JP5092624B2 - Method and apparatus for producing gas barrier film - Google Patents

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Description

本発明は、長尺フィルム上に原子層堆積法でガスバリア膜を作製する方法及び装置並びにそれらによって得られたガスバリアフィルムに関する。   The present invention relates to a method and apparatus for producing a gas barrier film on a long film by an atomic layer deposition method, and a gas barrier film obtained thereby.

近年、フレキシブル基材上に、例えば有機ELディスプレイや半導体デバイス等を作製する試みが広く行われている。その際に問題となるのが、高分子材料からなる基材のガスバリア性の低さである。有機EL素子を構成する発光材料や半導体素子を構成する半導体材料は、水や酸素で劣化が進行するものが多いため、ガスバリア性の改善が重要になっている。こうした背景をもとに、高分子材料からなる基材上にガスバリア性材料を真空成膜したりウェットコーティングしたりして基材のガスバリア性を改善しているが、有機EL素子用途などでは未だ満足できる高いガスバリア性は実現できていない。その原因は十分に明らかにはなっていないが、基材の凹凸、又は異物による欠陥等が主原因と考えられている。   In recent years, attempts have been widely made to produce, for example, an organic EL display or a semiconductor device on a flexible substrate. In this case, the problem is the low gas barrier property of the base material made of a polymer material. Since many of the light emitting materials constituting the organic EL element and the semiconductor materials constituting the semiconductor element are deteriorated by water or oxygen, improvement of gas barrier properties is important. Based on this background, gas barrier materials are vacuum-deposited or wet coated on a polymer substrate to improve the gas barrier properties of the substrate, but it is still not suitable for organic EL device applications. Satisfactory high gas barrier properties have not been realized. The cause is not sufficiently clarified, but it is considered that the main cause is unevenness of the base material or a defect due to foreign matter.

こうした中、特許文献1には、カラー有機ELディスプレイにおいて、ガスバリア層を緻密でピンホールの少ない原子層成長法で形成することが提案されている。また、特許文献2にも、有機EL素子において、バリア層を原子層デポジッション法(ALD法)で形成することにより、基板表面の凹凸や欠陥によらず、バリア性のよい緻密な薄膜を形成できることが提案されている。
特開2006−253106号 特開2007−90803号
Under such circumstances, Patent Document 1 proposes forming a gas barrier layer in a color organic EL display by an atomic layer growth method having a dense and few pinholes. Patent Document 2 also forms a dense thin film having a good barrier property regardless of irregularities and defects on the substrate surface by forming a barrier layer by an atomic layer deposition method (ALD method) in an organic EL element. It has been proposed that it can be done.
JP 2006-253106 A JP2007-90803

上記特許文献1,2で提案された方法で作製されたガスバリア膜は、避けることが難しい基材の凹凸や異物による欠陥等が存在した場合であっても、基材の凹凸や欠陥に沿って均一な単原子層の積層体として形成されることから、緻密で均質な膜となり、その結果、層数が少なく、かつ優れたバリア性能を持つガスバリア膜を得ることができると考えられている。   The gas barrier film produced by the method proposed in the above Patent Documents 1 and 2 is in line with the unevenness and defects of the base material, even when there are unevenness of the base material and defects due to foreign matters that are difficult to avoid. Since it is formed as a uniform monoatomic layer stack, it is considered that a dense and homogeneous film is obtained, and as a result, a gas barrier film having a small number of layers and having excellent barrier performance can be obtained.

しかしながら、原子層堆積法による成膜方法は、一般的に、成膜チャンバー内で原料ガスの導入と排気を繰り返して1原子層ずつ成膜を進めるため、所定の厚さの膜を得るためには長時間を要し、コストが著しく嵩むという問題がある。実際には、特にガスの導入と排気に多くの時間がかかる。   However, the film formation method by the atomic layer deposition method generally advances the film formation by one atomic layer by repeatedly introducing and evacuating the source gas in the film formation chamber, so that a film having a predetermined thickness is obtained. Has a problem that it takes a long time and the cost is significantly increased. In practice, it takes a lot of time to introduce and exhaust gas.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、原子層堆積法によるガスバリア性に優れたガスバリア膜の作製を効率的で安価に行うことができるガスバリア膜の作製方法及び作製装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記ガスバリア膜の作製方法によって得られたガスバリア性に優れたガスバリアフィルムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to produce a gas barrier film capable of efficiently and inexpensively producing a gas barrier film having excellent gas barrier properties by an atomic layer deposition method. It is to provide a method and a manufacturing apparatus. Another object of the present invention is to provide a gas barrier film having an excellent gas barrier property obtained by the method for producing a gas barrier film.

上記課題を解決するための本発明のガスバリア膜の作製方法は、長尺の基材フィルムを連続して移動させながら、該基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製する方法であって、前記基材フィルムの移動方向に、単原子層形成用の第1原料ガスを供給する第1原料ガス供給ステップと、単原子層形成用の第2原料ガスを供給する第2原料ガス供給ステップと、前記第1原料ガス及び前記第2原料ガスが混入するのを防ぐために前記第1原料ガス供給ステップと前記第2原料ガス供給ステップとの間に設けられた緩衝ステップと、を有する少なくとも3種のステップを連続して多数配置してなる原子層堆積工程を有することを特徴とする。   The method for producing a gas barrier film of the present invention for solving the above-described problems is a gas barrier comprising a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method on a base film while continuously moving the long base film. A method for producing a film, comprising: a first source gas supply step for supplying a first source gas for forming a monoatomic layer in a moving direction of the base film; and a second source gas for forming a monoatomic layer. Provided between the first source gas supply step and the second source gas supply step in order to prevent the supply of the second source gas supply step and the mixing of the first source gas and the second source gas. And an atomic layer deposition process in which a large number of at least three kinds of steps having a buffering step are arranged in succession.

この発明によれば、基材フィルムの移動方向に第1原料ガス供給ステップと第2原料ガス供給ステップと緩衝ステップとを有する少なくとも3種のステップを連続して多数配置してなる原子層堆積工程を有するので、その原子層堆積工程内に長尺の基材フィルムを連続して移動させることにより、基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製することができる。こうした本発明によれば、従来のような単一チャンバー内で成膜を行うバッチ式ではなく、基材フィルムの移動方向に専用の処理ステップを連続して多数配置しているので、ガスの導入時間や排気時間を省くことができ、生産性を大幅に向上させることができる。その結果、大幅に生産性を向上させることができ、ガスバリア膜の成膜コストを著しく低減させることができる。   According to the present invention, an atomic layer deposition process in which a large number of at least three steps having a first source gas supply step, a second source gas supply step, and a buffering step are successively arranged in the moving direction of the base film. Therefore, it is possible to produce a gas barrier film composed of a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method on a base film by continuously moving a long base film in the atomic layer deposition step. it can. According to the present invention, since a number of dedicated processing steps are continuously arranged in the moving direction of the base film, not a batch type in which film formation is performed in a single chamber as in the prior art, gas introduction Time and exhaust time can be saved, and productivity can be greatly improved. As a result, productivity can be greatly improved, and the deposition cost of the gas barrier film can be significantly reduced.

本発明のガスバリア膜の作製方法の好ましい態様は、前記第1原料ガス供給ステップでの処理時間T1と、前記第2原料ガス供給ステップでの処理時間T2と、前記緩衝ステップでの処理時間T3との関係が、T3>T1≧T2であるように構成する。   A preferred embodiment of the method for producing a gas barrier film of the present invention includes a processing time T1 in the first source gas supply step, a processing time T2 in the second source gas supply step, and a processing time T3 in the buffer step. Is configured such that T3> T1 ≧ T2.

この発明によれば、第1原料ガス供給ステップと第2原料ガス供給ステップとの間に設けられた緩衝ステップの処理時間T3が最も長いので、第1原料ガスが第2原料ガス供給ステップに混入したり、第2原料ガスが第1原料ガス供給ステップに混入したりするのを防ぐことができる。なお、第1原料ガス供給ステップでの処理時間T1が第2原料ガス供給ステップでの処理時間T2以上であるのは、通常、第1原料ガスの方が第2原料ガスよりも分子量が大きい場合が多く、大きな分子量の第1原料ガスの移動速度が遅いためである。   According to this invention, since the processing time T3 of the buffer step provided between the first source gas supply step and the second source gas supply step is the longest, the first source gas is mixed into the second source gas supply step. It is possible to prevent the second source gas from being mixed into the first source gas supply step. The processing time T1 in the first source gas supply step is equal to or longer than the processing time T2 in the second source gas supply step when the first source gas usually has a higher molecular weight than the second source gas. This is because the movement speed of the first source gas having a large molecular weight is slow.

本発明のガスバリア膜の製造方法の好ましい態様は、前記第1原料ガス供給ステップが、Al化合物ガス、Zr化合物ガス及びHf化合物ガスから選ばれるいずれかの化合物ガスを供給するステップであり、前記第2原料ガス供給ステップが、水蒸気含有ガス、酸素含有ガス及びオゾン含有ガスから選ばれるいずれかのガスを供給するステップであるように構成する。   In a preferred aspect of the method for producing a gas barrier film of the present invention, the first source gas supply step is a step of supplying any compound gas selected from Al compound gas, Zr compound gas and Hf compound gas, The two source gas supply steps are configured to supply any gas selected from a water vapor-containing gas, an oxygen-containing gas, and an ozone-containing gas.

この発明によれば、第1原料ガス供給ステップが上記いずれかの化合物ガスを供給するステップであり、第2原料ガス供給ステップが上記いずれかのガスを供給するステップであるので、第1原料ガス供給ステップで基材フィルム上に化合物ガスが吸着し、次の緩衝ステップ後の第2原料ガス供給ステップにおいて、吸着している化合物ガスと第2原料ガスとが反応して単原子層が形成され、次の緩衝ステップ後の第1原料ガス供給ステップ以降において、これらの単原子層の形成が繰り返され、単原子層積層体を形成することができる。なお、これらの原料ガスは、低温成膜可能なAl、ZrO、HfOのいずれかからなる単原子層積層体を成膜可能であるので、ガスバリア膜を低温条件下で作製できる。 According to this invention, the first source gas supply step is a step of supplying any one of the above compound gases, and the second source gas supply step is a step of supplying any of the above gases. In the supplying step, the compound gas is adsorbed on the base film, and in the second source gas supplying step after the next buffering step, the adsorbed compound gas and the second source gas react to form a monoatomic layer. After the first source gas supply step after the next buffer step, the formation of these monoatomic layers is repeated, and a monoatomic layer stack can be formed. Since these source gases can form a monoatomic layer stack made of any of Al 2 O 3 , ZrO 2 , and HfO 2 that can be formed at a low temperature, a gas barrier film can be formed under a low temperature condition. .

本発明のガスバリア膜の作製方法の好ましい態様は、前記単分子層の積層体が、Al、ZrO、及びHfOから選ばれるいずれかであるように構成する。 A preferred embodiment of the method for producing a gas barrier film of the present invention is configured such that the monomolecular layered product is any one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , and HfO 2 .

この発明によれば、低温成膜可能な上記無機化合物からなる単原子層積層体を基材フィルム上に欠陥なく形成するので、ガスバリア性に優れたガスバリアフィルムを得ることができる。   According to this invention, since the monoatomic layered product made of the above inorganic compound capable of forming a film at a low temperature is formed on the base film without defects, a gas barrier film having excellent gas barrier properties can be obtained.

上記課題を解決するための本発明のガスバリア膜の作製装置は、長尺の基材フィルムを連続して移動させながら、該基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製する装置であって、前記基材フィルムを供給する供給装置と、前記単原子層積層体を形成した後の基材フィルムを収容する収容装置と、前記供給装置と前記収容装置との間に設けられた単原子層を堆積する単原子層堆積装置とを少なくとも有し、前記単原子層堆積装置は、表面に前記基材フィルムを接触させた状態で一定速度で搬送するドラムと、前記ドラムの外周上に設けられた、単原子層形成用の第1原料ガスを供給する第1原料ガス供給室と、前記ドラムの外周上に設けられた、単原子層形成用の第2原料ガスを供給する第2原料ガス供給室と、前記ドラムの外周上で前記第1原料ガス供給室と前記第2原料ガス供給室との間に設けられた、前記第1原料ガス供給室内の原料ガス及び前記第2原料ガス供給室内の原料ガスが混入するのを防ぐための緩衝室と、を有する少なくとも3種の処理室を連続して多数配置してなることを特徴とする。   An apparatus for producing a gas barrier film according to the present invention for solving the above-described problems is a gas barrier comprising a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method on a base film while continuously moving the long base film. An apparatus for producing a film, comprising: a supply device that supplies the base film; a storage device that stores the base film after the monoatomic layer stack is formed; and the supply device and the storage device. A monoatomic layer deposition apparatus for depositing a monoatomic layer provided therebetween, and the monoatomic layer deposition apparatus transports the substrate film at a constant speed in a state where the base film is in contact with the surface; A first source gas supply chamber for supplying a first source gas for forming a monoatomic layer provided on the outer periphery of the drum; and a second source for forming a monoatomic layer provided on the outer periphery of the drum. Second source gas supply for supplying gas A source gas in the first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber provided between the first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber on the outer periphery of the chamber and the drum A plurality of processing chambers having at least three kinds of processing chambers having a buffer chamber for preventing the raw material gas from being mixed are arranged in succession.

この発明によれば、上記供給装置と上記収容装置と上記単原子層堆積装置とを少なくとも有するので、供給装置から供給された基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製することができる。特に原子層堆積装置は、従来のような単一チャンバー内で成膜を行うバッチ式ではなく、基材フィルムを搬送するドラム表面に専用の処理室を連続して多数配置しているので、各処理室でのガスの導入時間や排気時間を省くことができ、生産性を大幅に向上させることができる。その結果、得られるガスバリア膜の成膜コストを著しく低減させることができる。   According to this invention, since it has at least the supply device, the storage device, and the monoatomic layer deposition device, the gas barrier formed of the monoatomic layer stack by the atomic layer deposition method on the base film supplied from the supply device A film can be made. In particular, the atomic layer deposition apparatus is not a batch type in which film formation is performed in a single chamber as in the prior art, but a large number of dedicated processing chambers are continuously arranged on the drum surface for transporting the substrate film. Gas introduction time and exhaust time in the processing chamber can be saved, and productivity can be greatly improved. As a result, the film formation cost of the obtained gas barrier film can be significantly reduced.

本発明のガスバリア膜の作製装置の好ましい態様は、前記第1原料ガス供給室の処理長さL1と、前記第2原料ガス供給室の処理長さL2と、前記緩衝室の処理長さL3との関係が、L3>L1≧L2であるように構成する。   A preferable aspect of the gas barrier film manufacturing apparatus of the present invention is that the processing length L1 of the first source gas supply chamber, the processing length L2 of the second source gas supply chamber, and the processing length L3 of the buffer chamber The relationship is such that L3> L1 ≧ L2.

この発明によれば、第1原料ガス供給室と第2原料ガス供給室との間に設けられた緩衝室の処理長さL3を最も長くしたので、第1原料ガス供給室内の第1原料ガスが第2原料ガス供給室に混入したり、第2原料供給室内の第2原料ガスが第1原料ガス供給室に混入したりするのを防ぐことができる。なお、第1原料ガス供給室の処理長さL1が第2原料ガス供給室の処理長さL2以上であるのは、通常、第1原料ガスの方が第2原料ガスよりも分子量が大きい場合が多く、大きな分子量の第1原料ガスの移動速度が遅いためである。   According to this invention, since the processing length L3 of the buffer chamber provided between the first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber is the longest, the first source gas in the first source gas supply chamber Can be prevented from being mixed into the second raw material gas supply chamber or the second raw material gas in the second raw material supply chamber can be prevented from being mixed into the first raw material gas supply chamber. The process length L1 of the first source gas supply chamber is equal to or longer than the process length L2 of the second source gas supply chamber when the molecular weight of the first source gas is usually larger than that of the second source gas. This is because the movement speed of the first source gas having a large molecular weight is slow.

本発明のガスバリア膜の作製装置の好ましい態様は、前記ドラムの外周上に設けられた多数の前記第1及び第2原料ガス供給室にはそれぞれ共通のガス供給配管が接続されており、前記第1及び第2原料ガス供給室以外の少なくとも原子層堆積装置全体が減圧排気雰囲気下に保持されているように構成する。   In a preferred aspect of the gas barrier film manufacturing apparatus of the present invention, a common gas supply pipe is connected to each of the first and second source gas supply chambers provided on the outer periphery of the drum, At least the entire atomic layer deposition apparatus other than the first and second source gas supply chambers is held in a reduced pressure exhaust atmosphere.

この発明によれば、第1及び第2原料ガス供給室にはそれぞれ共通のガス供給配管が接続されているので、例えばそれぞれの原料ガス供給装置からそれぞれ一系統の配管で原料ガスを第1及び第2原料ガス供給室に送ることができ、装置構成を簡略化できる。また、第1及び第2原料ガス供給室以外の少なくとも原子層堆積装置全体が減圧排気雰囲気下に保持されているので、多数の緩衝室毎に排気用配管を設ける必要がなく、各緩衝室内に流入する第1及び第2原料ガスを、減圧排気雰囲気下に保持された原子層堆積装置外に排出することができ、装置構成を簡略化できる。   According to the present invention, since the common gas supply pipes are connected to the first and second source gas supply chambers, for example, the first and second source gases are supplied from the respective source gas supply apparatuses through one system of pipes. It can be sent to the second source gas supply chamber, and the device configuration can be simplified. In addition, since at least the entire atomic layer deposition apparatus other than the first and second source gas supply chambers is held in a reduced pressure exhaust atmosphere, there is no need to provide exhaust pipes for each of the buffer chambers. The inflowing first and second source gases can be discharged out of the atomic layer deposition apparatus held in a reduced pressure exhaust atmosphere, and the apparatus configuration can be simplified.

本発明のガスバリア膜の作製装置の好ましい態様は、前記第1原料ガス供給室、第2原料ガス供給室及び前記ドラムが、加熱手段で加熱されているように構成する。   In a preferred aspect of the gas barrier film manufacturing apparatus of the present invention, the first source gas supply chamber, the second source gas supply chamber, and the drum are configured to be heated by heating means.

この発明によれば、第1原料ガス供給室、第2原料ガス供給室及びドラムを加熱できるので、単原子層の形成に必要な反応温度を任意に付与できる。   According to the present invention, the first source gas supply chamber, the second source gas supply chamber, and the drum can be heated, so that the reaction temperature necessary for forming the monoatomic layer can be arbitrarily given.

本発明のガスバリア膜の作製装置の好ましい態様は、前記供給装置がロール巻き状の基材フィルムを供給する装置であり、前記収容装置が単原子層積層体が形成された後の基材フィルムを巻き取る装置であって、該供給装置による基材フィルムの供給動作と該収容装置による基材フィルムの巻き取り動作とが、一定時間毎に入れ替わるように構成する。   A preferred embodiment of the gas barrier film production apparatus of the present invention is an apparatus in which the supply device supplies a roll-shaped base film, and the storage device has the base film after the monoatomic layer stack is formed. It is a winding apparatus, Comprising: It comprises so that supply operation | movement of the base film by this supply apparatus and winding operation | movement of the base film by this accommodating apparatus may be replaced | exchanged for every fixed time.

この発明によれば、供給装置による基材フィルムの供給動作と、収容装置による基材フィルムの巻き取り動作とを、一定時間毎に入れ替えることができるので、例えば基材フィルムをロール・ツウ・ロールで原子層堆積装置を挟んで往復させることができる。こうした往復手段により、単原子層の形成を繰り返し行って所定の厚さのガスバリア膜を形成することができる。   According to this invention, since the supply operation of the base film by the supply device and the winding operation of the base film by the storage device can be switched at regular intervals, for example, the base film can be rolled, rolled, rolled Can be reciprocated across the atomic layer deposition apparatus. By such reciprocating means, a gas barrier film having a predetermined thickness can be formed by repeatedly forming a monoatomic layer.

上記課題を解決するための本発明のガスバリアフィルムは、上記本発明に係るガスバリア膜の作製方法によって長尺の基材フィルム上にガスバリア膜が形成されてなることを特徴とする。   The gas barrier film of the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that a gas barrier film is formed on a long base film by the method for producing a gas barrier film according to the present invention.

この発明によれば、避けることが難しい基材フィルムの凹凸や異物による欠陥等が存在した場合であっても、基材フィルムの凹凸や欠陥に沿って均一で緻密な単原子層積層体からなるガスバリア膜を従来よりも低コストで得たガスバリアフィルムとなる。   According to the present invention, even if there are unevenness of the base film and defects due to foreign matters that are difficult to avoid, it consists of a uniform and dense monoatomic layer laminate along the unevenness and defects of the base film. A gas barrier film is obtained by obtaining a gas barrier film at a lower cost than conventional ones.

本発明のガスバリアフィルムの好ましい態様は、前記ガスバリア膜が、Al、ZrO、及びHfOから選ばれるいずれかであるように構成する。 A preferred aspect of the gas barrier film of the present invention is configured such that the gas barrier film is any one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , and HfO 2 .

この発明によれば、低温成膜が可能な上記無機化合物からなるガスバリア膜が基材フィルム上に欠陥なく形成されているので、ガスバリア性に優れたガスバリアフィルムとなる。   According to this invention, since the gas barrier film made of the above inorganic compound capable of low-temperature film formation is formed on the base film without defects, the gas barrier film is excellent in gas barrier properties.

本発明のガスバリア膜の作製方法によれば、原子層堆積工程内に長尺の基材フィルムを連続して移動させることにより、基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製することができるので、生産性を大幅に向上させることができる。また、ガスの導入時間や排気時間を省くことができるので、従来の原子層堆積法により得られるガスバリア膜に比べ、大幅に生産性を向上させることができ、ガスバリア膜の成膜コストを著しく低減させることができる。   According to the method for producing a gas barrier film of the present invention, a long base film is continuously moved in an atomic layer deposition step, thereby forming a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method on the base film. Since a gas barrier film can be produced, productivity can be significantly improved. In addition, since gas introduction time and exhaust time can be saved, productivity can be greatly improved compared to gas barrier films obtained by conventional atomic layer deposition methods, and the gas barrier film deposition costs are significantly reduced. Can be made.

本発明のガスバリア膜の作製装置によれば、供給装置から供給された基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製することができるので、生産性を大幅に向上させることができる。特にこの発明に係る原子層堆積装置は、従来のような単一チャンバー内で成膜を行うバッチ式ではなく、基材フィルムを搬送するドラム表面に専用の処理室を連続して多数配置しているので、各処理室でのガスの導入時間や排気時間を省くことができ、その結果、得られるガスバリア膜の成膜コストを著しく低減させることができる。   According to the gas barrier film production apparatus of the present invention, a gas barrier film made of a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method can be produced on a base film supplied from a supply apparatus, so that productivity is greatly improved. Can be improved. In particular, the atomic layer deposition apparatus according to the present invention is not a batch type in which film formation is performed in a single chamber as in the prior art, but a large number of dedicated processing chambers are continuously arranged on the drum surface for transporting the substrate film. Therefore, the gas introduction time and the exhaust time in each processing chamber can be saved, and as a result, the film formation cost of the obtained gas barrier film can be significantly reduced.

本発明のガスバリアフィルムによれば、避けることが難しい基材フィルムの凹凸や異物による欠陥等が存在した場合であっても、基材フィルムの凹凸や欠陥に沿って均一で緻密な単原子層積層体からなるガスバリア膜を従来よりも低コストで得たガスバリアフィルムとして提供できる。   According to the gas barrier film of the present invention, uniform and dense monoatomic layer lamination along the unevenness and defects of the base film, even when the unevenness of the base film and defects due to foreign matters exist that are difficult to avoid A gas barrier film made of a body can be provided as a gas barrier film obtained at a lower cost than before.

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を超えない範囲において任意に変形して実施することができる。最初に、ガスバリア膜の作製装置について説明し、その後に、ガスバリア膜の作製方法とその方法で得られたガスバリアフィルムについて説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and may be arbitrarily modified within the scope of the present invention. can do. First, a gas barrier film manufacturing apparatus will be described, and then a gas barrier film manufacturing method and a gas barrier film obtained by the method will be described.

[ガスバリア膜の作製装置]
図1は、本発明のガスバリア膜の作製装置の一例を示す模式的な構成図であり、図2は、本発明に係る作製装置によって得られたガスバリア膜の一例を示す断面構成図である。本発明のガスバリア膜の作製装置10は、図1にその一例を示すように、長尺の基材フィルム2を連続して移動させながらその基材フィルム2上に原子層堆積法による単原子層1’の積層体(単原子層積層体ともいう。)からなるガスバリア膜1を作製する装置である。この装置50は、供給装置51と、収容装置52と、単原子層堆積装置53とを少なくとも有している。以下、各構成要素を説明する。
[Gas barrier film production equipment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a gas barrier film manufacturing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram illustrating an example of a gas barrier film obtained by the manufacturing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the gas barrier film production apparatus 10 of the present invention has a monoatomic layer formed by atomic layer deposition on the base film 2 while continuously moving the long base film 2. It is an apparatus for producing a gas barrier film 1 composed of a 1 ′ laminate (also referred to as a monoatomic layer laminate). The apparatus 50 includes at least a supply device 51, a storage device 52, and a monoatomic layer deposition device 53. Hereinafter, each component will be described.

(供給装置)
供給装置51は、長尺の基材フィルム2を供給する装置であり、例えば芯材12上に巻かれたロール状フィルム11を両側から回転可能に保持するクランプ部材(図示しない)等を有している。この供給装置51は、一定の速度で基材フィルム2を送り出すことができるように制御可能な駆動モータ(図示しない)を備えている。駆動モータによる送り出しの制御は、例えば、いずれかのガイドローラ54に設けられたロータリーエンコーダ(図示しない)の回転信号を受信して行うことができる。また、この供給装置51から送り出された基材フィルム2を単原子層堆積装置53に一定の張力下で安定して供給するために、供給装置51と単原子層堆積装置53との間の例えば符号56の領域に、張力調製のためのダンパー54を設けてもよい。
(Supply device)
The supply device 51 is a device for supplying a long base film 2 and has, for example, a clamp member (not shown) that holds the roll-shaped film 11 wound on the core material 12 rotatably from both sides. ing. The supply device 51 includes a drive motor (not shown) that can be controlled so that the base film 2 can be fed out at a constant speed. Sending control by the drive motor can be performed, for example, by receiving a rotation signal of a rotary encoder (not shown) provided on one of the guide rollers 54. Further, in order to stably supply the base film 2 sent out from the supply device 51 to the monoatomic layer deposition device 53 under a constant tension, for example, between the supply device 51 and the monoatomic layer deposition device 53 A damper 54 for tension adjustment may be provided in the area denoted by reference numeral 56.

(収容装置)
収容装置52は、基材フィルム2上にガスバリア膜1を作製したもの(フィルム2’ともいう。図2参照。)を収容する装置であり、通常、芯材14上にフィルム2’を巻き取る巻取装置を例示できるが、一定長さ毎にフィルム2’を折りたたむことができる折りたたみ装置(図示しない)であってもよい。なお、収容装置52が巻取装置である場合には、一定トルクを負荷した状態で巻き取ることができる装置等を例示できる。
(Container)
The storage device 52 is a device for storing the gas barrier film 1 produced on the base film 2 (also referred to as a film 2 ′, see FIG. 2), and usually winds the film 2 ′ on the core material 14. Although a winding apparatus can be illustrated, the folding apparatus (not shown) which can fold film 2 'for every fixed length may be sufficient. In addition, when the accommodating apparatus 52 is a winding apparatus, the apparatus etc. which can be wound up in the state which loaded the fixed torque can be illustrated.

(単原子層堆積装置)
単原子層堆積装置53は、供給装置51と収容装置52との間に設けられて、原子層堆積法によって単原子層1’(図2参照)を堆積するための装置である。この単原子層堆積装置53は、ドラム61上に、第1原料ガス供給室62と、第2原料ガス供給室63と、緩衝室64とを有する少なくとも3種の処理室を連続して多数配置してなるものである。
(Monoatomic layer deposition equipment)
The monoatomic layer deposition apparatus 53 is an apparatus for depositing the monoatomic layer 1 ′ (see FIG. 2) by an atomic layer deposition method, provided between the supply apparatus 51 and the accommodation apparatus 52. In the monoatomic layer deposition apparatus 53, a large number of at least three kinds of processing chambers having a first source gas supply chamber 62, a second source gas supply chamber 63, and a buffer chamber 64 are continuously arranged on a drum 61. It is made.

ここで、原子層堆積法について説明する。原子層堆積法は、原子層エピタキシー(ALE)法又は原子層デポジッション(ALD)法とも呼ばれている。例えば2種の原料ガスで単原子層1’の積層体からなるガスバリア膜1を原子層堆積法で形成する場合は、先ず、第1原料ガスを基材フィルム2上に導き、化学吸着により基材フィルム2上に第1原料ガスからなる分子層を形成させ、その後、第1原料ガスが存在しない雰囲気下で、基材フィルム2上に第2原料ガスを導き、基材フィルム2上の分子層との間で起こる化学反応により単原子層1’を形成し、さらにその後、第2原料ガスが存在しない雰囲気下で、その単原子層1’上に再び第1原料ガスと第2原料ガスを交互に導いて単原子層1’を順次積層して単原子層積層体からなるガスバリア膜1を形成する。この原子層堆積法は、反応が単原子層で止まるという特徴があるので、原料ガスが到達するところであれば、原料ガスの吸着による分子層の形成と、その分子層と他の原料ガスの反応による単原子層の形成との繰り返しにより、例えば凹凸や突起が不可避的に存在する基材フィルム上であっても、その凹凸や突起に沿って均一な単原子層を形成できる。   Here, the atomic layer deposition method will be described. The atomic layer deposition method is also called an atomic layer epitaxy (ALE) method or an atomic layer deposition (ALD) method. For example, in the case of forming the gas barrier film 1 composed of the monoatomic layer 1 ′ with the two source gases by the atomic layer deposition method, first, the first source gas is introduced onto the base film 2 and then the base material is formed by chemical adsorption. A molecular layer composed of the first source gas is formed on the material film 2, and then the second source gas is guided onto the base film 2 in an atmosphere in which the first source gas does not exist, A monoatomic layer 1 ′ is formed by a chemical reaction occurring between the first and second layers, and then the first source gas and the second source gas are again formed on the monoatomic layer 1 ′ in an atmosphere in which the second source gas does not exist. The gas barrier film 1 made of a monoatomic layer stack is formed by sequentially laminating the monoatomic layers 1 ′. This atomic layer deposition method is characterized in that the reaction stops at a monoatomic layer, so if the source gas reaches, the formation of a molecular layer by adsorption of the source gas and the reaction of the molecular layer with another source gas By repeating with the formation of the monoatomic layer by, for example, a uniform monoatomic layer can be formed along the irregularities and protrusions even on a base film on which irregularities and protrusions inevitably exist.

ドラム61は、基材フィルム2をその表面に接触させた状態で、基材フィルム2を一定速度で搬送するように回転する。通常、基材フィルム2の幅以上の幅をもつ円筒状のドラムが用いられる。ドラム61の直径は特に限定されず、ドラム61の外周上に設けられた処理室(62〜64)の長さや数、また、基材フィルム2の搬送速度等によって構造設計される。   The drum 61 rotates so as to convey the base film 2 at a constant speed while the base film 2 is in contact with the surface thereof. Usually, a cylindrical drum having a width equal to or larger than the width of the base film 2 is used. The diameter of the drum 61 is not particularly limited, and the structure is designed according to the length and number of processing chambers (62 to 64) provided on the outer periphery of the drum 61, the conveyance speed of the base film 2, and the like.

ドラム61には、基材フィルム2を加熱するための加熱手段が付加されていることが好ましい。ドラム61の加熱手段としては各種のものを挙げることができ、例えばドラム内部にチラー(冷却器)から排出される熱媒を通す経路を設け、その熱媒をドラム表面に熱伝達させる手段や、成膜ドラム上部(フィルムをだいていない部分)にIRランプを設けてドラム表面を加熱する手段や、成膜ドラム上部(フィルムをだいていない部分)にプラズマ加熱装置を設けてドラム表面を加熱する手段や、ヒーターをドラム61の内部に巻き付けたりする手段等を例示できる。こうした加熱手段によってドラム表面の温度を制御すれば、例えば原料ガスが基材フィルム2上に吸着し易くするための、基材フィルム2の活性化等を行うことができる。なお、そうした温度としては、基材フィルム2のガラス転移温度又は基材フィルム2の分解開始温度を超えない範囲でなるべく高温であることが好ましい。ただし、その温度が高温すぎると、基材フィルム2上から原料ガスの吸着分子が脱離したり基材フィルム2がダメージを受けてしまうので、そうした現象が起きない程度の温度を、基材フィルム2の種類と原料ガスの種類等に応じて適宜調整が必要である。基材フィルム2の温度の一例としては、例えば30℃〜300℃の範囲、好ましくは50℃〜250℃の範囲である。また、その温度が低すぎると、反応が起こらずに単原子層が形成されなかったり、原料が基材表面に凝集してしまったりすることがある。   It is preferable that a heating means for heating the base film 2 is added to the drum 61. Various heating means for the drum 61 can be mentioned, for example, a path through which the heat medium discharged from the chiller (cooler) is passed inside the drum, and means for transferring heat to the drum surface, A means for heating the drum surface by providing an IR lamp on the upper part of the film forming drum (the part not filmed) and a plasma heating device on the upper part of the film forming drum (the part not filmed) for heating the drum surface. Examples thereof include means for winding the heater around the drum 61, and the like. If the temperature of the drum surface is controlled by such heating means, for example, the base film 2 can be activated so that the source gas is easily adsorbed on the base film 2. In addition, as such temperature, it is preferable that it is as high as possible in the range which does not exceed the glass transition temperature of the base film 2, or the decomposition start temperature of the base film 2. However, if the temperature is too high, the adsorbed molecules of the source gas are desorbed from the base film 2 or the base film 2 is damaged. Therefore, the base film 2 is set at a temperature at which such a phenomenon does not occur. It is necessary to adjust appropriately according to the type of the gas and the type of the source gas. As an example of the temperature of the base film 2, it is the range of 30 to 300 degreeC, for example, Preferably it is the range of 50 to 250 degreeC. On the other hand, if the temperature is too low, a reaction may not occur and a monoatomic layer may not be formed, or raw materials may aggregate on the substrate surface.

第1原料ガス供給室62は、ドラム61の回転方向の外周上に設けられ、単原子層形成用の第1原料ガスを基材フィルム2上に供給する処理室である。また、第2原料ガス供給室63は、ドラム61の回転方向の外周上に設けられ、単原子層形成用の第2原料ガスを基材フィルム2上に供給する処理室である。また、緩衝室64は、ドラム61の回転方向の外周上に設けられ、かつ第1原料ガス供給室62と第2原料ガス供給室63との間に設けられた処理室であって、第1原料ガス供給室62内の第1原料ガス及び第2原料ガス供給室63内の第2原料ガスが各供給室内に混入するのを防ぐために設けられている。   The first source gas supply chamber 62 is a processing chamber that is provided on the outer periphery in the rotation direction of the drum 61 and supplies the first source gas for forming the monoatomic layer onto the base film 2. The second source gas supply chamber 63 is a processing chamber that is provided on the outer periphery in the rotation direction of the drum 61 and supplies the second source gas for forming the monoatomic layer onto the base film 2. The buffer chamber 64 is a processing chamber provided on the outer periphery in the rotation direction of the drum 61 and provided between the first source gas supply chamber 62 and the second source gas supply chamber 63. It is provided to prevent the first source gas in the source gas supply chamber 62 and the second source gas in the second source gas supply chamber 63 from entering each supply chamber.

これらの各処理室は、図1に示す例では、供給装置51側から、第1原料ガス供給室62、緩衝室64、第2原料ガス供給室63、緩衝室64、第1原料ガス供給室62、緩衝室64、第2原料ガス供給室63、…、第2原料ガス供給室63の順で、連続して多数配置されている。   In the example shown in FIG. 1, these processing chambers are arranged from the supply device 51 side from the first source gas supply chamber 62, the buffer chamber 64, the second source gas supply chamber 63, the buffer chamber 64, and the first source gas supply chamber. 62, buffer chamber 64, second source gas supply chamber 63,..., Second source gas supply chamber 63 are arranged in succession in this order.

なお、第1原料ガス供給室62、第2原料ガス供給室63及び緩衝室64のいずれも、そのドラム61側には、基材フィルム2が各処理室に入ることができるだけの隙間70が設けられている。この隙間70の寸法は、ドラム61表面に接触して搬送される基材フィルム2が各処理室に接触しない程度であれば特に限定されないが、例えば、ドラム61の表面から各処理室62,63,64の端部までの長さで表せば、1mm〜10mm程度とすることができる。   In each of the first source gas supply chamber 62, the second source gas supply chamber 63, and the buffer chamber 64, a gap 70 is provided on the drum 61 side so that the base film 2 can enter each processing chamber. It has been. The size of the gap 70 is not particularly limited as long as the base film 2 conveyed in contact with the surface of the drum 61 is not in contact with each processing chamber. , 64, it can be set to about 1 mm to 10 mm.

こうした単原子層堆積装置53において、例えばAlをガスバリア膜2として作製する場合、第1原料ガス供給室62には第1原料ガスとしてAl(CHガスを供給し、第2原料ガス供給室63には第2原料ガスとしてHOガスを供給する。そして、基材フィルム2が単原子層堆積装置53のドラム61上を搬送されると、第1原料ガス供給室62において、基材フィルム2上に存在するOH基と、供給されたAl(CHガスとが化学吸着してO−Al(CHとなり、緩衝室64を通過した後、第2原料ガス供給室63において、O−Al(CHとHOガスとが化学反応してO−Al−Oとなって単原子層1’が形成される。その後、こうした吸着・反応プロセスが繰り返されることによって、単原子層1’の積層体からなるガスバリア膜2が形成される。 In such a monoatomic layer deposition apparatus 53, for example, when Al 2 O 3 is produced as the gas barrier film 2, Al (CH 3 ) 3 gas is supplied as the first source gas to the first source gas supply chamber 62, and the second The source gas supply chamber 63 is supplied with H 2 O gas as the second source gas. Then, when the base film 2 is transported on the drum 61 of the monoatomic layer deposition apparatus 53, in the first source gas supply chamber 62, the OH groups present on the base film 2 and the supplied Al (CH 3 ) 3 gas is chemisorbed to become O—Al (CH 3 ) 3 , and after passing through the buffer chamber 64, the O—Al (CH 3 ) 3 and H 2 O gas are passed through the second source gas supply chamber 63. Chemically react with each other to form O-Al-O to form a monoatomic layer 1 '. After that, by repeating such adsorption / reaction process, the gas barrier film 2 composed of a laminate of the monoatomic layer 1 ′ is formed.

なお、上記の例では原料ガスを2種用いて単原子層積層体を形成しているが、例えば原料ガスを3種以上用いて単原子層積層体を形成する場合には、第3原料ガス供給室(図示しない)等を緩衝室64を前後に配した態様でドラム61上に設け、同様の化学吸着と化学反応の繰り返しによって単原子層積層体を形成することができる。   In the above example, the monoatomic layer stack is formed by using two kinds of source gases. For example, when forming the monoatomic layer stack by using three or more kinds of source gases, the third source gas is used. A supply chamber (not shown) or the like is provided on the drum 61 in such a manner that the buffer chambers 64 are arranged in the front and rear, and a monoatomic layer stack can be formed by repeating similar chemical adsorption and chemical reaction.

この単原子層堆積装置53において、第1原料ガス供給室62の処理長さをL1とし、第2原料ガス供給室63の処理長さをL2とし、緩衝室64の処理長さをL3とし、各処理室への原料ガスの供給圧が第1原料ガス及び第2原料ガスともに同じ圧力である場合、各処理長さの関係が、L3>L1≧L2であるように構成することが好ましい。   In this monoatomic layer deposition apparatus 53, the processing length of the first source gas supply chamber 62 is L1, the processing length of the second source gas supply chamber 63 is L2, and the processing length of the buffer chamber 64 is L3. When the supply pressure of the raw material gas to each processing chamber is the same pressure for both the first raw material gas and the second raw material gas, it is preferable that the relationship between the processing lengths is L3> L1 ≧ L2.

先ず、第1原料ガス供給室62の処理長さL1と、第2原料ガス供給室63の処理長さL2との関係について説明する。例えば上記のようなAlをガスバリア膜2として作製する場合、第1原料ガス供給室62に供給する第1原料ガスはAl(CHガスであり、第2原料ガス供給室63に供給する第2原料ガスはHOガスであることから、Al(CHガスの方がHOガスよりも分子量が大きく移動速度が遅い。通常、基材フィルム2の移動速度は一定であるので、ドラム61上に設けられた第1原料ガス供給室62の処理長さL1を第2原料ガス供給室63の処理長さL2以上(L1≧L2)、好ましくはその処理長さL2よりも長くする(L1>L2)。 First, the relationship between the processing length L1 of the first source gas supply chamber 62 and the processing length L2 of the second source gas supply chamber 63 will be described. For example, when producing Al 2 O 3 as described above as the gas barrier film 2, the first source gas supplied to the first source gas supply chamber 62 is Al (CH 3 ) 3 gas, and the second source gas supply chamber 63. Since the second source gas supplied to is H 2 O gas, Al (CH 3 ) 3 gas has a larger molecular weight and a slower moving speed than H 2 O gas. Usually, since the moving speed of the base film 2 is constant, the processing length L1 of the first source gas supply chamber 62 provided on the drum 61 is equal to or longer than the processing length L2 of the second source gas supply chamber 63 (L1). ≧ L2), preferably longer than the processing length L2 (L1> L2).

なお、第1原料ガスの供給圧P1と第2原料ガスの供給圧P2とが異なる場合、圧力を加味したときの処理長さL1,L2の関係は、[P1×L1]≧[P2×L2]、好ましくは[P1×L1]>[P2×L2]であるように構成することが好ましい。なお、各原料ガスの圧力は、通常、10Pa〜1000Pa程度である。   When the supply pressure P1 of the first source gas is different from the supply pressure P2 of the second source gas, the relationship between the processing lengths L1 and L2 when taking the pressure into consideration is [P1 × L1] ≧ [P2 × L2 ], Preferably [P1 × L1]> [P2 × L2]. In addition, the pressure of each raw material gas is about 10 Pa-1000 Pa normally.

次に、緩衝室64の処理長さL3も考慮した場合について説明する。図1の例では、少なくとも単原子層堆積装置53が減圧雰囲気に調整可能なチャンバー71内に入っており、そのチャンバー71内は減圧装置72によって減圧雰囲気72になっている。また、緩衝室64はドラム61の反対側に開口部69を有するので、その緩衝室64内もチャンバー71内と同様の減圧雰囲気になっている。こうした雰囲気下において、供給装置51から引き出された基材フィルム2が第1原料ガス供給室62に入ると、第1原料ガス供給室62内は第1原料ガスが充満しているため、その第1原料ガスの基材フィルム2上への吸着反応は即座に完了する。そのため、第1原料ガス供給室62の処理長さL1は短くてもよい。同様に、第1原料ガスを化学吸着した基材フィルム2が第2原料ガス供給室63に入ると、第2原料ガス供給室63内は第2原料ガスが充満しているため、その第2原料ガスの基材フィルム2上での化学反応も即座に完了する。そのため、第2原料ガス供給室63の処理長さL2も短くてもよい。   Next, a case where the processing length L3 of the buffer chamber 64 is also considered will be described. In the example of FIG. 1, at least the monoatomic layer deposition apparatus 53 is in a chamber 71 that can be adjusted to a reduced-pressure atmosphere, and the reduced-pressure atmosphere is set in the chamber 71 by the reduced-pressure apparatus 72. Further, since the buffer chamber 64 has an opening 69 on the opposite side of the drum 61, the buffer chamber 64 has a reduced pressure atmosphere similar to that in the chamber 71. Under such an atmosphere, when the base film 2 drawn out from the supply device 51 enters the first source gas supply chamber 62, the first source gas supply chamber 62 is filled with the first source gas. The adsorption reaction of one source gas on the base film 2 is completed immediately. Therefore, the processing length L1 of the first source gas supply chamber 62 may be short. Similarly, when the base material film 2 chemically adsorbed with the first source gas enters the second source gas supply chamber 63, the second source gas supply chamber 63 is filled with the second source gas. The chemical reaction of the source gas on the base film 2 is also completed immediately. Therefore, the processing length L2 of the second source gas supply chamber 63 may be short.

これに対して、緩衝室64は、両隣の2つの供給室62,63からの原料ガスが他の原料ガス供給室内に入り込んで反応しないように、その処理長さL3をより長くする必要がある。通常、原料ガスの化学吸着や化学反応は瞬時に完了するので、緩衝室63の処理長さL3は、各原料ガス供給室の処理長さL1,L2よりも長くなり、上記のように、L3>L1≧L2、好ましくはL3>L1>L2となる。なお、2つの原料ガスが混ざると、パーティクルが生じ、そのパーティクルが単原子層上に付着したり、後で剥れてピンホールとなることがある。   On the other hand, the buffer chamber 64 needs to have a longer processing length L3 so that the source gases from the two adjacent supply chambers 62 and 63 do not enter and react with the other source gas supply chambers. . Usually, since the chemical adsorption and chemical reaction of the raw material gas are completed instantaneously, the processing length L3 of the buffer chamber 63 is longer than the processing lengths L1 and L2 of the respective raw material gas supply chambers. > L1 ≧ L2, preferably L3> L1> L2. When the two source gases are mixed, particles are generated, and the particles may adhere on the monoatomic layer or peel off later to form pinholes.

このように、本発明のガスバリア膜の作製装置50においては、第1原料ガス供給室62と第2原料ガス供給室63との間に設けられた緩衝室64の処理長さL3が最も長いので、第1原料ガス供給室62内の原料ガスが第2原料ガス供給室63に混入したり、第2原料供給室内の原料ガスが第1原料ガス供給室62に混入したりするのを防ぐことができる。   Thus, in the gas barrier film manufacturing apparatus 50 of the present invention, the processing length L3 of the buffer chamber 64 provided between the first source gas supply chamber 62 and the second source gas supply chamber 63 is the longest. The raw material gas in the first raw material gas supply chamber 62 is prevented from being mixed into the second raw material gas supply chamber 63 and the raw material gas in the second raw material supply chamber 62 is prevented from being mixed into the first raw material gas supply chamber 62. Can do.

第1原料ガス供給室62と第2原料ガス供給室63に供給される原料ガスは、通常、常温で液体のものが多いため、加熱気化して供給する必要がある。図1の例では、第1原料ガス供給装置67と第2原料ガス供給装置68のそれぞれは、例えば液化原料が充填されたボンベとその液化原料を加熱気化する気化装置とを有するように構成されている。各原料ガス供給装置67,68から供給される原料ガスは、接触する部位の温度が低いと液化する可能性があるので、第1原料ガス配管65、第2原料ガス配管66、第1原料ガス供給室62、第2原料ガス供給室63、緩衝室64等、ガスが接触する部材を加熱しておくことが好ましい。   Since the source gas supplied to the first source gas supply chamber 62 and the second source gas supply chamber 63 is usually liquid at normal temperature, it is necessary to supply it by heating and vaporizing. In the example of FIG. 1, each of the first raw material gas supply device 67 and the second raw material gas supply device 68 is configured to have, for example, a cylinder filled with a liquefied raw material and a vaporizer that heats and vaporizes the liquefied raw material. ing. Since the source gas supplied from each source gas supply device 67, 68 may be liquefied if the temperature of the contacting part is low, the first source gas pipe 65, the second source gas pipe 66, the first source gas It is preferable to heat members such as the supply chamber 62, the second source gas supply chamber 63, and the buffer chamber 64 that are in contact with the gas.

こうした加熱手段は各種のものを挙げることができ、例えばリボンヒーターやシーズヒーター等を各ガス配管に巻きつけ、熱電対を設置して温度制御できるようにすること等を例示できる。こうした加熱手段によって、ガスが接触する部材の温度を制御できれば、原料ガスを安定した状態で供給することができる。なお、そうした温度は、原料ガスの種類等に応じて適宜設定されるが、例えば原料ガスが液化せず且つ基材フィルム上で化学吸着や化学反応し易い状態で供給できる温度であることが好ましく、具体的には、30℃〜300℃程度であることが好ましい。   Examples of such heating means include various means such as winding a ribbon heater or a sheathed heater around each gas pipe and installing a thermocouple so that the temperature can be controlled. If the temperature of the member in contact with the gas can be controlled by such heating means, the source gas can be supplied in a stable state. Such a temperature is appropriately set according to the type of the raw material gas and the like, but for example, it is preferably a temperature at which the raw material gas is not liquefied and can be supplied in a state where chemical adsorption or chemical reaction is easy on the base film. Specifically, the temperature is preferably about 30 ° C to 300 ° C.

各ガス配管の温度は、原料ガスの原材料を気化する温度よりも全て高くすることとする。また、気化装置側の配管の温度が成膜室側の配管の温度よりも高い方が好ましい。ただし、ガス配管の温度を原材料を気化する温度よりも大幅に高くすることは、原材料の分解を招く可能性があるため、避けることが望ましい。例えば、原料ガスの原材料の気化温度が150℃である場合、ガス配管の温度は200℃もあれば充分である。これは、ガス配管内の温度のバラツキや温度測定の誤差などを考慮したためである。   The temperatures of the gas pipes are all higher than the temperature at which the raw material gas is vaporized. Further, it is preferable that the temperature of the pipe on the vaporizer side is higher than the temperature of the pipe on the film forming chamber side. However, it is desirable to avoid making the temperature of the gas pipe significantly higher than the temperature at which the raw material is vaporized, because it may cause decomposition of the raw material. For example, when the vaporization temperature of the raw material of the raw material gas is 150 ° C., it is sufficient that the temperature of the gas pipe is 200 ° C. This is due to consideration of temperature variations in the gas piping, temperature measurement errors, and the like.

既述のように、ドラム61の外周上に設けられた多数の第1及び第2原料ガス供給室62,63には、それぞれ共通のガス供給配管65,66が接続されている。さらに、第1及び第2原料ガス供給室62,63以外の少なくとも原子層堆積装置53全体が減圧排気雰囲気下に保持されている。こうした構成により、例えばそれぞれの原料ガス供給装置67,68からそれぞれ一系統の配管65,66で原料ガスを供給室に送ることができ、装置構成を簡略化できる。また、第1及び第2原料ガス供給室62,63以外の少なくとも原子層堆積装置53全体が減圧排気雰囲気下に保持されているので、多数の緩衝室64毎に排気用配管を設ける必要がなく、各緩衝室64内に第1及び第2原料ガス供給室62,63から流入する第1及び第2原料ガスを、減圧排気雰囲気下に保持された原子層堆積装置外に排出することができ、装置構成を簡略化できる。   As described above, common gas supply pipes 65 and 66 are connected to the first and second source gas supply chambers 62 and 63 provided on the outer periphery of the drum 61, respectively. Further, at least the entire atomic layer deposition apparatus 53 other than the first and second source gas supply chambers 62 and 63 is held in a reduced pressure exhaust atmosphere. With such a configuration, for example, the source gas can be sent from the source gas supply devices 67 and 68 to the supply chamber through one line of piping 65 and 66, respectively, and the device configuration can be simplified. Further, since at least the entire atomic layer deposition apparatus 53 other than the first and second source gas supply chambers 62 and 63 is held in a reduced pressure exhaust atmosphere, there is no need to provide exhaust pipes for each of the many buffer chambers 64. The first and second source gases flowing into the buffer chambers 64 from the first and second source gas supply chambers 62 and 63 can be discharged out of the atomic layer deposition apparatus held in a reduced-pressure exhaust atmosphere. The apparatus configuration can be simplified.

なお、供給装置51がロール巻き状の基材フィルム2を供給する装置であり、収容装置52が単原子層積層体が形成された後のフィルム2’を巻き取る装置である場合に、その供給装置51による基材フィルム2の供給動作と、収容装置52によるフィルム2の巻き取り動作とが、一定時間毎に入れ替わるように構成してもよい。すなわち、供給装置51による基材フィルム2の供給動作が、一定時間経過後に、その供給装置51の駆動モータが反転して巻取装置となり、一方、収容装置52によるフィルム2’の巻き取り動作が、一定時間経過後に、その収容装置52の駆動モータが反転して供給装置となるように動作させる。こうすることで、例えば基材フィルム2をロール・ツウ・ロールで原子層堆積装置53を挟んで往復させることができ、その結果、単原子層1’の形成を繰り返し行って所定の厚さのガスバリア膜1を形成することができる。   The supply device 51 is a device that supplies the roll-shaped base film 2 and the storage device 52 is a device that winds up the film 2 ′ after the monoatomic layer stack is formed. You may comprise so that supply operation | movement of the base film 2 by the apparatus 51 and winding operation | movement of the film 2 by the accommodating apparatus 52 may be replaced | exchanged for every fixed time. That is, the supply operation of the base film 2 by the supply device 51 is reversed after a certain period of time, and the drive motor of the supply device 51 is reversed to become a winding device, while the winding operation of the film 2 ′ by the storage device 52 is performed. Then, after a certain time has elapsed, the drive motor of the storage device 52 is reversed so that the supply device is operated. In this way, for example, the base film 2 can be reciprocated between the atomic layer deposition apparatus 53 by roll-to-roll, and as a result, the formation of the monoatomic layer 1 ′ is repeatedly performed to obtain a predetermined thickness. The gas barrier film 1 can be formed.

ドラム61上に形成する処理室の数は特に限定されないが、単原子層1層あたりの厚さは、通常、0.1nm〜0.5nm程度であることから、例えば30nm程度の単原子層積層体を形成するためには、[第1原料ガス供給室62→緩衝室64→第2原料ガス供給室63]の1サイクルを、少なくとも60回から300回程実行する必要がある。一例として、第1原料ガス供給室62の処理長さL1を150mmとし、緩衝室64の処理長さL3を250mmとし、第2原料ガス供給室63の処理長さL2を150mmとし、上記のように、単原子層の厚さを0.1nmとすれば、30nm程度の単原子層積層体を形成するためには、全処理長さとして約240mが必要となる。そのため、原子層堆積装置53としては、直径約100mのドラム61を準備することが必要となり、現実的ではないので、ドラム61を順回転と逆回転を交互に行って実質的な処理長さが約240mとなるように回転させることが必要となる。   The number of processing chambers formed on the drum 61 is not particularly limited, but since the thickness per monoatomic layer is usually about 0.1 nm to 0.5 nm, for example, a monoatomic layer stack of about 30 nm is formed. In order to form a body, it is necessary to execute at least 60 to 300 times of one cycle of [first source gas supply chamber 62 → buffer chamber 64 → second source gas supply chamber 63]. As an example, the processing length L1 of the first source gas supply chamber 62 is 150 mm, the processing length L3 of the buffer chamber 64 is 250 mm, and the processing length L2 of the second source gas supply chamber 63 is 150 mm, as described above. Furthermore, if the thickness of the monoatomic layer is 0.1 nm, a total processing length of about 240 m is required to form a monoatomic layer stack of about 30 nm. For this reason, it is necessary for the atomic layer deposition apparatus 53 to prepare a drum 61 having a diameter of about 100 m, which is not practical. Therefore, the drum 61 is rotated forward and reverse alternately to reduce the substantial processing length. It is necessary to rotate it to about 240 m.

したがって、処理室の数は、単原子層あたりの厚さ、最終的な単原子層積層体の厚さ、各処理室の長さ(L1〜L3)等によって決定されるが、例えば、[第1原料ガス供給室62→緩衝室64→第2原料ガス供給室63]を1サイクルとする反応系であれば、各処理室合計で、のべ、240室以上1200室以下の原子層堆積装置53を例示できる。   Accordingly, the number of processing chambers is determined by the thickness per monoatomic layer, the thickness of the final monoatomic layer stack, the length of each processing chamber (L1 to L3), and the like. In the case of a reaction system in which one source gas supply chamber 62 → buffer chamber 64 → second source gas supply chamber 63] is one cycle, a total of 240 to 1200 atomic layer deposition apparatuses in total for each processing chamber 53 can be exemplified.

更にまた、本発明のガスバリア膜の作製装置10は、上記以外の構成を有していてもよい。例えば、プラズマにより反応を促進するため、ドラム61に高周波電力を印加して、各成膜室(第1原料ガス供給室62、緩衝室64、第2原料ガス供給室63)でプラズマを生成できる状態にしたり、また、特定の成膜室でのみプラズマを生成できるように電極を設置したりすることもできる。この場合において、プラズマの種類は特に限定なく、CCPプラズマ、ICPプラズマ、マイクロ波プラズマ、リモートプラズマ、等各種のプラズマを使用できる。   Furthermore, the gas barrier film manufacturing apparatus 10 of the present invention may have a configuration other than the above. For example, in order to accelerate the reaction by plasma, high frequency power is applied to the drum 61, and plasma can be generated in each film forming chamber (first source gas supply chamber 62, buffer chamber 64, second source gas supply chamber 63). In addition, an electrode can be installed so that plasma can be generated only in a specific film formation chamber. In this case, the type of plasma is not particularly limited, and various plasmas such as CCP plasma, ICP plasma, microwave plasma, and remote plasma can be used.

以上、本発明のガスバリア膜の作製装置10によれば、基材フィルム2の供給装置51とフィルム2’の収容装置52と単原子層堆積装置53とを少なくとも有するので、供給装置51から供給された基材フィルム2上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜1を作製することができる。特に原子層堆積装置53は、従来のような単一チャンバー内で成膜を行うバッチ式ではなく、基材フィルムを搬送するドラム表面に専用の処理室62〜64を連続して多数配置しているので、各処理室でのガスの導入時間や排気時間を省くことができ、生産性を大幅に向上させることができる。その結果、得られるガスバリア膜2の成膜コストを著しく低減させることができる。   As described above, according to the gas barrier film manufacturing apparatus 10 of the present invention, since it has at least the supply device 51 for the base film 2, the storage device 52 for the film 2 ′, and the monoatomic layer deposition device 53, it is supplied from the supply device 51. A gas barrier film 1 made of a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method can be produced on the base film 2. In particular, the atomic layer deposition apparatus 53 is not a batch type in which film formation is performed in a single chamber as in the prior art, but a large number of dedicated processing chambers 62 to 64 are continuously arranged on the drum surface for transporting the base film. Therefore, it is possible to save the gas introduction time and exhaust time in each processing chamber, and the productivity can be greatly improved. As a result, the deposition cost of the obtained gas barrier film 2 can be significantly reduced.

[ガスバリア膜の作製方法]
次に、ガスバリア膜の作製方法について説明する。本発明のガスバリア膜1の作製方法は、図1で例示したガスバリア膜の作製装置等によって行われるものであり、長尺の基材フィルム2を連続して移動させながらその基材フィルム2上に原子層堆積法によるガスバリア膜1を作製する方法である。この方法は、基材フィルム2の移動方向に、単原子層形成用の第1原料ガスを供給する第1原料ガス供給ステップと、単原子層形成用の第2原料ガスを供給する第2原料ガス供給ステップと、第1原料ガス及び第2原料ガスが混入するのを防ぐために第1原料ガス供給ステップと第2原料ガス供給ステップとの間に設けられた緩衝ステップとを有する少なくとも3種のステップを連続して多数配置してなる原子層堆積工程を有している。そして、その原子層堆積工程内に基材フィルム2を通過させることにより、単原子層1’の積層体からなるガスバリア膜1を基材フィルム2上に作製することができる。
[Production method of gas barrier film]
Next, a method for manufacturing a gas barrier film will be described. The method for producing the gas barrier film 1 of the present invention is performed by the gas barrier film production apparatus or the like illustrated in FIG. 1, and continuously moves the long base film 2 on the base film 2. This is a method for producing a gas barrier film 1 by an atomic layer deposition method. This method includes a first source gas supply step for supplying a first source gas for forming a monoatomic layer in a moving direction of the base film 2, and a second source for supplying a second source gas for forming a monoatomic layer. At least three kinds of gas supply steps and a buffer step provided between the first source gas supply step and the second source gas supply step in order to prevent the first source gas and the second source gas from being mixed. It has an atomic layer deposition process in which a large number of steps are continuously arranged. And the gas barrier film 1 which consists of a laminated body of monoatomic layer 1 'can be produced on the base film 2 by allowing the base film 2 to pass through in the atomic layer deposition process.

このガスバリア膜の作製方法については、上述したガスバリア膜の作製装置についての説明と重複する部分は省略して説明する。   This gas barrier film manufacturing method will be described by omitting the same parts as those described above for the gas barrier film manufacturing apparatus.

(基材フィルム)
基材フィルム2は、原子層堆積法により形成されたガスバリア膜1を保持し得る長尺のフィルムであれば特に制限はない。基材フィルムの具体的な構成材料としては、環状ポリオレフィン等の非晶質ポリオレフィン(APO)系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン2,6−ナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂、ポリサルホン(PS)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリアリレート(PAR)樹脂、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、三フッ化塩化エチレン(PFA)、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(FEP)、フッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニル(PVF)、パーフルオロ−パーフロロプロピレン−パーフロロビニルエーテル共重合体(EPA)等を挙げることができる。
(Base film)
The base film 2 is not particularly limited as long as it is a long film that can hold the gas barrier film 1 formed by the atomic layer deposition method. Specific constituent materials of the base film include amorphous polyolefin (APO) resin such as cyclic polyolefin, polyester resin such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene 2,6-naphthalate (PEN), polyimide (PI ) Resin, polyetherimide (PEI) resin, polysulfone (PS) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, polycarbonate (PC) resin, polyarylate (PAR) resin, ethylene- Ethylene tetrafluoride copolymer (ETFE), ethylene trifluoride chloride (PFA), ethylene tetrafluoride-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (FEP), vinylidene fluoride (PVDF), vinyl fluoride (PVF), Perfluoro-perfluoropropylene - it can be mentioned perfluoro vinyl ether copolymer (EPA) or the like.

また、基材フィルムの構成材料として、上記の樹脂以外にも、ラジカル反応性不飽和化合物を有するアクリレート化合物よりなる樹脂組成物や、上記アクリレート化合物とチオール基を有するメルカプト化合物よりなる樹脂組成物、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、メタクリレート等のオリゴマーを多官能アクリレートモノマーに溶解した樹脂組成物等の光硬化性樹脂、及びこれらの混合物等を用いることもできる。さらに、これらの樹脂の1種又は2種以上をラミネート、コーティング等の手段により積層させたものを基材フィルムとして用いることもできる。   Moreover, as a constituent material of the base film, in addition to the above resin, a resin composition composed of an acrylate compound having a radical reactive unsaturated compound, a resin composition composed of a mercapto compound having the above acrylate compound and a thiol group, Photocurable resins such as a resin composition in which an oligomer such as epoxy acrylate, urethane acrylate, polyester acrylate, polyether acrylate, or methacrylate is dissolved in a polyfunctional acrylate monomer, and a mixture thereof can also be used. Furthermore, what laminated | stacked 1 type, or 2 or more types of these resin by means, such as a lamination and a coating, can also be used as a base film.

上記の構成材料からなる基材フィルムの中でも、耐熱性を有する基材フィルムが特に好ましい。その理由は、ガスバリアフィルムを画像表示媒体に使用する場合、150℃以上の温度がガスバリアフィルムに加わる場合が多く、少なくともガラス転移温度が60℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは150℃以上であるような耐熱性を有する基材フィルムを用いることが好ましい。   Among the base films made of the above constituent materials, base films having heat resistance are particularly preferable. The reason is that when the gas barrier film is used for an image display medium, a temperature of 150 ° C. or higher is often applied to the gas barrier film, and at least the glass transition temperature is 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher. It is preferable to use a base film having heat resistance such as

基材フィルムの厚さは、3μm以上500μm以下、好ましくは12μm以上300μm以下程度であることが好ましい。この範囲内の厚さの基材フィルムは、フレキシブルであるとともに、ロール状に巻き取ることもできるので好ましい。   The thickness of the base film is preferably 3 μm or more and 500 μm or less, and preferably 12 μm or more and 300 μm or less. A base film having a thickness within this range is preferable because it is flexible and can be wound into a roll.

基材フィルムの長手方向の長さは特に限定されないが、この基材フィルムは長尺フィルムであるので、例えば10m以上の長尺フィルムが好ましく用いられる。なお、長さの上限は限定されず、例えば10km程度であってもよい。   Although the length of the base film in the longitudinal direction is not particularly limited, since the base film is a long film, for example, a long film of 10 m or more is preferably used. In addition, the upper limit of length is not limited, For example, about 10 km may be sufficient.

(原子層堆積工程)
原子層堆積工程は、上述した基材フィルム2上に原子層堆積法によるガスバリア膜1を形成する工程であり、具体的には、第1原料ガス供給ステップと、第2原料ガス供給ステップと、第1原料ガス及び第2原料ガスが混入するのを防ぐための緩衝ステップとを少なくとも有している。こうした少なくとも3種のステップは、基材フィルム2の移動方向に連続して多数配置されている。この原子層堆積工程内に基材フィルム2を通過させることにより、単原子層1’の積層体からなるガスバリア膜1を基材フィルム2上に作製することができる。なお、原子層堆積法については上述したのでここでの説明は省略する。
(Atomic layer deposition process)
The atomic layer deposition step is a step of forming the gas barrier film 1 by the atomic layer deposition method on the base film 2 described above, specifically, a first source gas supply step, a second source gas supply step, A buffer step for preventing the first source gas and the second source gas from being mixed. A large number of these at least three steps are continuously arranged in the moving direction of the base film 2. By passing the base film 2 through the atomic layer deposition step, the gas barrier film 1 composed of a laminate of the monoatomic layer 1 ′ can be produced on the base film 2. Since the atomic layer deposition method has been described above, the description thereof is omitted here.

第1原料ガス供給ステップは、単原子層形成用の第1原料ガスを供給するステップである。第1原料ガスとしては、原子層堆積法に適用できる各種の原料ガスを用いることができる。中でも、低温成膜可能なAl、ZrO、HfO、の原料ガスである、Al化合物ガス、Zr化合物ガス、Hf化合物ガス等から選ばれるいずれかの化合物ガスが好ましい。 The first source gas supply step is a step of supplying a first source gas for forming a monoatomic layer. As the first source gas, various source gases applicable to the atomic layer deposition method can be used. Among these, any compound gas selected from Al compound gas, Zr compound gas, Hf compound gas, and the like, which are source gases of Al 2 O 3 , ZrO 2 , and HfO 2 that can be formed at a low temperature is preferable.

詳しくは、Al化合物ガスとしては、トリメチルアルミニウム(TMA)ガス、トリエチルアルミニウム(TEA)ガス、ジメチルアルミニウム水素化物(DMAH)ガス等の有機金属化合物ガスや、塩化アルミニウムガス等の無機金属化合物ガスを挙げることができる。また、Zr化合物ガスとしては、Zr(OtBu)ガス、テトラt−ブトキシジルコニウムZr(Ot−C等の有機金属化合物ガスや、塩化ジルコニウムガス等の無機金属化合物ガスを挙げることができる。また、Hf化合物ガスとしては、Hf(OtBu)ガス、Hf(NMeガス、テトラt−ブトキシハフニウムHf(Ot−C等の有機金属化合物ガスや、四塩化ハフニウム等の無機金属化合物ガスを挙げることができる。 Specifically, examples of the Al compound gas include organometallic compound gases such as trimethylaluminum (TMA) gas, triethylaluminum (TEA) gas, dimethylaluminum hydride (DMAH) gas, and inorganic metal compound gases such as aluminum chloride gas. be able to. Examples of the Zr compound gas include organic metal compound gases such as Zr (OtBu) 4 gas and tetra-t-butoxyzirconium Zr (Ot—C 4 H 9 ) 4 , and inorganic metal compound gases such as zirconium chloride gas. Can do. As the Hf compound gas, organometallic compound gas such as Hf (OtBu) 4 gas, Hf (NMe 2 ) 4 gas, tetra t-butoxyhafnium Hf (Ot—C 4 H 9 ) 4 , hafnium tetrachloride, etc. Inorganic metal compound gas can be mentioned.

第2原料ガス供給ステップは、単原子層形成用の第2原料ガスを供給するステップである。第2原料ガスとしては、例えば上述した低温成膜可能なAl、ZrO、HfO等を成膜する場合には、水蒸気含有ガス、酸素含有ガス及びオゾン含有ガスから選ばれるいずれかのガスが好ましく用いられる。 The second source gas supply step is a step of supplying a second source gas for forming a monoatomic layer. As the second source gas, for example, when forming the above-described low-temperature filmable Al 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 or the like, any one selected from a water vapor-containing gas, an oxygen-containing gas, and an ozone-containing gas is used. These gases are preferably used.

なお、第1原料ガスと第2原料ガスの供給方法は、例えば図1で例示したように、第1原料ガスについては、第1原料ガス供給装置67から第1原料ガス配管65を経て各第1原料ガス供給室62に供給し、第2原料ガスについては、第2原料ガス供給装置68から第2原料ガス配管66を経て各第2原料ガス供給室63に供給する方法等を例示できる   Note that the first source gas and the second source gas are supplied from the first source gas supply device 67 through the first source gas pipe 65, as illustrated in FIG. For example, a method of supplying the first raw material gas supply chamber 62 to the second raw material gas supply chamber 63 from the second raw material gas supply device 68 through the second raw material gas pipe 66 can be exemplified.

緩衝ステップは、第1原料ガスが第2原料ガス供給ステップに混入したり、第2原料ガスが第1原料ガス供給ステップに混入したりするのを防ぐために、第1原料ガス供給ステップと第2原料ガス供給ステップとの間に設けられたステップである。この緩衝ステップは、減圧排気雰囲気下に基材フィルム2を導くものであり、その結果、基材フィルム2に付着した余分の原料ガスを減圧排気雰囲気下で除去するように作用する。   In order to prevent the first source gas from being mixed into the second source gas supply step and the second source gas from being mixed into the first source gas supply step, the buffering step includes the first source gas supply step and the second source gas supply step. It is a step provided between the source gas supply step. This buffering step leads the base film 2 to a reduced pressure exhaust atmosphere, and as a result, acts to remove excess source gas adhering to the base film 2 under a reduced pressure exhaust atmosphere.

これらの各ステップについて、図1の例で具体的に示せば、第1原料ガス供給ステップ→緩衝ステップ→第2原料ガス供給ステップ→緩衝ステップ→第1原料ガス供給ステップ→緩衝ステップ→……→緩衝ステップ→第2原料ガス供給ステップ、の順で連続して多数配置されている。なお、単原子層1’が形成される1サイクルは、「第1原料ガス供給ステップ→緩衝ステップ→第2原料ガス供給ステップ」であり、緩衝ステップを挟んで順次連続するように構成される。   If these steps are specifically shown in the example of FIG. 1, the first source gas supply step → buffer step → second source gas supply step → buffer step → first source gas supply step → buffer step → …… → A large number are successively arranged in the order of buffer step → second source gas supply step. Note that one cycle in which the monoatomic layer 1 ′ is formed is “first source gas supply step → buffer step → second source gas supply step”, and is configured to be sequentially continued with the buffer step interposed therebetween.

こうした単原子層堆積工程により、単原子層1’が1サイクル毎に形成され、そのサイクルを基材フィルム2の移動方向に多数配置することによって単原子層1’の積層体を形成することができる。第1原料ガスと第2原料ガスとを上記の原料ガスから選択することにより、例えば低温成膜可能なAl、ZrO、及びHfOから選ばれるいずれかのガスバリア膜1を作製できる。 By such a monoatomic layer deposition step, a monoatomic layer 1 ′ is formed every cycle, and by arranging a large number of the cycles in the moving direction of the base film 2, a monoatomic layer 1 ′ stack can be formed. it can. By selecting the first source gas and the second source gas from the above source gases, for example, any gas barrier film 1 selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , and HfO 2 that can be formed at a low temperature can be produced. .

なお、上記においては、第1原料ガス供給ステップと第2原料ガス供給ステップと緩衝ステップの3つのステップを挙げたが、この単原子層堆積工程は、この3つのステップに限定されず、その原子層の組成により、第3原料ガス供給ステップを緩衝ステップを介して有していてもよいし、さらに第4原料ガス供給ステップを緩衝ステップを介して有していてもよい。   In the above, the three steps of the first source gas supply step, the second source gas supply step, and the buffer step have been described. However, this monoatomic layer deposition step is not limited to these three steps, Depending on the composition of the layer, the third source gas supply step may be provided via a buffer step, and further the fourth source gas supply step may be provided via a buffer step.

この単原子層堆積工程において、第1原料ガス供給ステップでの処理時間をT1とし、第2原料ガス供給ステップの処理時間をT2とし、緩衝ステップの処理時間をT3とし、各処理ステップへの原料ガスの供給圧が第1原料ガス及び第2原料ガスともに同じ圧力である場合、各処理時間の関係が、T3>T1≧T2、好ましくはT3>T1>T2であるように構成することが好ましい。   In this monoatomic layer deposition process, the processing time in the first source gas supply step is T1, the processing time in the second source gas supply step is T2, the processing time in the buffer step is T3, and the raw material to each processing step When the gas supply pressure is the same for both the first source gas and the second source gas, it is preferable that the relationship between the processing times is T3> T1 ≧ T2, preferably T3> T1> T2. .

詳しくは、上記のガスバリア膜の作製装置50のところで説明したのと同様であり、「処理長さL」を「処理時間T」に読み替え、「供給室」と「緩衝室」を「供給ステップ」と「緩衝ステップ」にそれぞれ読み替えると、上記同様に説明することができるので、ここでは簡単に説明する。   Specifically, it is the same as that described in the gas barrier film manufacturing apparatus 50 described above, “processing length L” is read as “processing time T”, and “supply chamber” and “buffer chamber” are “supply step”. And “buffer step” can be described in the same manner as described above, and will be briefly described here.

第1原料ガス供給ステップの処理時間T1と、第2原料ガス供給ステップの処理時間T2との関係について、第1原料ガスの供給圧P1と第2原料ガスの供給圧P2とが同じ場合は、第1原料ガス供給ステップの処理時間T1を第2原料ガス供給ステップの処理時間T2以上(T1≧T2)、好ましくはその処理時間T2よりも長くする(T1>T2)。なお、第1原料ガスの供給圧P1と第2原料ガスの供給圧P2とが異なる場合は、圧力を加味したときの処理時間T1,T2の関係は、[P1×T1]≧[P2×T2]、好ましくは[P1×T1]>[P2×T2]であるように構成する。   Regarding the relationship between the processing time T1 of the first source gas supply step and the processing time T2 of the second source gas supply step, when the supply pressure P1 of the first source gas and the supply pressure P2 of the second source gas are the same, The processing time T1 of the first source gas supply step is longer than the processing time T2 of the second source gas supply step (T1 ≧ T2), preferably longer than the processing time T2 (T1> T2). When the supply pressure P1 of the first source gas and the supply pressure P2 of the second source gas are different, the relationship between the processing times T1 and T2 when the pressure is taken into consideration is [P1 × T1] ≧ [P2 × T2 ], Preferably [P1 × T1]> [P2 × T2].

次に、緩衝ステップの処理時間T3も考慮した場合について説明する。第1原料ガスの基材フィルム2上への吸着反応が即座に完了し、また、第2原料ガスの基材フィルム2上での化学反応も即座に完了するので、第1原料ガス供給ステップの処理時間T1と第2原料ガス供給ステップの処理時間T2は短くてもよい。これに対して、緩衝ステップは、両隣の2つの供給ステップからの原料ガスが他の原料ガス供給ステップ内に入り込んで反応しないように、その処理時間T3をより長くする必要がある。そのため、上記のように、T3>T1≧T2、好ましくはT3>T1>T2となる。   Next, a case where the buffer step processing time T3 is also considered will be described. Since the adsorption reaction of the first source gas on the base film 2 is completed immediately and the chemical reaction of the second source gas on the base film 2 is also completed immediately, the first source gas supply step The processing time T1 and the processing time T2 of the second source gas supply step may be short. On the other hand, the buffering step needs to have a longer processing time T3 so that the raw material gases from the two adjacent supply steps enter the other raw material gas supply steps and do not react. Therefore, as described above, T3> T1 ≧ T2, preferably T3> T1> T2.

以上の処理ステップの数は特に限定されないが、上記の原子層堆積装置53での説明同様、単原子層1層あたりの厚さは、通常、0.1nm〜0.5nm程度であることから、例えば30nm程度の単原子層積層体を形成するためには、[第1原料ガス供給ステップ→緩衝ステップ→第2原料ガス供給ステップ]の1サイクルを、少なくとも60回から300回程実行する必要がある。一例として、第1原料ガス供給ステップの処理時間T1を3秒とし、緩衝ステップの処理時間T3を5秒とし、第2原料ガス供給ステップの処理時間T2を3秒とし、単原子層の厚さを0.1nmとすれば、30nm程度の単原子層積層体を形成するためには、原子層堆積工程としては、全処理時間さとして約80分が必要となる。   Although the number of the above processing steps is not particularly limited, the thickness per monoatomic layer is usually about 0.1 nm to 0.5 nm, as described in the atomic layer deposition apparatus 53 above. For example, in order to form a monoatomic layer stack of about 30 nm, it is necessary to execute at least 60 to 300 times of one cycle of [first source gas supply step → buffer step → second source gas supply step]. . As an example, the processing time T1 of the first source gas supply step is 3 seconds, the processing time T3 of the buffer step is 5 seconds, the processing time T2 of the second source gas supply step is 3 seconds, and the thickness of the monoatomic layer If the thickness is 0.1 nm, in order to form a monoatomic layer stack having a thickness of about 30 nm, the atomic layer deposition process requires about 80 minutes as the total processing time.

したがって、処理ステップの数は、単原子層あたりの厚さ、最終的な単原子層積層体の厚さ、各処理ステップの処理時間(T1〜T3)等によって決定されるが、例えば、[第1原料ガス供給ステップ→緩衝ステップ→第2原料ガス供給ステップ]を1サイクルとする反応系であれば、各処理ステップ合計で、のべ、240ステップ以上1200ステップ以下の原子層堆積工程を例示できる。   Accordingly, the number of processing steps is determined by the thickness per monoatomic layer, the final thickness of the monoatomic layer stack, the processing time (T1 to T3) of each processing step, and the like, for example, In the case of a reaction system in which one source gas supply step → buffer step → second source gas supply step] is one cycle, an atomic layer deposition step of 240 steps or more and 1200 steps or less can be exemplified in total for each processing step. .

以上、本発明のガスバリア膜の作製方法によれば、原子層堆積工程内に長尺の基材フィルムを連続して移動させることにより、基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製することができるので、生産性を大幅に向上させることができる。また、ガスの導入時間や排気時間を省くことができるので、従来の原子層堆積法により得られるガスバリア膜に比べ、大幅に生産性を向上させることができ、ガスバリア膜の成膜コストを著しく低減させることができる。   As described above, according to the method for producing a gas barrier film of the present invention, a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method is formed on a base film by continuously moving a long base film in the atomic layer deposition step. Since the gas barrier film made of can be produced, productivity can be greatly improved. In addition, since gas introduction time and exhaust time can be saved, productivity can be greatly improved compared to gas barrier films obtained by conventional atomic layer deposition methods, and the gas barrier film deposition costs are significantly reduced. Can be made.

[ガスバリアフィルム]
次に、本発明のガスバリアフィルムについて説明する。本発明のガスバリアフィルムは、上記本発明に係るガスバリア膜の作製方法又は上記本発明に係るガスバリア膜の作製装置によって作製されてなるものであり、図2に示すように、基材フィルム2上に単原子層1’の積層体からなるガスバリア膜1が設けられている。このガスバリアフィルム3を構成するガスバリア膜1と基材フィルム2については既述の通りであるので、ここではその説明を省略する。
[Gas barrier film]
Next, the gas barrier film of the present invention will be described. The gas barrier film of the present invention is produced by the gas barrier film production method according to the present invention or the gas barrier film production apparatus according to the present invention. As shown in FIG. A gas barrier film 1 made of a laminate of a monoatomic layer 1 ′ is provided. Since the gas barrier film 1 and the base film 2 constituting the gas barrier film 3 are as described above, the description thereof is omitted here.

得られたガスバリアフィルム3は、緻密で均一な単原子層1’の積層体をガスバリア膜1として基材フィルム2上に有するので、避けることが難しい基材フィルム2の凹凸や異物による欠陥等が存在した場合であっても、基材フィルム2の凹凸や欠陥に沿って均一で緻密な単原子層積層体からなるガスバリア膜1を従来よりも効率的に低コストで得たガスバリアフィルムとなる。   The obtained gas barrier film 3 has a dense and uniform laminate of the monoatomic layer 1 ′ as the gas barrier film 1 on the base film 2, so that the base film 2 is difficult to avoid. Even if it exists, the gas barrier film 1 made of a uniform and dense monoatomic layer laminate along the irregularities and defects of the base film 2 is obtained more efficiently and at a lower cost than before.

本発明のガスバリアフィルム3には、ガスバリア膜1上に保護膜(図示しない)が設けられていても良いし、基材フィルム2の反対面に他の方法で成膜されたガスバリア膜(図示しない)が形成されていてもよい。なお、そうした保護膜や他の方法で成膜されてなるガスバリア膜は、従来公知の種々の形態で形成できる。例えば、保護膜としては、その表面が平滑で、耐酸性をもつものやガスバリア性を有するも等を例示できるが特に限定されない。保護膜は、無機化合物をスパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法等により形成でき、また、有機化合物を塗布法や蒸着法等により形成できる。また、他の方法で成膜されてなるガスバリア膜は、ガスバリア性を有することが知られている無機化合物をスパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法等により形成できる。また、ガスバリア性を有することが知られている有機化合物を塗布法等により形成できる。   In the gas barrier film 3 of the present invention, a protective film (not shown) may be provided on the gas barrier film 1, or a gas barrier film (not shown) formed by another method on the opposite surface of the base film 2. ) May be formed. Such a protective film and a gas barrier film formed by other methods can be formed in various conventionally known forms. For example, examples of the protective film include those having a smooth surface and acid resistance, and those having gas barrier properties, but are not particularly limited. The protective film can be formed of an inorganic compound by a sputtering method, an ion plating method, a CVD method, or the like, and an organic compound can be formed by a coating method, a vapor deposition method, or the like. In addition, a gas barrier film formed by another method can be formed by sputtering, ion plating, CVD, or the like using an inorganic compound known to have gas barrier properties. Further, an organic compound known to have gas barrier properties can be formed by a coating method or the like.

また、基材フィルム2とガスバリア膜1との間に、ガスバリア膜1の成膜を妨げず且つ両者の密着性の向上を目的としたアンカーコート層が形成されていてもよい。アンカーコート層用の材料としては、アクリル等の樹脂を挙げることができ、さらに必要に応じて添加剤を加えてもよい。通常、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、スプレーコート等の公知の方法により塗布し乾燥して形成される。   In addition, an anchor coat layer may be formed between the base film 2 and the gas barrier film 1 for preventing the gas barrier film 1 from being formed and improving the adhesion between them. Examples of the material for the anchor coat layer include resins such as acrylic, and an additive may be added as necessary. Usually, it is formed by applying and drying by a known method such as roll coating, gravure coating, knife coating, dip coating or spray coating.

本発明のガスバリアフィルム3は、避けることが難しい基材フィルム2の凹凸や異物による欠陥等が存在した場合であっても、基材フィルム2の凹凸や欠陥に沿って均一で緻密な単原子層積層体からなるガスバリア膜1が形成されているので、その酸素透過率や水蒸気透過率を好ましい水準とすることができ、少なくとも酸素透過率が1cc/m/day・atm以下で水蒸気透過率が1g/m/day以下であり、好ましくは酸素透過率が0.1cc/m/day・atm以下で水蒸気透過率が0.1g/m/day以下の極めて優れたガスバリア性を発現する。 The gas barrier film 3 of the present invention is a uniform and dense monoatomic layer along the unevenness and defects of the base film 2 even when the unevenness of the base film 2 and defects due to foreign matters exist that are difficult to avoid. Since the gas barrier film 1 made of a laminate is formed, the oxygen transmission rate and water vapor transmission rate can be set to preferable levels, and at least the oxygen transmission rate is 1 cc / m 2 / day · atm or less and the water vapor transmission rate is low. 1 g / m 2 / day or less, preferably an oxygen permeability of 0.1 cc / m 2 / day · atm or less and a water vapor transmission rate of 0.1 g / m 2 / day or less to exhibit extremely excellent gas barrier properties .

こうしたガスバリア性を有する本発明のガスバリアフィルムは、各種の用途に適用可能であり、例えば、液晶表示パネル用、有機EL表示パネル用、太陽電池用、電子デバイス等のパッケージ材料用、食品や医薬品等の包装材料用等に利用可能である。   The gas barrier film of the present invention having such a gas barrier property can be applied to various uses, for example, for liquid crystal display panels, organic EL display panels, solar cells, packaging materials such as electronic devices, foods and pharmaceuticals, etc. It can be used for packaging materials.

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。   Next, an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail.

(実施例1)
図1に示すガスバリア膜の作製装置50を用いて、Al膜をガスバリア膜として有するガスバリアフィルムを作製した。先ず、厚さ100μmで幅30cmで長さ1kmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムのロール巻きを基材フィルム2として供給装置51に装着した。次に、基材フィルム2の先端を、原子層堆積装置53のドラム61表面に接触させた状態で回転させながら引き出し、巻き取り機能を有する収容装置52の芯材14に固定して巻き取りを開始し、基材フィルム2を20m/分の一定速度で回転させながら搬送を開始した。その状態で、原子層堆積法による単原子層積層体を基材フィルム2上に作製した。なお、基材フィルム2の温度が80℃になるように、ドラム61をチラー(冷却器)から排出される熱媒を用いて加熱制御した。
Example 1
A gas barrier film having an Al 2 O 3 film as a gas barrier film was manufactured using the gas barrier film manufacturing apparatus 50 shown in FIG. First, a roll of a polyethylene naphthalate (PEN) film having a thickness of 100 μm, a width of 30 cm, and a length of 1 km was attached to the supply device 51 as a base film 2. Next, the tip of the base film 2 is pulled out while being rotated in contact with the surface of the drum 61 of the atomic layer deposition device 53, and fixed to the core material 14 of the storage device 52 having a winding function to wind up. The conveyance was started while rotating the base film 2 at a constant speed of 20 m / min. In that state, a monoatomic layer laminate was prepared on the base film 2 by an atomic layer deposition method. The drum 61 was heated and controlled using a heat medium discharged from a chiller (cooler) so that the temperature of the base film 2 was 80 ° C.

単原子層積層体を形成する原子層堆積装置53は、直径1mのドラム61上に、供給側から、第1原料ガス供給室62→緩衝室64→第2原料ガス供給室63→緩衝室64→第1原料ガス供給室62→緩衝室64→第2原料ガス供給室63→緩衝室64→第1原料ガス供給室62→緩衝室64→第2原料ガス供給室63、の順で計11室設けられた装置であり、単原子層1’を形成する1サイクルが3サイクル設けられた装置である。このとき、第1原料ガス供給室62の処理長さL1は15cm(前記20m/分の搬送速度では、処理時間T1は0.45秒である。)で、第2原料ガス供給室63の処理長さL2は15cm(前記20m/分の搬送速度では、処理時間T2は0.45秒である。)で、緩衝室64の処理長さL3は25cm(前記20m/分の搬送速度では、処理時間T3は0.75秒である。)である。   The atomic layer deposition apparatus 53 for forming the monoatomic layer stack is arranged on the drum 61 having a diameter of 1 m from the supply side, from the first source gas supply chamber 62 → the buffer chamber 64 → the second source gas supply chamber 63 → the buffer chamber 64. → 11 first source gas supply chamber 62 → buffer chamber 64 → second source gas supply chamber 63 → buffer chamber 64 → first source gas supply chamber 62 → buffer chamber 64 → second source gas supply chamber 63 It is an apparatus provided with a chamber, and is an apparatus provided with three cycles of one cycle for forming the monoatomic layer 1 ′. At this time, the processing length L1 of the first source gas supply chamber 62 is 15 cm (the processing time T1 is 0.45 seconds at the transfer speed of 20 m / min), and the processing of the second source gas supply chamber 63 is performed. The length L2 is 15 cm (the processing time T2 is 0.45 seconds at the transfer speed of 20 m / min), and the processing length L3 of the buffer chamber 64 is 25 cm (the transfer speed is 20 m / min at the transfer speed of 20 m / min. Time T3 is 0.75 seconds).

第1原料ガスとして圧力10PaのAl(CHガスを、第1原料ガス供給装置67から第1原料ガス配管を経由して各第1原料ガス供給室62に供給し、第2原料ガスとして圧力10PaのHOガスを、第2原料ガス供給装置68から第2原料ガス配管を経由して第2原料ガス供給室63に供給した。また、装置50内の全体を減圧装置73によって0.01Paの減圧排気雰囲気にして、緩衝室64内に流入した第1原料ガスと第2原料ガスを、それぞれ他の原料ガス供給室内に混入しないように排気した。 Al (CH 3 ) 3 gas having a pressure of 10 Pa as the first source gas is supplied from the first source gas supply device 67 to each first source gas supply chamber 62 via the first source gas pipe, and the second source gas is supplied. H 2 O gas having a pressure of 10 Pa was supplied from the second source gas supply device 68 to the second source gas supply chamber 63 via the second source gas pipe. Further, the entire apparatus 50 is reduced to 0.01 Pa by the decompression device 73 so that the first source gas and the second source gas flowing into the buffer chamber 64 are not mixed into the other source gas supply chambers. Was exhausted.

こうした装置50において、幅0.3m、長さ100mのフィルム上への1回通しの成膜時間は5分であり、その際に3層(約0.3nm)成膜される。20nm成膜するには67回フィルムを通す必要があり、その際の成膜時間は5.6時間となる。単位面積当りの成膜時間は0.19時間/mとなる。 In such an apparatus 50, the film formation time for one pass on a film having a width of 0.3 m and a length of 100 m is 5 minutes, and three layers (about 0.3 nm) are formed at that time. In order to form a film with a thickness of 20 nm, it is necessary to pass the film 67 times, and the film formation time at that time is 5.6 hours. The film formation time per unit area is 0.19 hours / m 2 .

こうして、基材フィルム2上に単原子層積層体であるAl膜が形成された、実施例1のガスバリアフィルム3を得た。このガスバリアフィルム3は、酸素透過率が0.1cc/m/dayであり、水蒸気透過率が0.1g/m/dayであった。なお、酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置(MOCON社製 OX−TRAN 2/20)を用い、温度23℃、ドライ(0%RH)の条件で測定した。なお、測定はバックグラウンドを除去する測定方式“インディビジュアルゼロあり”で行った。一方、水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置(MOCON社製 PERMATRAN−W 3/31)を用い、温度37.8℃、湿度100%RHの条件で測定した。 Thus, the gas barrier film 3 of Example 1 in which the Al 2 O 3 film, which is a monoatomic layer laminate, was formed on the base film 2 was obtained. This gas barrier film 3 had an oxygen transmission rate of 0.1 cc / m 2 / day and a water vapor transmission rate of 0.1 g / m 2 / day. The oxygen permeability was measured using an oxygen gas permeability measuring device (OX-TRAN 2/20 manufactured by MOCON) under the conditions of a temperature of 23 ° C. and dry (0% RH). In addition, the measurement was performed by the measurement method “with independent zero” that removes the background. On the other hand, the water vapor transmission rate was measured using a water vapor transmission rate measuring device (PERMATRAN-W 3/31 manufactured by MOCON) under conditions of a temperature of 37.8 ° C. and a humidity of 100% RH.

(比較例1)
バッチ式の原子層堆積装置を用いて、Al膜をガスバリア膜として有するガスバリアフィルムを作製した。厚さ100μmで縦幅30cm×横幅30cmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムを基材フィルムとして準備し、約40cm×40cm角の成膜チャンバー内に設置した。なお、基材フィルムの温度が80℃となるように温度調製した。
(Comparative Example 1)
A gas barrier film having an Al 2 O 3 film as a gas barrier film was produced using a batch-type atomic layer deposition apparatus. A polyethylene naphthalate (PEN) film having a thickness of 100 μm and a length of 30 cm × width of 30 cm was prepared as a base film and placed in a film formation chamber of about 40 cm × 40 cm square. The temperature was adjusted so that the temperature of the base film was 80 ° C.

単原子層積層体の形成は、先ず、第1原料ガスとしてAl(CHガスを第1原料ガス供給装置から専用配管を介してそのチャンバー内に充填し、基材フィルム上にAl(CHガスを化学吸着させた。次に、チャンバー内のAl(CHガスを排気装置によって専用配管から排気した。次に、第2原料ガスとしHOガスを第2原料ガス供給装置から専用配管を介してそのチャンバー内に充填し、基材フィルム上に吸着したAl(CHと化学反応させて単原子層のAl膜を成膜した。次に、チャンバー内のHOガスを排気装置によって専用配管から排気した。その後、Al(CHガスの充填→Al(CHガスの排気→HOガスの充填→HOガスの排気、を繰り返し、単原子層積層体としてのAl膜を形成した。なお、各ガス切替時間は、ガスの導入を2秒とし、ガスの排気を2秒とした。また、単位面積当りの成膜時間は約1.9時間/mであり、成膜時間を約10分とした。 In the formation of the monoatomic layer stack, first, Al (CH 3 ) 3 gas is filled as a first source gas into the chamber from the first source gas supply device via a dedicated pipe, and Al (CH) is formed on the base film. CH 3 ) 3 gas was chemisorbed. Next, Al (CH 3 ) 3 gas in the chamber was exhausted from the dedicated pipe by an exhaust device. Next, as a second source gas, H 2 O gas is filled into the chamber from the second source gas supply device via a dedicated pipe and chemically reacted with Al (CH 3 ) 3 adsorbed on the base film. A monoatomic Al 2 O 3 film was formed. Next, the H 2 O gas in the chamber was exhausted from the dedicated pipe by an exhaust device. Thereafter, Al (CH 3 ) 3 gas filling → Al (CH 3 ) 3 gas evacuation → H 2 O gas filling → H 2 O gas evacuation is repeated to repeat Al 2 O 3 as a monoatomic layer stack. A film was formed. Each gas switching time was 2 seconds for gas introduction and 2 seconds for gas exhaust. The film formation time per unit area was about 1.9 hours / m 2 and the film formation time was about 10 minutes.

こうして、基材フィルム上に単原子層積層体である厚さ20nmのAl膜を形成し、比較例1のガスバリアフィルムを得た。このガスバリアフィルムは、酸素透過率が0.1cc/m/dayであり、水蒸気透過率が0.1g/m/dayであった。酸素透過率と水蒸気透過率の測定は実施例1と同様とした。 In this way, a 20 nm thick Al 2 O 3 film as a monoatomic layer laminate was formed on the base film, and the gas barrier film of Comparative Example 1 was obtained. This gas barrier film had an oxygen transmission rate of 0.1 cc / m 2 / day and a water vapor transmission rate of 0.1 g / m 2 / day. The oxygen permeability and water vapor permeability were measured in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
EB真空蒸着装置を用いて、Al膜をガスバリア膜として有するガスバリアフィルムを作製した。このEB真空蒸着装置は、成膜室、排気ポンプ、蒸着るつぼ、EBガンからなる装置であり、その装置に、厚さ100μmで200mm×300mmのポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムを基材フィルムとして供給して、厚さ20nmのAlからなるガスバリア膜を形成した。
(Comparative Example 2)
A gas barrier film having an Al 2 O 3 film as a gas barrier film was produced using an EB vacuum deposition apparatus. This EB vacuum vapor deposition device is a device consisting of a film formation chamber, an exhaust pump, a vapor deposition crucible, and an EB gun. A polyethylene naphthalate (PEN) film having a thickness of 100 μm and a thickness of 200 mm × 300 mm is supplied to the device as a base film. Then, a gas barrier film made of Al 2 O 3 having a thickness of 20 nm was formed.

EB真空蒸着装置における成膜条件としては、蒸着原料としてAlを用い、原料ガスとしてOガスを用い、成膜圧力10−3Paの雰囲気下で、0.5nm/秒の条件で成膜した。このEB真空蒸着装置での単位面積当りの成膜時間は約0.19時間/mであり、成膜時間は約0.7分であった。 As the film formation conditions in the EB vacuum vapor deposition apparatus, Al was used as the vapor deposition material, O 2 gas was used as the raw material gas, and the film was formed under the condition of a film formation pressure of 10 −3 Pa under the condition of 0.5 nm / second. . The film formation time per unit area in this EB vacuum deposition apparatus was about 0.19 hours / m 2 , and the film formation time was about 0.7 minutes.

こうして、基材フィルム上にAl膜を形成し、比較例2のガスバリアフィルムを得た。このガスバリアフィルムは、酸素透過率が1.0cc/m/dayであり、水蒸気透過率が1.1g/m/dayであった。酸素透過率と水蒸気透過率の測定は実施例1と同様とした。 Thus, an Al 2 O 3 film was formed on the base film, and a gas barrier film of Comparative Example 2 was obtained. This gas barrier film had an oxygen transmission rate of 1.0 cc / m 2 / day and a water vapor transmission rate of 1.1 g / m 2 / day. The oxygen permeability and water vapor permeability were measured in the same manner as in Example 1.

(評価)
実施例1のガスバリアフィルムと比較例1のガスバリアフィルムは、原子層堆積法でガスバリア膜を形成したので、いずれも酸素透過率と水蒸気透過率が低く、優れたガスバリア性を有していた。しかし、ガスバリア膜の形成効率としては、実施例1の単位面積当たりの成膜時間の0.19時間と、比較例1の単位面積当たりの成膜時間の1.9時間とを比較すると、実施例1の方は、生産効率の点で著しく優れていた。なお、比較例1では。30cm×30cmの基材フィルム上に厚さ20nmガスバリア膜を10分間で形成しているが、実施例1のように30cm×100mの基材フィルムと同等の面積に厚さ20nmのガスバリア膜を形成するとすると、56時間程度を要し、実施例1の10倍になる。また、比較例2のガスバリアフィルムは、EB真空蒸着法でガスバリア膜を形成したので、ガスバリア性の点では実施例1や比較例1の原子層堆積法の場合に比べて著しく劣っていた。
(Evaluation)
Since the gas barrier film of Example 1 and the gas barrier film of Comparative Example 1 were formed by the atomic layer deposition method, both had low oxygen permeability and water vapor permeability, and had excellent gas barrier properties. However, as the formation efficiency of the gas barrier film, the film formation time of 0.19 hours per unit area in Example 1 was compared with 1.9 hours of film formation time per unit area in Comparative Example 1. Example 1 was remarkably superior in terms of production efficiency. In Comparative Example 1, A 20 nm thick gas barrier film is formed on a 30 cm × 30 cm base film in 10 minutes. As in Example 1, a 20 nm thick gas barrier film is formed in the same area as the 30 cm × 100 m base film. Then, it takes about 56 hours, which is 10 times that of Example 1. Moreover, since the gas barrier film of Comparative Example 2 formed a gas barrier film by the EB vacuum deposition method, it was remarkably inferior to the atomic layer deposition methods of Example 1 and Comparative Example 1 in terms of gas barrier properties.

本発明のガスバリア膜の作製装置の一例を示す模式的な構成図である。It is a typical block diagram which shows an example of the production apparatus of the gas barrier film of this invention. 本発明に係る作製装置によって得られたガスバリア膜の一例を示す断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram which shows an example of the gas barrier film obtained by the preparation apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガスバリア膜
1’ 単原子層
2 基材フィルム
2’ フィルム
3 ガスバリアフィルム
50 ガスバリア膜の作製装置
51 供給装置
52 収容装置
53 原子層堆積装置
54,55 ガイドローラ
56 ダンパー
61 ドラム
62 第1原料ガス供給室
63 第2原料ガス供給室
64 緩衝室
65 第1原料ガス配管
66 第2原料ガス配管
67 第1原料ガス供給装置
68 第2原料ガス供給装置
69 開口部
71 チャンバー
72 減圧雰囲気
73 減圧装置
L1 第1原料ガス供給室の処理長さ
L2 第2原料ガス供給室の処理長さ
L3 緩衝室の処理長さ
T1 第1原料ガス供給室の処理時間
T2 第2原料ガス供給室の処理時間
T3 緩衝室の処理時間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas barrier film 1 'Monoatomic layer 2 Base film 2' Film 3 Gas barrier film 50 Gas barrier film production apparatus 51 Supply apparatus 52 Storage apparatus 53 Atomic layer deposition apparatus 54,55 Guide roller 56 Damper 61 Drum 62 1st source gas supply Chamber 63 Second source gas supply chamber 64 Buffer chamber 65 First source gas pipe 66 Second source gas pipe 67 First source gas supply device 68 Second source gas supply device 69 Opening 71 Chamber 72 Reduced pressure atmosphere 73 Reduced pressure device L1 First 1 Processing length of source gas supply chamber L2 Processing length of second source gas supply chamber L3 Processing length of buffer chamber T1 Processing time of first source gas supply chamber T2 Processing time of second source gas supply chamber T3 Buffer chamber Processing time

Claims (8)

長尺の基材フィルムを連続して移動させながら、該基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製する方法であって、
前記基材フィルムの移動方向に、
単原子層形成用の第1原料ガスであるAl化合物ガス、Zr化合物ガス及びHf化合物ガスから選ばれるいずれかの化合物ガスを第1原料ガス供給室に供給する第1原料ガス供給ステップと、
単原子層形成用の第2原料ガスである水蒸気含有ガス、酸素含有ガス及びオゾン含有ガスから選ばれるいずれかのガスを第2原料ガス供給室に供給する第2原料ガス供給ステップと、
前記第1原料ガス供給室と前記第2原料ガス供給室との間に緩衝室を設け、該緩衝室を減圧排気雰囲気にすることにより前記第1原料ガス供給室及び前記第2原料ガス供給室から漏れ出した前記第1原料ガス及び前記第2原料ガスを除去する緩衝ステップと、
を有する少なくとも3種のステップを連続して多数配置してなる原子層堆積工程を有し、
前記第1原料ガスの供給圧P1と、前記第2原料ガスの供給圧P2と、前記第1原料ガス供給ステップでの処理時間T1と、前記第2原料ガス供給ステップでの処理時間T2との関係が、[P1×T1]≧[P2×T2]であることを特徴とするガスバリア膜の作製方法。
A method of producing a gas barrier film composed of a monoatomic layer laminate by atomic layer deposition on the base film while continuously moving a long base film,
In the direction of movement of the base film,
A first source gas supply step of supplying any compound gas selected from Al compound gas, Zr compound gas, and Hf compound gas, which is a first source gas for forming a monoatomic layer, to the first source gas supply chamber;
A second source gas supply step of supplying any gas selected from a water vapor-containing gas, an oxygen-containing gas, and an ozone-containing gas, which is a second source gas for forming a monoatomic layer, to the second source gas supply chamber;
A buffer chamber is provided between the first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber, and the buffer chamber is placed in a reduced pressure exhaust atmosphere to thereby provide the first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber. A buffering step for removing the first source gas and the second source gas leaked from
Have at least three formed by arranging a large number of steps continuously atomic layer deposition process having,
The supply pressure P1 of the first source gas, the supply pressure P2 of the second source gas, the processing time T1 in the first source gas supply step, and the processing time T2 in the second source gas supply step A method for producing a gas barrier film, wherein the relationship is [P1 × T1] ≧ [P2 × T2] .
前記第1原料ガス供給ステップでの処理時間T1と、前記第2原料ガス供給ステップでの処理時間T2と、前記緩衝ステップでの処理時間T3との関係が、T3>T1≧T2である、請求項1に記載のガスバリア膜の作製方法。   The relationship between the processing time T1 in the first source gas supply step, the processing time T2 in the second source gas supply step, and the processing time T3 in the buffer step is T3> T1 ≧ T2. Item 2. A method for producing a gas barrier film according to Item 1. 前記単分子層の積層体が、Al、ZrO、及びHfOから選ばれるいずれかである、請求項1又は2に記載のガスバリア膜の作製方法。 The method for producing a gas barrier film according to claim 1 or 2 , wherein the monomolecular layered product is any one selected from Al 2 O 3 , ZrO 2 , and HfO 2 . 長尺の基材フィルムを連続して移動させながら、該基材フィルム上に原子層堆積法による単原子層積層体からなるガスバリア膜を作製する装置であって、
前記基材フィルムを供給する供給装置と、
前記単原子層積層体を形成した後の基材フィルムを収容する収容装置と、
前記供給装置と前記収容装置との間に設けられた単原子層を堆積する単原子層堆積装置とを少なくとも有し、
前記単原子層堆積装置は、
表面に前記基材フィルムを接触させた状態で一定速度で搬送するドラムと、
前記ドラムの外周上に設けられた、単原子層形成用の第1原料ガスであるAl化合物ガス、Zr化合物ガス及びHf化合物ガスから選ばれるいずれかの化合物ガスを供給する第1原料ガス供給室と、
前記ドラムの外周上に設けられた、単原子層形成用の第2原料ガスである水蒸気含有ガス、酸素含有ガス及びオゾン含有ガスから選ばれるいずれかのガスを供給する第2原料ガス供給室と、
前記ドラムの外周上で前記第1原料ガス供給室と前記第2原料ガス供給室との間に設けられ、減圧排気雰囲気にすることにより該第1原料ガス供給室及び該第2原料ガス供給室から漏れ出した前記第1原料ガス及び前記第2原料ガスを除去する緩衝室と、
を有する少なくとも3種の処理室を連続して多数配置してなり、
前記第1原料ガスの供給圧P1と、前記第2原料ガスの供給圧P2と、前記第1原料ガス供給室の処理長さL1と、前記第2原料ガス供給室の処理長さL2との関係が、[P1×L1]≧[P2×L2]となるように前記第1原料ガス供給室及び前記第2原料ガス供給室が構成されていることを特徴とするガスバリア膜の作製装置。
An apparatus for producing a gas barrier film composed of a monoatomic layer laminate by an atomic layer deposition method on a base film while continuously moving a long base film,
A supply device for supplying the base film;
A housing device for housing the base film after forming the monoatomic layer stack;
Having at least a monoatomic layer deposition device for depositing a monoatomic layer provided between the supply device and the containing device;
The monoatomic layer deposition apparatus comprises:
A drum that conveys the substrate film in contact with the surface at a constant speed;
A first source gas supply chamber for supplying any compound gas selected from Al compound gas, Zr compound gas and Hf compound gas, which is a first source gas for forming a monoatomic layer, provided on the outer periphery of the drum When,
A second source gas supply chamber for supplying any gas selected from water vapor-containing gas, oxygen-containing gas and ozone-containing gas, which is a second source gas for forming a monoatomic layer, provided on the outer periphery of the drum; ,
The first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber are provided between the first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber on the outer periphery of the drum, and are in a reduced pressure exhaust atmosphere. A buffer chamber for removing the first source gas and the second source gas leaked from
Ri Na arranged many consecutive at least three processing chambers having,
The supply pressure P1 of the first source gas, the supply pressure P2 of the second source gas, the process length L1 of the first source gas supply chamber, and the process length L2 of the second source gas supply chamber The apparatus for producing a gas barrier film , wherein the first source gas supply chamber and the second source gas supply chamber are configured so that the relationship is [P1 × L1] ≧ [P2 × L2] .
前記第1原料ガス供給室の処理長さL1と、前記第2原料ガス供給室の処理長さL2と、前記緩衝室の処理長さL3との関係が、L3>L1≧L2である、請求項に記載のガスバリア膜の作製装置。 The relationship between the processing length L1 of the first source gas supply chamber, the processing length L2 of the second source gas supply chamber, and the processing length L3 of the buffer chamber is L3> L1 ≧ L2. Item 5. A gas barrier film manufacturing apparatus according to Item 4 . 前記ドラムの外周上に設けられた多数の前記第1及び第2原料ガス供給室にはそれぞれ共通のガス供給配管が接続されており、
前記第1及び第2原料ガス供給室以外の少なくとも原子層堆積装置全体が減圧排気雰囲気下に保持されている、請求項4又は5に記載のガスバリア膜の作製装置。
A common gas supply pipe is connected to each of the first and second source gas supply chambers provided on the outer periphery of the drum,
The apparatus for producing a gas barrier film according to claim 4 or 5 , wherein at least the entire atomic layer deposition apparatus other than the first and second source gas supply chambers is held in a reduced pressure exhaust atmosphere.
前記第1原料ガス供給室、前記第2原料ガス供給室及び前記ドラムが、加熱手段で加熱されている、請求項4〜6のいずれかに記載のガスバリア膜の作製装置。 The apparatus for producing a gas barrier film according to any one of claims 4 to 6 , wherein the first source gas supply chamber, the second source gas supply chamber, and the drum are heated by a heating unit. 前記供給装置がロール巻き状の基材フィルムを供給する装置であり、前記収容装置が単原子層積層体が形成された後の基材フィルムを巻き取る装置であって、該供給装置による基材フィルムの供給動作と該収容装置による基材フィルムの巻き取り動作とが、一定時間毎に入れ替わる、請求項4〜7のいずれかに記載のガスバリア膜の作製装置。 The supply device is a device for supplying a roll-shaped base film, and the accommodation device is a device for winding the base film after the monoatomic layer laminate is formed, and the base material by the supply device The apparatus for producing a gas barrier film according to any one of claims 4 to 7 , wherein the film supply operation and the winding operation of the base film by the accommodation device are switched at regular intervals.
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