WO2012132585A1 - ガスバリア膜、その製造装置、及びその製造プログラム - Google Patents

ガスバリア膜、その製造装置、及びその製造プログラム Download PDF

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WO2012132585A1
WO2012132585A1 PCT/JP2012/053211 JP2012053211W WO2012132585A1 WO 2012132585 A1 WO2012132585 A1 WO 2012132585A1 JP 2012053211 W JP2012053211 W JP 2012053211W WO 2012132585 A1 WO2012132585 A1 WO 2012132585A1
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WO
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gas barrier
buffer layer
barrier film
film
gas
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Application number
PCT/JP2012/053211
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English (en)
French (fr)
Inventor
高佳 藤元
雅充 山下
豊治 寺田
Original Assignee
東レエンジニアリング株式会社
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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
    • C23C16/22—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 deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon

Definitions

  • the present invention relates to a gas barrier film that can be used to protect an electronic device such as an organic EL, a manufacturing apparatus thereof, and a manufacturing program thereof.
  • a plastic film having a high gas barrier property has been demanded for packaging of various articles such as foods and drinks, pharmaceuticals, chemicals, daily necessities, and miscellaneous goods.
  • a plastic film is inferior in gas barrier property to glass or the like, and therefore various methods for coating various plastic films with various gas barrier films have been proposed.
  • Patent Document 1 discloses that an infrared characteristic absorption of SiCH 3 at a wave number of 845 to 833 cm ⁇ 1 formed on a plastic substrate and formed by chemical vapor deposition of an organosilicon compound is substantially zero, and SiOH / A silicon oxide film having an infrared absorbance ratio (A) of SiO of 0.25 or less is described.
  • Patent Document 2 describes that an organic compound layer is provided on a substrate in order to flatten unevenness of a surface for forming an oxide layer.
  • Patent Document 3 an organic silicon compound polymer film is formed on the surface of a plastic substrate by a low temperature plasma method, and then a silicon oxide film is coated on the organic silicon compound polymer film of the substrate. The manufacture of gas barrier plastics is described.
  • the silicon oxide film itself exhibits excellent gas barrier properties, it is low in flexibility, so when formed on a soft base material such as plastic, the adhesion between the film and the substrate is also low, There is a drawback that the film is easily broken. As a result, there is a problem that the gas barrier property is not sufficiently exhibited.
  • the gas barrier film in which the organosilicon compound polymer layer and the silicon oxide layer are laminated has the following problems.
  • the layer of the organosilicon compound polymer functions as a buffer layer, that is, a stress relaxation layer, but generally the organosilicon compound polymer has low transparency. Therefore, in order to obtain a highly transparent gas barrier film, it is necessary to reduce the thickness of the organosilicon compound layer. As a result, the effect of stress relaxation is reduced, flexibility is lowered, and breakage is likely to occur.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of realizing a good balance between visible light permeability, coverage and flexibility in a gas barrier film.
  • a gas barrier film is a gas barrier film including a buffer layer containing a silicon compound and a barrier layer laminated on the buffer layer and containing silicon oxide and / or silicon nitride.
  • the total thickness t (nm) of the buffer layers included in the gas barrier film satisfies A R ⁇ 3 and satisfies formula (1), or A R ⁇ 3 and satisfies formula (2).
  • the buffer layer thickness calculating apparatus has a wavenumber of 900 cm ⁇ at least in the regular transmittance of visible light targeted in the gas barrier film and the Fourier transform infrared absorption spectrum of the buffer layer.
  • the total thickness t (nm) of the buffer layers included in the gas barrier film is calculated so that A R ⁇ 3 and Expression (1) is satisfied, or A R ⁇ 3 and Expression (2) is satisfied.
  • a buffer layer thickness calculation unit is calculated so that A R ⁇ 3 and Expression (1) is satisfied, or A R ⁇ 3 and Expression (2) is satisfied.
  • the gas barrier film can maintain good visible light permeability and can achieve an appropriate thickness.
  • Sectional drawing which shows the structure of the gas barrier film 1 which concerns on embodiment of this invention.
  • the block diagram which shows an example of the manufacturing apparatus of a gas barrier film.
  • the front view which shows an example of the manufacturing apparatus of a gas barrier film.
  • the top view of the manufacturing apparatus shown in FIG. The flowchart of condition determination at the time of gas barrier film manufacture.
  • the flowchart which shows an example of the manufacturing method of a gas barrier film.
  • the flowchart which shows an example of the buffer layer formation method.
  • the flowchart which shows an example of the barrier layer formation method.
  • the graph which shows the relationship between the infrared light absorbency ratio and the buffer layer total thickness in the gas barrier film
  • the graph which shows the relationship between film forming conditions and infrared absorbance ratio.
  • the gas barrier film 1 of this embodiment is provided so as to cover an electronic device 42 such as an organic EL element disposed on a substrate 4.
  • the gas barrier film 1 is also called a sealing film, and protects the electronic device 42 from water, oxygen, and the like.
  • the thickness of the entire gas barrier film 1 may be about 1 ⁇ m.
  • the outermost surface of the gas barrier film 1 is covered with the barrier layer 3.
  • the buffer layers 2 and the barrier layers 3 are alternately stacked.
  • the gas barrier film 1 may include, for example, two or more buffer layers that have different compositions and are directly stacked, or may include two or more barrier layers that have different compositions and are directly stacked. .
  • FIG. 1 shows n buffer layers 2 and n barrier layers 3.
  • Each buffer layer 2 is referred to as a first buffer layer 2-1, a second buffer layer 2-2,..., An nth buffer layer 2-n from the side closer to the substrate 4.
  • Each barrier layer 3 is referred to as a first barrier layer 3-1, a second barrier layer 3-2,.
  • a buffer layer 2 When the individual buffer layers are not particularly distinguished, these are collectively referred to as a buffer layer 2, and when the individual barrier layers are not particularly distinguished, they are collectively referred to as a barrier layer 3.
  • N may be hereinafter referred to as “the number of layers”, and the number n of layers may be, for example, 2 or more, 5 or more, or 10 or less.
  • the thickness of each barrier layer 3 and buffer layer 2 is not particularly limited, and may be 10 nm to several hundred nm. In particular, the thickness of the barrier layer 3 is preferably 20 nm or more.
  • the buffer layer 2 is also called a stress relaxation layer and contains a silicon compound.
  • the buffer layer 2 can contain a silicon compound as a main component. “Containing as a main component” means that a specific component may be contained in an amount of 60% by weight or more, 70% by weight or more, or 80% by weight or more. Alternatively, it may be contained in an amount of 90% by weight or more, and may mean that it is composed only of the components.
  • the buffer layer 2 may be a silicon-based film or a silicon-based film containing H, C, and Si.
  • the buffer layer 2 may be a silicon-based film containing Si (CH 3 ).
  • the composition of each buffer layer 2 may be the same or different.
  • the density of the buffer layer 2 is preferably in the range of 1.3 to 1.7 g / cm 3 .
  • the total thickness t (nm) of the buffer layer 2 included in the film 1 is less than A R ⁇ 3 and satisfies the formula (1), or A R ⁇ 3 and the formula (2).
  • the total thickness t of the buffer layer 2 is preferably 10 nm or more, and preferably 4000 nm or less.
  • the gas barrier film 1 When the gas barrier film 1 satisfies this condition, it is possible to maintain a good balance between the regular transmittance of visible light (for example, 70% or more) and at least one of flexibility and covering property.
  • the barrier layer 3 can contain silicon oxide and / or silicon nitride as a main component.
  • the composition of the first barrier layer 31 and the composition of the second barrier layer 32 may be the same or different. It may be.
  • the barrier layer 3 has a higher density than the buffer layer 2.
  • the density of the barrier layer 3 is not limited to a specific numerical value, but may be a level that can prevent water and oxygen from reaching the electronic device 42.
  • the density of the barrier layer 3 is preferably about 1.8 to 2.5 g / cm 3 .
  • the configuration of the gas barrier film 1 may be changed so as to further include a layer containing an organic substance in addition to the buffer layer 2 and the barrier layer 3.
  • the configuration of the gas barrier film 1 may be changed so that the buffer layer 2 and the barrier layer 3 are arranged in reverse. That is, the substrate 4, the barrier layer 3, the buffer layer 2, the barrier layer 3, the buffer layer 2,... May be arranged in this order.
  • at least one barrier layer 3 is provided further outside the buffer layer 2 located on the outermost side (upper side) of all the buffer layers 2.
  • the manufacturing apparatus 100 includes an input receiving unit 101, a control apparatus 102, and a film forming apparatus 10.
  • Input receiving unit 101 the operator, specular transmittance of visible light, desired conditions for the infrared absorbance ratio A R and the gas barrier film overall thickness, the thickness of the buffer layer, when referring to the number of the gas barrier film of the buffer layer of the buffer layer Accepts input.
  • the input receiving unit 101 is realized by a hard key, a touch panel, and the like.
  • the control device 102 performs various calculations and controls the operation of each part of the manufacturing apparatus 100.
  • the functional blocks included in the control device 102 can be realized by a CPU (Central Processing Unit) and a storage medium such as a ROM (Read Only Memory), a RAM, and a FLASH. That is, the CPU can realize various functions by reading and executing a program stored in a recording medium such as a ROM.
  • the RAM can function as a work area for the CPU.
  • infrared absorbance ratio calibration curve showing the correlation between A R and deposition conditions, the correlation between the sum and the infrared absorbance ratio A R of the thickness of the buffer layer in the gas barrier film , A correlation between the infrared absorbance ratio AR and the regular transmittance of visible light, and the like may be recorded.
  • control device 102 includes an infrared absorbance ratio calculation unit 103, a film formation condition determination unit 104, a buffer layer thickness calculation unit 105, and a film formation device control unit 106. The function of each block will be described later.
  • the film forming apparatus 10 includes a load lock chamber 5, a robot chamber 6 connected to the load lock chamber 5, and first and second film forming chambers 7 and 2 connected to the robot chamber 6.
  • a film forming chamber 8 is provided.
  • the film forming apparatus 10 can form a laminated film (that is, a gas barrier film) of the buffer layer 2 and the barrier layer 3.
  • a gate valve 51 is provided between the load lock chamber 5 and the robot chamber 6.
  • the load lock chamber 5 and the robot chamber 6 can be isolated from each other by the gate valve 51.
  • the load lock chamber 5 is connected to a vacuum pump 52 and includes a substrate stocker 53 therein.
  • the substrate stocker 53 includes support pins 54 that support the peripheral edge of the substrate 4.
  • An electronic device 42 is formed on one surface of the substrate 4, and the size of the substrate 4 is, for example, about 370 mm ⁇ 470 mm.
  • the robot chamber 6 includes a substrate transfer robot 61 inside.
  • the substrate transfer robot 61 includes a motor 62, an arm 63, and a movable support base 64.
  • the movable support base 64 is configured to be movable in the x, y, and z directions via the arm 63 by driving the motor 62.
  • the movable support base 64 includes support pins 65 in the same manner as the substrate stocker 53 includes support pins 54.
  • a vacuum pump 67 is connected to the robot chamber 6 via a first flow control valve 66.
  • a gate valve 68 is provided between the robot chamber 6 and the first film forming chamber 7, and a gate valve 69 is provided between the robot chamber and the second film forming chamber 8.
  • the substrate transfer robot 61 can move the movable support base 64 to move the substrate 4 to the first film forming chamber 7 and the second film forming chamber 8.
  • the first film forming chamber 7 communicates with the robot chamber 6, is connected to the vacuum pump 71 via the second flow rate control valve 761, and is connected to the HMDS supply tank 72 via the third flow rate control valve 762, The second flow rate control valve 763 is connected to the H 2 supply tank 73 and the Ar supply tank 74.
  • a loop antenna 77 is provided inside the first film forming chamber 7.
  • the loop antenna 77 is a means for generating plasma and includes an insulating tube 78 and a conductive electrode 79.
  • the two insulating tubes 78 are disposed in parallel in the first film forming chamber 7.
  • the conductive electrode 79 is inserted into the two insulating tubes 78 and penetrates the two opposite side walls of the first film forming chamber 7 so that the plan view has a substantially U shape. It is connected to a power supply 771 that supplies current.
  • the frequency of the high frequency current is preferably about 13.56 MHz.
  • the structure of the loop antenna 77 is that of ICP (Inductive Coupled Plasma) discharge, but another structure of the electrode is a CCP (Capacitive Coupled Plasma), an electrode such as a barrier or hollow. It may be discharged.
  • the second film forming chamber 8 communicates with the robot chamber 6, is connected to the vacuum pump 81 via the fifth flow rate control valve 861, and is connected to the HMDS supply tank 82 via the sixth flow rate control valve 862, The second flow rate control valve 863 is connected to the O 2 supply tank 83.
  • a loop antenna 87 is provided in the second film forming chamber 8.
  • the loop antenna 87 includes an insulating tube 88 and a conductive electrode 89. A detailed description of the loop antenna 87 is omitted because it overlaps with the loop antenna 77 of the first film forming chamber 7.
  • the conductive electrode 89 is connected to a power source 871 that supplies a high-frequency current.
  • the target value of the regular transmittance of visible light of the gas barrier film 1 is set to 70% or more.
  • the number n of layers is also set to a constant value and is unchanged.
  • the present invention is not limited to this.
  • the regular transmittance of visible light and the number n of layers of the gas barrier film 1 may be specified by the operator.
  • step S32 is a step of determining the thickness of each buffer layer 2.
  • the value equivalent to the infrared absorbance ratio A R including specular transmittance of visible light of the buffer layer 2 and the "deposition pressure ⁇ HMDS flow rate / input power (Pa * sccm / kW)".
  • the control unit 102 based on these correlations, it is possible to obtain the infrared absorbance ratio A R from the "equivalent value”.
  • the buffer layer thickness calculating unit 105 calculates the total thickness of the buffer layer 2 . That is, the target value of the total thickness t (nm) of the buffer layers 2 included in the gas barrier film 1 satisfies A R ⁇ 3 and Equation (1), or A R ⁇ 3 and Equation (2). Set to The graphs of these equations are as shown in FIG.
  • the inequality sign in the equations (1) and (2) may be changed to an equal sign.
  • the input reception unit 101 and the buffer layer thickness calculation unit 105 function as a buffer layer thickness calculation device.
  • the infrared absorbance ratio calculating unit 103 calculates the infrared absorbance ratio a R to the target based on the equation (1) or (2) (step S34). At this time, if t is larger than 411 nm, Expression (1) is applied, and if t is 411 nm or less, Expression (2) is applied.
  • film forming conditions are determined (step S35).
  • the film forming condition determining unit 104 sets the film forming time of each buffer layer from the total thickness value determined in step S32 or input by the operator, or determined in step S34. and, or on the basis of the target value of the input infrared absorbance ratio a R by the operator, and set the deposition pressure ⁇ HMDS flow rate / input power (Pa * sccm / kW).
  • a message prompting the operator to input information may be displayed on a display device (not shown).
  • the film forming apparatus control unit 106 controls the operation of the film forming apparatus 10 based on the conditions determined as described above.
  • the film forming apparatus 10 will be described as being in the initial state shown below. That is, the load lock chamber 5 is in a state where the gate valve 51 is closed, and the internal pressure of the load lock chamber 5 is atmospheric pressure.
  • the substrate stocker 53 holds the unsealed substrate 4 on the surface of which the electronic device 42 is disposed, with one side thereof directed vertically downward.
  • step S1 the first film forming chamber 7 and the robot chamber 6 are depressurized by the vacuum pump 71 as shown in FIG. 6 (step S1).
  • step S1 the second film forming chamber 8 is decompressed by the vacuum pump 81 (step S1).
  • step S2 the vacuum pump 52 starts operating, and the load lock chamber 5 is depressurized.
  • the gate valve 51 is opened.
  • the buffer layer 2-1 is formed (step S3).
  • the substrate transfer robot 61 extends the arm 63 into the load lock chamber 5, and moves the unsealed substrate 4 held by the substrate stocker 53 in the same posture, that is, in a state where one surface thereof is directed vertically downward. Receive on. After receiving the substrate 4, the substrate transport robot 61 contracts the arm 63. After the arm 63 contracts, the gate valve 51 is closed, and the substrate transfer robot 61 rotates the arm 63 toward the first film forming chamber 7.
  • the mixed gas of H 2 gas and Ar gas is introduced into the first film forming chamber 7 by opening the fourth flow rate control valve 763 (step S10 in FIG. 7).
  • the HMDS gas is introduced into the first film forming chamber 7 by opening the third flow rate control valve 762 (step S10 in FIG. 7).
  • the introduction flow rate of each gas, particularly the flow rate of the HMDS gas is as determined in step S35.
  • the mixed gas of H 2 gas and Ar gas can be 20 sccm to 40 sccm, and the HMDS gas can be 3 sccm to 5 sccm.
  • Each gas is introduced into the first film forming chamber 7 at the flow rate determined in step S35, and the first pressure is set by adjusting the opening of the second flow rate control valve 761 (step S11 in FIG. 7).
  • the first pressure corresponds to the film forming pressure in the film forming conditions determined in step S35.
  • a high frequency current is passed from the power source 771 to the loop antenna 77.
  • the plasma power that is, the input power is set to about 0.1 kW to 10 kW, for example.
  • plasma is generated around the loop antenna 77 (step S12 in FIG. 7).
  • the arm 63 is extended to the first film forming chamber 7, and the substrate 4 is set above the loop antenna 77 (step S13 in FIG. 7).
  • a surface reaction is performed on the surface of the substrate 4, and a buffer layer 2-1 is formed so as to cover the electronic device 42.
  • the chemical formula of HMDS is (CH 3 ) 3 SiNHSi (CH 3 ) 3
  • the HMDS supply tank 72 functions as a C (carbon) supply source. By including carbon, the density of the formed film can be made relatively low, and cracks and the like due to stress generation can be effectively suppressed.
  • step S4 When the buffer layer 2-1 is formed, the formation process of the barrier layer 3-1 is started in step S4.
  • the substrate transfer robot 61 retracts the substrate 4 from the first film forming chamber 7 to the robot chamber 6.
  • the gate valve 68 is closed.
  • the vacuum pump 67 and the first flow control valve 66 are operated to decompress the robot chamber 6 (step S20).
  • the gate valve 69 is opened and the vacuum pump 67 is stopped. Note that the vacuum pump 81 remains in operation.
  • the second flow control valve 863 is opened to introduce O 2 gas into the second film forming chamber 8 (step S21).
  • the sixth flow control valve 862 is opened to introduce HMDS gas into the second film forming chamber 8 (step S21).
  • the flow rate of each gas can be set to 20 sccm to 1000 sccm for O 2 gas and 3 sccm to 20 sccm for HMDS gas.
  • the second pressure is set by adjusting the opening of the fifth flow control valve 861 (step S22).
  • a high frequency current is passed from the power source 871 to the loop antenna 87.
  • the plasma power that is, the input power is set to about 0.1 kW to 10 kW, for example.
  • plasma is generated around the loop antenna 87 (step S23).
  • the arm 63 is extended to the second film forming chamber 8, and the substrate 4 is set above the loop antenna 87 (step S24).
  • a surface reaction is performed on the surface of the substrate 4, and a barrier layer 3-1, that is, a silicon oxide layer is formed so as to cover the buffer layer 2-1.
  • the introduction of the HMDS gas and the O 2 gas is stopped by closing the sixth flow rate control valve 862 and the seventh flow rate control valve 863 (step S25).
  • nitrogen-containing gas N 2 gas or NH 3 gas
  • a mixed gas of O 2 gas and nitrogen-containing gas may be used.
  • step S3 and step S4 are repeated a predetermined number of times (N times) (step S5).
  • step S3 is performed when the buffer layer is formed after the barrier layer is formed.
  • the film forming conditions (material gas composition, material gas flow rate, pressure, etc.) of each buffer layer 2 may be the same or different. . The same applies to the formation of the barrier layer 3.
  • step S5 When the predetermined number of layers are formed (Yes in step S5), the substrate transfer robot 61 rotates the arm 63 in the direction of the load lock chamber 5. The gate valve 51 is opened, and the substrate transfer robot 61 extends the arm 63 into the load lock chamber 5. Then, the sealed substrate 4 is transferred to the substrate stocker 53, and the substrate transport robot 61 contracts the arm 63. After the arm 63 contracts, the gate valve 51 is closed. In step S6, the vacuum pump 52 is stopped, external air is taken in, and the load lock chamber 5 is returned to the atmospheric pressure to be opened, and then sealed in step S7. The film-formed substrate 4 can be taken out.
  • the buffer layer 2 is formed first, and then the barrier layer 3 is formed. By repeating this, the buffer layer 2, the barrier layer 3, the buffer layer 2, and the barrier layer 3 are formed on the substrate 4. .., but a repeated structure is formed in this order.
  • the present invention is not limited to this, and the barrier layer 3 may be formed first, and the buffer layer 2 may be formed thereafter. That is, the barrier layer 3, the buffer layer 2, the barrier layer 3... May be formed in this order on the substrate 4.
  • the buffer layer 2 is formed by depositing an inorganic substance by plasma CVD under a first pressure in a state where the mask is arranged to face the substrate 4.
  • the mask defines a region where the gas barrier film 1 is formed.
  • the gas barrier film is used as a gas barrier film for protecting the electronic device
  • the substrate 4 is cited as the base material for forming the gas barrier film.
  • the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the present invention include this. Not limited to this, it can be used to manufacture a gas barrier film for various objects (base materials).
  • the film forming apparatus 10 shown in FIGS. 3 and 4 includes a first film forming chamber 7 (including various connected tanks and a vacuum pump) as an example of a buffer layer forming unit, and a second as an example of a barrier layer forming unit.
  • a film forming chamber 8 (including various connected tanks and a vacuum pump) is provided.
  • the robot chamber 6 may also be regarded as a part of the buffer layer forming unit and the barrier forming unit.
  • switching between the first pressure and the second pressure is performed by moving the substrate deposition robot 61 between the two film forming chambers.
  • the present invention is not limited to this, and the gas barrier film manufacturing apparatus switches between the first pressure and the second pressure by changing the internal pressure of one film forming chamber. Also good.
  • the substrate 4 may be a long film such as plastic.
  • the film can be continuously formed with a gas barrier film by a roll-to-roll method.
  • HMDS is only an example of the source gas, and the source gas can be changed to another gas.
  • the source gas a gas containing Si and C (carbon) is particularly preferable.
  • the source gas for forming the buffer layer 2 and the gas for forming the barrier layer 3 may have different compositions.
  • the Fourier transform infrared absorption spectrum of the buffer layer 2 shows a peak derived from the stretching vibration of Si—C and Si—N at a wave number of 900 cm ⁇ 1 , and Si—CH 3 at a wave number of 1260 cm ⁇ 1.
  • a peak derived from the bending vibration is shown. That is, the peak amount at a wave number of 900 cm ⁇ 1 indicates the sum of the amounts of Si—C and Si—N, and the peak at a wave number of 1260 cm ⁇ 1 indicates the amount of Si—CH 3 .
  • the regular transmittance of visible light in the gas barrier film (that is, the minimum value of the regular transmittance measured in the visible light region of 400 to 800 nm) and the film forming pressure of the buffer layer 2 ⁇ HMDS flow rate / input power (Pa * sccm / (kW) was found to have the correlation shown in FIG.
  • the object of measuring the regular transmittance in FIG. 12 is the entire gas barrier film, and the total thickness t of the buffer layers in this gas barrier film was 420 nm. Since the regular transmittance of the barrier layer is high, the influence of the barrier layer on the regular transmittance of the entire gas barrier film can be ignored.
  • the barrier layer was formed in the same manner as in Example 1.
  • the present inventors have found that the infrared absorbance ratio AR and the regular transmittance of visible light have a correlation.
  • the infrared absorbance ratio of the buffer layer can be changed without changing the type of source gas by changing the input power at the time of film formation, the flow rate or pressure of the source gas, and the like.
  • the mechanism is considered as follows. For example, when the input power is changed by using HMDS as the source gas, when the input power is low, dissociation of CH bonds with low binding energy contained in HMDS does not occur so much, and Si—CH 3 The abundance of will remain large. On the other hand, when the input power is large, the dissociation of C—H bonds increases, the amount of Si—CH 3 is decreased, and the amount of Si—C excluding Si—CH 3 is increased. Therefore, when the input power is large, the infrared absorbance ratio A R , that is, the value of the Si—C amount / Si—CH 3 amount is larger than when the input power is small.
  • a R is reduced lowering the input power, A R is reduced by increasing the deposition pressure, A R decreases by increasing the flow rate of the material (e.g., HMDS) gas.
  • the material e.g., HMDS
  • Example 1 A gas barrier film was prepared according to the procedure described above.
  • buffer layers and barrier layers were alternately laminated on a 100 ⁇ m thick PET film.
  • the barrier layer was formed by plasma CVD using HMDS gas as a source gas and O 2 gas as a plasma generation gas.
  • the barrier layer 3 was produced under conditions that provide high transparency and high gas barrier properties.
  • the regular transmittance of visible light (however, the value obtained by subtracting the substrate) of the produced gas barrier film was measured, it was 91.0% in the visible light region.
  • Example 2 A gas barrier film 1 was prepared by laminating three buffer layers 2 and three barrier layers 3 alternately on a 100 ⁇ m thick PET film.
  • the conditions for the barrier layer 3 were the same as in Example 1.
  • the regular transmittance of visible light was measured, it was 83.9% in the visible light region.
  • the 266nm when calculating the maximum value of the total thickness of the infrared absorbance ratio A R and relationship between the thickness t of the buffer layer 2 (2) from the buffer layer. Therefore, the total value of the thicknesses of the buffer layers of the present example sufficiently satisfies this formula (2).
  • the conditions for the barrier layer 3 were the same as in Example 1.
  • the infrared absorbance ratio of the buffer layer was 3.90, and the total thickness of the buffer layers contained in the gas barrier film was 420 nm.
  • the thickness of the buffer layer can be within a range satisfying the required regular transmittance, and a gas barrier film with fewer defects can be formed as much as possible.
  • Example 3 a buffer layer having an infrared absorbance ratio of 2.79 was used, and a buffer layer and a barrier layer were alternately laminated on a glass substrate to form a gas barrier film.
  • the buffer layer included in the gas barrier film had a thickness of 480 nm. When the regular transmittance of light of the produced gas barrier film was measured, it was 73.2% in the visible light region.
  • Example 3 when the water vapor permeability of the gas barrier film was measured by the calcium corrosion method, it was 3 ⁇ 10 ⁇ 3 g / m 2 / day in an environment of 85 ° C. ⁇ 85% RH, and high transparency was maintained. And showed a good gas barrier property.
  • Example 4 the same buffer layer as in Example 3 was used, and the total thickness t of the buffer layer was set to 350 nm. This value t is within the range represented by the formula (1). Actually, when the regular transmittance was measured for Example 4, a high value was obtained.
  • the infrared absorbance ratio A R by using a buffer layer is 4.09, to prepare a gas barrier film.
  • the maximum value of the total thickness t of the buffer layer to be acceptable is a 336 nm, in this comparative example was 540nm greater.
  • the gas barrier film of Comparative Example 3 showed a low value of 63.8% as a measured value of the regular transmittance.
  • the gas barrier film of the present invention can be applied as a gas barrier film of a material that is very weak against oxygen and moisture, such as a light-emitting material of an organic EL display and a power generation material of a solar cell. Moreover, it can utilize also as a gas barrier film (functional addition) added to a film.

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Abstract

　ガスバリア膜において、可視光の透過性と被覆性及び可撓性との良好なバランスを実現することができる技術を提供することを目的とするものであり、珪素化合物を含有するバッファ層２と、バッファ層２に積層され、珪素酸化物及び／または珪素窒化物を含有するバリア層３と、を含むガスバリア膜１において、バッファ層２についてのフーリエ変換赤外吸収スペクトルにおいて、波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）と、前記ガスバリア膜に含まれるバッファ層の厚みの合計ｔ（ｎｍ）とが、ＡＲ＜３未満かつ式（１）を満たすか、又はＡＲ≧３かつ式（２）を満たす。

Description

ガスバリア膜、その製造装置、及びその製造プログラム
　本発明は、有機ＥＬ等の電子デバイスの保護に使用可能なガスバリア膜、並びにその製造装置及びその製造プログラムに関する。
　従来、飲食品、医薬品、化学薬品、日用品、雑貨品等の種々の物品包装に対し、ガスバリア性の高いプラスチックフィルムが求められている。一般にプラスチックフィルムは、ガラスなどに比べてガスバリア性に劣るため、種々のガスバリア膜をプラスチックフィルムにコーティングする種々の方法が提案されている。
　さらに、近年では、有機ＥＬや液晶等を用いた表示デバイスについて、軽量化および薄膜化、さらにはフレキシブル化の観点から、プラスチック薄板又はプラスチックフィルムを基板として用いる方法が提案されている。表示部の視認性を維持しつつ、かつ、基板表面上に形成した素子部の酸化劣化防止の観点から、透明、かつ、酸素および水蒸気バリア性の非常に高いガスバリア性を有するガスバリア膜が求められている。また、太陽電池についても発電層や電極等の劣化を防ぎ、長寿命化の観点から、ガスバリア性の高いガスバリア膜が求められている。
　例えば、特許文献１には、プラスチック基材上に形成され、有機ケイ素化合物の化学蒸着により形成され、波数８４５～８３３ｃｍ－１におけるＳｉＣＨ３の赤外特性吸収が実質上ゼロであり、且つＳｉＯＨ／ＳｉＯの赤外吸光度比（Ａ）が０．２５以下であるケイ素酸化物被膜が記載されている。
　一方、特許文献２には、基板上で、酸化物層を形成するための面の凹凸を平坦化するために、有機化合物層を設けることが記載されている。
　また、特許文献３には、低温プラズマ法によりプラスチックス基体の表面に有機シリコン化合物重合体の被膜を形成し、ついでこの基体の有機シリコン化合物重合体の被膜上にシリコン酸化物膜を被覆することで、ガス遮断性プラスチックス材を製造することが記載されている。
特開２００３－２３６９７６号公報 特開２０１０－２７４５６２号公報 特開平５－３４５８３１号公報
　ケイ素酸化物被膜自体は優れたガス遮断性を示すものの、可撓性が低いので、プラスチック等の柔軟な基材に形成させた場合には、膜と基板との間の密着性も低くなり、膜に破断などが生じ易いという欠点がある。その結果、ガスバリア性が十分に発揮されないという問題がある。
　有機珪素化合物重合体の層と珪素酸化物層を積層したガスバリア膜には、次のような問題点がある。有機珪素化合物重合体の層は、バッファ層、つまり応力緩和層として機能するが、一般に有機珪素化合物重合体は透明性が低い。そのため、透明性の高いガスバリア膜とするには、有機珪素化合物の層の厚みを薄くする必要がある。結果として、応力緩和の効果が低下し、フレキシブル性が低くなり破断が生じやすくなる。
　本発明は、ガスバリア膜において、可視光の透過性と被覆性及び可撓性との良好なバランスを実現することができる技術を提供することを目的とする。
　本発明の第１の観点に係るガスバリア膜は、珪素化合物を含有するバッファ層と、前記バッファ層に積層され、珪素酸化物及び／または珪素窒化物を含有するバリア層と、を含むガスバリア膜であって、前記バッファ層についてのフーリエ変換赤外吸収スペクトルにおいて、波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）と、前記ガスバリア膜に含まれるバッファ層の厚みの合計ｔ（ｎｍ）とが、ＡＲ＜３未満かつ式（１）を満たすか、又はＡＲ≧３かつ式（２）を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、本発明の第２の観点に係るバッファ層厚み算出装置は、少なくとも、ガスバリア膜において目標とされる可視光の正透過率と、バッファ層についてのフーリエ変換赤外吸収スペクトルにおいて、波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）と、の入力を受け付ける入力受付部と、前記入力受付部の受付内容に基づいて、ガスバリア膜に含まれるバッファ層の厚みの合計ｔ（ｎｍ）を、ＡＲ＜３未満かつ式（１）を満たすか、又はＡＲ≧３かつ式（２）を満たすように算出するバッファ層厚み算出部と、を備える。
　本発明によると、ガスバリア膜において、良好な可視光の透過性を維持すると共に、適度な厚みを実現することができる。
本発明の実施形態に係るガスバリア膜１の構成を示す断面図。 ガスバリア膜の製造装置の一例を示すブロック図。 ガスバリア膜の製造装置の一例を示す正面図。 図３に示す製造装置の平面図。 ガスバリア膜製造時の条件決定のフローチャート。 ガスバリア膜の製造方法の一例を示すフローチャート。 バッファ層形成方法の一例を示すフローチャート。 バリア層形成方法の一例を示すフローチャート。 可視光の正透過率７０％を示すガスバリア膜における、赤外吸光度比とバッファ層の厚み合計との関係を示すグラフ。 バッファ層の赤外吸収スペクトルの一例。 製膜条件と赤外吸光度比との関係を示すグラフ。 製膜条件と可視光の正透過率との関係を示すグラフ。
　〔１．ガスバリア膜〕
　本実施形態のガスバリア膜１について、図１を参照して説明する。
　図１に示すように、本実施形態のガスバリア膜１は、基板４上に配置された有機ＥＬ素子等の電子デバイス４２を覆うように設けられる。ガスバリア膜１は、封止膜とも呼ばれ、電子デバイス４２を水及び酸素等から保護する。
　ガスバリア膜１全体の厚みは、１μｍ程度であってもよい。
　ガスバリア膜１の最外面は、バリア層３によって覆われている。本実施形態では、バッファ層２とバリア層３とは交互に積層される。なお、ガスバリア膜１は、例えば組成が異なり、直接積層された２つ以上のバッファ層を含んでいてもよいし、組成が異なり、直接積層された２つ以上のバリア層を含んでいてもよい。
　図１には、ｎ個のバッファ層２及びｎ個のバリア層３が示されている。それぞれのバッファ層２を、基板４に近い方から、第１バッファ層２－１、第２バッファ層２－２、・・・第ｎバッファ層２－ｎと呼ぶ。また、それぞれのバリア層３を、基板４に近い方から、第１バリア層３－１、第２バリア層３－２、・・・第ｎバッファ層３－ｎと呼ぶ。個々のバッファ層を特に区別しない場合は、これらをまとめて単にバッファ層２と呼び、個々のバリア層を特に区別しない場合は、これらをまとめて単にバリア層３と呼ぶ。
　ｎを以下「積層数」と称することがあり、積層数ｎは例えば２以上であってもよく、５以上であってもよく、１０以下であってもよい。また、個々のバリア層３及びバッファ層２の厚みは特に限定されるものではなく、１０ｎｍ～数百ｎｍであってもよい。特にバリア層３の厚みは、２０ｎｍ以上であることが好ましい。
　バッファ層２は、応力緩和層とも呼ばれ、珪素化合物を含有する。バッファ層２は、珪素化合物を主成分として含有することができる。「主成分として含有する」とは、特定の成分を、６０重量％以上含有することであってもよく、７０重量％以上含有することであってもよく、８０重量％以上含有することであってもよく、９０重量％以上含有することであってもよく、その成分のみからなることを意味してもよい。
　例えば、バッファ層２はシリコン系膜であってもよく、Ｈ，Ｃ及びＳｉを含むシリコン系膜であってもよい。具体的には、バッファ層２は、Ｓｉ（ＣＨ３）を含むシリコン系膜であってもよい。個々のバッファ層２の組成は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　バッファ層２の密度は、１．３～１．７ｇ／ｃｍ３の範囲が好ましい。
　バッファ層２についてのフーリエ変換赤外吸収スペクトルにおいて、波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）、及びガスバリア膜１に含まれるバッファ層２の厚みの合計ｔ（ｎｍ）は、ＡＲ＜３未満かつ式（１）を満たすか、又はＡＲ≧３かつ式（２）を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　バッファ層２の厚みの合計ｔは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、４０００ｎｍ以下であることが好ましい。
　ガスバリア膜１がこの条件を満たすことによって、可視光の正透過率（例えば７０％以上）と、可撓性及び被覆性の少なくとも一方とが良好なバランスを保つことができる。
　バリア層３は、珪素酸化物及び／または珪素窒化物を主成分として含有することができる。また、バリア層３が珪素酸化物及び珪素窒化物を主成分として含有する場合、また、第１バリア層３１の組成と第２バリア層３２の組成とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　バリア層３は、バッファ層２よりも高い密度を有する。バリア層３の密度は具体的な数値に限定されるものではないが、水や酸素が電子デバイス４２に到達することを防止できる程度であればよい。例えば、バリア層３の密度は、１．８～２．５ｇ／ｃｍ３程が好ましい。
　なお、ガスバリア膜１の構成は、バッファ層２及びバリア層３の他に、有機物を含む層をさらに備えるように変更されてもよい。
　また、ガスバリア膜１の構成は、バッファ層２とバリア層３とが逆に配置されるように変更されてもよい。すなわち、基板４、バリア層３、バッファ層２、バリア層３、バッファ層２・・・が、この順に配置されていてもよい。なお、全てのバッファ層２中で最も外側（上側）に位置するバッファ層２よりもさらに外側に、少なくとも１つのバリア層３が設けられていることが好ましい。
　〔２．製造装置〕
　図１～図４を参照して、ガスバリア膜の製造装置について説明する。
　図２に示すように、製造装置１００は、入力受付部１０１、制御装置１０２、製膜装置１０を備える。
　入力受付部１０１は、操作者から、可視光の正透過率、バッファ層の赤外吸光度比ＡＲ及びガスバリア膜全体の厚み、バッファ層の厚み、バッファ層の数等のガスバリア膜についての希望条件の入力を受け付ける。入力受付部１０１は、ハードキー及びタッチパネル等により実現される。
　制御装置１０２は、様々な演算を行うと共に、製造装置１００の各部の動作を制御する。制御装置１０２に含まれる機能ブロックは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、並びに、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ等の記憶媒体によって実現可能である。つまり、ＣＰＵはＲＯＭ等の記録媒体内に格納されたプログラムを読み出して実行することで、各種機能を実現することができる。ＲＡＭは、ＣＰＵの作業領域として機能することができる。また、ＲＯＭ等の記録媒体には、赤外吸光度比ＡＲと製膜条件との相関関係を示す検量線、ガスバリア膜内のバッファ層の厚みの総和と赤外吸光度比ＡＲとの相関関係を示す検量線、赤外吸光度比ＡＲと可視光の正透過率との相関関係等が記録されていてもよい。
　具体的には、制御装置１０２は、赤外吸光度比算出部１０３，製膜条件決定部１０４，バッファ層厚み算出部１０５，製膜装置制御部１０６を備える。各ブロックの機能については後述する。
　図３及び図４に示すように、製膜装置１０は、ロードロック室５、ロードロック室５に連結されたロボット室６、及びロボット室６に連結された第１製膜室７及び第２製膜室８を備える。この製膜装置１０は、バッファ層２とバリア層３との積層膜（つまりガスバリア膜）を形成することができる。
　ロードロック室５とロボット室６との間には、ゲートバルブ５１が設けられている。ゲートバルブ５１により、ロードロック室５とロボット室６とは隔絶可能である。
　ロードロック室５は、真空ポンプ５２に接続されると共に、その内部に基板ストッカー５３を備える。基板ストッカー５３は、基板４の周縁部を支持する支持ピン５４を備える。基板４の片面には表面に電子デバイス４２が形成されており、基板４のサイズは例えば３７０ｍｍ×４７０ｍｍ程度である。
　ロボット室６は、内部に基板搬送ロボット６１を備える。基板搬送ロボット６１は、モータ６２、アーム６３及び可動支持台６４を備える。可動支持台６４は、モータ６２の駆動によりアーム６３を介してｘ、ｙ及びｚ各方向に移動自在に構成される。可動支持台６４は、基板ストッカー５３が支持ピン５４を備えるのと同様に、支持ピン６５を備える。
　また、ロボット室６には、第１流量制御バルブ６６を介して真空ポンプ６７が接続されている。
　ロボット室６と第１製膜室７との間にはゲートバルブ６８が設けられており、ロボット室と第２製膜室８との間にはゲートバルブ６９が設けられている。ゲートバルブ６８及び６９が開閉することで、基板搬送ロボット６１は、可動支持台６４を移動させて基板４を第１製膜室７及び第２製膜室８に移動させることができる。
　第１製膜室７は、ロボット室６と連通しており、第２流量制御バルブ７６１を介して真空ポンプ７１に接続され、第３流量制御バルブ７６２を介してＨＭＤＳ供給タンク７２に接続され、第４流量制御バルブ７６３を介してＨ２供給タンク７３及びＡｒ供給タンク７４に接続される。
　第１製膜室７の内部には、ループアンテナ７７が設けられる。ループアンテナ７７は、プラズマを生成する手段であり、絶縁チューブ７８と導電性電極７９とにより構成される。２本の絶縁チューブ７８は、第１製膜室７内に平行に配設される。導電性電極７９は、２本の絶縁チューブ７８に挿設され、図４に示すように、平面視が略Ｕ字形を呈するように第１製膜室７の向かい合う２つの側壁を貫通し、高周波電流を供給する電源７７１に接続される。高周波電流の周波数は１３．５６ＭＨｚ程度であることが好ましい。なお、ループアンテナ７７の構造はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）放電のものであるが、別の構造の電極としてＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ：容量結合プラズマ）、バリア、ホロー等の電極でプラズマ放電させても良い。
　第２製膜室８は、ロボット室６と連通しており、第５流量制御バルブ８６１を介して真空ポンプ８１に接続され、第６流量制御バルブ８６２を介してＨＭＤＳ供給タンク８２に接続され、第７流量制御バルブ８６３を介してＯ２供給タンク８３に接続される。
　第２製膜室８内には、ループアンテナ８７が設けられる。ループアンテナ８７は、絶縁チューブ８８と導電性電極８９により構成される。ループアンテナ８７についての詳細な説明は、第１製膜室７のループアンテナ７７と重複するので省略する。導電性電極８９は、高周波電流を供給する電源８７１に接続される。
　〔３．製造方法〕
　次に、図２及び図５～図８を参照して、製造装置１００を用いてガスバリア膜を製造する方法、つまり製造装置１００の動作について説明する。なお、製膜は、本実施形態では自動で制御されるが、その一部または全部の開始及び終了等が手動で制御されてもよい。
　本実施形態では、ガスバリア膜１の可視光の正透過率の目標値が７０％以上に設定されているものとする。また、積層数ｎも、一定の値に設定され、不変であるものとする。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ガスバリア膜１の可視光の正透過率及び積層数ｎが、操作者によって指定されてもよい。
　図５に示すように、入力受付部１０１が操作者からの入力を受け付けると、その内容に応じて、製膜条件が設定される。例えば、バッファ層２の赤外吸光度比ＡＲまたはそれに準じる値が入力された場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）、バッファ層２の厚みの総和が決定される（ステップＳ３２）。ここで、上述したように積層数ｎは固定であるから、ステップＳ３２は、個々のバッファ層２の厚みを決定するステップである、ともいえる。
　赤外吸光度比ＡＲとは、既に説明した通り、波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と
波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）である。
　なお、赤外吸光度比ＡＲに準ずる値とは、バッファ層２の可視光の正透過率及び「製膜圧力×ＨＭＤＳ流量／投入パワー（Ｐａ＊ｓｃｃｍ／ｋＷ）」を含む。後述するように、バッファ層２の可視光の正透過率と赤外吸光度比ＡＲとは相関関係を有し、また赤外吸光度比ＡＲと製膜圧力×ＨＭＤＳ流量／投入パワー（Ｐａ＊ｓｃｃｍ／ｋＷ）とは、相関関係を有する。よって、制御装置１０２は、これらの相関関係に基づいて、「準ずる値」から赤外吸光度比ＡＲを求めることができる。
　こうして入力された又は求められた赤外吸光度比ＡＲから、バッファ層厚み算出部１０５によって、バッファ層２の厚みの合計が算出される。すなわち、ガスバリア膜１に含まれるバッファ層２の厚みの合計ｔ（ｎｍ）の目標値は、ＡＲ＜３かつ式（１）を満たすか、又はＡＲ≧３かつ式（２）を満たすように設定される。これらの式のグラフは、図９の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　可視光の正透過率の目標値が７０％であれば、式（１）及び（２）における不等号は、等号に変更されればよい。
　つまり、入力受付部１０１及びバッファ層厚み算出部１０５は、バッファ層厚み算出装置として機能する。
　また、操作者によって入力されたのが、赤外吸光度比ＡＲ（それに準じる値を含む）でなく（ステップＳ３１でＮｏ）、バッファ層２の厚みの合計値ｔであれば（ステップＳ３３でＹｅｓ）、赤外吸光度比算出部１０３によって、目標とする赤外吸光度比ＡＲが、上記式（１）又は（２）に基づいて算出される（ステップＳ３４）。このとき、ｔが４１１ｎｍより大きければ式（１）が、ｔが４１１ｎｍ以下であれば式（２）が適用される。
　次に、製膜条件が決定される（ステップＳ３５）。このステップにおいては、製膜条件決定部１０４が、ステップＳ３２で決定された、又は操作者によって入力された厚みの合計値から、各バッファ層の製膜時間を設定したり、ステップＳ３４で決定された、又は操作者によって入力された赤外吸光度比ＡＲの目標値に基づいて、製膜圧力×ＨＭＤＳ流量／投入パワー（Ｐａ＊ｓｃｃｍ／ｋＷ）を設定したりする。
　製膜条件を決定するために必要な情報が入力されなかった場合には（ステップＳ３１及びＳ３３でＮｏ）、製膜条件を決定することなく処理は終了される。このとき、図示しない表示装置において、操作者に、情報の入力を促すメッセージを表示してもよい。
　製膜装置制御部１０６は、以上のようにして決定された条件に基づいて、製膜装置１０の動作を制御する。
　製膜装置１０は、次に示す初期状態にあるものとして説明する。すなわちロードロック室５は、ゲートバルブ５１が閉じた状態であり、ロードロック室５の内圧は大気圧である。基板ストッカー５３には、表面に電子デバイス４２が配置された未封止の基板４が、その片面を鉛直下方に向けた状態で保持されている。
　まず、ゲートバルブ６９を閉じ、ゲートバルブ６８が開けられた状態で、図６に示すように、第１製膜室７及びロボット室６を、真空ポンプ７１により減圧する（ステップＳ１）。このとき、真空ポンプ８１によって、第２製膜室８を減圧する（ステップＳ１）。
　次に、真空ポンプ５２が作動を開始し、ロードロック室５を減圧する（ステップＳ２）。ロードロック室５の内圧が第１製膜室７及びロボット室６の内圧とほぼ同じになった時点で、ゲートバルブ５１を開く。
　続いて、バッファ層２－１を形成する（ステップＳ３）。基板搬送ロボット６１は、アーム６３をロードロック室５に伸延させ、基板ストッカー５３に保持された未封止の基板４を、同じ姿勢、すなわちその片面を鉛直下方に向けた状態で可動支持台６４上に受け取る。基板４を受け取った後、基板搬送ロボット６１はアーム６３を収縮させる。アーム６３が収縮した後、ゲートバルブ５１は閉じ、基板搬送ロボット６１は、アーム６３を第１製膜室７の方向に回転する。
　次に、第４流量制御バルブ７６３を開くことによりＨ２ガスとＡｒガスの混合ガスを第１製膜室７に導入する（図７のステップＳ１０）。それと同時に第３流量制御バルブ７６２を開くことにより、ＨＭＤＳガスを第１製膜室７に導入する（図７のステップＳ１０）。このときの各ガスの導入流量、特にＨＭＤＳガスの流量は、ステップＳ３５で決定された通りとされる。例えば、Ｈ２ガスとＡｒガスの混合ガスについては２０ｓｃｃｍ～４０ｓｃｃｍ、ＨＭＤＳガスについては３ｓｃｃｍ～５ｓｃｃｍとすることができる。
　ステップＳ３５で決定された流量で各ガスを第１製膜室７に導入し、第２流量制御バルブ７６１の開度を調整することで第１圧力にする（図７のステップＳ１１）。第１圧力とは、ステップＳ３５で決定される製膜条件における製膜圧力に該当する。
　続いて、電源７７１からループアンテナ７７に高周波電流を流す。このときのプラズマ電力、つまり投入パワーは、例えば０．１ｋＷ～１０ｋＷ程度に設定される。これにより、ループアンテナ７７の周辺にプラズマが発生する（図７のステップＳ１２）。その後、アーム６３を第１製膜室７に伸延させ、ループアンテナ７７の上方に基板４をセットする（図７のステップＳ１３）。基板４の表面では表面反応が行われ、電子デバイス４２を覆うように、バッファ層２－１が形成される。ＨＭＤＳの化学式は（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３であるから、ＨＭＤＳ供給タンク７２がＣ（炭素）の供給源として機能する。炭素を含めることで、形成される膜の密度を比較的低密度にすることができ、応力発生によるクラック等を効果的に抑制することができる。
　所定の時間が経過した後、第３流量制御バルブ７６２及び第４流量制御バルブ７６３を閉じることにより、ＨＭＤＳガス、Ｈ２ガス及びＡｒガスの導入を止める（図７のステップＳ１４）。
　バッファ層２－１が形成されると、ステップＳ４において、バリア層３－１の形成処理を開始する。
　まず、基板搬送ロボット６１は、基板４を第１製膜室７からロボット室６に退避させる。退避が完了すると、ゲートバルブ６８を閉じる。
　次に、図８に示すように、真空ポンプ６７と第１流量制御バルブ６６を作動させロボット室６を減圧する（ステップＳ２０）。ロボット室６の内圧と第２製膜室８の内圧がほぼ同じになった時点で、ゲートバルブ６９を開き、真空ポンプ６７を停止する。なお、真空ポンプ８１は作動したままの状態とする。
　次いで、第７流量制御バルブ８６３を開くことによりＯ２ガスを第２製膜室８に導入する（ステップＳ２１）。それと同時に第６流量制御バルブ８６２を開くことにより、ＨＭＤＳガスを第２製膜室８に導入する（ステップＳ２１）。このときの各ガスの導入流量は、Ｏ２ガスを２０ｓｃｃｍ～１０００ｓｃｃｍ、ＨＭＤＳガスを３ｓｃｃｍ～２０ｓｃｃｍとすることができる。第５流量制御バルブ８６１の開度を調整することで第２圧力にする（ステップＳ２２）。
　続いて、電源８７１からループアンテナ８７に、高周波電流を流す。このときのプラズマ電力、つまり投入パワーは、例えば０．１ｋＷ～１０ｋＷ程度に設定される。これにより、ループアンテナ８７の周辺にプラズマが発生する（ステップＳ２３）。その後、アーム６３を第２製膜室８に伸延させ、ループアンテナ８７の上方に基板４をセットする（ステップＳ２４）。基板４の表面では表面反応が行われ、バッファ層２－１を被覆するようにバリア層３－１、すなわち珪素酸化物層が形成される。所定時間が経過した後、第６流量制御バルブ８６２及び第７流量制御バルブ８６３を閉じることにより、ＨＭＤＳガス及びＯ２ガスの導入を停める（ステップＳ２５）。
　なお、Ｏ２ガスに代えて、窒素含有ガス（Ｎ２ガス又はＮＨ３ガス）、又はＯ２ガスと
窒素含有ガスとの混合ガスを用いてもよい。
　上記ステップＳ３及びステップＳ４の処理を所定の回数（Ｎ回）繰り返す（ステップＳ５）。処理の回数がＮに満たないとき（ステップＳ５でＮｏ）、バリア層形成後にバッファ層を形成するときは、ステップＳ３を行う。
　なお、複数のバッファ層２を形成する場合、個々のバッファ層２の製膜条件（材料ガスの組成、材料ガスの流量、圧力等）は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。バリア層３の製膜についても同様である。
　所定数の層が形成されると（ステップＳ５でＹｅｓ）、基板搬送ロボット６１はアーム６３をロードロック室５の方向に回転する。ゲートバルブ５１が開き、基板搬送ロボット６１はアーム６３をロードロック室５に伸延させる。そして、封止済みの基板４を基板ストッカー５３に移載し、基板搬送ロボット６１はアーム６３を収縮させる。アーム６３が収縮した後、ゲートバルブ５１は閉じ、ステップＳ６において真空ポンプ５２を停止し、外部空気を取り入れるなどして、ロードロック室５を大気圧に戻して開放した後、ステップＳ７において封止膜形成済みの基板４を外部へ取り出すことができる。
　なお、本実施形態では、バッファ層２が先に形成され、その後バリア層３が形成され、これが繰り返されることで、基板４上に、バッファ層２、バリア層３、バッファ層２、バリア層３・・が、この順に積層された繰り返し構造が形成される。
　ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、バリア層３が先に形成され、バッファ層２がその後に形成されてもよい。つまり、基板４上に、バリア層３、バッファ層２、バリア層３・・が、この順に形成されてもよい。
　なお、図５～図８のフローチャートに示す製造方法では、基板４にはマスクが対向するように配置された状態で、第１圧力下で、プラズマＣＶＤにより無機物を堆積させることでバッファ層２を形成するバッファ層形成工程（ステップＳ３）と、バッファ層形成工程後、マスクが配置された基板４に、第１圧力よりも低い第２圧力下で、プラズマＣＶＤにより無機物を堆積させることでバリア層３を形成するバリア層形成工程（ステップＳ４）が実行される。マスクは、ガスバリア膜１が形成される領域を規定する。
　なお、本実施形態では、ガスバリア膜が電子デバイスを保護するためのガスバリア膜として用いられるので、ガスバリア膜を形成する基材として基板４を挙げたが、本発明の製造方法及び製造装置はこれに限らず、様々な物体（基材）に対してガスバリア膜を製造するのに用いることができる。
　〔４．製造装置の他の実施形態〕
　図３及び図４に示す製膜装置１０は、バッファ層形成部の一例として第１製膜室７（接続された各種タンク及び真空ポンプを含む）を備え、バリア層形成部の一例として第２製膜室８（接続された各種タンク及び真空ポンプを含む）を備える。また、ロボット室６も、バッファ層形成部及びバリア形成部の一部とみなされてもよい。
　すなわち、上述の実施形態では、２つの製膜室の間を基板搬送ロボット６１によって移動させることで、第１圧力と第２圧力との切り替えを行っている。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、ガスバリア膜の製造装置は、１つの製膜室の内圧を変えることで、第１圧力と第２圧力との切り替えを行うようになっていてもよい。
　また、基板４は、プラスチック等の長尺状のフィルムであってもよい。フィルムは、ロールトゥロール方式によって、連続的にガスバリア膜の形成を受けることができる。
　なお、ＨＭＤＳは原料ガスの一例に過ぎず、原料ガスを他のガスに変更することは可能である。原料ガスとしては、特に、Ｓｉ及びＣ（炭素）を含むガスが好ましい。
　また、バッファ層２を形成する原料ガスと、バリア層３を形成するガスとは、組成が異なっていてもよい。
　〔５．赤外吸光度比、製膜条件、可視光の正透過率、バッファ層の厚みの関係〕
　以下の実験において、赤外吸光度は、フーリエ変換赤外吸収法、具体的にはBruker製FT-IR IFS-66V/Sを用いた透過法によって測定された。また、可視光領域における正透過率は、分光光度計（日本分光製　MODEL　V-670）によって測定された。
　図１０に示すように、バッファ層２のフーリエ変換赤外吸収スペクトルは、波数９００ｃｍ－１にＳｉ－Ｃ及びＳｉ－Ｎの伸縮振動に由来するピークを示し、波数１２６０ｃｍ－１にＳｉ－ＣＨ３変角振動に由来するピークを示す。つまり、波数９００ｃｍ－１のピーク量はＳｉ－Ｃ及びＳｉ－Ｎの量の和を示し、波数１２６０ｃｍ－１のピークはＳｉ－ＣＨ３の量を示す。
　本発明者等は、バッファ層２についての波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）と、バッファ層２の製膜時の製膜圧力×ＨＭＤＳ流量／投入パワー（Ｐａ＊ｓｃｃｍ／ｋＷ）とは、図１１に示す相関関係を有することを見出した。さらに、ガスバリア膜における可視光の正透過率（つまり、可視光領域４００～８００ｎｍにおいて測定される正透過率の最小値）とバッファ層２の製膜圧力×ＨＭＤＳ流量／投入パワー（Ｐａ＊ｓｃｃｍ／ｋＷ）とは、図１２に示す相関関係を有することを見出した。なお、図１２での正透過率の測定対象は、ガスバリア膜全体であり、このガスバリア膜において、バッファ層の厚みの合計ｔは４２０ｎｍであった。バリア層の正透過率は高いので、バリア層がガスバリア膜全体の正透過率に与える影響は無視することができる。バリア層の形成は、実施例１と同様に行った。
　つまり、本発明者等は、赤外吸光度比ＡＲと可視光の正透過率とが相関関係を有することを見出した。
　このように、製膜時の投入パワーや原料ガスの流量や圧力等を変えることで、原料ガスの種類を変えずにバッファ層の赤外吸光度比は変えることができる。そのメカニズムは、以下のように考えられる。原料ガスにＨＭＤＳを用いて投入バワーを変えた場合を例に挙げると、投入パワーが小さい場合には、ＨＭＤＳに含まれる結合エネルギーの小さいＣ‐Ｈ結合の解離があまり起こらず、Ｓｉ－ＣＨ３の存在量は多いままの状態となる。一方、投入パワーが大きい場合には、Ｃ－Ｈ結合の解離が多くなり、Ｓｉ－ＣＨ３の存在量も減少すると共に、逆にＳｉ－ＣＨ３を除くＳｉ－Ｃの量は増加する。そのため、投入パワーが大きい場合は、小さい場合に比べて、赤外吸光度比ＡＲ、つまりＳｉ－Ｃ量／Ｓｉ－ＣＨ３量の値が大きくなる。
　実際、投入パワーを下げるとＡＲが小さくなり、製膜圧力を上げることでＡＲが小さくなり、原料（例えばＨＭＤＳ）ガスの流量を上げることでＡＲは下がる。
　図示を省略するが、ガスバリア膜におけるバッファ層の厚み合計を変えても、可視光の正透過率と赤外吸光度比ＡＲとの間には、相関関係が見られた。
　可視光の正透過率７０％を満たす場合の赤外吸光度比ＡＲとバッファ層の厚みの合計との関係を、図９に示す。図９に示すように、赤外吸光度比ＡＲ＝３、つまりバッファ層の厚み合計４１１ｎｍを境界として、式（１’）及び（２’）が満たされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　つまり、この式を満たすように赤外吸光度比及びバッファ層の厚み合計を設定することで、正透過率７０％を満たすことができる。なお、式（１’）及び（２’）を上述の式（１）及び（２）に置き換えることで、正透過率７０％以上を満たす条件が得られる。
　（実施例１）
　上述した手順に沿って、ガスバリア膜を作成した。
　具体的には、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム上に、バッファ層とバリア層とを交互に７層ずつ積層した。
　バッファ層の製膜においては、ＨＭＤＳガスを原料ガスとして、Ｈ２ガス及びＡｒガスをプラズマ生成ガスとして、プラズマＣＶＤを行った。バッファ層２の赤外吸光度比ＡＲは２．０５であり、バッファ層の厚みの合計値は８１０ｎｍであった。
　なお、本書において、赤外吸光度比を算出する際の、波数９００ｃｍ－１における赤外吸光度と波数１２６０ｃｍ－１における赤外吸光度は、それぞれ、５３０～１３２０ｃｍ－１、１２２５～１３００ｃｍ－１の範囲でベースライン補正を行った値である。
　バリア層は、ＨＭＤＳガスを原料ガスとして、Ｏ２ガスをプラズマ生成ガスとして、プラズマＣＶＤによって形成した。バリア層３は、透明性が高く、高いガスバリア性が獲られる条件で作製した。
　作製したガスバリア膜の可視光の正透過率（ただし、基板を差し引いた値）を測定したところ、可視光領域で９１．０％であった。本実施例で用いた珪素酸化物であるバリア層の可視光領域における可視光の正透過率は非常に高く、ガスバリア膜の正透過率に影響を与えないことは確認できている。
　赤外吸光度比ＡＲとバッファ層の厚みｔとの関係式（１）からバッファ層２の厚み合計の最大値を計算すると、１４５２ｎｍとなる。つまり、上述したバッファ層の厚み合計値は、この式を十分に満たしている。
　（実施例２）
　厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム上に、バッファ層２とバリア層３を交互に３層ずつ積層することで、ガスバリア膜１を作製した。
　バリア層３の条件は実施例１と同じとした。
　バッファ層２の赤外吸光度比ＡＲを５．８６とし、ガスバリア膜中に含まれるバッファ層の厚みの合計値を１８０ｎｍとした。可視光の正透過率を測定したところ、可視光領域で８３．９％であった。なお、赤外吸光度比ＡＲとバッファ層２の厚みtとの関係式（２）からバッファ層の厚み合計の最大値を計算すると２６６ｎｍとなる。よって、本実施例のバッファ層の厚みの合計値は、この式（２）を十分に満たしている。
　（比較例１）
　厚み１００μｍのＰＥＴフィルム上に、バッファ層とバリア層を交互に７層ずつ積層しガスバリア膜を作製した。
　バリア層３の条件は実施例１と同じとした。
　バッファ層の赤外吸光度比を３．９０とし、ガスバリア膜中に含まれるバッファ層の厚みの合計値を４２０ｎｍとした。
　ガスバリア膜の可視光の正透過率を測定したところ、可視光領域で６３．９％であった。赤外吸光度比ＡＲとバッファ層の厚みの合計値ｔとの関係式（２）から、バッファ層の最大厚みを計算すると３４７ｎｍである。よって、実際の厚みは、式から外れている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　（実施例３及び４、並びに比較例３）
　基板表面の凹凸に対する被覆性を向上させる観点から、バッファ層の厚みは、要求される正透過率を満たす範囲内で、なるべく厚膜とする方が欠陥の少ないガスバリア膜を形成することができる。
　実施例３として、赤外吸光度比が２．７９のバッファ層を用い、ガラス基板上にバッファ層とバリア層を交互に７層ずつ積層しガスバリア膜を作製した。ガスバリア膜中に含まれるバッファ層の厚みは４８０ｎｍとした。作製したガスバリア膜の光の正透過率を測定したところ、可視光領域で７３．２％であった。
　赤外吸光度比ＡＲとバッファ層の厚み合計ｔとの関係式（１）からバッファ層の最大厚みを計算すると５２３ｎｍとなる。つまり、バッファ層の厚み合計ｔは、式（１）で表される範囲内にあった。
　実施例３について、ガスバリア膜の水蒸気透過度をカルシウム腐食法により測定したところ、８５℃×８５％ＲＨの環境下で３×１０－３ｇ／ｍ２／ｄａｙ となり、高い透明性を維持した状態で良好なガスバリア性を示した。
　また、実施例４として、実施例３と同じバッファ層を用いて、バッファ層の厚み合計ｔを３５０ｎｍとした。この値ｔは、式（１）で表される範囲内にある。実際、実施例４について正透過率を測定したところ、高い値が得られた。
　また、比較例３として、赤外吸光度比ＡＲが４．０９であるバッファ層を用いて、ガスバリア膜を作製した。赤外吸光度比ＡＲからは、許容されるバッファ層の厚み合計ｔの最大値は３３６ｎｍであるが、本比較例ではそれを超える５４０ｎｍとした。その結果、比較例３のガスバリア膜は、正透過率の実測値として、６３．８％と低い値を示した。
　実施例３及び４並びに比較例３を比較すると、特に実施例３のガスバリア膜では、高いバリア性と高い正透過率とを両立することができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　本発明のガスバリア膜は、有機ＥＬディスプレイの発光材料や太陽電池の発電材料などのような、酸素や水分に対して非常に弱い材料のガスバリア膜として応用できる。また、フィルムへ付加するガスバリア膜（機能性付加）としても利用できる。
　１　ガスバリア膜
　２　バッファ層
　２－１　第１バッファ層
　２－２　第２バッファ層
　３　バリア層
　３－１　第１バリア層
　３－２　第２バリア層
　４　基板
　１０　製造装置
　１１　ガスバリア膜の外縁
　１２　ガスバリア膜傾斜部分
　１３　ガスバリア膜内側部分
　１４　堆積された層（バリア層及びバッファ層を含む）
　４２　電子デバイス
　５　　ロードロック室
　５１　ゲートバルブ
　５２　真空ポンプ
　５３　基板ストッカー
　５４　支持ピン
　６　　ロボット室
　６１　基板搬送ロボット
　６２　モータ
　６３　アーム
　６４　可動支持台
　６５　支持ピン
　６６　第１流量制御バルブ
　６７　真空ポンプ
　６８　ロボット室と第１製膜室７との間のゲートバルブ
　６９　ロボット室と第２製膜室８との間のゲートバルブ
　７　　第１製膜室
　７１　真空ポンプ
　７２　ＨＭＤＳ供給タンク
　７３　Ｈ２供給タンク
　７４　Ａｒ供給タンク
　７７　ループアンテナ
　７８　絶縁チューブ
　７９　導電性電極
７６１　第２流量制御バルブ
７６２　第３流量制御バルブ
７６３　第４流量制御バルブ
７７１　電源
　８　　第２製膜室
　８１　真空ポンプ
　８２　ＨＭＤＳ供給タンク
　８３　Ｏ２供給タンク
　８７　ループアンテナ
　８８　絶縁チューブ
　８９　導電性電極
８６１　第５流量制御バルブ
８６２　第６流量制御バルブ
８６３　第７流量制御バルブ
８７１　電源

Claims (5)

  1. 　珪素化合物を含有するバッファ層と、前記バッファ層に積層され、珪素酸化物及び／または珪素窒化物を含有するバリア層と、を含むガスバリア膜であって、
    　前記バッファ層についてのフーリエ変換赤外吸収スペクトルにおいて、波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）と、前記ガスバリア膜に含まれるバッファ層の厚みの合計ｔ（ｎｍ）とが、ＡＲ＜３未満かつ式（１）を満たすか、又はＡＲ≧３かつ式（２）を満たす、

    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  2. 　可視光領域における光の正透過率が７０％以上である請求項１に記載のガスバリア膜。
  3. 　前記ガスバリア膜に含まれるバッファ層の厚みの合計ｔが１０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載のガスバリア膜。
  4. 　請求項１～３の何れかに記載のガスバリア膜を備えるガスバリア性フィルム。
  5. 　少なくとも、ガスバリア膜において目標とされる可視光の正透過率と、バッファ層についてのフーリエ変換赤外吸収スペクトルにおいて、波数９００ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ１と波数１２６０ｃｍ－１での赤外吸光度Ａ２との比ＡＲ（ＡＲ＝Ａ１／Ａ２）と、の入力を受け付ける入力受付部と、
    　前記入力受付部の受付内容に基づいて、ガスバリア膜に含まれるバッファ層の厚みの合計ｔ（ｎｍ）を、ＡＲ＜３未満かつ式（１）を満たすか、又はＡＲ≧３かつ式（２）を満たすように算出するバッファ層厚み算出部と、

    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
     を備える、バッファ層厚み算出装置。
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