ガスバリア膜の形成方法およびガスバリア膜
【課題】有機材料の表面にプラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成する際に、目的とするガスバリア性を有するガスバリア膜を、安定して形成することを可能にする。
【解決手段】第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ励起電力を、前記第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更することにより、前記課題を解決する。
【解決手段】第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ励起電力を、前記第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更することにより、前記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤによるガスバリア膜の技術分野に関し、詳しくは、表面が高分子化合物等の有機材料からなる基板を用いて、ガスバリア性に優れるガスバリア膜を形成できるガスバリア膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置、半導体装置、薄膜太陽電池等の各種の装置における防湿性を要求される部位や部品、食品、衣料品、電子部品等の包装に用いられる包装材料に、ガスバリア膜（水蒸気バリア膜）が利用されている。
ガスバリア膜は、酸化珪素や窒化珪素等のガスバリア性を発現する物質からなる膜であり、防湿性を要求される部位の表面に、例えば、スパッタリングやＣＶＤ等の気相成膜法（真空成膜法）によって形成される。また、高分子材料からなるフィルム（プラスチックフィルム）や金属フィルムの表面に、前記窒化珪素等からなるガスバリア膜を形成してなるガスバリアフィルムも、好適に利用されている。
【０００３】
ガスバリア膜の形成方法の１つとして、プラズマＣＶＤが例示される。
例えば、特許文献１には、透明性を有する高分子材料からなる基板の表面に、炭素を５〜１５％有する酸化珪素膜をガスバリア膜として形成してなるガスバリアフィルムにおいて、有機珪素化合物ガスおよび酸素ガスを反応ガスとして用いるプラズマＣＶＤによって、前記ガスバリア膜を形成することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−７０６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、ガスバリア膜は、窒化珪素や酸化珪素等のガスバリア性を発現する材料からなる膜であり、プラスチックフィルム等の基板の表面に、例えばスパッタリングやＣＶＤなどの気相成膜法によって形成される。
また、当然のことであるが、ガスバリア膜は、製品の用途に応じて、要求されるガスバリア性能を十分に満たすだけの膜厚が形成される。
【０００６】
ところが、前記特許文献１に開示されるような、プラスチックフィルムなどの有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成した際には、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成したにも関わらず、膜厚に応じた目的とするガスバリア性能を得ることが出来ない場合が有る。
【０００７】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、プラスチックフィルムなどの有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成する、ガスバリア膜の形成において、膜厚に応じた、目的とするガスバリア性能を発現するガスバリア膜を、安定して形成することを可能にするガスバリア膜の形成方法、および、この形成方法で形成したガスバリア膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明のガスバリア膜の形成方法は、有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するに際し、第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ励起電力を、前記第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更することを特徴とするガスバリア膜の形成方法を提供する。
【０００９】
このような本発明のガスバリア膜の形成方法において、前記第２のプラズマ励起電力が、前記第１のプラズマ励起電力の１．５倍以上であるのが好ましく、また、前記第１のプラズマ励起電力によって、３ｎｍ以上の膜厚となるまで膜形成を行なうのが好ましく、また、前記第１のプラズマ励起電力が、導入した反応ガスの総流量に対して２Ｗ／ｓｃｃｍ以下であるのが好ましく、さらに、前記第１のプラズマ励起電力が、基板の表面積に対して５Ｗ／ｃｍ2以下であるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明のガスバリア膜は、前記本発明のガスバリア膜の形成方法で形成したガスバリア膜である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のガスバリア膜の形成方法は、上述のように、プラスチックフィルムのような有機材料からなる表面を有する基板にプラズマＣＶＤでガスバリア膜を形成するものであり、第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜の形成を開始し、その後、プラズマ励起電力を、第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更して、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
【００１２】
後に詳述するが、有機材料の表面に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、最初は純粋なガスバリア膜が形成されることはなく、有機材料とガスバリア膜材料との混合層のような膜が形成され、その後、純粋なガズバリア膜が形成される。
この混合層は、純粋なガスバリア膜ほどのガスバリア性を有さない。従って、この混合層が厚い場合には、所定の膜厚だけガスバリア膜を形成しても、実質的なガスバリア膜の膜厚が少なくなってしまい、目的とするガスバリア性を有するガスバリア膜にならない。
【００１３】
これに対し、本発明のガスバリア膜の形成方法では、最初は、前記混合層が形成され難い低電力でガスバリア膜の形成を開始し、その後、緻密で高いガスバリア性を得ることができる高電力に切り換えて、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
そのため、本発明の形成方法では、混合層を大幅に低減して、かつ、緻密でガスバリア性の高いガスバリア膜を形成できる。従って、本発明によれば、薄く、ガスバリア性に優れたガスバリア膜を得ることができ、また、ガスバリア膜の生産性も向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のガスバリア膜の形成方法およびガスバリア膜について詳細に説明する。
【００１５】
本発明のガスバリア膜の形成方法は、有機材料からなる表面を有する基板（基板）に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するものである。
本発明において、基板表面へのガスバリア膜の形成（成膜）の開始時には、第１のプラズマ励起電力（以下、第１の電力とする）でガスバリア膜の形成を開始する。本発明では、この第１の電力で所定の膜厚だけガスバリア膜の形成を行なったら、プラズマ励起電力を、第１の電力よりも高電力の第２のプラズマ励起電力（以下、第２の電力とする）に変更して、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
【００１６】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、ガスバリア膜を形成する基板（基材）は、表面が、高分子材料（重合体／ポリマー）や樹脂材料などの各種の有機材料（有機物）からなるものである。
【００１７】
基板は、表面が有機材料で形成され、プラズマＣＶＤによるガスバリア膜の形成が可能なものであれば、各種の物が利用可能であるが、具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどの高分子材料からなる基板が、好適な一例として例示される。
また、本発明において、基板は、フィルム状物（シート状物）が好適であるが、これに限定はされず、レンズや光学フィルタなどの光学素子、有機ＥＬや太陽電池などの光電変換素子、液晶ディスプレイや電子ペーパーなどのディスプレイパネル等、表面が有機材料からなる各種の物品（部材）も、基材として利用可能である。
【００１８】
さらに、基板は、プラスチックフィルムや有機材料からなる物品、金属フィルムやガラス板や、各種の金属製の物品などを本体（基材）として、その表面（ガスバリア膜の形成面）に、保護層、接着層、光反射層、遮光層、平坦化層、緩衝層、応力緩和層等の、各種の機能を得るための有機材料からなる層（膜）が形成されているものであってもよい。
【００１９】
本発明は、このような基板の表面に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するものであり、前述のように、第１の電力でプラズマＣＶＤによってガスバリア膜の形成を開始し、第１の電力で予め設定した所定膜厚までガスバリア膜の形成（成膜）を行なったら、プラズマ励起電力を第１の電力よりも高電力の第２の電力に変更して、目的の膜厚までガスバリア膜を形成する。
なお、本発明において、プラズマＣＶＤは、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma 容量結合プラズマ）−ＣＶＤ法やＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma 誘導結合プラズマ）−ＣＶＤ法など、公知のプラズマＣＶＤが、全て利用可能である。
【００２０】
前述のように、プラスチックフィルム等の有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、目的とする膜厚（要求されるガスバリア性に応じた所定膜厚）のガスバリア膜を形成したにも関わらず、目的とするガスバリア性を得られない場合が、多々、生じた。
本発明者らは、この原因について鋭意検討を重ねた結果、有機材料の表面にプラズマＣＶＤによるガスバリア膜の形成を行なうと、有機材料とガスバリア膜の材料（成分）とが混合された状態の層が形成されてしまうことに、原因が有ることを見出した。
【００２１】
有機材料の表面にプラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、プラズマの生成開始時はプラズマのエネルギーが高いこともあり、基板に入射したプラズマが基板（有機材料）の内部に進入するような状態となってしまい、有機材料とガスバリア膜材料とが混在する状態の層（以下、便宜的に混合層とする）が形成されてしまう。混合層における有機材料の量は、ガスバリア膜の形成が進行するしたがって低減して、最終的には、有機材料が混在しない、純粋なガスバリア膜が形成される。
すなわち、有機材料の表面にプラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、基板とガスバリア膜との界面に、混合層が形成されてしまう。
【００２２】
ここで、この混合層は、純粋なガスバリア膜ほどのガスバリア性を有さない。そのため、ガスバリア膜が、気相成膜法によって形成される珪素化合物膜やアルミニウム化合物膜のように、ガスバリア性の発現に一定の膜厚を必要とする膜（ガスバリア性が膜厚に依存するガスバリア膜）である場合に、混合層が厚く形成されてしまうと、実質的なガスバリア膜の膜厚が薄くなってしまい、目的とするガスバリア性を得ることができない。
混合層が形成されることによるガスバリア性の低下分を見越して、ガスバリア膜を厚く形成すれば、目的とするガスバリア性を確保することはできる。しかしながら、この方法では、形成するガスバリア膜の膜厚が厚くなってしまい、材料コストや製造時間等の点で、生産性が低下してしまう。
【００２３】
本発明者らは、このような問題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、混合層は、プラズマＣＶＤにおけるプラズマ励起電力（プラズマＣＶＤを行なうための投入電力）が小さいほど、薄くなる（混合層の形成を抑制できる）ことを見出した。
一方で、緻密で高いバリア性を有するガスバリア膜を形成するためには、プラズマ励起電力が高い方が有利であることも、見出した。
【００２４】
本発明は、上記知見を得ることによって成されたものであり、表面が有機材料である基板に、プラズマＣＶＤでガスバリア膜を形成する際に、まず、第１の電力でプラズマＣＶＤによる成膜を開始して、所定の膜厚までガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ例起電力を第１の電力よりも大きな第２の電力に変更して、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
すなわち、本発明のガスバリア膜の形成方法は、最初は、混合層が形成され難い低電力の第１の電力で基板の表面にガスバリア膜を形成し、その後、高いガスバリア性が得られる高電力の第２の電力に切り換えてガスバリア膜を形成して、目的膜厚のガスバリア膜を形成することで、混合層の生成を抑制し（混合層が薄く）、かつ、緻密なガスバリア膜を形成できる。
従って、本発明によれば、大部分が実質的にガスバリア膜で、かつ、緻密で高いガスバリア性を有するガスバリア膜を形成できるので、目的とするガスバリア性を有するガスバリア膜を、安定して形成することができる。また、混合層の低減および膜の緻密性向上の相乗効果によって、ガスバリア膜の膜厚を薄くすることもでき、材料コストの低減や材料利用効率の向上、製造時間の短縮等、生産性を向上することもできる。
【００２５】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、第１の電力には、特に限定は無く、形成するガスバリア膜の種類（組成）、使用する反応ガスの種類、成膜レート、ガスバリア膜の膜厚、要求されるガスバリア性等に応じて、適宜、決定すればよいが、基板の表面積［ｃｍ2］に対して５Ｗ／ｃｍ2以下、特に、０．３〜２Ｗ／ｃｍ2とするのが好ましい。
第１の電力を上記範囲とすることにより、混合層の生成をより好適に抑制して混合層を薄くできる、混合層の厚さを薄くしつつ第１の電力で形成したガスバリア膜も比較的高いガスバリア性を発現する、可視光領域での光吸収やヘイズ（光散乱）を低減できる等の点で好ましい結果を得る。
【００２６】
第１の電力で形成するガスバリア膜（混合層／ガスバリア膜）の膜厚には、特に限定はなく、目的とするガスバリア膜の膜厚等に応じて、適宜、設定するのが好ましい。
ここで、本発明者らの検討によれば、第１の電力でのガスバリア膜の形成は、第１の電力による膜形成でのガスバリア膜の膜厚が、３ｎｍ以上となるまで行なうのが好ましい。特に、第１の電力によるガスバリア膜の形成は、膜厚が５ｎｍ以上の膜厚となるまで行なうのが、より好ましい。
【００２７】
第１の電力によって、膜厚が３ｎｍ以上、特に５ｎｍ以上となるまで膜形成を行なうことにより、混合層の形成をより確実に終了して、高電力で混合層が形成され易い条件である、第２の電力での膜形成における混合層の生成を、より確実に防止できる。
なお、第１の電力によって形成するガスバリア膜の膜厚制御は、予め実験やシミュレーションで調べた成膜レートを利用する方法、レーザ変位センサ等を用いて実際に形成された膜の厚さを測定する方法等、気相成膜法で利用されている、公知の膜厚制御方法が、全て利用可能である。
【００２８】
同様に、第１の電力で形成するガスバリア膜の膜厚の上限にも、特に限定は無い。
しかしながら、第１の電力より、第２の電力によって形成されるガスバリア膜の方が、緻密でガスバリア性に優れるのは、前述のとおりである。すなわち、本発明においては、目的とする膜厚のガスバリア膜において、第２の電力によって形成されるガスバリア膜が厚い程、ガスバリア性の点で有利である。
以上の点を考慮すると、第１の電力で形成するガスバリア膜の膜厚は、３０ｎｍ以下、特に、１５ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００２９】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、第２の電力にも、特に限定はなく、形成するガスバリア膜の種類、使用する反応ガスの種類、成膜レート、ガスバリア膜の膜厚、要求されるガスバリア性等に応じて、適宜、決定すればよい。
ここで、本発明者らの検討によれば、第１の電力および第２の電力が、どのような大きさの電力である場合であっても、第２の電力は、第１の電力の１．５倍以上の電力とするのが好ましい。特に、第２の電力は、第１の電力の２倍以上の電力とするのが好ましい。
第１の電力と第２の電力とが、上記条件を満たすことにより、混合層の抑制効果をより向上できる、より緻密でガスバリア性に優れるガスバリア膜を形成できる、可視光領域での光吸収やヘイズを低減できる、基板との密着性を十分に確保できる等の点で好ましい結果を得る。
【００３０】
なお、より緻密でガスバリア性に優れるガスバリア膜を形成できる、プロセス中の過度の昇温を防止できる等の点で、第２の電力は、基板の表面積［ｃｍ2］に対して０．５〜１０Ｗ／ｃｍ2、特に、１〜５Ｗ／ｃｍ2とするのが好ましい。
【００３１】
第２の電力によって形成するガスバリア膜の膜厚は、第１の電力による膜厚、および、目的とするガスバリア膜の膜厚（最終的に形成するガスバリア膜の膜厚）に応じて、適宜、設定すればよい。
なお、本発明において、形成するガスバリア膜（第１の電力＋第２の電力による合計の膜厚）には、特に限定はなく、ガスバリア膜の種類、要求されるガスバリア性、ガスバリア膜（これ形成した基板）の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
例えば、ガスバリア膜として窒化珪素膜や酸化珪素膜を形成する場合であれば、膜厚は２０〜１０００ｎｍ程度が好ましい。
【００３２】
本発明において、形成するガスバリア膜には、特に限定はなく、有機材料の表面にプラズマＣＶＤによって形成可能であれば、公知のガスバリア膜が全て利用可能である。
特に、本発明の効果を好適に発現できる等の点で、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、および酸窒化炭化珪素などの、珪素化合物（シリコン化合物）からなるガスバリア膜が好ましい。中でも特に、窒化珪素は、好適に例示される。
【００３３】
ガスバリア膜、特に珪素化合物からなるガスバリア膜をプラズマＣＶＤによって形成する際に、ガスバリア性などの膜質を低下させる一因として、膜形成における副反応（主に酸化）が挙げられる。
【００３４】
この副反応は、プラズマ励起電力が低いほど、生じ易い。また、副反応は、主たる反応が酸化であるので、窒化物が、最も副反応による悪影響を受ける。
前述のように、本発明は、最初は第１の電力でガスバリア膜を形成し、その後、第１の電力よりも高電力の第２の電力に切り換える。従って、本発明によれば、第２の電力での膜形成の方が、より副反応を抑制することができる。また、通常は、第１の電力に比して、第２の電力の方が、形成する膜厚が大きい。
そのため、本発明を、窒化珪素からなるガスバリア膜の形成に利用することにより、前記本発明の特性に加え、副反応に起因する膜質低下も大幅に低減することができる。その結果、窒化珪素膜によって、目的とするガスバリア性を有するガスバリア膜を安定して形成することができる。すなわち、本発明をガスバリア膜としての窒化珪素膜の形成に利用することにより、本発明の効果を、より顕著に発現することができ、好ましい。
【００３５】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、ガスバリア膜を形成するため用いる反応ガズにも、特に限定はなく、形成するガスバリア膜に応じた公知の反応ガスが、全て利用可能である。
例えば、ガスバリア膜として窒化珪素膜を形成する場合であれば、反応ガスとして、シランガスと、アンモニアガスおよび／または窒素ガスとを用いればよく、酸化珪素膜を形成する場合であれば、反応ガスとして、シランガスと酸素ガスとを用いればよい。
なお、本発明の形成方法においては、必要に応じて、反応ガスに加え、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガスなどの不活性ガス等の各種のガスを併用してもよい。
【００３６】
ここで、本発明において、前記第１の電力が、ガスの総流量に対して２Ｗ／ｓｃｃｍ以下、特に１Ｗ／ｓｃｃｍ以下となるようにするのが好ましい。
第１の電力とガスの総流量との関係が上記条件を満たすことにより、混合層の生成をより好適に抑制して混合層を薄くできる、混合層厚を薄くしつつ第１の電力で形成したガスバリア層も比較的高いガスバリア性を発現する、第１の電力でのガスバリア膜の形成における副反応（主に酸化）を抑制できる、可視光領域での光吸収やヘイズを低減できる等の点で、好ましい結果を得ることができる。
【００３７】
本発明のガスバリア膜の形成方法においては、ガスバリア膜の形成途中でプラズマ励起電力を第１の電力から第２の電力に切り換える以外は、反応ガスの流量、反応ガスの流量比、プラズマ励起電力の周波数、膜形成温度（基板温度）、成膜レートなど、ガスバリア膜の形成条件（成膜条件）は、通常のガスバリア膜の形成と同様でよい。
従って、ガスバリア膜の形成条件は、ガスバリア膜や反応ガスの種類、要求される成膜レート、目的とする膜厚、目的とするガスバリア性等に応じて、適宜、設定すればよい。
【００３８】
なお、本発明においては、第１の電力による膜形成と、第２の電力による膜形成とでは、プラズマ励起電力以外のガスバリア膜の形成条件は、同一である。すなわち、本発明においては、途中でプラズマ励起電力を変更する以外は、基本的に、一定の条件でガスバリア膜の形成を行なう。
本発明のガスバリア膜の形成方法では、第１の電力と第２の電力とで同じ反応ガスを導入しつつ、ガスバリア膜の成膜中に電力を切り換える。ここで、本発明においては、他の成膜条件は変更することなく、成膜中に電力を第１の電力から第２の電力に切り換えるだけで、十分に混合膜形成の抑制効果を得ることができる。
しかしながら、本発明においては、第１の電力による膜形成と、第２の電力による膜形成とで、電力以外は同一条件とするのに限定はされず、必要に応じて、反応ガス流量等の他の成膜条件を変更してもよい。
【００３９】
以上、本発明のガスバリア膜の形成方法およびガスバリア膜について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の具体的実施例を挙げて、本発明について、より詳細に説明する。
【００４１】
［実施例１］
ＣＣＰ−ＣＶＤ法による成膜を行なう一般的なＣＶＤ装置を用いて、基板に、ガスバリア膜として窒化珪素膜を形成した。
【００４２】
基板は、厚さ１８８μｍのポリエステル系のフィルム（東レフィルム加工株式会社製のポリエチレンテレフタレートフィルム「ルミナイス」）を用いた。なお、基板の面積は３００ｃｍ2とした。
基板を真空チャンバ内の所定位置にセットして、真空チャンバを閉塞した。
次いで、真空チャンバ内を排気して、圧力が０．０１Ｐａとなった時点で、反応ガスとして、シランガス、アンモニアガス、および、窒素ガスを導入した。なお、シランガスの流量は５０ｓｃｃｍ、アンモニアガスの流量は１００ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量は１５０ｓｃｃｍとした。
さらに、真空チャンバ内の圧力が１００Ｐａとなるように、真空チャンバ内の排気を調整した。
【００４３】
次いで、電極に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給して、基板の表面にガスバリア膜の形成を開始した。
ガスバリア膜の形成途中で、電極に供給するプラズマ励起電力を第１の電力から第２の電力に切り換えて、基板に厚さ５０ｎｍのガスバリア膜（窒化珪素膜）を形成した。なお、第１の電力は３００Ｗ、第２の電力は６００Ｗとした。前述のように、基板の表面積は３００ｃｍ2であるので、第１の電力は、基板の表面積に対して１Ｗ／ｃｍ2である。
【００４４】
第１の電力によって形成されるガスバリア膜の膜厚が、０ｎｍ（すなわち、第２の電力のみでガスバリア膜を形成）、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、および５０ｎｍ（すなわち、第１の電力のみでガスバリア膜を形成）となるように、第１の電力から第２の電力への切り換えタイミングを変更して、５種類のガスバリア膜（すなわち、ＰＥＴを基板とするガスバリアフィルム）を形成した。
なお、第１の電力によるガスバリア膜の膜厚（すなわち第１の電力と第２の電力の切り換えタイミング）、および、ガスバリア膜の膜厚５０ｎｍは、予め実験によって調べた成膜レートによって制御した。
【００４５】
作製した５種のガスバリアフィルムについて、モコン法によって水蒸気透過率[g/(m2・day)]を測定した。なお、水蒸気透過率がモコン法の測定限界を超えたサンプルについては、カルシウム腐食法（特開２００５−２８３５６１号公報に記載される方法）によって、水蒸気透過率を測定した。
結果を下記表１に示す。
【表１】
【００４６】
上記表に示されるように、ガスバリア膜の形成途中で第１の電力から第２の電力に切り換える本発明によれば、全てを第１の電力もしくは第２の電力で形成した従来のガスバリア膜に比して、非常に優れたガスバリア性を有する。特に、第１の電力によって形成したガスバリア膜の膜厚を５ｎｍ以上にした本発明例においては、いずれも水蒸気透過率が０．００２以下[g/(m2・day)]と、非常に優れたガスバリア性を有する。
【００４７】
［実施例２］
電極に供給するプラズマ励起電力、および、このプラズマ励起電力に応じて反応ガスの流量を、各種、変更した以外は、前記実施例１と全く同様にして、基板にガスバリア膜を形成した。
すなわち、本実施例では、基板の表面積に対する第１の電力を、各種、変更して、ガスバリア膜を形成した。
【００４８】
なお、各例共に、第１の電力で形成するガスバリア膜の膜厚は５ｎｍ、第２の電力で形成するガスバリア膜の膜厚は４５ｎｍで、均一にした。
また、第２の電力は第１の電力の２倍とした。すなわち、第１の電力が３００Ｗの場合には、第２の電力は６００Ｗとした。
さらに、反応ガスは、各ガスの流量比を固定して、第１の電力に対して総流量が１Ｗ／ｓｃｃｍとなるように、流量を設定した。すなわち、基板の表面積は３００ｃｍ2であるので、基板の表面積に対する第１の電力が５Ｗ／ｃｍ2の場合には、第１の電力が１５００Ｗとなるので、反応ガスの総流量は１５００ｓｃｃｍとなる。
【００４９】
上記条件の下、第１の電力を、３００Ｗ（基板の表面積に対する第１の電力は１Ｗ／ｃｍ2）、６００Ｗ（同２Ｗ／ｃｍ2）、１０００Ｗ（同３．３３Ｗ／ｃｍ2）、１５００（同５Ｗ／ｃｍ2）、および２４００Ｗ（同８Ｗ／ｃｍ2）に変更して、ガスバリア膜を形成した。
【００５０】
このようにして作製した５種のガスバリアフィルムについて、実施例１と同様に水蒸気透過率[g/(m2・day)]を測定し、また、ガスバリア膜形成後の基板の変形を目視で確認した。
なお、基板の変形については、
成膜前と外観の変化が無い場合を◎；
外観の変化が認められるが、ガスバリアフィルムとして使用可能な場合を○；
溶融して再凝固した形跡は無いが、変形によってガスバリアフィルムとして使用不可能な場合を△；
溶融して再凝固した形跡が認められる場合を×； と評価した。
基板の表面積に対する第１の電力[Ｗ／ｃｍ2]、および、水蒸気透過率および基板変形の結果を、下記表２に示す。
【００５１】
【表２】
表２に示されるように、基板の表面積に対する第１の電力を５Ｗ／ｃｍ2以下とすることにより、良好なガスバリア性に加え、基板の変形も好適に抑制することができる。また、前述のように、第１の電力を大きくすると混合層が厚くなるものの、第２の電力による成膜によって、それを補うだけのガスバリア性を得ることができる。
なお、基板の表面積に対する第１の電力が５Ｗ／ｃｍ2以上の例は、水蒸気透過率が高くなってしまっている。本発明者らの推測によれば、この原因としては、この成膜条件では、第１の電力および第２の電力が大きすぎて、過昇温による基板変形に起因する、窒化珪素膜への微細なクラックの誘発や基板物質の混入（不純物混入）が発生してしまったことが疑われる。すなわち、この結果は、使用した基板の耐熱性が、今回の成膜条件に耐えられなかったことに起因すると考えられ、耐熱性が高い基板を使用すれば、この成膜条件でも、本発明の効果は得ることができる。
従って、何れの場合であっても、成膜中に、プラズマ励起電力を第１の電力から、より高電力の第２の電力に切り換える本発明の方法によれば、全ての成膜を第１の電力もしくは第２の電力のみで行なう従来の成膜方法よりも良好なガスバリア性を得ることができるのは、前記実施例１に示されるとおりである。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤによるガスバリア膜の技術分野に関し、詳しくは、表面が高分子化合物等の有機材料からなる基板を用いて、ガスバリア性に優れるガスバリア膜を形成できるガスバリア膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置、半導体装置、薄膜太陽電池等の各種の装置における防湿性を要求される部位や部品、食品、衣料品、電子部品等の包装に用いられる包装材料に、ガスバリア膜（水蒸気バリア膜）が利用されている。
ガスバリア膜は、酸化珪素や窒化珪素等のガスバリア性を発現する物質からなる膜であり、防湿性を要求される部位の表面に、例えば、スパッタリングやＣＶＤ等の気相成膜法（真空成膜法）によって形成される。また、高分子材料からなるフィルム（プラスチックフィルム）や金属フィルムの表面に、前記窒化珪素等からなるガスバリア膜を形成してなるガスバリアフィルムも、好適に利用されている。
【０００３】
ガスバリア膜の形成方法の１つとして、プラズマＣＶＤが例示される。
例えば、特許文献１には、透明性を有する高分子材料からなる基板の表面に、炭素を５〜１５％有する酸化珪素膜をガスバリア膜として形成してなるガスバリアフィルムにおいて、有機珪素化合物ガスおよび酸素ガスを反応ガスとして用いるプラズマＣＶＤによって、前記ガスバリア膜を形成することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−７０６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、ガスバリア膜は、窒化珪素や酸化珪素等のガスバリア性を発現する材料からなる膜であり、プラスチックフィルム等の基板の表面に、例えばスパッタリングやＣＶＤなどの気相成膜法によって形成される。
また、当然のことであるが、ガスバリア膜は、製品の用途に応じて、要求されるガスバリア性能を十分に満たすだけの膜厚が形成される。
【０００６】
ところが、前記特許文献１に開示されるような、プラスチックフィルムなどの有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成した際には、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成したにも関わらず、膜厚に応じた目的とするガスバリア性能を得ることが出来ない場合が有る。
【０００７】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、プラスチックフィルムなどの有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成する、ガスバリア膜の形成において、膜厚に応じた、目的とするガスバリア性能を発現するガスバリア膜を、安定して形成することを可能にするガスバリア膜の形成方法、および、この形成方法で形成したガスバリア膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明のガスバリア膜の形成方法は、有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するに際し、第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ励起電力を、前記第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更することを特徴とするガスバリア膜の形成方法を提供する。
【０００９】
このような本発明のガスバリア膜の形成方法において、前記第２のプラズマ励起電力が、前記第１のプラズマ励起電力の１．５倍以上であるのが好ましく、また、前記第１のプラズマ励起電力によって、３ｎｍ以上の膜厚となるまで膜形成を行なうのが好ましく、また、前記第１のプラズマ励起電力が、導入した反応ガスの総流量に対して２Ｗ／ｓｃｃｍ以下であるのが好ましく、さらに、前記第１のプラズマ励起電力が、基板の表面積に対して５Ｗ／ｃｍ2以下であるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明のガスバリア膜は、前記本発明のガスバリア膜の形成方法で形成したガスバリア膜である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のガスバリア膜の形成方法は、上述のように、プラスチックフィルムのような有機材料からなる表面を有する基板にプラズマＣＶＤでガスバリア膜を形成するものであり、第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜の形成を開始し、その後、プラズマ励起電力を、第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更して、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
【００１２】
後に詳述するが、有機材料の表面に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、最初は純粋なガスバリア膜が形成されることはなく、有機材料とガスバリア膜材料との混合層のような膜が形成され、その後、純粋なガズバリア膜が形成される。
この混合層は、純粋なガスバリア膜ほどのガスバリア性を有さない。従って、この混合層が厚い場合には、所定の膜厚だけガスバリア膜を形成しても、実質的なガスバリア膜の膜厚が少なくなってしまい、目的とするガスバリア性を有するガスバリア膜にならない。
【００１３】
これに対し、本発明のガスバリア膜の形成方法では、最初は、前記混合層が形成され難い低電力でガスバリア膜の形成を開始し、その後、緻密で高いガスバリア性を得ることができる高電力に切り換えて、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
そのため、本発明の形成方法では、混合層を大幅に低減して、かつ、緻密でガスバリア性の高いガスバリア膜を形成できる。従って、本発明によれば、薄く、ガスバリア性に優れたガスバリア膜を得ることができ、また、ガスバリア膜の生産性も向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のガスバリア膜の形成方法およびガスバリア膜について詳細に説明する。
【００１５】
本発明のガスバリア膜の形成方法は、有機材料からなる表面を有する基板（基板）に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するものである。
本発明において、基板表面へのガスバリア膜の形成（成膜）の開始時には、第１のプラズマ励起電力（以下、第１の電力とする）でガスバリア膜の形成を開始する。本発明では、この第１の電力で所定の膜厚だけガスバリア膜の形成を行なったら、プラズマ励起電力を、第１の電力よりも高電力の第２のプラズマ励起電力（以下、第２の電力とする）に変更して、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
【００１６】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、ガスバリア膜を形成する基板（基材）は、表面が、高分子材料（重合体／ポリマー）や樹脂材料などの各種の有機材料（有機物）からなるものである。
【００１７】
基板は、表面が有機材料で形成され、プラズマＣＶＤによるガスバリア膜の形成が可能なものであれば、各種の物が利用可能であるが、具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどの高分子材料からなる基板が、好適な一例として例示される。
また、本発明において、基板は、フィルム状物（シート状物）が好適であるが、これに限定はされず、レンズや光学フィルタなどの光学素子、有機ＥＬや太陽電池などの光電変換素子、液晶ディスプレイや電子ペーパーなどのディスプレイパネル等、表面が有機材料からなる各種の物品（部材）も、基材として利用可能である。
【００１８】
さらに、基板は、プラスチックフィルムや有機材料からなる物品、金属フィルムやガラス板や、各種の金属製の物品などを本体（基材）として、その表面（ガスバリア膜の形成面）に、保護層、接着層、光反射層、遮光層、平坦化層、緩衝層、応力緩和層等の、各種の機能を得るための有機材料からなる層（膜）が形成されているものであってもよい。
【００１９】
本発明は、このような基板の表面に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するものであり、前述のように、第１の電力でプラズマＣＶＤによってガスバリア膜の形成を開始し、第１の電力で予め設定した所定膜厚までガスバリア膜の形成（成膜）を行なったら、プラズマ励起電力を第１の電力よりも高電力の第２の電力に変更して、目的の膜厚までガスバリア膜を形成する。
なお、本発明において、プラズマＣＶＤは、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma 容量結合プラズマ）−ＣＶＤ法やＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma 誘導結合プラズマ）−ＣＶＤ法など、公知のプラズマＣＶＤが、全て利用可能である。
【００２０】
前述のように、プラスチックフィルム等の有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、目的とする膜厚（要求されるガスバリア性に応じた所定膜厚）のガスバリア膜を形成したにも関わらず、目的とするガスバリア性を得られない場合が、多々、生じた。
本発明者らは、この原因について鋭意検討を重ねた結果、有機材料の表面にプラズマＣＶＤによるガスバリア膜の形成を行なうと、有機材料とガスバリア膜の材料（成分）とが混合された状態の層が形成されてしまうことに、原因が有ることを見出した。
【００２１】
有機材料の表面にプラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、プラズマの生成開始時はプラズマのエネルギーが高いこともあり、基板に入射したプラズマが基板（有機材料）の内部に進入するような状態となってしまい、有機材料とガスバリア膜材料とが混在する状態の層（以下、便宜的に混合層とする）が形成されてしまう。混合層における有機材料の量は、ガスバリア膜の形成が進行するしたがって低減して、最終的には、有機材料が混在しない、純粋なガスバリア膜が形成される。
すなわち、有機材料の表面にプラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成すると、基板とガスバリア膜との界面に、混合層が形成されてしまう。
【００２２】
ここで、この混合層は、純粋なガスバリア膜ほどのガスバリア性を有さない。そのため、ガスバリア膜が、気相成膜法によって形成される珪素化合物膜やアルミニウム化合物膜のように、ガスバリア性の発現に一定の膜厚を必要とする膜（ガスバリア性が膜厚に依存するガスバリア膜）である場合に、混合層が厚く形成されてしまうと、実質的なガスバリア膜の膜厚が薄くなってしまい、目的とするガスバリア性を得ることができない。
混合層が形成されることによるガスバリア性の低下分を見越して、ガスバリア膜を厚く形成すれば、目的とするガスバリア性を確保することはできる。しかしながら、この方法では、形成するガスバリア膜の膜厚が厚くなってしまい、材料コストや製造時間等の点で、生産性が低下してしまう。
【００２３】
本発明者らは、このような問題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、混合層は、プラズマＣＶＤにおけるプラズマ励起電力（プラズマＣＶＤを行なうための投入電力）が小さいほど、薄くなる（混合層の形成を抑制できる）ことを見出した。
一方で、緻密で高いバリア性を有するガスバリア膜を形成するためには、プラズマ励起電力が高い方が有利であることも、見出した。
【００２４】
本発明は、上記知見を得ることによって成されたものであり、表面が有機材料である基板に、プラズマＣＶＤでガスバリア膜を形成する際に、まず、第１の電力でプラズマＣＶＤによる成膜を開始して、所定の膜厚までガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ例起電力を第１の電力よりも大きな第２の電力に変更して、目的とする膜厚のガスバリア膜を形成する。
すなわち、本発明のガスバリア膜の形成方法は、最初は、混合層が形成され難い低電力の第１の電力で基板の表面にガスバリア膜を形成し、その後、高いガスバリア性が得られる高電力の第２の電力に切り換えてガスバリア膜を形成して、目的膜厚のガスバリア膜を形成することで、混合層の生成を抑制し（混合層が薄く）、かつ、緻密なガスバリア膜を形成できる。
従って、本発明によれば、大部分が実質的にガスバリア膜で、かつ、緻密で高いガスバリア性を有するガスバリア膜を形成できるので、目的とするガスバリア性を有するガスバリア膜を、安定して形成することができる。また、混合層の低減および膜の緻密性向上の相乗効果によって、ガスバリア膜の膜厚を薄くすることもでき、材料コストの低減や材料利用効率の向上、製造時間の短縮等、生産性を向上することもできる。
【００２５】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、第１の電力には、特に限定は無く、形成するガスバリア膜の種類（組成）、使用する反応ガスの種類、成膜レート、ガスバリア膜の膜厚、要求されるガスバリア性等に応じて、適宜、決定すればよいが、基板の表面積［ｃｍ2］に対して５Ｗ／ｃｍ2以下、特に、０．３〜２Ｗ／ｃｍ2とするのが好ましい。
第１の電力を上記範囲とすることにより、混合層の生成をより好適に抑制して混合層を薄くできる、混合層の厚さを薄くしつつ第１の電力で形成したガスバリア膜も比較的高いガスバリア性を発現する、可視光領域での光吸収やヘイズ（光散乱）を低減できる等の点で好ましい結果を得る。
【００２６】
第１の電力で形成するガスバリア膜（混合層／ガスバリア膜）の膜厚には、特に限定はなく、目的とするガスバリア膜の膜厚等に応じて、適宜、設定するのが好ましい。
ここで、本発明者らの検討によれば、第１の電力でのガスバリア膜の形成は、第１の電力による膜形成でのガスバリア膜の膜厚が、３ｎｍ以上となるまで行なうのが好ましい。特に、第１の電力によるガスバリア膜の形成は、膜厚が５ｎｍ以上の膜厚となるまで行なうのが、より好ましい。
【００２７】
第１の電力によって、膜厚が３ｎｍ以上、特に５ｎｍ以上となるまで膜形成を行なうことにより、混合層の形成をより確実に終了して、高電力で混合層が形成され易い条件である、第２の電力での膜形成における混合層の生成を、より確実に防止できる。
なお、第１の電力によって形成するガスバリア膜の膜厚制御は、予め実験やシミュレーションで調べた成膜レートを利用する方法、レーザ変位センサ等を用いて実際に形成された膜の厚さを測定する方法等、気相成膜法で利用されている、公知の膜厚制御方法が、全て利用可能である。
【００２８】
同様に、第１の電力で形成するガスバリア膜の膜厚の上限にも、特に限定は無い。
しかしながら、第１の電力より、第２の電力によって形成されるガスバリア膜の方が、緻密でガスバリア性に優れるのは、前述のとおりである。すなわち、本発明においては、目的とする膜厚のガスバリア膜において、第２の電力によって形成されるガスバリア膜が厚い程、ガスバリア性の点で有利である。
以上の点を考慮すると、第１の電力で形成するガスバリア膜の膜厚は、３０ｎｍ以下、特に、１５ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００２９】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、第２の電力にも、特に限定はなく、形成するガスバリア膜の種類、使用する反応ガスの種類、成膜レート、ガスバリア膜の膜厚、要求されるガスバリア性等に応じて、適宜、決定すればよい。
ここで、本発明者らの検討によれば、第１の電力および第２の電力が、どのような大きさの電力である場合であっても、第２の電力は、第１の電力の１．５倍以上の電力とするのが好ましい。特に、第２の電力は、第１の電力の２倍以上の電力とするのが好ましい。
第１の電力と第２の電力とが、上記条件を満たすことにより、混合層の抑制効果をより向上できる、より緻密でガスバリア性に優れるガスバリア膜を形成できる、可視光領域での光吸収やヘイズを低減できる、基板との密着性を十分に確保できる等の点で好ましい結果を得る。
【００３０】
なお、より緻密でガスバリア性に優れるガスバリア膜を形成できる、プロセス中の過度の昇温を防止できる等の点で、第２の電力は、基板の表面積［ｃｍ2］に対して０．５〜１０Ｗ／ｃｍ2、特に、１〜５Ｗ／ｃｍ2とするのが好ましい。
【００３１】
第２の電力によって形成するガスバリア膜の膜厚は、第１の電力による膜厚、および、目的とするガスバリア膜の膜厚（最終的に形成するガスバリア膜の膜厚）に応じて、適宜、設定すればよい。
なお、本発明において、形成するガスバリア膜（第１の電力＋第２の電力による合計の膜厚）には、特に限定はなく、ガスバリア膜の種類、要求されるガスバリア性、ガスバリア膜（これ形成した基板）の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
例えば、ガスバリア膜として窒化珪素膜や酸化珪素膜を形成する場合であれば、膜厚は２０〜１０００ｎｍ程度が好ましい。
【００３２】
本発明において、形成するガスバリア膜には、特に限定はなく、有機材料の表面にプラズマＣＶＤによって形成可能であれば、公知のガスバリア膜が全て利用可能である。
特に、本発明の効果を好適に発現できる等の点で、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、および酸窒化炭化珪素などの、珪素化合物（シリコン化合物）からなるガスバリア膜が好ましい。中でも特に、窒化珪素は、好適に例示される。
【００３３】
ガスバリア膜、特に珪素化合物からなるガスバリア膜をプラズマＣＶＤによって形成する際に、ガスバリア性などの膜質を低下させる一因として、膜形成における副反応（主に酸化）が挙げられる。
【００３４】
この副反応は、プラズマ励起電力が低いほど、生じ易い。また、副反応は、主たる反応が酸化であるので、窒化物が、最も副反応による悪影響を受ける。
前述のように、本発明は、最初は第１の電力でガスバリア膜を形成し、その後、第１の電力よりも高電力の第２の電力に切り換える。従って、本発明によれば、第２の電力での膜形成の方が、より副反応を抑制することができる。また、通常は、第１の電力に比して、第２の電力の方が、形成する膜厚が大きい。
そのため、本発明を、窒化珪素からなるガスバリア膜の形成に利用することにより、前記本発明の特性に加え、副反応に起因する膜質低下も大幅に低減することができる。その結果、窒化珪素膜によって、目的とするガスバリア性を有するガスバリア膜を安定して形成することができる。すなわち、本発明をガスバリア膜としての窒化珪素膜の形成に利用することにより、本発明の効果を、より顕著に発現することができ、好ましい。
【００３５】
本発明のガスバリア膜の形成方法において、ガスバリア膜を形成するため用いる反応ガズにも、特に限定はなく、形成するガスバリア膜に応じた公知の反応ガスが、全て利用可能である。
例えば、ガスバリア膜として窒化珪素膜を形成する場合であれば、反応ガスとして、シランガスと、アンモニアガスおよび／または窒素ガスとを用いればよく、酸化珪素膜を形成する場合であれば、反応ガスとして、シランガスと酸素ガスとを用いればよい。
なお、本発明の形成方法においては、必要に応じて、反応ガスに加え、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガスなどの不活性ガス等の各種のガスを併用してもよい。
【００３６】
ここで、本発明において、前記第１の電力が、ガスの総流量に対して２Ｗ／ｓｃｃｍ以下、特に１Ｗ／ｓｃｃｍ以下となるようにするのが好ましい。
第１の電力とガスの総流量との関係が上記条件を満たすことにより、混合層の生成をより好適に抑制して混合層を薄くできる、混合層厚を薄くしつつ第１の電力で形成したガスバリア層も比較的高いガスバリア性を発現する、第１の電力でのガスバリア膜の形成における副反応（主に酸化）を抑制できる、可視光領域での光吸収やヘイズを低減できる等の点で、好ましい結果を得ることができる。
【００３７】
本発明のガスバリア膜の形成方法においては、ガスバリア膜の形成途中でプラズマ励起電力を第１の電力から第２の電力に切り換える以外は、反応ガスの流量、反応ガスの流量比、プラズマ励起電力の周波数、膜形成温度（基板温度）、成膜レートなど、ガスバリア膜の形成条件（成膜条件）は、通常のガスバリア膜の形成と同様でよい。
従って、ガスバリア膜の形成条件は、ガスバリア膜や反応ガスの種類、要求される成膜レート、目的とする膜厚、目的とするガスバリア性等に応じて、適宜、設定すればよい。
【００３８】
なお、本発明においては、第１の電力による膜形成と、第２の電力による膜形成とでは、プラズマ励起電力以外のガスバリア膜の形成条件は、同一である。すなわち、本発明においては、途中でプラズマ励起電力を変更する以外は、基本的に、一定の条件でガスバリア膜の形成を行なう。
本発明のガスバリア膜の形成方法では、第１の電力と第２の電力とで同じ反応ガスを導入しつつ、ガスバリア膜の成膜中に電力を切り換える。ここで、本発明においては、他の成膜条件は変更することなく、成膜中に電力を第１の電力から第２の電力に切り換えるだけで、十分に混合膜形成の抑制効果を得ることができる。
しかしながら、本発明においては、第１の電力による膜形成と、第２の電力による膜形成とで、電力以外は同一条件とするのに限定はされず、必要に応じて、反応ガス流量等の他の成膜条件を変更してもよい。
【００３９】
以上、本発明のガスバリア膜の形成方法およびガスバリア膜について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の具体的実施例を挙げて、本発明について、より詳細に説明する。
【００４１】
［実施例１］
ＣＣＰ−ＣＶＤ法による成膜を行なう一般的なＣＶＤ装置を用いて、基板に、ガスバリア膜として窒化珪素膜を形成した。
【００４２】
基板は、厚さ１８８μｍのポリエステル系のフィルム（東レフィルム加工株式会社製のポリエチレンテレフタレートフィルム「ルミナイス」）を用いた。なお、基板の面積は３００ｃｍ2とした。
基板を真空チャンバ内の所定位置にセットして、真空チャンバを閉塞した。
次いで、真空チャンバ内を排気して、圧力が０．０１Ｐａとなった時点で、反応ガスとして、シランガス、アンモニアガス、および、窒素ガスを導入した。なお、シランガスの流量は５０ｓｃｃｍ、アンモニアガスの流量は１００ｓｃｃｍ、窒素ガスの流量は１５０ｓｃｃｍとした。
さらに、真空チャンバ内の圧力が１００Ｐａとなるように、真空チャンバ内の排気を調整した。
【００４３】
次いで、電極に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給して、基板の表面にガスバリア膜の形成を開始した。
ガスバリア膜の形成途中で、電極に供給するプラズマ励起電力を第１の電力から第２の電力に切り換えて、基板に厚さ５０ｎｍのガスバリア膜（窒化珪素膜）を形成した。なお、第１の電力は３００Ｗ、第２の電力は６００Ｗとした。前述のように、基板の表面積は３００ｃｍ2であるので、第１の電力は、基板の表面積に対して１Ｗ／ｃｍ2である。
【００４４】
第１の電力によって形成されるガスバリア膜の膜厚が、０ｎｍ（すなわち、第２の電力のみでガスバリア膜を形成）、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、および５０ｎｍ（すなわち、第１の電力のみでガスバリア膜を形成）となるように、第１の電力から第２の電力への切り換えタイミングを変更して、５種類のガスバリア膜（すなわち、ＰＥＴを基板とするガスバリアフィルム）を形成した。
なお、第１の電力によるガスバリア膜の膜厚（すなわち第１の電力と第２の電力の切り換えタイミング）、および、ガスバリア膜の膜厚５０ｎｍは、予め実験によって調べた成膜レートによって制御した。
【００４５】
作製した５種のガスバリアフィルムについて、モコン法によって水蒸気透過率[g/(m2・day)]を測定した。なお、水蒸気透過率がモコン法の測定限界を超えたサンプルについては、カルシウム腐食法（特開２００５−２８３５６１号公報に記載される方法）によって、水蒸気透過率を測定した。
結果を下記表１に示す。
【表１】
【００４６】
上記表に示されるように、ガスバリア膜の形成途中で第１の電力から第２の電力に切り換える本発明によれば、全てを第１の電力もしくは第２の電力で形成した従来のガスバリア膜に比して、非常に優れたガスバリア性を有する。特に、第１の電力によって形成したガスバリア膜の膜厚を５ｎｍ以上にした本発明例においては、いずれも水蒸気透過率が０．００２以下[g/(m2・day)]と、非常に優れたガスバリア性を有する。
【００４７】
［実施例２］
電極に供給するプラズマ励起電力、および、このプラズマ励起電力に応じて反応ガスの流量を、各種、変更した以外は、前記実施例１と全く同様にして、基板にガスバリア膜を形成した。
すなわち、本実施例では、基板の表面積に対する第１の電力を、各種、変更して、ガスバリア膜を形成した。
【００４８】
なお、各例共に、第１の電力で形成するガスバリア膜の膜厚は５ｎｍ、第２の電力で形成するガスバリア膜の膜厚は４５ｎｍで、均一にした。
また、第２の電力は第１の電力の２倍とした。すなわち、第１の電力が３００Ｗの場合には、第２の電力は６００Ｗとした。
さらに、反応ガスは、各ガスの流量比を固定して、第１の電力に対して総流量が１Ｗ／ｓｃｃｍとなるように、流量を設定した。すなわち、基板の表面積は３００ｃｍ2であるので、基板の表面積に対する第１の電力が５Ｗ／ｃｍ2の場合には、第１の電力が１５００Ｗとなるので、反応ガスの総流量は１５００ｓｃｃｍとなる。
【００４９】
上記条件の下、第１の電力を、３００Ｗ（基板の表面積に対する第１の電力は１Ｗ／ｃｍ2）、６００Ｗ（同２Ｗ／ｃｍ2）、１０００Ｗ（同３．３３Ｗ／ｃｍ2）、１５００（同５Ｗ／ｃｍ2）、および２４００Ｗ（同８Ｗ／ｃｍ2）に変更して、ガスバリア膜を形成した。
【００５０】
このようにして作製した５種のガスバリアフィルムについて、実施例１と同様に水蒸気透過率[g/(m2・day)]を測定し、また、ガスバリア膜形成後の基板の変形を目視で確認した。
なお、基板の変形については、
成膜前と外観の変化が無い場合を◎；
外観の変化が認められるが、ガスバリアフィルムとして使用可能な場合を○；
溶融して再凝固した形跡は無いが、変形によってガスバリアフィルムとして使用不可能な場合を△；
溶融して再凝固した形跡が認められる場合を×； と評価した。
基板の表面積に対する第１の電力[Ｗ／ｃｍ2]、および、水蒸気透過率および基板変形の結果を、下記表２に示す。
【００５１】
【表２】
表２に示されるように、基板の表面積に対する第１の電力を５Ｗ／ｃｍ2以下とすることにより、良好なガスバリア性に加え、基板の変形も好適に抑制することができる。また、前述のように、第１の電力を大きくすると混合層が厚くなるものの、第２の電力による成膜によって、それを補うだけのガスバリア性を得ることができる。
なお、基板の表面積に対する第１の電力が５Ｗ／ｃｍ2以上の例は、水蒸気透過率が高くなってしまっている。本発明者らの推測によれば、この原因としては、この成膜条件では、第１の電力および第２の電力が大きすぎて、過昇温による基板変形に起因する、窒化珪素膜への微細なクラックの誘発や基板物質の混入（不純物混入）が発生してしまったことが疑われる。すなわち、この結果は、使用した基板の耐熱性が、今回の成膜条件に耐えられなかったことに起因すると考えられ、耐熱性が高い基板を使用すれば、この成膜条件でも、本発明の効果は得ることができる。
従って、何れの場合であっても、成膜中に、プラズマ励起電力を第１の電力から、より高電力の第２の電力に切り換える本発明の方法によれば、全ての成膜を第１の電力もしくは第２の電力のみで行なう従来の成膜方法よりも良好なガスバリア性を得ることができるのは、前記実施例１に示されるとおりである。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するに際し、
第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ励起電力を、前記第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更することを特徴とするガスバリア膜の形成方法。
【請求項２】
前記第２のプラズマ励起電力が、前記第１のプラズマ励起電力の１．５倍以上である請求項１に記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項３】
前記第１のプラズマ励起電力によって、３ｎｍ以上の膜厚となるまで膜形成を行なう請求項１または２に記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項４】
前記第１のプラズマ励起電力が、導入した反応ガスの総流量に対して２Ｗ／ｓｃｃｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項５】
前記第１のプラズマ励起電力が、基板の表面積に対して５Ｗ／ｃｍ2以下である請求項１〜４のいずれかに記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかのガスバリア膜の形成方法で形成したガスバリア膜。
【請求項１】
有機材料からなる表面を有する基板に、プラズマＣＶＤによってガスバリア膜を形成するに際し、
第１のプラズマ励起電力でガスバリア膜を形成し、その後、プラズマ励起電力を、前記第１のプラズマ励起電力よりも高い第２のプラズマ励起電力に変更することを特徴とするガスバリア膜の形成方法。
【請求項２】
前記第２のプラズマ励起電力が、前記第１のプラズマ励起電力の１．５倍以上である請求項１に記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項３】
前記第１のプラズマ励起電力によって、３ｎｍ以上の膜厚となるまで膜形成を行なう請求項１または２に記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項４】
前記第１のプラズマ励起電力が、導入した反応ガスの総流量に対して２Ｗ／ｓｃｃｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項５】
前記第１のプラズマ励起電力が、基板の表面積に対して５Ｗ／ｃｍ2以下である請求項１〜４のいずれかに記載のガスバリア膜の形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかのガスバリア膜の形成方法で形成したガスバリア膜。
【公開番号】特開２０１０−１５３５（Ｐ２０１０−１５３５Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６１８９１（Ｐ２００８−１６１８９１）
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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