JP2002309372A

JP2002309372A - インライン式成膜装置、成膜方法及び液晶素子

Info

Publication number: JP2002309372A
Application number: JP2001115128A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okada; 岡田　　健
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に成膜処理
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。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は薄型、軽量、低消
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。

【０００３】このような液晶表示装置には、ガラスなど
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。

【０００４】透明電極には、通常インジウムティン
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。

【０００５】カラーフィルタ用のスパッタリング装置と
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。

【０００６】図４に示すように、従来のインライン式成
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。

【０００７】通常、このようなインライン式成膜装置を
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。

【０００８】リターン室４０５は、通常、大気圧雰囲気
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。

【０００９】成膜の対象となる基板は、図５に示すよう
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。

【００１０】キャリヤー５０５は仕込み室４０１、４０
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。

【００１１】インライン式成膜装置には、複数枚取りの
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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、インラ
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。

【００１３】また、透明電極として使用されるＩＴＯ膜
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。

【００１４】スパッタリング等の薄膜形成方法で形成し
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。

【００１５】ところが、ガラス基板のような耐熱性の比
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。

【００１６】そこで、基板面が比較的低い温度状態で形
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。

【００１７】また、液晶表示装置を製造するにあたり、
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。

【００１８】本発明者等は、液晶表示装置のカラーフィ
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。

【００１９】なお、薄膜の内部応力は以下の方法により
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。

【００２０】 σ＝Ｅｈ²／｛（１−ν）６Ｒｔ｝…式（１）

【００２１】（Ｅ／（１−ν）：基板の２軸弾性係数、
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））

【００２２】なお、有効曲率半径Ｒは、基板となるシリ
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、

【００２３】Ｒ＝（Ｒ₁Ｒ₂）／（Ｒ₁−Ｒ₂）…式（２）で求められる。

【００２４】基板の曲率半径の測定は、上記の方法の他
に、触針式段差計などによっても可能である。

【００２５】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
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。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
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。

【００２７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
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。

【００２８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
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。

【００２９】請求項４に記載の発明は、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。

【００３０】上記課題を解決するための請求項５に記載
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。

【００３１】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
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。

【００３２】請求項７に記載の発明は、請求項５又は６
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。

【００３３】請求項８に記載の発明は、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。

【００３４】請求項９に記載の発明は、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。

【００３５】請求項１０に記載の発明は、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。

【００３６】請求項１１に記載の発明は、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。

【００３７】

【発明の実施の形態】（インライン式成膜装置）以下に
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。

【００３８】図１は本発明のインライン式成膜装置の一
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。

【００３９】本発明の特徴を有するリターン室５は、成
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。

【００４０】このような構成によれば、成膜装置とは別
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。

【００４１】なお、リターン室５は、図１に示すように
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。

【００４２】移送室４については、図１に示す形態で
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。

【００４３】また、成膜室３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。

【００４４】このような構成によれば、スパッタリング
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。

【００４５】図１に示した形態においては、成膜室３に
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。

【００４６】図２は、成膜室において上記のような片側
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）。

【００４７】マスク２２はマグネットホルダ２４に埋め
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。

【００４８】このような構成によれば、片側からのみの
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。

【００４９】また、インライン式成膜装置においては、
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。

【００５０】成膜室３におけるスパッタリング法はスパ
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。

【００５１】仕込み室及び、取り出し室については、図
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。

【００５２】第１仕込み室１では大気からロータリポン
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。

【００５３】取り出し室においては、仕込み室と同様に
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。

【００５４】（成膜方法）次に、上記に示したインライ
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。

【００５５】透明導電膜は金属酸化物からなることが好
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。

【００５６】ＩＴＯ膜の内部応力は、スパッタ圧、成膜
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。

【００５７】図６から分かるように、内部応力の絶対値
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。

【００５８】成膜時の基板温度が低いと、ＩＴＯ膜の内
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
_２Ｏ_３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。

【００５９】成膜終了後の熱処理は、従来、図４に示す
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。

【００６０】一方、真空中の熱処理では、図７に示すよ
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。

【００６１】従来のインライン式成膜装置でこれを実現
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。

【００６２】また、本発明の成膜方法によって透明導電
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。

【００６３】（液晶素子）図３に本発明の液晶素子の一
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。

【００６４】カラー液晶素子は、一般的にカラーフィル
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。

【００６５】上記液晶素子は、透過型の場合には、基板
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。

【００６６】また、本発明の液晶素子においては、カラ
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。

【００６７】

【実施例】（インライン式成膜装置）先ず、図１に示し
た上記の形態のインライン式成膜装置の実施例を示す。

【００６８】第１仕込み室１には、ロータリポンプとル
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。

【００６９】第２仕込み室２には、２台のターボ分子ポ
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。

【００７０】成膜室３には、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。

【００７１】移送室４には、ターボ分子ポンプを２台装
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。

【００７２】リターン室５には、４台のターボ分子ポン
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。

【００７３】第１取り出し室６には、２台のターボ分子
ポンプを装備し、カセットを低真空に戻す。

【００７４】第２取り出し室７には、ロータリポンプお
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。

【００７５】本装置のサイクルタイムは６０ｓｅｃであ
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。

【００７６】（成膜方法）次に本発明のインライン式成
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。

【００７７】コーニング社製のガラス基板「１７３７」
（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。

【００７８】カラーフィルタＸは、樹脂上にインクジェ
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。

【００７９】カラーフィルタＹは、感光性レジストに
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。

【００８０】成膜領域を制限するマスクにはＦｅ−Ｎｉ
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。

【００８１】基板に対する位置だしは図２に示したよう
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。

【００８２】以上のようにして基板を搭載したトレイを
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Ｏ_２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。

【００８３】加熱室はクライオポンプにより１．０×１
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。

【００８４】これらの成膜及び熱処理条件を表１に示
す。

【００８５】

【表１】

【００８６】熱処理の終了した基板は搬入搬出室の専用
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。

【００８７】表２に本発明実施の実施例１〜３、比較例
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。

【００８８】

【表２】

【００８９】各例ともにカラーフィルタＸおよびカラー
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。

【００９０】表２から次のようなことが分かる。

【００９１】先ず、カラーフィルタＸでは高い成膜温度
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。

【００９２】カラーフィルタＹでは高い成膜温度ではク
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。

【００９３】総合して、本発明を用いれば、良好な特性
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。

【００９４】表３に本発明実施の実施例４〜７、比較例
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。

【００９５】

【表３】

【００９６】各例ともにカラーフィルタＸおよびカラー
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。

【００９７】まず、成膜を行う前には各着色画素の波長
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。

【００９８】カラーフィルタＸ、Ｙともに、比較例で
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。

【００９９】また、別の実験から、カラーフィルタＸで
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。

【０１００】以上の結果より、熱処理温度は２５０℃以
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。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインライン式成膜装置の一実施形態の
構成を示す概略図である。

【図２】本発明の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。

【図３】本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図で
ある。

【図４】従来のインライン式成膜装置の構成を示す概略
図である。

【図５】従来の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。

【図６】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。

【図７】熱処理時間と比抵抗との関係を表すグラフであ
る。

【符号の説明】

１第１仕込み室２第２仕込み室３成膜室４移送室５リターン室６第１取り出し室７第２取り出し室８ゲートバルブ９移送手段１０スパッタリングターゲット１１加熱手段１２ターボ分子ポンプ１３キャリヤー１４メインライン２１トレイ２２マスク２３基板２４マグネットホルダ２５キャリヤー３０カラーフィルタ３１透明基板３２ブラックマトリクス３３着色部３４非着色部３５保護層３６透明導電膜３７スペーサー３８対向基板３９画素電極４０，４１配向膜４２液晶４０１第１仕込み室４０２第２仕込み室４０３成膜室４０５リターン室４０６第１取り出し室４０７第２取り出し室４０８ゲートバルブ４０９移送手段４１０スパッタリングターゲット４１１加熱手段４１２ターボ分子ポンプ４１３キャリヤー４１４メインライン５０１トレイ５０２マスク５０３基板５０４マグネットホルダ５０５キャリヤー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５０５Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５０５ 1/1343 1/1343 Ｆターム(参考） 2H048 BA02 BA11 BA45 BA64 BB01 BB14 BB44 2H091 FA02Y FC01 FC29 GA03 LA12 LA15 2H092 HA04 MA05 MA35 PA08 4K029 AA09 BA50 BC09 BD00 CA05 DA01 DC05 DC28 EA08 GA01 KA01

Claims

【特許請求の範囲】

【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。