气体阻隔性膜的制作方法_3

文档序号:8926295阅读:来源:国知局
气体,优选为干燥不活泼气 体,特别是从成本的观点考虑,优选为干燥氮气。氧浓度的调整可以通过测量导入照射库内 的氧气、不活泼气体的流量、改变流量比来进行调整。
[0133] 涂膜面中的真空紫外线的照射能量优选为200~lOOOOmJ/cm2,更优选为500~ 5000mJ/cm2。低于200mJ/cm2时,有改性不充分的担心,超过10000mJ/cm 2时,有因过量改性 引起的开裂产生、基材的热变形的担心。
[0134] 另外,改性中所使用的真空紫外线可通过由含有0)、0)2及CH4的至少一种的气体 形成的等离子体产生。进而,含有〇)、0)2及CH4的至少一种的气体(以下,也称为含碳气 体)可单独使用含碳气体,但优选以稀有气体或H2为主要气体并少量添加含碳气体。作为 等离子体的生成方式,可以举出容量结合等离子体等。
[0135] 含硅膜的膜组成可通过使用XPS表面分析装置测定原子组成比来测定。另外,也 可通过切断含硅膜并利用XPS表面分析装置测定切断面的原子组成比来测定。
[0136] 另外,含硅膜的膜密度可根据目的适当设定。例如含硅膜的膜密度优选在I. 5~ 2. 6g/cm3的范围。若在该范围内,则膜的致密度提高,可防止气体阻隔性的劣化、高温高湿 条件下的膜的劣化。
[0137] [阻隔层]
[0138] 本发明的气体阻隔性膜,可与含硅膜独立地进一步含有硅、氧、及碳、且满足下述 条件(i)~(iii)的层即阻隔层。
[0139] (i)在表示阻隔层的膜厚方向上的距上述阻隔层表面的距离(L)和硅原子的量相 对于硅原子、氧原子、及碳原子的合计量的比率(硅的原子比)的关系的硅分布曲线、表示 上述L和氧原子的量相对于硅原子、氧原子、及碳原子的合计量的比率(氧的原子比)的关 系的氧分布曲线以及表示上述L和碳原子的量相对于硅原子、氧原子、及碳原子的合计量 的比率(碳的原子比)的关系的碳分布曲线中,在上述阻隔层的膜厚的90%以上(上限: 100%)的区域中,按照(氧的原子比)、(硅的原子比)、(碳的原子比)的顺序从多到少 (原子比为〇>Si>C);
[0140] (ii)上述碳分布曲线具有至少2个极值;
[0141] (iii)上述碳分布曲线中的碳的原子比的最大值及最小值之差的绝对值(以下也 简称为"(^-(:^差")为3at%以上。
[0142] 首先,对该阻隔膜而言,(i)上述表示阻隔层的膜厚方向上的距上述阻隔层表面的 距离(L)和硅原子的量相对于硅原子、氧原子、及碳原子的合计量的比率(硅的原子比)的 关系的硅分布曲线、表示上述L和氧原子的量相对于硅原子、氧原子、及碳原子的合计量的 比率(氧的原子比)的关系的氧分布曲线以及表示上述L和碳原子的量相对于硅原子、氧 原子、及碳原子的合计量的比率(碳的原子比)的关系的碳分布曲线中,在上述阻隔层的膜 厚的90%以上(上限:100%)的区域中,按照(氧的原子比)、(硅的原子比)、(碳的原子 比)的顺序从多到少(原子比为〇>Si>C)。在未满足上述的条件⑴的情况下,得到的气体 阻隔性膜的气体阻隔性、弯曲性变得不充分。在此,在上述碳分布曲线中,上述(氧的原子 比)、(硅的原子比)及(碳的原子比)的关系更优选在阻隔层的膜厚的至少90%以上(上 限:100%)的区域满足,更优选至少在93%以上(上限:100%)的区域满足。在此,阻隔 层的膜厚的至少90%以上在阻隔层中可以不连续,只要仅在90%以上的部分满足上述的 关系即可。
[0143] 另外,对阻隔层而言,(ii)上述碳分布曲线具有至少2个极值。该阻隔层优选上述 碳分布曲线具有至少3个极值,更优选具有至少4个极值,也可以具有5个以上。在上述碳 分布曲线的极值为1个以下的情况下,使得到的气体阻隔性膜弯曲时的气体阻隔性变得不 充分。另外,碳分布曲线的极值的上限没有特别限制,例如优选为30以下,更优选为25以 下。极值数也取决于阻隔层的膜厚,因此,不能一概而定。
[0144] 在此,在具有至少3个极值的情况下,上述碳分布曲线所具有的1个极值及与该极 值邻接的极值中的上述阻隔层的膜厚方向上的距上述阻隔层的表面的距离(L)之差的绝 对值(以下也简称为"极值间的距离")均优选为200nm以下,更优选为IOOnm以下,特别优 选为75nm以下。若为这样的极值间的距离,则碳原子比多的部位(极大值)在阻隔层中以 适度的周期存在,因此,对阻隔层赋予适度的弯曲性,可更有效地抑制?防止气体阻隔性膜 的弯曲时的开裂的产生。另外,在本说明书中,所谓"极值"是指相对于上述阻隔层的膜厚 方向上的距上述阻隔层的表面的距离(L)的元素的原子比的极大值或极小值。另外,本说 明书中极大值是指在使距阻隔层的表面的距离变化的情况下,元素(氧、硅或碳)的原子比 的值由增加变为减少的点,且与该点的元素的原子比的值相比,从该点使阻隔层膜厚方向 上的距阻隔层的表面的距离进一步在4~20nm的范围变化的位置的元素的原子比的值减 少3at%以上的点。即,在4~20nm的范围变化时,只要在任一范围元素的原子比的值减少 3at%以上即可。同样,本说明书中"极小值"是指在使距阻隔层的表面的距离变化的情况 下,元素(氧、硅或碳)的原子比的值由减少变为增加的点,且与该点的元素的原子比的值 相比,从该点使阻隔层膜厚方向上的距阻隔层的表面的距离进一步变化4~20nm的位置的 元素的原子比的值增加3at%以上的点。即,在4~20nm的范围变化时,只要在任一范围元 素的原子比增加3at%以上即可。在此,具有至少3个极值时的极值间的距离的下限由于极 值间的距离越小,气体阻隔性膜的弯曲时的开裂产生抑制/防止的提高效果越高,因此,没 有特别限制,若考虑阻隔层的弯曲性、开裂的抑制/防止效果、热膨胀性等,则优选为IOnm 以上,更优选为30nm以上。
[0145] 进而,对阻隔层而言,(iii)上述碳分布曲线中的碳的原子比的最大值及最小值之 差的绝对值(以下也简称为"Cmax-cmin差")为3at%以上。上述绝对值低于3at%时,在使 得到的气体阻隔性膜弯曲时,气体阻隔性变得不充分。Cmax-Cmin差优选为5at %以上,更优选 为7at%以上,特别优选为10at%以上。通过采用上述Cmax-Cmin差,可进一步提高气体阻隔 性。另外,在本说明书中,"最大值"为在各元素的分布曲线中达到最大的各元素的原子比, 为极大值中最高的值。同样,在本说明书中,"最小值"为在各元素的分布曲线中达到最小的 各元素的原子比,为极小值中最低的值。在此,Cmax-Cmin差的上限没有特别限制,若考虑气体 阻隔性膜的弯曲时的开裂发生抑制/防止的提高效果等,则优选为50at%以下,更优选为 40at%以下。
[0146] 在本发明中,所述阻隔层的所述氧分布曲线优选具有至少1个极值,更优选具有 至少2个极值,进一步优选具有至少3个极值。在上述氧分布曲线具有至少1个极值的情 况下,使得到的气体阻隔性膜弯曲时的气体阻隔性进一步提高。另外,氧分布曲线的极值的 上限没有特别限制,例如优选为20以下,更优选为10以下。在氧分布曲线的极值数中,有 时取决于阻隔层的膜厚,不能一概而定。另外,在具有至少3个极值的情况下,上述氧分布 曲线所具有的1个极值及与该极值邻接的极值中的上述阻隔层的膜厚方向上的距阻隔层 的表面的距离之差的绝对值均优选为200nm以下,更优选为IOOnm以下。若为这样的极值 间的距离,则可更有效地抑制?防止气体阻隔性膜的弯曲时的开裂的产生。在此,具有至少 3个极值时的极值间的距离的下限没有特别限制,若考虑气体阻隔性膜的弯曲时的开裂产 生抑制/防止的提高效果,热膨胀性等,则优选为IOnm以上,更优选为30nm以上。
[0147] 此外,在本发明中,上述阻隔层的上述氧分布曲线中的氧的原子比的最大值及最 小值之差的绝对值(以下也简称为"〇_-〇_差")优选为3&1:%以上,更优选为531:%以上, 进一步优选为6at %以上,特别优选为7at %以上。若上述绝对值为3at %以上,则使得到 的气体阻隔性膜的膜弯曲时的气体阻隔性进一步提高。在此,Omax-Omin差的上限没有特别限 制,若考虑气体阻隔性膜的弯曲时的开裂发生抑制/防止的提高效果等,则优选为50at% 以下,更优选为40at%以下。
[0148] 在本发明中,上述阻隔层的上述硅分布曲线中的硅的原子比的最大值及最小值之 差的绝对值(以下也简称为"Simax-Simin差")优选为10at%以下,更优选为7at%以下,进 一步优选为3at%以下。若上述绝对值为10at%以下,则得到的气体阻隔性膜的气体阻隔 性进一步提高。在此,Simax-Simin差的下限由于Simax-Si min差越小,气体阻隔性膜的弯曲时 的开裂产生抑制/防止的提高效果越高,因此,没有特别限制,若考虑气体阻隔性等,则优 选为lat%以上,更优选为2at%以上。
[0149] 另外,在本发明中,优选相对于阻隔层的膜厚方向的碳及氧原子的合计量大致一 定。由此,阻隔层可发挥适度的弯曲性,更有效地抑制·防止气体阻隔性膜的弯曲时的开裂 产生。更具体而言,在表示阻隔层的膜厚方向上的距该阻隔层的表面的距离(L)和氧原子 及碳原子的合计量相对于硅原子、氧原子、及碳原子的合计量的比率(氧及碳的原子比)的 关系的氧碳分布曲线中,上述氧碳分布曲线中的氧及碳的原子比的合计的最大值及最小值 之差的绝对值(以下也简称为"〇Cmax-〇Cmin差")优选低于5at%,更优选低于4at%,进一步 优选低于3at%。若上述绝对值低于5at%,则得到的气体阻隔性膜的气体阻隔性进一步提 高。另外,OCmax-OCmin差的下限由于OCmax-OC min差越小越优选,因此为Oat %,只要为0.1 at % 以上就足够。
[0150] 上述硅分布曲线、上述氧分布曲线、上述碳分布曲线、及上述氧碳分布曲线可以通 过并用X射线光电子分光法(XPS:Xray Photoelectron Spectroscopy)的测定和氩等稀有 气体离子溅射,利用使试样内部露出的同时依次进行表面组成分析即所谓的XPS深度剖析 测定来制作。利用这样的XPS深度剖析测定得到的分布曲线例如可以将纵轴设为各元素的 原子比(单位:at% )、将横轴设为蚀刻时间(溅射时间)来制作。予以说明,在如上将横 轴设为蚀刻时间的元素的分布曲线中,蚀刻时间与膜厚方向上的上述阻隔层的膜厚方向上 的距上述阻隔层的表面的距离L大致相关,因此,作为"阻隔层的膜厚方向上的距阻隔层的 表面的距离",可以采用由在XPS深度剖析测定时采用的蚀刻速度和蚀刻时间的关系算出的 距阻隔层的表面的距离。另外,硅分布曲线、氧分布曲线、碳分布曲线及氧碳分布曲线可在 下述测定条件下制作。
[0151] (测定条件)
[0152] 蚀刻离子种类:氩(Ar+);
[0153] 蚀刻速度(Si02$氧化膜换算值):0· 05nm/sec ;
[0154] 蚀刻间隔(SiO2换算值):IOnm;
[0155] X射线光电子分光装置:Thermo Fisher Scientific公司制、机种名"VG Theta Probe" ;
[0156] 照射X射线:单晶分光AlK α
[0157] X射线的斑点及其尺寸:800Χ400 μπι的椭圆形。
[0158] 在本发明中,阻隔层的厚度(干燥膜厚)只要满足上述(i)~(iii)就没有特别限 制。阻隔层的厚度优选为20~3000nm,更优选为50~2500nm,特别优选为100~lOOOnm。 若为这样的厚度,则气体阻隔性膜可发挥优异的气体阻隔性及弯曲时的开裂产生抑制/防 止效果。另外,在阻隔层由2层以上构成的情况下,各阻隔层优选具有如上所述的厚度。另 外,阻隔层由2层以上构成时的阻隔层整体的厚度没有特别限制,阻隔层整体的厚度(干燥 膜厚)优选为1000~2000nm左右。若为这样的厚度,则气体阻隔性膜可发挥优异的气体 阻隔性及弯曲时的开裂产生抑制/防止效果。
[0159] 在本发明中,从在膜面整体中形成均匀且具有优异的气体阻隔性的阻隔层的观点 考虑,优选上述阻隔层在膜面方向(与阻隔层的表面平行的方向)实质上均匀一致。在此, 阻隔层在膜面方向实质上均匀一致是指在利用XPS深度剖析测定对阻隔层的膜面的任意2 处测定处制作上述氧分布曲线、上述碳分布曲线及上述氧碳分布曲线的情况下,在该任意2 处测定处得到的碳分布曲线所具有的极值数相同,各自的碳分布曲线中的碳原子比的最大 值及最小值之差的绝对值互相相同或者为5at%以内之差。
[0160] 进而,在本发明中,优选上述碳分布曲线实质上连续。在此,碳分布曲线实质上连 续是指不含碳分布曲线中的碳原子比不连续变化的部分,具体而言,是指在由蚀刻速度和 蚀刻时间算出的上述阻隔层中的至少1层的膜厚方向上的距该阻隔层的表面的距离(X、单 位:nm)和碳的原子比(C、单位:at% )的关系中,满足下述数学式3所示的条件。
[0161] [数 3]
[0162] (dC/dx)彡 0· 5 数学式 3
[0163] 在本发明的气体阻隔性膜中,满足全部上述条件⑴~(iii)的阻隔层可仅具备1 层,也可以具备2层以上。进而,在具备2层以上这样的阻隔层的情况下,多个阻隔层的材 质可以相同,也可以不同。
[0164] 在上述硅分布曲线、上述氧分布曲线及上述碳分布曲线中,在硅的原子比、氧的原 子比及碳的原子比在该阻隔层的膜厚的90%以上的区域内满足上述(i)所示的条件的情 况下,上述阻隔层中的硅原子的含量相对于硅原子、氧原子及碳原子的合计量的原子比率 优选为20~45at %,更优选为25~40at %。另外,上述阻隔层中的氧原子的含量相对于 娃原子、氧原子及碳原子的合计量的原子比率优选为45~75at%,更优选为50~70at%。 进而,上述阻隔层中的碳原子的含量相对于硅原子、氧原子及碳原子的合计量的原子比率 优选为〇· 5~25at %,更优选为1~20at %。
[0165] 在本发明中,阻隔层的形成方法没有特别限制,可同样地或者适宜修饰而应用现 有方法。阻隔层优选通过化学气相生长(CVD)法、特别是等离子体化学气相生长法(等离 子体 CVD、PECVD(plasma_enhanced chemical vapor deposition)、以下也简称为"等离子 体CVD法")形成,更优选通过将基材配置在一对成膜辊上并在所述一对成膜辊间放电而产 生等离子体的等离子体化学气相生长法形成。
[0166] 另外,该阻隔层的配置没有特别限制,只要配置在基材上即可。
[0167] 以下,对利用本发明中优选使用的等离子体CVD法在基材上形成阻隔层的方法进 行说明。
[0168] [阻隔层的形成方法]
[0169] 本发明的阻隔层优选形成在上述基材的表面上。从气体阻隔性的观点考虑,作为 在上述基材的表面上形成本发明的阻隔层的方法,优选采用等离子体CVD法。另外,上述等 离子体CVD法也可以为潘宁放电等离子体方式的等离子体CVD法。
[0170] 另外,在等离子体CVD法中产生等离子体时,优选在多个成膜辊之间的空间产生 等离子体放电,更优选使用一对成膜辊并分别在该一对成膜辊上配置上述基材且在一对成 膜辊间放电而产生等离子体。这样,通过使用一对成膜辊并在该一对成膜辊上配置基材且 在上述的一对成膜棍间放电,可以在成膜时一边将存在于一个成膜棍上的基材的表面部分 进行成膜一边将存在于另一个成膜辊上的基材的表面部分也同时进行成膜,不仅可以高效 地制造薄膜,而且与通常的未使用辊的等离子体CVD法相比,可以使成膜速率加倍,并且可 以将大致相同结构的膜进行成膜,因此,可以至少倍增上述碳分布曲线中的极值,可以高效 地形成满足全部上述条件(i)~(iii)的层。
[0171] 另外,如上在一对成膜辊间放电时,优选使上述一对成膜辊的极性交替反转。进 而,作为这样的等离子体CVD法中使用的成膜气体,优选含有有机硅化合物和氧,该成膜气 体中的氧的含量优选低于将上述成膜气体中的上述有机硅化合物的总量完全氧化所需的 理论氧量。另外,在本发明的气体阻隔性膜中,上述阻隔层优选为利用连续的成膜工艺所形 成的层。
[0172] 另外,从生产率的观点考虑,本发明的气体阻隔性膜优选以卷对卷方式在上述基 材的表面上形成上述阻隔层。另外,作为可以在利用这样的等离子体CVD法制造阻隔层时 使用的装置,没有特别限制,优选为具备至少一对成膜辊和等离子体电源且为可在上述一 对成膜辊间放电的结构的装置,例如,在使用有图1所示的制造装置的情况下,也可以一边 利用等离子体CVD法一边边以卷对卷方式进行制造。
[0173] 以下,一边参照图1 一边对本发明的阻隔层的形成方法更详细地进行说明。予以 说明,图1为表示可以优选用于制造本发明的阻隔层的制造装置的一个例子的示意图。另 外,以下的说明及附图中,相同或相当的要素附加相同的符号,省略重复的说明。
[0174] 图1所示的制造装置31具备送出辊32、输送辊33、34、35、36、成膜辊39、40、气体 供给管41、等离子体产生用电源42、成膜辊39及40的内部所设置的磁场发生装置43、44 和卷绕辊45。另外,在这样的制造装置中,至少成膜辊39、40、气体供给管41、等离子体产生 用电源42和磁场发生装置43、44配置在省略了图示的真空腔室内。进而,在这样的制造装 置31中,上述真空腔室与省略了图示的真空泵连接,可以利用这种真空泵适宜调节真空腔 室内的压力。
[0175] 在这样的制造装置中,将各成膜辊分别与等离子体产生用电源42连接以使得一 对成膜辊(成膜辊39和成膜辊40)可作为一对对置电极起作用。因此,在这样的制造装置 31中,通过利用等离子体产生用电源42供给电力,可以在成膜辊39和成膜辊40之间的空 间放电,由此可以在成膜辊39和成膜辊40之间的空间产生等离子体。予以说明,在如上将 成膜辊39和成膜辊40还用作电极的情况下,以也适宜变更该材质或设计以使得可用作电 极。另外,在这样的制造装置中,优选一对成膜辊(成膜辊39及40)以其中心轴在同一平面 上大致平行的方式配置。这样,通过配置一对成膜辊(成膜辊39及40),可以使成膜速率加 倍,并且可以将相同结构的膜进行成膜,因此,可以至少倍增上述碳分布曲线中的极值。而 且,可以利用这样的制造装置,通过CVD法在基材2的表面上形成阻隔层3,也可以一边在成 膜辊39上在基材2的表面上堆积阻隔层成分一边还进一步在成膜辊40上在基材2的表面 上堆积阻隔层成分,因此,可以在基材2的表面上高效地形成阻隔层。
[0176] 在成膜辊39及成膜辊40的内部分别设有磁场发生装置43及44,上述磁场发生装 置以即使成膜辊旋转也不旋转的方式被固定。
[0177] 分别设置于成膜辊39及成膜辊40的磁场发生装置43及44优选在设置于一个成 膜辊39的磁场发生装置43和设置于另一个成膜辊40的磁场发生装置44之间磁力线未跨 越,以各个磁场发生装置43、44形成大致封闭的磁回路的方式配置磁极。通过设置这样的 磁场发生装置43、44,可促进在各成膜辊39、40的对向侧表面附近形成磁力线鼓出的磁场, 容易将等离子体收敛于该鼓出部,因此,可提高成膜效率,在该方面较为优异。
[0178] 另外,分别设置于成膜辊39及成膜辊40的磁场发生装置43及44优选分别在辊 轴方向具有长跑道状的磁极,且一个磁场发生装置43和另一个磁场发生装置44相对的磁 极以成为相同的极性配置磁极。通过设置这样的磁场发生装置43、44,对于各个磁场发生 装置43、44,磁力线不会跨越对向的辊侧的磁场发生装置,可容易地在沿辊轴的长度方向面 向对向空间(放电区域)的辊表面附近形成跑道状的磁场,可使等离子体收敛于该磁场,因 此,可使用沿辊宽度方向缠绕的宽幅的基材2有效地形成作为蒸镀膜的阻隔层3,在该方面 较为优异。
[0179] 进而,作为成膜辊39及成膜辊40,可以适宜使用公知的辊。作为这样的成膜辊 39及40,从可以更高效地形成薄膜的观点考虑,优选使用直径相同的成膜辊。另外,作为 这样的成膜辊39及40的直径,从放电条件、腔室的空间等观点考虑,优选直径在300~ 1000 mm Φ的范围,特别优选在300~700mm Φ的范围。若成膜辊的直径为300mm Φ以上,则 等离子体放电空间不会变小,因此,也没有生产率的劣化,可避免在短时间内等离子体放电 的总热量施加于基材2,因此,可减轻对基材2的损伤,故优选。另一方面,若成膜辊的直径 为ΙΟΟΟπιπιΦ以下,则也包括等离子体放电空间的均匀性等在内,除装置设计以外可保持实 用性,故优选。
[0180] 在这样的制造装置31中,以基材2的表面彼此对置的方式在一对成膜辊(成膜辊 39和成膜辊40)上配置基材2。通过如上配置基材2,可以在成膜辊39和成膜辊40之间的 对向空间进行放电而产生等离子体时,将存在于一对成膜辊间的基材2的各自表面同时进 行成膜。即,利用这样的制造装置,通过等离子体CVD法在成膜辊39上在基材2的表面上 堆积阻隔层成分,进一步在成膜辊40上堆积阻隔层成分,因此
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