JP5319342B2 - ガスバリア膜の製造方法、太陽電池用ガスバリアフィルム、および、ディスプレイ用ガスバリアフィルム - Google Patents
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Description
ガスバリア膜としては、酸化硅素、酸窒化硅素、酸化アルミニウム等の各種の物質からなる膜が知られている。これらのガスバリア膜の1つとして、窒化硅素(窒化シリコン)からなるガスバリア膜が知られている。また、窒化硅素からなるガスバリア膜の製造方法としては、プラズマCVDが知られている。
特許文献1に記載される製造方法によれば、高温高湿環境における耐酸化性が高く、ピンホールが少なく、かつ透明性(光学透過率)も高いガスバリア膜を得ることができる。
このような要求特性を満たすために、各種のガスバリア膜や、ガスバリア膜の製造方法が提案されている。しかしながら、近年、ガスバリア膜へのこれらの特性に対する要求は、益々、厳しくなっている。そのため、特許文献1に記載されるように、ガスバリアフィルムの組成比や成膜時の基板温度の制御を行なうのみでは、十分なガスバリア性や耐酸化性を得られない場合も多い。
これに応じて、ガスバリア性のみならず、高温多湿環境下での耐酸化性にもより優れたガスバリア膜を、安定して製造できる製造方法の出現が望まれている。
また、前記本発明の製造方法によるガスバリア膜が成膜された基板に、さらに、ガスバリア膜を成膜するのが好ましく、また、前記基板の表面が有機物であるのが好ましく、また、基板の温度を120℃以下に保ちつつ、前記ガスバリア膜を成膜するのが好ましく、また、静止成膜速度(静止レート)で300nm/min以上の成膜速度で、前記ガスバリア膜を成膜するのが好ましく、また、前記所定時間が3秒以上であるのが好ましい。
さらに、基板へのガスバリア膜の成膜を防止するシャッタを用い、前記シャッタの閉塞中にプラズマ放電を開始し、かつ、前記シャッタを開放した時点を、前記ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始したと見なすのが好ましく、この際において、前記シャッタが、前記基板と同じ材料で形成されるのが好ましく、あるいは、前記シャッタが、誘電体材料で形成されるのが好ましい。
そのため、本発明によれば、ガスバリア性のみならず、高温高湿環境下における耐酸化性にも優れたガスバリア膜を安定して製造できる。従って、このような本発明は、例えば液晶ディスプレイ等の各種のディスプレイ用のガスバリアフィルムや太陽電池用のガスバリアフィルムのように、高いガスバリア性のみならず、高い高温多湿環境下での耐酸化性を有するガスバリア膜が要求される各種の用途に、好適に利用可能である。
図示例のガスバリア膜の製造装置10は、長尺な基板Z(フィルム原反)を長手方向に搬送しつつ、この基板Zの表面にプラズマCVDによってガスバリア膜を成膜(製造/形成)して、ガスバリアフィルムを製造するものである。
また、この製造装置10は、長尺な基板Zをロール状に巻回してなる基板ロール20から基板Zを送り出し、長手方向に搬送しつつガスバリア膜を成膜して、ガスバリア膜を成膜した基板Z(すなわち、ガスバリアフィルム)をロール状に巻き取る、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll)による成膜を行なう装置である。
ここで、本発明は、図示例のようなガスバリアフィルムの製造に好適であり、従って、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどの有機物からなるシート状の基板(プラスチックフィルム)を用いるのが、好適である。
この際においては、基材の上に1層のみの層が形成された物を基板として用いてもよく、あるいは、図2に概念的に示すように、基材Bの上に、層a〜層fのような複数の膜を形成した物を基板として用いてもよい。また、基材Bの上に1層もしくは複数層の膜が形成されている基板においては、その層の中の1以上の層(図2であれば、層a〜層fの何れか1層以上)が、本発明の製造方法で形成したガスバリア膜であってもよい。また、本発明によるガスバリア膜と、それ以外の膜とを交互に形成してなる基板も好適に利用可能であり、この際には、前記それ以外の層は、同じ材料からなる層でも、異なる材料からなる層でもよい。さらに、基材Bの上に1層以上の膜を有する基板は、その層の中の1層以上の層(図2であれば、層a〜層fの何れか1層以上)が、パターニングされていてもよい。
すなわち、本発明の製造方法においては、ガスバリア膜の成膜面は、有機物であるのが好ましい。この点に関しては、後に詳述する。
そのため、用いる基板は、表面が十分に平滑で異物の付着が少ないものが好ましい。
なお、製造装置10は、図示した部材以外にも、各種のセンサ、搬送ローラ対や基板Zの幅方向の位置を規制するガイド部材など、基板Zを所定の経路で搬送するための各種の部材(搬送手段)等、プラズマCVDによる成膜を行なう装置が有する各種の部材を有してもよい。
加えて、プラズマCVDによる成膜室が複数あってもよいし、プラズマCVD以外の蒸着やフラッシュ蒸着、スパッタ等の何らかの成膜を行う成膜室やプラズマ処理等の表面処理室が1つ以上連結されていてもよい。
長尺な基板Zを巻回した基板ロール20は、供給室12の回転軸24に装填される。
回転軸24に基板ロール20が装填されると、基板Zは、供給室12から、成膜室14を通り、巻取り室16の巻取り軸30に至る所定の搬送経路を通される(送通される)。
製造装置10においては、基板ロール20からの基板Zの送り出しと、巻取り室16の巻取り軸30における基板Zの巻き取りとを同期して行なって、長尺な基板Zを所定の搬送経路で長手方向に搬送しつつ、成膜室14において、基板Zに、プラズマCVDによるガスバリア膜の成膜を連続的に行なう。
ここで、高いガスバリア性や透明性、さらには耐酸化性等を有する高品質なガスバリアフィルムを得るためには、基板表面に清浄化処理や平滑化処理等の各種の処理を施した、高品質な必要がある。すなわち、高品質なガスバリアフィルムを製造するためには、基板Zも高価になってしまう。
従って、このような高価な基板を無駄にすることは、ガスバリアフィルムの製造コストを向上する原因の1つになってしまう。
このような基板Zを用いることにより、高価なフィルムベースZfの無駄を大幅に減少して、ガスバリアフィルムの製造コストを低減することができる。
好ましくは、フィルムベースZfと同じ材料で形成されたシート状のガイドベースZgが例示される。基板Zを、このような構成とすることにより、ガイドベースZgとフィルムベースZfとの境目eが成膜空間を通過する際におけるプラズマ放電状態すなわちプラズマの変動を少なくすることができ、より迅速に、プラズマの安定化すなわちガスバリアフィルムの成膜の安定化を図ることができる。
そのため、必要に応じて、基板Zに、ガイドベースZgとフィルムベースZfとの境目eを検出するための印(マーク)を付けてもよい。一例として、可視光による検出が可能(目視可能)な印、赤外光や紫外光によって検出可能な印、基板Zの搬送やガスバリア膜の成膜の妨害にならない大きさの段差や凸部等の機械的な検出が可能な印が例示される。このような印は、基板Zの表面(ガスバリア膜の成膜面)に設けても、裏面に設けてもよい。また、境目eを検出する印として、基板Zに貫通孔を設けてもよい。
これらの印は、必ずしも、ガイドベースZgとフィルムベースZfとの境目eに設ける必要はなく、ガイドベースZgに設けてもよい。すなわち、製造装置10において、基板Zの搬送速度は、当然、既知であるので、境目eと印との距離が分かれば、印を検出することで、境目eが成膜室14に至ったことを検出できる。
また、印を設けるのではなく、境目eを検出し易くするために、ガイドベースZgとフィルムベースZfとで色調や光透過率に差をつけてもよく、ガイドベースZgとフィルムベースZfとで表面粗さに差を設けてもよい。これらの差も、基板Zの裏面でも表面でもよい。
真空排気手段28には、特に限定はなく、ターボポンプ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ、ドライポンプなどの真空ポンプ、さらには、クライオコイル等の補助手段、到達真空度や排気量の調整手段等を利用する、真空成膜装置に用いられている公知の(真空)排気手段が、各種、利用可能である。この点に関しては、後述する他の真空排気手段50および60も同様である。
また、全室に真空排気手段を有する図示例の製造装置10においても、スリット32a等の基板Zが通過する部分を可能な限り小さくするのが好ましい。
成膜室14は、基板Zの表面に、CCP(Capacitively Coupled Plasma 容量結合プラズマ)−CVDによって、シリコン窒化物、シリコン炭化物、および、シリコン炭窒化物のいずれかのガスバリア膜を成膜(形成)するものである。
なお、本発明において、プラズマCVDは、図示例のようなCCP−CVDに限定はされず、ICP(Inductively Coupled Plasma 誘導結合プラズマ)−CVD、マイクロ波CVD、ECR(Electron Cyclotron Resonance)−CVD、大気圧バリア放電CVD等、各種のプラズマCVDが、全て利用可能である。また、Cat(Catalytic 触媒)−CVDにおいても、同様の原理によって同様の効果を得ることができる。
そのため、ドラム36には、バイアス電源が接続され、あるいは、接地(アース)されている(共に、図示省略)。もしくは、ドラム36は、バイアス電源の接続と、接地とが切り換え可能であってもよい。
基板温度を120℃以下にしてガスバリア膜を成膜することにより、耐熱性の低いPEN等のプラスチックフィルム基板や、耐熱性の低い有機材料を基材として用いる基板にも、好適に高いバリア性および耐酸化性を有するガスバリア膜を成膜でき、また、低応力のガスバリア膜を成膜できる等の点で好ましい結果を得る。さらに、基板温度を80℃以下にしてガスバリア膜を成膜することにより、より耐熱性の低いPET等のプラスチックフィルム基板にも、好適に高バリア性で高耐酸化性を有するガスバリア膜を成膜することができ、また、低応力のガスバリア膜を成膜できる等の点で好ましい結果を得る。
ドラム36の温度調節手段には、特に限定はなく、冷媒等を循環する温度調節手段、ピエゾ素子等を用いる冷却手段等、各種の温度調節手段が、全て利用可能である。
図示例において、シャワー電極38は、一例として、中空の直方体であり、1つの最大面をドラム36の周面に対面して、この最大面の中心からの垂線がドラム36の法線と一致するように配置される。また、シャワー電極38のドラム36との対向面には、多数の貫通穴が全面的に形成される。
また、本発明は、シャワー電極を用いてガスバリア膜を成膜するのにも限定はされず、通常の板状の電極と、ガス供給ノズルとを用いるものであってもよい。
前述のように、シャワー電極38のドラム36との対向面には、多数の貫通穴が供給されている。従って、シャワー電極38に供給された原料ガスは、この貫通穴から、シャワー電極38とドラム36との間に導入される。
具体的には、窒化シリコン、炭化シリコン、炭化窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸炭化シリコン、酸化窒化炭化シリコン、窒化水素化シリコン、炭化水素化シリコン、窒化炭化水素化シリコン、酸化窒化水素化シリコン、酸化炭化水素化シリコン、酸化窒化炭化水素化シリコン等が例示される。
例えば、ガスバリア膜として窒化シリコン膜を形成する場合であれば、原料ガスとして、シランガスおよび/またはジシランと、アンモニアガスおよび/またはヒドラジンおよび/または窒素ガスとを用いればよい。
また、原料ガスとしては、これらに加え、窒素ガス、水素ガス、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンなどの不活性ガスを併用してもよい。
また、本発明の製造方法で製造するガスバリア膜は、結晶構造を有しても、アモルファス状でもよく、あるいは、両者が混在してもよい。
あるいは、ガス状の原料と、液体状の原料との両者を併用して、ガスバリア膜を成膜してもよい。
さらに、真空排気手段50は、プラズマCVDによるガスバリア膜の成膜のために、成膜室内を排気して、所定の成膜圧力に保つものであり、前述のように、真空成膜装置に利用されている、公知の真空排気手段である。
具体的には、マーキング手段52は、制御手段56の指示の下、基板ZすなわちフィルムベースZfにマーキングを行なう。このマーキングに関しては、後に詳述する。
一例として、ガスバリアフィルム(本発明の製造方法を利用する製品)が透明である場合には、レーザ光による焼き付け(レーザマーキング)や各種の記録ヘッドを利用する着色のように、目視可能な印を形成するマーキングを施すのが好ましい。
あるいは、赤外線や紫外線等によって検出可能なマーキングであってもよい。さらには、レーザ光や機械的な手段による穿孔によって、マーキングを行なってもよい。
また、マーキングは、ガスバリア膜に行なってもよく、あるいは、基板Zの裏面(ガスバリア膜の非成膜面)に行なってもよい。ガスバリア膜の強度や、マーキングによる衝撃の大きさ等によっては、ガスバリア膜にマーキングを行なうと、膜に、ヒビや割れを生じてしまう可能性が有る。そのため、このような点を加味すると、裏面にマーキングを行なう方が、有利である。
検出手段54は、供給室12から巻取り室16に搬送される基板ZのガイドベースZgとフィルムベースZfとの境目e(前記印を含む)を検出して、境目eを検出した事の情報を制御手段56に送る部位である。
後に詳述するが、本発明の製造方法においては、ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始した後、所定時間(第1の所定時間)が経過する以前のプラズマは、ガスバリア膜の製造に使用しない。ここで、図示例においては、基板Zとして、ガイドベースZgを有する基板Zを用いる。このようなガイドベースZgを用いる場合には、好ましい態様として、ガイドベースZgとフィルムベースZfとの境目eが成膜室14(真空チャンバ)に到達した後、第2の所定時間が経過するまでを、前記プラズマ放電を開始した後、に第1の所定時間が経過するまでの時間と見なして、この間のプラズマは、ガスバリア膜の成膜に使用しない。
例えば、境目eが可視光によって検出可能であれば、可視光を用いた各種の光学的な検出方法によって、境目eを検出すればよい。また、境目eが赤外光や紫外光で検出可能であれば、これらの光を用いた各種の検出方法によって、境目eを検出すればよい。また、境目eが段差や凸部等の機械的に検出可能なものであれば、検出部材を接触させて衝撃等によって検出する方法を利用すればよく、あるいは、段差や凸部を光学的に検出するようにしてもよい。
また、ガイドベースZgとフィルムベースZfとで、色や光透過性に違いがある場合には、光学的な手段を用いて基板Zの色や光透過性を検出することで、境目eを検出してもよい。さらに、ガイドベースZgとフィルムベースZfとで、表面粗さ等の表面性状に違いがある場合には、表面粗さ等を検出することで、境目eを検出してもよい。
また、複数の境目eの検出方法を併用してもよい。
ここで、本発明のガスバリア膜の製造方法においては、ガスバリア膜の成膜のためのプラズマ放電を開始した後、第1の所定時間が経過する以前のプラズマをガスバリア膜の製造に用いない以外は、ガスバリア膜の成膜条件には、特に限定は無い。
従って、原料ガスの流量、成膜圧力、プラズマ励起電力、プラズマ励起電力の周波数、電極間距離、基板へのバイアス電位の印加、基板Zの温度等の成膜条件は、通常のプラズマCVDによるガスバリア膜の成膜と同様に、形成するガスバリア膜の種類、目的とする成膜速度、目的とするガスバリア膜の厚さ、使用する原料ガスの種類、成膜室の構成や大きさ、基板Z(基板Zを構成する基材)の物性等に応じて、適宜、設定すればよい。
さらに、ガスバリア膜の膜厚にも、特に限定はなく、用途や要求されるガスバリア性等に応じて、十分なガスバリア性を発現できる膜厚を、適宜、設定すればよい。但し、ガスバリア膜の膜厚が5nm未満であると、ガスバリア膜の殆どが表面自然酸化状態となってしまう可能性が有るので、ガスバリア膜の膜厚は、5nm以上とするのが好ましい。
後に詳述するが、本発明は、ガスバリア膜の成膜のためのプラズマ放電を開始した後、所定時間が経過する以前のプラズマを用いずに、ガスバリア膜を製造する。本発明は、これにより、放電が不安定な状態でのプラズマによるガスバリア膜の成膜に起因する耐酸化性の低下を抑止して、ガスバリア性のみならず、高温多湿環境下での耐酸化性にも優れたガスバリア膜を、安定して製造することを可能にしている。
ここで、成膜速度が大きいほど、放電開始直後のプラズマの不安定に起因する耐酸化性の低下は大きい。また、成膜速度が大きいほど、原料ガスの供給量も多くする必要が有るが、原料ガスの総供給量が多い程、放電が安定するまでに、時間がかかり、すなわち、耐酸化性の低下も大きくなる。
あるいは、マーキング手段52を成膜領域よりも下流に配置し、制御手段56は、マーキング手段52の位置と、基板Zの搬送速度とから、境目eが成膜室14に至った後、第2の所定時間が経過(同前)した時点で成膜領域に至った位置に、マーキングを行なうように、マーキング手段52にマーキングの指示を出してもよい。
なお、ガイドベースZgを有さない基板Zとは、全部がフィルムベースZfである基板Zのみならず、ガイドベースZgを有する基材を用いるものの、境目eを含む領域に、既に各種の機能を発現するための膜が形成されている基板Zも、対象にしてもよい。すなわち、後者の基板Zは、ガイドベースZgを有する基板として扱っても、ガイドベースZgを有さない基板として扱ってもよい。
また、ガイドベースZgを有する基板Zを用いる場合において、ガイドベースZgの長さやプラズマ放電開始のタイミング等の都合により、プラズマ放電を開始した時点で、境目eが成膜領域もしくは成膜室14を通過してしまっている場合にも、同様に、制御手段56は、ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始した時点から、第1の所定時間が経過したら、マーキング手段52にマーキングをするように指示を出す。
さらに、ガスバリア膜の成膜中に、プラズマ励起電力の供給を停止し(あるいは、不要に停止し)、その後、回復した場合にも、制御手段56は、同様に、プラズマ放電を再開した時点から、第1の所定時間が経過したら、同様に、マーキング手段52にマーキングをするように指示を出す。
これにより、本発明は、ガスバリア性のみならず、高温高湿環境下でも高い耐酸化性を有するガスバリア膜を、安定して製造することを可能にしている。
本発明者は、その原因を鋭意検討した結果、プラズマ放電は、放電を開始した後、ある程度の時間が経過しないと、安定せず、この不安定な状態のプラズマ放電によるプラズマで成膜したガスバリア膜は、ガスバリア性のみならず、十分な耐酸化性を有さないことを見出した。また、この耐酸化性の低下は、成膜面が有機物である場合に、より顕著に生じることも見出した。
図4に示されるように、水素ラジカルの発光強度は、プラズマ放電を開始(0)した直後に急激に立ち上がり、時間経過と共に減少して、3秒を経過した当たりで落ち着く。従って、プラズマ放電の開始直後は、放電の状態が不安定であり、この状態のプラズマで成膜したガスバリア膜は、目的とするガスバリア性および耐酸化性を発現しない。
また、図示例のようなロール・ツー・ロールによってガスバリア膜を製造する場合(ロール・ツー・ロールによるガスバリアフィルムの製造装置)では、目的とする性能が得られない領域を、確実に摘出して排除できる。
従って、ガイドフィルムZgを有する基板Zを用いる場合には、境目eが成膜領域を通過した後、前記第1の所定時間を経過する前のプラズマは製造には使用しないのが好ましい。
すなわち、ガイドフィルムZgを有する基板Zを用いる場合には、境目eが成膜室14に至った時点から、第2の所定時間を経過したことを、プラズマ放電開始から第1の所定時間が経過したと見なすのが好ましい。
この際において、成膜領域は、一例として、基板Zがシャワー電極38(プラズマ励起電力を供給される電極(CCP−CVDの場合には誘導コイル))と対面する領域、ラジカルによる発光が確認できる領域、装置構成や成膜速度等に応じて、適宜、設定した領域等とすればよい。
一例として、太陽電池に利用されるガスバリアフィルムには、3×10-3[g/(m2・day)]以下の水蒸気透過率と、85℃で85%RHの環境下(例えば、千時間放置)でも、前記ガスバリア性を保持できることが要求される。また、有機EL等の各種のディスプレイに利用されるガスバリアフィルムには、さらに高い1×10-5[g/(m2・day)]以下の水蒸気透過率と、60℃で90%RHの環境下(同前)でも、前記ガスバリア性を保持できることが要求される。
本発明の製造方法によれば、いずれの要求も満たすガスバリアフィルムを、安定して製造できる。また、本発明によれば、優れた耐酸化性を有するため、耐酸化性を確保するための無機膜を、別途、積層する必要も無くすことができ、すなわち、他の層の積層に起因する透明性の低下も抑制できる。すなわち、本発明のガスバリアフィルムは、有機物からなる表面を有する基板Zに特に好適な点も相まって、高い耐酸化性および透明性を要求される、ディスプレイ用のガスバリアフィルムや、太陽電池用のガスバリアフィルムに、好適である。
あるいは、実験的に、プラズマ放電開始後、目的とするガスバリア膜が製造できる状態にまでプラズマ放電が安定するまでの時間を求めてもよい。
従って、本発明において、第1の所定時間は、3秒以上、特に、10秒以上とするのが好ましい。また、第2の所定時間は、基板の搬送速度や成膜室の構成等に応じて、境目eが成膜室14に至り、成膜領域を通過した後、確実に3秒(特に10秒)を超える時間を、適宜、設定すればよい。
前述のように、回転軸24に基板ロール20が装填されると、基板Zは、基板ロール20から引き出され、供給室12からガイドローラ26によって案内されて成膜室14に至り、成膜室14において、ガイドローラ40に案内されて、ドラム36の周面の所定領域に掛け回され、ガイドローラ42によって案内されて巻取り室16に至り、ガイドローラ58に案内されて巻取り軸30に至る所定の搬送経路を通される。
さらに、シャワー電極38には、ガス供給手段46から原料ガス、すなわち、Si−H結合を有する原料ガスと、N−H結合を有する原料ガスと、窒素ガス、水素ガスおよび希ガスの少なくとも1以上とが供給される。これにより、シャワー電極38と基板Z(ドラム36)との間に、原料ガスが供給される。
また、図示例の製造装置10においては、ドラム36が対向電極となり、ドラム36とシャワー電極38とで、CCP−CVDにおける電極対を構成するのは、前述のとおりである。
制御手段56は、検出信号を受けたら時間計測を開始し、検出手段54と成膜室14との距離および搬送速度から、境目eが成膜室14に至るタイミングを知見し、境目eが成膜室14に至った後、第2の所定時間が経過した時点で、マーキングを行なうように、マーキング手段52に指示を出す。
これに応じて、マーキング手段52は、基板Zの表面にマーキング、例えば、レーザ光による焼き付け(レーザマーキング)を行なう。
従って、このようなマーキングを行なうことにより、ガスバリア膜を成膜した後に、容易に不適正な領域を検出することが可能となる。
例えば、図2に示される例であれば、層b、dおよびfとしてガスバリア膜を成膜し、それ以外の層a,cおよびeは、他の機能を有する層を形成することも有る。
これに対し、レーザ光による焼付けのような目視(可視光による検出)可能なマーキングや、赤外線等によって検出可能なマーキングを行なうことにより、多数層のガスバリア膜を成膜する際にも、確実に、不適正領域を検出することができる。
従って、このようなマーキングを行なうことにより、このように多数層のガスバリア膜を成膜した場合であっても、各層のガスバリア膜における不適正領域を確実に検出して、不適正な製品を提供することを、防止できる。
巻取り室16に搬送された基板Z(ガスバリアフィルム)は、ガイドローラ58に案内されて巻取り軸30に搬送され、巻取り軸30によってロール状に巻回されガスバリアフィルムロールとして、次の工程に供される。
また、先の供給室12と同様、巻取り室16にも真空排気手段30が配置され、成膜中は、巻取り室16も、成膜室14における成膜圧力に応じた真空度に減圧される。
ここで、シャッタを用いる場合には、プラズマ放電を開始した後、第1の所定時間が経過した後に、シャッタを開放することで、第1の所定時間が経過する前のプラズマを用いずに、ガスバリア膜を製造するようにする。すなわち、シャッタ開放時を、ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始時と見なす。これにより、同様に、第1の所定時間が経過する前のプラズマを用いずに、ガスバリア膜を製造できる。
なお、シャッタを用いる構成は、図1に示すようなロール・ツー・ロールによるガスバリアフィルムの製造にも、利用可能である。すなわち、プラズマ放電を開始した後、第1の所定時間が経過した後に、シャッタを開放し、もしくは、境目eが成膜室14に至った後、第2の所定時間が経過した後に、シャッタを開放すればよい。
この点を考慮すると、シャッタの形成材料としては、基板(特に基板の表面)と同じ材料が最適である。また、基板と同じ材料の使用が困難である場合には、誘電体材料からなるシャッタが好ましい。なお、シャッタは、全てを上記条件を満たす材料で形成してもよいが、基板との対向面や電極との対向面など、シャッタの一部について、上記条件を満たす材料で形成してもよい。
また、同様の理由で、シャッタは、閉塞状態と開放状態とにおける放電空間の体積変化が小さいサイズ(体積)であるのが好ましく(例えば3%以下の体積変化)、かつ、可能な範囲で、基板に近接する位置に設置されることが好ましい。
次いで、製造装置10の全ての扉を閉塞して、真空排気手段28、50、および60を駆動して、真空排気を開始した。また、平行して基板Zの搬送も開始した。基板Zの搬送速度は、3.3m/minとした。
全室の圧力が0.01Paとなった時点で、ガス供給手段46からシャワー電極38へ、原料ガスとして、シランガス(SiH4)、アンモニアガス(NH3)、窒素ガス(N2)、および水素ガス(H2)を供給し、さらに、全室の圧力が80Paとなるように、各真空排気手段の排気量を調整した。
なお、原料ガスの流量は、シランガスおよびアンモニアガスは100sccm、窒素ガスは850sccm、水素ガスは350sccmとした。
なお、成膜中は、ドラム36が内蔵する温度調節手段によって、基板温度が80℃以下となるように調節した。
各サンプルについて、成膜直後、60℃で90%RHの環境に1000時間保管した後、および、85℃で85%RHの環境に1000時間保管した後の水蒸気透過率を評価した。また、前記1000時間保管後のサンプルに関しては、耐酸化性も評価した。
モコン法によって水蒸気透過率[g/(m2・day)]を測定した。なお、水蒸気透過率がモコン法の測定限界を超えたサンプルについては、カルシウム腐食法(特開2005−283561号公報に記載される方法)によって、水蒸気透過率を測定した。
[耐酸化性]
保管後における膜組成を、XPS(X-ray photoelectron spectroscopy アルバック・ファイ社製 Quantera SXM)によって測定し、耐酸化性を評価した。評価は、膜全体の組成のうち、保管前に酸化している表面や界面を除いた領域(膜厚で5〜45nmの領域)の酸素と窒素の比(O/N値)について、
保管前後の差が±3%以内(実質的に変化なし) を◎;
保管前から保管後での増加が3%超10%以内 を○;
保管前から保管後での増加が10%超50%以内 を△;
保管前から保管後での増加が50%超を×; とした。
結果を下記表1に示す。
これに対し、プラズマ放電を開始した後、3秒以上経過した後にガスバリア膜が成膜された領域では、作製直後のガスバリア性も良好であり、かつ、高温多湿環境下での耐酸化性も向上し、かつ、ガスバリア性の劣化も低下している。さらに、6秒以上経過した後にガスバリア膜が成膜された領域、特に、9秒以上経過した後にガスバリア膜が成膜された領域では、作製直後および高温多湿環境下に放置した後も、良好なガスバリア性を有し、また、高温多湿環境下での耐酸化性も十分である。
なお、12秒を経過した以降にガスバリア膜を成膜した領域に関して、ランダムにサンプリングして、同様の検査を行なった結果、全て、9〜12秒に成膜した領域と同等以上の結果が得られた。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
12 供給室
14 成膜室
16 巻取り室
20 基板ロール
24 回転軸
26,40,42,58 ガイドローラ
28,50,60 真空排気手段
30 巻取り軸
32,56 隔壁
36 ドラム
38 シャワー電極
46 ガス供給手段
48 高周波電源
52 マーキング手段
54 検出手段
56 制御手段
Claims (15)
- 長尺な基板を長手方向に搬送しつつ、プラズマCVDによって、シリコン窒化物、シリコン炭化物、および、シリコン炭窒化物のいずれかのガスバリア膜を製造するに際し、
前記ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始した後、所定時間が経過するまでのプラズマを用いずに、前記ガスバリア膜を製造するものであり、
前記長尺な基板は、先端側に製品とはならないガイドベースを有し、
前記ガイドベースと製品となる基板との境目が成膜室に到達する前に前記ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始し、かつ、
前記ガイドベースと製品となる基板との境目が成膜室に到達した後、第2の所定時間が経過した時点を、前記ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始した後、前記所定時間が経過した時点と見なすことを特徴とするガスバリア膜の製造方法。 - 前記ガイドベースと製品となる基板との境目が成膜室に到達した後、前記ガイドベースと製品となる基板との境目が成膜領域を超えて、さらに、前記所定時間に対応する第1の所定時間が経過するように、前記第2の所定時間を設定する請求項1に記載のガスバリア膜の製造方法。
- 前記プラズマ放電を開始して所定時間が経過したら、前記基板および成膜したガスバリア膜の少なくとも一方にマーキングを行なう請求項1または2に記載のガスバリア膜の製造方法。
- 前記マーキングが目視可能な印を付けるものである請求項3に記載のガスバリア膜の製造方法。
- 前記ガイドベースが、製品となる基板と同じ材料で形成される請求項1〜4のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法。
- 先に請求項1〜5のいずれかによるガスバリア膜が成膜された基板に、さらに、ガスバリア膜を成膜する請求項1〜5のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法。
- 前記基板の表面が有機物である請求項1〜6のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法。
- 基板の温度を120℃以下に保ちつつ、前記ガスバリア膜を成膜する請求項1〜7のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法。
- 静止成膜速度で300nm/min以上の成膜速度で、前記ガスバリア膜を成膜する請求項1〜8のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法。
- 前記所定時間が3秒以上である請求項1〜9のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法。
- 基板へのガスバリア膜の成膜を防止するシャッタを用い、
前記シャッタの閉塞中にプラズマ放電を開始し、
かつ、前記シャッタを開放した時点を、前記ガスバリア膜を成膜するためのプラズマ放電を開始したと見なす請求項1〜10のいずれかにガスバリア膜の製造方法。 - 前記シャッタが、前記基板と同じ材料で形成される請求項11に記載のガスバリア膜の製造方法。
- 前記シャッタが、誘電体材料で形成される請求項11に記載のガスバリア膜の製造方法。
- シート状の基板に、請求項1〜13のいずれかに記載の製造方法でガスバリア膜を成膜した太陽電池用ガスバリアフィルム。
- シート状の基板に、請求項1〜13のいずれかに記載の製造方法でガスバリア膜を成膜したディスプレイ用ガスバリアフィルム。
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