JP2002309372A - インライン式成膜装置、成膜方法及び液晶素子 - Google Patents
インライン式成膜装置、成膜方法及び液晶素子Info
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Abstract
メンテナンス性も良いインライン式成膜装置と、それを
用いて、内部応力や比抵抗が低く、透過率が高いといっ
た優れた特性を持つ、カラーフィルタに適した透明導電
膜を成膜する透明導電膜成膜方法と、該成膜方法を用い
て作製された高性能なカラーフィルタを使用した液晶素
子と、を提供する。 【解決手段】 インライン式成膜装置において、リター
ン室を真空に保ち、且つ成膜処理された基板上の薄膜の
結晶化を促進する熱処理を行うための加熱手段を備え、
成膜室とリターン室とは真空状態を保つ形態で連設して
おく。
Description
を施すインライン式成膜装置、及び該インライン式成膜
装置を用いた成膜方法、及び液晶素子に関する。
費電力の利点を生かし、ノート型パソコンやカーナビゲ
ーションシステムなど種々の分野において利用されるよ
うになってきた。
の透明基板上に顔料分散法、染色法、電着法、印刷法、
インクジェット法等によって赤(R)、緑(G)、青
(B)の三原色を、所定のパターンで配置して着色層を
形成し、着色層上には着色層を保護する目的で保護層を
形成し、更に保護層の上には、液晶を駆動するための透
明電極を形成することで作製されたカラーフィルタが多
く用いられている。
オキサイド(ITO)と呼ばれる酸化錫と酸化インジウ
ムの複合酸化物が使用されている。透明電極の成膜方法
には、蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等
の各種の方法があるが、カラーフィルタの透明電極の下
層となる着色層および保護層は有機樹脂で形成されてい
るため高熱に弱く、比較的低温での成膜が可能な方法が
求められている。このためにカラーフィルタの透明電極
の形成にはスパッタリングが広く用いられている。
しては、基板の大判化とともに生産性に優れるインライ
ン式成膜装置が主に使用されている。図4は従来用いら
れているインライン式成膜装置の構成を示す概略図であ
る。図4において401及び402は基板を真空中に導
入するための第1仕込み室及び第2仕込み室、403は
スパッタリングターゲットを両側に配置した成膜室、4
06及び407は基板を真空中から大気に戻すための第
1取り出し室及び第2取り出し室、405は取り出し室
から大気に戻された基板を元のメインラインに搬送する
ためのリターン室、408は気密性を保つためのゲート
バルブ、409は取り出し室からリターン室に基板を移
送する移送手段、410はスパッタリングターゲット、
411は加熱手段、412はターボ分子ポンプ、413
は基板の組み込まれたトレイを載せたキャリヤー、41
4は他の製造装置との間で基板をやりとりするメインの
生産ラインであるメインラインを表す。
膜装置においては、仕込み室401、402、成膜室4
03、取り出し室406、407が直列に配置され、リ
ターン室405が仕込み室、成膜室、取り出し室と並行
して配置されている。
用いて成膜を施される基板は、カラーフィルタに限ら
ず、クリーンルームにおいて取り扱う必要があり、その
ため少なくとも、メインライン414からインライン式
成膜装置に基板を投入したり、装置から基板を取り出し
たりする部分はクリーンルーム内になくてはならない。
しかし、クリーンルームの広さはそのままコストとなっ
てくるので、インライン式成膜装置全てをクリーンルー
ムに納めるのではなく、投入、取り出し部分のみをクリ
ーンルーム内に配置するのが一般的である。このため、
基板をメインライン414に戻すためにリターン室40
5が設けられている。
であり、空気清浄器などを備えていて、内部を一定のク
リーン度に保ち、基板に微小なごみなどの付着するのを
抑制している。
なトレイに成膜面を外側に向けて組み込まれる。図5に
おいて、501は基板を組み込むトレイ、502は基板
上の成膜領域を制限するマスク、503は基板、504
は基板とマスクをトレイに固定するマグネットホルダ、
505はトレイを垂直に立てて搬送するためのキャリヤ
ーである。
2から成膜室403、取り出し室406、407の順
に、ラック アンド ピニオン等の機構を用いた搬送方
式により搬送される。成膜室403においては、搬送さ
れるトレイ501に組み込まれた基板503に対してス
パッタリングターゲット410から放出される材料によ
って両側から成膜処理が施される。成膜時の基板温度
は、仕込み室と成膜室に備えられた加熱手段によって基
板を加熱し、温度制御される。550mm×650mm
程度の基板であれば、図5のように片側に2枚配置し、
計4枚の装着されたキャリヤーを2分程度のタクトで成
膜処理することが可能である。
大判基板のメタルマスクを用いて、特定の領域に膜を形
成する場合、必然的に上記のようなトレイを用いるた
め、マスクの位置決め・脱着・搬送が容易であるという
特徴から、カラーフィルタに透明導電膜を形成する場合
においては特にインライン式成膜装置が主に用いられて
いる。
イン式成膜装置は生産性に優れるが、次のような課題を
有する。 (1)リターン室も含めて大きな設置スペースを必要と
する。 (2)基板搬送のため、多数の基板搬送用のキャリヤー
を必要とする。 (3)トレイ及び成膜室の多くの部分に成膜されるた
め、パーティクルの発生が多い。 (4)成膜室のメンテナンスが煩雑である。
には各種の特性が要求されるが、最近の画面の大面積
化、高密度化に伴い、ITO膜が液晶を駆動するための
電極として使用される場合には低抵抗であることが最も
重要な要件となっている。特に、数百本という多数の線
状のパターンを形成したITO膜からなる透明電極を有
するSTN方式によるカラー液晶表示装置に使用するカ
ラーフィルタでは、低い電気抵抗を有することが求めら
れるが、最近のパーソナルコンピュータなどのカラー液
晶表示装置において主流となっているTFT方式の液晶
表示装置用のカラーフィルタにおいても、画面が200
×300mm程度の大きなものにおいては、画面の周辺
部と中心部との間に電位差を生じるために、シート抵抗
を20Ω/□以下にすることが要求されている。
たITO膜等の薄膜は、その成膜条件によって得られる
膜の特性が異なることが知られている。特に、スパッタ
リングによって析出するITO膜は基板の温度によって
析出物の結晶形態が異なっており、低抵抗膜を得るため
には析出面、すなわち基板面の温度を300乃至350
℃の温度とすれば、析出するITO膜の結晶性が改善さ
れて比抵抗が小さくなるので、低抵抗膜を得るために基
板面をこのような温度にして成膜することが行われてい
る。
較的高い基板面に直接ITO膜を成膜する場合には35
0℃程度の温度はなんら問題とならないが、カラーフィ
ルタの着色層あるいは着色層上に形成した保護層上にI
TO膜を形成する場合には、基板の温度には制約があ
る。すなわち、保護層および着色層が有機物であるの
で、一般に250℃程度の温度が限界であって、300
℃以上に加熱して製造することは不可能である。
成した比抵抗が高いITO膜であっても、膜厚を厚くす
ることによって実質的な電気抵抗を小さくすることも考
慮される。しかし、従来の方法で得たITO膜は内部応
力が大きいため、着色層や保護層等の有機物層の上で
は、ITO膜の膜厚を0.2μm以上に形成すると、着
色層や保護層にクラックが発生したり、細かいしわが発
生して透明電極が断線することがあった。また膜厚を厚
くすると光の透過率が低下するので、カラーフィルタと
して用いるためにはITO膜は0.2μm以下の膜厚と
する必要があり、この方法で透明電極の低抵抗化を図る
には限界がある。
配向膜の焼成や、微小なごみの除去のための温純水によ
る洗浄などによって、カラーフィルタには、後工程にお
いて様々なストレスが与えられる。そのため、カラーフ
ィルタには、液晶表示装置の製造工程において、下地と
なる有機物層にシワが入って光透過率が低下したり、透
明導電膜にクラックが発生して著しく抵抗値が悪化した
り、断線による表示不良などを起こしたりするという場
合がある。
ルタの着色層あるいは保護層の上に透明導電膜を設けた
場合に、以後の液晶表示装置の製造工程において、温純
水による洗浄などが行われ、熱膨張や水分の吸収による
膨張、その後の収縮などによる負荷によってカラーフィ
ルタの透明導電膜にクラックが発生したり、着色層や保
護層にしわが発生したりする原因について検討した結
果、透明導電膜の圧縮の内部応力が大きい場合には、透
明導電膜のクラックや、着色層及び保護層のしわが発生
し易く、圧縮の内部応力が小さい場合に、このようなク
ラックや、しわが発生しにくい事を見出した。
測定できる。予め2軸弾性係数の分かっている(11
0)シリコンウエハ等に薄膜を成膜し、薄膜の内部応力
に起因する基板の曲率半径の変化をレーザー光の反射強
度により測定する。薄膜の内部応力は次の方程式を用い
て、この基板の曲率半径から導くことができる。
h:基板の厚さ(m)、t:薄膜の膜厚(m)、R:有
効曲率半径(m)、σ:薄膜の平均応力(Pa))
コンウエハの成膜前の曲率半径R1と薄膜成膜後の曲率
半径R2とにより、
に、触針式段差計などによっても可能である。
り、省スペースで、必要キャリヤー数が少なく、メンテ
ナンス性も良いインライン式成膜装置と、それを用い
て、内部応力や比抵抗が低く、透過率が高いといった優
れた特性を持つ、カラーフィルタに適した透明導電膜を
成膜する透明導電膜成膜方法と、該成膜方法を用いて作
製された高性能なカラーフィルタを使用した液晶素子
と、を提供する事を目的としている。
の請求項1に記載の発明は、真空の成膜室の一方の端で
ある開始部から他方の端である終了部に基板を搬送する
間に該基板に成膜処理を施し、成膜処理の終了した前記
基板を前記終了部から前記開始部の近傍へと搬送するリ
ターン室を有するインライン式成膜装置であって、前記
リターン室は、真空に保たれ、且つ成膜処理された前記
基板上の薄膜の結晶化を促進する熱処理を行うための加
熱手段を備えていること、前記成膜室と前記リターン室
とは真空状態を保つ形態で連設されていること、を特徴
とする。
のインライン式成膜装置において、前記成膜室と、前記
リターン室とが並行して設けられていることを好ましい
態様として含むものである。
に記載のインライン式成膜装置において、さらに、前記
成膜室と前記リターン室とを接続し、成膜処理された前
記基板を前記成膜室から前記リターン室に移送するため
の移送室を備え、該移送室は、前記成膜室及び前記リタ
ーン室との間に気密性を有することを好ましい態様とし
て含むものである。
のうちのいずれか1項に記載のインライン式成膜装置に
おいて、前記成膜室における成膜方法が、サイドスパッ
タ方式によるスパッタリング法であり、且つスパッタリ
ングターゲットが前記成膜室の前記リターン室に近い側
とは反対側の、外側にのみ配置されたことを好ましい態
様として含むものである。
の発明は、請求項1から4のうちのいずれか1項に記載
のインライン式成膜装置を用いて透明導電膜を形成する
ことを特徴とする成膜方法である。
の成膜方法において、前記成膜室における成膜方法がス
パッタリング法であり、In2O3を85重量%以上含有
するスパッタリングターゲットを用いることを好ましい
態様として含むものである。
に記載の成膜方法において、前記成膜処理を施す時の前
記基板の温度を50℃乃至150℃とすることを好まし
い態様として含むものである。
のうちのいずれか1項に記載の成膜方法において、前記
成膜処理を施した後の前記熱処理における前記基板の加
熱温度を180℃乃至250℃とすることを好ましい態
様として含むものである。
のうちのいずれか1項に記載の成膜方法において、前記
成膜処理を施した後の前記熱処理における前記基板の加
熱時間を3乃至5分とすることを好ましい態様として含
むものである。
9のうちのいずれか1項に記載の成膜方法において、前
記基板がインクジェット法によって作製されたカラーフ
ィルタであることを好ましい態様として含むものであ
る。
に液晶を挟持して成る液晶素子であって、一方の基板
が、請求項5から10のうちのいずれか1項に記載の成
膜方法を含む製造方法によって作製されたカラーフィル
タ基板であることを特徴とする。
本発明の具体的な実施の形態を図面を用いて詳細に説明
するが、本発明はこれに制限されるものではない。
実施形態の構成を示す概略図である。図1において、1
及び2はそれぞれ第1仕込み室及び第2仕込み室であ
り、3は成膜室、4は本発明の特徴の一つである移送
室、5は本発明に特徴的な、真空に保たれ、且つ成膜処
理された基板上の薄膜の結晶化を促進する熱処理を行う
ための加熱手段を備えているリターン室、6及び7はそ
れぞれ第1取り出し室及び第2取り出し室、8はゲート
バルブ、9は移送手段、10は本発明に特徴的な配置を
されたスパッタリングターゲット、11は加熱手段、1
2はターボ分子ポンプ、13はキャリヤー、14はメイ
ンラインである。
膜室3において成膜の終了した基板をメインライン14
に戻すだけでなく、本発明においては、真空に保たれ、
且つ成膜処理された基板上の薄膜の結晶化を促進する熱
処理を行うための加熱手段を備えており、さらに成膜室
3とリターン室5とは真空状態を保つ形態で連設されて
いる。リターン室5はターボ分子ポンプなどを用いて真
空に保つ。リターン室5の真空度はArを導入すること
によって調整し、成膜室の成膜圧力に合わせておくこと
が、圧力差、温度差による膜質の変動、ゲートバルブ開
閉時に圧力波によるパーティクルの巻き上げなどを生じ
ることがないため好ましい。基板サイズが大きくなり、
基板面内での熱処理時の温度分布が生じるようであれ
ば、Ar、He、H2、N2等のガスをリターン室5に導
入しても良い。加熱手段にはシースヒータやランプヒー
タ等を用い、基板の面内の温度分布が均一になるように
加熱を行う。
に熱処理装置を設ける必要がなくなって装置の設置面積
を縮小できるだけでなく、真空中で熱処理を行うこと
で、後述のように短時間で低比抵抗の透明導電膜が得ら
れるようになる。また、これによって高性能なカラーフ
ィルタが生産性良く製造可能となる。さらには、このよ
うに熱処理を真空で行う場合に、成膜室3とリターン室
5とを真空を保つ形態で連設しておくことで、従来のよ
うに熱処理装置を成膜装置とは別に設ける形態よりも、
基板の真空への導入の工程、真空からの排出の工程を減
らすことができ、効率の良い生産ラインが得られる。
成膜室3と壁を挟んで一体で、並行して配置することが
設置面積縮小の効果が大きく、好ましい形態であるが、
成膜室3とリターン室5との温度条件が大きく違う場合
などに、これらの間に所定の間隔を設けて並行して配置
する形態も好ましい態様の1つである。
は、移送室4と、成膜室3及びリターン室5との間にゲ
ートバルブ8を設けた形態を示している。このような構
成によれば、成膜室3とリターン室5の雰囲気を変える
ことができるため好ましい。しかし、本発明において
は、移送手段9などによって成膜室3からリターン室5
に基板を移送する事ができれば、成膜室3とリターン室
5とは、上記のような移送室4を介さずに直に連設され
ていても構わない。但し、この場合には必然的に、成膜
室3の雰囲気とリターン室5の雰囲気とは同一となる。
移送室4に備えられた、成膜の終了した基板をリターン
室5に搬送するための移送手段9は、リターン室5での
熱処理における基板の向きは基板が所定の温度に加熱さ
れれば良いため、基板を平行移動するトラバーサや基板
を半回転させるテーブルやアームなどの機構から、適宜
選択すればよい。
ドスパッタ方式によるスパッタリング法であり、且つス
パッタリングターゲットが成膜室3のリターン室5に近
い側とは反対側の、外側にのみ配置されている形態が好
ましい。
ターゲット交換や防着板の交換の際に、スパッタリング
ターゲットの配置されている外側のみをメンテナンスす
るだけで良く、メンテナンスが容易となる。
は4台のターボ分子ポンプとDCカソードに装着された
5つのスパッタリングターゲットが装備されている。各
スパッタリングターゲット近傍にはガス導入管を装備
し、マスフローコントローラによって、Arや、Ar及
びO2の混合ガス等の雰囲気調整用のガスを流量制御し
ながら導入することができるようにしておくことが好ま
しい(不図示)。成膜室3の両端はトランスファーポジ
ションになっており、仕込み室1、2の側ではサイクル
タイム毎に第2仕込み室からカセットを受け取り、プロ
セス速度に同調させて送り出す。また、移送室4側では
カセットをプロセス速度に同調させて移送室4へ送り出
す。
からの成膜方法で成膜を行うインライン式成膜装置にお
いて、基板上の成膜領域を制限して成膜を行う場合のマ
スク、基板及びマグネットホルダの配置を示す概略図で
ある。マスク22と基板23とはロボット等であらかじ
め位置決めして、マグネットホルダ24でトレイ21に
固定しても良いし、トレイ21に位置決め用のピンを備
えておき、マスク22、基板23、マグネットホルダ2
4の順に突き当てピンに合わせて配置することによっ
て、基板23とマスク22の位置決めを行っても良い。
あるいはカラーフィルタに形成されたブラックマトリッ
クスとともに設けられたアライメントマークを、ビジョ
ンセンサー等で検知し、マスク22を合わせる方法など
があるが、トレイ21にマスク22と基板23とを装着
する方法はこれらの方法に限定されない。そしてそれら
を一体としてキャリヤー25に載置してカセットとする
(以後、基板を装着したトレイ21と、それを載せたキ
ャリヤー25とからなる組み合わせをカセットと記述す
る)。
込まれたマグネットによって基板23に密着するため、
成膜室内において、搬送中の振動やターゲット裏面のマ
グネトロンスパッタリングを行うためのカソードマグネ
ットによる磁場にも、影響されることなく、マスク22
の位置ずれを起こすことがない。また、マスク22が隙
間なく密着することによって、マスク22を除去した後
の成膜部と未成膜部とのエッジがシャープに形成され
る。マグネットホルダ24に使用するマグネットは成膜
時の加熱や、それに加えての磁場の印加にも減磁するこ
とのない材質が好ましい。具体的には、Sm−Co系、
Al−Ni−Co系等が好ましい。
成膜となるため、トレイ21とキャリヤー25とは、図
2に示すように簡略化する事ができる。このため、カセ
ットを軽量化する事ができるので、これまで律速となっ
ていたカセットの搬送速度を速くする事ができる。これ
によって、同じ生産量の装置であっても装置の設置スペ
ースを1/2程度に縮小する事が可能となる。
装置内の搬送ラインすべてのポジションに常にカセット
を充填しておく必要があるが、装置が小さくなる事によ
って、カセットの必要数を少なくする事ができる。ま
た、装置サイズが小さくなる事によって、成膜室3内の
不必要な成膜が行われる領域が小さくなるため、パーテ
ィクルの発生も抑制され、且つ、清掃などのメンテナン
ス性も良好となる。
ッタアップ、スパッタダウン、サイドスパッタ等の方式
があるが、基板上へのパーティクル付着防止の面から、
サイドスパッタ方式が有利である。さらに、スパッタア
ップ、スパッタダウン等の方式では大型基板の成膜を行
う場合、成膜装置の設置面積が大きくなるが、サイドス
パッタ方式ではこのような大型基板に成膜を施す装置に
おいても、設置面積を小さくすることができる。
1では、基板処理のサイクルタイムを早く行うために、
仕込み室1、2及び、取り出し室6、7の2室ずつで構
成する好ましい形態の装置を示しているが、サイクルタ
イムが遅くてもよい場合にはそれぞれ1室ずつでも良い
し、仕込み室と取り出し室とを1室で兼用しても良い。
なお、第2仕込み室2には、基板の予備加熱を行うヒー
タを備えておくことが好ましい。
プ、ルーツポンプ等を用いて、5Pa程度までの真空引
きを行い、第2仕込み室2ではターボ分子ポンプやクラ
イオポンプを用いて、1.0×10-4Pa程度までの真
空引きを行うのが好ましい。
ターボ分子ポンプ、ロータリポンプ、ルーツポンプ等を
用いて、リターン室5の真空の雰囲気を壊すことなく、
カセットを真空から大気へ排出して、メインライン14
に戻す。
ン式成膜装置を用いたことを特徴とする、本発明の透明
導電膜の成膜方法を説明する。
ましく、具体的にはSnO2、In2O3、ITO、Zn
O等が挙げられるが、200乃至250℃程度の低温で
熱処理を行う事によって良好な比抵抗と高透過率が得ら
れる点から、In2O3を主体とする金属酸化物であるこ
とが望ましい。そのため、成膜方法としてスパッタリン
グ法を用い、In2O3を85重量%以上含有するスパッ
タリングターゲットを用いることが好ましい。
ガスの酸素分圧、スパッタ時の基板温度などの成膜条件
によって変化する。そのため、異なる基板温度で、成膜
室に酸素を流量0.8sccmで導入し、膜厚130n
mのITO膜の成膜を行った後、230℃で5分間の真
空中熱処理を行った基板に対して、上記の方法を用いて
ITO膜の内部応力を測定した。図6はその成膜時の基
板温度と基板上の薄膜の内部応力との関係を表すグラフ
である。このグラフにおいては、縦軸の内部応力は、引
張応力を正とし、圧縮応力を負としている。
は成膜時の基板温度に対して単調に増加し、成膜温度2
50℃では約1200MPaもの大きな圧縮応力を有す
る。さらに図6から、内部応力は成膜時の基板温度が1
50℃以上になると、急激に増加することが分かる。こ
れはITOの結晶化温度が150乃至190℃程度であ
るためと考えられる。このため、上記のようなカラーフ
ィルタのクラックや、しわの発生を抑えるためには、内
部応力を低くするために成膜時の基板温度は150℃以
下にすることが好ましい。さらに、あらゆる種類のカラ
ーフィルタ上で、あらゆる信頼性を満足するためには、
内部応力としては圧縮側で200MPa程度以下となる
ことが好ましく、この点を考慮すると100℃以下の基
板温度で成膜されることが好ましい。但し、成膜時の基
板温度が50℃未満であると、プラズマによる昇温のた
め、枚葉毎の温度が安定せずに安定した膜質を得にくい
ため、50℃以上の基板温度で成膜する事が好ましい。
部応力が低減し、カラーフィルタ上で発生するクラッ
ク、しわに対しては良好な結果が得られるが、十分な透
過率および比抵抗値を得るためには、その後、熱処理に
よる結晶化の促進が必要となる。加熱温度は成膜温度よ
り高く、カラーフィルタの有機材料層の耐熱性の観点か
ら、250℃以下で加熱されることが好ましい。加熱温
度が高すぎる場合にはカラーフィルタの着色層が熱によ
りダメージを受け、色が抜ける、くすむなどの問題が生
じる。このため透過率、比抵抗値が所望の値が得られれ
ば、230℃で熱処理を行うことがより望ましい。但
し、熱処理時の加熱温度が180℃未満であると、In
2O3の結晶化温度以下となるため、透過率、比抵抗値
が所望の値を得ることができず、熱処理の効果がなくな
ってしまうため、180℃以上で行うことが必要であ
る。
ようなインライン式成膜装置では、低温で成膜された
後、大気中でクリーンオーブンなどによって加熱する方
法が一般的に用いられている。しかしながら、従来の大
気中での熱処理には、インライン式成膜装置とは別にこ
れらの設備が必要であった。また、大気中で熱処理を行
った場合には、大気中の酸素等によってITOの結晶化
を阻害されるため、比抵抗が低下するまでの熱処理時間
が長くなる。図7は、膜厚135nmのITO膜を大気
中と真空中の2通りで、220℃の熱処理を行った時
の、熱処理時間と比抵抗との関係を表すグラフである。
図7から分かるように、大気中で熱処理を行った場合に
は、5分程度の熱処理時間では2.5×10-4Ω・cm
程度までの、比抵抗の低下しか見られない。また、大気
中で5分の熱処理では、比抵抗値は飽和していないこと
も分かる。この場合、基板面内の温度分布等の影響を受
け、ITO膜の比抵抗の、面内分布や、異なる基板間で
の分布が大きくなり、安定的な特性を持つITO膜が得
られないことになる。
うに3分程度の処理時間で比抵抗は十分低くすることが
可能であり、熱処理時間を5分とすれば、ITOの比抵
抗値は飽和し、特性がばらつくことのない安定したIT
O膜を得ることができる。このため、本発明のインライ
ン式成膜装置を用いた熱処理の時間は、3乃至5分程度
であることが好ましい。
しようとした場合にはインライン式成膜装置の構成は図
4に示すような形態に加えさらに5分程度の熱処理を行
う熱処理装置を必要とするため、非常に大きな設置スペ
ースを必要とする。本発明のインライン式成膜装置にお
いては熱処理をリターン室5で行うように構成すること
によって、設置スペースを非常に小さくすることが可能
であるとともに、真空中での熱処理によって5分以下の
短時間で透明導電膜の比抵抗を2.5×10-4Ω・cm
以下にできる。また、これによって膜特性の良好なカラ
ーフィルタを生産性良く製造可能となる。
膜を形成するカラーフィルタにおいては、後述のよう
に、インクジェット法で形成されたカラーフィルタにお
いて本発明の低応力化の効果が顕著となり、透明導電膜
付のカラーフィルタとして良好な特性を得ることができ
る。このため、本発明は、基板がインクジェット法によ
って作製されたカラーフィルタであることを特徴とする
成膜方法をも提供する。インクジェット法は低コストな
着色層形成方式であるので、この構成によれば、表示品
位良好なカラーフィルタを生産性良く製造可能である。
実施形態の断面模式図を示す。本実施の形態は、上記の
透明導電膜の成膜方法を含む製造方法によって作製され
たカラーフィルタを用いて、TFT(薄膜トランジス
タ)型カラー液晶素子を構成した例である。図中、31
は透明基板、32は遮光層、33は着色部、34は保護
層、35は本発明の成膜方法によって成膜された透明導
電膜、36及び39は配向膜、37は対向基板、38は
画素電極、40は液晶である。部材31〜36の組み合
わせである30がカラーフィルタに対応する。
タ30側の透明基板31と、対向基板37とを合わせ込
み、液晶40を封入することにより形成される。液晶素
子の一方の基板、図5においては対向基板37の内側
に、TFT(不図示)と画素電極38がマトリクス状に
形成されている。また、カラーフィルタ30側の基板3
1の内側には、画素電極38に対向する位置に、R、
G、Bが配列するように、カラーフィルタ30の着色部
33が形成され、その上に透明な共通電極である透明導
電膜35が形成される。遮光層32は、通常カラーフィ
ルタ30側に形成されるが、ブラックマトリクス オン
アレイタイプの液晶素子など、対向基板37側に形成
される場合もある。さらに、両基板の内側には配向膜3
6、39が形成されており、液晶分子を一定方向に配列
させている。これらの基板は、スペーサー(不図示)を
介して対向配置され、シール材(不図示)によって貼り
合わされ、その間隙に液晶40が充填される。
37及び画素電極38を透明素材で形成し、夫々の基板
の外側に偏光板を接着し、一般的に蛍光灯と散乱板とを
組み合わせたバックライトを用い、液晶化合物をバック
ライトの光の透過率を変化させる光シャッターとして機
能させることにより表示を行う。また、反射型の場合に
は、基板37或いは画素電極38を反射機能を備えた素
材で形成するか、或いは、基板37上に反射層を設け、
カラーフィルタ30の外側に偏光板を設け、カラーフィ
ルタ30側から入射した光を反射して表示を行う。
ーフィルタ以外の部材については従来の技術をそのまま
用いることができることは言うまでもない。
た上記の形態のインライン式成膜装置の実施例を示す。
ーツポンプが接続され、成膜対象となる基板を2枚、図
2のようにして組み込んだカセットを、サイクルタイム
毎に1カセットずつ、大気圧から5Pa程度まで真空引
きした。
ンプを装備し、トレイを高真空領域に送り込む。仕込み
室2の両側には基板の前加熱用にIRヒータが取り付け
られている。
DCカソードに装着された5つのスパッタリングターゲ
ットが装備されている。各スパッタリングターゲット近
傍にはガス導入管を装備し、マスフローコントローラに
よってArと、Ar及びO2の混合ガスとを流量制御し
ながら導入する。成膜室3の両端はトランスファーポジ
ションになっており、仕込み室1、2の側ではサイクル
タイム毎に第2仕込み室からカセットを受け取り、プロ
セス速度に同調させて送り出す。また、移送室4側では
カセットをプロセス速度に同調させて移送室4へ送り出
す。
備し、成膜室3からカセットを受け取った後、180度
回転させ、リターン室5に送り出す。
プ、室内の両面にPID方式によって温度制御されるヒ
ータを装備し、基板を真空中で250℃程度の温度まで
加熱して、基板上の薄膜の結晶化を促進する熱処理を行
うことができる。リターン室5における熱処理は、基板
を搬送しながら基板上の透明導電膜加熱を行う。成膜室
3と同様に両端はトランスファーポジションになってお
り、移送室4側では移送室4からカセットを受け取り、
プロセス速度に同調させて送り出す。また、第1取り出
し室6側ではカセットをプロセス速度で受け取った後に
第1取り出し室6へ送り出す。
ポンプを装備し、カセットを低真空に戻す。
よびルーツポンプが接続され、第1取り出し室からカセ
ットを受け取り、5Pa程度の真空から大気開放し、サ
イクルタイム毎に基板をメインライン14に戻す。
り、1時間当たりの550×650mm基板120枚を
処理することができた。また、装置の設置スペースは1
3×6m程度に抑えることが可能となった。
膜装置を用いてカラーフィルタに透明導電膜を成膜した
例を示す。
(550×650×0.7mm)上にブラックマトリッ
クス、着色層、および保護層が順次形成されたカラーフ
ィルタX及びYを用いて、成膜温度及び実験を行った。
表1はカラーフィルタX及びYに対してITO膜を成膜
した際の、共通の成膜実施条件を示している。
ット法で水製インクのR、G、B各色を染み込ませるこ
とによって形成されたカラーフィルタである。
R、G、B各色の顔料を分散させて、フォトリソ法によ
り着色部を順次形成して作成されたカラーフィルタであ
る。
合金(42アロイ)材を用い、マスクの厚さは0.2m
mとし、マスクの開口パターンはフォトリソによるエッ
チングによって形成した。
なトレイを用い、トレイに配置された位置だし用の基準
ピンにメタルマスクと基板を突き当てることによって行
い、マグネットホルダによって両者を固定した。
本発明のインライン式成膜装置に投入し、仕込み室、成
膜室に配置された加熱手段によって、スパッタリングタ
ーゲットに向かい合う位置に至るまでに、基板を所定の
成膜温度まで加熱した後、ITOの成膜を行った。ター
ゲットは100重量%中、In2O3を90重量%、Sn
O2を10重量%含有した焼結体ターゲットで純度:9
9.99%、相対密度98%以上のものを用いた。各カ
ソード近傍のガス導入管にAr流量170sccm、A
rとO2を85:15で混合したガスの流量:18sc
cmとし、スパッタ圧力0.5Paにて成膜を行った。
成膜時はターゲットの後ろに配置されたカソードマグネ
ットを揺動させることによって面内で膜厚が均一になる
ように制御を行った。プロセス速度は0.94mm/m
in、5台のDCカソードに投入するPowerは4.
7KWとし、膜厚は135nmとなるように成膜を行っ
た。その後、トレイを加熱室に搬送し、真空熱処理を施
す。
0-4Pa以下に排気された状態でArを導入し、50P
aに保たれた状態で前記のマスク付き基板に熱処理を行
う。加熱処理時間は一様に5分とした。
す。
キャリヤーに回収された後、大気開放して、外部キャリ
ヤーに取出す。
1および2の成膜温度、また、夫々の成膜温度に対する
試験結果を示す。
フィルタYに対して、表1の共通条件と、表2に示した
各成膜温度、リターン室での熱処理温度は230℃とい
う条件でITO膜の成膜を行い、そのカラーフィルタに
対して2つの試験を行った。1つ目の試験では、カラー
フィルタを沸騰水に1時間浸漬後、顕微鏡により観察し
た時の、ITO膜におけるクラックの発生の有無を調べ
た。2つ目の試験では、温度125℃湿度85%に保た
れたチャンバ内に12時間放置した後、250℃ホット
プレートで5分間加熱した場合の各カラーフィルタ微分
干渉顕微鏡観察によるしわの状態をA〜Cに分類した。
これら2つの試験結果が表2の、クラック、しわの項目
に対応する。しわの分類において、Aは特に変化が観察
されなかった場合、Bは表面が若干粒状に変形している
のが分かる場合、Cはしわが明確に見られた場合であ
る。
ではクラック、しわともに発生が見られ、成膜温度が低
くなるにつれて、その程度は良くなっている。100℃
以下の成膜温度で成膜された基板は、しわ、クラックと
もに発生しておらず良好な結果が得られた。また、シー
ト抵抗は15Ω/□で、波長500nmの光の透過率も
95%以上と、ITOの透明導電膜としての特性も良好
であった。
ラックは発生していない。高い成膜温度ではしわの発生
は見られ、成膜温度が低くなるにつれて、その程度は良
くなっている。150℃以下の成膜温度で成膜された基
板はしわ、クラックともに発生しておらず良好な結果が
得られた。カラーフィルタYではカラーフィルタXに比
べ、耐湿性が高く、また、顔料分散法によって作製され
たカラーフィルタであるため、R、G、B各画素が分断
されているため、応力が分断された部分において緩和さ
れるため、クラック、しわともに生じにくいためと考え
られる。また、シート抵抗は16Ω/□で、波長500
nmの光の透過率も95%以上とITOの透明導電膜と
して実用上十分な特性が得られた。
を持つ透明導電膜付のカラーフィルタを得ることがで
き、特にその効果はインクジェット法で形成されたカラ
ーフィルタにおいて顕著となることが分かる。
3および4の熱処理温度の条件、また、夫々の熱処理温
度の条件に対する試験結果を示す。
フィルタYに対して表1の共通条件で、成膜温度は10
0℃、熱処理温度は表2に示した各条件でITO膜の成
膜を行い、成膜を行う前と行った後での着色層の色差を
測定する試験を行った。
400〜700nmの可視領域の光に対する透過率を、
着色層をもたない透明なガラスにおける透過率を100
%とするリファレンスにおいて測定した。次に成膜終了
後には、成膜前に測定した画素と同一の画素に対して、
着色画素の存在しないITO成膜部を100%のリファ
レンスとして測定を行い、R、G、B各画素について、
L*a*b*表色系における色差△E*abによって、成膜
前後での各画素の色差を測定した。通常、△E*ab<
3.0以下では人間の目での色差は判別できないとされ
ている。
の、260℃以上の熱処理温度では、各色ともに△E*
abは3.0以上となり、実用上問題となる。一方、実
施例での、250℃以下の熱処理温度では、各カラーフ
ィルタともに△E*abは3.0以下となり、実用上問
題とならない。
は熱処理の温度を230℃以上にしても、ITOの比抵
抗、透過率ともに向上が見られなかった。これは加熱温
度を高くすることによって、カラーフィルタからの脱ガ
スが発生し、加熱による結晶化を疎外する原因となって
いるものと考える。
下、より好ましくは230℃以下とすることが好ましい
ことが分かる。
省スペースで、必要キャリヤー数が少なく、メンテナン
ス性も良いインライン式成膜装置と、それを用いて、内
部応力や比抵抗が低く、透過率が高いといった優れた特
性を持つ、カラーフィルタに適した透明導電膜を成膜す
る透明導電膜成膜方法と、該成膜方法を用いて作製され
た高性能なカラーフィルタを使用した液晶素子と、を提
供する事ができる。
構成を示す概略図である。
の成膜領域を制限して成膜を行う場合のマスク、基板及
びマグネットホルダの配置を示す概略図である。
ある。
図である。
成膜領域を制限して成膜を行う場合のマスクと基板およ
びマグネットホルダの配置を示す概略図である。
の関係を表すグラフである。
る。
Claims (11)
- 【請求項1】 真空の成膜室の一方の端である開始部か
ら他方の端である終了部に基板を搬送する間に該基板に
成膜処理を施し、成膜処理の終了した前記基板を前記終
了部から前記開始部の近傍へと搬送するリターン室を有
するインライン式成膜装置であって、前記リターン室
は、真空に保たれ、且つ成膜処理された前記基板上の薄
膜の結晶化を促進する熱処理を行うための加熱手段を備
えていること、前記成膜室と前記リターン室とは真空状
態を保つ形態で連設されていること、を特徴とするイン
ライン式成膜装置。 - 【請求項2】 前記成膜室と、前記リターン室とが並行
して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の
インライン式成膜装置。 - 【請求項3】 さらに、前記成膜室と前記リターン室と
を接続し、成膜処理された前記基板を前記成膜室から前
記リターン室に移送するための移送室を備え、該移送室
は、前記成膜室及び前記リターン室との間に気密性を有
することを特徴とする請求項1又は2に記載のインライ
ン式成膜装置。 - 【請求項4】 前記成膜室における成膜方法が、サイド
スパッタ方式によるスパッタリング法であり、且つスパ
ッタリングターゲットが前記成膜室の前記リターン室に
近い側とは反対側の、外側にのみ配置されたことを特徴
とする請求項1から3のうちのいずれか1項に記載のイ
ンライン式成膜装置。 - 【請求項5】 請求項1から4のうちのいずれか1項に
記載のインライン式成膜装置を用いて透明導電膜を形成
することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項6】 前記成膜室における成膜方法がスパッタ
リング法であり、In2O3を85重量%以上含有するス
パッタリングターゲットを用いることを特徴とする請求
項5に記載の成膜方法。 - 【請求項7】 前記成膜処理を施す時の前記基板の温度
を50℃乃至150℃とすることを特徴とする請求項5
又は6に記載の成膜方法。 - 【請求項8】 前記成膜処理を施した後の前記熱処理に
おける前記基板の加熱温度を180℃乃至250℃とす
ることを特徴とする請求項5から7のうちのいずれか1
項に記載の成膜方法。 - 【請求項9】 前記成膜処理を施した後の前記熱処理に
おける前記基板の加熱時間を3乃至5分とすることを特
徴とする請求項5から8のうちのいずれか1項に記載の
成膜方法。 - 【請求項10】 前記基板がインクジェット法によって
作製されたカラーフィルタであることを特徴とする請求
項5から9のうちのいずれか1項に記載の成膜方法。 - 【請求項11】 一対の基板間に液晶を挟持して成る液
晶素子であって、一方の基板が、請求項5から10のう
ちのいずれか1項に記載の成膜方法を含む製造方法によ
って作製されたカラーフィルタ基板であることを特徴と
する液晶素子。
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