JP5651502B2 - 機能性フィルムの製造方法 - Google Patents
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Description
これらの機能性フィルムの製造にプラズマCVDが利用されている。
このような成膜方法を実施する装置として、長尺な基板をロール状に巻回してなる基板ロールから基板を送り出し、成膜済みの基板をロール状に巻回する、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll(以下、RtoRともいう))の成膜装置が知られている。
このRtoRの成膜装置は、成膜位置を含む所定の経路で、基板ロールから巻取り軸まで所定の搬送経路で長尺な基板を通紙し(所定の搬送経路に基板を通し)、基板ロールからの基板の送り出しと、巻取り軸による成膜済の基板の巻取りとを同期して行いつつ、成膜位置において、長手方向に搬送される基板に連続的に成膜を行なう。
ここで、プラズマCVDによる成膜(気相堆積法による成膜)では、成膜系内において、基板以外の様々な場所に膜が付着/堆積してしまう。特に、成膜電極の表面(対向電極(基板)との対向面)には、大量の膜が付着してしまう。
しかしながら、生産性を向上するために、長時間、連続で成膜を行なうRtoRの装置では、非常に大量の膜が成膜電極に堆積してしまう。そのため、クリーニングガスを用いた成膜電極からの膜の除去には、多大な時間が必要となり、生産性を著しく低下してしまう結果となる。
その結果、このパーティクルを除去するための成膜系内のクリーニングに、非常に多くの時間が必要になり、結果的に、やはり生産性を低下してしまう。
これに対し、RtoRによる成膜装置では、通紙の手間等を考慮して、製品となる成膜済の基板が、成膜系内に存在した状態で、大気解放が行なわれる場合が多い。この際には、大気解放時に飛散したパーティクルが、成膜済の基板の表面や裏面に付着してしまい、これに起因して、成膜した膜の損傷や汚染等が生じ、製品の品質を低下してしまう。また、パーティクルが付着した状態で成膜済の基板を巻き取ると、隣接する基板(積層された基板)にパーティクルが当接し、また、付着して、成膜した膜の損傷や、製品の汚染など、製品品質を低下させる原因となってしまう。
しかしながら、プラズマCVDによる膜は、スパッタリングほど密着力は強くなく、しかも、特に成膜電極の表面には、全面的に、大量の膜が付着/堆積してしまう。そのため、このような成膜電極に堆積した膜の剥離、および、パーティクルの飛散を防止することは、困難である。
この熱応力に起因する膜の剥離を防止するために、温水やチラー等で成膜基板を温度調整して、大気開放を行なうことも可能ではある。しかしながら、プラズマCVDの成膜電極は、数百℃程度の高温となる。そのため、大気導入時に、成膜電極を、この温度に維持することは、生産性の点でも、安全性の点でも、非常に困難である。
しかしながら、最終的には、成膜基板等の温度変化による膜の剥離が発生してしまう。さらに、スローベント機構を用いると、成膜終了から、成膜系の大気解放までに、非常に長い時間がかかってしまうため、結果的に、やはり生産性を低下してしまう。
また、前記成膜電極の表面と、この成膜電極と電極対を成す対向電極の表面とが、互いに全面的に接触可能な形状を有し、前記成膜電極の表面を対向電極の表面に当接することにより、前記成膜電極の表面が成膜系内に露出していない状態とするのが好ましい。また、前記成膜電極を移動することにより、前記成膜電極の表面を対向電極の表面に当接するのが好ましい。
さらに、前記成膜電極を、前記成膜系と気密に分離された別の空間に位置させることにより、前記成膜電極の表面が成膜系内に露出していない状態とするのが好ましい。
また、前記長尺な基板を円筒状のドラムに巻き掛けた状態で、長手方向に搬送しつつプラズマCVDによる成膜を行い、かつ、このドラムが、前記成膜電極と電極対を成す対向電極として作用するのが好ましい。
また、前記長尺な基板をロール状に巻回してなる基板ロールから、前記基板を送り出しつつ成膜を行い、成膜済の基板を、再度、ロール状に巻回するのが好ましい。
さらに、前記成膜電極が、プラズマCVDによる成膜を行なうための、成膜ガスの供給手段を兼ねるのが好ましい。
そのため、本発明の製造方法によれば、成膜系の大気解放時に、大気(大気解放するための気体)の導入による急激な温度低下および激しい気流によって、成膜電極の表面に大量に付着/堆積した膜が、剥離して、パーティクルとなって成膜系内に舞うことを防止できる。すなわち、本発明の製造方法によれば、大気解放時におけるパーティクル(膜)の成膜系内への飛散や、各成膜系内の各部位や基板へのパーティクルの付着等を、大幅に抑制できる。
そのため、本発明の製造方法によれば、良好な生産性でガスバリアフィルム等の機能性フィルムを製造することができる。
さらに、パーティクルの飛散を大幅に抑制できるので、成膜系内のクリーニング性を向上でき、クリーニングによって取りきれないパーティクルが成膜系に堆積することも、抑制できる。その結果、成膜系内の汚れに起因する製品品質の低下も、大幅に抑制でき、高品質な製品を長期に渡って安定して製造することが可能になる。
図1に示すプラズマCVD装置10(以下、CVD装置10とする)は、長尺な基板Z(ウエブ状のフィルム原反)を長手方向に搬送しつつ、この基板Zの表面に、CCP−CVD(Capacitively Coupled Plasma(容量結合プラズマ)−CVD)による成膜を行って、ガスバリアフィルムや各種の光学フィルムなどの機能性フィルムを製造するものである。
また、このCVD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12から基板Zを送り出し、基板Zを長手方向に搬送しつつ成膜を行って、成膜済の基板Zを巻取り軸14に、再度、ロール状に巻き取る、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll 以下、RtoRともいう)による成膜を行なう装置である。
具体的には、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(PEN)、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プラスチック(樹脂)フィルムが、基板Zとして、好適に利用可能である。
この際においては、基板の上に1層のみが形成されたシート状物を基板Zとして用いてもよく、あるいは、基板の上に、複数層が形成されたシート状物を基板Zとして用いてもよい。また、基板Zが、基板の上に複数層が形成されたシート状物である場合には同じ層を複数層有してもよい。
なお、CVD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、長尺な基板Zに、RtoRによって、プラズマCVDで成膜を行なう装置が有する各種の部材を有してもよい。
大気開放手段26は、フィルタ等によって浄化した大気(装置外部の空気)を導入ライン26aから各室に導入して、供給室18、成膜室20および巻取り室24を大気圧に戻して、大気開放するもので、真空成膜装置(気相成膜(堆積)装置)等で利用されている、公知の大気開放手段である。
さらに、大気開放手段26は、供給室18、成膜室20および巻取り室24に均等に大気を導入するものでも、各室毎に大気の導入量を制御可能なものでもよい。
長尺な基板Zを巻回した基板ロール12は、供給室18の回転軸28に装填される。
回転軸28に基板ロール12が装填されると、基板Zが基板ロール12から引き出され、供給室18から、成膜室20を通り、巻取り室24の巻取り軸14に至る所定の搬送経路を通紙される(基板Zが、所定の搬送経路を通される)。
CVD装置10においては、基板ロール12からの基板Zの送り出しと、巻取り室24の巻取り軸14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20において、基板Zに、CCP−CVDによる成膜を連続的に行なう。
真空排気手段32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、ドライポンプ、ロータリー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60および70も同様である。
成膜室20は、基板Zの表面に、CCP−CVDによって成膜(膜を形成)するものである。図示例において、成膜室20は、ドラム38と、成膜電極40と、ガイドローラ42、46、48および50と、電極カバー52と、高周波電源54と、ガス供給手段56と、電極移動手段58と、真空排気手段60とを有する。また、成膜室20の構成を簡潔かつ明確に示すために、図示は省略するが、成膜室20には、電極カバー52を移動するためのカバー移動手段も、配置されている。
そのため、ドラム38には、バイアス電力を供給するためのバイアス電源を接続してもよく、あるいは、接地してもよい。あるいは、バイアス電源との接続と接地とが、切り換え可能であってもよい。
また、ドラム38は、成膜中の基板Zの温度を調節する温度調整手段を有してもよい。ドラム38の温度調節手段には、特に限定はなく、ドラム内部に冷媒や温媒等を循環する温度調節手段等、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、成膜電極40は、一例として、一面がドラム38(すなわち基板Z)に対面して配置される、内部に空間(ガス供給空間)が形成された、略直方体形状を有する。成膜電極40のドラム38と対向(対面)する面は、ドラム38と周面と平行になるように(すなわち、ドラム38と成膜電極との間隔が全面的に均一になるように)、凹状の曲面となっている。
なお、成膜電極40も、ドラム38と同様、公知の温度調節手段を有してもよい。
また、成膜電極40の表面は、好ましい態様として、所定サイズの微細な凹凸が形成されている(粗面化処理されている)。これにより、成膜中に、この面に堆積した膜が剥離するのを、好適に防止できる。
従って、ガス供給手段56から供給された成膜ガスは、成膜電極40のガス供給孔から、ドラム38(基板Z)と成膜電極40との間に供給される。
すなわち、本発明においては、CCP−CVDにおいて使用されている公知のシャワー電極が、全て、利用可能である。
また、本発明は、シャワー電極を用いる構成にも限定はされず、成膜ガスの吹き出し口(成膜ガスの供給手段)を有さない電極と、電極対の間に成膜ガスを供給するノズル等を用いるCCP−CVDであってもよい。
前述のように、ガス供給手段56は、成膜電極40の内部空間に成膜ガスを供給する。また、成膜電極40の表面(ドラム38との対向面)には、内部空間に連通する多数のガス供給孔が形成されている。従って、成膜電極40に供給された成膜ガスは、このガス供給孔から、成膜電極40とドラム38との間に供給される。
なお、ガス供給手段56から成膜電極40に成膜ガスを供給する供給管は、後述する成膜電極40の移動に応じて、少なくとも一部が、可撓性を有する配管(フレキシブルな配管)となっている。
従って、ガス供給手段56が供給する成膜ガス(プロセスガス/原料ガス)は、基板Zの表面に成膜する膜に応じた、公知のものでよい。
例えば、CVD装置10が、基板Zの表面に窒化ケイ素膜を成膜して、ガスバリアフィルムを製造する場合には、ガス供給手段56は、CCP−CVDによる窒化ケイ素膜の成膜に利用される公知の成膜ガスを、成膜電極40に供給すればよい。具体的には、窒化ケイ素膜を成膜する場合には、ガス供給手段56は、成膜ガスとして、シランガス、アンモニアガスおよび水素ガスの組み合わせや、シランガス、アンモニアガスおよび窒素ガスの組み合わせ等を供給すればよい。
なお、高周波電源54から成膜電極40への電力供給線は、少なくとも一部が、可撓性を有する線によって行なう。
すなわち、成膜条件は、通常のプラズマCVDによる成膜と同様、成膜する膜、要求される成膜速度、成膜する膜厚、基板Zの種類等に応じて、適宜、設定すればよい。
電極カバー52は、一面が成膜電極40の表面と同じ曲率を有する凸状の曲面を有し、かつ、この曲面が成膜電極40の表面よりもよりも大きな面積を有する、板状の部材(板状のマスク部材)である。従って、電極カバー52の凸状曲面は、成膜電極40の表面の全面に当接して、覆うことができる。
また、電極移動手段58は、成膜電極40を、ドラム38に接近する方向、および、ドラム38から離れる方向に移動する。
なお、電極移動手段58およびカバー移動手段は、真空中で動作可能な物であれば、公知の筐体状物や板状物等の移動手段が、各種、移動可能である。
本発明は、これにより、成膜を停止して大気開放する際に、CVD装置10内に、成膜電極40の表面に付着/堆積した膜が剥離して、パーティクルとなって、装置内部に舞って、飛散することを防止している。
この点に関しては、後に詳述する。
さらに、電極カバーは、図示例のように、成膜電極40の表面全面に接触して、成膜電極40の表面を覆う構成に限定はされない。例えば、成膜電極40の表面とは離間した状態で表面全面を覆うキャップ状であってもよい。しかしながら、成膜電極40の表面からの膜の剥離/パーティクルの飛散を、より確実に防止できる等の点で、電極カバーは、図1や図2に示される構成のように、成膜電極の表面全面に接触(当接)して、表面全面を覆う構成/形状であるのが好ましい。
表面に所定の膜を成膜された基板Zは、次いで、ガイドローラ42に案内されて、隔壁64のスリット64aから、巻取り室24に搬送される。
巻取り室24に搬送された基板Zは、ガイドローラ68に案内されて巻取り軸14に搬送され、巻取り軸14によってロール状に巻回されガスバリアフィルムなどの機能性フィルムを巻回してなるロールとして、次の工程に供される。
また、先の供給室18と同様、巻取り室24にも真空排気手段70が配置され、成膜中は、巻取り室24も、成膜室20における成膜圧力に応じた真空度に減圧される。
なお、図3の右側の図は、ドラム38、成膜電極40、および、電極カバー52を、図1の右側(巻取り室24側)から見た概念図である。
成膜室20内が成膜に対応する所定圧力で安定したら、供給室18から巻取り室24に向かう基板Zの搬送が、開始され、また、高周波電源54から成膜電極40へのプラズマ励起電力の供給を開始する。
なお、この状態では、電極カバー52は、図3(A)に示すように、ドラム38と成膜電極40との間ではなく、ドラム38と成膜電極40との間の成膜領域から離間した位置(成膜に影響を与えない位置)に配置されている。
巻取り室24に搬送された基板Zは、ガイドローラ68によって所定の経路に案内され、巻取り軸14によってロール状に巻回される。
次いで、新たな基板ロール12の装填や、成膜電極40の交換等を行なうために、成膜室20、供給室18および巻取り室24の大気開放を行なう。
しかしながら、図1等は概念図であるため、ガイドローラは6本しか図示していないが、通常のRtoRによるCVD装置は、多数のガイドローラを有しており、基板Zの通紙には、非常に手間がかかる。また、基板Zが無い状態では、巻取り軸14に巻き取った成膜済の基板Zには、張力が掛かっていない状態となってしまため、この状態で大気開放を行なうと、巻き取った基板Z間に大気が進入してしまい、基板Zの巻回状態が不適性になってしまう。
そのため、本発明の製造方法においては、基板Zを所定の経路で通紙した状態(すなわち、基板ロール12から巻取り軸14まで、所定の張力が掛かった状態)で、以下に示す大気開放を行い、大気開放後、新規な基板ロール12の装填等を行なうのが好ましい。
次いで、図3(B)〜図3(C)に示すように、電極移動手段58によって、成膜電極40の表面が電極カバー52に接触し、かつ、若干、押圧するまで、成膜電極40をドラム28に接近する方向(矢印b方向)に移動する。
これにより、図3(C)に示すように、成膜電極40の表面全面に電極カバー52を当接して、電極カバー52によって成膜電極40の表面全面を覆う。
すなわち、本発明の製造方法においては、成膜系内(成膜空間内)、言い換えれば、基板Zへの成膜のために減圧される空間内に、成膜電極40の表面(基板Z(対向電極(ドラム38))との対向面)が露出していない状態として、成膜室20、供給室18および巻取り室24に、大気開放を行なうための大気を導入する。
このような状態で、装置内を大気開放するために大気を導入すると、成膜電極40の表面に付着/堆積した膜が剥離して、パーティクルとなって成膜系内を舞って、飛翔し、成膜系内全域の至る所に付着してしまう。そのため、パーティクルを除去するための成膜系内のクリーニングに、非常に多くの時間が必要になり、生産性を大幅に低下してしまう。
また、前述のように、大気開放は、基板Zを通紙した状態で行なうのが好ましいが、基板Zを通紙して大気を導入すると、成膜済の基板Z(すなわち製品)にパーティクルが付着して、成膜した膜の損傷や基板Zの汚染等が生じる。さらに、パーティクルが付着した状態で成膜済の基板Zを巻き取ると、成膜済基板Zのロールにパーティクルを巻き込んでしまい、その結果、隣接する基板(積層された基板)にパーティクルが当接し、また、付着して、成膜した膜の損傷や、汚染など、製品としての品質を低下させてしまう。
そのため、本発明によれば、大気開放のための大気導入を行なっても、成膜基板40の表面に付着/堆積した膜が剥がれるのを、大幅に抑制でき、すなわち、大気の導入によって成膜系内にパーティクルが舞って飛翔するのを、大幅に抑制できる。
その結果、成膜を停止した後、スローベント等を行なわずに迅速に成膜系を大気開放することができ、しかも、大気解放した後の成膜系内のクリーニングに掛かる手間および時間を大幅に低減でき、良好な生産性で機能性フィルムを製造することができる。また、好ましい態様として、基板Zを通紙した状態で大気を導入する場合にも、パーティクルが、成膜済の基板に付着することを防止できるので、パーティクルによる成膜済の基板Zの汚染や膜の損傷、巻回された成膜済基板Zの汚染や損傷等も、好適に防止できる。
加えて、成膜系内のクリーニング性も向上できるので、成膜系内に取りきれないパーティクルが堆積するのも抑制でき、その結果、堆積していく成膜系内の汚れに起因する製品品質の低下も防止して、高品質な製品を長期に渡って安定して製造できる。
この大気の導入によって、全ての室が大気圧になったら、電極カバー52および成膜電極40を、成膜中と同じ位置に戻す。なお、大気開放終了後における、電極カバー52と成膜電極40とを成膜中と同じ位置に戻す移動のタイミングは、これに限定はされず、作業の都合等に応じて、適宜、設定すればよい。また、任意のタイミングを選択して、電極カバー52と成膜電極40とを成膜中と同じ位置に戻せるようにしてもよい。
その後、新規な基板ロール12の装填(切断した、通紙されている基板Zの後端と、新規ロールの基板Z先端との接続)、巻回した成膜済基板Zの取り外し(切断した基板Zの先端の巻取り軸14への巻回)、成膜電極40の取り外し、成膜室20内の清掃、新規(クリーニング済)の成膜電極40の取付け等の、必要な作業を行なう。
しかしながら、本発明は、これに限定はされない。すなわち、ドラム38と成膜電極40との間に電極カバー52を挿入した後、電極カバー52を成膜電極40に向けて移動することにより、電極カバー52によって成膜電極40の表面を覆う、2次元的な移動によって、電極カバー52によって成膜電極40の表面を覆ってもよい。
しかしながら、本発明の製造方法は、これに限定はされず、大気開放のための大気導入時に、成膜系内に成膜電極40の表面が露出していない状態にする方法は、各種の方法が利用可能である。
なお、以下の図4および図5に示す例においては、図1〜図3と同じ部材には同じ符号を付し、説明は、異なる部位を主に行なう。
すなわち、成膜電極の表面と、対向電極の表面(成膜電極との対向面)とを、互いに全面的に接触可能な形状(凹凸状)として、大気開放のための大気導入時に、成膜電極および/または対向電極を移動して、対向電極によって、成膜電極の表面を全面的に覆うようにしてもよい。
先の例と同様に、基板Zへの成膜を停止したら、電極移動手段82によって、成膜電極80をドラム38に向かって移動して、ドラム38の周面(基板Z)と、成膜電極80の表面とを、全面的に接触し、好ましくは、成膜電極80によってドラム38を、若干、押圧する。なお、電極移動手段82は、先の電極移動手段58と同様、真空中で駆動可能な公知の移動手段が、各種、利用可能である。
本例でも、先の図1および図3に示される例と同様に、成膜電極80の表面全面がドラム38によって覆われて、成膜系内に露出していないので、大気の導入による成膜電極80表面からの膜の剥離、および、成膜系内へのパーティクルの飛翔を、大幅に抑制することができる。
これにより、前述の各種のメリットに加え、成膜電極80とドラム38とが直接的に当接することが無いので、両者の接触による互いの損傷を防止できる。
一方で、基板ロール12に巻回される基板Zの長さは、当然、既知であり、成膜停止時に、基板Zのどの領域が成膜電極80と対面する位置(成膜領域)に来るのかは、予測ができる。
これを利用して、成膜停止時に、長尺な基板Zにおいて、成膜電極80と対面する位置となる領域(予想される領域)を、ポリイミド等の耐熱性の高い樹脂で形成してもよい。さらに、成膜電極80と基板Z(ドラム38)との密着を、より、好適にするために、成膜停止時に、基板Zの成膜電極80と対面する位置となる領域は、耐熱性に加え、弾性を有する材料で形成してもよい。
例えば、いわゆるロードロック機構を利用して、大気開放のための大気導入時に、成膜電極を成膜系と気密に分離された別の空間に移動することにより、成膜電極40の表面が成膜系内に露出していない状態としてもよい。
図5に、その一例を概念的に示す。
なお、成膜電極40の移動手段は、前述の電極移動手段58などと同様、真空中で駆動可能な公知の移動手段が、各種、利用可能である。
この装置において、基板Zへの成膜中は、図5(A)に示すように、成膜電極40は、ロードロック室86の外部の、ドラム38とは、所定の距離、離間した位置に配置され、成膜電極80とドラム38との間でプラズマが生成され、基板Zへの成膜が行なわれる。また、蓋体90(図5(A)では省略)は、成膜に影響を与えない位置に退避している。
なお、蓋体90の移動手段も、前述の例と同様、真空中で駆動可能な公知の移動手段が、各種、利用可能である。
また、並行して、大気導入手段92によってロードロック室86内に大気(空気)を導入して、ロードロック室86内を大気圧にして、ロードロック室86から成膜電極40を取り出し可能にする。
本例では、成膜電極40は、成膜系内とは気密に離間されたロードロック室86に位置しているので、成膜電極80表面からの剥離した膜は、ロードロック室86内のみで飛翔する。従って、成膜室20等を大気開放するために、各室に大気をしても、成膜系内へのパーティクルの飛翔を、大幅に抑制することができる。
例えば、図1に示す例は、円筒状のドラムの周面に基板Zを巻き掛けた状態で、長手方向に搬送しつつ、成膜を行う装置であるが、本発明は、これに限定はされない。例えば、本発明の製造方法は、直線状(平面状)に基板Zを搬送しつつ、成膜を行う装置にも、好適に利用可能である。すなわち、本発明の製造方法では、長尺な基板を長手方向に搬送しつつ、プラズマCVDによって成膜を行う装置であれば、各種の構成の成膜装置が、全て、利用可能である。
図1および図3に示すようなCVD装置10を用いて、基板Zの表面に、窒化ケイ素膜を成膜して、ガスバリアフィルムを製造した。
基板Zは、厚さ100μmのPETフィルムを用いた。
成膜ガスは、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)を用いた。供給量は、シランガスが100sccm、アンモニアガスが200sccm、窒素ガスが500sccm、水素ガスが500sccmとした。また、成膜圧力は50Paとした。
成膜電極40には、高周波電源54から、周波数13.5MHzで、3000Wのプラズマ励起電力を供給した。さらに、ドラム38には、図示しない電源から、500Wのバイアス電力を供給した。また、成膜中は、ドラム38の温度を−20℃に調整した。
成膜を1000m行なった時点で(すなわち1000mのガスバリアフィルムを製造した時点で)、成膜ガス、プラズマ励起電力、およびバイアス電力の供給を停止し、さらに、基板Zの搬送を停止して、成膜を停止した。
次いで、図3(A)〜(C)に示すように、カバー移動手段によって、電極カバー52をドラム38と成膜電極40との間に挿入し、さらに、電極移動手段58によって、成膜電極40をドラム38に向けて移動して、電極カバー52に、若干、押圧し、電極カバー52によって成膜電極40の表面全面を覆った。
なお、大気の導入開始から、全ての室が大気圧になるまでの時間は、40分であった。
図5に示す成膜室20を有するCVD装置を用いて、実施例1と、全く同様にして、基板Zに、厚さ100nmの窒化ケイ素膜を成膜して、ガスバリアフィルムを製造した。
なお、このCVD装置は、成膜室20が、電極カバー52、電極移動手段58およびカバー移動手段を有さず、かつ、ロードロック室86、成膜電極40の移動手段、蓋体90、および、蓋体90の移動手段を有する、図5に示す構成である以外は、実施例1で用いたCVD装置10と全く同じ構成を有する。
次いで、成膜電極40をロードロック室86に収容し、蓋体90によってロードロック室86を気密に閉塞した。次いで、実施例1と全く同様にして、大気開放手段26によって大気を導入して、各室を大気圧に戻した。また、大気開放手段92によって大気を導入して、ロードロック室86も大気開放した。なお、大気の導入開始から、全ての室が大気圧になるまでの時間は、40分であった。
実施例1と全く同様にして、基板Zの表面に厚さ100nmの窒化ケイ素膜を成膜して、ガスバリアフィルムを製造した。
実施例1と同様に、成膜を1000m行なった時点で、成膜ガス、プラズマ励起電力、およびバイアス電力の供給を停止し、さらに基板Zの搬送を停止して、成膜を停止した。
次いで、電極カバー52によって成膜電極40の表面を覆わず、成膜電極40の表面を成膜系内に剥き出しにした状態で、実施例1と全く同様にして、大気開放手段26によって大気を導入して、各室を大気圧に戻した。なお、大気の導入開始から、全ての部屋が大気圧になるまでの時間は、40分であった。
上記実施例1、実施例2、および、比較例において、大気開放を行なった後、ガイドローラ48からスリット64aまでの間において、成膜済の基板Zをサンプリングして、光学顕微鏡で観察した。その結果、実施例1および実施例2では、成膜した窒化ケイ素膜の剥離やクラックは、認められなかった。これに対し、比較例では、成膜した窒化ケイ素膜の剥離やクラックが確認された。
また。サンプリングした基板Z(ガスバリアフィルム)の水蒸気透過率[g/(m2・day)]を、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、測定した。その結果、水蒸気透過率は、実施例1が、1.2×10-3[g/(m2・day)]、実施例2が、1.7×10-3[g/(m2・day)]、比較例が、7.4×10-1[g/(m2・day)]であった。
なお、実施例1では、パーティクルによる装置内の汚染が極めて少なく、装置内のクリーニングは約30分で終了し、迅速に、2回目の成膜を開始できた。これに対し、比較例では、装置内全体にパーティクルが飛散して、壁面等に付着しており、装置内のクリーニングに約90分の時間が掛かってしまった。
その結果、実施例1では、全てのサンプルが、1.2×10-3[g/(m2・day)]前後の水蒸気透過率であった。これに対して、比較例の水蒸気透過率は、ガイドローラ48からスリット64aまでの間のサンプルは先と同じく7.4×10-1[g/(m2・day)]であり、巻取り軸14に巻き取られた領域のサンプルは2.5×10-2[g/(m2・day)]前後であった。
これに対して、成膜電極40の表面を成膜系内に露出しない状態として、大気開放のための大気導入を行なった実施例1および実施例2は、窒化ケイ素膜の損傷およびガスバリア性の低下が認められなかった。この結果より、成膜電極40の表面を成膜系内に露出しないで大気導入を行なった実施例1および実施例2は、成膜電極40の表面に付着/堆積した膜が剥離して、装置内部で舞うことを、大幅に抑制できたと考えられる。
これに対し、比較例では、装置内に付着したパーティクルが多いため、クリーニングを行なってもパーティクルを完全に取り除くことができなかったと思われる。そのため、ガイドローラ等に残存したパーティクルが、2回目の成膜の際に、基板Zの表裏面や酸化ケイ素に付着してしまい、これが酸化ケイ素膜の損傷等を招き、成膜した全域において、ガスバリア性が低下したと考えられる。すなわち、比較例では、前回の成膜/クリーニングで残存したパーティクルが、次回の成膜に悪影響を及ぼしてしまい、製品全域において適正な性能を得ることができなかった。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
12 基板ロール
14 巻取り軸
18 供給室
20 成膜室
24 巻取り室
26 大気開放手段
28 回転軸
30,42,46,48,50,68 ガイドローラ
32,60,70 真空排気手段
34,64 隔壁
38 ドラム
40,80 成膜電極
52 電極カバー
54 高周波電源
56 ガス供給手段
58,82 電極移動手段
Claims (10)
- 長尺な基板を長手方向に搬送しつつ、プラズマCVDによって前記基板の表面に成膜を行うと共に、
前記基板への成膜を停止して成膜系内を大気解放する際に、前記プラズマCVDによる成膜を行なうための成膜電極の表面を所定のカバーで覆うことにより、前記成膜電極の表面が、前記成膜系内に露出していない状態とした後に、前記大気解放を行なうための気体を成膜系内に導入することを特徴とする機能性フィルムの製造方法。 - 前記カバーが、前記成膜電極の表面全面に当接して、前記成膜電極の表面を覆う形状を有する請求項1に記載の機能性フィルムの製造方法。
- 前記カバーを移動して、前記成膜電極と、この成膜電極と電極対を成す対向電極との間に挿入した後、前記成膜電極を移動することにより、前記成膜電極の表面をカバーで覆う請求項1または2に記載の機能性フィルムの製造方法。
- 長尺な基板を長手方向に搬送しつつ、プラズマCVDによって前記基板の表面に成膜を行うと共に、
前記基板への成膜を停止して成膜系内を大気解放する際に、前記プラズマCVDによる成膜を行なうための成膜電極の表面が、前記成膜系内に露出していない状態とした後に、前記大気解放を行なうための気体を成膜系内に導入するものであり、かつ、
前記成膜電極の表面と、この成膜電極と電極対を成す対向電極の表面とが、互いに全面的に接触可能な形状を有し、前記成膜電極の表面を対向電極の表面に当接することにより、前記成膜電極の表面が成膜系内に露出していない状態とすることを特徴とする機能性フィルムの製造方法。 - 前記成膜電極を移動することにより、前記成膜電極の表面を対向電極の表面に当接する請求項4に記載の機能性フィルムの製造方法。
- 長尺な基板を長手方向に搬送しつつ、プラズマCVDによって前記基板の表面に成膜を行うと共に、
前記基板への成膜を停止して成膜系内を大気解放する際に、前記プラズマCVDによる成膜を行なうための成膜電極を、前記成膜系と気密に分離された別の空間に位置させることにより、前記成膜電極の表面が、前記成膜系内に露出していない状態とした後に、前記大気解放を行なうための気体を成膜系内に導入することを特徴とする機能性フィルムの製造方法。 - 前記長尺な基板が、所定の搬送経路を通紙されている状態で、前記成膜電極の表面が成膜系内に露出していない状態とする請求項1〜6のいずれかに記載の機能性フィルムの製造方法。
- 前記長尺な基板を円筒状のドラムに巻き掛けた状態で、長手方向に搬送しつつプラズマCVDによる成膜を行い、かつ、このドラムが、前記成膜電極と電極対を成す対向電極として作用する請求項1〜7のいずれかに記載の機能性フィルムの製造方法。
- 前記長尺な基板をロール状に巻回してなる基板ロールから、前記基板を送り出しつつ成膜を行い、成膜済の基板を、再度、ロール状に巻回する請求項1〜8のいずれかに記載の機能性フィルムの製造方法。
- 前記成膜電極が、プラズマCVDによる成膜を行なうための、成膜ガスの供給手段を兼ねる請求項1〜9のいずれかに記載の機能性フィルムの製造方法。
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