JP5206111B2 - Raw material powder for ion plating evaporation source material, ion plating evaporation source material and manufacturing method thereof, and gas barrier sheet manufacturing method - Google Patents

Raw material powder for ion plating evaporation source material, ion plating evaporation source material and manufacturing method thereof, and gas barrier sheet manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、イオンプレーティング法に適したイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末(本明細書においては、「原料粉末」という場合がある。)、イオンプレーティング用蒸発源材料(本明細書においては、「蒸発源材料」という場合がある。)及びその製造方法(本明細書においては、「蒸発源材料の製造方法」という場合がある。)、ガスバリア性シート及びその製造方法に関し、更に詳しくは、イオンプレーティングの際の蒸発源材料のスプラッシュの発生が抑制され、安定した成膜が可能で、緻密で密着性のよいガスバリア膜を成膜できるイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末等に関する。   The present invention provides a raw material powder of an ion plating evaporation source material suitable for the ion plating method (in this specification, sometimes referred to as “raw material powder”), an ion plating evaporation source material (this specification). In the present invention, it may be referred to as “evaporation source material”) and a production method thereof (in this specification, sometimes referred to as “evaporation source material production method”), a gas barrier sheet and a production method thereof, Specifically, the raw material powder of the evaporation source material for ion plating that can suppress the occurrence of splash of the evaporation source material during ion plating, enables stable film formation, and can form a dense and highly adherent gas barrier film Etc.

酸素ガスや水蒸気等に対するバリア性を備えたガスバリア性シートとして、基材上に酸化ケイ素や酸化アルミニウム等の無機酸化物膜をガスバリア膜として設けたものが提案されている。こうしたガスバリア性シートは、透明性に優れ、環境への影響もほとんどなく、包装用材料等にその需要が大いに期待されている。   As a gas barrier sheet having a barrier property against oxygen gas, water vapor and the like, a sheet in which an inorganic oxide film such as silicon oxide or aluminum oxide is provided as a gas barrier film on a base material has been proposed. Such a gas barrier sheet is excellent in transparency, has almost no influence on the environment, and demand for the packaging material is highly expected.

無機酸化物からなるガスバリア膜の成膜方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法のほか、イオンプレーティング法が採用されている。イオンプレーティング法で成膜されたガスバリア膜は、基材への密着性と緻密さの点で、真空蒸着で成膜された蒸着膜よりも優れ、スパッタリング法で成膜されたスパッタ膜と同程度であるという特徴がある。一方、イオンプレーティング法によるガスバリア膜の成膜は、成膜速度の点で、スパッタリング法の場合よりも大きく、真空蒸着法と同程度であるという特徴がある。   As a method for forming a gas barrier film made of an inorganic oxide, an ion plating method is employed in addition to a vacuum vapor deposition method and a sputtering method. The gas barrier film formed by the ion plating method is superior to the deposited film formed by vacuum deposition in terms of adhesion to the substrate and the denseness, and is the same as the sputtered film formed by the sputtering method. There is a feature that it is a degree. On the other hand, the formation of the gas barrier film by the ion plating method is characterized in that it is larger than the sputtering method in terms of film formation speed and is similar to the vacuum deposition method.

こうした特徴を有するイオンプレーティング法で製造されるガスバリア膜としては、例えば特許文献1には、バリア層をホローカソード型イオンプレーディングにより成膜した無機窒化物薄膜および無機窒化酸化物薄膜のいずれかである透明バリアフィルムが記載されている。そして、具体的なバリア層の例として、Si,C等の窒化物(カーボンシリサイドの窒化物等)であり、Siの窒化物であるSiN(x=1〜2)が特に好ましく、また、P,Si等の酸化物を適度に窒化したセラミックス(Siの酸化物であるSiOを窒化したSiOやPの窒化酸化物であるPON等)を挙げることができる旨が記載されている。
特開2000−15737号公報(請求項1,第0019段落) 特開2004−231979号公報(請求項1,第0008段落、図1)
As a gas barrier film manufactured by an ion plating method having such characteristics, for example, Patent Document 1 discloses either an inorganic nitride thin film or an inorganic nitride oxide thin film in which a barrier layer is formed by hollow cathode ion plating. A transparent barrier film is described. As a specific example of the barrier layer, a nitride such as Si or C (a nitride of carbon silicide or the like) is particularly preferable, and SiN x (x = 1 to 2) which is a nitride of Si is particularly preferable. It is described that ceramics obtained by appropriately nitriding oxides such as P and Si (SiO x N y obtained by nitriding SiO x that is an oxide of Si, PON that is nitrided oxide of P, and the like) can be mentioned. Yes.
JP 2000-15737 A (Claim 1, paragraph 0019) Japanese Patent Laying-Open No. 2004-231979 (claim 1, paragraph 0008, FIG. 1)

特許文献1で紹介されている窒化ケイ素は、緻密でガスバリア性の高いガスバリア膜を成膜するのに適した材料である。ところが、イオンプレーティング法を用いて窒化ケイ素を成膜しようとすると、成膜時のスプラッシュが発生しやすくなり、それにより膜欠陥が生じやすくなり窒化ケイ素が有する高いガスバリア性を十分に享受できないという課題がある。また、窒化ケイ素は、固体から気体へ状態変化を起こす際に、窒化ケイ素の表面の電気特性が大きく変化するため、プラズマを照射させるイオンプレーティング法には不向きな材料であるという課題もある。   Silicon nitride introduced in Patent Document 1 is a material suitable for forming a dense gas barrier film having a high gas barrier property. However, when an attempt is made to form silicon nitride using the ion plating method, splash during film formation is likely to occur, and thus film defects are likely to occur, and the high gas barrier properties of silicon nitride cannot be fully enjoyed. There are challenges. In addition, silicon nitride has a problem that it is a material unsuitable for an ion plating method in which plasma is irradiated because the electrical characteristics of the surface of the silicon nitride greatly change when the state changes from solid to gas.

より具体的には、窒化ケイ素は昇華型の材料であるため、プラズマ照射時に細かな飛散が生じる。そして、飛散した細かい粒子(スプラッシュ粒子)が基材上に付着すると、異物やピンホールとなり、ガスバリア性の劣化が生じるのである。そして、従来は、こうしたスプラッシュ粒子による基材のピンホール形成を抑制する方法として、成膜装置側に改造や改良を施す方法が採用されてきた(例えば、特許文献2)。   More specifically, since silicon nitride is a sublimation type material, fine scattering occurs during plasma irradiation. And if the scattered fine particle (splash particle) adheres on a base material, it will become a foreign material and a pinhole, and degradation of gas barrier property will arise. Conventionally, as a method of suppressing the formation of pinholes on the substrate by such splash particles, a method of modifying or improving the film forming apparatus side has been employed (for example, Patent Document 2).

さらに、窒化ケイ素がプラズマにて昇華されると、その瞬間に材料表面に電流が流れやすくなり、電圧の急激な低下が導かれるためプラズマは不安定となり、電源の保護回路によりプラズマの照射が停止されて成膜が進まなくなる現象が発生しやすい。したがって、窒化ケイ素は、ガスバリア性に優れるという利点を有しつつも、イオンプレーティング法ではその成膜が難しいという課題があった。   Furthermore, when silicon nitride is sublimated with plasma, current easily flows on the material surface at that moment, leading to a rapid drop in voltage, causing plasma to become unstable, and plasma irradiation is stopped by the power protection circuit. As a result, a phenomenon in which film formation does not proceed easily occurs. Therefore, while silicon nitride has an advantage of excellent gas barrier properties, there is a problem that film formation is difficult by the ion plating method.

本発明は上記課題を解決するものであって、その目的は、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末等を提供することにあり、詳しくは、イオンプレーティング法に適したイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末、イオンプレーティング用蒸発源材料及びその製造方法、ガスバリア性シート及びその製造方法を提供することにある。   The present invention solves the above-mentioned problems, and its purpose is to form a gas barrier film that suppresses the occurrence of film defects, enables stable film formation, and can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride. In particular, it is intended to provide a raw material powder of an evaporation source material for ion plating, and more specifically, a raw material powder of an ion source for evaporation suitable for an ion plating method, an evaporation source material for ion plating and its It is in providing a manufacturing method, a gas barrier sheet, and its manufacturing method.

本発明者は、安定な成膜を可能とし、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受するために研究開発を行っている過程で、イオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末中に、窒化ケイ素とともに、酸化ケイ素等の溶融型材料を適量含有させることにより、プラズマ照射部分を局所的に溶融させること(半溶融状態を作り出すこと)によりスプラッシュ粒子の細かな飛散を抑制できるとともに、プラズマ照射を安定して行うことができることを見出した。そして、その結果、窒化ケイ素の材料本来の高いガスバリア性を十分に引き出すことができることを見出した。   In the process of conducting research and development to enable stable film formation and fully enjoy the high gas barrier property of silicon nitride, the present inventor nitridated the raw material powder of the ion source evaporation source material. By adding an appropriate amount of molten material such as silicon oxide together with silicon, it is possible to suppress fine scattering of splash particles by locally melting the plasma irradiation part (creating a semi-molten state) and plasma irradiation. It was found that it can be performed stably. As a result, it has been found that the high gas barrier property inherent to the silicon nitride material can be sufficiently obtained.

上記課題を解決するための本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末は、平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下である溶融型材料と、を含有し、該溶融型材料の含有量が、前記窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下である、ことを特徴とする。   The raw material powder of the evaporation source material for ion plating of the present invention for solving the above problems contains silicon nitride having an average particle size of 5 μm or less and a melt-type material having an average particle size of 5 μm or less, The content of the melt-type material is 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the silicon nitride.

この発明によれば、平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下である溶融型材料と、を含有し、溶融型材料の含有量が、窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下であるので、この原料粉末を焼結した蒸発源材料をイオンプレーティング用の蒸発源として用いれば、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末を提供することができるようになる。   According to this invention, the silicon nitride having an average particle diameter of 5 μm or less and the molten material having an average particle diameter of 5 μm or less are contained, and the content of the molten material is 100 parts by weight of silicon nitride. Since it is 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less, if the evaporation source material obtained by sintering this raw material powder is used as an evaporation source for ion plating, the occurrence of splash during film formation by the ion plating method is suppressed. It is possible to suppress the rapid change in the electrical resistance of silicon nitride during plasma irradiation, and as a result, the occurrence of film defects is suppressed, enabling stable film formation, and the high gas barrier property of silicon nitride is sufficiently obtained. It is possible to provide a raw material powder of an evaporation source material for ion plating capable of forming a gas barrier film that can be enjoyed.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末において、前記溶融型材料が酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素であることが好ましい。   In the raw material powder of the evaporation source material for ion plating according to the present invention, the molten material is preferably silicon oxide or silicon oxynitride.

この発明によれば、溶融型材料が酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素であるので、この原料粉末を焼結した蒸発源材料をイオンプレーティング用の蒸発源として用いれば、プラズマ照射の際の局所的な溶融が促進され、その結果、スプラッシュ粒子の細かな飛散をより効果的に抑制することができるようになる。   According to the present invention, since the molten material is silicon oxide or silicon oxynitride, if the evaporation source material obtained by sintering the raw material powder is used as an evaporation source for ion plating, it is locally applied during plasma irradiation. Melting is promoted, and as a result, fine scattering of splash particles can be more effectively suppressed.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末は、圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料の原料粉末として用いられることが好ましい。   The raw material powder of the evaporation source material for ion plating of the present invention is preferably used as the raw material powder of the vapor deposition source material for pressure gradient ion plating.

この発明によれば、圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料の原料粉末として本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末を用いるので、プラズマガンのプラズマ発生部の圧力を高くすることにより安定したピュアなプラズマソースとして供給することが可能なプロセスに適用することが可能となり、その結果、イオンプレーティング法を用いたより良好な成膜が可能となる。   According to the present invention, since the raw material powder of the evaporation source material for ion plating according to the present invention is used as the raw material powder for the evaporation source material for pressure gradient ion plating, the pressure of the plasma generating portion of the plasma gun is increased. Therefore, it can be applied to a process that can be supplied as a more stable and pure plasma source, and as a result, better film formation using the ion plating method can be performed.

上記課題を解決するための本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法は、上記本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末を準備する工程と、前記原料粉末を焼結して所定形状に加工する工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method for producing an ion plating evaporation source material of the present invention includes a step of preparing a raw material powder of the ion plating evaporation source material of the present invention, and sintering the raw material powder. And a step of processing into a predetermined shape.

この発明によれば、上記本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末を準備する工程と、その原料粉末を焼結して所定形状に加工する工程とを有するので、これをイオンプレーティング用の蒸発源として用いれば、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法を提供することができるようになる。   According to the present invention, the method includes a step of preparing a raw material powder of the evaporation source material for ion plating according to the present invention, and a step of sintering the raw material powder to process it into a predetermined shape. If it is used as an evaporation source, the occurrence of splash during film formation by ion plating can be suppressed, and a rapid change in electrical resistance of silicon nitride during plasma irradiation can be suppressed. The production of an evaporation source material for ion plating capable of forming a gas barrier film that can suppress the generation, enable stable film formation, and can sufficiently enjoy the high gas barrier property of silicon nitride can be provided. Become.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法において、前記所定形状に加工する工程が、前記原料粉末を焼結させて1辺が5mm以上の略直方体形状に加工する工程であることが好ましい。   In the method for producing an evaporation source material for ion plating according to the present invention, the step of processing into the predetermined shape is preferably a step of sintering the raw material powder and processing into a substantially rectangular parallelepiped shape having a side of 5 mm or more. .

この発明によれば、所定形状に加工する工程において、原料粉末を焼結させて1辺が5mm以上の略直方体形状に加工するので、イオンプレーティング用蒸発源材料を所定の大きさとすることができるようになり、その結果、プラズマ照射時の照射部分が固定化されて蒸発時の飛散を防ぎやすくなる。   According to this invention, since the raw material powder is sintered and processed into a substantially rectangular parallelepiped shape with a side of 5 mm or more in the process of processing into a predetermined shape, the evaporation source material for ion plating can be set to a predetermined size. As a result, the irradiated portion at the time of plasma irradiation is fixed, and it becomes easy to prevent scattering at the time of evaporation.

上記課題を解決するための本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料は、平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下である溶融型材料と、を含有し、該溶融型材料の含有量が、前記窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下である原料粉末を焼結して得られたイオンプレーティング用蒸発源材料であって、該イオンプレーティング用蒸発源材料を加熱したときに、該蒸発源材料の気化が液相を経ずに生じることを特徴とする。   An evaporation source material for ion plating according to the present invention for solving the above-mentioned problems contains silicon nitride having an average particle size of 5 μm or less and a melt-type material having an average particle size of 5 μm or less, An ion source evaporation source material obtained by sintering a raw material powder having a material content of 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the silicon nitride, The evaporation source material is vaporized without passing through the liquid phase when the evaporation source material for heating is heated.

この発明によれば、平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下である溶融型材料と、を含有し、溶融型材料の含有量が、窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下である原料粉末を焼結して得られたイオンプレーティング用蒸発源材料とし、これを加熱したときに、蒸発源材料の気化が液相を経ずに生じるので、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、さらに僅かなエネルギーでの蒸発が可能となり蒸発した原子のイオン化が容易となる。その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料を提供することができる。   According to this invention, the silicon nitride having an average particle diameter of 5 μm or less and the molten material having an average particle diameter of 5 μm or less are contained, and the content of the molten material is 100 parts by weight of silicon nitride. An evaporation source material for ion plating obtained by sintering raw material powder of 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less is used, and when this is heated, evaporation of the evaporation source material occurs without going through a liquid phase. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of splash at the time of film formation by the ion plating method, the rapid change in electrical resistance of silicon nitride at the time of plasma irradiation is suppressed, and evaporation with a little energy is possible. Atomic ionization is facilitated. As a result, it is possible to provide an evaporation source material for ion plating that can suppress the occurrence of film defects, enable stable film formation, and can form a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride. it can.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料において、前記溶融型材料が酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素であることが好ましい。   In the evaporation source material for ion plating according to the present invention, the molten material is preferably silicon oxide or silicon oxynitride.

この発明によれば、溶融型材料が酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素であるので、プラズマ照射の際の局所的な溶融が促進され、その結果、スプラッシュ粒子の細かな飛散をより効果的に抑制することができるようになる。   According to the present invention, since the molten material is silicon oxide or silicon oxynitride, local melting during plasma irradiation is promoted, and as a result, fine splashing of splash particles can be more effectively suppressed. Will be able to.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料は、圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料として用いられることが好ましい。   The evaporation source material for ion plating of the present invention is preferably used as a deposition source material for pressure gradient ion plating.

この発明によれば、圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料として本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を用いるので、プラズマガンのプラズマ発生部の圧力を高くすることにより安定したピュアなプラズマソースとして供給することが可能なプロセスに適用することが可能となり、その結果、イオンプレーティング法によるより良好な成膜が可能となる。   According to the present invention, since the evaporation source material for ion plating of the present invention is used as a deposition source material for pressure gradient ion plating, a stable pure plasma can be obtained by increasing the pressure of the plasma generation part of the plasma gun. The present invention can be applied to a process that can be supplied as a source, and as a result, better film formation by an ion plating method is possible.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料は、1辺が5mm以上の略直方体形状であることが好ましい。   The evaporation source material for ion plating of the present invention preferably has a substantially rectangular parallelepiped shape with one side of 5 mm or more.

この発明によれば、本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料が1辺が5mm以上の略直方体形状となるので、イオンプレーティング用蒸発源材料を所定の大きさとすることができるようになり、その結果、プラズマ照射時の照射部分が固定化されて蒸発時の飛散を防ぎやすくなる。   According to this invention, since the evaporation source material for ion plating according to the present invention has a substantially rectangular parallelepiped shape with one side of 5 mm or more, the evaporation source material for ion plating can be set to a predetermined size. As a result, the irradiated part at the time of plasma irradiation is fixed, and it becomes easy to prevent scattering at the time of evaporation.

上記課題を解決する本発明のガスバリア性シートの製造方法は、上記本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を準備する工程と、前記イオンプレーティング用蒸発源材料を蒸発源材料として用いて基材上にガスバリア膜をイオンプレーティング成膜する工程と、を有することを特徴とする。   The method for producing a gas barrier sheet of the present invention that solves the above problems includes a step of preparing an evaporation source material for ion plating of the present invention, and a substrate using the evaporation source material for ion plating as an evaporation source material. And a step of forming an ion plating film on the gas barrier film.

この発明によれば、上記本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を準備する工程と、このイオンプレーティング用蒸発源材料を蒸発源材料として用いて基材上にガスバリア膜をイオンプレーティング成膜する工程と、を有するので、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なガスバリア性シートの製造方法を提供することができるようになる。   According to this invention, the step of preparing the ion plating evaporation source material of the present invention, and the ion barrier film formation on the substrate using the ion plating evaporation source material as the evaporation source material Therefore, it is possible to suppress the occurrence of splash at the time of film formation by the ion plating method, and a rapid change in electrical resistance of silicon nitride at the time of plasma irradiation is suppressed. Occurrence is suppressed, stable film formation is possible, and a method for producing a gas barrier sheet capable of forming a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride can be provided.

上記課題を解決するための本発明のガスバリア性シートは、基材上の少なくとも一方の面にガスバリア膜を備えるガスバリア性シートにおいて、前記ガスバリア膜が、Si:O:Nの原子数比で100:50〜150:40〜100の範囲にあるSi−O−N膜であって、前記原子数比が前記ガスバリア膜の厚さ方向に均一であることを特徴とする。   The gas barrier sheet of the present invention for solving the above problems is a gas barrier sheet comprising a gas barrier film on at least one surface of a base material, wherein the gas barrier film has an Si: O: N atomic ratio of 100: A Si—O—N film in a range of 50 to 150: 40 to 100, wherein the atomic ratio is uniform in the thickness direction of the gas barrier film.

この発明によれば、ガスバリア膜が、Si:O:Nの原子数比で100:50〜150:40〜100の範囲にあるSi−O−N膜であって、前記原子数比が前記ガスバリア膜の厚さ方向に均一(バラツキが±10%以内)であるので、厚さ方向の膜質が均一なガスバリア膜を有し、スプラッシュによる欠陥が抑制されたガスバリア性シートとなり、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア性シートを提供することができる。なお、本発明で示す原子数比はバルクでの値を指している。   According to the present invention, the gas barrier film is a Si—O—N film having an Si: O: N atomic ratio of 100: 50 to 150: 40 to 100, wherein the atomic ratio is the gas barrier. Since it is uniform in the thickness direction of the film (variation is within ± 10%), it has a gas barrier film with a uniform film quality in the thickness direction, and a gas barrier sheet in which defects due to splash are suppressed, resulting in film defects. The gas barrier sheet | seat which generation | occurrence | production of this is suppressed and can fully enjoy the high gas barrier property which silicon nitride has can be provided. In addition, the atomic ratio shown by this invention has shown the value in the bulk.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末によれば、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末を提供することができる。   According to the raw material powder of the evaporation source material for ion plating of the present invention, generation of film defects is suppressed, stable film formation is possible, and a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier property of silicon nitride is formed. It is possible to provide a raw material powder of a possible ion plating evaporation source material.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法によれば、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法を提供することができる。   According to the method for producing an evaporation source material for ion plating of the present invention, the occurrence of film defects is suppressed, stable film formation is possible, and a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride is formed. It is possible to provide a method for producing a possible ion plating evaporation source material.

本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料によれば、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能になるとともに、イオン化率が上昇して成膜速度(堆積速度)を大きくすることが可能なイオンプレーティング用蒸発源材料を提供することができる。   According to the evaporation source material for ion plating of the present invention, generation of film defects is suppressed, stable film formation is possible, and a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier property of silicon nitride can be formed. In addition, it is possible to provide an evaporation source material for ion plating that can increase the film formation rate (deposition rate) by increasing the ionization rate.

本発明のガスバリア性シートの製造方法によれば、膜欠陥の発生が抑制され、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なガスバリア性シートの製造方法を提供することができる。   According to the method for producing a gas barrier sheet of the present invention, it is possible to provide a method for producing a gas barrier sheet capable of forming a gas barrier film in which generation of film defects is suppressed and a high gas barrier property of silicon nitride can be fully enjoyed. Can do.

本発明のガスバリア性シートによれば、膜欠陥の発生が抑制され、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア性シートを提供できる。   According to the gas barrier sheet of the present invention, it is possible to provide a gas barrier sheet in which the occurrence of film defects is suppressed and the high gas barrier property of silicon nitride can be fully enjoyed.

次に、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

(イオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末)
本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末は、イオンプレーティング法においてイオン化させる原子の蒸発源として用いられる蒸発源材料の原料であって、具体的には、平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下である溶融型材料と、を含有し、溶融型材料の含有量が、窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下である、原料粉末である。
(Raw material powder of evaporation source material for ion plating)
The raw material powder of the evaporation source material for ion plating according to the present invention is a raw material of an evaporation source material used as an evaporation source of atoms to be ionized in the ion plating method, and specifically has an average particle size of 5 μm or less. A raw material containing silicon nitride and a melt-type material having an average particle size of 5 μm or less, wherein the content of the melt-type material is 5 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silicon nitride It is a powder.

この原料粉末を焼結した蒸発源材料をイオンプレーティング用の蒸発源として用いれば、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末を提供することができる。   If the evaporation source material obtained by sintering this raw material powder is used as an evaporation source for ion plating, it is possible to suppress the occurrence of splash during film formation by the ion plating method, and the rapid growth of silicon nitride during plasma irradiation. For ion plating, the change in electrical resistance is suppressed. As a result, the generation of film defects is suppressed, stable film formation is possible, and a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride can be formed. A raw material powder of the evaporation source material can be provided.

すなわち、本発明者が検討したところ、窒化ケイ素(代表的にはSi)は昇華型の材料であるため、プラズマ照射時に細かな飛散が生じ、飛散した粒子(スプラッシュ粒子)が基材上に付着して異物やピンホールとなり、ガスバリア膜にピンホールが形成されたりガスバリア膜の平坦性が低下してガスバリア性が劣化することが判明した。このため、窒化ケイ素自体は緻密でガスバリア性の高い材料であるにもかかわらず、基材上への上記スプラッシュ粒子の付着によるガスバリア性の劣化によって、窒化ケイ素を用いるメリットを十分に享受できないのが実情である。そこで、窒化ケイ素に溶融型の材料(溶融型材料)を加えることで、蒸発源材料を半溶融性として粘性をもたせることによって、スプラッシュの発生を抑えることとした。ただ、窒化ケイ素が有する本来の高いガスバリア性を確実に享受するために、窒化ケイ素の緻密性を確保すべく、溶融型材料の含有量は一定の範囲とすることとした。 That is, when the present inventor examined, since silicon nitride (typically Si 3 N 4 ) is a sublimation type material, fine scattering occurs during plasma irradiation, and the scattered particles (splash particles) are the base material. It has been found that the gas barrier property deteriorates due to foreign matters and pinholes adhering to the upper surface, pinholes being formed in the gas barrier film, and flatness of the gas barrier film being lowered. Therefore, despite the fact that silicon nitride itself is a dense material with high gas barrier properties, it is not possible to fully enjoy the benefits of using silicon nitride due to the deterioration of gas barrier properties due to the adhesion of the splash particles onto the substrate. It is a fact. Therefore, by adding a melt-type material (melt-type material) to silicon nitride, the evaporation source material is made semi-meltable and has a viscosity, thereby suppressing the occurrence of splash. However, in order to surely enjoy the original high gas barrier property of silicon nitride, the content of the melt-type material is set within a certain range in order to ensure the denseness of silicon nitride.

さらに、本発明者が検討したところ、窒化ケイ素(代表的にはSi)は、固体から気体へ状態変化を起こす際に、その材料表面の電気特性が大きく変化するため、プラズマを照射させるイオンプレーティング法には不向きな材料であることが判明した。より具体的には、窒化ケイ素がプラズマにて昇華されると、その瞬間に材料表面に電流が流れやすくなり、電圧の急激な低下が導かれるためプラズマは不安定となり、電源の保護回路によりプラズマの照射が停止されて成膜が進まなくなる。そこで、こうしたプラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化を抑制して安定な成膜を行うために、窒化ケイ素に溶融型材料を適量加えている。 Furthermore, as a result of studies by the present inventors, silicon nitride (typically Si 3 N 4 ) is irradiated with plasma because the electrical characteristics of the material surface greatly change when the state changes from solid to gas. It was found that the material is not suitable for the ion plating method. More specifically, when silicon nitride is sublimated with plasma, current easily flows on the surface of the material at that moment, leading to a sudden drop in voltage, which makes the plasma unstable, and the power supply protection circuit causes the plasma to become unstable. Is stopped and film formation does not proceed. Therefore, in order to suppress a sudden change in electrical resistance of silicon nitride during the plasma irradiation and perform stable film formation, an appropriate amount of molten material is added to silicon nitride.

原料として用いる、窒化ケイ素は、窒素とケイ素とから構成される化合物であればよく特に制限はない。具体的には、窒化ケイ素は、Si(ここでのaは2.8〜3.2の範囲内であり、bは3.8〜4.2の範囲内であり、通常、Siで表される。)で表すことができ、本発明の原料粉末として適している。その理由は、Siの持つ種々の特性に基づくものであり、その特性としては、例えばガスバリア性、耐熱性、絶縁性等が挙げられる。窒化ケイ素の性状は、粉末状であり、より具体的には平均粒径5μm以下の粉末である。ここで、本発明において「平均粒径」とは、所定量(例えば1g)の粉末を粒度分布計(コールターカウンター法)で測定した結果で表したものである。また、窒化ケイ素は、若干の不純物や他の元素を含んでいてもよいが、通常99.9%以上の純度を有するものを用いる。さらに、窒化ケイ素は部分的に酸化されていてもよい。例えば、自然酸化や焼成加工時の酸化により部分酸化した窒化ケイ素を用いてもよい。 The silicon nitride used as a raw material is not particularly limited as long as it is a compound composed of nitrogen and silicon. Specifically, silicon nitride is Si a N b (where a is in the range of 2.8 to 3.2 and b is in the range of 3.8 to 4.2. 3 N 4 ) and is suitable as a raw material powder of the present invention. The reason is based on various characteristics of Si 3 N 4 , and examples of the characteristics include gas barrier properties, heat resistance, and insulation properties. Silicon nitride is in the form of a powder, more specifically, a powder having an average particle size of 5 μm or less. Here, in the present invention, the “average particle size” is a result obtained by measuring a predetermined amount (for example, 1 g) of powder with a particle size distribution meter (Coulter counter method). Silicon nitride may contain some impurities and other elements, but usually has a purity of 99.9% or more. Furthermore, silicon nitride may be partially oxidized. For example, silicon nitride partially oxidized by natural oxidation or oxidation during baking may be used.

原料として用いる、溶融型材料は、蒸着原材料を半溶融性にできるものであれば特に制限はないが、酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素であることが好ましい。これらのうち、蒸着源材料に適切な半溶融性を付与する観点から、酸化ケイ素がより好ましい。酸化ケイ素としては、蒸着源材料の半溶融性をより確実に確保する観点から、二酸化ケイ素系の材料、より具体的にはSiO(ここでのxは1.8〜2.2の範囲内であり、通常、SiOで表される。)を用いることが最も好ましい。 The melt-type material used as the raw material is not particularly limited as long as the vapor deposition raw material can be made semi-meltable, but is preferably silicon oxide or silicon oxynitride. Among these, silicon oxide is more preferable from the viewpoint of imparting appropriate semi-meltability to the vapor deposition source material. Silicon oxide is a silicon dioxide-based material, more specifically SiO x (where x is in the range of 1.8 to 2.2) from the viewpoint of ensuring the semi-meltability of the evaporation source material more reliably. And is usually most preferably represented by SiO 2 .

溶融型材料の性状は粉末状であり、より具体的には平均粒径5μm以下の粉末である。ここでの平均粒径も上記同様の測定方法で測定した結果で表される。また、溶融型材料は、若干の不純物や他の元素を含んでいてもよいが、通常99.9%以上の純度を有するものを用いる。   The property of the melt-type material is powder, and more specifically, a powder having an average particle size of 5 μm or less. The average particle diameter here is also expressed by the result of measurement by the same measurement method as described above. The molten material may contain some impurities and other elements, but a material having a purity of usually 99.9% or more is used.

原料粉末中の溶融型材料の含有量は、窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上、好ましくは10重量部以上、より好ましくは15重量部以上、また、50重量部以下とする。この範囲とすれば、イオンプレーティング法による成膜時におけるスプラッシュの発生を抑制しつつ、安定な成膜が可能となり、さらに窒化ケイ素自体が有する高いガスバリア性を享受することができる。   The content of the melt-type material in the raw material powder is 5 parts by weight or more, preferably 10 parts by weight or more, more preferably 15 parts by weight or more and 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of silicon nitride. Within this range, it is possible to form a stable film while suppressing the occurrence of splash during film formation by the ion plating method, and to enjoy the high gas barrier property of silicon nitride itself.

本発明の原料粉末では、窒化ケイ素の平均粒径と溶融型材料の平均粒径とは、両方とも5μm以下、好ましくは3μm以下である。この範囲内の窒化ケイ素及び溶融型材料を用いれば、粉末材料同士の混合が容易となり、分散むらのない原料粉末を得ることができる。こうした原料粉末を焼結してイオンプレーティング用蒸発源材料を製造すれば、単位体積あたりの小領域に微細な窒化ケイ素と、微細な溶融型材料とが均一に存在しやすくなり、個々の粉末はイオンプレーティング装置内で発生するプラズマに容易に被爆することができる。特に蒸発源材料中において、窒化ケイ素内に均一に混ざるように溶融型材料が存在しているので、その溶融型材料の作用により、蒸発源材料が良好な半溶融性を示すようになり、スプラッシュの発生の抑制、急激な電気抵抗の変化の抑制による安定な成膜が行いやすくなり、窒化ケイ素自体が有する高いガスバリア性を享受しやすくなる。   In the raw material powder of the present invention, the average particle diameter of silicon nitride and the average particle diameter of the melt-type material are both 5 μm or less, preferably 3 μm or less. If silicon nitride and a melt-type material within this range are used, the powder materials can be easily mixed with each other, and a raw material powder having no dispersion unevenness can be obtained. Sintering these raw material powders to produce an evaporation source material for ion plating makes it easy for fine silicon nitride and fine molten material to exist uniformly in a small area per unit volume. Can easily be exposed to the plasma generated in the ion plating apparatus. In particular, in the evaporation source material, a melt-type material exists so as to be uniformly mixed in the silicon nitride, and the action of the melt-type material causes the evaporation source material to exhibit a good semi-melting property, resulting in a splash. It becomes easy to perform stable film formation by suppressing the occurrence of the occurrence and the rapid change in electric resistance, and it becomes easy to enjoy the high gas barrier property of silicon nitride itself.

なお、平均粒径の下限は特に限定されないが、好ましくは0.2μmである。平均粒径を0.2μm以上とすれば、粉末材料同士を混合する際や焼結時等に飛散が起こりにくくなり生産性が向上するという利点が発揮されやすくなる。   The lower limit of the average particle size is not particularly limited, but is preferably 0.2 μm. When the average particle size is 0.2 μm or more, the advantage that the productivity is improved because scattering hardly occurs at the time of mixing powder materials or at the time of sintering.

一方、窒化ケイ素及び溶融型材料の一方又は両方の平均粒径が5μmを超えると、粉末材料同士を混合しても分散が十分に起こりにくくなる。そのため、得られた原料粉末を焼結してイオンプレーティング用蒸発源材料を製造した場合であっても、単位体積あたりの小領域に微細な窒化ケイ素と、溶融型材料とが均一に存在しなくなり、上述した昇華現象を引き起こす溶融型材料の作用を得にくくなり、その平均粒径が大きくなるにしたがって半溶融性の性質を得にくくなる。   On the other hand, when the average particle diameter of one or both of silicon nitride and the melt-type material exceeds 5 μm, dispersion hardly occurs even if the powder materials are mixed. Therefore, even when the obtained raw material powder is sintered to produce an evaporation source material for ion plating, fine silicon nitride and molten material are uniformly present in a small area per unit volume. It becomes difficult to obtain the action of the melt-type material causing the above-described sublimation phenomenon, and it becomes difficult to obtain the semi-melting property as the average particle size increases.

原料粉末は、圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料の原料粉末として用いられることが好ましい。これにより、プラズマガンのプラズマ発生部の圧力を高くすることにより安定したピュアなプラズマソースとして供給することが可能なプロセスに適用することが可能となり、その結果、イオンプレーティング法によるより良好な成膜が可能となる。   The raw material powder is preferably used as a raw material powder of a vapor deposition source material for pressure gradient ion plating. This makes it possible to apply to a process that can be supplied as a stable and pure plasma source by increasing the pressure of the plasma generation part of the plasma gun. A membrane is possible.

以上説明したように、本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末によれば、この原料粉末を焼結して蒸発源材料とし、この蒸発源材料をイオンプレーティング用の蒸発源として用いたとき、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能となる。   As described above, according to the raw material powder of the evaporation source material for ion plating of the present invention, this raw material powder is sintered into an evaporation source material, and this evaporation source material is used as an evaporation source for ion plating. Therefore, the occurrence of film defects is suppressed, stable film formation is possible, and a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride can be formed.

なお、イオンプレーティング法においてはプラズマを照射して蒸発源材料を蒸発させるという機構を用いる関係から、従来は、蒸発源材料として導電性の材料を主に用いていた。なぜなら、絶縁性の材料を蒸発源材料として用いようとすると、照射されたプラズマが装置の筐体に逃げてしまい絶縁性材料に十分なプラズマ照射ができなかったからである。実際に、特許文献1の実施例1においては、基材フィルム上にSiN(x=4/3)のバリア層をイオンプレーティング法で成膜しているが、成膜条件は、蒸発源として純度98%のSiインゴット又は粒径2〜5mmのSi粒子を用い、系内に窒素ガスを導入(N=40sccm)して行っている(特許文献1の第0053段落及び第0054段落参照)。 In the ion plating method, conventionally, a conductive material has been mainly used as the evaporation source material because of the relationship of using a mechanism of irradiating the plasma to evaporate the evaporation source material. This is because if an insulating material is used as the evaporation source material, the irradiated plasma escapes to the housing of the apparatus and sufficient plasma irradiation cannot be performed on the insulating material. Actually, in Example 1 of Patent Document 1, a barrier layer of SiN x (x = 4/3) is formed on a base film by an ion plating method. As an example, a Si ingot having a purity of 98% or Si particles having a particle diameter of 2 to 5 mm is used, and nitrogen gas is introduced into the system (N 2 = 40 sccm) (see paragraphs 0053 and 0054 of Patent Document 1). ).

この点に関して、イオンプレーティング法において帰還電極を用いるという手法が開発され(特開平11−269636号公報)、絶縁性の材料を蒸発源材料として積極的に用いることが可能となった。しかしながら、上述のとおり、窒化ケイ素は昇華性の性質を有することに伴って電圧の急激な低下が発生し、プラズマが安定に照射できず、イオンプレーティング法には不向きな材料である。そこで、本発明においては、溶融型材料を用いて蒸発源材料を半溶融性にすることにより、窒化ケイ素をイオンプレーティング法に良好に適用できるようにしている。   In this regard, a technique of using a feedback electrode in the ion plating method has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-269636), and an insulating material can be actively used as an evaporation source material. However, as described above, silicon nitride has a sublimation property, which causes a sudden drop in voltage, which prevents plasma from being stably irradiated, and is a material unsuitable for ion plating. Therefore, in the present invention, silicon nitride can be favorably applied to the ion plating method by making the evaporation source material semi-meltable using a melt-type material.

(イオンプレーティング用蒸発源材料)
本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料は、イオンプレーティング法においてイオン化させる原子の蒸発源として用いられるものであって、上記本発明の原料粉末を焼結して得られたものである。具体的には、平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下である溶融型材料と、を含有し、溶融型材料の含有量が、窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下である原料粉末を焼結して得られたイオンプレーティング用蒸発源材料であって、イオンプレーティング用蒸発源材料を加熱したときに、蒸発源材料の気化が液相を経ずに生じるように構成されたものである。これにより、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、さらに僅かなエネルギーでの蒸発が可能となり蒸発した原子のイオン化が容易となる。その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料を提供することができる。
(Evaporation source material for ion plating)
The evaporation source material for ion plating of the present invention is used as an evaporation source of atoms to be ionized in the ion plating method, and is obtained by sintering the raw material powder of the present invention. Specifically, it contains silicon nitride having an average particle size of 5 μm or less and a melt type material having an average particle size of 5 μm or less, and the content of the melt type material is 100 parts by weight of silicon nitride. An evaporation source material for ion plating obtained by sintering raw material powder that is 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less, and when the evaporation source material for ion plating is heated, the evaporation source material is vaporized. It is configured to occur without going through a liquid phase. As a result, it is possible to suppress the occurrence of splash during film formation by the ion plating method, to suppress a rapid change in the electrical resistance of silicon nitride during plasma irradiation, and to allow evaporation with little energy. It becomes easy to ionize the atoms. As a result, it is possible to provide an evaporation source material for ion plating that can suppress the occurrence of film defects, enable stable film formation, and can form a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride. it can.

蒸発源材料は、本発明の原料粉末を焼結して得られるものであるが、原料粉末の詳細については上述のとおりである。例えば、上述の溶融型材料は、酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素であることが好ましい。これにより、プラズマ照射の際の局所的な溶融が促進され、その結果、スプラッシュ粒子の細かな飛散をより効果的に抑制することができるようになる。また、蒸発源材料は、圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料として用いられることが好ましい。これにより、プラズマガンのプラズマ発生部の圧力を高くすることにより安定したピュアなプラズマソースとして供給することが可能なプロセスに適用することが可能となり、その結果、イオンプレーティング法によるより良好な成膜が可能となる。こうした点の詳細については、上記の原料粉末の説明欄においてすでに説明したので、説明の重複を避けるため、ここでの説明は省略する。また、原料粉末の焼結の詳細については、後述する蒸発源材料の製造方法の説明において説明する。   The evaporation source material is obtained by sintering the raw material powder of the present invention, and the details of the raw material powder are as described above. For example, the above-described molten material is preferably silicon oxide or silicon oxynitride. Thereby, the local melting at the time of plasma irradiation is promoted, and as a result, the fine scattering of the splash particles can be more effectively suppressed. The evaporation source material is preferably used as an evaporation source material for pressure gradient ion plating. This makes it possible to apply to a process that can be supplied as a stable and pure plasma source by increasing the pressure of the plasma generation part of the plasma gun. A membrane is possible. Details of these points have already been described in the above description of the raw material powder, and thus description thereof is omitted to avoid duplication of description. The details of the sintering of the raw material powder will be described in the description of the evaporation source material manufacturing method described later.

蒸発源材料は、1辺が5mm以上の略直方体形状であることが好ましい。これにより、イオンプレーティング用蒸発源材料を所定の大きさとすることができるようになり、その結果、プラズマ照射時の照射部分が固定化されて蒸発時の飛散を防ぎやすくなる。蒸発源材料の形状は、略直方体、すなわち直方体類似の形状であればよく、完全な直方体である必要はない。例えば、一部角が欠けていてもよい。蒸発源材料は、略直方体形状の底面の少なくとも1辺が10mm以上であることがより好ましく、20mm以上であることがさらに好ましく、25mm以上であることが特に好ましい。蒸発源材料をこうした扁平な略直方体形状とすることにより、蒸発時の飛散がより効果的に抑制されるようになる。また、略直方体の1辺の長さの上限は特に限定されないが、強いて例示すれば200mm程度である。1辺の長さの上限は、蒸着装置の材料投入部(ハース)に収納される程度の大きさであれば特に制限はない。   The evaporation source material preferably has a substantially rectangular parallelepiped shape with one side of 5 mm or more. As a result, the ion plating evaporation source material can be set to a predetermined size, and as a result, the irradiated portion at the time of plasma irradiation is fixed, and scattering during evaporation is easily prevented. The shape of the evaporation source material may be a substantially rectangular parallelepiped, that is, a shape similar to a rectangular parallelepiped, and does not have to be a complete rectangular parallelepiped. For example, some corners may be missing. The evaporation source material preferably has at least one side of a substantially rectangular parallelepiped bottom surface of 10 mm or more, more preferably 20 mm or more, and particularly preferably 25 mm or more. By making the evaporation source material into such a flat, substantially rectangular parallelepiped shape, scattering during evaporation can be more effectively suppressed. Moreover, although the upper limit of the length of one side of a substantially rectangular parallelepiped is not specifically limited, For example, it is about 200 mm. The upper limit of the length of one side is not particularly limited as long as it is large enough to be stored in the material input part (hearth) of the vapor deposition apparatus.

蒸発源材料における窒化ケイ素に対する溶融型材料の含有量は、通常、原料粉末における混合比を反映したものとなる。したがって、蒸発源材料中の溶融型材料の含有量は、窒化ケイ素100重量部に対して、通常5重量部以上、好ましくは10重量部以上、より好ましくは15重量部以上、また、通常50重量部以下となる。この範囲とすれば、イオンプレーティング法による成膜時におけるスプラッシュの発生を抑制しつつ、安定な成膜が可能となり、さらに窒化ケイ素自体が有する高いガスバリア性を享受することができる。このように、通常は、蒸発源材料の組成は、原料粉末の組成を反映したものとなるが、後述の蒸発源材料の製造方法の説明欄において説明するように、蒸発源材料の焼結を酸素雰囲気下で行う等の操作をすることにより、得られる蒸発源材料の組成の調整を行ってもよい。   The content of the melt-type material with respect to silicon nitride in the evaporation source material usually reflects the mixing ratio in the raw material powder. Therefore, the content of the melt-type material in the evaporation source material is usually 5 parts by weight or more, preferably 10 parts by weight or more, more preferably 15 parts by weight or more, and usually 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silicon nitride. Part or less. Within this range, it is possible to form a stable film while suppressing the occurrence of splash during film formation by the ion plating method, and to enjoy the high gas barrier property of silicon nitride itself. As described above, normally, the composition of the evaporation source material reflects the composition of the raw material powder. However, as described in the explanation of the method of manufacturing the evaporation source material described later, the evaporation source material is sintered. The composition of the obtained evaporation source material may be adjusted by performing an operation such as in an oxygen atmosphere.

以上、本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料は、窒化ケイ素と適量の溶融型材料とで構成されており、これを加熱したときに、蒸発源材料の気化が液相を経ずに生じる。このため、昇華型の材料である窒化ケイ素が昇華する際に発生するスプラッシュとプラズマ照射時の急激な電気抵抗の変化を、適量含有された溶融型材料が抑制することとなるとともに、昇華性の性質は維持されているため僅かなエネルギーでの蒸発が可能となり蒸発した原子のイオン化が容易となる。その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料を提供することができる。   As described above, the evaporation source material for ion plating according to the present invention is composed of silicon nitride and an appropriate amount of melt-type material, and when this is heated, evaporation of the evaporation source material occurs without going through a liquid phase. For this reason, while the sublimation-type material silicon nitride sublimates, the splash-type material and the rapid change in electrical resistance during plasma irradiation are suppressed by the molten material contained in an appropriate amount, and the sublimation property Since the properties are maintained, evaporation with a small amount of energy is possible, and ionization of the evaporated atoms becomes easy. As a result, it is possible to provide an evaporation source material for ion plating that can suppress the occurrence of film defects, enable stable film formation, and can form a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride. it can.

なお、原料粉末の説明欄において説明したように、イオンプレーティング法においては、帰還電極を利用した装置の開発により絶縁性の材料を蒸発源材料として積極的に使用できることとなった。その結果、高いガスバリア性を有しつつも絶縁性の材料である窒化ケイ素についても、イオンプレーティング法による成膜を良好に行う途が開かれた。しかしながら、窒化ケイ素は、昇華性の性質を有することに伴ってプラズマ照射時の急激な電圧低下が発生し安定なプラズマ照射を行うことが難しく、またスプラッシュの発生も観察されるために、イオンプレーティング法で良好な成膜を行うためには、蒸発源材料のさらなる改良が必要であった。この点につき、本発明においては、溶融型材料を用いて蒸発源材料を半溶融性にすることにより、蒸発源材料に窒化ケイ素を用いた場合においても、イオンプレーティング法での成膜が良好に行えるようにしている。   As described in the explanation of the raw material powder, in the ion plating method, an insulating material can be actively used as an evaporation source material by developing a device using a feedback electrode. As a result, there has been opened a way to satisfactorily form a film by an ion plating method for silicon nitride which is an insulating material while having a high gas barrier property. However, since silicon nitride has a sublimation property, a sudden voltage drop occurs during plasma irradiation, making it difficult to perform stable plasma irradiation, and occurrence of splash is observed. In order to perform good film formation by the coating method, it was necessary to further improve the evaporation source material. In this regard, in the present invention, the evaporation source material is made semi-meltable by using a melt-type material, so that film formation by the ion plating method is good even when silicon nitride is used as the evaporation source material. To be able to.

(イオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法)
本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法は、上記で説明した本発明の原料粉末を準備する工程と、その原料粉末を焼結して所定形状に加工する工程とを有している。こうして得られる蒸発源材料をイオンプレーティング用の蒸発源として用いれば、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法を提供することができる。
(Method of manufacturing evaporation source material for ion plating)
The method for producing an evaporation source material for ion plating of the present invention includes a step of preparing the raw material powder of the present invention described above, and a step of sintering the raw material powder and processing it into a predetermined shape. . If the evaporation source material obtained in this way is used as an evaporation source for ion plating, the occurrence of splash during film formation by the ion plating method can be suppressed, and a sudden change in electrical resistance of silicon nitride during plasma irradiation As a result, the occurrence of film defects is suppressed, stable film formation is possible, and a gas barrier film capable of fully enjoying the high gas barrier property of silicon nitride can be formed. A manufacturing method can be provided.

原料粉末を準備する工程は、上記の原料粉末の説明欄で説明したように、平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下である溶融型材料と、を含有し、この溶融型材料の含有量が、窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下である原料粉末を準備する工程である。準備される原料粉末は、例えば、溶融型材料が窒化ケイ素100重量部に対して5重量部以上50重量部以下で含有されるようにした原料粉末を、例えばミキサー等の混合手段によって混合されたものである。   The step of preparing the raw material powder includes silicon nitride having an average particle size of 5 μm or less and a melt-type material having an average particle size of 5 μm or less, as described in the explanation section of the raw material powder. This is a step of preparing a raw material powder having a melt-type material content of 5 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silicon nitride. The raw material powder to be prepared is, for example, a raw material powder in which the molten material is contained in an amount of 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of silicon nitride, for example, mixed by mixing means such as a mixer. Is.

所定形状に加工する工程は、特に制限はないが、原料粉末を焼結させて1辺が5mm以上の略直方体形状に加工する工程であることが好ましい。これにより、イオンプレーティング用蒸発源材料を所定の大きさとすることができるようになり、その結果、プラズマ照射時の照射部分が固定化されて蒸発時の飛散を防ぎやすくなる。   The step of processing into a predetermined shape is not particularly limited, but is preferably a step of sintering the raw material powder and processing it into a substantially rectangular parallelepiped shape with one side of 5 mm or more. As a result, the ion plating evaporation source material can be set to a predetermined size, and as a result, the irradiated portion at the time of plasma irradiation is fixed, and scattering during evaporation is easily prevented.

焼結手段としては、例えば、原料粉末を所定形状に圧縮成形し、その圧縮成形体を構成粉末の溶融温度よりも低い温度に加熱して粉体同士が結合するようにする、一般的な焼結手段を適用できる。具体的には、金型プレス、CIPプレス(静水圧プレス)、RIPプレス(ラバープレス)等の従来公知の各種の方法を適用できる。   As the sintering means, for example, a general sintering is performed in which the raw material powder is compression-molded into a predetermined shape, and the compression-molded body is heated to a temperature lower than the melting temperature of the constituent powder so that the powders are bonded to each other. Concluding means can be applied. Specifically, various conventionally known methods such as a die press, a CIP press (hydrostatic press), and a RIP press (rubber press) can be applied.

焼結温度は、好ましくは200℃以上、より好ましくは400℃以上、また、好ましくは1500℃以下、より好ましくは1200℃以下の任意の温度とすることができる。この範囲内で焼結することにより、原料粉末中からの脱ガスを十分に行うことができると共に、1辺が5mm以上の略直方体形状に加工しやすくなる。一方、焼結温度が200℃未満では、十分な焼結が行われにくくなる。また、焼結温度が1500℃を超えると、雰囲気をArや窒素のような非反応性ガスとした場合において、リークした酸素により酸化されやすくなる場合がある。   The sintering temperature is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, and preferably 1500 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or lower. By sintering within this range, degassing from the raw material powder can be sufficiently performed, and it becomes easy to process into a substantially rectangular parallelepiped shape with one side of 5 mm or more. On the other hand, if the sintering temperature is less than 200 ° C., it becomes difficult to perform sufficient sintering. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 1500 ° C., it may be easily oxidized by leaked oxygen when the atmosphere is a non-reactive gas such as Ar or nitrogen.

焼結の際の雰囲気も、蒸発源材料に所望される組成に応じて適宜選択すればよい。通常は、Arや窒素のような非反応性ガスを用いるが、雰囲気に酸素を加えることで得られる蒸発源材料の酸化度を調整することもできる。一方、焼結の際に、蒸発源材料の原料粉末と雰囲気中の酸素との反応を抑制する場合には、前述の非反応性ガスを用いればよく、焼結温度は任意とすることができる。これに対して、雰囲気中に酸素が含有される場合(例えば大気中で焼結を行う場合)には、焼結温度を低く設定して酸化反応を抑制すればよい。この場合、焼結温度は、好ましくは1000℃以下、より好ましくは500℃以下とする。   The atmosphere at the time of sintering may be appropriately selected according to the composition desired for the evaporation source material. Usually, a non-reactive gas such as Ar or nitrogen is used, but the degree of oxidation of the evaporation source material obtained by adding oxygen to the atmosphere can also be adjusted. On the other hand, when suppressing the reaction between the raw material powder of the evaporation source material and oxygen in the atmosphere during sintering, the above-described non-reactive gas may be used, and the sintering temperature can be arbitrarily set. . On the other hand, when oxygen is contained in the atmosphere (for example, when sintering is performed in the air), the oxidation temperature may be suppressed by setting the sintering temperature low. In this case, the sintering temperature is preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. or lower.

ガスバリア性シートのガスバリア膜の組成を、Si:O:Nの原子数比で100:50〜150:40〜100の範囲にあるSi−O−N膜とし、原子数比がガスバリア膜の厚さ方向に均一とする場合には、以下の製造方法で蒸発源材料を得ることが好ましい。まず、蒸発源材料中の組成を均一にするために、例えば、窒化ケイ素の粉末に溶融型材料の粉末を混合させる方法を挙げることができる。この他、酸素を含んだ雰囲気にて原料粉末を焼結することにより、酸化反応を生じさせて蒸発源材料の組成を調整する方法も有効である。また、焼結温度は、好ましくは1000℃より高い温度、より好ましくは1500℃以上とする。   The composition of the gas barrier film of the gas barrier sheet is a Si—O—N film having an Si: O: N atomic ratio in the range of 100: 50 to 150: 40 to 100, and the atomic ratio is the thickness of the gas barrier film. When uniform in the direction, it is preferable to obtain the evaporation source material by the following manufacturing method. First, in order to make the composition in the evaporation source material uniform, for example, a method of mixing a powder of a molten material with a powder of silicon nitride can be mentioned. In addition, a method of adjusting the composition of the evaporation source material by causing the oxidation reaction by sintering the raw material powder in an atmosphere containing oxygen is also effective. The sintering temperature is preferably higher than 1000 ° C, more preferably 1500 ° C or higher.

焼結時間は、特に制限はなく、通常0.5時間以上、48時間以下とする。焼結時間は、得ようとする蒸発源材料の大きさ(タブレットの大きさ)や焼結温度に対応して、適宜調整すればよい。   The sintering time is not particularly limited, and is usually 0.5 hours or longer and 48 hours or shorter. The sintering time may be appropriately adjusted according to the size of the evaporation source material to be obtained (tablet size) and the sintering temperature.

原料粉末を焼結する際に、結着剤(バインダー)を利用する場合には、その代表例としては、デンプン、小麦蛋白、セルロース等を挙げることができるが、それ以外のものであっても構わない。こうした結着剤は、焼結を行った後に加熱焼成により除去されるのが一般的である。   In the case of using a binder (binder) when sintering the raw material powder, typical examples thereof include starch, wheat protein, cellulose, etc. I do not care. Such a binder is generally removed by heating and firing after sintering.

以上、本発明の蒸発源材料の製造方法により得られた蒸発源材料をイオンプレーティング用の蒸発源として用いれば、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法を提供することができる。   As described above, if the evaporation source material obtained by the evaporation source material manufacturing method of the present invention is used as an evaporation source for ion plating, it is possible to suppress the occurrence of splash at the time of film formation by the ion plating method. A rapid change in electrical resistance of silicon nitride during irradiation is suppressed, and as a result, generation of film defects is suppressed, stable film formation is possible, and a gas barrier film that can sufficiently enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride is provided. It is possible to provide a method of manufacturing a deposition source material for ion plating that can be formed into a film.

なお、帰還電極を利用した装置の開発により、絶縁性材料である窒化ケイ素をイオンプレーティング法で良好に成膜できる途が開かれたが、それでもなお、窒化ケイ素をイオンプレーティング法の蒸発源材料としてそのまま用いることは困難であった。そこで、本発明においては、窒化ケイ素に適量の溶融型材料を含有させて蒸発源材料を製造することにより、窒化ケイ素をイオンプレーティング用の蒸発源材料として良好に用いることを可能としている。こうした点の詳細については、すでに原料粉末の説明欄、蒸発源材料の説明欄で説明したとおりなので、説明の繰り返しを避けるため、ここでの説明は省略する。   In addition, the development of a device using a feedback electrode opened the way to successfully deposit silicon nitride, which is an insulating material, by ion plating. However, silicon nitride can still be used as an evaporation source for ion plating. It was difficult to use the material as it was. Therefore, in the present invention, silicon nitride can be satisfactorily used as an evaporation source material for ion plating by producing an evaporation source material by containing an appropriate amount of a melt-type material in silicon nitride. Details of these points are the same as those already described in the explanation column of the raw material powder and the explanation column of the evaporation source material.

(ガスバリア性シート)
本発明のガスバリア性シートは、基材上の少なくとも一方の面にガスバリア膜を備えたものであり、ガスバリア膜には、窒化ケイ素と、溶融型材料として好ましい酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素と、が含有される。より具体的には、ガスバリア膜は、Si:O:Nの原子数比で100:50〜150:40〜100の範囲にあるSi−O−N膜であって、その原子数比がガスバリア膜の厚さ方向に均一(バラツキが±10%以内)になっている。これにより、厚さ方向の膜質が均一なガスバリア膜を有し、スプラッシュによる欠陥が抑制されたガスバリア性シートとなり、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア性シートを提供することができる。なお、本発明で示す原子数比はバルクでの値を指している。
(Gas barrier sheet)
The gas barrier sheet of the present invention is provided with a gas barrier film on at least one surface on a substrate, and the gas barrier film contains silicon nitride and silicon oxide or silicon oxynitride which is preferable as a molten material. Is done. More specifically, the gas barrier film is a Si—O—N film having a Si: O: N atomic ratio in the range of 100: 50 to 150: 40 to 100, and the atomic ratio is a gas barrier film. It is uniform in the thickness direction (variation is within ± 10%). As a result, a gas barrier sheet having a gas barrier film with a uniform film quality in the thickness direction and defects caused by splash is suppressed, and as a result, the occurrence of film defects is suppressed and the high gas barrier property of silicon nitride is sufficiently obtained. A gas barrier sheet that can be enjoyed can be provided. In addition, the atomic ratio shown by this invention has shown the value in the bulk.

ガスバリア膜は、主として酸素や水蒸気等の気体の透過を遮断する機能をするものであり、本発明におけるガスバリア膜は、酸素透過率が1cc/m/day・atm以下で、水蒸気透過率が1g/m/day以下の高いガスバリア性を示す。こうした高いガスバリア性を示す理由は、ガスバリア膜が、上述した本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を用いて形成され、安定に成膜され、欠陥が少なく、高密度で緻密であり密着性がよいからである。 The gas barrier film mainly functions to block the permeation of gases such as oxygen and water vapor. The gas barrier film of the present invention has an oxygen permeability of 1 cc / m 2 / day · atm or less and a water vapor permeability of 1 g. A high gas barrier property of / m 2 / day or less is exhibited. The reason why such a high gas barrier property is exhibited is that the gas barrier film is formed using the above-described evaporation source material for ion plating of the present invention, is stably formed, has few defects, is dense and dense, and has high adhesion. Because it is good.

ガスバリア膜の厚さは、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.02μm以上とする。ガスバリア膜の厚さを上記範囲とすれば、上記した優れた酸素透過率と水蒸気透過率を満たしやすくなる。また、ガスバリア膜の厚さは、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.2μm以下とする。ガスバリア膜の厚さを上記範囲とすれば、膜応力を低くして、基材がフレキシブルフィルムである場合にガスバリア膜にクラックが生じにくくなり、ガスバリア性が低下するのを抑制し、さらに成膜に要する時間も低減できるため生産性も向上させやすくなる。   The thickness of the gas barrier film is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.02 μm or more. If the thickness of the gas barrier film is within the above range, the above-described excellent oxygen permeability and water vapor permeability can be easily satisfied. The thickness of the gas barrier film is preferably 1 μm or less, more preferably 0.2 μm or less. When the thickness of the gas barrier film is within the above range, the film stress is lowered, and when the base material is a flexible film, the gas barrier film is less likely to be cracked, and the gas barrier property is prevented from being lowered. Therefore, productivity can be easily improved.

本発明において、「原子数比が厚さ方向に均一」とは、ガスバリア膜の厚さ方向の原子数比のバラツキが±10%以内、好ましくは±5%以内であることを意味している。こうしたバラツキの範囲は、本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を用いたときに特徴的に得られるものである。すなわち、上記本発明の蒸発源材料は、窒化ケイ素と、溶融型材料として好ましい酸化ケイ素や酸窒化ケイ素とを混合した原料粉末を焼結してなるものであることから、その蒸発源材料を用いてイオンプレーティング成膜を行えば、成膜されたガスバリア膜は、上記の原子数比で、厚さ方向にほぼ均一(バラツキが±10%以内、好ましくは±5%以内)に成膜される。なお、本発明で示す原子数比はバルクでの値を指しており、膜表面は自然酸化膜が生じる場合があり、基材との界面は基材からのガス成分による酸化が進行する場合があり、いずれの場合も組成がずれることが考えられる。   In the present invention, “the atomic ratio is uniform in the thickness direction” means that the variation in the atomic ratio in the thickness direction of the gas barrier film is within ± 10%, preferably within ± 5%. . Such a range of variation is characteristically obtained when the evaporation source material for ion plating of the present invention is used. That is, since the evaporation source material of the present invention is formed by sintering raw material powder obtained by mixing silicon nitride and silicon oxide or silicon oxynitride which is preferable as a melt-type material, the evaporation source material is used. When the ion plating film is formed, the formed gas barrier film is formed almost uniformly in the thickness direction with the above-mentioned atomic ratio (the variation is within ± 10%, preferably within ± 5%). The In addition, the atomic ratio shown in the present invention indicates a value in a bulk, a natural oxide film may be generated on the film surface, and oxidation with a gas component from the base material may proceed at the interface with the base material. In any case, it is considered that the composition is shifted.

このときの原子数比は、ESCA等の分析装置で得られた結果で評価できる。本発明において、ESCAの測定は、ESCA(英国 VG Scientific社製、型式:LAB220i−XL)により測定したものである。X線源としては、Ag−3d−5/2ピーク強度が300Kcps〜1McpsとなるモノクロAlX線源、及び、直径約1mmのスリットを使用した。測定は、測定に供した試料面の法線上に検出器をセットした状態で行い、適正な帯電補正を行った。測定後の解析は、上述のESCA装置に付属されたソフトウエアEclipseバージョン2.1を使用し、Si:2p、N:1s、C:1s、O:1sのバインディングエネルギーに相当するピークを用いて行った。このとき、各ピークに対して、シャーリーのバックグラウンド除去を行い、ピーク面積に各元素の感度係数補正(C=1に対して、N=1.770、Si=0.865、O=2.850)を行い、原子数比を求めた。得られた原子数比について、Si原子数を100とし、他の成分であるOとNの原子数を算出して成分割合とした。   The atomic ratio at this time can be evaluated by the result obtained by an analyzer such as ESCA. In the present invention, the ESCA is measured by ESCA (manufactured by VG Scientific, UK, model: LAB220i-XL). As the X-ray source, a monochrome AlX ray source having an Ag-3d-5 / 2 peak intensity of 300 Kcps to 1 Mcps and a slit having a diameter of about 1 mm were used. The measurement was performed with the detector set on the normal line of the sample surface used for the measurement, and appropriate charge correction was performed. The analysis after the measurement uses software Eclipse version 2.1 attached to the above-mentioned ESCA apparatus, and uses peaks corresponding to binding energies of Si: 2p, N: 1s, C: 1s, and O: 1s. went. At this time, Shirley background is removed for each peak, and sensitivity coefficient correction of each element is performed on the peak area (N = 1.770, Si = 0.865, O = 2. 850) and the atomic ratio was determined. About the obtained atomic ratio, the number of Si atoms was set to 100, the number of atoms of O and N which are other components was calculated, and it was set as the component ratio.

ガスバリア膜のガスバリア性は、Si−N−Si伸縮振動による赤外線吸収の範囲と膜密度とから見積もることができる。具体的には、得られたガスバリア膜であるSi−O−N膜は、Si−N−Si伸縮振動による赤外線吸収が830〜1060cm−1の範囲に存在し、膜密度が、好ましくは2.2g/cm以上、より好ましくは2.5g/cm以上、また、好ましくは4.0g/cm以下の範囲である。ガスバリア膜の原子数比、Si−N−Si伸縮振動による赤外線吸収帯域、及び膜密度を上記範囲内とすれば、ガスバリア膜の緻密性を確保しやすく、高いガスバリア性(酸素透過率が1cc/m/day・atm以下であり、水蒸気透過率が1g/m/day以下程度を指す。)を発現しやすくなり、またガスバリア膜の柔軟性も確保しやすく耐久性も高くなりやすい。 The gas barrier property of the gas barrier film can be estimated from the range of infrared absorption by the Si—N—Si stretching vibration and the film density. Specifically, the Si—O—N film, which is the obtained gas barrier film, has infrared absorption by Si—N—Si stretching vibration in the range of 830 to 1060 cm −1 , and the film density is preferably 2. The range is 2 g / cm 3 or more, more preferably 2.5 g / cm 3 or more, and preferably 4.0 g / cm 3 or less. If the atomic ratio of the gas barrier film, the infrared absorption band due to Si—N—Si stretching vibration, and the film density are within the above ranges, it is easy to ensure the denseness of the gas barrier film, and high gas barrier properties (oxygen permeability is 1 cc / m 2 / day · atm or less, and the water vapor transmission rate is about 1 g / m 2 / day or less), and the flexibility of the gas barrier film is easily secured and the durability tends to be high.

本発明において、Si−N−Si伸縮振動による赤外線吸収帯域は、多重反射(ATR)測定装置を備えたフーリエ変換型赤外分光光度計(日本分光株式会社製、Herschel FT−IR−610)を使用して測定する。また、上記の膜密度は、X線反射率測定装置(理学電機株式会社製、ATX−E)により測定する。また、ガスバリア性の測定は、各種の測定装置で測定できるが、上記のガスバリア性は、Mocon社製のPARMATRAN3/31を用い、37.8℃で100%RHの条件で測定している。   In the present invention, the infrared absorption band due to Si-N-Si stretching vibration is obtained by using a Fourier transform infrared spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, Herschel FT-IR-610) equipped with a multiple reflection (ATR) measuring device. Use to measure. The film density is measured with an X-ray reflectivity measuring device (manufactured by Rigaku Corporation, ATX-E). The gas barrier property can be measured with various measuring devices, and the gas barrier property is measured using PARMATRAN 3/31 manufactured by Mocon under the conditions of 37.8 ° C. and 100% RH.

本発明のガスバリア性シートに透明性が必要とされる場合には、基材は高度の透明性を有する材料であることが好ましく、具体的には、400nm〜700nmの光透過度が80%以上のガスバリア性シートは、表示媒体や照明、太陽電池のカバー等のような、光を透過させることが必要な用途や、包装体や容器等のような、内容物を見ることが要求される用途などに用いる際に好ましく適用できる。一方、ガスバリア性シートを上記のような透明性を必要としない用途に用いる場合には、光透過度が50%程度のガスバリア性シートであってもよく、一般的なガスバリア性シートとして他の用途に用いることができる。なお、光透過度は全光線透過率と同じ意味で用いている。ただし、全光線透過率は、膜厚と屈折率とから光学的に調整することができるため、この数値は目安となるが、必ずしも厳格に適用されるというわけではない。   When transparency is required for the gas barrier sheet of the present invention, the substrate is preferably a material having a high degree of transparency. Specifically, the light transmittance at 400 nm to 700 nm is 80% or more. The gas barrier sheet is used for applications that require light transmission, such as display media, lighting, and solar cell covers, and applications that require viewing of contents such as packaging and containers. For example, it can be preferably applied. On the other hand, when the gas barrier sheet is used for applications that do not require transparency as described above, it may be a gas barrier sheet having a light transmittance of about 50%, and other applications as a general gas barrier sheet. Can be used. The light transmittance is used in the same meaning as the total light transmittance. However, since the total light transmittance can be optically adjusted from the film thickness and the refractive index, this numerical value is a guide, but is not necessarily strictly applied.

ガスバリア性シートの他の形態としては、基材の両面にガスバリア膜が形成されたものであってもよいし、基材の一方の面に樹脂層を介してガスバリア膜が形成されたものであってもよいし、基材の両面に樹脂層を介してガスバリア膜が形成されたものであってもよいし、その樹脂層とガスバリア膜とが2回以上繰り返して積層されたものであってもよい。また、ガスバリア膜の上には、必要に応じて、ハードコート層、耐スクラッチ層、導電層、反射防止層等を適宜形成することができる。また、ガスバリア膜を多層化させてもよい。   As another form of the gas barrier sheet, a gas barrier film may be formed on both surfaces of the substrate, or a gas barrier film may be formed on one surface of the substrate via a resin layer. The gas barrier film may be formed on both surfaces of the base material via the resin layer, or the resin layer and the gas barrier film may be repeatedly laminated twice or more. Good. On the gas barrier film, a hard coat layer, a scratch-resistant layer, a conductive layer, an antireflection layer, and the like can be appropriately formed as necessary. Further, the gas barrier film may be multilayered.

基材は、イオンプレーティング用蒸発源材料を付着させる基材であるが、特に制限なく用いることができる。基材としては、主にはシート状やフィルム状のものが用いられるが、具体的な用途や目的等に応じて、非フレキシブル基板やフレキシブル基板を用いることができる。例えば、ガラス基板、硬質樹脂基板、ウエハ、プリント基板、様々なカード、樹脂シート等の非フレキシブル基板を用いてもよいし、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリウレタンアクリレート、ポリエーテルサルフォン、ポリイミド、ポリシルセスキオキサン、ポリノルボルネン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、環状ポリオレフィン等のフレキシブル基板を用いてもよい。基材が樹脂製である場合、好ましくは100℃以上、特に好ましくは150℃以上の耐熱性を有するものが適当である。   Although a base material is a base material to which the evaporation source material for ion plating is made to adhere, it can be used without particular limitation. As the substrate, a sheet or film is mainly used, but a non-flexible substrate or a flexible substrate can be used according to a specific application or purpose. For example, non-flexible substrates such as glass substrates, hard resin substrates, wafers, printed substrates, various cards, resin sheets, etc. may be used. For example, polyethylene terephthalate (PET), polyamide, polyolefin, polyethylene naphthalate (PEN), A flexible substrate such as polycarbonate, polyacrylate, polymethacrylate, polyurethane acrylate, polyethersulfone, polyimide, polysilsesquioxane, polynorbornene, polyetherimide, polyarylate, or cyclic polyolefin may be used. When the substrate is made of a resin, those having a heat resistance of preferably 100 ° C. or higher, particularly preferably 150 ° C. or higher are appropriate.

基材の厚さについても特に制限はないが、可とう性及び形態保持性の観点から、通常6μm以上、好ましくは12μm以上、また、通常400μm以下、好ましくは250μm以下の範囲とする。   Although there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of a base material, From a viewpoint of a flexibility and form retainability, it is 6 micrometers or more normally, Preferably it is 12 micrometers or more, and is usually 400 micrometers or less, Preferably it is set as the range of 250 micrometers or less.

基材とガスバリア膜との間に設けられる樹脂層は、基材とガスバリア膜との密着性を向上させ、かつ、ガスバリア性をより向上させるためのものである。また、ガスバリア膜を被覆する樹脂層は、保護膜として機能し、耐熱性、耐薬品性、耐候性をガスバリア性シートに付与させるためのものである。このような樹脂層は、ポリアミック酸、ポリエチレン樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、ポリ尿素樹脂、ポリアゾメチン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ(メタ)アクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリロニトリル(PAN)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂等の市販の樹脂材料、二官能エポキシ樹脂と二官能フェノール類との重合体である高分子量エポキシ重合体を含有する硬化性エポキシ樹脂、及び、上述の基材に使用する樹脂材料等の1種又は2種以上の組み合わせにより形成することができる。樹脂層の厚さは、使用する材料により適宜設定することが好ましいが、例えば、5nm以上、500μm以下の範囲で設定することができる。   The resin layer provided between the base material and the gas barrier film is for improving the adhesion between the base material and the gas barrier film and further improving the gas barrier property. The resin layer covering the gas barrier film functions as a protective film, and is for imparting heat resistance, chemical resistance, and weather resistance to the gas barrier sheet. Such resin layers include polyamic acid, polyethylene resin, melamine resin, polyurethane resin, polyester resin, polyol resin, polyurea resin, polyazomethine resin, polycarbonate resin, poly (meth) acrylate resin, polystyrene resin, polyacrylonitrile (PAN). ) Resin, a commercially available resin material such as polyethylene naphthalate (PEN) resin, a curable epoxy resin containing a high molecular weight epoxy polymer that is a polymer of a bifunctional epoxy resin and a bifunctional phenol, and the group described above It can form by 1 type, or 2 or more types of combinations, such as the resin material used for a material. The thickness of the resin layer is preferably set as appropriate depending on the material to be used, but can be set, for example, in the range of 5 nm or more and 500 μm or less.

こうした樹脂層には、平均粒径が0.8μm以上、5μm以下の範囲にある非繊維状の無機充填材を含有させてもよい。使用する非繊維状の無機充填材としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、タルク、アルミナ、マグネシア、シリカ、二酸化チタン、クレイ等を挙げることができ、特に焼成されたクレイが好ましく使用できる。このような無機充填材は、樹脂層の通常10重量%以上、好ましくは25重量%以上、また、通常60重量%以下、好ましくは45重量%以下の範囲で含有させることができる。   Such a resin layer may contain a non-fibrous inorganic filler having an average particle size of 0.8 μm or more and 5 μm or less. Examples of the non-fibrous inorganic filler to be used include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, talc, alumina, magnesia, silica, titanium dioxide, clay, and the like, and in particular, calcined clay is preferably used. Such an inorganic filler can be contained in a range of usually 10% by weight or more, preferably 25% by weight or more, and usually 60% by weight or less, preferably 45% by weight or less of the resin layer.

以上、本発明のガスバリア性シートによれば、原子数比がガスバリア膜の厚さ方向に均一(バラツキが±10%以内)であるので、厚さ方向の膜質が均一なガスバリア膜を有するガスバリア性シートを提供できる。より具体的には、厚さ方向の膜質が均一で、高密度かつ緻密で密着性のよいガスバリア膜を有するので、ガスバリア性に優れたガスバリア性シートを提供できる。こうした効果を奏する本発明のガスバリア性シートは、ガスバリア性が要求される各種部材への適用が可能である。例えば、種々の飲食品(食品)、接着剤、粘着剤等の化学品、化粧品、医薬品、ケミカルカイロ等の雑貨品、電子部品等の包装用部材の一部として用いてもよいし、液晶表示装置の構成部材として用いてもよい。これらのうち、低コストが要求されるという観点からは、食品分野に用いられることが好ましい。   As described above, according to the gas barrier sheet of the present invention, since the atomic ratio is uniform in the thickness direction of the gas barrier film (variation is within ± 10%), the gas barrier property having a gas barrier film having a uniform film quality in the thickness direction. Can provide a sheet. More specifically, since the gas barrier film having a uniform film quality in the thickness direction, a high density, a denseness, and good adhesion is provided, a gas barrier sheet having excellent gas barrier properties can be provided. The gas barrier sheet of the present invention that exhibits such effects can be applied to various members that require gas barrier properties. For example, it may be used as a part of packaging materials for various foods and drinks (food), chemicals such as adhesives and pressure-sensitive adhesives, cosmetics, pharmaceuticals, miscellaneous goods such as chemical warmers, and electronic parts, and liquid crystal displays. You may use as a structural member of an apparatus. Among these, it is preferable to use in the food field from the viewpoint that low cost is required.

(ガスバリア性シートの製造方法)
本発明のガスバリア性シートの製造方法は、本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を準備する工程と、イオンプレーティング用蒸発源材料を蒸発源材料として用いて基材上にガスバリア膜をイオンプレーティング成膜する工程と、を有している。本発明の蒸発源材料を用いることにより、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なガスバリア性シートの製造方法を提供することができる。
(Method for producing gas barrier sheet)
The method for producing a gas barrier sheet of the present invention comprises a step of preparing the ion plating evaporation source material of the present invention and a gas barrier film on the substrate using the ion plating evaporation source material as an evaporation source material. And a film forming step. By using the evaporation source material of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of splash at the time of film formation by the ion plating method, the rapid change in electrical resistance of silicon nitride during plasma irradiation is suppressed, as a result, Occurrence of film defects can be suppressed, stable film formation can be performed, and a method for producing a gas barrier sheet capable of forming a gas barrier film that can fully enjoy the high gas barrier properties of silicon nitride can be provided.

この製造方法において、原料粉末、蒸発源材料、蒸発源材料の製造方法、好ましいガスバリア性シートの一例のそれぞれについては既に説明したとおりである。例えば、本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を準備する工程は、原料粉末を焼結して蒸発源材料を準備すればよく、上記の蒸発源材料の製造方法の説明欄で説明したとおりである。したがって、説明の重複を避けるため、ここではその説明は省略する。   In this production method, each of the raw material powder, the evaporation source material, the production method of the evaporation source material, and an example of a preferable gas barrier sheet is as described above. For example, the step of preparing the evaporation source material for ion plating according to the present invention may be performed by sintering the raw material powder to prepare the evaporation source material, as described in the explanation of the method for manufacturing the evaporation source material. is there. Therefore, in order to avoid duplication of explanation, the explanation is omitted here.

基材上にガスバリア膜をイオンプレーティング成膜する工程におけるイオンプレーティング成膜(イオンプレーティング法)とは、真空蒸着法において成膜プロセス中プラズマのエネルギーを与えることにより、蒸発物の励起・イオン化が促進される方式のものをいう。こうしたイオンプレーティング法のうち好ましいのは、圧力勾配型イオンプレーティングであり、これは、プラズマガンのプラズマ発生部の圧力を高くすることにより安定したピュアなプラズマソースとして供給することが可能なプロセスである。そして、ハースに照射された電流が、プラズマガンに安定的に帰還できるように、帰還電極を備えたプロセスを用いることがさらに好ましい。   Ion plating film formation (ion plating method) in the process of ion plating film formation of a gas barrier film on a substrate is a method of exciting and evaporating evaporates by applying plasma energy during the film formation process in vacuum deposition. A system that promotes ionization. Among these ion plating methods, pressure gradient ion plating is preferable, which is a process that can be supplied as a stable and pure plasma source by increasing the pressure of the plasma generation part of the plasma gun. It is. It is further preferable to use a process including a return electrode so that the current applied to the hearth can be stably returned to the plasma gun.

イオンプレーティング法を採用する場合、プラズマのエネルギーが大きいため、窒化ケイ素はプラズマ照射により、部分的に乖離して成膜が行われて、ガスバリア膜が、ケイ素が単離された金属量の多い膜となる場合がある。こうした場合には、単離されたケイ素蒸気に窒素ガスを導入し、ケイ素蒸気と窒素ガスとを反応させることにより、酸化ケイ素を加えても窒素含有量の多い酸窒化膜すなわち高いガスバリア性を有した膜を得ることができる。こうした方法の他、真空成膜中に真空チャンバー内に酸素を存在させることで、プラズマ照射中に酸素と反応させる等の方法を用いることもできる。   When the ion plating method is adopted, since the energy of plasma is large, silicon nitride is partially separated by plasma irradiation, and the gas barrier film has a large amount of metal from which silicon is isolated. May be a film. In such a case, nitrogen gas is introduced into the isolated silicon vapor, and the silicon vapor reacts with the nitrogen gas, so that even if silicon oxide is added, an oxynitride film having a high nitrogen content, that is, having a high gas barrier property. Film can be obtained. In addition to these methods, a method of reacting with oxygen during plasma irradiation by allowing oxygen to exist in the vacuum chamber during vacuum film formation can also be used.

図1は、イオンプレーティング装置の一例を示す構成図であり、詳しくは、後述の実施例で使用したホローカソード型イオンプレーティング装置の構成図である。図1に示すホローカソード型イオンプレーティング装置101は、真空チャンバー102と、このチャンバー102内に配設された供給ロール103a、巻き取りロール103b、コーティングドラム104と、バルブを介して真空チャンバー102に接続された真空排気ポンプ105と、仕切り板109,109と、その仕切り板109,109で真空チャンバー102と仕切られた成膜チャンバー106と、この成膜チャンバー106内の下部に配設された坩堝107と、アノード磁石108と、成膜チャンバー106の所定位置(図示例では成膜チャンバーの右側壁)に配設された圧力勾配型プラズマガン110、収束用コイル111、シート化磁石112、圧力勾配型プラズマガン110へのアルゴンガスの供給量を調整するためのバルブ113と、成膜チャンバー106にバルブを介して接続された真空排気ポンプ114と、酸素ガス等の供給量を調整するためのバルブ116とを備えている。なお、図示のように、供給ロール103aと巻き取りロール103bはリバース機構が装備されており、両方向の巻き出し、巻き取りが可能となっている。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an ion plating apparatus, and more specifically, is a configuration diagram of a hollow cathode type ion plating apparatus used in examples described later. A hollow cathode type ion plating apparatus 101 shown in FIG. 1 includes a vacuum chamber 102, a supply roll 103a, a take-up roll 103b, a coating drum 104 disposed in the chamber 102, and a vacuum chamber 102 via valves. A vacuum exhaust pump 105 connected, partition plates 109 and 109, a film formation chamber 106 separated from the vacuum chamber 102 by the partition plates 109 and 109, and a crucible disposed in the lower part of the film formation chamber 106 107, an anode magnet 108, a pressure gradient plasma gun 110, a converging coil 111, a sheet magnet 112, a pressure gradient, which are disposed at predetermined positions (in the illustrated example, the right side wall of the film formation chamber) of the film formation chamber 106. For adjusting the supply amount of argon gas to the plasma gun 110 And Lube 113, and a vacuum pump 114 connected through a valve to the film forming chamber 106, a valve 116 for adjusting the supply amount such as an oxygen gas. As shown in the figure, the supply roll 103a and the take-up roll 103b are equipped with a reverse mechanism, and can be unwound and taken up in both directions.

このようなイオンプレーティング装置101を用いたガスバリア膜の形成は以下のように行われる。先ず、真空チャンバー102、成膜チャンバー106内を、真空排気ポンプ105,114により所定の真空度まで減圧し、次いで、必要に応じて成膜チャンバー106内に酸素ガス等を所定流量導入し、真空排気ポンプ114と成膜チャンバー106との間にあるバルブの開閉度を制御することにより、チャンバー106内を所定圧力に保ち、基材フィルムを走行させ、アルゴンガスを所定流量導入した圧力勾配型プラズマガン110にプラズマ生成のための電力を投入し、アノード磁石108上の坩堝107にプラズマ流を収束させて照射することにより蒸発源材料を蒸発させ、高密度プラズマにより蒸発分子をイオン化させて、基材上に所定のガスバリア膜を形成して、ガスバリア性シートを得る。   Formation of a gas barrier film using such an ion plating apparatus 101 is performed as follows. First, the inside of the vacuum chamber 102 and the film forming chamber 106 is depressurized to a predetermined degree of vacuum by the evacuation pumps 105 and 114, and then a predetermined flow rate of oxygen gas or the like is introduced into the film forming chamber 106 as necessary. By controlling the degree of opening and closing of a valve between the exhaust pump 114 and the film forming chamber 106, the inside of the chamber 106 is maintained at a predetermined pressure, the base film is run, and a pressure gradient plasma in which a predetermined flow rate of argon gas is introduced. Electric power for plasma generation is applied to the gun 110, the plasma flow is converged and irradiated on the crucible 107 on the anode magnet 108 to evaporate the evaporation source material, and the evaporated molecules are ionized by the high-density plasma. A predetermined gas barrier film is formed on the material to obtain a gas barrier sheet.

図1はイオンプレーティング装置の一例であるが、好ましいイオンプレーティング装置は、上述したとおり、ハースに照射された電流が、プラズマガンに安定的に帰還できるように、帰還電極を備えたものである。こうした装置としては、特開平11−269636号公報に記載されるように、プラズマガンのプラズマビームの照射出口部に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態として突出させた絶縁管と、この絶縁管の外周側を取り巻くとともに、出口部よりも高い電位状態とした電子帰還電極と、を設けたイオンプレーティング装置を用いればよい。   FIG. 1 shows an example of an ion plating apparatus. However, as described above, a preferable ion plating apparatus includes a return electrode so that the current applied to the hearth can be stably returned to the plasma gun. is there. As such an apparatus, as described in JP-A No. 11-269636, an insulating tube that surrounds the periphery of the plasma beam at the plasma beam irradiation exit of the plasma gun and protrudes in an electrically floating state, What is necessary is just to use the ion plating apparatus which provided the electron return electrode which surrounded the outer peripheral side of this insulating tube, and was made into the electric potential state higher than an exit part.

本発明は、上述した本発明のイオンプレーティング用蒸発源材料を蒸発源材料として用いた点に特徴がある。その蒸発源材料を用いてイオンプレーティング成膜を行えば、イオンプレーティング法による成膜時のスプラッシュの発生を抑制することができ、プラズマ照射時の窒化ケイ素の急激な電気抵抗の変化が抑制され、その結果、膜欠陥の発生が抑制され、安定な成膜が可能となり、窒化ケイ素の有する高いガスバリア性を十分に享受できるガスバリア膜が成膜可能なガスバリア性シートの製造方法を提供することができる。   The present invention is characterized in that the above-described ion plating evaporation source material of the present invention is used as an evaporation source material. When ion plating film formation is performed using the evaporation source material, the occurrence of splash during film formation by the ion plating method can be suppressed, and the rapid change in electrical resistance of silicon nitride during plasma irradiation is suppressed. As a result, it is possible to provide a method for producing a gas barrier sheet capable of forming a gas barrier film that can suppress the occurrence of film defects, enable stable film formation, and can sufficiently enjoy the high gas barrier property of silicon nitride. Can do.

なお、帰還電極を利用した装置の開発により、絶縁性材料である窒化ケイ素をイオンプレーティング法で良好に成膜できる途が開かれたが、それでもなお、窒化ケイ素をイオンプレーティング法の蒸発源材料としてそのまま用いることは困難であった。そこで、本発明においては、窒化ケイ素に適量の溶融型材料を含有させて得られる蒸発源材料を用いることにより、窒化ケイ素を含有するガスバリア膜を良好にイオンプレーティング成膜できるようになる。こうした点の詳細については、すでに原料粉末の説明欄、蒸発源材料の説明欄、蒸発源材料の製造方法の説明欄で説明したとおりなので、説明の繰り返しを避けるため、ここでの説明は省略する。   In addition, the development of a device using a feedback electrode opened the way to successfully deposit silicon nitride, which is an insulating material, by ion plating. However, silicon nitride can still be used as an evaporation source for ion plating. It was difficult to use the material as it was. Therefore, in the present invention, a gas barrier film containing silicon nitride can be favorably ion-plated by using an evaporation source material obtained by adding an appropriate amount of a melt-type material to silicon nitride. Details of these points are the same as those already described in the explanation column of the raw material powder, the explanation column of the evaporation source material, and the explanation column of the manufacturing method of the evaporation source material, so that the explanation here is omitted to avoid repeated explanation. .

次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to description of a following example, unless the summary is exceeded.

(実施例1)
窒化ケイ素であるSi粉末(高純度化学製、粒度分布計・コールターカウンター法で測定された平均粒径:0.5μm)を100重量部に対し、二酸化ケイ素粉末であるSiO粉末(東ソーシリカ製、粒度分布計・コールターカウンター法で測定された平均粒径:2μm)を30重量部加えて混合して、本発明に係る原料粉末を得た。
Example 1
A silicon nitride Si 3 N 4 powder (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., average particle diameter was measured with a particle size distribution meter, Coulter counter method: 0.5 [mu] m) with respect to 100 parts by weight, SiO 2 powder is a silicon dioxide powder ( 30 parts by weight of Tosoh Silica, particle size distribution meter / coulter counter method measured average particle size: 2 μm) was added and mixed to obtain a raw material powder according to the present invention.

この原料粉末を30mm□×厚み5mmtの金型に入れ、プレス加工を行い、その後、焼成炉に入れ、1000℃で大気中に1時間保持し、本発明に係るイオンプレーティング用蒸発源材料を得た。得られた蒸発源材料の質量割合を後述するX線分光分析装置(XPS/ESCA)により測定した結果、窒化ケイ素の100重量部に対して、二酸化ケイ素は30重量部含有されており、原料粉末の混合割合と一致していた。   This raw material powder is put into a 30 mm □ × 5 mm thick mold, pressed, and then placed in a firing furnace and kept in the atmosphere at 1000 ° C. for 1 hour. The evaporation source material for ion plating according to the present invention is obtained. Obtained. As a result of measuring the mass ratio of the obtained evaporation source material by an X-ray spectroscopic analyzer (XPS / ESCA) described later, 30 parts by weight of silicon dioxide is contained with respect to 100 parts by weight of silicon nitride, and the raw material powder It was consistent with the mixing ratio.

一方、乾燥機を用いて160℃で1時間乾燥させた厚さ100μmのPEN樹脂(帝人デュポン社製、Q65)からなるプラスチックフィルム基材を透明フィルム基材とし、圧力勾配型イオンプレーティング装置にセットした。   On the other hand, a plastic film substrate made of 100 μm-thick PEN resin (Q65 manufactured by Teijin DuPont Co., Ltd.) dried at 160 ° C. for 1 hour using a dryer is used as a transparent film substrate. I set it.

次に、作製した蒸発源材料を、ホローカソード型イオンプレーティング装置内の坩堝に投入した後、真空引きを行った。真空度が5×10−4Paまで到達した後、プラズマガンにアルゴンガスを15sccm導入し、電流110A、電圧90Vのプラズマを発電させた。チャンバー内を4×10−3Paに維持することと磁力によりプラズマを所定方向に曲げ、本発明に係る蒸発源材料に照射させた。成膜の際に、装置が電気的な誤作動を起こすことなく、坩堝内の蒸発源材料は半溶融状態で輝きながら蒸発しているのが確認された。より具体的には、略直方体の各蒸発源材料が輝きながら徐々にその大きさを減じていくことにより昇華が行われていることが確認された。そして、昇華する間、材料からのスプラッシュは確認されなかった。イオンプレーティングを5秒間行って基板に堆積させることにより、膜厚40nmのSiONのガスバリア膜を得た。なお、sccmとは、standard cubic centimeter per minuteの略であり、以下の実施例、比較例においても同様である。 Next, the produced evaporation source material was put into a crucible in a hollow cathode ion plating apparatus, and then evacuated. After the degree of vacuum reached 5 × 10 −4 Pa, 15 sccm of argon gas was introduced into the plasma gun, and plasma with a current of 110 A and a voltage of 90 V was generated. Plasma was bent in a predetermined direction by maintaining the inside of the chamber at 4 × 10 −3 Pa and magnetic force, and the evaporation source material according to the present invention was irradiated. It was confirmed that the evaporation source material in the crucible evaporated while shining in a semi-molten state without causing an electrical malfunction of the apparatus during film formation. More specifically, it was confirmed that sublimation was performed by gradually reducing the size of each evaporation source material in a substantially rectangular parallelepiped while shining. And during the sublimation, no splash from the material was confirmed. Ion plating was performed for 5 seconds to deposit on the substrate to obtain a 40 nm thick SiON gas barrier film. Note that sccm is an abbreviation for standard cubic centimeter per minute, and the same applies to the following examples and comparative examples.

ガスバリア膜の組成をESCA(英国 VG Scientific社製、型式:LAB220i−XL)測定により、Si:O:Nの原子数比(atm%)は100:107:85であった。このESCA測定において、X線源としては、Ag−3d−5/2ピーク強度が300Kcps〜1McpsとなるモノクロAlX線源、及び、直径約1mmのスリットを使用した。測定は、測定に供した試料面の法線上に検出器をセットした状態で行い、適正な帯電補正を行った。測定後の解析は、上述のESCA装置に付属されたソフトウエアEclipseバージョン2.1を使用し、Si:2p、N:1s、C:1s、O:1sのバインディングエネルギーに相当するピークを用いて行った。このとき、各ピークに対して、シャーリーのバックグラウンド除去を行い、ピーク面積に各元素の感度係数補正(C=1に対して、N=1.770、Si=0.865、O=2.850)を行い、原子数比を求めた。得られた原子数比について、Si原子数を100とし、他の成分であるOとNの原子数を算出して成分割合とした。   The composition of the gas barrier film was measured by ESCA (manufactured by VG Scientific, UK, model: LAB220i-XL), and the atomic ratio (atm%) of Si: O: N was 100: 107: 85. In this ESCA measurement, as the X-ray source, a monochrome AlX ray source having an Ag-3d-5 / 2 peak intensity of 300 Kcps to 1 Mcps and a slit having a diameter of about 1 mm were used. The measurement was performed with the detector set on the normal line of the sample surface used for the measurement, and appropriate charge correction was performed. The analysis after the measurement uses software Eclipse version 2.1 attached to the above-mentioned ESCA apparatus, and uses peaks corresponding to binding energies of Si: 2p, N: 1s, C: 1s, and O: 1s. went. At this time, Shirley background is removed for each peak, and sensitivity coefficient correction of each element is performed on the peak area (N = 1.770, Si = 0.865, O = 2. 850) and the atomic ratio was determined. About the obtained atomic ratio, the number of Si atoms was set to 100, the number of atoms of O and N which are other components was calculated, and it was set as the component ratio.

ガスバリア性として水蒸気透過率を測定したところ、5×10−2g/m/dayであった。水蒸気透過率の測定は、水蒸気透過率測定装置(MOCON社製 PERMATRAN−W 3/31)を用いて、温度37.8℃、湿度100%RHで測定した。 When the water vapor transmission rate was measured as the gas barrier property, it was 5 × 10 −2 g / m 2 / day. The water vapor transmission rate was measured at a temperature of 37.8 ° C. and a humidity of 100% RH using a water vapor transmission rate measuring device (PERMATRAN-W 3/31 manufactured by MOCON).

以上の実験結果を表−1に示す。   The above experimental results are shown in Table-1.

(実施例2)
実施例1において、二酸化ケイ素粉末の含有量を5重量部とし、蒸発源材料において、窒化ケイ素100に対して、二酸化ケイ素の質量割合を5としたこと、成膜条件を適宜調整したこと、以外は実施例1と同様にしてガスバリア膜を作製した。蒸発源材料のサイズ、ガスバリア膜のSi:O:Nの原子数比、水蒸気透過率を、表−1に示す。
(Example 2)
In Example 1, except that the content of silicon dioxide powder was 5 parts by weight, the evaporation source material had a mass ratio of silicon dioxide of 5 with respect to silicon nitride 100, and the film formation conditions were appropriately adjusted. Produced a gas barrier film in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the size of the evaporation source material, the Si: O: N atomic ratio of the gas barrier film, and the water vapor transmission rate.

(実施例3)
実施例1において、二酸化ケイ素粉末の含有量を50重量部とし、蒸発源材料において、窒化ケイ素100に対して、二酸化ケイ素の質量割合を50としたこと、成膜条件を適宜調整したこと、以外は実施例1と同様にしてガスバリア膜を作製した。蒸発源材料のサイズ、ガスバリア膜のSi:O:Nの原子数比、水蒸気透過率を、表−1に示す。
(Example 3)
In Example 1, except that the content of silicon dioxide powder was 50 parts by weight, the evaporation source material was 50% by mass of silicon dioxide with respect to silicon nitride 100, and the film formation conditions were appropriately adjusted. Produced a gas barrier film in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the size of the evaporation source material, the Si: O: N atomic ratio of the gas barrier film, and the water vapor transmission rate.

(実施例4)
実施例1において、二酸化ケイ素粉末の含有量を30重量部としたこと、原料粉末を100mm□×厚み5mmtの金型に入れてプレス加工を行ったこと、蒸発源材料において、窒化ケイ素100に対して、二酸化ケイ素の質量割合を30としたこと、成膜条件を適宜調整したこと、以外は実施例1と同様にしてガスバリア膜を作製した。蒸発源材料のサイズ、ガスバリア膜のSi:O:Nの原子数比、水蒸気透過率を、表−1に示す。
Example 4
In Example 1, the content of the silicon dioxide powder was set to 30 parts by weight, the raw material powder was put into a 100 mm □ × 5 mmt mold, and the press working was performed. Thus, a gas barrier film was produced in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of silicon dioxide was 30 and the film formation conditions were adjusted appropriately. Table 1 shows the size of the evaporation source material, the Si: O: N atomic ratio of the gas barrier film, and the water vapor transmission rate.

(比較例1)
実施例1において溶融型材料である二酸化ケイ素を用いなかったこと、成膜条件を適宜調整したこと、以外は、実施例1と同様にしてガスバリア性シートを形成した。なお、成膜時にスプラッシュが観測された。また、成膜を行うに際してプラズマの発光状態を確認していたところ、プラズマの照射に乱れが観察され安定的に成膜を行うことができなかった。蒸発源材料のサイズ、ガスバリア膜のSi:O:Nの原子数比、水蒸気透過率を、表−1に示す。
(Comparative Example 1)
A gas barrier sheet was formed in the same manner as in Example 1 except that silicon dioxide, which is a melt-type material, was not used in Example 1 and the film formation conditions were appropriately adjusted. Splash was observed during film formation. In addition, when the light emission state of the plasma was confirmed when the film was formed, disorder was observed in the plasma irradiation, and the film could not be formed stably. Table 1 shows the size of the evaporation source material, the Si: O: N atomic ratio of the gas barrier film, and the water vapor transmission rate.

(比較例2)
実施例1において、二酸化ケイ素粉末の含有量を70重量部とし、蒸発源材料において、窒化ケイ素100に対して、二酸化ケイ素の質量割合を70としたこと、成膜条件を適宜調整したこと、以外は実施例1と同様にしてガスバリア膜を作製した。なお、成膜時にスプラッシュは観測されなかった。蒸発源材料のサイズ、ガスバリア膜のSi:O:Nの原子数比、水蒸気透過率を、表−1に示す。
(Comparative Example 2)
In Example 1, the content of the silicon dioxide powder was 70 parts by weight, and in the evaporation source material, the mass ratio of silicon dioxide was 70 with respect to silicon nitride 100, and the film formation conditions were adjusted appropriately. Produced a gas barrier film in the same manner as in Example 1. No splash was observed during film formation. Table 1 shows the size of the evaporation source material, the Si: O: N atomic ratio of the gas barrier film, and the water vapor transmission rate.

Figure 0005206111
Figure 0005206111

ホローカソード型イオンプレーティング装置の構成図である。It is a block diagram of a hollow cathode type ion plating apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

101 ホローカソード型イオンプレーティング装置
102 真空チャンバー
103a 供給ロール
103b 巻き取りロール
104 コーティングドラム
105 真空排気ポンプ
106 成膜チャンバー
107 坩堝
108 アノード磁石
109 仕切り板
110 圧力勾配型プラズマガン
111 収束用コイル
112 シート化磁石
113 バルブ
114 真空排気ポンプ
116 バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Hollow cathode type ion plating apparatus 102 Vacuum chamber 103a Supply roll 103b Winding roll 104 Coating drum 105 Vacuum exhaust pump 106 Deposition chamber 107 Crucible 108 Anode magnet 109 Partition plate 110 Pressure gradient type plasma gun 111 Converging coil 112 Sheeting Magnet 113 Valve 114 Vacuum exhaust pump 116 Valve

Claims (8)

平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下の酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素である溶融型材料と、を含有し、該溶融型材料の含有量が、前記窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下であることを特徴とするイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末。 Silicon nitride having an average particle diameter of 5 μm or less and a molten material that is silicon oxide or silicon oxynitride having an average particle diameter of 5 μm or less, and the content of the molten material is 100 parts by weight of the silicon nitride On the other hand, the raw material powder of the evaporation source material for ion plating, which is 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less. 圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料の原料粉末として用いられる、請求項に記載のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末。 Used as a raw material powder of the evaporation source material for pressure gradient type ion plating, the raw material powder for ion plating evaporation source material according to claim 1. 請求項1又は2に記載のイオンプレーティング用蒸発源材料の原料粉末を準備する工程と、前記原料粉末を焼結して所定形状に加工する工程と、を有することを特徴とするイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法。 An ion plating method comprising: preparing a raw material powder of the evaporation source material for ion plating according to claim 1; and sintering the raw material powder to process the raw material powder into a predetermined shape. Of manufacturing evaporation source material. 前記所定形状に加工する工程が、前記原料粉末を焼結させて1辺が5mm以上の略直方体形状に加工する工程である、請求項に記載のイオンプレーティング用蒸発源材料の製造方法。 The method for producing an evaporation source material for ion plating according to claim 3 , wherein the step of processing into the predetermined shape is a step of sintering the raw material powder to process into a substantially rectangular parallelepiped shape having a side of 5 mm or more. 平均粒径が5μm以下の窒化ケイ素と、平均粒径が5μm以下の酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素である溶融型材料と、を含有し、該溶融型材料の含有量が、前記窒化ケイ素100重量部に対して、5重量部以上50重量部以下である原料粉末を焼結して得られたイオンプレーティング用蒸発源材料であって、
該イオンプレーティング用蒸発源材料を加熱したときに、該蒸発源材料の気化が液相を経ずに生じることを特徴とするイオンプレーティング用蒸発源材料。
Silicon nitride having an average particle diameter of 5 μm or less and a molten material that is silicon oxide or silicon oxynitride having an average particle diameter of 5 μm or less, and the content of the molten material is 100 parts by weight of the silicon nitride In contrast, an ion source evaporation source material obtained by sintering 5 parts by weight or more and 50 parts by weight or less of raw material powder,
An evaporation source material for ion plating, wherein when the evaporation source material for ion plating is heated, vaporization of the evaporation source material occurs without going through a liquid phase.
圧力勾配型イオンプレーティング用の蒸着源材料として用いられる、請求項に記載のイオンプレーティング用蒸発源材料。 The evaporation source material for ion plating according to claim 5 , which is used as an evaporation source material for pressure gradient ion plating. 1辺が5mm以上の略直方体形状である、請求項5又は6に記載のイオンプレーティング用蒸発源材料。 The evaporation source material for ion plating according to claim 5 or 6 , wherein one side has a substantially rectangular parallelepiped shape with 5 mm or more. 請求項5〜7のいずれか1項に記載のイオンプレーティング用蒸発源材料を準備する工程と、前記イオンプレーティング用蒸発源材料を蒸発源材料として用いて基材上にガスバリア膜をイオンプレーティング成膜する工程と、を有することを特徴とするガスバリア性シートの製造方法。
A step of preparing the ion plating evaporation source material according to any one of claims 5 to 7 , and using the ion plating evaporation source material as an evaporation source material to form a gas barrier film on the substrate. A gas barrier sheet manufacturing method comprising the steps of:
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