JP2013072100A - Vacuum film-forming device, gas barrier laminate, and method of producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】高い成膜速度を確保した上で、透明性及び高バリア性を付与し、蒸着材料から発生する突沸やスプラッシュなどによりフィルムがダメージを受けることを最小限に抑えることを可能とする真空成膜装置およびガスバリア性積層体の製造方法を提供する。
【解決手段】真空成膜装置30は、基材の一方の面に蒸着法によって薄膜を形成する真空成膜装置であって、蒸着材料を蒸発させる蒸発手段である電子ビーム銃20と、蒸発した蒸着材料を活性化させるためのプラズマを発生させるプラズマ発生手段であるホローカソード放電を用いたホローカソードガン18と、蒸着材料と基材との間に設置された異物捕捉手段である異物ガード24とを具備する。
【選択図】図1A vacuum that provides transparency and high barrier properties while ensuring a high film formation rate, and can minimize damage to the film due to bumping or splashing generated from the vapor deposition material. A film forming apparatus and a method for producing a gas barrier laminate are provided.
A vacuum film-forming apparatus 30 is a vacuum film-forming apparatus that forms a thin film on one surface of a substrate by an evaporation method, and an electron beam gun 20 that is an evaporation means for evaporating an evaporation material, and is evaporated. A hollow cathode gun 18 using hollow cathode discharge, which is a plasma generating means for generating plasma for activating the vapor deposition material, and a foreign matter guard 24, which is a foreign matter catching means installed between the vapor deposition material and the substrate. It comprises.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、基材上に薄膜を形成する真空成膜装置に関するものである。また、この真空成膜装置を用いた酸素、水蒸気バリア性を有する積層体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a vacuum film forming apparatus for forming a thin film on a substrate. The present invention also relates to a method for manufacturing a laminate having oxygen and water vapor barrier properties using this vacuum film forming apparatus.
食品の包装材料、例えばレトルト食品のパウチ材料としては、基材としてのプラスチックフィルムと酸素及び水蒸気バリア層としてのアルミ箔及びヒートシールのための熱可塑性樹脂フィルムとが順次積層された積層包装材料からなる袋の全面に、装飾効果を高めるために印刷が施されているものが従来から広く用いられている。また、近年、家庭における電子レンジの普及に伴い、常温流通が可能で、包材ごと電子レンジに適用できるバリア性を有したフレキシブルプラスチックフィルムからなる包装用フィルムを用いた食品包材の市場が拡大している。 As a packaging material for food, for example, a pouch material for retort food, a laminated packaging material in which a plastic film as a base material, an aluminum foil as an oxygen and water vapor barrier layer, and a thermoplastic resin film for heat sealing are sequentially laminated. Conventionally, what is printed on the entire surface of the bag to enhance the decoration effect has been widely used. In recent years, with the widespread use of microwave ovens in the home, the market for food packaging materials using packaging films made of flexible plastic films with barrier properties that can be distributed at room temperature and that can be applied to microwave ovens for each packaging material has expanded. doing.
上記の特性を満たす材料として、フレキシブルプラスチックフィルムを基材とし、この表面に、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素等の金属酸化物を蒸着し、蒸着面に他のフィルムを積層した包装用フィルムが提案されている。この包装用フィルムは、優れた廃棄性と内容物を外から確認できるという特性を生かして、医薬品などの包装材料、電子部材、光学部材などの保護材料にも用いられている。 As a material that satisfies the above characteristics, there is a packaging film in which a flexible plastic film is used as a base material, a metal oxide such as aluminum oxide, magnesium oxide, or silicon oxide is vapor-deposited on this surface, and another film is laminated on the vapor-deposited surface. Proposed. This packaging film is also used as a protective material for packaging materials such as pharmaceuticals, electronic members, and optical members, taking advantage of its excellent disposal property and the ability to confirm the contents from the outside.
酸化アルミニウム層、または酸化ケイ素層などのセラミック層を形成する方法として、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法などの蒸着法が挙げられる。これらの蒸着法は、速い成膜速度でガスバリア性の膜を形成することができる一方、緻密でガスバリア性の高い膜を得ることが困難な手法でもある。 Examples of a method for forming a ceramic layer such as an aluminum oxide layer or a silicon oxide layer include vapor deposition methods such as an induction heating method, a resistance heating method, and an electron beam heating method. While these vapor deposition methods can form a gas barrier film at a high film formation rate, it is also a difficult technique to obtain a dense and high gas barrier film.
そこで、通常の蒸着法より緻密な膜を得る手法として、圧力勾配型のプラズマガンを材料蒸発方法として用いた蒸着法が考案されている(例えば、特許文献1)。この手法は、プラズマガンより発せられるプラズマを、磁場を用いて収束するなどして材料へ誘導し、材料を加熱し蒸発させるとともに、蒸発中の原子、分子がプラズマガンより発せられるプラズマを通過することにより活性化し、蒸発時より高い運動エネルギーを持って基材に入射することにより、緻密な膜を得ることができる。また、ガスバリアフィルムの透明性向上や、より高いバリア性の付与を行う手法として、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法といった蒸着法による成膜中に、ホローカソード放電による高密度プラズマを用いる手法が考案されている(例えば、特許文献2)。 Therefore, a vapor deposition method using a pressure gradient type plasma gun as a material evaporation method has been devised as a technique for obtaining a denser film than a normal vapor deposition method (for example, Patent Document 1). In this method, plasma emitted from the plasma gun is guided to the material by converging using a magnetic field, etc., and the material is heated and evaporated. At the same time, the atoms and molecules being evaporated pass through the plasma emitted from the plasma gun. A dense film can be obtained by being activated and incident on the substrate with higher kinetic energy than that during evaporation. In addition, as a technique for improving the transparency of a gas barrier film and imparting higher barrier properties, high-density plasma by hollow cathode discharge is applied during film formation by vapor deposition such as induction heating, resistance heating, or electron beam heating. A technique to be used has been devised (for example, Patent Document 2).
しかしながら、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法といった蒸着法によりガスバリア層を形成する場合、成膜中に蒸着材料からの突沸、スプラッシュなどにより、フィルムがダメージするというトラブルがある。こういったトラブルによりフィルムがダメージを受けた場合は、ガスバリア性の低下や外観不良、異物混入を招き、商品としての価値を著しく損なう、もしくは商品化が出来なくなる問題がある。 However, when the gas barrier layer is formed by an evaporation method such as an induction heating method, a resistance heating method, or an electron beam heating method, there is a problem that the film is damaged due to bumping or splashing from the evaporation material during the film formation. When the film is damaged due to such troubles, there is a problem that the gas barrier property is deteriorated, the appearance is deteriorated, and foreign matter is mixed, so that the value as a product is remarkably impaired or the product cannot be commercialized.
また、特許文献1に記載の手法を用いると、成膜速度が抵抗加熱法、誘導加熱法、電子ビーム加熱法と比較して成膜速度が遅く、軟包装材や産業資材としての生産性に欠ける。また、特許文献2に記載の手法を用いると、透明性やガスバリア性は改善する場合があるが、突沸、スプラッシュなどをより一層引き起こしやすくするといった問題がある。 Moreover, when the method described in Patent Document 1 is used, the film formation rate is slower than the resistance heating method, the induction heating method, and the electron beam heating method, and the productivity as a flexible packaging material or industrial material is improved. Lack. Further, when the technique described in Patent Document 2 is used, the transparency and gas barrier properties may be improved, but there is a problem that bumping and splashing are more easily caused.
本発明は、上記の問題点に鑑み、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法といった蒸着法により、高い成膜速度を確保した上で、ガスバリア性積層体の透明性向上や、より高いバリア性の付与を行う手法とし、プラズマを用いる際、蒸着材料から発生する突沸やスプラッシュなどにより、フィルムがダメージを受けることを最小限に抑えることを可能とする真空成膜装置およびガスバリア性積層体の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention secures a high film formation rate by vapor deposition such as induction heating, resistance heating, and electron beam heating, and improves the transparency of the gas barrier laminate. Vacuum deposition apparatus and gas barrier laminate capable of minimizing damage to the film due to bumping, splash, etc. generated from the vapor deposition material when using plasma as a method for imparting barrier properties It aims at providing the manufacturing method of.
上記の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の発明は、基材の一方の面に蒸着法によって薄膜を形成する真空成膜装置であって、蒸着材料を蒸発させる蒸発手段と、蒸発した蒸着材料を活性化させるためのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記蒸着材料と前記基材との間に設置された異物捕捉手段とを具備することを特徴とする真空成膜装置である。 As means for solving the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is a vacuum film forming apparatus for forming a thin film on one surface of a base material by an evaporation method, and an evaporation means for evaporating an evaporation material; A vacuum film forming apparatus comprising: plasma generating means for generating plasma for activating evaporated vapor deposition material; and foreign matter trapping means installed between the vapor deposition material and the substrate. It is.
また、請求項2に記載の発明は、前記異物捕捉手段が前記プラズマに接触していることを特徴とする請求項1に記載の真空成膜装置である。 The invention according to claim 2 is the vacuum film forming apparatus according to claim 1, wherein the foreign matter capturing means is in contact with the plasma.
また、請求項3に記載の発明は、前記異物捕捉手段の材質がモリブデン、タンタル、タングステン、ニオブ、カーボン、ステンレス、アルミナのいずれかを含むことを特徴とした請求項1または2に記載の真空成膜装置である。 According to a third aspect of the present invention, in the vacuum according to the first or second aspect, the material of the foreign matter capturing means includes any one of molybdenum, tantalum, tungsten, niobium, carbon, stainless steel, and alumina. A film forming apparatus.
また、請求項4に記載の発明は、前記蒸発手段が電子ビーム加熱、誘導加熱、抵抗加熱のいずれかの加熱方式を用いるものであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の真空成膜装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the evaporating means uses any one of electron beam heating, induction heating, and resistance heating. The vacuum film-forming apparatus described in 1.
また、請求項5に記載の発明は、前記プラズマ発生手段がホローカソード放電、マイクロ波放電、ICP放電、ヘリコン波放電のいずれかを用いるものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の真空成膜装置である。 The invention according to claim 5 is characterized in that the plasma generating means uses any one of hollow cathode discharge, microwave discharge, ICP discharge, and helicon wave discharge. A vacuum film forming apparatus according to claim 1.
また、請求項6に記載の発明は、前記基材をロール・ツー・ロールで搬送する搬送手段を具備することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の真空成膜装置である。 The invention described in claim 6 further comprises a transport unit that transports the base material in a roll-to-roll manner. 6. The vacuum film forming apparatus according to claim 1, It is.
また、請求項7に記載の発明は、基材と前記基材の一方の面に形成された薄膜とを具備するガスバリア性積層体の製造方法であって、蒸発手段により蒸発した蒸着材料から異物を除去する異物除去工程と、異物が除去された蒸発した蒸着材料をプラズマにより活性化するプラズマ活性化工程と、活性化した蒸着材料を前記基材の一方の面に蒸着させる蒸着工程とを備えることを特徴とするガスバリア性積層体の製造方法である。 The invention according to claim 7 is a method for producing a gas barrier laminate comprising a base material and a thin film formed on one surface of the base material, wherein the foreign material from the vapor deposition material evaporated by the evaporation means A foreign matter removing step of removing the vapor, a plasma activation step of activating the evaporated vapor deposition material from which the foreign matter has been removed by plasma, and a vapor deposition step of depositing the activated vapor deposition material on one surface of the substrate. This is a method for producing a gas barrier laminate.
また、請求項8に記載の発明は、前記異物除去工程と前記プラズマ活性化工程とが同時に行われることを特徴とする請求項7に記載のガスバリア性積層体の製造方法である。 The invention according to claim 8 is the method for producing a gas barrier laminate according to claim 7, wherein the foreign matter removing step and the plasma activation step are performed simultaneously.
また、請求項9に記載の発明は、請求項7または8に記載の方法によって製造されたガスバリア性積層体である。 The invention according to claim 9 is a gas barrier laminate produced by the method according to claim 7 or 8.
本発明によれば、誘導加熱法、抵抗加熱法、電子ビーム加熱法といった蒸着法により、高い成膜速度を確保した上で、プラズマを用い、ガスバリア性積層体の透明性向上や、より高いバリア性の付与を行うことが可能である上、その際、蒸着材料から発生するアーキング、突沸、スプラッシュなどにより、ガスバリア性積層体へのダメージを最小限に抑えられる。 According to the present invention, a high film formation rate is ensured by an evaporation method such as an induction heating method, a resistance heating method, and an electron beam heating method, and plasma is used to improve the transparency of a gas barrier laminate and to increase the barrier. In addition, the damage to the gas barrier laminate can be minimized by arcing, bumping, splash, etc. generated from the vapor deposition material.
本発明の真空成膜装置は、基材の一方の面に蒸着法によって薄膜を形成する真空成膜装置であり、蒸着材料を蒸発させる蒸発手段と、蒸発した蒸着材料を活性化させるためのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、蒸着材料と基材との間に設置された異物捕捉手段とを具備する。この真空成膜装置によれば、蒸着材料から発生するアーキング、突沸、スプラッシュなどにより、ガスバリア性積層体へのダメージを最小限に抑えることができる。図1は、本発明の真空成膜装置の一実施形態を示した模式図である。以下、本発明の一実施形態について、図1を参照して説明する。 The vacuum film-forming apparatus of the present invention is a vacuum film-forming apparatus for forming a thin film on one surface of a base material by vapor deposition, and an evaporation means for evaporating the vapor-deposited material and plasma for activating the evaporated vapor-deposited material And a foreign matter trapping means installed between the vapor deposition material and the substrate. According to this vacuum film forming apparatus, damage to the gas barrier laminate can be minimized by arcing, bumping, splash, etc. generated from the vapor deposition material. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a vacuum film forming apparatus of the present invention. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1に示した真空成膜装置30には、成膜室10および巻き取り室11があり、真空成膜装置30内に、基材であるフィルム基材15をロール・ツー・ロールで搬送する搬送手段を具備している。フィルム基材15をロール・ツー・ロールで搬送する手段は、巻き出しローラー12と巻き取りローラー13とメインローラー14とからなる。フィルム基材15は、図1の矢印の方向に巻き出しローラー12から巻き出され、メインローラー14を介し、巻き取りローラー13に巻き取られる。この際、メインローラー14にて、フィルム基材15の表面に蒸着材料16を蒸着させて蒸着膜を成膜する。巻き出し、巻き取りの方向については、制限されるものでなく、巻き出しローラーと巻き取りローラーが逆であっても良い。 The vacuum film forming apparatus 30 shown in FIG. 1 includes a film forming chamber 10 and a take-up chamber 11, and the film base material 15 that is a base material is conveyed into the vacuum film forming apparatus 30 by roll-to-roll. Conveying means is provided. Means for transporting the film substrate 15 in a roll-to-roll manner includes an unwinding roller 12, a winding roller 13, and a main roller 14. The film substrate 15 is unwound from the unwinding roller 12 in the direction of the arrow in FIG. 1, and is wound around the winding roller 13 via the main roller 14. At this time, the vapor deposition material 16 is vapor-deposited on the surface of the film substrate 15 by the main roller 14 to form a vapor deposition film. The direction of unwinding and winding is not limited, and the unwinding roller and the winding roller may be reversed.
基材であるフィルム基材15は、特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。例えば、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリエステル系(ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等)、ポリアミド系(ナイロン−6、ナイロン−66等)、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系(トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等)などが挙げられるが、特に限定されない。実際的には、用途や要求物性により適宜選定をすることが望ましく、限定をする例ではないが、医療用品、薬品、食品等の包装には、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ナイロンなどがコスト的に用いやすく、電子部材、光学部材等の極端に水分を嫌う内容物を保護する包装には、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド類、ポリエーテルスルホンなどのそれ自体も高いガスバリア性を有する基材を用いることも可能である。また、基材フィルム厚みは限定するものではないが、用途に応じて、6μmから200μm程度が使用しやすい。 The film base material 15 which is a base material is not specifically limited, A well-known thing can be used. For example, polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyester (polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc.), polyamide (nylon-6, nylon-66, etc.), polystyrene, ethylene vinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyimide, polyvinyl alcohol , Polycarbonate, polyethersulfone, acrylic, cellulose-based (triacetylcellulose, diacetylcellulose, etc.), and the like, but are not particularly limited. In practice, it is desirable to make appropriate selections depending on the application and required physical properties, and this is not an example of limitation. However, polyethylene terephthalate, polypropylene, nylon, etc. are used for packaging medical supplies, drugs, foods, etc. Easy packaging, and substrates that have high gas barrier properties such as polyethylene naphthalate, polyimides, and polyethersulfone can be used for packaging that protects extremely moisture-sensitive contents such as electronic and optical components. It is. Moreover, although the base film thickness is not limited, about 6 to 200 μm is easy to use depending on the application.
また、蒸着膜を成膜する基材は、基板などの枚葉(平板)であってもよい。基材として基板を用いる場合は、図1の搬送手段を用いることができない。そのため、例えば、基板の端部を保持しながら成膜室に搬送する手段などを採用する。ただし、生産性を向上させる点で、ロール・ツー・ロールで搬送する手段を用いるフィルム基材を用いることがより好ましい。 Further, the base material on which the vapor deposition film is formed may be a sheet (flat plate) such as a substrate. When a substrate is used as the base material, the conveying means in FIG. 1 cannot be used. Therefore, for example, a means for transporting the film to the film formation chamber while holding the edge of the substrate is employed. However, in terms of improving productivity, it is more preferable to use a film base material that uses means for transporting in a roll-to-roll manner.
また、本発明の真空成膜装置は、基材の一方の面に蒸着材料を蒸着させるために蒸着材料を蒸発させる蒸発手段を具備している。図1の真空成膜装置30では、坩堝17に蒸着材料16を詰め、そして、蒸発手段として電子ビーム銃20によって加熱する手段を用いることで、蒸着材料16を蒸発させる。 In addition, the vacuum film forming apparatus of the present invention includes evaporation means for evaporating the vapor deposition material in order to deposit the vapor deposition material on one surface of the substrate. In the vacuum film-forming apparatus 30 of FIG. 1, the vapor deposition material 16 is vaporized by filling the crucible 17 with the vapor deposition material 16 and using the means heated by the electron beam gun 20 as an evaporation means.
蒸着材料は、特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。例えば、酸化マグネシウム(MgO)、インジウム−スズ酸化物(ITO)、酸化珪素化合物である一酸化珪素(SiO)、二酸化珪素(SiO2)、硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO)などのセラミックでもよく、また、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)等の金属材料でもよく、またこれらの混合材料を用いても良い。 The vapor deposition material is not particularly limited, and a known material can be used. For example, magnesium oxide (MgO), indium-tin oxide (ITO), silicon oxide compound silicon monoxide (SiO), silicon dioxide (SiO 2 ), zinc sulfide (ZnS), zinc oxide (ZnO), tin oxide Ceramics such as (SnO) may be used, and metal materials such as aluminum (Al), silicon (Si), tin (Sn), zinc (Zn), and indium (In) may be used, and these mixed materials may be used. Also good.
ここで、蒸発した蒸着材料と反応性ガスとを反応させて反応性蒸着を行いたい場合は、例えば、図1に示した真空成膜装置30のガスパイプ23から酸素、窒素、一酸化二窒素、アンモニアなどの反応性ガスを流すことも可能である。これにより、フィルム基材15へ蒸着材料16を成膜する際に、酸化、窒化等の反応性蒸着を行うことが可能である。 Here, when reactive vapor deposition is performed by reacting the evaporated vapor deposition material with a reactive gas, for example, oxygen, nitrogen, dinitrogen monoxide, and the like from the gas pipe 23 of the vacuum film forming apparatus 30 shown in FIG. It is also possible to flow a reactive gas such as ammonia. Thus, reactive deposition such as oxidation and nitridation can be performed when the deposition material 16 is formed on the film substrate 15.
図1の真空成膜装置30では、蒸発手段として、坩堝17に蒸着材料16を詰め、電子ビーム銃20によって加熱し蒸発させる電子ビーム加熱を用いているが、これが電子ビーム銃20以外の加熱方式であっても構わない。例えば、抵抗加熱方式、交流電圧を用いた誘導加熱方式などであっても構わない。抵抗加熱方式は、抵抗加熱式坩堝に材料を詰め、加熱して蒸着する方法であってもよいし、抵抗加熱式ボートに、蒸着材料として金属のワイヤーを用い、抵抗加熱式ボートにワイヤーをフィードする方式であっても問題ない。この場合、蒸着材料の種類はワイヤー化出来る材料が限られるが、必要に応じて用いることに差し支えはない。 In the vacuum film forming apparatus 30 of FIG. 1, as the evaporation means, electron beam heating is used in which the crucible 17 is filled with the vapor deposition material 16 and heated and evaporated by the electron beam gun 20, but this is a heating method other than the electron beam gun 20. It does not matter. For example, a resistance heating method, an induction heating method using an AC voltage, or the like may be used. The resistance heating method may be a method in which a material is packed in a resistance heating crucible and heated to deposit, or a metal wire is used as a deposition material in the resistance heating boat, and the wire is fed to the resistance heating boat. There is no problem even if it is a method to do. In this case, the kind of vapor deposition material is limited to materials that can be made into wires, but it can be used as needed.
電子ビーム加熱を手段とする場合、電子ビーム銃20の種類としては、直進電子ビーム銃、偏向電子ビーム銃などが挙げられるが、本発明では、直進電子ビーム銃を用いることが特に好ましい。 When electron beam heating is used as a means, examples of the electron beam gun 20 include a straight electron beam gun and a deflected electron beam gun. In the present invention, it is particularly preferable to use a straight electron beam gun.
ここでの直進電子ビーム銃の定義は、電子の発生方法や収束方法に関わらず、銃より発生した電子ビームを、成膜空間に磁場を用意することで、電子ビームの軌道修正を行い、進行方向を制御する偏向電子ビーム銃との対比である。直進電子ビーム銃を用いる利点は、蒸着材料16に電子ビームをあてるために、成膜空間に電子ビームの軌道修正用の直交磁界を用いないことにあり、このため、用いているプラズマが電子ビームの軌道修正用磁場と干渉しない。偏向電子ビーム銃などは、電子を蒸発材料16に当てるために成膜空間に積極的に磁場を用いるため、成膜室内の空間に発生した磁場により、プラズマ中の電子の拡散、進行を邪魔する場合がある。このため、プラズマに干渉が起きないように電子銃を配置する必要があり、限定的な配置であることや、取り付けの複雑さ、煩雑さを要求される。直進電子ビーム銃を用いる場合、図1に示すように蒸着材料16に直線的に電子ビームが当たるように予めある程度の角度や位置を設定し、成膜装置に据え付ける必要がある。更に、電子ビーム銃自体は、ピアース式平面陰極形電子銃、円形断面収束形電子銃などが挙げられるが、これに限られるものではない。 Regardless of the method of electron generation and convergence, the definition of a straight-ahead electron beam gun is as follows: the electron beam generated from the gun is adjusted in the electron beam trajectory by preparing a magnetic field in the deposition space. This is a comparison with a deflected electron beam gun that controls the direction. The advantage of using the straight electron beam gun is that an orthogonal magnetic field for correcting the trajectory of the electron beam is not used in the film forming space in order to apply the electron beam to the vapor deposition material 16. Does not interfere with the orbital correction magnetic field. Since a deflected electron beam gun or the like actively uses a magnetic field in the film formation space in order to apply electrons to the evaporation material 16, the magnetic field generated in the space in the film formation chamber obstructs the diffusion and progression of electrons in the plasma. There is a case. For this reason, it is necessary to arrange the electron gun so that interference does not occur in the plasma, which requires a limited arrangement, and complicated and complicated installation. In the case of using a straight electron beam gun, it is necessary to set a certain angle and position in advance so that the electron beam linearly strikes the vapor deposition material 16 as shown in FIG. Furthermore, examples of the electron beam gun itself include, but are not limited to, a Pierce type flat cathode electron gun and a circular cross-section converging electron gun.
なお、図1において、偏向電子ビーム銃と比較して、直進電子ビーム銃による電子ビーム加熱方式が蒸発手段としては扱いやすい。一方で、直進電子ビーム銃を用いても、プラズマ自体が磁場を発生する場合、この磁場に影響をされるため、直進電子ビーム銃の設置位置、照射条件について詳細な取り決めを行う必要がある。また、ホローカソードガン18、外部電極25に収束磁場などの磁場を設ける場合、電子ビーム法は偏向であっても、直進であっても干渉が発生する可能性があるため、こういった場合は抵抗加熱方式がより扱いやすくなる。 In FIG. 1, an electron beam heating method using a straight electron beam gun is easier to handle as the evaporation means than a deflected electron beam gun. On the other hand, even if a straight-ahead electron beam gun is used, if the plasma itself generates a magnetic field, it is affected by this magnetic field, so it is necessary to make detailed arrangements regarding the installation position and irradiation conditions of the straight-ahead electron beam gun. Further, when a magnetic field such as a converging magnetic field is provided on the hollow cathode gun 18 and the external electrode 25, the electron beam method may cause interference regardless of whether it is deflection or straight travel. The resistance heating method becomes easier to handle.
また、本発明の真空成膜装置は、基材の一方の面に蒸着材料を蒸着させるために蒸発した蒸着材料を活性化させるためのプラズマを発生させるプラズマ発生手段を具備している。図1の真空成膜装置30では、蒸発した蒸着材料16をプラズマ27により活性化させるプラズマ発生手段として、ホローカソード放電を用いたホローカソードガン18を具備している。蒸発した蒸着材料16は、蒸着粒子26としてメインローラー14に抱かれたフィルム基材15上に入射される。このとき、蒸着粒子26がフィルム基材15上へ入射される前にプラズマ27を通過することで、蒸着粒子26が活性化される。 In addition, the vacuum film forming apparatus of the present invention includes plasma generating means for generating plasma for activating the evaporated deposition material in order to deposit the deposition material on one surface of the substrate. The vacuum film forming apparatus 30 of FIG. 1 includes a hollow cathode gun 18 using a hollow cathode discharge as plasma generating means for activating the evaporated vapor deposition material 16 with plasma 27. The evaporated vapor deposition material 16 is incident on the film substrate 15 held by the main roller 14 as vapor deposition particles 26. At this time, the vapor deposition particles 26 are activated by passing through the plasma 27 before the vapor deposition particles 26 are incident on the film substrate 15.
蒸着粒子を活性化させるプラズマとしては、高密度プラズマが望ましく、ホローカソード放電、マイクロ波放電、ICP放電、ヘリコン波放電のいずれかを用いることがよい。ここで、ホローカソード放電とは、一般に、円筒状のホローカソード内にて、シース電圧により加速された電子が、ホローカソード内を移動することにより、電離が繰り返され、発生するプラズマのことをいう。マイクロ波放電とは、一般に、マイクロ波を伝送する導波管に挿入されたプラズマ発生管にマイクロ波を与えることにより発生させるプラズマのことをいう。また、ICP放電とは、一般に、高周波電流が流れる誘導コイル内の高周波磁界により発生する誘導電流から生じるプラズマのことをいう。また、ヘリコン波プラズマとは、一般に、高周波電界をアンテナに印加して発生させたヘリコン波と磁界により発生させるプラズマのことをいう。蒸着粒子は、上記の放電により、蒸着粒子自体がプラズマ化し、活性化することにより、緻密な膜を形成することができる。これらの放電のうち、蒸着粒子を活性化させるためのより高密度のプラズマを発生できる点で、ホローカソード放電がより好ましい。 The plasma for activating the deposited particles is preferably high-density plasma, and any one of hollow cathode discharge, microwave discharge, ICP discharge, and helicon wave discharge is preferably used. Here, the hollow cathode discharge generally refers to a plasma that is generated by repetition of ionization as electrons accelerated by the sheath voltage move in the hollow cathode in the cylindrical shape. . The microwave discharge generally refers to plasma generated by applying a microwave to a plasma generating tube inserted in a waveguide that transmits the microwave. ICP discharge generally refers to plasma generated from an induction current generated by a high-frequency magnetic field in an induction coil through which a high-frequency current flows. The helicon wave plasma generally refers to a plasma generated by a helicon wave generated by applying a high frequency electric field to an antenna and a magnetic field. The vapor deposition particles can form a dense film when the vapor deposition particles themselves are turned into plasma and activated by the above discharge. Among these discharges, a hollow cathode discharge is more preferable in that a higher density plasma for activating the deposited particles can be generated.
図1のホローカソード放電を用いた真空成膜装置30の場合、真空成膜装置30には、ホローカソードガン18が設置されており、カソードとしてホローカソード28がホローカソードガン18の内部に設置されている。更に、アノードとして、ホローカソードガン18の内部に位置する内部電極19、または、ホローカソードガン18の外部に位置する外部電極25が設置されている。また、ホローカソードガン18には、ホローカソード放電発生用のホローカソード放電用直流電源21、22が接続されている。ホローカソードガン18における放電は、アノードが内部電極19、外部電極25のどちらか一方でもよく、また双方を同時に併用しても良く、用途に応じて適宜用いればよい。 In the case of the vacuum film forming apparatus 30 using the hollow cathode discharge of FIG. 1, the hollow cathode gun 18 is installed in the vacuum film forming apparatus 30, and the hollow cathode 28 is installed inside the hollow cathode gun 18 as a cathode. ing. Furthermore, an internal electrode 19 positioned inside the hollow cathode gun 18 or an external electrode 25 positioned outside the hollow cathode gun 18 is installed as an anode. The hollow cathode gun 18 is connected to DC power sources 21 and 22 for hollow cathode discharge for generating hollow cathode discharge. For discharge in the hollow cathode gun 18, the anode may be either the internal electrode 19 or the external electrode 25, or both may be used at the same time, and may be used appropriately depending on the application.
ホローカソード放電とは、円筒状のホローカソード28内にて、シース電圧により加速された電子が、ホローカソード28内を径方向に移動し、ホローカソード28のシース電圧により逆に減速するが、この減速した電子は、再度シース電圧により加速され、ホローカソード28内を径方向に移動することにより、衝突電離が繰り返され、発生する高密度プラズマを指す。ホローカソード28より不活性ガスXを導入する方式は、真空状態の成膜室10とホローカソード28内との間に圧力差が発生し、ホローカソード28にて発生した高密度のプラズマを成膜室10側に積極的に引き出すことが可能となる。ここで、不活性ガスXとしては、ヘリウム、アルゴン等の希ガス、窒素、これらの混合ガス等が挙げられる。 In the hollow cathode discharge, electrons accelerated by the sheath voltage in the cylindrical hollow cathode 28 move in the radial direction in the hollow cathode 28 and decelerate by the sheath voltage of the hollow cathode 28. The decelerated electrons are accelerated by the sheath voltage again, and move in the hollow cathode 28 in the radial direction, whereby the impact ionization is repeated, and indicates high density plasma generated. In the method of introducing the inert gas X from the hollow cathode 28, a pressure difference is generated between the vacuum film formation chamber 10 and the hollow cathode 28, and the high-density plasma generated at the hollow cathode 28 is formed. It becomes possible to actively pull out to the chamber 10 side. Here, examples of the inert gas X include noble gases such as helium and argon, nitrogen, and a mixed gas thereof.
内部電極19をアノードとして用いる場合、例えば、不活性ガスXとしてアルゴンガスを用いてホローカソードガン18より発生するプラズマは、両極性拡散するため成膜空間へとプラズマが広がる。この場合、比較的高い密度のプラズマが成膜室10へと拡散し、イオン化されることを含め蒸着粒子26の活性化が促され、イオン化された蒸着粒子26と、アルゴンイオンについては、フィルム基材15へプラズマシースの電界加速を得て入射する。 When the internal electrode 19 is used as an anode, for example, the plasma generated from the hollow cathode gun 18 using argon gas as the inert gas X diffuses into the film formation space because it is bipolarly diffused. In this case, activation of the vapor deposition particles 26 is promoted including diffusion of a relatively high density plasma into the film formation chamber 10 and ionization. The ionized vapor deposition particles 26 and argon ions are The material 15 enters the material 15 with acceleration of the electric field of the plasma sheath.
また、内部電極19が、蒸着材料16により汚染されると、放電が不安定になるため、汚染され辛いようにカバー・防着板を設けるなどの構造があってもよい。 Moreover, since the discharge becomes unstable when the internal electrode 19 is contaminated by the vapor deposition material 16, there may be a structure such as providing a cover and a protection plate so that the internal electrode 19 is hardly contaminated.
一方、外部電極25は、内部電極19と同様、ホローカソード28に対するアノードであり、ホローカソードガン18の外部に位置すればよい。例えば、図1のように、ホローカソードガン18と向かい合う位置に設置することができるが、特に限定されない。 On the other hand, the external electrode 25, like the internal electrode 19, is an anode for the hollow cathode 28 and may be positioned outside the hollow cathode gun 18. For example, as shown in FIG. 1, it can be installed at a position facing the hollow cathode gun 18, but is not particularly limited.
外部電極25をアノードとして用いる場合、図1のプラズマ27のように、蒸着空間で高密度のプラズマが発生する状態となる。蒸発直後の蒸着粒子26がホローカソードガン18と外部電極25との間で発生している高密プラズマを通過することにより、激しく活性化が促され、蒸着粒子26は、ラジカル化されるものや、エネルギーを得るが、それだけでなく、電離してイオン化した蒸着粒子やアルゴンイオンについては、フィルム基材15へプラズマシースの電界加速を得て入射する。従って、外部電極25は、プラズマ27の発生する領域と蒸着粒子26の存在する領域とが重複するような位置に設置することが好ましい。 When the external electrode 25 is used as an anode, a high-density plasma is generated in the vapor deposition space like the plasma 27 in FIG. The vapor deposition particles 26 immediately after evaporation pass through the high-density plasma generated between the hollow cathode gun 18 and the external electrode 25, so that activation is violently promoted, and the vapor deposition particles 26 are radicalized, In addition to that, the vaporized particles and argon ions ionized by ionization are incident on the film substrate 15 after accelerating the electric field of the plasma sheath. Therefore, the external electrode 25 is preferably installed at a position where the region where the plasma 27 is generated and the region where the vapor deposition particles 26 exist overlap.
外部電極25は、蒸着材料16が絶縁性の材料であった場合、蒸着中に蒸着材料16によって汚染され、汚染が過度に進むと電子が流れなくなるため、アーキング、または放電持続不能といった問題が発生する。このため、蒸着材料16が絶縁性の材料である場合は、汚染しないように防着板などを配置するなどの工夫があってもよい。 When the vapor deposition material 16 is an insulating material, the external electrode 25 is contaminated by the vapor deposition material 16 during vapor deposition, and electrons do not flow when the contamination progresses excessively. To do. For this reason, when the vapor deposition material 16 is an insulating material, there may be contrivances such as arranging an adhesion preventing plate or the like so as not to contaminate.
また、ホローカソードガン18は、フィルム基材15の幅方向の大きさによって成膜装置内に複数設置してもよい。また、アノードとして外部電極25を用いる場合、外部電極25は、ホローカソードガン18と向かい合う位置に設置するが、ホローカソードガン18の数に応じて複数設置してもよい。 A plurality of hollow cathode guns 18 may be installed in the film forming apparatus depending on the size of the film base 15 in the width direction. When the external electrode 25 is used as the anode, the external electrode 25 is installed at a position facing the hollow cathode gun 18, but a plurality of external electrodes 25 may be installed according to the number of the hollow cathode guns 18.
プラズマ27の放電条件は、1つのホローカソードにつき数A以上数百A以下と電流値が高いほどプラズマ密度が高く好ましい。しかし、ホローカソードガン18に導入するガスの流量が多く、または、ガスパイプ23より導入するガスの流量が多い場合、成膜室10を排気するポンプの排気能力にもよるが、成膜室10の気圧が高くなり、蒸着粒子26の平均自由工程が短くなり、蒸着粒子26は逆に運動エネルギーを失い、成膜される膜の膜密度や密着力が低下してしまうことが、蒸着材料16の種類によっては発生する。このため、ホローカソードの放電条件は、ホローカソードに導入するガスの種類、ガスパイプ23から導入するガスの種類、蒸着材料16の種類、坩堝17とメインローラー14との距離などを鑑み、決定する必要がある。 As for the discharge conditions of the plasma 27, the higher the current value, from several A to several hundreds A per hollow cathode, the higher the plasma density is preferable. However, when the flow rate of the gas introduced into the hollow cathode gun 18 is large, or when the flow rate of the gas introduced through the gas pipe 23 is large, depending on the exhaust capacity of the pump that exhausts the deposition chamber 10, The vapor pressure of the vapor deposition material 16 is such that the atmospheric pressure increases, the mean free path of the vapor deposition particles 26 is shortened, the vapor deposition particles 26 lose kinetic energy, and the film density and adhesion of the film to be deposited decrease. It occurs depending on the type. For this reason, the discharge condition of the hollow cathode needs to be determined in consideration of the type of gas introduced into the hollow cathode, the type of gas introduced from the gas pipe 23, the type of vapor deposition material 16, the distance between the crucible 17 and the main roller 14, and the like. There is.
蒸着法により成膜を行った場合、電子ビーム加熱、抵抗加熱、誘導加熱などの加熱方式に関わらず、蒸着材料からのスプラッシュや突沸は避けることが難しい問題である。これらのトラブルが発生すると、蒸着材料を含む塊が基材に向かって飛び出し、基材に衝突することで傷が発生することや、場合によってはピンホール、フィルム破れといった大きな損傷になる場合がある。また、基材上へ蒸着材料を含む塊が付着し、異物混入の原因となる。これらは、蒸着材料中に含まれる不純物、真空中に存在する水などの残留ガスや、反応性ガスを導入した際に蒸着材料の表面が反応性ガスと反応することなど、様々な理由によって発生する。また、更にプラズマを用いることにより、プラズマ発生手段と蒸着材料加熱手段との間の電気的関係や、プラズマ自体が蒸着材料、蒸着物に対し引き起こす帯電などにより、アーキングも含め、それらの発生が誘発される場合もある。本発明の真空成膜装置は、この発生したアーキング、スプラッシュや突沸により、蒸着材料を含む塊が基材に到達しないように、蒸着材料と基材との間に異物捕捉手段が設置されている。図1の真空成膜装置30では、坩堝17に詰めた蒸着材料16とメインローラー14に保持されたフィルム基材15との間に異物捕捉手段である異物ガード24が設置されている。ここで、異物とは、成膜された膜の傷、ピンホール、破れ等を発生させる原因となるものの総称であり、具体的には、蒸着材料を含む塊、蒸着材料中に含まれる不純物、真空中に存在する水などの残留ガスまたは反応性ガスが蒸着材料の表面と反応することによって生じる反応物などを指す。 When a film is formed by a vapor deposition method, it is difficult to avoid splash or bumping from the vapor deposition material regardless of heating methods such as electron beam heating, resistance heating, and induction heating. When these troubles occur, the lump containing the vapor deposition material jumps out toward the base material, and it may cause scratches by colliding with the base material, and in some cases, it may cause serious damage such as pinholes or film breakage. . In addition, a lump containing a vapor deposition material adheres to the base material, causing foreign matter to be mixed. These are generated for various reasons, such as impurities contained in the vapor deposition material, residual gas such as water present in the vacuum, or when the surface of the vapor deposition material reacts with the reactive gas when a reactive gas is introduced. To do. In addition, by using plasma, the electrical relationship between the plasma generation means and the vapor deposition material heating means, and the charging that the plasma itself causes to the vapor deposition material and the vapor deposition, such as arcing, induce their generation. Sometimes it is done. In the vacuum film forming apparatus of the present invention, a foreign matter capturing means is installed between the vapor deposition material and the base material so that the lump containing the vapor deposition material does not reach the base material due to the generated arcing, splash or bumping. . In the vacuum film forming apparatus 30 of FIG. 1, a foreign matter guard 24, which is a foreign matter catching means, is installed between the vapor deposition material 16 packed in the crucible 17 and the film base material 15 held by the main roller 14. Here, the foreign matter is a generic name for those that cause damage to the formed film, pinholes, tears, etc., specifically, a lump containing a vapor deposition material, impurities contained in the vapor deposition material, It refers to a reactant generated by a reaction of a residual gas such as water or a reactive gas existing in a vacuum with a surface of a deposition material.
異物ガード24は、メッシュ状、スリット状、板状などの様々な形状が考えられるが、蒸着手段として用いられる加熱方式の種類、蒸着材料16の種類などを鑑み、適宜選択すればよい。また、異物ガード24の材質は、プラズマ発生手段により発生したプラズマによる温度上昇に耐えうる材質であればよく、例えば、モリブデン、タンタル、タングステン、ニオブ等の高融点金属もしくは高融点の合金、アルミナ等の高融点のセラミック、カーボン、ステンレス等を用いることが好ましい。 The foreign object guard 24 may have various shapes such as a mesh shape, a slit shape, and a plate shape, and may be appropriately selected in view of the type of heating method used as the vapor deposition means, the type of the vapor deposition material 16, and the like. The foreign material guard 24 may be made of any material that can withstand the temperature rise caused by the plasma generated by the plasma generating means. For example, a high melting point metal such as molybdenum, tantalum, tungsten, niobium or a high melting point alloy, alumina, or the like. It is preferable to use a high melting point ceramic, carbon, stainless steel or the like.
図1の電子ビーム銃20を用いた真空成膜装置30の場合、異物ガード24に電子ビームが当たった場合、異物ガードを溶かしてしまう恐れがあるため、この電子ビーム軌道に合わせた形状の異物ガード24が必要である。図1の異物ガード24の形状は一例であり、これに限られるものではない。同様に、抵抗加熱方式の場合でも、抵抗加熱ボートを抵抗加熱源とし、金属ワイヤーを材料として用いた蒸着であれば、異物ガード24は、金属ワイヤーに接触しない形状である必要があり、この場合、異物ガード24をプラズマの加熱を得られる位置とし、かつその位置が蒸気の通り道であるように適宜決められていればよい。 In the case of the vacuum film forming apparatus 30 using the electron beam gun 20 of FIG. 1, when the electron beam hits the foreign matter guard 24, the foreign matter guard may be melted. A guard 24 is required. The shape of the foreign object guard 24 in FIG. 1 is an example, and is not limited to this. Similarly, even in the case of the resistance heating method, if the resistance heating boat is used as the resistance heating source and the metal wire is used as the material, the foreign object guard 24 needs to have a shape that does not contact the metal wire. The foreign matter guard 24 may be appropriately determined so as to be a position where plasma heating can be obtained and the position is a passage for steam.
一般的に、異物ガード24の成膜時の温度は、坩堝17と比較して十分に低温であるため、異物ガード24には、坩堝17より蒸発した蒸着材料16が直接成膜されるか、もしくは蒸着空間中に滞留する蒸着粒子が再成膜される。このため、メッシュ状やスリット状の異物ガード24を用いた場合、蒸発した蒸着材料16により、目詰りが発生してしまい、成膜速度が変化してしまうことや、異物ガード24から成膜された膜が剥がれ落ち、パーティクルが坩堝17に落下し、更なるスプラッシュや突沸の原因となってしまうなどの問題が発生する場合がある。 Generally, the temperature at the time of film formation of the foreign matter guard 24 is sufficiently lower than that of the crucible 17, so that the vapor deposition material 16 evaporated from the crucible 17 is directly formed on the foreign matter guard 24. Alternatively, the vapor deposition particles staying in the vapor deposition space are re-formed. For this reason, when the mesh-shaped or slit-shaped foreign material guard 24 is used, clogging occurs due to the evaporated vapor deposition material 16, and the film formation speed changes, or the film is formed from the foreign material guard 24. The film may peel off and the particles may fall into the crucible 17 and cause problems such as further splashing and bumping.
一方、図1の真空成膜装置30は、蒸発した蒸着材料16を活性化させるためのプラズマ27が成膜時に発生しているため、ホローカソードガン18から外部電極25へ向けて発生した高密度プラズマにより、異物ガード24が直接加熱され、異物ガード24の温度がプラズマを用いない場合や、プラズマを用いていない場合と比較して十分に高くなり、蒸発した蒸着材料16が付着せず、異物ガード24の汚染を防止することができる。このため、本発明の真空成膜装置を用いれば、蒸着材料より発生するスプラッシュや突沸を、異物捕捉手段がブロックし、品質不良を発生させないだけでなく、異物捕捉手段自体が、更なるスプラッシュもしくは突沸を誘発すること、または、それ自体がスプラッシュやアーキングを引き起こすこともなく、また成膜速度の低下などが起きることもなく、成膜することが可能である。 On the other hand, in the vacuum film forming apparatus 30 of FIG. 1, since the plasma 27 for activating the evaporated vapor deposition material 16 is generated during film formation, the high density generated from the hollow cathode gun 18 toward the external electrode 25 is generated. The foreign matter guard 24 is directly heated by the plasma, and the temperature of the foreign matter guard 24 is sufficiently higher than when the plasma is not used or when the plasma is not used. Contamination of the guard 24 can be prevented. For this reason, if the vacuum film-forming apparatus of the present invention is used, not only does the foreign matter catching means block splash and bumping generated from the vapor deposition material, and it does not cause a quality defect, but the foreign matter catching means itself has a further splash or It is possible to form a film without inducing bumping, without causing splash or arcing by itself, and without causing a decrease in film formation speed.
異物捕捉手段は、蒸着材料を含む塊などが基材に到達しないように蒸着材料と基材との間に設置されていればよいが、異物捕捉手段自体が更なるスプラッシュもしくは突沸を誘発すること、または、それ自体がスプラッシュやアーキングを引き起こすことを防止するために、プラズマの近傍に設置することが好ましく、さらに、異物捕捉手段がプラズマに接触していることがより好ましい。 The foreign matter catching means may be installed between the vapor deposition material and the base material so that a lump containing the vapor deposition material does not reach the base material, but the foreign matter catching means itself may induce further splash or bumping. Alternatively, in order to prevent the occurrence of splash or arcing by itself, it is preferably installed in the vicinity of the plasma, and more preferably, the foreign matter capturing means is in contact with the plasma.
また、異物捕捉手段は、異物捕捉手段自体が更なるスプラッシュもしくは突沸を誘発すること、または、それ自体がスプラッシュやアーキングを引き起こすことを防止するために、ホローカソード28に対するアノードとして設置してもよい。また、異物捕捉手段は、図1の真空成膜装置30のように1箇所に設置しても、また、複数の箇所に設けてもよい。例えば、蒸着材料及び基材の幅方向に複数設けたり、ホローカソード放電を用いた真空成膜装置であれば、ホローカソードガンの数に応じて複数設置したりしてもよい。 Further, the foreign matter catching means may be installed as an anode for the hollow cathode 28 in order to prevent the foreign matter catching means itself from inducing further splash or bumping, or causing the splash or arcing itself. . Further, the foreign substance capturing means may be provided at one place as in the vacuum film forming apparatus 30 of FIG. 1 or may be provided at a plurality of places. For example, a plurality of vapor deposition materials and base materials may be provided in the width direction, or a plurality of devices may be installed in accordance with the number of hollow cathode guns in the case of a vacuum film forming apparatus using hollow cathode discharge.
異物捕捉手段は、図1の真空成膜装置30に設置された異物ガード24以外にも、異物を捕捉でき、かつ、蒸発した蒸着材料が効率よく基材に蒸着すればいかなる形態を有していてもよく、例えば、メインローラー14の曲面に沿った形態のものでもよい。 In addition to the foreign matter guard 24 installed in the vacuum film forming apparatus 30 of FIG. 1, the foreign matter catching means can catch foreign matter and has any form as long as the evaporated deposition material is efficiently deposited on the substrate. For example, the thing along the curved surface of the main roller 14 may be sufficient.
本発明のガスバリア性積層体の製造方法は、基材とその基材の一方の面に形成された薄膜とを具備するガスバリア性積層体の製造方法であり、蒸発手段により蒸発した蒸着材料から異物を除去する異物除去工程と、異物が除去された蒸発した蒸着材料をプラズマにより活性化するプラズマ活性化工程と、活性化した蒸着材料を基材の一方の面に蒸着させる蒸着工程とを備える。上記製造方法について、図1を参照して説明する。 The method for producing a gas barrier laminate of the present invention is a method for producing a gas barrier laminate comprising a base material and a thin film formed on one surface of the base material. A foreign matter removing process for removing the vapor, a plasma activation process for activating the evaporated deposition material from which the foreign substance has been removed by plasma, and a deposition process for depositing the activated deposition material on one surface of the substrate. The said manufacturing method is demonstrated with reference to FIG.
異物除去工程では、坩堝17に詰めた蒸着材料16が蒸発手段である電子ビーム銃20によって加熱される。そして、蒸発した蒸着材料16から、蒸着材料を含む塊、蒸着材料中に含まれる不純物、真空中に存在する水などの残留ガスまたはガスパイプ23から放出される反応性ガスが蒸着材料16の表面と反応することによって生じる反応物などの異物を、異物捕捉手段である異物ガード24により除去する。 In the foreign matter removing step, the vapor deposition material 16 packed in the crucible 17 is heated by the electron beam gun 20 which is an evaporation means. Then, from the evaporated vapor deposition material 16, a lump containing the vapor deposition material, impurities contained in the vapor deposition material, residual gas such as water existing in a vacuum, or reactive gas released from the gas pipe 23 is formed on the surface of the vapor deposition material 16. Foreign matters such as reactants generated by the reaction are removed by a foreign matter guard 24 which is a foreign matter capturing means.
プラズマ活性化工程では、異物が除去された蒸発した蒸着材料16が蒸着粒子26として、プラズマ発生手段であるホローカソードガン18と外部電極25との間で発生しているプラズマ27を通過することにより、蒸着粒子26が活性化される。 In the plasma activation process, the evaporated vapor deposition material 16 from which foreign substances have been removed passes through the plasma 27 generated between the hollow cathode gun 18 as the plasma generation means and the external electrode 25 as vapor deposition particles 26. Then, the vapor deposition particles 26 are activated.
蒸着工程では、活性化した蒸着粒子26が、メインローラー14に保持されたフィルム基材15の表面に蒸着し、成膜される。 In the vapor deposition step, activated vapor deposition particles 26 are vapor-deposited on the surface of the film substrate 15 held by the main roller 14 to form a film.
異物除去工程とプラズマ活性化工程の順序は、異物除去工程の後にプラズマ活性化工程を経ても、プラズマ活性化工程の後に異物除去工程を経てもよい。また、異物捕捉手段自体が更なるスプラッシュもしくは突沸を誘発すること、または、それ自体がスプラッシュやアーキングを引き起こすことを防止するために、異物除去工程とプラズマ活性化工程とが同時に行われることがより好ましい。 The order of the foreign matter removal step and the plasma activation step may be either the plasma activation step after the foreign matter removal step or the foreign matter removal step after the plasma activation step. Further, in order to prevent the foreign matter capturing means itself from inducing further splash or bumping, or causing the splash or arcing itself, the foreign matter removing step and the plasma activation step may be performed simultaneously. preferable.
上記の各工程を経て形成された膜を具備するガスバリア性積層体は、蒸着材料から発生するアーキング、突沸、スプラッシュなどによるダメージが最小限に抑えられるため、ガスバリア性の低下や外観不良を改善することができる。 The gas barrier laminate including the film formed through each of the above steps minimizes damage due to arcing, bumping, splash, etc. generated from the vapor deposition material, thus improving the deterioration of gas barrier properties and appearance defects. be able to.
上記の各工程を経て形成された膜を具備するガスバリア性積層体は、欠陥が非常に少なく、水蒸気透過度が3g/m2/day以下であり、また、酸素透過度が5cc/m2/day以下であり、高い水蒸気バリア、酸素バリア性を有する。 The gas barrier laminate including the film formed through each of the above steps has very few defects, a water vapor permeability of 3 g / m 2 / day or less, and an oxygen permeability of 5 cc / m 2 / day or less, and has a high water vapor barrier and oxygen barrier property.
以下に、本発明の具体的な実施例及び比較例を示す。 Specific examples and comparative examples of the present invention are shown below.
<実施例1>
図1に示した真空成膜装置30において、坩堝17に、蒸着材料16として一辺50mmの一酸化珪素のブロックを詰め、電子ビーム銃20を用いて加熱を行い、100nm/secの成膜速度で蒸着を行い、その際、希ガスXとしてアルゴンガス200sccmを用い、ホローカソードガン18より放電電流100Aの放電を外部電極25に対し行い、サンプルを作製した。この際、異物ガード24として、2mm□のTa製メッシュをプラズマに曝し、かつ一酸化珪素の蒸気の通過位置に設置し、成膜中に発生するスプラッシュや突沸をガードした。この際、基材として、幅500mmの12μmのPETフィルムを用いた。
<Example 1>
In the vacuum film forming apparatus 30 shown in FIG. 1, a crucible 17 is filled with a block of silicon monoxide having a side of 50 mm as an evaporation material 16 and heated using an electron beam gun 20 at a film forming rate of 100 nm / sec. Vapor deposition was performed. At that time, argon gas of 200 sccm was used as the rare gas X, and a discharge current of 100 A was discharged from the hollow cathode gun 18 to the external electrode 25 to prepare a sample. At this time, a 2 mm square mesh made of Ta was exposed to the plasma as the foreign matter guard 24 and installed at the position where the silicon monoxide vapor passed, to guard against splash and bumping that occurred during film formation. At this time, a 12 μm PET film having a width of 500 mm was used as the substrate.
<実施例2>
図1に示した真空成膜装置30において、ガスパイプ23より酸素ガスを800sccm導入し、一方、坩堝17に、蒸着材料16としてアルミニウムを詰め、電子ビーム銃20を用いて加熱を行い、100nm/secの成膜速度で反応性蒸着を行い、その際、希ガスXとしてアルゴンガス200sccmを用い、ホローカソードガン18より放電電流100Aの放電を外部電極25に対し行い、サンプルを作製した。この際、異物ガード24として、2mm□のTa製メッシュで、電子ビームの軌道に干渉せず、プラズマにさらされ、かつアルミニウムの蒸気の通過位置に設置し、成膜中に発生するスプラッシュや突沸をガードした。この際、基材として、幅500mmの12μmのPETフィルムを用いた。
<Example 2>
In the vacuum film forming apparatus 30 shown in FIG. 1, 800 sccm of oxygen gas is introduced from the gas pipe 23, while the crucible 17 is filled with aluminum as the vapor deposition material 16 and heated using the electron beam gun 20 to 100 nm / sec. At this time, reactive vapor deposition was performed, and at that time, argon gas of 200 sccm was used as the rare gas X, and a discharge of 100 A was discharged from the hollow cathode gun 18 to the external electrode 25 to prepare a sample. At this time, the foreign matter guard 24 is a 2 mm square mesh made of Ta, exposed to plasma without interfering with the trajectory of the electron beam, and installed at a position where aluminum vapor passes, and splash and bumping generated during film formation. Guarded. At this time, a 12 μm PET film having a width of 500 mm was used as the substrate.
<比較例1>
図1に示した真空成膜装置30において、坩堝17に、蒸着材料16として一辺50mmの一酸化珪素のブロックを詰め、電子ビーム銃20を用いて加熱を行い、100nm/secの成膜速度で蒸着を行い、プラズマ発生手段を用いずにサンプルを作製した。この際、基材として、幅500mmの12μmのPETフィルムを用いた。
<Comparative Example 1>
In the vacuum film forming apparatus 30 shown in FIG. 1, a crucible 17 is filled with a block of silicon monoxide having a side of 50 mm as an evaporation material 16 and heated using an electron beam gun 20 at a film forming rate of 100 nm / sec. Vapor deposition was performed and a sample was produced without using plasma generating means. At this time, a 12 μm PET film having a width of 500 mm was used as the substrate.
<比較例2>
図1に示した真空成膜装置30において、ガスパイプ23より酸素ガスを800sccm導入し、一方、坩堝17に、蒸着材料16としてアルミニウムを詰め、電子ビーム銃20を用いて加熱を行い、100nm/secの成膜速度で反応性蒸着を行い、プラズマ発生手段を用いずにサンプルを作製した。この際、基材として、幅500mmの12μmのPETフィルムを用いた。
<Comparative example 2>
In the vacuum film forming apparatus 30 shown in FIG. 1, 800 sccm of oxygen gas is introduced from the gas pipe 23, while the crucible 17 is filled with aluminum as the vapor deposition material 16 and heated using the electron beam gun 20 to 100 nm / sec. Reactive vapor deposition was carried out at a film forming rate, and a sample was produced without using plasma generating means. At this time, a 12 μm PET film having a width of 500 mm was used as the substrate.
作製したサンプルについて、スプラッシュや突沸が原因で発生したピンホール欠陥の個数を調査した。 About the produced sample, the number of the pinhole defects which arose due to splash and bumping was investigated.
(ピンホール欠陥の評価方法)
作製したサンプル1000mについて、ピンホール欠陥や異物欠陥の個数をカウントし、1平方メートルあたりの欠陥個数として換算した。
(Pinhole defect evaluation method)
About the produced sample 1000m, the number of pinhole defects and foreign material defects was counted and converted as the number of defects per square meter.
作製したサンプルについて、水蒸気透過度及び酸素透過度を以下の方法で測定した。 About the produced sample, water vapor permeability and oxygen permeability were measured with the following method.
(水蒸気透過度及び酸素透過度の評価方法)
水蒸気透過度をMOCON法により測定した。用いた測定器はMOCON PERMATRAN 3/33により、40℃、90%Rhにて測定し、酸素透過度はMOCON OX−TRAN 2/20により、23℃、0%Rhにて測定した。
(Evaluation method of water vapor permeability and oxygen permeability)
The water vapor permeability was measured by the MOCON method. The measuring instrument used was measured by MOCON PERMATRAN 3/33 at 40 ° C. and 90% Rh, and the oxygen permeability was measured by MOCON OX-TRAN 2/20 at 23 ° C. and 0% Rh.
表1に実施例1、2、比較例1、2で作製したサンプルの欠陥個数、水蒸気透過度、酸素透過度を示す。 Table 1 shows the number of defects, water vapor permeability, and oxygen permeability of the samples produced in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
表1の結果より、本発明の真空成膜装置を用いた場合、100nm/secという高速成膜にて、欠陥が非常に少なく、高い水蒸気バリア性と酸素バリア性を示すガスバリアフィルムが得られた。 From the results in Table 1, when the vacuum film forming apparatus of the present invention was used, a gas barrier film having very few defects and high water vapor barrier property and oxygen barrier property was obtained at high speed film formation of 100 nm / sec. .
本発明の真空成膜装置は、ガスバリア性積層体を製造する装置及びガスバリア性積層体の製造方法であり、製造された酸素及び水蒸気バリア性積層体は、食品、医薬品等の包装材料、電子部材、光学部材などの保護材料等にも利用される。 The vacuum film-forming apparatus of the present invention is a device for producing a gas barrier laminate and a method for producing the gas barrier laminate, and the produced oxygen and water vapor barrier laminate is a packaging material for foods, pharmaceuticals, etc., and an electronic member It is also used for protective materials such as optical members.
10・・・成膜室
11・・・巻き取り室
12・・・巻き出しローラー
13・・・巻き取りローラー
14・・・メインローラー
15・・・フィルム基材
16・・・蒸着材料
17・・・坩堝
18・・・ホローカソードガン
19・・・内部電極
20・・・電子ビーム銃
21・・・ホローカソード放電用直流電源
22・・・ホローカソード放電用直流電源
23・・・ガスパイプ
24・・・異物ガード
25・・・外部電極
26・・・蒸着粒子
27・・・プラズマ
28・・・ホローカソード
30・・・真空成膜装置
X・・・不活性ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Film-forming chamber 11 ... Winding chamber 12 ... Unwinding roller 13 ... Winding roller 14 ... Main roller 15 ... Film base material 16 ... Deposition material 17 ... · Crucible 18 ··· Hollow cathode gun 19 ··· Internal electrode 20 ··· Electron beam gun 21 ··· DC power source 22 for hollow cathode discharge ··· DC power source 23 for hollow cathode discharge ··· Gas pipe 24 ··· Foreign object guard 25 ... external electrode 26 ... deposited particles 27 ... plasma 28 ... hollow cathode 30 ... vacuum film forming apparatus X ... inert gas
Claims (9)
蒸着材料を蒸発させる蒸発手段と、
蒸発した蒸着材料を活性化させるためのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記蒸着材料と前記基材との間に設置された異物捕捉手段と
を具備することを特徴とする真空成膜装置。 A vacuum film forming apparatus for forming a thin film on one surface of a substrate by vapor deposition,
An evaporation means for evaporating the vapor deposition material;
Plasma generating means for generating plasma for activating the evaporated deposition material;
A vacuum film-forming apparatus comprising a foreign matter capturing means installed between the vapor deposition material and the base material.
蒸発手段により蒸発した蒸着材料から異物を除去する異物除去工程と、
異物が除去された蒸発した蒸着材料をプラズマにより活性化するプラズマ活性化工程と、
活性化した蒸着材料を前記基材の一方の面に蒸着させる蒸着工程と
を備えることを特徴とするガスバリア性積層体の製造方法。 A method for producing a gas barrier laminate comprising a substrate and a thin film formed on one surface of the substrate,
A foreign matter removal step of removing foreign matter from the vapor deposition material evaporated by the evaporation means;
A plasma activation process for activating the evaporated deposition material from which foreign substances have been removed with plasma;
And a vapor deposition step of depositing an activated vapor deposition material on one surface of the base material.
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2011
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