowing the raw material gas toward the electrode on which the film-like substrate is not held is estimated as follows.
That is, the gas is blown from the nozzle with a velocity vector in the blowing direction and diffused in the plasma, but when blown parallel to the substrate surface, it has a velocity vector parallel to the substrate surface. Spread. That is, since the gas is blown out with a velocity vector to the outside of the plasma region, the gas is likely to diffuse out of the plasma region. When blown out perpendicularly to the substrate surface, the blowout is carried out without having a velocity vector outside the plasma region, so that diffusion of gas outside the plasma region is suppressed and the film formation rate can be increased. In addition, if blown toward the base material, there is a risk of collision with the base material even if it is unnecessary for film formation. However, if the raw material gas is blown in the direction opposite to the base material surface, Since only the ions and radicals that are sufficiently decomposed and diffused in the vicinity of the base material, the film formation reaction on the base material becomes active, and a film with few OH groups, that is, a dense film without defects is formed. Can do.
Furthermore, it is known that radicals other than ions and electrons exist in the plasma emission region, which contributes to the reaction. Particularly, when an excessive amount of oxygen radicals collide with the substrate, heat is applied to the substrate. Gives a load. Since this radical is electrically neutral, it is not affected by the electric field generated between the electrodes. Therefore, if the source gas is blown vertically toward the counter electrode, the radicals move in the opposite direction to the base material along the gas flow at the time of supply of the source gas. It is possible to reduce the heat load on the base material by moving to another region having a low temperature. In the high-frequency plasma CVD film forming method, since a plastic substrate having poor heat resistance is often used, the effect of reducing the thermal load on the substrate is very advantageous.

本発明の高周波プラズマCVD成膜法の実施に使用される成膜装置の概略構造の一例を示す図。The figure which shows an example of schematic structure of the film-forming apparatus used for implementation of the high frequency plasma CVD film-forming method of this invention. 本発明の高周波プラズマCVD成膜法の実施に使用される成膜装置の概略構造の他の例を示す図。The figure which shows the other example of schematic structure of the film-forming apparatus used for implementation of the high frequency plasma CVD film-forming method of this invention. 図1の成膜装置(特に破線で囲まれている部分A)に使用することができるノズルの形状の例を示す概略部分拡大斜視図。FIG. 2 is a schematic partial enlarged perspective view showing an example of the shape of a nozzle that can be used in the film forming apparatus of FIG. 1 (particularly, a portion A surrounded by a broken line).

本発明の成膜法の実施に使用される装置の概略構造の一例を示す図1において、全体として1で示す成膜装置は、CVD成膜室3を有しており、この成膜室3の天井部には、高周波電源5に接続された給電電極7が設けられ、成膜室3の下方には、接地された対極(アース電極)9が設けられている。   In FIG. 1 showing an example of the schematic structure of an apparatus used for carrying out the film forming method of the present invention, the film forming apparatus denoted by 1 as a whole has a CVD film forming chamber 3. A power supply electrode 7 connected to the high-frequency power source 5 is provided on the ceiling of the film, and a grounded counter electrode (earth electrode) 9 is provided below the film forming chamber 3.

給電電極7と対極9の間にはプラズマ発光領域が存在するが、本発明の成膜法においては、原料ガス供給管11がこのプラズマ発光領域内部に延びている。プラズマ発光領域内部で原料ガスを吹き出すことで、原料ガスを効率良くプラズマ化できるからである。原料ガス供給管11の装置への配置の仕方は、原料ガス供給管11の先端がプラズマ発光領域内に存在する限り特に制限されないが、原料ガスを最大限に高活性化するという観点から、原料ガス供給管11が電極間の中間部に存在するように配置されることが好ましい。原料ガスの吹出位置が、給電電極または対極に保持されている基材20に近すぎると、プラズマ化する前の原料ガスがそのまま基材20に吹き付けられて、膜の形成速度が遅くなり、また、原料ガスの吹出位置が基材から遠すぎると、成膜に必要な正イオンが基材到達前にプラズマ発光領域外へと流される場合があるからである。具体的には、図1に示したように、給電電極7表面と原料ガス供給管11の先端(吹出口15)との距離をLとし、原料ガス供給管11先端(吹出口15)と対極9の表面との距離をLとしたとき、L:L=1:4〜6:1となるように、原料ガス供給管11を設けることが好ましい。成膜速度の観点からは、L:L=1:2〜2:1がより好ましく、あるいは、欠陥のない緻密な膜を成膜するという観点からは、L:L=1:1〜6:1がより好ましい。 A plasma emission region exists between the feeding electrode 7 and the counter electrode 9. In the film forming method of the present invention, the source gas supply tube 11 extends into the plasma emission region. This is because the source gas can be efficiently converted into plasma by blowing the source gas inside the plasma emission region. The method of disposing the source gas supply pipe 11 in the apparatus is not particularly limited as long as the tip of the source gas supply pipe 11 exists in the plasma emission region. From the viewpoint of maximizing the activation of the source gas, It is preferable that the gas supply pipe 11 is disposed so as to exist in an intermediate portion between the electrodes. If the source gas blowing position is too close to the base material 20 held on the power supply electrode or the counter electrode, the raw material gas before being converted into plasma is sprayed on the base material 20 as it is, and the film formation speed is reduced. This is because if the blowing position of the source gas is too far from the base material, positive ions necessary for film formation may flow out of the plasma emission region before reaching the base material. Specifically, as shown in FIG. 1, the distance between the tip of the feeding electrode 7 surface and the raw material gas supply pipe 11 (outlet 15) and L 1, a raw material gas supply pipe 11 leading end (outlet 15) It is preferable to provide the source gas supply pipe 11 so that L 1 : L 2 = 1: 4 to 6: 1 when the distance from the surface of the counter electrode 9 is L 2 . From the viewpoint of film formation speed, L 1 : L 2 = 1: 2 to 2: 1 is more preferable, or from the viewpoint of forming a dense film without defects, L 1 : L 2 = 1: 1. 1-6: 1 is more preferable.

また、原料ガス供給管11は、膜の均一性を高めるという観点から、その先端15が基材の中心部の直上に位置するまで伸びていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the raw material gas supply pipe 11 extends until the tip 15 thereof is located immediately above the central portion of the base material from the viewpoint of improving the uniformity of the film.

更に、原料ガス供給管11には、必要に応じて、ノズル部13を取り付けることができる。ノズル13の取付け方は、原料ガスがプラズマ発光領域内で吹出す限り特に制限されないが、イオン成分をより確実に電極間にとどめて成膜速度を速くするという観点、及びラジカルを排除して基材の熱負荷を低減させる観点から、フィルム状基材20が保持されている電極とは反対側の電極に向かって原料ガスが吹き出すように取り付けることが好ましい(図2参照)。
1本の原料ガス供給管11当り、単数又は複数のノズル13を取り付けることができる。ノズル13は、膜を均一に形成する観点から、例えば図3に示されているように環状であることがより好適であり、また、複数の原料ガス供給管11を用いる場合には、それぞれの供給管に設けられたノズル13が互いに結合して環状となっていることが好ましい。1つのノズルには、単数又は複数のガス吹出口15が設けられている。
Furthermore, the nozzle part 13 can be attached to the source gas supply pipe 11 as necessary. The method of attaching the nozzle 13 is not particularly limited as long as the source gas is blown out in the plasma emission region, but it is based on the viewpoint that the ion component is more reliably kept between the electrodes and the film forming speed is increased, and radicals are excluded. From the viewpoint of reducing the thermal load of the material, it is preferable that the material gas is blown out toward the electrode opposite to the electrode on which the film-like substrate 20 is held (see FIG. 2).
One or a plurality of nozzles 13 can be attached to one source gas supply pipe 11. From the viewpoint of uniformly forming the film, the nozzle 13 is more preferably annular, for example, as shown in FIG. 3, and when a plurality of source gas supply pipes 11 are used, It is preferable that the nozzles 13 provided in the supply pipe are coupled to each other to form an annular shape. One nozzle is provided with one or a plurality of gas outlets 15.

本発明の高周波プラズマCVD成膜法においては、成膜対象となるフィルム状基材20は、給電電極7または対極9の表面に保持される。基材表面近傍にイオン密度の高いシースができるからである。特に、ラジカルや成膜に不要な分子を基材20に接触させにくくするという観点から、図1の装置であれば、給電電極7に基材20が保持されるのが好ましい。即ち、装置の構造に応じて、重力が基材20とは反対の方向に働くように、基材20を保持するのが特に好ましいのである。
フィルム状基材20の電極への保持は、その形態に応じて、適宜の係止手段(例えば嵌め込みによる固定、爪などによる係止)により行うことができる。
また、基材20が長尺フィルムであるときには、該フィルムが巻かれた原反ローラから巻き取りローラにより長尺フィルムを巻き取るに際し、巻き取られる長尺フィルムが給電電極7上を通るようにして成膜を行うこともできる。
In the high frequency plasma CVD film forming method of the present invention, the film-like substrate 20 to be formed is held on the surface of the feeding electrode 7 or the counter electrode 9. This is because a sheath having a high ion density is formed in the vicinity of the substrate surface. In particular, from the viewpoint of making it difficult to bring radicals and molecules unnecessary for film formation into contact with the base material 20, it is preferable that the base material 20 be held on the feeding electrode 7 in the apparatus of FIG. 1. That is, it is particularly preferable to hold the base material 20 so that gravity works in the direction opposite to the base material 20 depending on the structure of the apparatus.
The film-like substrate 20 can be held on the electrode by appropriate locking means (for example, fixing by fitting, locking by a nail or the like) depending on the form.
Further, when the base material 20 is a long film, when the long film is wound up by the take-up roller from the original roll on which the film is wound, the wound long film passes over the feeding electrode 7. The film can also be formed.

更に、本発明の成膜法によれば、係る構造の成膜装置1において、フィルム状基材20が保持されていない方の電極に近い位置に排気口17を設け、排気を行うことが好ましい。排気口17は、後述の通り、主にCVD成膜室3内を減圧するために用いられるが、もしもフィルム状基材20が保持されている電極の近くで排気を行うと、成膜に不要な分子やラジカル等が排気による空気の流れに乗って基材20の方へと移動しやすくなり、これによって、膜質が損なわれたり、膜への熱負荷を有効に低減させることができない虞がある。基材20が保持されていない方の電極に近い位置とは、具体的には、図1及び図2に示すように、基材を保持した電極側を上方、保持していない電極側を下方としたときに、原料ガス供給ノズル13の先端(吹出口15)よりも下に排気口17が設けられていることを意味する。   Furthermore, according to the film forming method of the present invention, in the film forming apparatus 1 having such a structure, it is preferable to exhaust by providing the exhaust port 17 at a position close to the electrode on which the film-like substrate 20 is not held. . As will be described later, the exhaust port 17 is mainly used to depressurize the inside of the CVD film forming chamber 3, but if the air is exhausted near the electrode on which the film-like substrate 20 is held, it is not necessary for film formation. Molecules, radicals, and the like are likely to move toward the base material 20 on the air flow caused by the exhaust, and this may impair the film quality or prevent the heat load on the film from being effectively reduced. is there. Specifically, the position closer to the electrode on which the base material 20 is not held is, as shown in FIGS. 1 and 2, the electrode side holding the base material is upward, and the electrode side not holding is downward. This means that the exhaust port 17 is provided below the tip of the source gas supply nozzle 13 (blower port 15).

上記の装置によって成膜を行うにあたっては、成膜室3は、ガス排気口17からの排気によって減圧し、続いてグロー放電が生じる程度の真空度(例えば10〜1Pa程度)に成膜室3内を保持しながら、プラズマCVDの原料ガスをガス供給管11に供給し、ガス吹き出し口15から原料ガスを吹き出し、成膜室の容積などによって異なるが、直径300mm、高さ450mmの金属型円筒形成膜室においては、所定の出力(例えば100〜1000W)で高周波電圧を給電電極に印加すると原料ガスのプラズマが発生し、反応生成物が給電電極7上の基材20の表面に堆積し、かくしてCVD蒸着膜が形成されるわけである。 When film formation is performed by the above-described apparatus, the film formation chamber 3 is depressurized by exhaust from the gas exhaust port 17, and then the film formation chamber has a degree of vacuum (for example, about 10 2 to 1 Pa) such that glow discharge is generated. 3, while supplying the plasma CVD source gas to the gas supply pipe 11, the source gas is blown out from the gas outlet 15, and a metal mold having a diameter of 300 mm and a height of 450 mm, depending on the volume of the film forming chamber. In the cylinder forming film chamber, when a high frequency voltage is applied to the power supply electrode with a predetermined output (for example, 100 to 1000 W), plasma of the raw material gas is generated, and the reaction product is deposited on the surface of the base material 20 on the power supply electrode 7. Thus, a CVD deposited film is formed.

上記のようにして高周波プラズマによるCVD成膜を実行するに際して、給電電極7に印加する高周波電圧の周波数は、給電電極7と対極9との間の領域でグロー放電が生じる限り、特に制限されるものではないが、一般的に利用されている13.56MHzよりも高周波数領域であることが望ましく、27.12MHz以上のVHF領域であることがより望ましい。即ち、周波数が高いほど、給電電極7の電位の極性(+、−)が激しく変化するため、イオンの基材20への衝突が少なくなり、この結果、例えば周波数が13.56MHzで成膜を行う場合と比較しても、成膜による基材20の温度上昇を緩和し、より低温での成膜が可能となり、特にプラスチック製の基材20に成膜する場合には、基材20の熱変形を抑制するという点で有利となる。   When performing CVD film formation using high-frequency plasma as described above, the frequency of the high-frequency voltage applied to the power supply electrode 7 is particularly limited as long as glow discharge occurs in the region between the power supply electrode 7 and the counter electrode 9. Although it is not a thing, it is desirable that it is a high frequency area | region rather than 13.56 MHz generally used, and it is more desirable that it is a VHF area | region of 27.12 MHz or more. That is, as the frequency is higher, the polarity (+, −) of the potential of the feeding electrode 7 changes more drastically, so that collision of ions with the base material 20 is reduced. As a result, film formation is performed at a frequency of 13.56 MHz, for example. Compared with the case where it is performed, the temperature rise of the base material 20 due to film formation can be reduced, and film formation at a lower temperature is possible. This is advantageous in terms of suppressing thermal deformation.

原料ガスの供給量は処理すべき基材の表面積によって異なるが、例えば有機ケイ素化合物のガスと酸素ガスとを用いて酸化ケイ素膜(SiOx膜、1<x<2)を形成する場合には、有機ケイ素化合物のガスを1〜20sccm、酸素ガスを10〜300sccmで成膜室へ導入することが望ましい。酸素ガスの供給量は有機ケイ素化合物を完全に酸化出来る量とする必要があり、例えば有機ケイ素化合物にヘキサメチルジシロキサンを用いた場合、酸素ガスの供給量はヘキサメチルジシロキサンの供給量に対して15倍以上とすることが好ましい。また、有機ジルコニウム化合物のガスと酸素ガスとを用いる場合には、有機ジルコニウム化合物のガスを1〜10sccm、酸素ガスを25〜300sccmで成膜室へ導入することが好ましい。酸素ガスの供給量は有機ジルコニウム化合物を完全に酸化できる量とする必要があり、例えば有機ジルコニウム化合物としてジルコニウムテトラ−t−ブトキシド(組成式;C1636Zr)を用いる場合、酸素ガスの供給量はジルコニウムテトラ−t−ブトキシドの供給量に対して24倍以上とすることが好ましい。 The supply amount of the source gas varies depending on the surface area of the substrate to be treated. For example, when a silicon oxide film (SiOx film, 1 <x <2) is formed using an organic silicon compound gas and an oxygen gas, It is desirable to introduce the organic silicon compound gas into the film formation chamber at 1 to 20 sccm and oxygen gas at 10 to 300 sccm. The supply amount of oxygen gas must be such that the organosilicon compound can be completely oxidized. For example, when hexamethyldisiloxane is used as the organosilicon compound, the supply amount of oxygen gas is relative to the supply amount of hexamethyldisiloxane. Is preferably 15 times or more. In the case where an organic zirconium compound gas and an oxygen gas are used, it is preferable to introduce the organic zirconium compound gas into the film formation chamber at 1 to 10 sccm and oxygen gas at 25 to 300 sccm. The supply amount of the oxygen gas needs to be an amount capable of completely oxidizing the organic zirconium compound. For example, when zirconium tetra-t-butoxide (composition formula; C 16 H 36 O 4 Zr) is used as the organic zirconium compound, the oxygen gas is used. Is preferably 24 times or more the supply amount of zirconium tetra-t-butoxide.

本発明の高周波プラズマCVD成膜法では、給電電極7または対極9に基材20が保持されており、これにより、基材20の表面近傍にシースが形成されて、表面近傍のイオン密度が高まる。更に、原料ガス供給管の吹出口15が給電電極7と対極9の間のプラズマ発光領域内にあり、即ち、プラズマ発光領域内で原料ガスが吹き出されるので、原料ガスが高確率でプラズマ化され、膜形成に必要なイオンを効率良くフィルム状基材20に衝突させることができる。従って、フィルム状基材20の表面に、欠陥のない緻密な膜を短時間で形成できる。   In the high frequency plasma CVD film forming method of the present invention, the substrate 20 is held on the power supply electrode 7 or the counter electrode 9, whereby a sheath is formed in the vicinity of the surface of the substrate 20 and the ion density in the vicinity of the surface is increased. . Further, the outlet 15 of the source gas supply pipe is in the plasma emission region between the feeding electrode 7 and the counter electrode 9, that is, since the source gas is blown out in the plasma emission region, the source gas is converted into plasma with high probability. Thus, ions necessary for film formation can be efficiently collided with the film-like substrate 20. Therefore, a dense film having no defects can be formed on the surface of the film-like substrate 20 in a short time.

上述した本発明の高周波プラズマCVD成膜法によれば、成膜速度が速いので生産性が高く、且つ、緻密で欠陥の無い膜を形成することができる。従って、本発明の成膜方法は、種々の基材表面へのCVD蒸着膜の形成や、薄膜のシリコン膜の形成、液晶などのディスプレイでの薄膜トランジスタ素子の成形、超LSIの層間絶縁膜の形成などに適用することができるが、特に、プラスチック基材上へのガスバリア膜の形成に有効に適用される。本発明によれば、膜中のOH基の混入が抑制された、欠陥の無い緻密な膜を形成することができるため、このような膜によりプラスチック基材のガス遮断性を向上させることができるからである。   According to the above-described high-frequency plasma CVD film forming method of the present invention, since the film forming speed is high, it is possible to form a highly productive and dense film without defects. Therefore, the film forming method of the present invention is used to form a CVD deposited film on various substrate surfaces, to form a thin silicon film, to form a thin film transistor element in a display such as a liquid crystal, and to form an interlayer insulating film for a VLSI. In particular, it is effectively applied to the formation of a gas barrier film on a plastic substrate. According to the present invention, since it is possible to form a dense film having no defects, in which mixing of OH groups in the film is suppressed, such a film can improve the gas barrier property of the plastic substrate. Because.

ガスバリア膜の形成に本発明を適用する場合、基材20を構成するプラスチックとしては、それ自体公知の熱可塑性或いは熱硬化性の樹脂から形成されたものであってよく、例えば低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ1−ブテン、ポリ4−メチル−1−ペンテンあるいはエチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等のα−オレフィン同士のランダムあるいはブロック共重合体等のポリオレフィン、環状オレフィン共重合体など、そしてエチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体等のエチレン・ビニル化合物共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ABS、α−メチルスチレン・スチレン共重合体等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のポリビニル化合物、ナイロン6、ナイロン6−6、ナイロン6−10、ナイロン11、ナイロン12等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)等の熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイドや、その他、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フッ素樹脂、アリル樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ケトン樹脂、アミノ樹脂、或いはポリ乳酸などの生分解性樹脂等を例示することができ、さらに、これらのブレンド物や、これら樹脂が適宜共重合により変性されたものであってもよい。また、基材自体が上記樹脂からなる多層構造を有していてもよい。
特に、透明性が要求される用途においては、上記の中でもPETやPENなどのポリエステル樹脂が好適であり、更に耐熱性も要求される用途においては、ポリカーボネートやポリイミド樹脂が好適である。
When the present invention is applied to the formation of a gas barrier film, the plastic constituting the substrate 20 may be formed from a known thermoplastic or thermosetting resin, such as low-density polyethylene, Polyolefin such as random or block copolymer of α-olefins such as density polyethylene, polypropylene, poly 1-butene, poly 4-methyl-1-pentene or ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene , Cyclic olefin copolymer, etc., ethylene / vinyl acetate copolymer, ethylene / vinyl alcohol copolymer, ethylene / vinyl compound copolymer such as ethylene / vinyl chloride copolymer, polystyrene, acrylonitrile / styrene copolymer , ABS, α-methylstyrene / styrene copolymer, etc. Tylene resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, vinyl chloride / vinylidene chloride copolymer, polyvinyl compounds such as polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, nylon 6, nylon 6-6, nylon 6-10, nylon 11 , Polyamides such as nylon 12, thermoplastic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate, polyphenylene oxide, polyimide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, fluorine Resin, allyl resin, polyurethane resin, cellulose resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, ketone resin, amino resin, biodegradable resin such as polylactic acid, etc. To, or blends thereof, may be one of these resins are modified by appropriate copolymerization. Moreover, the base material itself may have a multilayer structure made of the above resin.
In particular, in applications where transparency is required, polyester resins such as PET and PEN are suitable among the above, and polycarbonates and polyimide resins are preferable in applications where heat resistance is also required.

また、基材20の形態は、本発明の利点を最大限に活かすことができるという観点から、フィルム状であり、その厚みは、用途ごとに求められる特性(例えば、可撓性、柔軟性、強度等)に応じて決定される。   Moreover, the form of the base material 20 is a film from the viewpoint that the advantages of the present invention can be utilized to the maximum, and the thickness thereof is a characteristic required for each application (for example, flexibility, flexibility, Strength etc.).

ガスバリア性の膜を形成するための原料ガスとしては、酸化度の高い無機化合物の膜を形成し得るもの、例えばトリアルキルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物や、有機チタン化合物、有機ジルコニウム化合物、有機ケイ素化合物等の有機金属化合物のガスが好適であり、特に、反応が比較的穏やかで緻密な膜構造に制御し易いという点で有機ケイ素化合物が好ましい。また、本発明の特性が活かされるという観点から、有機ジルコニウム化合物も好適である。即ち、有機ジルコニウムは気化しにくい化合物であるため、原料ガス供給管から吹出されると液化し易い傾向にあるが、本発明によれば、吹出された後すぐにプラズマ化させるので、液化を有効に抑制できるのである。   As a raw material gas for forming a gas barrier film, those capable of forming a film of an inorganic compound having a high degree of oxidation, for example, an organoaluminum compound such as trialkylaluminum, an organotitanium compound, an organozirconium compound, and an organosilicon compound An organosilicon compound is preferred, and an organosilicon compound is particularly preferred in that the reaction is relatively mild and the film structure can be easily controlled. From the viewpoint of utilizing the characteristics of the present invention, an organic zirconium compound is also suitable. That is, since organic zirconium is a compound that is difficult to vaporize, it tends to be liquefied when blown out from the source gas supply pipe. However, according to the present invention, it is converted into plasma immediately after being blown out. It can be suppressed.

有機ケイ素化合物の例としては、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメチルシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン等の有機シラン化合物、オクタメチルシクロテトラシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン等の有機シロキサン化合物等が挙げられる。また、これら以外にも、アミノシラン、シラザンなどを用いることもできる。   Examples of organosilicon compounds include hexamethyldisilane, vinyltrimethylsilane, methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, diethylsilane, propylsilane, phenylsilane, methyltriethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tetramethoxy Organic silane compounds such as silane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, octamethylcyclotetrasiloxane, 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, hexamethyldisiloxane, etc. And organic siloxane compounds. Besides these, aminosilane, silazane and the like can also be used.

尚、上述した有機金属化合物は、単独でも又は2種以上の組合せでも用いることができる。   In addition, the organometallic compound mentioned above can be used individually or in combination of 2 or more types.

本発明において、上記のような有機金属化合物のガスは、酸素等の酸化性のガスと適宜の量で混合して原料ガスとして使用されるが、流量調整等の観点から、窒素ガス等の不活性ガスをキャリアガスとして使用することも可能である。   In the present invention, the above-mentioned organometallic compound gas is used as a raw material gas by mixing with an oxidizing gas such as oxygen in an appropriate amount. It is also possible to use an active gas as a carrier gas.

上記のようにしてガスバリア性の膜をプラスチック製の基材20上に形成する場合、例えば初めに低出力で成膜を行い、次いで高出力での成膜に切り替えていくことにより、基材20との密着性が高く、特にガスバリア性の高い膜を形成することができる。   When the gas barrier film is formed on the plastic base material 20 as described above, for example, the base material 20 is formed by first performing film formation at a low output and then switching to film formation at a high output. It is possible to form a film having a high gas barrier property.

このようにしてガスバリア性の膜が形成されたプラスチック製の基材20は、従来の食品や医薬品用包装材に加えて、薄膜太陽電池や有機ELなど極めて高い水蒸気バリア性を求められる領域にも適用可能である。
また、本発明の成膜法においては、原料ガス供給管をプラズマ発光領域内部にまで伸ばしているので、ジルコニウム化合物のような気化しにくい化合物を原料ガスとして用いる場合にも好適に適用できる。本発明の成膜法によれば、原料ガス供給管から吹出された後の液化が有効に防止されるからである。
In addition to conventional food and pharmaceutical packaging materials, the plastic substrate 20 on which a gas barrier film is formed in this way is also used in areas where extremely high water vapor barrier properties are required, such as thin film solar cells and organic EL. Applicable.
In the film forming method of the present invention, since the source gas supply pipe is extended to the inside of the plasma emission region, the present invention can be suitably applied to the case where a compound that hardly vaporizes such as a zirconium compound is used as the source gas. This is because according to the film forming method of the present invention, liquefaction after being blown out from the source gas supply pipe is effectively prevented.

本発明を次の実施例で説明するが、本発明はいかなる意味においても、次の例に制限されるものではない。
尚、実施例及び比較例で行った各種の測定は、以下のようにして行った。
The present invention will be described in the following examples, but the present invention is not limited to the following examples in any way.
Various measurements performed in Examples and Comparative Examples were performed as follows.

<SiOH/SiO比の測定>
SiOH/SiO比は膜の品質を表し、その値が小さい程、膜中の欠陥が少なく緻密な膜であることを意味する。成膜時にSiOH構造が形成されると、この構造は親水性なので水分に対するバリア性が低下するからである。SiOH/SiO比は、CVD成膜をした基材の成膜面をフーリエ変換赤外分光光度計で測定して算出する。差スペクトル法により赤外吸収スペクトルを測定した結果、このケイ素酸化膜は、930〜1060cm−1付近に赤外吸収ピークがあり、波数930cm−1付近のSiOH基の吸収ピーク高さ(A1)を求め、更に波数1060cm−1付近のSiO基の吸収ピーク高さ(A2)を求め、A1/A2からSiOH/SiOの赤外吸光度比(A)を求めた。
<Measurement of SiOH / SiO ratio>
The SiOH / SiO ratio represents the quality of the film. The smaller the value, the smaller the number of defects in the film and the denser the film. This is because when the SiOH structure is formed during film formation, the structure is hydrophilic and thus the barrier property against moisture is lowered. The SiOH / SiO ratio is calculated by measuring the film formation surface of the substrate on which the CVD film is formed with a Fourier transform infrared spectrophotometer. As a result of measuring the infrared absorption spectrum by the difference spectrum method, the silicon oxide film has an infrared absorption peak near 930~1060Cm -1, the absorption peak height of the SiOH groups in the vicinity of wave number 930 cm -1 to (A1) Further, the absorption peak height (A2) of the SiO group near the wave number of 1060 cm −1 was obtained, and the infrared absorbance ratio (A) of SiOH / SiO was obtained from A1 / A2.

<膜厚均一性の測定>
CVD成膜をした基材の成膜面のSi量を蛍光X線分光分析装置(理学電機製 ZSX100e)により測定し、既知の膜厚(100nm)のSiOx膜のSi量を基準に、SiOx膜厚に換算した。膜厚均一性の指標として、基材の中央部分と端の部分の膜厚差が1%未満であれば優、2%未満であれば良、10%未満であれば可、10%以上では不可とした。
<Measurement of film thickness uniformity>
The amount of Si on the film-forming surface of the substrate on which the CVD film was formed was measured with an X-ray fluorescence spectrometer (ZSX100e, manufactured by Rigaku Corporation), and the SiOx film based on the Si amount of the SiOx film having a known film thickness (100 nm) Converted to thickness. As an index of film thickness uniformity, the film thickness difference between the central part and the edge part of the base material is excellent if it is less than 1%, good if it is less than 2%, acceptable if it is less than 10%, if it is 10% or more Impossible.

<水蒸気バリア性の測定>
成膜をしたプラスチック基材の40℃、相対湿度90%RHにおける水蒸気透過度を、水蒸気透過度測定装置(Modern Control社製、PERMATRAN-W 3/30)を用いて測定した。
<Measurement of water vapor barrier properties>
The water vapor permeability at 40 ° C. and a relative humidity of 90% RH of the formed plastic substrate was measured using a water vapor permeability measuring device (manufactured by Modern Control, PERMATRAN-W 3/30).

また、水蒸気透過度測定装置の測定限界未満の水蒸気透過度(0.01g/m・day未満)のサンプルについては、特開2010−100916号公報に記載の方法に基づき、水腐食性金属の薄膜の腐食量からセル内に透過した水分量を計算した。即ち、成膜をしたプラスチック基材の成膜面に、真空蒸着装置(日本電子(株)製真空蒸着装置JEE−400)を用いての真空蒸着により水腐食性金属の薄膜として300nmの厚みのカルシウムを形成し、さらに、カルシウム薄膜を覆うように350nmの厚みのAl蒸着膜(水不透過性金属薄層)を成膜して各種の試料片を作製した。
尚、カルシウム薄膜は、金属カルシウムを蒸着源として使用し、所定のマスクを介しての真空蒸着により、1mmφの円形部分6箇所に形成した。また、Al蒸着膜は、上記のマスクを真空状態のまま取り去り、装置内のAl蒸着源から引き続き真空蒸着を行うことにより成膜した。
上記のようにして形成された試料片を、吸湿剤(シリカゲル)を充填したガス不透過性カップ(ステンレススチール製:カップ内径;40mm,カップ内空間容積;9.6cm3,カップ周端面の密封;フッ素ゴム製Oリング)に装着し、固定リングで固定して評価用ユニットとした。
このようにして作製された評価用ユニットを40℃、相対湿度90%RHに雰囲気調整された恒温恒湿槽に500時間保持した後、評価用ユニットから試料片を取り出し、レーザ顕微鏡(Carl Zeiss社製レーザスキャン顕微鏡 LSM 5 PASCAL)によりCa薄膜の腐食状態を観察し、その画像をニ値化処理して黒点面積を算出し、その結果から、計算式にしたがって水蒸気透過度を算出した。
For samples having a water vapor transmission rate (less than 0.01 g / m 2 · day) that is less than the measurement limit of the water vapor transmission rate measuring device, a water-corrosive metal sample is used based on the method described in JP 2010-110196 A. The amount of moisture permeated into the cell was calculated from the amount of corrosion of the thin film. That is, a 300 nm thick thin film of water-corrosive metal is formed on the film-formed surface of the plastic substrate on which the film has been formed by vacuum deposition using a vacuum deposition apparatus (vacuum deposition apparatus JEE-400 manufactured by JEOL Ltd.). Calcium was formed, and an Al vapor-deposited film (water-impermeable metal thin layer) having a thickness of 350 nm was formed so as to cover the calcium thin film, thereby preparing various sample pieces.
The calcium thin film was formed in six circular portions of 1 mmφ by vacuum vapor deposition using a metallic mask as a vapor deposition source and a predetermined mask. Further, the Al vapor deposition film was formed by removing the above-mentioned mask in a vacuum state and subsequently performing vacuum vapor deposition from an Al vapor deposition source in the apparatus.
The sample piece formed as described above was gas-impermeable cup filled with a hygroscopic agent (silica gel) (made of stainless steel: cup inner diameter; 40 mm, cup inner volume; 9.6 cm 3 , sealing of the cup peripheral end face. A fluororubber O-ring) and fixed with a fixing ring to obtain an evaluation unit.
The evaluation unit thus prepared was held in a thermostatic chamber having an atmosphere adjusted to 40 ° C. and a relative humidity of 90% RH for 500 hours, and then a sample piece was taken out from the evaluation unit and a laser microscope (Carl Zeiss) The corrosion state of the Ca thin film was observed with a laser scanning microscope (LSM 5 PASCAL), the image was binarized to calculate the black spot area, and the water vapor permeability was calculated from the result according to the calculation formula.

<計算式>
黒点面積から、下記式により腐食により生成した金属水酸化物のモル数Xを算出する。
X(モル数)
=[黒点面積(cm)]×[薄膜の厚み(cm)]×[腐食金属水酸化物の分子
量]
この結果から、下記式により水蒸気透過度を求めることができる。
水蒸気透過度(g/m・day)
=X・18・m・(10000/A)・(24/T)
式中、Xは、上記で算出された腐食により生じた金属水酸化物のモル数、
mは、水腐食性金属(例えばCa)の価数、
Aは、水腐食性金属の薄膜の面積(cm)、
Tは、水蒸気含有雰囲気中での評価用ユニットの保持時間(hour)であ
る。
<Calculation formula>
From the sunspot area, the number of moles X of the metal hydroxide produced by corrosion is calculated according to the following formula.
X (number of moles)
= [Spot area (cm 2 )] × [Thin film thickness (cm)] × [Molecular weight of corrosive metal hydroxide]
From this result, the water vapor permeability can be determined by the following equation.
Water vapor transmission rate (g / m 2 · day)
= X · 18 · m · (10000 / A) · (24 / T)
Where X is the number of moles of metal hydroxide produced by the corrosion calculated above,
m is the valence of a water corrosive metal (for example, Ca),
A is the area (cm 2 ) of the water-corrosive metal thin film,
T is the holding time (hour) of the evaluation unit in an atmosphere containing water vapor
The

(実施例1)
周波数27.12MHz、最大出力2kWの高周波出力電源、マッチングボックス、直径300mm、高さ450mmの金属型円筒形プラズマ成膜室、原料ガス供給管11、成膜室を真空にする油回転真空式ポンプを有する図1に示したCVD装置を用いた。原料ガス供給管11の先端は、基材の中心部の真上に位置するように、且つ、L:L=1:1となるような位置に調整した。プラスチック基材としては120mm角で100μmの厚みのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いた。成膜室内の給電電極7にプラスチック基材を設置し、油回転真空式ポンプで排気口17より排気を行いながら、原料ガス供給管11から原料ガスとして、ヘキサメチルジシロキサンを3sccm、酸素を45sccm導入後、高周波発振器により300Wの出力で高周波を発振させ、50秒間プラズマ処理をおこないプラスチック基材の一方の面にケイ素酸化膜を被覆した。
Example 1
High frequency output power source with a frequency of 27.12 MHz and a maximum output of 2 kW, a matching box, a metal cylindrical plasma film forming chamber having a diameter of 300 mm and a height of 450 mm, a source gas supply pipe 11, and an oil rotary vacuum pump that evacuates the film forming chamber The CVD apparatus shown in FIG. The tip of the source gas supply pipe 11 was adjusted to a position such that L 1 : L 2 = 1: 1 so as to be located immediately above the center of the substrate. A polyethylene terephthalate (PET) film having a 120 mm square and a thickness of 100 μm was used as the plastic substrate. A plastic substrate is installed on the feeding electrode 7 in the film forming chamber, and while exhausting from the exhaust port 17 with an oil rotary vacuum pump, 3 sccm of hexamethyldisiloxane and 45 sccm of oxygen are used as the source gas from the source gas supply pipe 11. After the introduction, a high frequency was oscillated with an output of 300 W by a high frequency oscillator, and plasma treatment was performed for 50 seconds to coat a silicon oxide film on one surface of the plastic substrate.

(実施例2)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端位置を、L:L=1:2となるように調整した以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 2)
In Example 1, a plastic substrate coated with a silicon oxide film in the same manner as in Example 1 except that the tip position of the source gas supply pipe 11 was adjusted to be L 1 : L 2 = 1: 2. Got.

(実施例3)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端位置を、L:L=1:4となるように調整した以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 3)
In Example 1, a plastic substrate coated with a silicon oxide film by the same method as in Example 1 except that the tip position of the source gas supply pipe 11 was adjusted to be L 1 : L 2 = 1: 4 Got.

(実施例4)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端位置を、L:L=2:1となるように調整した以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
Example 4
In Example 1, a plastic substrate coated with a silicon oxide film in the same manner as in Example 1 except that the tip position of the source gas supply pipe 11 was adjusted to be L 1 : L 2 = 2: 1 Got.

(実施例5)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端位置を、L:L=4:1となるように調整した以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 5)
In Example 1, a plastic substrate coated with a silicon oxide film in the same manner as in Example 1 except that the tip position of the source gas supply pipe 11 was adjusted to be L 1 : L 2 = 4: 1 Got.

(実施例6)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端位置を、L:L=6:1となるように調整した以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 6)
In Example 1, a plastic substrate coated with a silicon oxide film in the same manner as in Example 1 except that the tip position of the source gas supply pipe 11 was adjusted to be L 1 : L 2 = 6: 1 Got.

(実施例7)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端にノズル13を、フィルム基材20が保持されている電極とは反対側の電極に向かって原料ガスを吹き出すように取り付けた以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 7)
In Example 1, the nozzle 13 is attached to the tip of the source gas supply pipe 11 so that the source gas is blown out toward the electrode opposite to the electrode on which the film substrate 20 is held. A plastic substrate coated with a silicon oxide film was obtained in the same manner as described above.

(実施例8)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端にノズル13を、フィルム基材20が保持されている電極に向かって原料ガスを吹き出すように取り付けた以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 8)
In Example 1, the nozzle 13 was attached to the tip of the source gas supply pipe 11 so that the source gas was blown out toward the electrode on which the film substrate 20 was held. A plastic substrate coated with an oxide film was obtained.

(実施例9)
実施例7において、前記フィルム基材が保持されている電極に近い位置から排気を行う以外は、実施例7と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
Example 9
In Example 7, a plastic substrate coated with a silicon oxide film was obtained in the same manner as in Example 7 except that evacuation was performed from a position close to the electrode on which the film substrate was held.

(実施例10)
実施例7において、ノズル13を図3に示されているような環状ノズルとしたこと以外は、実施例7と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 10)
In Example 7, a plastic substrate coated with a silicon oxide film was obtained in the same manner as in Example 7 except that the nozzle 13 was an annular nozzle as shown in FIG.

(実施例11)
実施例7において、原料ガスとしてジルコニウムテトラ-t-ブトキシド3sccm、酸素を80sccm導入する以外は、実施例7と同様の方法でジルコニウム酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Example 11)
In Example 7, a plastic substrate coated with a zirconium oxide film was obtained in the same manner as in Example 7 except that 3 sccm of zirconium tetra-t-butoxide and 80 sccm of oxygen were introduced as source gases.

(比較例1)
実施例1において、原料ガス供給管11の先端部がプラズマ発生領域外に位置する以外は、実施例1と同様の方法でケイ素酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a plastic substrate coated with a silicon oxide film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the tip of the source gas supply pipe 11 was located outside the plasma generation region.

(比較例2)
実施例11において、原料ガス供給管11の先端部がプラズマ発生領域外に位置する以外は、実施例11と同様の方法でジルコニウム酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Comparative Example 2)
In Example 11, a plastic substrate coated with a zirconium oxide film was obtained in the same manner as in Example 11 except that the tip of the source gas supply pipe 11 was located outside the plasma generation region.

(比較例3)
実施例1において、原料ガス供給管11を用いず、基材が保持されていない電極側にシャワーヘッド形状の原料ガス吹出し口を設けて成膜を行う以外は、実施例1と同様の方法でジルコニウム酸化膜を被覆したプラスチック基材を得た。
(Comparative Example 3)
In Example 1, the raw material gas supply pipe 11 was not used, and a film was formed by providing a showerhead-shaped raw material gas outlet on the electrode side on which the base material was not held. A plastic substrate coated with a zirconium oxide film was obtained.

上記実施例及び比較例で得られた酸化膜を被覆したプラスチック基材のSiOH/SiO比、膜厚均一性、水蒸気バリア性の測定結果を表1に示す。
実施例においては何れの評価も良好な結果を示し、特に実施例10において最もSiOH/SiO比が小さく、欠陥が少なく良質な膜で、膜厚も厚く均一で、良好な水蒸気バリア性を示した。原料ガス供給管11の先端部をプラズマ発生領域外に設置した比較例の場合、膜厚が薄く不均一で、SiOH/SiO比が大きく欠陥が多い膜となり、水蒸気バリア性に劣る結果を示した。
Table 1 shows the measurement results of the SiOH / SiO ratio, film thickness uniformity, and water vapor barrier properties of the plastic substrates coated with the oxide films obtained in the above Examples and Comparative Examples.
In the examples, all the evaluations showed good results, and in particular, in Example 10, the SiOH / SiO ratio was the smallest, there were few defects, a good quality film, a thick and uniform film, and good water vapor barrier properties. . In the case of the comparative example in which the front end portion of the source gas supply pipe 11 was installed outside the plasma generation region, the film thickness was thin and non-uniform, and the film had a large SiOH / SiO ratio and many defects, indicating a poor water vapor barrier property. .

1:成膜装置
3:CVD成膜室
5:高周波電源
7:給電電極
9:対極
11:原料ガス供給管
13:ノズル
15:吹出口
17:排気口
20:フィルム状基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Film-forming apparatus 3: CVD film-forming chamber 5: High frequency power supply 7: Feed electrode 9: Counter electrode 11: Source gas supply pipe 13: Nozzle 15: Air outlet 17: Exhaust port 20: Film-like base material

Claims (6)

給電電極と対極との間の電極間に原料ガスを供給し、且つ、該電極間を減圧下に保持しながら、該給電電極に高周波電圧を印加することにより発生したプラズマによって、該給電電極または該対極上に保持されたフィルム状基材の表面に成膜する高周波プラズマCVD成膜法において、
前記原料ガスの供給管を前記電極間のプラズマ発光領域に伸ばし、該プラズマ発光領域内で該原料ガスを吹き出して成膜を行うことを特徴とする高周波プラズマCVD成膜法。
By supplying a source gas between the electrodes between the power supply electrode and the counter electrode and maintaining a high pressure between the electrodes while applying a high frequency voltage to the power supply electrode, the power supply electrode or In a high-frequency plasma CVD film forming method for forming a film on the surface of a film-like substrate held on the counter electrode,
A high-frequency plasma CVD film forming method, wherein a film is formed by extending a source gas supply pipe to a plasma light emitting region between the electrodes and blowing the raw material gas in the plasma light emitting region.
前記原料ガス供給管が、前記電極間の中間部に延びている、請求項1に記載の高周波プラズマCVD成膜法。   The high-frequency plasma CVD film forming method according to claim 1, wherein the source gas supply pipe extends to an intermediate portion between the electrodes. 前記原料ガスを、前記フィルム状基材が保持されている電極とは反対側の電極に向かって吹き出す、請求項1又は2に記載の高周波プラズマCVD成膜法。   The high frequency plasma CVD film-forming method of Claim 1 or 2 which blows off the said source gas toward the electrode on the opposite side to the electrode with which the said film-form base material is hold | maintained. 前記フィルム状基材が保持されている電極よりも反対側の電極に近い位置から、排気が行われる請求項1〜3の何れかに記載の高周波プラズマCVD成膜法。   The high frequency plasma CVD film-forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein evacuation is performed from a position closer to an electrode on the opposite side than the electrode on which the film-like substrate is held. 前記原料ガス供給管の先端部が環状のノズル部を有している請求項1〜4の何れかに記載の高周波プラズマCVD成膜法。   The high frequency plasma CVD film-forming method according to any one of claims 1 to 4, wherein a tip portion of the source gas supply pipe has an annular nozzle portion. 前記フィルム状基材を前記給電電極上に保持する、請求項1〜5の何れかに記載の高周波プラズマCVD成膜法。   The high frequency plasma CVD film-forming method in any one of Claims 1-5 which hold | maintains the said film-form base material on the said electric power feeding electrode.
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