JP2020125515A - Thin film deposition method and film deposition base material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空成膜法を利用して帯状の基材上に所定の機能を有する機能膜を形成するための薄膜形成方法、および所定の機能を有する機能膜が形成された成膜基材に関するものである。 The present invention relates to a thin film forming method for forming a functional film having a predetermined function on a strip-shaped substrate using a vacuum film forming method, and a film forming substrate having a functional film having a predetermined function formed thereon. It is about.
近年では、プラスチックフィルムなどの製品の表面に薄膜である機能膜をコーティングすることによって製品の機能を高める手法が他分野にわたって用いられている。プラスチックフィルムに酸化防止、水分浸入防止等を目的としたバリア膜を形成したバリアフィルムがその一例であり、その他透明導電膜、反射防止膜なども基材上に成膜されうる。 In recent years, a method of improving the function of a product by coating the surface of a product such as a plastic film with a thin functional film has been used in other fields. An example is a barrier film in which a barrier film is formed on a plastic film for the purpose of preventing oxidation, preventing intrusion of water, etc. Other transparent conductive films, antireflection films, etc. can also be formed on the substrate.
このような成膜基材は、たとえば下記特許文献1に示すような薄膜形成装置によって形成されている。この薄膜形成装置では、真空成膜法の一種であるプラズマCVD法により機能膜が基材に形成される。具体的には、真空チャンバ内に供給された機能膜の原料ガスがプラズマによって分解され、この分解された原料ガスが基材上に堆積することにより、機能膜が形成される。
Such a film-forming substrate is formed, for example, by a thin film forming apparatus as shown in
しかし、上記の薄膜形成装置による薄膜形成方法では、基材上に形成された機能膜の性能が低下する可能性があった。具体的には、機能膜を形成する工程においてプラズマによって基材が加熱されるため、基材からアウトガスが発生する可能性があり、このアウトガスが基材上に形成中である機能膜に混入し、その結果機能膜の性能を低下させるおそれがあった。 However, in the thin film forming method using the above thin film forming apparatus, the performance of the functional film formed on the base material may be deteriorated. Specifically, since the base material is heated by the plasma in the step of forming the functional film, outgas may be generated from the base material, and this outgas is mixed into the functional film being formed on the base material. As a result, the performance of the functional film may be deteriorated.
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、基材からのアウトガスが機能膜の性能を低減させることを防ぐことができる薄膜形成方法および成膜基材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 an object thereof is to provide a thin film forming method and a film-forming substrate capable of preventing outgas from the substrate from reducing the performance of a functional film. I am trying.
上記課題を解決するために本発明の薄膜形成方法は、基材に真空成膜法により機能膜を形成する薄膜形成方法であり、基材の表面に第1のバッファ層を形成する第1のバッファ層形成工程と、前記第1のバッファ層の表面に前記第1のバッファ層よりも密度が高い第1の機能層を形成する第1の機能層形成工程と、を有し、前記第1のバッファ層形成工程では、少なくとも一部において前記第1の機能層形成工程における成膜温度以上の成膜温度で前記第1のバッファ層を形成することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a thin film forming method of the present invention is a thin film forming method of forming a functional film on a base material by a vacuum film forming method, and a first buffer layer forming method for forming a first buffer layer on the surface of the base material. A first functional layer forming step of forming a first functional layer having a density higher than that of the first buffer layer on a surface of the first buffer layer; In the buffer layer forming step, the first buffer layer is formed at least at a portion at a film forming temperature equal to or higher than the film forming temperature in the first functional layer forming step.
上記薄膜形成方法によれば、第1のバッファ層形成工程では、少なくとも一部において第1の機能層形成工程における成膜温度以上の成膜温度で第1のバッファ層を形成することにより、第1の機能層形成工程における成膜温度以上の成膜温度で第1のバッファ層を形成している最中に基材からアウトガスが積極的に発生するため、第1の機能層形成工程が開始する時点で基材からはアウトガスが出尽くした状態を形成することができ、その結果、基材からのアウトガスが第1の機能層の性能を低減させることを防ぐことができる。 According to the above-mentioned thin film forming method, in the first buffer layer forming step, the first buffer layer is formed at least at a film forming temperature higher than the film forming temperature in the first functional layer forming step. Since the outgas is actively generated from the base material during the formation of the first buffer layer at the film formation temperature higher than the film formation temperature in the first functional layer formation step, the first functional layer formation step is started. At that time, a state in which the outgas is exhausted from the base material can be formed, and as a result, it is possible to prevent the outgas from the base material from reducing the performance of the first functional layer.
また、前記第1のバッファ層と同じ材料を用いて前記第1の機能層の表面に前記第1の機能層よりも密度が低い第2のバッファ層を形成する第2のバッファ層形成工程をさらに有し、前記第2のバッファ層形成工程における成膜温度は前記第1の機能層形成工程における成膜温度よりも低いことが好ましい。 A second buffer layer forming step of forming a second buffer layer having a density lower than that of the first functional layer on the surface of the first functional layer using the same material as that of the first buffer layer. Further, it is preferable that the film forming temperature in the second buffer layer forming step is lower than the film forming temperature in the first functional layer forming step.
こうすることにより、熱による成膜基材へのダメージを最小限にしつつ、バッファ層と機能層とが交互に積層された成膜基材を形成することができる。 By doing so, it is possible to form the film-forming substrate in which the buffer layers and the functional layers are alternately laminated while minimizing the damage to the film-forming substrate by heat.
また、前記第1のバッファ層工程では、少なくとも前記第1のバッファ層の形成が完了する段階における成膜温度は前記第1の機能層形成工程における成膜温度よりも低くても良い。 Further, in the first buffer layer step, the film forming temperature at least at the stage when the formation of the first buffer layer is completed may be lower than the film forming temperature in the first functional layer forming step.
こうすることにより、第1の機能層の機能が低減することをさらに防ぐことができる。 By doing so, it is possible to further prevent the function of the first functional layer from being reduced.
また、前記基材は樹脂から形成されていると良い。 The base material is preferably made of resin.
このような基材からは多量のアウトガスが発生する可能性があるため、本発明の薄膜形成方法が好適に用いられうる。 Since a large amount of outgas may be generated from such a substrate, the thin film forming method of the present invention can be preferably used.
また、前記第1のバッファ層および前記第2のバッファ層は水素および炭素を含有していても良い。 Further, the first buffer layer and the second buffer layer may contain hydrogen and carbon.
このような場合、第1のバッファ層と第2のバッファ層とで組成に大きな差が生じる。 In such a case, there is a large difference in composition between the first buffer layer and the second buffer layer.
また、上記課題を解決するために本発明の成膜基材は、基材と、基材の表面に形成された薄膜である第1のバッファ層と、前記第1のバッファ層の表面に形成された前記第1のバッファ層よりも密度が高い薄膜である第1の機能層と、材料が前記第1のバッファ層と同じであり、前記第1の機能層の表面に形成された薄膜である第2のバッファ層と、を備えた成膜基材であり、前記第1のバッファ層および前記第2のバッファ層は水素および炭素を含有し、前記第1のバッファ層の水素濃度は前記第2のバッファ層の水素濃度よりも低く、前記第1のバッファ層の炭素濃度は前記第2のバッファ層の炭素濃度よりも高いことを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, a film-forming substrate of the present invention is formed on a substrate, a first buffer layer which is a thin film formed on the surface of the substrate, and a surface of the first buffer layer. A first functional layer which is a thin film having a higher density than that of the first buffer layer, and a thin film which is made of the same material as the first buffer layer and is formed on the surface of the first functional layer. And a second buffer layer, wherein the first buffer layer and the second buffer layer contain hydrogen and carbon, and the hydrogen concentration of the first buffer layer is the above-mentioned. The hydrogen concentration of the second buffer layer is lower than that of the second buffer layer, and the carbon concentration of the first buffer layer is higher than that of the second buffer layer.
上記成膜基材によれば、第1のバッファ層の形成時に基材からのアウトガスが出尽くしている可能性が高く、第1の機能層の機能が低減することを防ぐことができる。 According to the film-forming substrate, it is highly possible that outgas from the substrate is exhausted during the formation of the first buffer layer, and it is possible to prevent the function of the first functional layer from being reduced.
また、前記第1のバッファ層の水素濃度は、30at%以上45at%以下であり、前記第2のバッファ層の水素濃度は、45at%以上60at%以下であり、前記第1のバッファ層の炭素濃度は、25at%以上40at%以下であり、前記第2のバッファ層の炭素濃度は、15at%以上25at%以下であると良い。 The hydrogen concentration of the first buffer layer is 30 at% or more and 45 at% or less, the hydrogen concentration of the second buffer layer is 45 at% or more and 60 at% or less, and the carbon of the first buffer layer is The concentration is preferably 25 at% or more and 40 at% or less, and the carbon concentration of the second buffer layer is preferably 15 at% or more and 25 at% or less.
このような場合、第1の機能層の機能が低減することを防ぐことができると同時に、熱による成膜基材へのダメージを最小限にしつつ、バッファ層と機能層とが交互に積層された成膜基材が形成される。 In such a case, the function of the first functional layer can be prevented from being reduced, and at the same time, the buffer layer and the functional layer are alternately laminated while the damage to the film-forming substrate by heat is minimized. A film-forming substrate is formed.
本発明の薄膜形成方法および成膜基材によれば、基材からのアウトガスが機能膜の性能を低減させることを防ぐことができる。 According to the thin film forming method and the film-forming substrate of the present invention, it is possible to prevent the outgas from the substrate from reducing the performance of the functional film.
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1の概略図であり、正面図である。
FIG. 1 is a schematic view and a front view of a thin
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、可撓性を有する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、酸化耐久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、メインロール5を収容するメインロールチャンバ6と、薄膜を形成する成膜チャンバ7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、各成膜チャンバ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はそれぞれ略円筒形状の芯部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、巻出しロール3および巻取りロール4によっていわゆるロールトゥロール搬送が行われ、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が下流側にある芯部41から引張力を受けた状態で上流側にある芯部31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、芯部31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、芯部41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〜1600mm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、たとえばPET(polyethylene terephthalate)などの樹脂フィルム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。
In this way, the
また、芯部31と芯部41の回転方向が逆転することにより、基材2の搬送方向が反転する。図1に矢印で示す搬送方向(メインロール5が反時計回りに回転して基材2を搬送する方向)から搬送方向が反転した場合、上記とは逆に芯部41が巻出し側となり芯部31が巻取り側となる。そして、所定の時間毎に基材2の搬送方向が反転しながら成膜が行われることにより、薄膜形成装置1内で基材2が往復しながら成膜が行われる。
Moreover, the conveyance direction of the
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、それぞれの芯部31および芯部41よりも大径の略円筒形状に形成されている。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駆動制御され、回転する。巻出しロール3と巻取りロール4は、このメインロール5の回転動作に応じて回転が制御され、これにより、巻出しロール3から送り出された基材2は、所定の張力が負荷された状態でメインロール5の外周面51に沿って搬送される。すなわち、メインロール5の外周面51に基材2が沿った状態で巻出しロール3および巻取りロール4がメインロール5の回転に応じて基材2の搬送に連動するように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、その表面が成膜部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。
The main roll 5 is arranged between the unwinding
このように基材2が張った状態で搬送され、基材2が搬送されながら成膜部7によって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防ぐことができると同時に、基材2と成膜部7内のプラズマ電極72との距離が略均一となり、均一な膜厚の薄膜を形成しやすくなる。なお、成膜時の基材2の搬送速度は、40〜50m/分にも及ぶ。
In this way, the
また、メインロール5から巻取りロールまでの張力を巻出しロールからメインロール5までの張力よりも若干高くすることにより、メインロール5上で基材2をさらにぴったりと張り付かせることができる。
Further, by making the tension from the main roll 5 to the take-up roll a little higher than the tension from the unwind roll to the main roll 5, the
メインロールチャンバ6は、メインロール5を収容してチャンバ内の圧力を一定に保持するために周囲をカバーに囲まれた空間である。メインロールチャンバ6は、薄膜形成装置1の外装を形成するカバーのほかに間仕切り部61を有し、この間仕切り部61によりメインロールチャンバ6と後述の成膜チャンバ7とが薄膜形成装置1内で仕切られている。この間仕切り部61によって、メインロール5の外周部51に沿って搬送される基材2の一部のみが成膜チャンバ7にさらされる形態をとる。
The main roll chamber 6 is a space surrounded by a cover for accommodating the main roll 5 and keeping the pressure in the chamber constant. The main roll chamber 6 has a
また、本実施形態におけるメインロールチャンバ6を形成する奥行き方向(図1におけるY軸方向)のカバーは、図示はしないが基材2の幅方向(Y軸方向)の端部に近接するように設けられている。
Further, the cover in the depth direction (Y-axis direction in FIG. 1) forming the main roll chamber 6 in the present embodiment is arranged so as to be close to the end portion in the width direction (Y-axis direction) of the
また、本実施形態では成膜チャンバ7側にのみ真空ポンプ71が設けられ、真空ポンプ71が作動することにより成膜チャンバ7とともにメインロールチャンバ6も減圧される形態をとっているが、メインロールチャンバ6側にも真空ポンプが設けられていても良い。
Further, in the present embodiment, the
なお、メインロールチャンバ6にも真空ポンプが設けられる場合、成膜チャンバ7で発生したパーティクルが成膜チャンバ7の外に巻き上がることを防止するために、メインロールチャンバ6内の圧力は成膜チャンバ7内の圧力よりも高圧になるように設定されていることが好ましい。
When the main roll chamber 6 is also provided with a vacuum pump, the pressure in the main roll chamber 6 is set to prevent the particles generated in the
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がメインロールチャンバ6内に収容されているが、これらをメインロールチャンバ6の外に設ける構成であってもよい。ただし、本実施形態のようにこれらをメインロールチャンバ6内に設けることによって、基材2や成膜後の基材2(成膜基材)を大気に曝すことから保護することができる。
In the present embodiment, the unwinding
成膜チャンバ7は、真空成膜法の一種であるプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により基材2上に薄膜を形成する手段である。この成膜チャンバ7は、チャンバ内を減圧する真空ポンプ71と、プラズマを発生させるための高電圧を印加するプラズマ電極72と、基材2に形成する薄膜の原料となる原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給部73と、を有している。また、本実施形態では、プラズマの原料であるプラズマ形成ガスも、原料ガス供給部73から供給される。
The
この成膜チャンバ7では、真空ポンプ71により成膜チャンバ7内が減圧されて原料ガス供給部73からプラズマ形成ガスが供給された状態でプラズマ電極72に電圧が印加されることにより、プラズマ電極72の近傍でプラズマが発生し、成膜チャンバ7内がプラズマ雰囲気となる。このようにプラズマ雰囲気となった状態において、原料ガス供給部73から原料ガスが供給されることにより、原料ガスがこのプラズマにより分解され(活性化され)、成膜チャンバ7と対向する基材2の膜形成面に薄膜を形成する。
In the
また、本実施形態では、減圧による成膜チャンバ7内の圧力を制御する図示しない圧力制御機構がさらに設けられており、原料ガスが供給される前に所定の圧力になるまで、真空ポンプ71によって成膜チャンバ7内が減圧される。なお、本実施形態では、成膜部7の内部が10−2Pa以下になるまで減圧された後、原料ガスが供給される。そして、原料ガスが供給されることにより成膜部7の内部が0.5Pa〜3.0Pa程度になった状態下で成膜が行われる。
Further, in the present embodiment, a pressure control mechanism (not shown) for controlling the pressure in the
また、本実施形態ではメインロール5に対向するように4つの成膜チャンバ7(成膜チャンバ7a乃至7d)が並ぶように設けられており、巻出しロール3、巻取りロール4、メインロール5などが回転することによって基材2が搬送されながら各成膜チャンバ7による成膜が行われることにより、基材2には成膜チャンバ7a、成膜チャンバ7b、成膜チャンバ7c、成膜チャンバ7dによる薄膜の形成が順に実施される。また、巻出しロールと巻取りロールの役割が交代し、基材の搬送方向が逆転した場合は、基材2には成膜チャンバ7d、成膜チャンバ7c、成膜チャンバ7b、成膜チャンバ7aによる薄膜の形成が順に実施される。なお、4つの成膜チャンバ7ともに上記真空ポンプ71、プラズマ電極72、および原料ガス供給部73を有しているが、作図の都合上、図1では成膜チャンバ7bが有する真空ポンプ71、プラズマ電極72、および原料ガス供給部73にのみ符号が付されている。
Further, in the present embodiment, four film forming chambers 7 (
プラズマ電極72は、メインロール5の幅方向(Y軸方向)に延びる略U字形状を有しており、図1には、略U字形状のプラズマ電極72の略直線状の部分の断面のみが示されている。また、プラズマ電極72の端部には、図示しない高周波電源が接続されている。
The
また、プラズマ電極72の折り返し部分は成膜チャンバ7の外側に位置するように形成されており、プラズマ電極72の略直線状の部分のみがメインロール5上の基材2と対向するようになっている。
Further, the folded portion of the
また、プラズマ電極72は、メインロール5と対向する方向に開口を有する電極カバー74に囲まれている。成膜中は成膜チャンバ7は減圧状態ではあるが、この電極カバー74によって、プラズマ電極72の近傍に供給されたプラズマ形成ガスが拡散することが抑えられ、プラズマの形成および維持を容易にしている。
Further, the
原料ガス供給部73は、成膜チャンバ7内のメインロール5の近傍に設けられた、メインロール5の幅方向(Y軸方向)に延びるパイプ状の部材であり、薄膜形成装置1の外の図示しない原料ガス供給手段と配管を経由して接続されている。また、原料ガス供給部73には、Y軸方向に複数の開口が設けられており、メインロール5上の基材2の膜形成面の近傍に対し、基材2の幅方向(Y軸方向)にわたって略均一に原料ガスが供給される。
The raw material gas supply unit 73 is a pipe-shaped member provided in the vicinity of the main roll 5 in the
また、本実施形態では、原料ガス供給部73は薄膜形成装置1の外の図示しないプラズマ形成ガス供給手段とも配管を経由して接続されており、上記の通りプラズマ形成ガスも原料ガス供給部73から成膜チャンバ7内のプラズマ電極72の近傍へ供給される。
Further, in the present embodiment, the source gas supply unit 73 is also connected to a plasma forming gas supply unit (not shown) outside the thin
ここで、本実施形態では原料ガスはたとえばHMDS(ヘキサメチルジシラザン)ガスである。HMDSガスはケイ素および炭素を含んでおり、プラズマ形成ガスとしてアルゴンガス、窒素ガスなどが供給されることにより、密着性の高い炭化ケイ素(SiC)系の薄膜が形成され、また、プラズマ形成ガスとして酸素ガスが供給されることにより、緻密でバリア性の高いSiO2膜が形成される。
Here, in this embodiment, the source gas is, for example, HMDS (hexamethyldisilazane) gas. The HMDS gas contains silicon and carbon, and by supplying argon gas, nitrogen gas or the like as a plasma forming gas, a silicon carbide (SiC)-based thin film having high adhesion is formed, and as a plasma forming gas. By supplying the oxygen gas, a
次に、以上の構成を有する薄膜形成装置1を用いて行う本発明の薄膜形成方法について説明する。
Next, the thin film forming method of the present invention performed using the thin
まず、本発明の一実施形態における成膜基材のイメージを図2に示す。 First, FIG. 2 shows an image of a film-forming substrate in one embodiment of the present invention.
本実施形態では、基材2上に炭化ケイ素系薄膜とSiO2膜とが交互に積層されることにより、基材2にバリア膜という機能膜が形成され、成膜基材となる。
In this embodiment, a functional film called a barrier film is formed on the
この実施形態において、SiO2膜は上記の通りバリア性が高く、バリア膜のバリア性という機能に大きく関与する膜である。
In this embodiment, the
これに対し、炭化ケイ素系薄膜は、SiO2膜よりも密度が低いため、SiO2膜よりもバリア性は低く、バリア膜のバリア性にはほとんど関与しないため、SiO2膜と比較して組成に厳密な制限は無い。その代わり、上記の通り密着性が高く、この炭化ケイ素系薄膜を基材2とSiO2膜との間、およびSiO2膜とSiO2膜との間に形成させることにより、バリア性が高いだけでなくフレキシブル性が高いバリア膜が形成される。
On the other hand, the silicon carbide-based thin film has a lower density than the SiO2 film and thus has a lower barrier property than the SiO2 film and does not substantially contribute to the barrier property of the barrier film. There is no limit. Instead, the adhesiveness is high as described above, and by forming this silicon carbide thin film between the
ここで、本説明では、SiO2膜のように機能膜の機能に関与する層を機能層、炭化ケイ素系薄膜のように機能層よりも密度が低く機能膜全体の密着力を高めるための層をバッファ層と呼ぶ。
Here, in the present description, a layer that is involved in the function of the functional film, such as a
基材2上にはまずバッファ層が形成され、その上に機能層、バッファ層、機能層、の順に積層される。本説明では、図2に示すように基材2上に直接形成されるバッファ層を第1のバッファ層81、第1のバッファ層81の上に形成される機能層を第1の機能層91、第1の機能層91の上に形成されるバッファ層を第2のバッファ層82、第2のバッファ層82の上に形成される機能層を第2の機能層92、第2の機能層92の上に形成されるバッファ層を第3のバッファ層83、第3のバッファ層83の上に形成される機能層を第3の機能層93と呼ぶ。なお、図2はバッファ層と機能層とを3層ずつ積層させた例であるが、積層数は3層ずつとは限らず、1層ずつであっても4層以上ずつであっても構わない。
First, a buffer layer is formed on the
ここで、機能層であるSiO2膜は、原料ガスになるべく高いエネルギーを与えて分解することにより純度の高いSiO2膜を形成することができることから、比較的高い成膜温度(具体的には、60℃〜120℃)にて成膜が行われる。なお、本発明における成膜温度とは、真空成膜時に加熱された基材2の温度と定義する。この成膜温度は、たとえばプラズマ電極への投入パワー、基材2の搬送速度、メインロール5の温度などにより調節することが可能である。
Here, the SiO2 film, which is the functional layer, can be formed into a high-purity SiO2 film by decomposing it by giving as high energy as possible to the raw material gas, so that the film formation temperature is relatively high (specifically, 60%). The film is formed at a temperature of from 120 to 120°C. The film forming temperature in the present invention is defined as the temperature of the
一方、一部のバッファ層の組成では、高温で成膜することによって黄ばみが生じるなど膜の透明性に悪影響が生じるものもあるため、基本的には比較的低い成膜温度(具体的には、0℃〜50℃)にて成膜が行われる。したがって、基本的にはバッファ層を形成する際の成膜温度は機能層を形成する際の成膜温度よりも低い。 On the other hand, some of the buffer layer compositions have a negative effect on the transparency of the film, such as yellowing when the film is formed at a high temperature. Therefore, basically, the film formation temperature is relatively low (specifically, , 0°C to 50°C). Therefore, basically, the film forming temperature when forming the buffer layer is lower than the film forming temperature when forming the functional layer.
図3に、本発明の薄膜形成方法の実施例1を表すフロー図を示す。ここでは、バッファ層および機能層は図2の通り3層ずつ形成するものとして説明する。 FIG. 3 is a flow chart showing Example 1 of the thin film forming method of the present invention. Here, it is assumed that the buffer layer and the functional layer are formed by three layers as shown in FIG.
まず、基材2上に第1のバッファ層81を形成する(ステップS1)。なお、この第1のバッファ層81を形成する工程を本説明では第1のバッファ層形成工程と呼ぶ。
First, the
次に、第1のバッファ層81の上に第1の機能層91を形成する(ステップS2)。なお、機能層を成膜する際の成膜温度を成膜温度T0とする。また、この第1の機能層91を形成する工程を本説明では第1の機能層形成工程と呼ぶ。
Next, the first
次に、第1の機能層91の上に第2のバッファ層82を形成する(ステップS3)。なお、この第2のバッファ層82を形成する工程を本説明では第2のバッファ層形成工程と呼ぶ。
Next, the
次に、第2のバッファ層82の上に第2の機能層92を形成する(ステップS4)。
Next, the second
次に、第2の機能層92の上に第3のバッファ層83を形成する(ステップS5)。
Next, the
最後に、第3のバッファ層83の上に第3の機能層93を形成し(ステップS6)、基材2へのバリア膜の形成が完了する。
Finally, the third
ここで、本発明では、第1の機能層91を形成した後に形成するバッファ層、すなわち、第2のバッファ層82および第3のバッファ層83を形成する際の成膜温度は機能層の成膜温度(成膜温度T0)よりも低い成膜温度(成膜温度T1)であるのに対し、第1の機能層91を形成するより前に形成するバッファ層、すなわち、第1のバッファ層81の成膜温度は少なくとも一部において成膜温度T0以上の成膜温度T2としている。なお、実施例1では、第1のバッファ層81全体を成膜温度T2の条件下で形成している。
Here, in the present invention, the film formation temperature at the time of forming the buffer layer formed after forming the first
第1のバッファ層形成工程では少なくとも一部において第1の機能層形成工程における成膜温度以上の成膜温度で第1のバッファ層81を形成する理由を以下に示す。
The reason why the
基材2は、加熱されることによりアウトガスが発生する可能性がある。たとえば、基材2が水分などを含んでいた場合、この基材2が成膜時に加熱されると水分が蒸発し、アウトガスとして基材2の表面に発生する。
The
このアウトガスが機能膜に混入した場合、機能膜の純度が低減し、機能膜に求められる機能が低減するおそれがある。 When this outgas is mixed into the functional film, the purity of the functional film is reduced, and the function required of the functional film may be reduced.
ここで、第1のバッファ層形成工程が最初から最後まで第1の機能層形成工程における成膜温度よりも低い成膜温度で実施された場合、第1の機能層形成工程において基材2が第1のバッファ層形成工程で到達した成膜温度よりもさらに加熱された際に、基材2から新たにアウトガスが発生して第1の機能層91の純度が低下する可能性がある。
Here, when the first buffer layer forming step is performed from the beginning to the end at a film forming temperature lower than the film forming temperature in the first functional layer forming step, the
これに対し、本実施例では第1のバッファ層形成工程での成膜温度T2を第1の機能層形成工程での成膜温度T0以上とすることにより、第1のバッファ層形成工程内で基材2からアウトガスを出尽くさせることができ、第1の機能層形成工程において基材2からアウトガスが発生することを防ぐことができる。すなわち、第1の機能膜91の機能が低減することを防ぐことができる。
On the other hand, in this embodiment, the film formation temperature T2 in the first buffer layer forming step is set to be equal to or higher than the film forming temperature T0 in the first functional layer forming step, so that in the first buffer layer forming step. Outgas can be exhausted from the
なお、この場合、第1のバッファ層81にはアウトガスが混入する可能性があるが、バッファ層は機能膜の機能にはほとんど関与しない層であるため、機能膜の機能に支障をきたさない。
In this case, outgas may be mixed into the
次に、本発明の薄膜形成方法の実施例2を表すフロー図を図4に示す。 Next, a flow chart showing a second embodiment of the thin film forming method of the present invention is shown in FIG.
この実施形態では、第1のバッファ層形成工程において、まずは第1の機能層形成工程における成膜温度(成膜温度T0)以上の成膜温度(成膜温度T2)で成膜を実施し(ステップS1A)、その後、成膜温度T0よりも低い成膜温度(成膜温度T1)で成膜を実施することにより(ステップS1B)、1つの第1のバッファ層81を形成している。
In this embodiment, in the first buffer layer forming step, first, film formation is performed at a film forming temperature (film forming temperature T2) which is equal to or higher than the film forming temperature (film forming temperature T0) in the first functional layer forming step ( After step S1A), the film formation is performed at a film formation temperature (film formation temperature T1) lower than the film formation temperature T0 (step S1B) to form one
前述の通り、一部のバッファ層の組成では、高温で成膜することによって膜の透明性に悪影響が生じるものもある。また、高い成膜温度で形成されたバッファ層は応力が増大し、このバッファ層の応力に起因する基材2の反りが大きくなる可能性がある。このような場合は、本実施例のように、第1のバッファ層81全体を高温で成膜させることはせずに基材2からアウトガスを出尽くさせるために必要な最小限の時間のみ成膜温度を高くする、すなわち、第1のバッファ層81の一部のみ高温で成膜させることが好ましい。
As described above, in some buffer layer compositions, the transparency of the film may be adversely affected by forming the film at a high temperature. Further, the stress of the buffer layer formed at a high film forming temperature increases, and the warp of the
ここで、本実施例では、第1のバッファ層形成工程の少なくとも最後は低温で成膜を行っている。成膜温度が低い第1のバッファ層81の方が第1の機能層91との密着性が向上する場合、このように第1のバッファ層形成工程の最後は低温で成膜を行うことが好ましい。
Here, in this embodiment, film formation is performed at a low temperature at least at the end of the first buffer layer forming step. In the case where the
次に、本発明の薄膜形成方法の実施例3を表すフロー図を図5に示す。 Next, a flow chart showing a third embodiment of the thin film forming method of the present invention is shown in FIG.
本実施例では、第1のバッファ層形成工程において、まず第1の機能膜形成工程における成膜温度T0よりも低い成膜温度(成膜温度T1)で成膜を実施し(ステップS1a)、次に成膜温度T0以上の成膜温度(成膜温度T2)で成膜を実施し(ステップS1b)、次に成膜温度T0よりも低い成膜温度(成膜温度T1)で成膜を実施することにより(ステップS1c)、1つの第1のバッファ層81を形成している。
In this embodiment, in the first buffer layer forming step, film formation is first performed at a film forming temperature (film forming temperature T1) lower than the film forming temperature T0 in the first functional film forming step (step S1a). Next, film formation is performed at a film formation temperature T0 or higher (film formation temperature T2) (step S1b), and then film formation at a film formation temperature (film formation temperature T1) lower than the film formation temperature T0. By carrying out (step S1c), one
成膜温度が低い第1のバッファ層81の方が基材2および第1の機能層91との密着性が向上する場合、また、高温のプラズマにより基材2がエッチングや酸化などのダメージを受ける可能性がある場合、このように第1のバッファ層形成工程の最初と最後は低温で成膜を行うことが好ましい。
In the case where the
次に、上記実施例1乃至3によって得られた成膜基材のバリア性を以下の表1に示す。ここで、比較例として、第1のバッファ層形成工程を第1の機能膜形成工程における成膜温度T0よりも低い成膜温度(成膜温度T1)で実施した成膜基材のバリア性を併記している。 Next, the barrier properties of the film-forming substrates obtained in Examples 1 to 3 are shown in Table 1 below. Here, as a comparative example, the barrier property of the film-forming substrate obtained by performing the first buffer layer forming step at a film forming temperature (film forming temperature T1) lower than the film forming temperature T0 in the first functional film forming step is shown. Also listed.
いずれの実施例においても、比較例よりもバリア性が大きく向上している。これは、前述の通り第1のバッファ層形成工程において基材2のアウトガスが出尽くされ、第1の機能膜91の純度が向上したためであると考えられる。
In each of the examples, the barrier property is greatly improved as compared with the comparative example. It is considered that this is because the outgas of the
次に、上記実施例1の薄膜形成方法によって得られた成膜基材中の第1のバッファ層81と第2のバッファ層82の組成を図6に示す。図6のグラフにおいて、ハッチングを有さない方が第1のバッファ層81の組成を表すグラフであり、ハッチングを有する方が第2のバッファ層82の組成を表すグラフである。
Next, FIG. 6 shows the composition of the
図6が示す通り、成膜温度に差がある第1のバッファ層81と第2のバッファ層82において、水素と炭素の含有率に大きな差があり、第1のバッファ層81の水素濃度は第2のバッファ層82の水素濃度よりも低く、第1のバッファ層81の炭素濃度は第2のバッファ層82の炭素濃度よりも高い。
As shown in FIG. 6, the
このように第1のバッファ層81と第2のバッファ層82との間で水素濃度および炭素濃度に差が生じる要因として、比較的高い成膜温度で成膜した場合には脱水縮合反応が促進されて水素が膜中に残りにくくなる一方、炭素に関しては炭化が進むため膜中に残りやすいことが考えられる。すなわち、第1のバッファ層81と第2のバッファ層82において、第1のバッファ層81の水素濃度は第2のバッファ層82の水素濃度よりも低く、第1のバッファ層81の炭素濃度は第2のバッファ層82の炭素濃度よりも高いという特徴がある場合は、第1のバッファ層81の成膜温度は第2のバッファ層82の成膜温度よりも高いことが推定され、第1のバッファ層81の形成時に基材2からアウトガスを充分放出させることができている。
As described above, the cause of the difference in the hydrogen concentration and the carbon concentration between the
また、第1のバッファ層81の水素濃度は、30at%以上45at%以下であり、第2のバッファ層82の水素濃度は、45at%以上60at%以下であり、第1のバッファ層81の炭素濃度は、25at%以上40at%以下であり、第2のバッファ層82の炭素濃度は、15at%以上25at%以下であると良い。
Further, the hydrogen concentration of the
このような場合、第1の機能層91の機能が低減することを防ぐことができると同時に、熱による成膜基材へのダメージを最小限にしつつ、バッファ層と機能層とが交互に積層された成膜基材が形成される。
In such a case, the function of the first
以上の薄膜形成方法および成膜基材により、基材からのアウトガスが機能膜の性能を低減させることを防ぐことが可能である。 The thin film forming method and the film-forming substrate described above can prevent outgas from the substrate from reducing the performance of the functional film.
ここで、本発明の薄膜形成方法および成膜基材は、図示する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、本説明ではバリア膜が機能膜に相当する実施形態を示したが、これに限らず、透明導電膜、反射防止膜などその他の機能膜の形成をするために本発明の薄膜形成方法が用いられても良い。 Here, the thin film forming method and the film-forming substrate of the present invention are not limited to the illustrated form, and may have other forms within the scope of the present invention. For example, in the present description, the embodiment in which the barrier film corresponds to the functional film has been shown, but the present invention is not limited to this, and the thin film forming method of the present invention is used to form other functional films such as a transparent conductive film and an antireflection film. It may be used.
また、本説明では薄膜の形成にプラズマCVD法を用いているが、それに限らず熱を伴って基材が膨張する可能性がある真空成膜法であれば、たとえば触媒化学気相成長法(Cat CVD)のようなその他のCVD法、もしくはスパッタ法、蒸着法といったその他の真空成膜法の場合であっても本発明の薄膜形成方法が好適に用いられる。 Further, although the plasma CVD method is used for forming the thin film in the present description, the present invention is not limited to this, and any vacuum film forming method in which the base material may expand due to heat may be, for example, a catalytic chemical vapor deposition method ( The thin film forming method of the present invention is preferably used even in the case of other CVD method such as Cat CVD) or other vacuum film forming method such as sputtering method and vapor deposition method.
また、上記の説明では基材はPETフィルムとしているが、これに限らずPENフィルムなど他の樹脂フィルムであっても良い。また、樹脂フィルムに限らず、アウトガスの発生のおそれがあるものであれば、金属フィルムなどでも良い。 Further, although the base material is the PET film in the above description, the base material is not limited to this and may be another resin film such as a PEN film. Further, not limited to the resin film, a metal film or the like may be used as long as it may cause outgas.
また、図2で示した実施例では成膜対象である基材2は単層のフィルムであるが、それに限らず、図7に示すように基材2がフィルム本体21上にコーティング層22が形成されたものであっても構わない。コーティング層22は、たとえば平坦化層やアンダーコート層などであって液状材料が塗布、乾燥されて形成されたものであり、真空・加熱環境下でフィルム本体21よりもアウトガスを多く発生させるおそれがある。このような場合にも、本発明が好適に用いられうる。
Further, in the embodiment shown in FIG. 2, the
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 メインロールチャンバ
7 成膜チャンバ
7a 成膜チャンバ
7b 成膜チャンバ
7c 成膜チャンバ
7d 成膜チャンバ
21 フィルム本体
22 コーティング層
31 芯部
41 芯部
51 外周面
61 間仕切り部
71 真空ポンプ
72 プラズマ電極
73 原料ガス供給部
74 電極カバー
81 第1のバッファ層
82 第2のバッファ層
83 第3のバッファ層
91 第1の機能層
92 第2の機能層
93 第3の機能層
DESCRIPTION OF
Claims (7)
基材の表面に第1のバッファ層を形成する第1のバッファ層形成工程と、
前記第1のバッファ層の表面に前記第1のバッファ層よりも密度が高い第1の機能層を形成する第1の機能層形成工程と、
を有し、
前記第1のバッファ層形成工程では、少なくとも一部において前記第1の機能層形成工程における成膜温度以上の成膜温度で前記第1のバッファ層を形成することを特徴とする、薄膜形成方法。 A thin film forming method for forming a functional film on a substrate by a vacuum film forming method,
A first buffer layer forming step of forming a first buffer layer on the surface of the base material;
A first functional layer forming step of forming a first functional layer having a density higher than that of the first buffer layer on the surface of the first buffer layer;
Have
In the first buffer layer forming step, at least part of the first buffer layer is formed at a film forming temperature equal to or higher than the film forming temperature in the first functional layer forming step. ..
基材の表面に形成された薄膜である第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の表面に形成された前記第1のバッファ層よりも密度が高い薄膜である第1の機能層と、
材料が前記第1のバッファ層と同じであり、前記第1の機能層の表面に形成された薄膜である第2のバッファ層と、
を備えた成膜基材であり、
前記第1のバッファ層および前記第2のバッファ層は水素および炭素を含有し、前記第1のバッファ層の水素濃度は前記第2のバッファ層の水素濃度よりも低く、前記第1のバッファ層の炭素濃度は前記第2のバッファ層の炭素濃度よりも高いことを特徴とする、成膜基材。 Base material,
A first buffer layer, which is a thin film formed on the surface of the substrate,
A first functional layer formed on the surface of the first buffer layer, which is a thin film having a density higher than that of the first buffer layer;
A second buffer layer, which is the same material as the first buffer layer and is a thin film formed on the surface of the first functional layer;
A film-forming substrate having
The first buffer layer and the second buffer layer contain hydrogen and carbon, the hydrogen concentration of the first buffer layer is lower than the hydrogen concentration of the second buffer layer, the first buffer layer The carbon concentration of is higher than that of the second buffer layer.
前記第2のバッファ層の水素濃度は、45at%以上60at%以下であり、
前記第1のバッファ層の炭素濃度は、25at%以上40at%以下であり、
前記第2のバッファ層の炭素濃度は、15at%以上25at%以下であることを特徴とする、請求項6に記載の成膜基材。 The hydrogen concentration of the first buffer layer is 30 at% or more and 45 at% or less,
The hydrogen concentration of the second buffer layer is 45 at% or more and 60 at% or less,
The carbon concentration of the first buffer layer is 25 at% or more and 40 at% or less,
The film-forming substrate according to claim 6, wherein the carbon concentration of the second buffer layer is 15 at% or more and 25 at% or less.
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