JPWO2017104357A1 - Electrode for plasma CVD film forming apparatus, electrode manufacturing method, plasma CVD film forming apparatus, and functional film manufacturing method - Google Patents
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Abstract
アーク放電を抑制し、成膜速度の低下を抑制して、生産性に優れたプラズマCVD成膜装置用の電極、当該電極の製造方法、当該電極を備えるプラズマCVD成膜装置および当該プラズマCVD成膜装置を用いる機能性フィルムの製造方法を提供する。アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する誘電体層(37)、(38)を表面に有することを特徴とするプラズマCVD成膜装置(31)に用いる電極(39)、(40)である。また、プラズマ溶射法による当該電極の製造方法である。また、当該電極を備えるプラズマCVD成膜装置(31)である。また、当該プラズマCVD成膜装置を用いて、基材フィルム(2)上に機能性膜(3)を成膜する機能性フィルムの製造方法である。An electrode for a plasma CVD film forming apparatus excellent in productivity by suppressing arc discharge and a decrease in film forming speed, a method for manufacturing the electrode, a plasma CVD film forming apparatus including the electrode, and the plasma CVD process Provided is a method for producing a functional film using a membrane device. The plasma CVD film-forming apparatus (31) is characterized by having dielectric layers (37) and (38) on the surface containing alumina and titania in a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60. Electrodes (39) and (40). Moreover, it is the manufacturing method of the said electrode by a plasma spraying method. Moreover, it is a plasma CVD film-forming apparatus (31) provided with the said electrode. Moreover, it is a manufacturing method of the functional film which forms a functional film (3) on a base film (2) using the said plasma CVD film-forming apparatus.
Description
本発明は、プラズマCVD成膜装置に用いる電極、当該電極の製造方法、当該電極を備えるプラズマCVD成膜装置および当該プラズマCVD成膜装置を用いる機能性フィルムの製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode used in a plasma CVD film forming apparatus, a method for manufacturing the electrode, a plasma CVD film forming apparatus including the electrode, and a method for manufacturing a functional film using the plasma CVD film forming apparatus.
近年、軽い、割れにくいといったメリットを有することからプラスチックフィルムやシートのようなフレキシブルな樹脂基材上に薄膜層を成膜した機能性フィルムが種々提案されている。
例えば、基材フィルム上に金属や金属酸化物を成膜したガスバリア性フィルムは、水蒸気や酸素等の遮断を必要とする物品の包装材、特に、食品、工業用品、医薬品等の変質防止のための包装材として広く用いられている。また、ガスバリア性フィルムは、有機電子デバイス、例えば、液晶表示素子、光電変換素子(太陽電池)、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)等の基材としても使用されている。In recent years, various functional films in which a thin film layer is formed on a flexible resin substrate such as a plastic film or a sheet have been proposed because of the advantages of being light and difficult to break.
For example, a gas barrier film in which a metal or metal oxide film is formed on a base film is a packaging material for articles that require blocking of water vapor, oxygen, etc., in particular, to prevent alteration of food, industrial goods, pharmaceuticals, etc. It is widely used as a packaging material. Gas barrier films are also used as substrates for organic electronic devices such as liquid crystal display elements, photoelectric conversion elements (solar cells), organic electroluminescence elements (organic EL elements), and the like.
このような機能性フィルムは、生産性の向上を図るため、長尺の基材フィルムを連続して搬送しながら、基材フィルム上にロールツーロール方式で機能性膜を形成することによって製造される。ガスバリア性フィルムの場合、ガスバリア膜の代表的な成膜法として、プラズマCVD法がある。 Such a functional film is manufactured by forming a functional film on a base film in a roll-to-roll manner while continuously conveying a long base film in order to improve productivity. The In the case of a gas barrier film, there is a plasma CVD method as a typical film forming method of the gas barrier film.
プラズマCVD法を用いて基材フィルム上にロールツーロール方式で成膜する場合、ロール状の電極を用いて、当該電極上で連続的に成膜する方法が知られている。このとき、成膜速度や生産性を高めるために、電極間に投入する電力を増大させることが行われる。ところが、電力を増大させると、電極間で意図しない不規則なアーク放電(異常放電)が発生して、成膜装置が停止したり、ガスバリア膜の膜欠陥を生じさせるという問題が発生した。 In the case where a film is formed on a base film by a plasma CVD method by a roll-to-roll method, a method of continuously forming a film on the electrode using a roll-shaped electrode is known. At this time, in order to increase the film formation speed and productivity, the power supplied between the electrodes is increased. However, when the power is increased, unintentional irregular arc discharge (abnormal discharge) occurs between the electrodes, causing a problem that the film forming apparatus stops or a film defect of the gas barrier film occurs.
このような電極間の不規則な異常放電を抑えるために、例えば、ロール状の電極(金属キャン)の外周面をアルミナを主体とする絶縁層で被覆して、プラズマCVD法によって成膜を行う成膜方法や成膜装置が開示されている(特許文献1参照)。 In order to suppress such irregular abnormal discharge between the electrodes, for example, the outer peripheral surface of a roll-shaped electrode (metal can) is covered with an insulating layer mainly composed of alumina, and film formation is performed by a plasma CVD method. A film forming method and a film forming apparatus are disclosed (see Patent Document 1).
しかしながら、アルミナを主体とする絶縁層で電極を被覆するという方法では、プラズマ空間内へ投入される実効電力の大幅な減少が生じ、膜質(ガスバリア性や光学特性)が変動したり、成膜速度が低下するといった問題を引き起こすことが判明した。 However, in the method of covering the electrode with an insulating layer mainly composed of alumina, the effective power input into the plasma space is greatly reduced, the film quality (gas barrier property and optical characteristics) fluctuates, and the film formation speed is increased. Has been found to cause problems such as lowering.
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、アーク放電を抑制し、成膜速度の低下を抑制して、生産性に優れたプラズマCVD成膜装置用の電極、当該電極の製造方法、当該電極を備えるプラズマCVD成膜装置および当該プラズマCVD成膜装置を用いる機能性フィルムの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above situation. That is, an object of the present invention is to suppress an arc discharge, suppress a decrease in film formation rate, and have excellent productivity for an electrode for a plasma CVD film forming apparatus, a method for manufacturing the electrode, and a plasma CVD including the electrode It is providing the manufacturing method of a functional film using a film-forming apparatus and the said plasma CVD film-forming apparatus.
本発明者らは、上記課題を解決すべく上記問題の原因等について検討した。機能性フィルム(例えば、ガスバリア性フィルム)の生産性を高めるために投入電力を増大させると、電極間にアーク放電が発生し易くなる。成膜中にアーク放電が発生するとガスバリア膜に欠陥が生じガスバリア性が著しく低下する。 The present inventors have examined the cause of the above-mentioned problem in order to solve the above-mentioned problems. When the input power is increased in order to increase the productivity of a functional film (for example, a gas barrier film), arc discharge is likely to occur between the electrodes. When arc discharge occurs during film formation, defects occur in the gas barrier film, and the gas barrier property is remarkably lowered.
先行技術において、電極の被覆材としては一般的に、低比誘電率材(10以下)であるアルミナが使用されている。しかし、電極の被覆材としてアルミナを用いると、放電時のアルミナ層での電圧降下が大きくなるため、被覆のないときと比べて放電開始電圧が上昇するだけでなく、電極表面の温度が上昇し易くなる。成膜する際に、電極表面の温度が上昇すると、膜密度、膜成長および基材フィルムの熱変形に大きな影響を与え、膜質を劣化させることとなる。 In the prior art, alumina, which is a low dielectric constant material (10 or less), is generally used as a coating material for electrodes. However, when alumina is used as the electrode covering material, the voltage drop in the alumina layer during discharge increases, so that not only the discharge starting voltage increases but also the electrode surface temperature increases compared to when there is no covering. It becomes easy. When the temperature of the electrode surface is increased during film formation, the film density, film growth, and thermal deformation of the base film are greatly affected, and the film quality is deteriorated.
そこで、本発明者らは、電極の被覆材として、アルミナとチタニアの混合物を用い、その混合比を適切な範囲とすることで、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は、以下のような構成を有している。 Therefore, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by using a mixture of alumina and titania as the electrode covering material and setting the mixing ratio to an appropriate range. That is, the present invention has the following configuration.
1.プラズマCVD成膜装置に用いる電極であって、アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する誘電体層を表面に有することを特徴とする電極。 1. An electrode for use in a plasma CVD film forming apparatus, comprising a dielectric layer containing alumina and titania in a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60 on the surface.
2.前記アルミナと前記チタニアの質量比が、アルミナ/チタニア=70/30〜60/40であることを特徴とする前記1に記載の電極。 2. 2. The electrode according to 1 above, wherein a mass ratio of the alumina and the titania is alumina / titania = 70/30 to 60/40.
3.前記電極表面と前記誘電体層との間にニッケル合金層を有することを特徴とする前記1または前記2に記載の電極。 3. 3. The electrode according to 1 or 2 above, wherein a nickel alloy layer is provided between the electrode surface and the dielectric layer.
4.アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する誘電体層を表面に有するプラズマCVD成膜装置用電極の製造方法であって、アルミナとチタニアを含有する誘電体層をプラズマ溶射法によって電極表面に形成することを特徴とするプラズマCVD成膜装置用電極の製造方法。 4). A method for manufacturing an electrode for a plasma CVD film forming apparatus having a dielectric layer containing alumina and titania at a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60 on the surface, the dielectric containing alumina and titania A method of manufacturing an electrode for a plasma CVD film forming apparatus, wherein a layer is formed on an electrode surface by a plasma spraying method.
5.アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する誘電体層を表面に有する電極を備えることを特徴とするプラズマCVD成膜装置。 5. A plasma CVD film forming apparatus comprising an electrode having a dielectric layer containing alumina and titania in a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60 on the surface.
6.アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する誘電体層を表面に有する電極を備えるプラズマCVD成膜装置を用いて、基材フィルム上に機能性膜を成膜する機能性フィルムの製造方法。 6). A functional film is formed on a base film using a plasma CVD film forming apparatus having an electrode having a dielectric layer on its surface containing alumina and titania in a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60. A method for producing a functional film to be formed.
7.前記電極が対向して配置された一対の円筒形の電極であり、当該電極に長尺の前記基材フィルムを巻き掛けながら成膜することを特徴とする前記6に記載の機能性フィルムの製造方法。 7). 7. The production of the functional film as described in 6 above, wherein the electrodes are a pair of cylindrical electrodes disposed so as to face each other, and are formed while the long base film is wound around the electrodes. Method.
本発明のプラズマCVD成膜装置用の電極は、アーク放電を抑制し、成膜速度の低下を抑制して、生産性に優れている。また、本発明のプラズマCVD成膜装置用電極の製造方法は、前記電極を製造することができる。また、前記電極を備える本発明のプラズマCVD成膜装置は、アーク放電を抑制し、成膜速度の低下を抑制して、生産性に優れている。また、本発明の機能性フィルムの製造方法は、機能性フィルムを生産性良く製造することができる。 The electrode for the plasma CVD film forming apparatus of the present invention is excellent in productivity by suppressing arc discharge and suppressing a decrease in film forming speed. Moreover, the manufacturing method of the electrode for plasma CVD film-forming apparatuses of this invention can manufacture the said electrode. Moreover, the plasma CVD film-forming apparatus of this invention provided with the said electrode suppresses arc discharge, suppresses the fall of the film-forming speed | rate, and is excellent in productivity. Moreover, the manufacturing method of the functional film of this invention can manufacture a functional film with sufficient productivity.
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下に説明する実施形態に何ら制限されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で実施形態を任意に変更して実施することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, and the embodiments can be arbitrarily changed and implemented without departing from the gist of the present invention. Is possible.
[プラズマCVD成膜装置]
本実施形態のプラズマCVD成膜装置は、プラズマCVD法によって基材フィルム上に機能性膜を成膜する成膜装置である。図1は、本実施形態のプラズマCVD成膜装置(以下、「成膜装置」とも記載する。)の模式図である。[Plasma CVD deposition system]
The plasma CVD film forming apparatus of this embodiment is a film forming apparatus that forms a functional film on a base film by a plasma CVD method. FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma CVD film forming apparatus (hereinafter also referred to as “film forming apparatus”) of the present embodiment.
成膜装置31は、基材フィルム2を送り出す送り出しローラー32と、搬送ローラー33、34、35及び36と、一対の円筒形の対向電極である成膜ローラー39、40と、成膜のための原料ガスを供給するガス供給管41と、制御部42と、巻取りローラー45と、成膜ローラー39、40に電力を供給するプラズマ発生用電源51を備えている。成膜ローラー39、40は、電極のみならず、成膜時の基板としても機能するものである。成膜ローラー39、40は、以下、第1成膜ローラー39及び第2成膜ローラー40と記載することがある。また、第1成膜ローラー39及び第2成膜ローラー40を合わせて説明する際は、「成膜ローラー39及び40」と記載する。成膜ローラー39及び40はそれぞれ、誘電体層37及び38を表面に有している。
The
成膜ローラー39及び40、ガス供給管41および制御部42は、真空チャンバー(不図示)内に配置されている。また、真空チャンバーは真空ポンプ(不図示)に接続されており、真空チャンバー内の圧力は当該真空ポンプによって適宜調整することが可能である。
The
一対の対向電極である成膜ローラー39及び40は、相互に絶縁されており、それぞれ制御部42及びプラズマ発生用電源51に接続されている。そして、制御部42によってプラズマ発生用電源51から成膜ローラー39及び40に電力が供給されることにより、成膜ローラー39及び40の間の空間で放電が起こり、原料ガスが電離してプラズマが発生する。
The pair of counter electrodes, ie, the
成膜装置31において、成膜ローラー39及び40は、その中心軸が同一平面上においてほぼ平行となるようにして配置されている。そして、成膜ローラー39及び40には長尺の基材フィルム2が巻き掛けられている。成膜ローラー39及び40がそれぞれ回転しながら、基材フィルム2がロールツーロール方式で搬送され、成膜ローラー39及び40の間のプラズマが発生した空間で、基材フィルム2上に機能性膜3が成膜される。
In the
さらに、成膜ローラー39及び40は、それぞれの内部に磁場発生装置43及び44が格納されていることが好ましい。磁場発生装置43及び44は、空間に磁場を形成する部材であり、成膜ローラー39及び40のそれぞれの内部に、一体として回転しないように、対峙して設置されている。磁場発生装置43及び44は、成膜ローラー39及び40のそれぞれの延在方向と同方向に延在して配置される中心磁石と、中心磁石の周囲を囲みながら成膜ローラー39及び40のそれぞれの延在方向と同方向に延在して配置される円環状の外部磁石と、を有している。磁場発生装置43及び磁場発生装置44において、中心磁石と外部磁石とを結ぶ磁力線(磁界)が、無終端のトンネルを形成している。
Further, it is preferable that the
前記磁力線と、成膜ローラー39及び40の間に形成される電界とが交差するマグネトロン放電によって、成膜ローラー39及び40の間の空間に原料ガスの放電プラズマを生じさせる。この空間に形成される磁場と電場により電子が空間に閉じ込められることにより、空間に高密度の放電プラズマが形成される。この空間は、プラズマCVD法による成膜を行う成膜空間として用いられ、基材フィルム2の成膜ローラー39及び40に接しない面(成膜面)には、原料ガスを形成原料とする膜が形成される。この放電プラズマは、数Pa近傍の低圧力で発生可能であるため、真空チャンバー内の温度を室温近傍とすることが可能になる。
A source gas discharge plasma is generated in the space between the
以下、本実施形態の成膜装置31を構成する、成膜ローラー39及び40、制御部42、プラズマ発生用電源51、磁場発生装置43及び44、送り出しローラー32並びに搬送ローラー33、34、35及び36、ガス供給管41及び真空ポンプについて、それぞれ詳細に説明する。
Hereinafter, the
(成膜ローラー)
成膜装置31に用いられる電極は、電圧を負荷することによって、真空チャンバー内でプラズマを発生させることができるものであり、形状は特に限定される訳ではない。しかし、前記したように、対向して配置された一対の円筒形の電極(成膜ローラー)とすることによって、より効率よく機能性フィルムを製造することができる。(Deposition roller)
The electrode used in the
成膜ローラー39及び40は、電極が対向して配置された一対の円筒形の電極であり、同時に成膜時に基材フィルムを支持する基板ともなるものである。成膜ローラー39及び40は、導電性材料で形成され、その表面(外周面)はそれぞれ、誘電体層37及び38によって被覆されている。成膜ローラー39及び40を構成する導電性材料としては、鉄鋼、チタン、アルミニウムなどを挙げることができる。以下の説明では、成膜ローラー39及び40を合わせて説明するが、以下に示す構成条件を満たしていれば、第1成膜ローラー39及び第2成膜ローラー40はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
The
成膜ローラー39及び40は、より効率よく薄膜を形成するという観点から、直径が同一のものを使うことが好ましい。また、成膜ローラー39及び40の直径は、放電条件、チャンバーのスペース等の観点から、50〜800mmφが好ましく、100〜500mmφがより好ましい。成膜ローラーの直径が50mmφ以上であれば、プラズマ放電空間が小さくなることがないため生産性の低下もなく、短時間でプラズマ放電の全熱量が基材フィルム2にかかることを回避でき、基材フィルム2へのダメージを軽減できる。一方、成膜ローラーの直径が800mmφ以下であれば、プラズマ放電空間の均一性を維持することができ、装置設計上、実用性を保持することができる。
The
(誘電体層)
本発明者らは、電極の被覆材として、アルミナ(酸化アルミニウム)だけでなく、高比誘電率材であるチタニア(酸化チタン)を混合させて、誘電体層を形成することを検討した。アルミナとチタニアの混合した誘電体を電極に被覆すると、インピーダンス減少に伴って電圧降下が抑制され、放電開始電圧の増大が抑制されることが判明した。その結果、アーク放電が抑制され、生成するプラズマ密度を一定レベルに維持することが可能となり、成膜速度の低下を抑制することが可能となった。また、電極の温度上昇も抑制できるため、膜質への影響も抑えることが可能となった。(Dielectric layer)
The inventors of the present invention studied the formation of a dielectric layer by mixing not only alumina (aluminum oxide) but also titania (titanium oxide), which is a high dielectric constant material, as an electrode covering material. It was found that when the electrode is coated with a dielectric material mixed with alumina and titania, the voltage drop is suppressed as the impedance decreases, and the increase in the discharge start voltage is suppressed. As a result, arc discharge is suppressed, the plasma density to be generated can be maintained at a constant level, and a decrease in film formation rate can be suppressed. In addition, since the temperature rise of the electrode can be suppressed, the influence on the film quality can be suppressed.
本実施形態において、電極の被覆材である誘電体層37及び38は、アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する。ここで、アルミナとチタニアの質量の合計を100として、両者の相対的な質量比として数値を規定している。アルミナとチタニアの含有比率が上記の範囲にあると、アーク放電を抑制し、成膜速度の低下を抑制して、生産性に優れたものとなる。アルミナとチタニアの質量比は、アルミナ/チタニア=70/30〜60/40であることが好ましい。誘電体層37及び38の組成は、アルミナとチタニアを合わせてほぼ100質量%とすることが好ましいが、アルミナとチタニア以外に、製造上の不可避的不純物を含有していてもよい。また、本実施形態の効果を害さない範囲内で他の成分を添加してもよい。
In the present embodiment, the
誘電体層37及び38の厚さは、耐摩耗性、膜応力の観点から、100〜600μmが好ましく、200〜400μmがより好ましい。誘電体層37及び38の厚さは、渦電流膜厚計や超音波膜厚計を用いて測定することができる。
The thickness of the
誘電体層37及び38は、基材フィルム2が接する幅よりも広い幅で、成膜ローラー39及び40の表面に形成することが好ましい。これにより、基材フィルム2をむらなく効率的に帯電させることができるようになる。また、基材フィルム2に接する幅よりも片側で10mm以上幅が広いことが好ましく、30mm以上幅が広いことがより好ましい。また、成膜ローラー39及び40の全幅が誘電体層37及び38に被覆されていることが好ましい。
The dielectric layers 37 and 38 are preferably formed on the surfaces of the
誘電体層37及び38中のアルミナとチタニアの質量比は、誘電体層37及び38を採取した後、XPS等の分析手段を用いて分析することによって求めることができる。
The mass ratio of alumina and titania in the
また、電極表面と誘電体層(37及び38)との密着性を高めるために、誘電体層(37及び38)の形成前に電極表面の粗面化を施すことが好ましい。電極表面の粗面化の方法としては、ブラスト処理などの方法を用いることができる。 In order to improve the adhesion between the electrode surface and the dielectric layers (37 and 38), it is preferable to roughen the electrode surface before forming the dielectric layers (37 and 38). As a method for roughening the electrode surface, a method such as blasting can be used.
さらに、電極表面と誘電体層(37及び38)との間にニッケル合金層を有することが好ましい。ニッケル合金層が存在することによって、電極表面と誘電体層(37及び38)との間の密着性がより向上し、電極表面からの誘電体層(37及び38)の剥離を抑制し、耐久性の向上を図ることができる。ニッケル合金としては、Ni−Cr、Ni−Al、Ni−Cr−Al等を挙げることができる。ニッケル合金層の厚さは、50〜200μmが好ましい。 Furthermore, it is preferable to have a nickel alloy layer between the electrode surface and the dielectric layer (37 and 38). Due to the presence of the nickel alloy layer, the adhesion between the electrode surface and the dielectric layer (37 and 38) is further improved, the peeling of the dielectric layer (37 and 38) from the electrode surface is suppressed, and the durability is improved. It is possible to improve the performance. Examples of the nickel alloy include Ni—Cr, Ni—Al, Ni—Cr—Al, and the like. The thickness of the nickel alloy layer is preferably 50 to 200 μm.
(誘電体層の形成方法)
電極の表面に誘電体層37及び38を形成する方法としては、加工精度の点から溶射法が好ましい。溶射法とは、皮膜形成材料を加熱によって溶融もしくは軟化させ、微粒子状にして加速して、対象物表面に衝突させて、皮膜を形成する皮膜形成技術の一種である。溶射法にも様々な方法があるが、プラズマ溶射法がより好ましい。プラズマ溶射法とは、エネルギー密度が極めて高く高温のプラズマジェットを用いて、金属や金属酸化物等の粉末を溶融して対象物に噴射して固着させる方法である。(Method of forming dielectric layer)
As a method of forming the
図2は、プラズマ溶射装置10の模式図である。陰極20と陽極21との間に電圧をかけて、直流アークを発生させる。後方からアルゴン等の作動ガス25を供給すると、作動ガスの分子が電離して、プラズマを発生させる。そのプラズマジェット27中に溶射粉末材料24をアルゴンガスなどで供給すると、溶射粉末材料24は、対象物23の表面に溶射されて皮膜を形成する。プラズマ溶射装置10は、外装部22と陽極21を含む内装部との間に冷却水26が供給されて、電極部分が過剰に加熱されないよう冷却できる構造となっている。
FIG. 2 is a schematic diagram of the
本実施形態では、プラズマジェット27中に供給される溶射粉末材料24として、アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する誘電体の粉末をプラズマ溶射装置10中にアルゴンガスなどを用いて供給する。成膜ローラー39及び40の表面にプラズマ溶射することによって、成膜ローラー39及び40の表面にアルミナとチタニアを含有する誘電体層が形成される。アルミナとチタニアを含有する誘電体の粉末は、アルミナの粉末とチタニアの粉末とを混合して用いてもよいが、アルミナとチタニアとを混合溶融させた後に粉末としたものを使用する方が、均一性に優れており、好ましい。溶射する誘電体の粉末の平均粒径は、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。
In the present embodiment, a dielectric powder containing alumina and titania in a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60 is used as the thermal
プラズマ溶射法によるアルミナとチタニアを含有する誘電体層37及び38の製造条件は、適宜公知の条件を選択して用いることができる。
As manufacturing conditions for the
プラズマ溶射法によって形成された誘電体層37及び38は、多孔質となって、内部に微細な空孔を形成していることがある。そのため、誘電体層37及び38としての強度や耐久性を向上させるために、微細な空孔を塞ぐための封孔処理を施すことが好ましい。封孔処理は、誘電体層37及び38を形成した後に誘電体層37及び38の表面に、封孔剤を塗布して硬化させる方法によって行われる。封孔剤としてはアルコキシシランやオルガノシロキサン、ケイ酸ナトリウム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂などから選ばれることが好ましく、アルコキシシラン、オルガノシロキサン、エポキシ樹脂がより好ましい。封孔処理を行った後に、さらに誘電体層37及び38の表面を仕上げ研磨することによって、誘電体層37及び38の緻密性や電気絶縁性を向上させることができる。
The dielectric layers 37 and 38 formed by the plasma spraying method may be porous and form fine pores therein. Therefore, in order to improve the strength and durability of the
(制御部)
制御部42は、プラズマ発生用電源51をはじめとする、成膜装置31全体及び各構成を制御することができる。制御部42は、成膜装置31の動作を統括制御するCPU(Central Processing Unit)と、CPUが読み出して実行するプログラムや固定データが記憶されたプログラムメモリーなどを備えている。(Control part)
The
(プラズマ発生用電源)
プラズマ発生用電源51としては、適宜公知のプラズマ発生装置の電源を用いることができる。プラズマ発生用電源51は、これに接続された成膜ローラー39及び40に電力を供給して、これらを放電のための対向電極として利用することを可能とする。プラズマ発生用電源51としては、より効率よくプラズマCVDを実施することが可能となることから、一対の成膜ローラー39及び40の極性を交互に反転させることが可能な交流電源を利用することが好ましい。このようなプラズマ発生用電源51としては、より効率よくプラズマCVDを実施することが可能となることから、印加電力を100W〜10kWとし、交流の周波数を50Hz〜500kHzとすることが好ましい。(Power source for plasma generation)
As the plasma generating
(磁場発生装置)
成膜ローラー39及び40の内部には、磁場発生装置43及び44がそれぞれ設けられていることが好ましい。成膜ローラー39及び40が内部に磁場発生装置43及び44を有することにより、磁場が印加されて、前記したように、磁場と電場によって電子が閉じ込められた放電プラズマの空間が形成されるため、効果的な成膜が可能となる。磁場発生装置43及び44は、成膜ローラー39及び40が回転しても、磁場発生装置43及び44が回転しないように、成膜ローラー39及び40の内部に固定されている。(Magnetic field generator)
It is preferable that
磁場発生装置43及び44は、適宜公知の磁場発生装置を用いることができる。磁場発生装置43及び44は、それぞれローラー軸方向に長いレーストラック状の磁極を備え、一方の磁場発生装置43と他方の磁場発生装置44とは向かい合う磁極が同一極性となるように磁極を配置することが好ましい。このような磁場発生装置43及び44を設けることにより、それぞれの磁場発生装置43及び44について、磁力線が対向するローラー側の磁場発生装置にまたがることなく、ローラー軸の長さ方向に沿って対向空間(放電領域)に面したローラー表面付近にレーストラック状の磁場を形成することができる。そうすると、その磁場にプラズマを収束させることができるため、ローラー幅方向に沿って巻き掛けられた幅広の基材フィルム2上に効率的に機能性層3を形成することができる。
As the
(送り出しローラー及び搬送ローラー)
成膜装置31に用いる送り出しローラー32並びに搬送ローラー33、34、35及び36としては適宜公知のローラーを用いることができる。また、巻取りローラー45としては、基材フィルム2上に機能性膜3を形成した機能性フィルム1を巻き取ることが可能なものであればよく、特に制限されず、適宜公知のローラーを用いることができる。(Feeding roller and conveying roller)
As the
(ガス供給管及び真空ポンプ)
ガス供給管41及び真空ポンプとしては、原料ガス等を所定の速度で供給又は排出することが可能なものを適宜用いることができる。また、ガス供給手段であるガス供給管41は、第1成膜ローラー39と第2成膜ローラー40との間の対向空間(放電領域)の一方に設けることが好ましく、真空排気手段である真空ポンプ(図示せず)は、前記対向空間の他方に設けることが好ましい。このようにガス供給手段であるガス供給管41と、真空排気手段である真空ポンプを配置することにより、第1成膜ローラー39と第2成膜ローラー40との間の対向空間に効率よく原料ガスを供給することができ、成膜効率を向上させることができる。(Gas supply pipe and vacuum pump)
As the
(基材フィルム)
基材フィルム2としては、樹脂又は樹脂を含む複合材料からなるフィルム又はシートが好適に用いられる。このような樹脂フィルム又はシートは、透光性を有していてもよく、また、不透明であってもよい。(Base film)
As the
基材フィルム2を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)又はポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)又は環状ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体のケン化物、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルサルファイド(PES)等の樹脂が挙げられ、必要に応じてそれらの2種以上を組み合わせて用いることもできる。
Examples of the resin constituting the
透明性、耐熱性、線膨張性等の必要な特性に合わせて、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂から選ばれることが好ましく、PET、PEN及び環状ポリオレフィンがより好ましい。 The polyester resin and the polyolefin resin are preferably selected according to necessary properties such as transparency, heat resistance, and linear expansion property, and PET, PEN, and cyclic polyolefin are more preferable.
基材フィルム2の厚さは、基材フィルム2を製造する際の安定性等を考慮して適宜設定されるが、真空中においても基材フィルム2の搬送を容易とするために、5〜250μmの範囲内であることが好ましい。さらに、本実施形態で採用するガスバリア膜の形成では、基材フィルム2を通して放電を行うことから、基材フィルム2の厚さは50〜200μmの範囲内であることがより好ましく、50〜150μmの範囲内であることが特に好ましい。
The thickness of the
なお、基材フィルム2は、形成されるガスバリア膜との密着性を向上させるために、その表面に予め、表面活性処理を施したり、アンカー層を設けたりしてもよい。このような表面活性処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理又はフレーム処理が挙げられる。
In addition, in order to improve the adhesiveness with the gas barrier film | membrane formed, the
[機能性フィルムの製造方法]
図1に示した本実施形態の成膜装置31を用いて、プラズマCVD法によって基材フィルム2上に機能性膜3を成膜することによって、機能性膜3を有した各種の機能性フィルム1を製造することができる。[Method for producing functional film]
Various functional films having the
本実施形態において、機能性フィルム1とは、基材フィルム2の表面に機能性を有した機能性膜3を有したフィルムであり、具体的には、ガスバリア性フィルム、光学フィルム、反射防止フィルム、赤外反射フィルム、ハードコートフィルム等を挙げることができる。
以下、機能性フィルム1の代表的な具体例であるガスバリア性フィルムを取り上げて、好ましい実施形態について説明する。In the present embodiment, the functional film 1 is a film having a
Hereinafter, a gas barrier film which is a typical example of the functional film 1 will be taken up and a preferred embodiment will be described.
ガスバリア性フィルムは、基材フィルム2上に成膜装置31によりガスバリア膜が形成された構成のものである。なお、本実施形態において、「ガスバリア性を有する」とは、ガスバリア性フィルムについて、JIS K 7129−2008に準拠した方法で測定された水蒸気透過度(略称:WVTR、温度:38℃、相対湿度(RH):90%)が全体として、5×10−2g/(m2・day)未満を示すことをいう。なお、水蒸気透過度は、特開2004−333127号公報等に記載された方法によっても測定することができる。The gas barrier film has a configuration in which a gas barrier film is formed on the
(ガスバリア膜の形成方法)
ガスバリア膜は、図1に示す成膜装置31を用いて、例えば、原料ガスの種類、プラズマ発生用電源51から供給される電力、真空チャンバー内の圧力、成膜ローラー39及び40の直径、並びに基材フィルム2の搬送速度を適宜調整することにより、形成することができる。(Method for forming gas barrier film)
The gas barrier film is formed using the
すなわち、図1に示す成膜装置31を用いて、原料ガスを真空チャンバー内に供給しつつ、一対の成膜ローラー39及び40間に放電を発生させることにより、前記原料ガスがプラズマによって分解され、第1成膜ローラー39上の基材フィルム2の表面上及び第2成膜ローラー40上の基材フィルム2の表面上に、ガスバリア膜が形成される。
That is, by using the
このような成膜に際しては、基材フィルム2が送り出しローラー32や第1成膜ローラー39等により、それぞれ搬送されることにより、ロールツーロール方式の連続的な成膜プロセスにより基材フィルム2の表面上にガスバリア膜が形成される。
In such film formation, the
また、プラズマCVD法においてプラズマを発生させる際には、一対の成膜ローラー39及び40を用い、その一対の成膜ローラー39及び40のそれぞれに基材フィルム2を配置して、一対の成膜ローラー39及び40間に放電してプラズマを発生させることが、生産効率上より好ましい。
Further, when plasma is generated in the plasma CVD method, a pair of
(成膜ガス)
ガス供給管41から一対の成膜ローラー39及び40が対向する空間に供給される成膜ガスとしては、原料ガスだけでなく、反応ガス、キャリアガス及び放電ガスを単独又は2種以上を混合して用いることができる。ガスバリア膜の形成に用いる成膜ガス中の原料ガスとしては、形成するガスバリア膜の材質に応じて適宜選択して使用することができる。このような原料ガスとしては、例えば、ケイ素を含有する有機ケイ素化合物や炭素を含有する有機化合物ガスを用いることができる。(Deposition gas)
As the film forming gas supplied from the
このような有機ケイ素化合物としては、例えば、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)、ヘキサメチルジシラン(HMDS)、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメチルシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサンが挙げられる。 Examples of such organosilicon compounds include hexamethyldisiloxane (HMDSO), hexamethyldisilane (HMDS), 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, vinyltrimethylsilane, methyltrimethylsilane, and hexamethyldisilane. , Methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, diethylsilane, propylsilane, phenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxy Examples include silane and octamethylcyclotetrasiloxane.
これらの有機ケイ素化合物の中でも、化合物の取扱い性及び得られるガスバリア膜のガスバリア性等の特性の観点から、ヘキサメチルジシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンが好ましい。これらの有機ケイ素化合物は、単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。また、炭素を含有する有機化合物ガスとしては、例えば、メタン、エタン、エチレン及びアセチレンを挙げることができる。 Among these organosilicon compounds, hexamethyldisiloxane and 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane are preferable from the viewpoints of properties such as compound handling properties and gas barrier properties of the resulting gas barrier film. These organosilicon compounds can be used alone or in combination of two or more. Examples of the organic compound gas containing carbon include methane, ethane, ethylene, and acetylene.
これら有機ケイ素化合物ガスや有機化合物ガスの中から、ガスバリア膜の種類に応じて適切な原料ガスが選択される。さらに、原料ガスとして、上述の有機ケイ素化合物の他にモノシランを含有させ、形成するガスバリア膜のケイ素源として使用してもよい。 An appropriate source gas is selected from these organosilicon compound gas and organic compound gas according to the type of the gas barrier film. Further, as a source gas, monosilane may be contained in addition to the above-described organosilicon compound, and used as a silicon source for a gas barrier film to be formed.
また、成膜ガスとしては、原料ガスの他に反応ガスを用いてもよい。このような反応ガスとしては、原料ガスと反応して酸化物、窒化物等の無機化合物となるガスを適宜選択して使用することができる。酸化物を形成するための反応ガスとしては、例えば、酸素、オゾンを用いることができる。また、窒化物を形成するための反応ガスとしては、例えば、窒素、アンモニアを用いることができる。これらの反応ガスは、単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。例えば、酸窒化物を形成する場合には、酸化物を形成するための反応ガスと窒化物を形成するための反応ガスとを組み合わせて使用することができる。 In addition to the source gas, a reactive gas may be used as the film forming gas. As such a reactive gas, a gas that reacts with the raw material gas to become an inorganic compound such as an oxide or a nitride can be appropriately selected and used. As a reaction gas for forming an oxide, for example, oxygen or ozone can be used. Moreover, as a reactive gas for forming nitride, nitrogen and ammonia can be used, for example. These reaction gases can be used alone or in combination of two or more. For example, when forming an oxynitride, a reaction gas for forming an oxide and a reaction gas for forming a nitride can be used in combination.
真空チャンバー内の圧力(真空度)は、原料ガスの種類等に応じて適宜調整することができるが、0.1〜50Paであることが好ましい。気相反応を抑制するためにプラズマCVDを低圧プラズマCVD法とする場合は、通常0.1〜10Paである。また、プラズマ発生用電源51によって成膜ローラー39及び40に供給される電力は、原料ガスの種類や真空チャンバー内の圧力等に応じて適宜調整することができるが、0.1〜10kWであることが好ましい。
Although the pressure (vacuum degree) in a vacuum chamber can be suitably adjusted according to the kind etc. of source gas, it is preferable that it is 0.1-50 Pa. When plasma CVD is used as a low pressure plasma CVD method in order to suppress a gas phase reaction, it is usually 0.1 to 10 Pa. The power supplied to the
基材フィルム2の搬送速度は、原料ガスの種類や真空チャンバー内の圧力等に応じて適宜調整することができるが、0.1〜100m/minであることが好ましく、0.5〜20m/minであることがより好ましい。搬送速度が下限未満では、基材フィルム2に熱に起因する皺が発生しやすくなる傾向にあり、他方、搬送速度が上限を超えると、形成されるガスバリア膜の厚さが薄くなる傾向にある。基材フィルム2を搬送する際には、搬送ローラーから送り出され、第1成膜ローラー39上で成膜された基材フィルム2は、成膜面をターンバーに巻き掛けながら第2成膜ローラー40に搬送される。その後、基材フィルム2は、第2成膜ローラー40上で再び成膜され、巻取りローラー45によって巻き取られる。
Although the conveyance speed of the
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[ガスバリア性フィルムNo.1〜9の作製]
(成膜ローラーの作製)
まず、アルミナ−チタニアを表1に示した質量比で混合して、溶融粉砕した溶射粒子を作製した。図2に記載のプラズマ溶射装置を用いて、2本のSUS製のローラー(直径200mmφ)の表面(外周面)に、得られたアルミナ−チタニアを含有する溶射粒子を300μm厚に被覆して、誘電体層を形成した。プラズマ溶射法における溶射条件は以下のとおりであった。
溶射方法:大気圧プラズマ溶射法
電流値:600A
アルゴンガス流量:70l/min
水素ガス流量:10l/min
溶射距離:100mm
溶射粒子の粒径:30μm[Gas barrier film No. Production of 1 to 9]
(Preparation of film forming roller)
First, alumina-titania was mixed at a mass ratio shown in Table 1 to prepare melt-pulverized thermal spray particles. Using the plasma spraying apparatus shown in FIG. 2, the surface (outer peripheral surface) of two SUS rollers (diameter 200 mmφ) is coated with the obtained spray particles containing alumina-titania to a thickness of 300 μm, A dielectric layer was formed. The spraying conditions in the plasma spraying method were as follows.
Thermal spraying method: atmospheric pressure plasma spraying method Current value: 600A
Argon gas flow rate: 70 l / min
Hydrogen gas flow rate: 10 l / min
Thermal spray distance: 100mm
Thermally sprayed particle size: 30 μm
プラズマ溶射後、形成された誘電体層に封孔剤としてエポキシ樹脂溶液を塗工して、200℃で乾燥させて封孔処理を行った。その後、表面をバフ研磨して、成膜ローラーとした。 After plasma spraying, an epoxy resin solution was applied as a sealing agent to the formed dielectric layer and dried at 200 ° C. for sealing treatment. Thereafter, the surface was buffed to form a film forming roller.
(基材フィルムの準備)
二軸延伸のポリエチレンナフタレートフィルム(PENフィルム、厚さ:100μm、幅:350mm、帝人デュポンフィルム(株)製、商品名「テオネックスQ65FA」)を、基材フィルムとして用いた。(Preparation of base film)
A biaxially stretched polyethylene naphthalate film (PEN film, thickness: 100 μm, width: 350 mm, manufactured by Teijin DuPont Films, trade name “Teonex Q65FA”) was used as the base film.
(アンカー層の形成)
前記基材フィルムの易接着面に、JSR株式会社製UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材 OPSTAR Z7501を乾燥後の層厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した。その後、乾燥条件として、80℃で3分間の乾燥を行った後、空気雰囲気下、高圧水銀ランプを使用して、照射条件;1.0J/cm2で硬化を行い、アンカー層を形成した。(Formation of anchor layer)
A UV curable organic / inorganic hybrid hard coat material OPSTAR Z7501 manufactured by JSR Corporation was applied to the easily adhesive surface of the base film with a wire bar so that the layer thickness after drying was 4 μm. Thereafter, after drying at 80 ° C. for 3 minutes as a drying condition, curing was performed under an irradiation condition of 1.0 J / cm 2 using a high-pressure mercury lamp in an air atmosphere to form an anchor layer.
(ガスバリア膜の成膜)
前記誘電体層を形成した2本の成膜ローラーを、第1成膜ローラー及び第2成膜ローラーとして備える図1に記載のプラズマCVD成膜装置を用いた。
基材フィルムのアンカー層を形成した面とは反対側の面が成膜ローラーと接触するようにして、基材フィルムをプラズマCVD成膜装置に装着し、下記の成膜条件(プラズマCVD条件)によって、アンカー層上にガスバリア膜を、厚さが300nmとなる条件で成膜した。(Gas barrier film formation)
The plasma CVD film forming apparatus shown in FIG. 1 provided with two film forming rollers on which the dielectric layer is formed as a first film forming roller and a second film forming roller was used.
The base film is mounted on a plasma CVD film forming apparatus so that the surface opposite to the surface on which the anchor layer of the base film is formed is in contact with the film forming roller, and the following film forming conditions (plasma CVD conditions) Thus, a gas barrier film was formed on the anchor layer under the condition that the thickness was 300 nm.
〈プラズマCVD条件〉
原料ガス(ヘキサメチルジシロキサン、HMDSO)の供給量:50sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)
酸素ガス(O2)の供給量:500sccm
真空チャンバー内の真空度:3.0Pa
プラズマ発生用電源からの印加電力:1.5kW
プラズマ発生用電源の周波数:120kHz
基材フィルムの搬送速度:2m/min<Plasma CVD conditions>
Feed rate of source gas (hexamethyldisiloxane, HMDSO): 50 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute)
Supply amount of oxygen gas (O 2 ): 500 sccm
Degree of vacuum in the vacuum chamber: 3.0Pa
Applied power from the power source for plasma generation: 1.5 kW
Frequency of power source for plasma generation: 120 kHz
Substrate film transport speed: 2 m / min
[評価方法]
得られたガスバリア性フィルムNo.1〜9について、以下の評価方法に従って、アーク放電の発生頻度、成膜速度、ガスバリア性を評価した。[Evaluation method]
The obtained gas barrier film No. About 1-9, the generation frequency of arc discharge, the film-forming speed | rate, and gas barrier property were evaluated in accordance with the following evaluation methods.
(アーク放電の発生頻度)
高周波電源から印加される高周波電力のプラズマ発生用電源から成膜装置への進行波とその反射波を記録し、成膜開始後に発生した反射波をアーク放電としてその発生数を測定し、1分間当たりのアークの発生頻度X(arks/min)を評価した。(Occurrence frequency of arc discharge)
The traveling wave from the power source for plasma generation of the high frequency power applied from the high frequency power source to the film forming apparatus and the reflected wave thereof are recorded, and the number of occurrences is measured by using the reflected wave generated after the start of film formation as an arc discharge. The occurrence frequency X (arks / min) of the hit arc was evaluated.
アーク放電の発生頻度は、以下の5段階で評価した。3以上を合格と判定した。
1:5<X
2:1<X≦5
3:0.1<X≦1
4:0<X≦0.1
5:X=0The occurrence frequency of arc discharge was evaluated in the following five stages. Three or more were judged to be acceptable.
1: 5 <X
2: 1 <X ≦ 5
3: 0.1 <X ≦ 1
4: 0 <X ≦ 0.1
5: X = 0
(成膜速度)
成膜速度は、以下のような条件で評価した。
成膜されたガスバリア層の膜厚を透過電子顕微鏡(TEM:JEOL社製、JEM−2000FX)を用いて測定し、単位時間当たりの被覆膜厚を求めた。
誘電体層を表面に有していない電極との対比で、成膜速度の低下率x(%)を測定した。(Deposition rate)
The film formation rate was evaluated under the following conditions.
The film thickness of the formed gas barrier layer was measured using a transmission electron microscope (TEM: JEM-2000FX, JEM-2000FX), and the coating film thickness per unit time was determined.
The reduction rate x (%) of the film formation rate was measured in comparison with an electrode having no dielectric layer on the surface.
成膜速度は、以下の5段階で評価した。3以上を合格と判定した。
1:20<x
2:15<x≦20
3:10<x≦15
4:5<x≦10
5:x≦5The film formation rate was evaluated in the following five stages. Three or more were judged to be acceptable.
1:20 <x
2: 15 <x ≦ 20
3: 10 <x ≦ 15
4: 5 <x ≦ 10
5: x ≦ 5
(ガスバリア性)
ガスバリア性は下記の装置等を用い、以下の測定方法で水蒸気透過率を測定することにより評価した。
(装置等)
蒸着装置:日本電子(株)製真空蒸着装置JEE−400
恒温恒湿度オーブン:Yamato Humidic Chamber IG47M
原材料:水分と反応して腐食する金属:カルシウム(粒状)
水蒸気不透過性の金属:アルミニウム(3〜5mmφ、粒状)(Gas barrier properties)
The gas barrier property was evaluated by measuring the water vapor transmission rate by the following measuring method using the following apparatus.
(Equipment etc.)
Vapor deposition apparatus: Vacuum vapor deposition apparatus JEE-400 manufactured by JEOL Ltd.
Constant temperature and humidity oven: Yamato Humidic Chamber IG47M
Raw material: Metal that reacts with moisture and corrodes: Calcium (granular)
Water vapor impermeable metal: Aluminum (3-5mmφ, granular)
(水蒸気バリアー性評価用セルの作製)
真空蒸着装置(日本電子製真空蒸着装置 JEE−400)を用い、各ガスバリア性フィルムの片側の面において、金属カルシウムを蒸着させたい部分(12mm×12mmを9か所)以外をマスクし、金属カルシウムを蒸着させた。その後、真空状態のままマスクを取り去り、ガスバリア性フィルムの前記片側の全面にアルミニウムをもう一つの金属蒸着源から蒸着させて、前記金属カルシウムを蒸着させた部分を封止した。アルミニウム封止後、真空状態を解除し、速やかに乾燥窒素ガス雰囲気下で、厚さ0.2mmの石英ガラスに封止用紫外線硬化樹脂(ナガセケムテックス製)を介してアルミニウム封止側と対面させ、紫外線を照射することで、評価用セルを作製した。(Preparation of water vapor barrier property evaluation cell)
Using a vacuum vapor deposition device (JEOL-made vacuum vapor deposition device JEE-400), on one side of each gas barrier film, mask the portions other than the portion (12mm x 12mm 9 locations) where metal calcium is to be deposited. Was evaporated. Thereafter, the mask was removed in a vacuum state, and aluminum was vapor-deposited from another metal vapor deposition source on the entire surface of one side of the gas barrier film, and the portion where the metal calcium vapor was vapor-deposited was sealed. After aluminum sealing, the vacuum state is released, and immediately facing the aluminum sealing side through a UV-curable resin for sealing (made by Nagase ChemteX) on quartz glass with a thickness of 0.2 mm in a dry nitrogen gas atmosphere The cell for evaluation was produced by irradiating with ultraviolet rays.
得られた両面を封止した試料を60℃、90%RHの高温高湿下で1000時間保存し、特開2005−283561号公報記載の方法に基づき、金属カルシウムの腐食量からセル内に透過した水分量を計算して、得られた水蒸気透過率(WVTR)を下記基準で評価した。
なお、ガスバリア性フィルム面以外からの水蒸気の透過が無いことを確認するために、比較試料としてガスバリア性フィルムの代わりに、厚さ0.2mmの石英ガラス板に金属カルシウムを蒸着した試料を用いたセルで、同様に60℃、90%RHの高温高湿下で保存を行い、1000時間経過後でも金属カルシウムの腐食が発生しないことを確認した。The obtained sample with both surfaces sealed is stored at 60 ° C. and 90% RH under high temperature and high humidity for 1000 hours, and permeated into the cell from the corrosion amount of metallic calcium based on the method described in JP-A-2005-283561. The water content obtained was calculated and the water vapor transmission rate (WVTR) obtained was evaluated according to the following criteria.
In addition, in order to confirm that there is no permeation of water vapor from other than the gas barrier film surface, a sample obtained by depositing metallic calcium on a quartz glass plate having a thickness of 0.2 mm was used instead of the gas barrier film as a comparative sample. The cell was similarly stored under high temperature and high humidity of 60 ° C. and 90% RH, and it was confirmed that corrosion of metallic calcium did not occur even after 1000 hours.
ガスバリア性フィルムのガスバリア性の評価は、以下の5段階で評価した。3以上を合格と判定した。
1:5×10−1g/(m2・day)以上
2:5×10−2g/(m2・day)以上、5×10−1g/(m2・day)未満
3:5×10−3g/(m2・day)以上、5×10−2g/(m2・day)未満
4:1×10−4g/(m2・day)以上、5×10−3g/(m2・day)未満
5:1×10−4g/(m2・day)未満The gas barrier property of the gas barrier film was evaluated in the following five stages. Three or more were judged to be acceptable.
1: 5 × 10 −1 g / (m 2 · day) or more 2: 5 × 10 −2 g / (m 2 · day) or more, less than 5 × 10 −1 g / (m 2 · day) 3: 5 × 10 −3 g / (m 2 · day) or more, less than 5 × 10 −2 g / (m 2 · day) 4: 1 × 10 −4 g / (m 2 · day) or more, 5 × 10 −3 Less than g / (m 2 · day) 5: 1 × 10 −4 Less than g / (m 2 · day)
評価結果を表1に示した。 The evaluation results are shown in Table 1.
ガスバリア性フィルムNo.3〜7は、誘電体層のアルミナとチタニアの質量比が、アルミナ/チタニア=80/20〜40/60の範囲内にあり、アーク放電の発生頻度、成膜速度およびガスバリア性フィルムのガスバリア性のいずれの性能においても、優れた性能を有していた。 Gas barrier film No. 3-7, the mass ratio of alumina and titania in the dielectric layer is in the range of alumina / titania = 80/20 to 40/60, the frequency of arc discharge, the deposition rate, and the gas barrier properties of the gas barrier film In any of these performances, it had excellent performance.
ガスバリア性フィルムNo.1は、誘電体層はアルミナのみからなるものであり、アーク放電の発生頻度は低く、良好であるものの、電極からプラズマ空間に投入される電気エネルギーの損失が大きいため、成膜速度が大きく低下して、生産性に劣り、ガスバリア性フィルムのガスバリア性にも劣るものであった。ガスバリア性フィルムNo.2は、誘電体層のチタニアの比率が少ないものであり、アーク放電の発生頻度は低く、良好であるものの、成膜速度が低下し、生産性に劣るものであった。またガスバリア性フィルムのガスバリア性も比較的低いものであった。ガスバリア性フィルムNo.8は、誘電体層のチタニアの比率が多いものであり、成膜速度は速いものの、誘電体層の絶縁性が低下して、アーク放電の発生頻度が高くなり、ガスバリア性フィルムのガスバリア性が低いものであった。ガスバリア性フィルムNo.9は、誘電体層を有していないものであり、成膜速度は速いものの、アーク放電の発生頻度が高く、そのため、ガスバリア性フィルムのガスバリア性に劣るものであった。 Gas barrier film No. 1 is that the dielectric layer is made only of alumina, and the frequency of occurrence of arc discharge is low and good, but the loss of electrical energy input from the electrode to the plasma space is large, so the deposition rate is greatly reduced. And it was inferior to productivity and the gas barrier property of a gas barrier film. Gas barrier film No. No. 2 has a small titania ratio in the dielectric layer, and the occurrence frequency of arc discharge is low and good, but the film formation rate is low and the productivity is poor. Further, the gas barrier property of the gas barrier film was relatively low. Gas barrier film No. No. 8 has a high titania ratio in the dielectric layer, and although the film formation rate is high, the insulation of the dielectric layer is lowered, the occurrence frequency of arc discharge is increased, and the gas barrier property of the gas barrier film is increased. It was low. Gas barrier film No. No. 9 does not have a dielectric layer, and although the film formation rate is high, the occurrence frequency of arc discharge is high, and therefore the gas barrier property of the gas barrier film is inferior.
1 機能性フィルム
2 基材フィルム
3 機能性膜
31 成膜装置
32 送り出しローラー
33、34、35、36 搬送ローラー
37、38 誘電体層
39 第1成膜ローラー
40 第2成膜ローラー
41 ガス供給管
42 制御部
43、44 磁場発生装置
45 巻取りローラー
51 プラズマ発生用電源DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
アルミナとチタニアをアルミナ/チタニア=80/20〜40/60の質量比で含有する誘電体層を表面に有することを特徴とする電極。An electrode used in a plasma CVD film forming apparatus,
An electrode having a dielectric layer containing alumina and titania in a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60 on the surface.
アルミナとチタニアを含有する誘電体層をプラズマ溶射法によって電極表面に形成することを特徴とするプラズマCVD成膜装置用電極の製造方法。A method for producing an electrode for a plasma CVD film forming apparatus having a dielectric layer on the surface containing alumina and titania in a mass ratio of alumina / titania = 80/20 to 40/60,
A dielectric CVD layer containing alumina and titania is formed on an electrode surface by plasma spraying.
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