JP3031551B2 - ガスバリアー性蒸着フィルムの製造方法 - Google Patents

ガスバリアー性蒸着フィルムの製造方法

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JP3031551B2 JP63202568A JP20256888A JP3031551B2 JP 3031551 B2 JP3031551 B2 JP 3031551B2 JP 63202568 A JP63202568 A JP 63202568A JP 20256888 A JP20256888 A JP 20256888A JP 3031551 B2 JP3031551 B2 JP 3031551B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、巻取りロールから供給された高分子基材上
への金属化合物薄膜を形成した蒸着フィルムの製造方法
に関し、特に、酸化物、窒化物の化合物薄膜を形成した
ガスバリアー性蒸着フィルムの製造方法に関する。
<従来技術> 近年、薄膜化技術の発展に伴い、従来からの精密電子
分野等におけるシリコンウェハー上への薄膜形成から、
耐熱性のない高分子基材上への薄膜形成が検討されてい
る。
特に高分子基材上への薄膜形成としては、真空蒸着、
スパッタリング法により行われ、Al、Cr、Ag、Au、等の
薄膜は従来から装飾、包装材料の分野で、更にはコンデ
ンサー材料として、多量生産されている。
しかし、より高機能、高付加価値を付与するために
は、単に金属薄膜を施すだけでは限界があり、現在、様
々な方法で各種化合物薄膜を設けることが検討されてい
る。
例えば、前記薄膜を設ける手段として、反応性蒸
着、反応性スパッタリング、反応性イオンプレーテ
ィングの方法があり、それぞれの方法には、以下のよう
な特徴を有する。
まず、の反応性蒸着は、金属または金属化合物を一
般的な加熱方法で蒸発させ、この活性種と化合物化した
い活性種をマイクロ波、高周波等によりプラズマ励起さ
せ、基材上に薄膜を形成させる方法があるが、金属化合
物(酸化物、窒化物)の蒸着は、分解等により真空度が
不安定でかつ、蒸着速度も安定せず、安定蒸着が容易で
ない。更には活性種のイオン化効率があまり高くできな
いことにより、高分子基材上に成膜されたものは金属成
分が多くなりやすく、かつ、均一なものは得られにく
い。
また、の反応性スパッタリングによる薄膜を形成す
る方法について述べると、この方法では、基本的に成膜
したい薄膜材料のスパッタリングターゲットが作成でき
れば、前述の反応性蒸着法により形成した薄膜ほど、得
られる化合物薄膜の均一性には問題がないが、このター
ゲットが非常に高価になり、かつ、入手に時間がかか
る。
そのうえ、前述の方法と同様にターゲット物質そのも
のと同組成物の薄膜成膜には、問題があり、スパッタリ
ングによりたたき出された物質は、分解しながら基材上
に成膜される点では、前述の反応性蒸着法と同じであ
る。
この反応性スパッタの最大の問題点は成膜速度、すな
わち、生産性が極めて小さいことである。の反応イオ
ンプレーティング法は、の反応性蒸着と基本的な点で
は同じであるが、蒸発された成膜活性種が、蒸発源と基
材間でプラズマ励起によりイオン化され、かつ、基材上
に電界により加速し、成膜する方法である。
この方法はバッチ式による方法では金属酸化物、窒化
物を成膜は可能であるが、巻取りロールから供給された
高分子基材上に連続的に金属化合物を成膜することは、
装置面に問題があり、技術的に問題が残されている。
上記方法以外にも、イオンビームスパッタリング(IB
S)、イオンベーパーディポジション(IVD)、クラスタ
ーイオンビーム法など色々の方法が検討されているが、
いずれも使用できる基材としては、ガラス等の耐熱性の
ある材料に特定され、高分子基材のようなガラス等と比
較して耐熱性のないものについては、装置的に問題があ
り、かつ、連続的に処理できる装置等も開発途上である
のが現状である。
<発明が解決しようとする課題> 以上のような従来の方法では、巻取りロールから供給
された高分子基材上に金属化合物薄膜を成膜するには、
薄膜組成の均一性、成膜速度が遅いという点、更には連
続的に高速成膜できないなどの問題点があった。
本発明の目的は、高速で蒸着を行っても均一な金属化
合物薄膜を巻取りロールから供給された高分子フィルム
上に形成できるガスバリアー性蒸着フィルムの製造方法
を提供することにある。
<課題を解決するための手段> 本発明は、巻取りロールから供給された高分子基材上
に金属蒸着層を連続的に成膜し、次いで、該金属蒸着層
の外側から金属化合物を形成されるべく活性種からなる
イオン源から、該金属蒸着層に、該イオン注入を同一真
空系内で行うことにより、金属化合物薄膜を形成するガ
スバリアー性蒸着フィルムの製造方法である。
具体的には、本発明は、同一真空系内で巻取りロール
から供給される厚さが12μm〜100μmの高分子基材を
円柱状の冷却ロールに密着しながら、金属を真空蒸着法
により連続的に成膜し、厚さ400Å〜2000Åの金属蒸着
層を形成し、次いで、数mA〜100mAのビーム電流により
酸素、窒素のいずれか一方、または前記二種の混合ガス
からなるイオン種を連続的に前記金属蒸着層に注入する
ことで、少なくとも最外層側に連続的に金属化合物薄膜
を形成することを特徴とするガスバリアー性蒸着フィル
ムの製造方法である。
以下、さらに詳細に説明すると第1図は、上記本発明
の蒸着フィルムの製造方法に使用する装置の説明図であ
る。
まず、高分子フィルム(1)が真空系内(2)で巻き
出しロール(3)から連続的に幾つかの制御ロール
(4)、ダンサーロール(5)、エキスバンダーロール
(6)を通り、抵抗加熱、高周波誘導加熱、または電子
ビーム加熱等の加熱手段を備えた蒸着源(7)により金
属薄膜を高分子フィルム上に連続的に形成し、次いで、
窒素、酸素またはこれらを含む混合ガスから成るイオン
ビーム(8)を該金属薄膜上に連続的にあて、該金属薄
膜の最外層または全体を金属化合物化させながら、同様
に幾つかのロールを経て、巻取りロール(9)に一定ス
ピードで巻き取り、製造される。
この場合、金属薄膜を形成する直前に加熱ロール(1
0)、赤外オーブン(12)等なんらかの手段で高分子フ
ィルム表面を瞬間的にガラス転移点以上の温度に加熱さ
せることにより、基材フィルムと薄膜の密着性を向上さ
せることが可能である。
また、更にイオンビームにより、金属蒸着層上にイオ
ン注入を行なった後、高分子フィルムの耐熱温度以内で
アシスト的に加熱部(13)で熱処理することで、金属蒸
着層の金属化合物化の促進効果がある。
(8)のイオンビームとは、窒素酸素等のガスがボン
ペ(20)からイオンソース(30)に導入され、イオンビ
ームを発生させる。このイオンビーム(8)は、電場
(31)で加速され、前工程で高分子フィルム上に形成し
た金属薄膜上に照射し、イオン注入される。
しかし、この効果は最外層から数十〜数千Åオーダー
の深さになるように、ビームパワーを調整しなければな
らない。通常のシリコンウェハー等へのイオン注入と同
様な条件で処理すると耐熱性のない高分子フィルムの場
合、基材が熱変性し分解していまい好ましくない。用い
るイオン源により条件は異なるが、ビーム電流で数mA〜
100mAが適当である。詳細な条件は、用いる高分子基
材、金属蒸着層の種類、イオン源の種類、高分子基材、
金属蒸着層の厚さ等により異なる。
本発明に用いられる高分子フィルムとしては、ポリ塩
化ビニル、ポリエチレン、ポリエステルフィルム、ポリ
ビニルブチラール、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポ
リアミド、ポリカーボネート、セロハン等があり、単
体、もしくは積層体にしたもののいずれでもかまわな
い。そして、通常5〜300μmで好ましくは、12〜100μ
mであり、必要に応じて、絵・文字等の印刷層を施して
もよい。
次に本発明でいう金属蒸着層としてはMg,Al,Si,Ti,Z
n,Ni,Zr,In,Sn,Ta,Pb,Ba,Fe等であり、特にAl,Siが好ま
しい。また層厚は通常の真空蒸着時のものと同じでかま
わない。すなわち400〜2000Åで十分である。イオン注
入による化合物層は数十から多くても1000Å程度なの
で、1000Å以上あまり厚く蒸着層を設けると最終的に高
分子基材上に設けられた層は金属−金属化合物層となり
均一化合物層にならない。
一方、蒸着層が薄すぎるとイオン注入によるベースの高
分子基材への劣化が影響することから、金属蒸着層の厚
は数百〜1000Åが好ましい。
<作用> 本発明によれば、同一真空系内で第一工程に金属成
膜、第二工程にイオン注入を少なくとも一工程設けるこ
とで、従来にない金属蒸着を行う速度で極めて高速で金
属化合物薄膜を耐熱性の乏しい連続状高分子基材上に成
膜することができた。
<実施例−1> 第2図に示した装置を使用し、ポリエチレンテレフタ
レートフィルム(以下PETと称す)上に窒化ケイ素を成
膜した例について説明する。真空系内を1×10-5Torrま
で排気したあと、巻出しロール(3)からPET12μmを
一定スピードで供給し、制御ロール(4)、ダンサーロ
ール(5)を通り、−20℃に温調されている冷却ロール
(500)より裏面から冷却されながら電子ビーム加熱に
より、蒸着源(7)から金属ケイ素(4Nアップ)を600
〜700Åになるように前記高分子フィルム表面に連続的
に成膜した。更にこのケイ素が連続的に成膜されている
高分子フィルムの金属ケイ素層の部分(イオン注入部
(35))に純窒素(5Nup)から成る窒素イオンビーム
(0.1mA/cm2、500V加速)により、イオン注入処理を行
ない連続的に巻取りロール(9)に巻取った。
このとき赤外オーブンからなる加熱部(13)で化合物
化を促進するために成膜表面を加熱、アシストした。
得られたフィルムの成膜面をEPMA,ESCAにより定性、
組成分析したところ、薄膜層はSi,O,N,Cの成分が確認さ
れ、更にESCAにより薄膜層の最外層から300Åまでの深
さ方向に、窒化ケイ素の存在とおもわれるSi,及びNの
ピークが認められた。また、窒化ケイ素以外に酸化ケイ
素物のピークも同時に確認された。これは真空系内への
残酸素、及び高分子フィルムからの放出ガスによる影響
と考えられる。
次に、このフィルムと未延伸ポリプロピレン(厚さ60
μm)を二液硬化型ウレタン接着剤を用い、ドライラミ
ネート、積層フィルムを得た。50℃−4dayエージングし
た後、この積層フィルムのガスバリアー性を測定したと
ころ、1cc/m2.day,atm(at 25℃−100%RH)以下であっ
た。
更にこの積層フィルムの外観は、無色透明で、透明性
としては可視部領域(400〜800 nm)で、90%以上の透
過率を示した。
<実施例−2> 実施例−1と同様にしてケイ素を蒸着し次いで酸素イ
オン注入処理を施した。EPMA,ESCAにより組成分析した
ところ、薄膜層は、SixOy(x=1〜2,Y=0〜3)であ
った。同時に実施例と同様無延伸ポリプロピレンフィル
ムをラミネートし、ガスバリヤー性を評価したところ1
〜2cc/m2,day,atm(at25℃−100%RH)で良好な結果を
示した。
<発明の効果> 以上説明した様に本発明のように同一真空系内で金属
薄膜形成工程、その後の酸素、窒素を含むイオンビーム
により該金属薄膜層内にイオン注入処理をする工程を少
なくとも一工程設けることで、従来のPVD法では容易で
なかった金属窒化物、金属酸化物を、耐熱性のない連続
状高分子フィルム上等へ金属蒸着を施すのと同程度の高
速、かつ大量連続的に成膜することができるようになっ
た。
【図面の簡単な説明】
第1、第2図は本発明の薄膜形成装置の概略説明図であ
る。 (1)高分子フィルム、(7)蒸着源 (2)真空槽、(8)イオンビーム (3)巻き出しロール、(9)巻取りロール (4)制御ロール、(10)加熱ロール (5)ダンサーロール、(12)赤外オーブン (6)エキスパンダーロール、(13)加熱部 (100)防着マスク (20)ガス供給ガスボンベ (31)電場 (30)イオンソース (35)イオン注入部 (200)マスフローコントローラー (40)油拡散ポンプ (50)メカニカルブースター (60)冷凍機 (70)油回転ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 14/56 C23C 14/56 A 合議体 審判長 中嶋 清 審判官 中村 朝幸 審判官 富永 正史 (56)参考文献 特開 昭61−120348(JP,A) 特開 昭62−1121(JP,A) 特開 昭58−87818(JP,A) 特開 昭62−287068(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/06 A C23C 14/06 K C23C 14/06 N C23C 14/08 Z C23C 14/20 Z C23C 14/56 A

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一真空系内で巻取りロールから供給され
    る厚さが12μm〜100μmの高分子基材を円柱状の冷却
    ロールに密着しながら、金属を真空蒸着法により連続的
    に成膜し、厚さ400Å〜2000Åの金属蒸着層を形成し、
    次いで、数mA〜100mAのビーム電流により酸素、窒素の
    いずれか一方、または前記二種の混合ガスからなるイオ
    ン種を連続的に前記金属蒸着層に注入することで、少な
    くとも最外層側に連続的に金属化合物薄膜を形成するこ
    とを特徴とするガスバリアー性蒸着フィルムの製造方
    法。
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