JP2005135687A - Ito multilayer film and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は2層以上のITO膜を積層してなるITO多層膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an ITO multilayer film formed by laminating two or more ITO films and a method for producing the same.
図5(A)及び(B)は、液晶カラーディスプレイのカラーフィルタ(Color Filter,CF)基板を示す断面図である。 5A and 5B are cross-sectional views showing a color filter (color filter, CF) substrate of a liquid crystal color display.
図5(A)を参照する。たとえば厚さ0.7mmのガラス基板71上に、赤(R)、青(B)、緑(G)の3原色のカラーフィルタ(CF)樹脂層72を順次スピンコータを用いて塗布し、パターニングを行う。CF樹脂層72の厚さは2〜3μmである。隣り合うCF樹脂層72間にブラックマトリクス73を形成し、CF基板70を得る。
Reference is made to FIG. For example, on a
図5(B)を参照する。ガラス基板71上に形成されるCF樹脂層72とブラックマトリクス73とは厚さが異なるため、CF基板70のCF樹脂層72側には凹凸が形成される。このため、CF基板70上に、樹脂で形成されたたとえば最大厚さ1μmのオーバーコート層74を、スピンコータを用いて積層する。オーバーコート層74は平滑な表面を有する。オーバーコート層74の平滑な表面上には、厚さ130〜150nmのITO(Indium Tin Oxide)膜75(透明電極)が形成される。
Reference is made to FIG. Since the
ITO膜75には、透明性及び低抵抗特性が要求される。また成膜工程においては、CF樹脂層72及びオーバーコート層74に大きなダメージを与えないことが要求される。
The ITO
ITO膜75の成膜方法として、DCマグネトロンスパッタ法、DCマグネトロンスパッタ装置にRF(高周波)装置を追加した装置で行うDC+RF重畳マグネトロンスパッタ法、イオンプレーティング法等を用いることができる。また、要求されるITO膜75の膜質は、たとえばTFT基板と対向させるCF基板上へのITO成膜においては、面抵抗率20Ω/□以下、透過率はたとえば550nmの波長の光の場合、95%以上である。なお、基板1枚分を30秒以内に成膜する生産性で生産されることが好ましい。
As a method for forming the
低抵抗、高光透過率を有するITO膜の膜応力(ITO膜の面内方向に働く圧縮応力)は大きくなる傾向がある。ITO膜75の膜応力が大きい場合には、ITO膜75が座屈して割れたり、CF樹脂層72及びオーバーコート層74に皺が発生する等の問題が生じる。
The film stress of the ITO film having low resistance and high light transmittance (compressive stress acting in the in-plane direction of the ITO film) tends to increase. When the film stress of the ITO
プラズマコーティングシステムによるイオンプレーティング法を用いた従来のITO成膜においては、低い膜応力を実現するために、低抵抗化を損なう条件で室温下での1層成膜が行われていた。この方法では、ITO膜の抵抗が高くなることに加え、抵抗分布が不均一になるという問題も生じる。更に、生産性も低下する。 In the conventional ITO film formation using an ion plating method by a plasma coating system, in order to realize a low film stress, a single-layer film formation is performed at room temperature under conditions that impair the resistance reduction. In this method, in addition to the resistance of the ITO film being increased, there is a problem that the resistance distribution is not uniform. Further, productivity is reduced.
スパッタ法を用いる場合、要求されるITO膜75の膜質及び好ましい生産性を実現するために、スパッタターゲットを必要な数だけ準備し、層ごとに成膜条件を変更して多層成膜を行うことが一般的である。
When the sputtering method is used, in order to realize the required film quality and preferable productivity of the ITO
低圧縮応力及び低面抵抗率を兼ね備えたITO透明導電膜の成膜された基板が提案されている。(たとえば、特許文献1参照。)
この提案における透明導電膜(ITO膜)は2層の積層体で構成される。第1層のITO膜は、アーク放電プラズマ法以外の方法(スパッタリング法またはEB蒸着)で成膜され、第2層のITO膜は、アーク放電プラズマ法により成膜される。第1層のITO膜は表面が粗く、それが第2層のITO膜の成長に影響を与える結果、第2層のITO膜は低応力の膜となると説明されている。
A substrate on which an ITO transparent conductive film having a low compressive stress and a low surface resistivity is formed has been proposed. (For example, see Patent Document 1.)
The transparent conductive film (ITO film) in this proposal is composed of a laminate of two layers. The first layer ITO film is formed by a method other than the arc discharge plasma method (sputtering method or EB vapor deposition), and the second layer ITO film is formed by the arc discharge plasma method. It is described that the first layer ITO film has a rough surface, which affects the growth of the second layer ITO film, so that the second layer ITO film becomes a low stress film.
この2層構造の透明導電膜(ITO膜)は、第2層のITO膜が備える低面抵抗率の特性を有するとともに、全体として小さい膜応力を有する膜となる。 This two-layered transparent conductive film (ITO film) has a low surface resistivity characteristic of the second-layer ITO film and is a film having a small film stress as a whole.
しかし第1層のITO膜をスパッタ法で形成した場合、ターゲットのパーティクルが基板に付着する、異常放電が起こる、膜質が不安定である等の不具合が生じやすい。更に低抵抗膜を得ることが困難である。また、高周波(RF)イオンプレーティング法を用いると成膜レートが遅くなる。 However, when the first layer ITO film is formed by sputtering, defects such as target particles adhering to the substrate, abnormal discharge, and unstable film quality are likely to occur. Furthermore, it is difficult to obtain a low resistance film. In addition, when the radio frequency (RF) ion plating method is used, the film formation rate is slowed down.
本発明の目的は、低抵抗、低膜応力を備える良質のITO多層膜、及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a high-quality ITO multilayer film having low resistance and low film stress, and a method for manufacturing the same.
本発明の一観点によれば、プラスチック体上方に、イオンプレーティング法を用い、基板温度20℃〜120℃で、第1のITO膜を成膜する工程と、前記第1のITO膜上に、イオンプレーティング法を用い、基板温度150℃〜250℃で、第2のITO膜を成膜する工程とを有するITO多層膜の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a step of forming a first ITO film on a plastic body using an ion plating method at a substrate temperature of 20 ° C. to 120 ° C., and on the first ITO film, There is provided an ITO multilayer film manufacturing method including a step of forming a second ITO film at a substrate temperature of 150 ° C. to 250 ° C. using an ion plating method.
このITO多層膜の製造方法を用いると、第1のITO膜が低膜応力を有し、第2のITO膜が低抵抗性を有するため、全体として低抵抗、低膜応力を備える良質のITO多層膜を形成することができる。 If this ITO multilayer film manufacturing method is used, the first ITO film has a low film stress and the second ITO film has a low resistance. Therefore, a good quality ITO having a low resistance and a low film stress as a whole. A multilayer film can be formed.
また、本発明の他の観点によれば、プラスチック体上方に形成されたITO多層膜であって、nを2以上の整数、jをnより小さい整数とするとき、前記プラスチック体上方に第1層目から第j層目まで第1のITO膜が形成され、第j層目の前記第1のITO膜上に第(j+1)層目から第n層目まで第2のITO膜が形成され、第1層目から第n層目までの前記第1または第2のITO膜の膜応力の総和が0.4GPaを超えないITO多層膜が提供される。 According to another aspect of the present invention, an ITO multilayer film formed above a plastic body, wherein n is an integer greater than or equal to 2 and j is an integer smaller than n, the first above the plastic body. A first ITO film is formed from the layer to the jth layer, and a second ITO film is formed from the (j + 1) th layer to the nth layer on the first ITO film of the jth layer. There is provided an ITO multilayer film in which the total film stress of the first or second ITO film from the first layer to the nth layer does not exceed 0.4 GPa.
このITO多層膜は、低膜応力を備える良質のITO多層膜である。 This ITO multilayer film is a high-quality ITO multilayer film having a low film stress.
本発明によれば、低抵抗、低膜応力を備える良質のITO多層膜、及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a high-quality ITO multilayer film having low resistance and low film stress, and a method for manufacturing the same.
高速成膜が可能なイオンプレーティング法では、1列の成膜ソースを用いる1層成膜が行われている。しかし、たとえば大型の基板上に、高い生産性でイオンプレーティング成膜を行うために、2列の成膜ソースを用いて2層成膜を行う場合もある。 In the ion plating method capable of high-speed film formation, single-layer film formation using one row of film formation sources is performed. However, for example, in order to perform ion plating film formation on a large substrate with high productivity, two-layer film formation may be performed using two rows of film formation sources.
本願発明者らは、2列以上の成膜ソースを用い、異なる成膜条件で2層以上のITO膜を形成することを考えた。 The inventors of the present application have considered using two or more rows of film forming sources to form two or more ITO films under different film forming conditions.
たとえば1層目のITO膜を室温にて加熱することなく形成すれば、成膜原子のマイグレートが小さくなって膜質が低下し、高抵抗率、低光透過率、低膜応力のITO膜が形成されるであろう。また、2層目のITO膜を加熱して形成すれば、成膜原子のマイグレートが大きくなって膜質(結晶性)が向上し、低抵抗率、高光透過率、高膜応力のITO膜が形成されるであろう。 For example, if the first ITO film is formed without heating at room temperature, the migration of the film-forming atoms becomes smaller and the film quality deteriorates, and an ITO film with high resistivity, low light transmittance, and low film stress can be obtained. Will be formed. In addition, if the second ITO film is formed by heating, the migration of film-forming atoms is increased, the film quality (crystallinity) is improved, and an ITO film having low resistivity, high light transmittance, and high film stress is obtained. Will be formed.
本願発明者らは、2層以上のITO膜の組み合わせにより、低膜応力、低抵抗の良質のITO多層膜が作製できないかと考えた。 The inventors of the present application considered whether a high-quality ITO multilayer film having low film stress and low resistance could be produced by combining two or more ITO films.
図1は、実施例によるITO多層膜の製造方法を用いてITO膜を成膜することが可能な成膜装置10を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a
成膜装置10は、たとえば基板上にプラズマコーティングシステムによるイオンプレーティング法で、ITO膜を形成することのできる第1の成膜室11及び第2の成膜室12を備えている。第1の成膜室11及び第2の成膜室12には、それぞれたとえば真空ポンプに接続されている真空排気口11a,12a、作動ガス供給用のパイプ11c,12cを備えたプラズマ発生器11b,12b、ガス導入口11d,12d、ハース11e,12eが設置されている。
The
第1の成膜室11及び第2の成膜室12の内部は、真空排気口11a,12aから排気を行い、任意の減圧(真空)状態にすることができる。両成膜室において、たとえばパイプ11c,12cから作動ガスをプラズマ発生器11b,12b内に導入し、圧力勾配型のプラズマガンであるプラズマ発生器11b,12bでプラズマを発生させる。各成膜室には、ガス導入口11d,12dから反応ガスを導入することもできる。蒸発物質11f,12fが収納されているハース11e,12eに、プラズマ発生器11b,12bからのプラズマビームが入射する。
The insides of the first
プラズマ発生器11b,12bとハース11e,12eとの間で生じた放電によりプラズマビームが形成され、ハース11e,12eに収納された蒸発物質11f,12fはプラズマビームにより加熱されて蒸発する。この蒸発粒子はプラズマビームによりイオン化(活性化)され、各成膜室に搬送されてきた成膜対象物上に成膜が行われる。たとえば基板上にITO膜が形成される。
A plasma beam is formed by the discharge generated between the
ITO膜が形成される成膜対象物、たとえば基板は、図中の左から右方向(矢印方向。第1の成膜室11から第2の成膜室12に向かう方向。)に搬送される。したがって、第1の成膜室11において第1層目のITO膜を形成し、その上に第2の成膜室で第2層目のITO膜を成膜することができる。第1の成膜室11におけるITO膜の成膜条件と第2の成膜室12におけるITO膜の成膜条件とは異ならせることができる。
An object to be formed on which the ITO film is formed, for example, a substrate, is transported from left to right in the drawing (in the direction of the arrow; the direction from the first
なお、プラズマ発生器11b,12bとして圧力勾配型のプラズマ発生器の他に、複合陰極型のプラズマ発生器を用いることもできる。
In addition to the pressure gradient type plasma generator, a composite cathode type plasma generator can also be used as the
図2は、実施例によるITO多層膜の製造方法を説明するための断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing an ITO multilayer film according to an embodiment.
たとえば図5(A)に示したCF基板70を成膜装置10に導入し、第1の成膜室11に搬入する。第1の成膜室11においては、プラズマコーティングシステムによるイオンプレーティング法で、CF基板70上のCF樹脂層72側に、第1層目のITO膜75aを、膜応力が小さくなる条件で成膜する。たとえば低温の基板上にアモルファス成膜を実施する。低膜応力を実現するために、第1層目のITO膜75aの抵抗値は高くなる。
For example, the
第1層目のITO膜75aが成膜されたCF基板70を第2の成膜室12に搬入する。第2の成膜室12においては、第1層目のITO膜75a上に、プラズマコーティングシステムによるイオンプレーティング法で、第2層目のITO膜75bを成膜する。第2層目のITO膜75bは、抵抗値が小さくなる条件で成膜する。第2層目のITO膜75bは、低抵抗値を実現するために膜応力が高くなる。
The
成膜条件を変更し、2層のITO膜75a,75bを積層することで、低抵抗、低膜応力を両立させたITO多層膜を実現できることがわかった。
It was found that an ITO multilayer film having both low resistance and low film stress can be realized by changing the film formation conditions and laminating the two
図3は、プラズマコーティングシステムによるイオンプレーティング法を用いて作製した2層のITO膜からなるITO多層膜の3つのサンプル(第1〜第3のサンプル)、及び、1層のみのITO膜のサンプル(第4及び第5のサンプル)について、各ITO膜の膜厚、ITO多層膜の膜応力、比抵抗、CF樹脂層72上への成膜状態を示す表である。
FIG. 3 shows three samples (first to third samples) of an ITO multilayer film composed of two-layer ITO films prepared by using an ion plating method using a plasma coating system, and an ITO film having only one layer. It is a table | surface which shows the film thickness of each ITO film | membrane, the film | membrane stress of an ITO multilayer film, specific resistance, and the film-forming state on the
第1〜第3のサンプルは、図1に示した成膜装置を用い、図2を用いて説明したITO多層膜の製造方法により、図5(A)のCF基板70上に作製した。ITO多層膜の厚さ(第1層目のITO膜75aと第2層目のITO膜75bの膜厚の合計)は150nmとした。第4のサンプルは、図1に示した成膜装置の第1の成膜室11を用いず、第2の成膜室12を用い、図2を用いて説明したITO多層膜の製造方法のうち、第2層目のITO膜75bを成膜する条件で、図5(A)のCF基板70上に形成した。厚さは150nmとした。
The first to third samples were produced on the
更に、第5のサンプルは図1に示した成膜装置の第1の成膜室11を用い、図2を用いて説明したITO多層膜の製造方法のうち、第1層目のITO膜75aを成膜する条件で、図5(A)のCF基板70上に形成した。膜厚は150nmとした。この場合は、図1の第2の成膜室12における成膜は行っていない。
Further, the fifth sample uses the first
第1層目のITO膜75aの成膜は、基板を加熱することなく、初期基板温度を室温(典型的には約20℃〜25℃)で行った。また、第2層目のITO膜75bの成膜は、抵抗率の低いITO膜を形成するため、基板を加熱して、初期基板温度を200℃として行った。
The first
第4のサンプルは、比抵抗が小さく膜応力の大きい、結晶性の良好なITO膜である。一方、第5のサンプルは、比抵抗は大きいが膜応力の小さい、結晶性の悪いITO膜である。 The fourth sample is an ITO film with good crystallinity with a small specific resistance and a large film stress. On the other hand, the fifth sample is an ITO film having a large specific resistance but a small film stress and poor crystallinity.
図4は、第4及び第5のサンプルの膜応力と比抵抗から、第1〜第3のサンプルのそれらを、それぞれの膜厚から仮に求めた結果を示す表である。計算は、第4及び第5のサンプルの膜が第1〜第3のサンプルの膜に均一に形成されていると仮定して行った。 FIG. 4 is a table showing the results of tentatively obtaining those of the first to third samples from the respective film thicknesses from the film stress and specific resistance of the fourth and fifth samples. The calculation was performed on the assumption that the films of the fourth and fifth samples were uniformly formed on the films of the first to third samples.
図3と図4を比較参照する。図4に示す第1〜第3のサンプルの膜応力及び比抵抗に比べ、図3に示すそれらは膜応力、比抵抗ともに小さい。 Compare FIG. 3 and FIG. Compared to the film stress and specific resistance of the first to third samples shown in FIG. 4, those shown in FIG. 3 are small in both film stress and specific resistance.
この結果は、2段成膜されたITO多層膜(第1〜第3のサンプル)は、第4のサンプルの膜と第5のサンプルの膜との単なる組み合わせではないということを示唆している。 This result suggests that the ITO multilayer film (first to third samples) formed in two stages is not a mere combination of the film of the fourth sample and the film of the fifth sample. .
図3を参照する。第1〜第3のサンプルの比抵抗は、第4のサンプルのそれより大きいが、1.2倍以下である。一方、第1〜第3のサンプルの膜応力は、第4のサンプルのそれの4分の1未満である。また、第4のサンプルには割れが発生したが、第1〜第3のサンプルは皺、反り、割れなどの発生がなく、良好に形成された。各層の成膜条件を変えて作製したITO多層膜が、低抵抗、低膜応力を備えた良質のITO多層膜であることがわかる。 Please refer to FIG. The specific resistance of the first to third samples is larger than that of the fourth sample, but 1.2 times or less. On the other hand, the film stress of the first to third samples is less than a quarter of that of the fourth sample. Moreover, although the crack generate | occur | produced in the 4th sample, the 1st-3rd sample did not generate | occur | produce a wrinkle, a curvature, a crack, etc., and was formed favorable. It can be seen that the ITO multilayer film produced by changing the film forming conditions of each layer is a high-quality ITO multilayer film having low resistance and low film stress.
第1層目のITO膜75aは、基板を加熱することなく、成膜時の基板温度が120℃を超えない温度条件(20〜120℃)で成膜することが好ましい。可能であれば基板を冷却してもよい。なお、成膜中は、H2Oをたとえば2〜5sccm程度導入してITO膜をアモルファス膜とする。
The
第2層目のITO膜75bは、基板を加熱して、成膜時の基板温度150〜250℃で成膜することが好ましい。
The
また、第1層目のITO膜75aと第2層目のITO膜75bの膜厚は、その和が150nmの場合には、第1層目のITO膜75aは厚さが50〜100nm、第2層目のITO膜75bも厚さが50〜100nmであることが好ましい。また、多層成膜後の膜応力の総和が0.4GPaを超えない膜厚の組み合わせが好ましい。0.3GPaを超えない膜厚バランスであればより好ましい。
When the sum of the thickness of the first-
2層のITO膜からなるITO多層膜の場合、第1層目のITO膜75a、第2層目のITO膜75bの膜厚を変更することで、比抵抗、膜応力を制御することができる。3層以上のITO膜からなるITO多層膜の場合も、各層の膜厚を制御することで、用途や要求膜質に応じたITO多層膜を作製することができるであろう。
In the case of an ITO multilayer film composed of two ITO films, the resistivity and film stress can be controlled by changing the film thickness of the
たとえば、第1及び第2のサンプルはTFT基板と対向させるCF基板に好適に用いられるであろう。また第3のサンプルはSTN基板と対向させるCF基板、及びTFT基板と対向させるCF基板に好適に用いることができるであろう。 For example, the first and second samples may be preferably used for a CF substrate facing the TFT substrate. The third sample could be suitably used for a CF substrate facing the STN substrate and a CF substrate facing the TFT substrate.
2層のITO膜75a,75bを、2層成膜後の膜応力の総和が0.4GPaを超えない条件で、CF樹脂層72等のプラスチック体上に成膜すれば、全体として低抵抗、低膜応力を備えた良質のITO多層膜が作製されるであろう。0.3GPaを超えない条件であれば、より良質のITO多層膜が作製されるであろう。
If two layers of
更に、ITO多層膜を3層以上のITO膜で形成することができる。nを2以上、jをnより小さい整数とし、n層から成るITO多層膜を成膜するとき、第1層目から第j層目までを低応力膜の得られる成膜条件で、第j+1層目から第n層目までを低抵抗膜の得られる成膜条件で、また、第1層目から第n層目までのITO膜の膜応力の総和が0.4GPaを超えない(0.4GPa以下となる)条件で、CF樹脂層72等プラスチック体上に成膜すれば、全体として低抵抗、低膜応力を備えた良質のITO多層膜が作製される。
Furthermore, the ITO multilayer film can be formed of three or more ITO films. When forming an ITO multilayer film consisting of n layers, where n is 2 or more and j is an integer smaller than n, the first to j-th layers are formed under the film-forming conditions for obtaining a low-stress film. The total film stress of the ITO film from the first layer to the nth layer does not exceed 0.4 GPa under the film forming conditions for obtaining the low resistance film from the layer to the nth layer. If a film is formed on a plastic body such as the
更に、第1層目から第n層目までのITO膜応力の総和が0.3GPaを超えない(0.3GPa以下となる)条件で成膜すれば、より好ましいITO多層膜が作製される。 Furthermore, a more preferable ITO multilayer film can be produced if the film is formed under the condition that the sum of the ITO film stresses from the first layer to the nth layer does not exceed 0.3 GPa (below 0.3 GPa).
2層のITO膜75a,75bはともにイオンプレーティング法で成膜されるため、CF樹脂層72に与えるダメージを小さくして、ITO多層膜を形成することができる。
Since the two
また、第1の成膜室11で第1層目のITO膜75aを成膜しているときに、第2の成膜室12では他のCF基板70に第2層目のITO膜75bの成膜が行われるため、CF基板70上にITO膜を1層だけ形成する場合に比べて、生産性を著しく低下させることはない。
Further, when the first
なお、CF基板70のCF樹脂層72及びブラックマトリクス73上に第1層目のITO膜75aを成膜したが、CF基板70のCF樹脂層72及びブラックマトリクス73上にオーバーコート層74を形成し、その上に第1層目のITO膜75aを成膜してもよい。
Although the
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
カラー液晶ディスプレイ等のCF上に良質のITO多層膜を形成するだけでなく、たとえばフィルム等のプラスチック体上に、低抵抗、低膜応力であり、皺、反り、割れ等のない良質のITO多層膜を形成することができる。 In addition to forming high-quality ITO multilayer films on CF for color liquid crystal displays, etc., for example, high-quality ITO multilayers with low resistance, low film stress, and no wrinkles, warpage, cracks, etc. on plastic bodies such as films A film can be formed.
また、有機EL素子の製造においても、更に、5世代以上の大型基板に対しても、良質なITO多層膜を形成することができる。 Further, in the manufacture of organic EL elements, it is possible to form a high-quality ITO multilayer film on a large substrate of 5 generations or more.
10 成膜装置
11 第1の成膜室
12 第2の成膜室
11a,12a 真空排気口
11b,12b プラズマ発生器
11c,12c パイプ
11d,12d ガス導入口
11e,12e ハース
11f,12f 蒸発物質
70 CF基板
71 ガラス基板
72 CF樹脂層
73 ブラックマトリクス
74 オーバーコート層
75,75a,75b ITO層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1のITO膜上に、イオンプレーティング法を用い、基板温度150℃〜250℃で、第2のITO膜を成膜する工程と
を有するITO多層膜の製造方法。 Forming a first ITO film above the plastic body using an ion plating method at a substrate temperature of 20 ° C. to 120 ° C .;
Forming a second ITO film on the first ITO film at a substrate temperature of 150 ° C. to 250 ° C. by using an ion plating method.
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