JP2010118157A - フロントパネル製造方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課題】耐スパッタ性と二次電圧放出特性が高いＳｒＣａＯから成る保護膜を提供する。
【解決手段】
マスク１１２は、処理基板１３３に装着されて繰り返し使用されると、成膜室１０３内での放出ガス量が増大するため、放出ガスの分圧を低下させるため排気速度を増大させ、酸素ガスの分圧を維持するため、酸素ガスの導入量を増大させる。酸素ガス分圧は１．０×１０^-2Ｐａの設定値以上、放出ガスの分圧は１．５×１０^-3Ｐａの規定値以下を維持することが望ましい。
【選択図】 図６

Description

ＰＤＰのフロントパネル用の保護膜を形成する技術に係り、特に、複数の基板に連続的に保護膜を形成する技術に関する。

図１の符号１は、ＰＤＰ(プラズマディスプレイパネル)の概略図である。
このＰＤＰ１は、フロントパネル１０とリアパネル２０を有している。
フロントパネル１０は透明基板１１を有しており、該透明基板１１には、維持電極１５と表示電極１６が形成されている。維持電極１５と表示電極１６は、誘電体層１７で覆われており、誘電体層１７の上には保膜膜１８が形成されている。

リアパネル２０には、背面基板２１を有しており、背面基板２１の上には、アドレス電極２５と、隔壁２３と、ＲＧＢの蛍光体２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂが設けられている。
フロントパネル１０とリアパネル２０は、互いに電極１５、１６、２５を向けて貼り合わされており、二枚のパネル１０、２０の間には、Ｎｅ−Ｘｅの混合ガスが封入されている。

各電極１５、１６、２５による放電によって隔壁２３間にプラズマが発生し、紫外線が放出されると蛍光体２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂが励起され、有色の光が放出される。
維持電極１５と表示電極１６は、ＩＴＯ等の透明な導電材料で構成され、誘電体層１７は、鉛ガラス等の透明な誘電体で構成されており、蛍光体２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂから放出された光はフロントパネル１０を透過し、カラー表示が行われる。

保護膜１８には、放電開始電圧Ｖfnを低下させるために高い二次電子放出能力が求められており、また、放電によって発生したプラズマに耐えるために、高い耐スパッタ性能が求められている。
従来技術では、保護膜１８には(１１１)結晶配向化したＭｇＯ薄膜が用いられているが、近年では、ＰＤＰの高性能化の要求に対し、輝度向上のために、混合ガス中のＸｅ濃度を、従来の５％から１０％に増加させる方法が提案されている。

しかし、Ｘｅ濃度の増加とともに放電開始電圧Ｖfnが上昇し、また、ＭｇＯ薄膜の耐スパッタ性が低下するため、現状の保護膜１８の機能が低下し、フロントパネル１０の寿命が短くなる問題があった。
特許公開公報２００７−３２３９２２号 特許公開公報２００７−１０９５３９号

本発明は、耐スパッタ性や二次電圧放出特性が高いＳｒとＣａとＯによる保護膜を形成し、フロントパネルを設けることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、成膜室を真空排気し、前記成膜室内にマスクを装着した処理基板を搬入し、前記成膜室を真空排気しながら前記成膜室内に酸素ガスを導入し、前記成膜室内を成膜圧力にして前記成膜室内に配置された蒸着材料の蒸気を放出させ、前記処理基板の前記マスクが位置する表面に、ＳｒとＣａとＯから成る保護膜を形成する成膜工程を有するＰＤＰのフロントパネル製造方法であって、前記マスクを前記保護膜が形成された前記処理基板から分離させる分離工程と、大気に接触した前記マスクを前記保護膜が未成膜の処理基板に装着する装着工程と、前記保護膜が未成膜の前記処理基板に前記保護膜を形成する前記成膜工程とを繰り返し行う保護膜形成方法において、過去に成膜された前記処理基板の前記成膜工程中の真空排気速度と酸素ガス導入量よりも、一乃至複数枚後に成膜される前記処理基板の真空排気速度と酸素ガス導入量の方を大きくするフロントパネル製造方法である。
また、本発明は、成膜工程中の前記成膜室内の酸素ガス分圧は、１．０×１０^-2Ｐａにするフロントパネル製造方法である。
前記成膜工程中に前記マスクから前記成膜室内に放出される放出ガスの分圧は１．５×１０^-3Ｐａ以下にするフロントパネル製造方法である。

なお、本発明で形成されるＳｒとＣａとＯから成る薄膜が、「ＳｒＣａＯ薄膜」と記載される場合、「ＳｒＣａＯ薄膜」中のＳｒとＣａとＯの比率は１：１：１に限定されるものではなく、Ｃａは１０ｍｏｌ％以上４５ｍｏｌ％以下、Ｓｒは５ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下、Ｏは５０ｍｏｌ、の範囲である。

スパッタ耐性と二次電圧放出特性が高い特性の保護膜を有するＰＤＰが得られる。

図６の符号１００は、本発明を実施できる成膜装置である。
この成膜装置１００は、搬入室１０１と、予備加熱室１０２と、成膜室１０３と、冷却室１０４と、搬出室１０５とを有している。
この成膜装置１００は、保護膜１８を形成する装置であり、搬入室１０１の内部には、保護膜１８の形成対象の処理基板１３１が配置されている。

この処理基板１３１は、保護膜１８を有しておらず誘電体層１７が露出した状態の図１のフロントパネル１０であり、フロントパネル１０を形成するパターンが一個乃至複数個形成されている。フロントパネル１０のパターンが一個形成されている場合は、処理基板１３１の周辺を遮蔽する枠状の部材であるマスク１１２が誘電体層１７上に配置されている。

他方、フロントパネル１０のパターンが複数個形成されている場合は、誘電体層１７の上には、周辺部を遮蔽する枠状の部材に加え、フロントパネル１０のパターン間上に位置する板状の遮蔽部材を有するマスク１１２が配置されている。

各室１０１〜１０５には、真空排気系１５１〜１５５がそれぞれ接続されており、予備加熱室１０２と成膜室１０３と冷却室１０４と搬出室１０５は予め真空排気しておき、搬入室１０１内にマスク１１２を配置した処理基板１３１を複数配置した後、搬入室１０１内を真空排気し、マスク１１２を配置した処理基板１３１を一枚予備加熱室１０２内に搬入する。
符号１３２は搬入された処理基板を示しており、予備加熱室１０２内には加熱装置が設けられており(不図示)、搬入された処理基板１３２を加熱する。

成膜室１０３は、移動部１０３ａと蒸気発生部１０３ｂを有しており、加熱された処理基板１３２は、移動部１０３ａの内部に搬入される。符号１３３は移動部１０３ａに搬入された処理基板を示しており、表面にはマスク１１２が配置されている。
蒸気発生部１０３ｂは、移動部１０３ａの底面に接続されており、開口１２７によって、移動部１０３ａの内部と蒸気発生部１０３ｂの内部とが接続されている。

蒸気発生部１０３ｂの内部には、蒸着源１１５が配置されている。蒸着源１１５には、保護膜１８の原料である蒸着材料１１６が配置されている。ここではＳｒＯとＣａＯの混合材料が配置されている。
蒸着材料１１６のＳｒとＣａとＯは、望ましい保護膜１８の組成に応じた比率にされており、ここでの蒸着材料１１６の組成はＳｒＯ−５０ｍｏｌ％ＣａＯにされている。

蒸気発生部１０３ｂには、電子ビーム発生装置１１９が設けられており、この電子ビーム発生装置１１９から蒸着材料１１６に電子ビーム１２１を照射すると、蒸着材料１１６から蒸気が発生し、その蒸気は、開口１２７を通って移動部１０３ａの内部に進入する。

処理基板１３３は、誘電体層１７が露出する成膜面１２０上にマスク１１２が配置され、成膜面１２０とマスク１１２が移動部１０３ａの底面側に向けられた状態で、移動ホルダ１１０に保持されており、蒸着材料１１６の蒸気を発生させながら移動ホルダ１１０を移動部１０３ａの内部で移動させると、処理基板１３３は、成膜面１２０が開口１２７と対面しながら開口１２７上を通過し、蒸気が、成膜面１２０とマスク１１２に到達する。

マスク１１２は成膜面１２０に密着して配置されており、蒸気は、マスク１１２の開口パターンを通って成膜面１２０に到達し、マスク１１２で覆われた部分の成膜面１２０には到達しないようになっている。
開口１２７の周囲の部分には、進入角度規制部材１２６が配置されており、蒸気が成膜面１２０に入射する角度は制限され、結晶性の保護膜が形成されるようになっている。

蒸気発生部１０３ｂには酸素供給装置１２５が接続されており、成膜室１０３の内部を真空排気系１５３によって真空排気しながら、酸素供給装置１２５により、酸素ガスを導入できるようになっている。

成膜室１０３に処理基板１３３を搬入する前には、蒸気の放出を停止し、酸素供給装置１２５から酸素ガスを導入せず、成膜室１０３に気体が導入されない状態にして真空排気系１５３によって成膜室１０３内を真空排気することで、成膜室１０３内の残留ガスを除去しておく。

処理基板１３３は、成膜室１０３内を低圧力である所定の到達圧力にした後、成膜室１０３内に搬入しており、搬入後、酸素ガスを導入し、成膜室１０３内を到達圧力よりも高圧の真空雰囲気であり、酸素ガス雰囲気の成膜圧力にした状態で、蒸着源１１５から蒸着材料１１６の蒸気を放出させ、開口１２７上を通過させると、蒸着材料１１６の蒸気が導入した酸素ガスと共に成膜面１２０の誘電体層１７上に到達し、誘電体層１７上に保護膜１８が形成され、図１のフロントパネル１０が得られる。

このとき、マスク１１２の表面にも保護膜１８と同じ組成の薄膜が形成される。
蒸着材料１１６の蒸気成分に、導入された酸素ガスが補充されるので、保護膜１８は、ＳｒとＣａとＯから成り、酸素が添加されたＳｒＣａＯの薄膜である。
保護膜１８が形成されて得られたフロントパネル１０は、マスク１１２と一緒に冷却室１０４内に搬入する。符号１３４は冷却室１０４に搬入したフロントパネル１０から成る処理基板を示している。

この冷却室１０４では、処理基板１３４が所定温度まで冷却された後、マスク１１２と一緒に搬出室１０５に移動される。符号１３５は、マスク１１２と一緒に搬出室１０５に移動された処理基板を示している。

搬出室１０５に複数の処理基板１３５及びマスク１１２が蓄積されると、搬出室１０５内には大気が導入され、処理基板１３５及びマスク１１２は大気雰囲気中に取り出され、大気中で分離された後、処理基板１３５は後工程に送られ、マスク１１２は、保護膜１８が未成膜の処理基板に大気雰囲気中で装着され、搬入室１０１内に搬入され、成膜室１０３内に移動されて保護膜１８が成膜される。

このように、マスク１１２表面には処理基板１３３と一緒にＳｒとＣａとＯから成る薄膜が形成されるため、複数の処理基板１３１(１３３)に保護膜１８を形成してフロントパネル１０を製造する際、マスク１１２を未成膜の処理基板１３１に装着して繰り返し使用すると、マスク１１２表面にＳｒとＣａとＯから成る薄膜が積層されてしまう。

フロントパネル１０の連続処理のためにマスク１１２を繰り返し使用する場合、マスク１１２は各フロントパネルの処理を終える度に大気雰囲気中に取り出され、大気中の水分や炭化水素を多量に吸着するため、成膜室１０３内で吸着ガスを放出してしまい、マスク１１２を装着した処理基板１３３に保護膜１８を形成する場合には、成膜中の圧力は、酸素供給装置１２５によって導入される酸素ガスの分圧と、マスク１１２の放出ガスの分圧とで構成される。

ＳｒとＣａとＯから成る保護膜１８の耐スパッタ性は、表面の結晶面方位が(１１１)の場合が高く、スパッタされにくいことが知られている。ＳｒとＣａとＯから成る保護膜１８の形成中の、成膜室１０３内の全圧を酸素供給装置１２５から導入される酸素ガスで構成し、その圧力と、得られた保護膜１８のＸ線回折測定による(１１１)強度との関係を測定した。結果を図２に示す。

蒸着材料１１６に照射する電子ビーム１２１の強度で成膜速度を制御しており、●は４ｎｍ／秒、■は１０ｎｍ／秒を示している。以下図３〜４のグラフについても、成膜圧力の全圧を酸素ガスで構成しており、●、■の示す成膜速度は、図３〜５のグラフにおいても図２の場合と同じである。

図２を見ると、成膜速度４ｎｍ／ｓでは、成膜圧力１．０×１０^-2ＰａのＳ₁点で最も高い(１１１)強度の保護膜１８が得られているが、成膜圧力がそれよりも高くなるに従って(１１１)強度は低下している。
成膜速度１０ｎｍ／秒では、同じ成膜圧力では成膜速度４ｎｍ／秒よりも(１１１)強度が高く、成膜圧力が２．０×１０^-2ＰａのＴ₁点で最も高い(１１１)強度の保護膜１８が得られており、それよりも成膜圧力が高くなるに従って(１１１)強度が低下している。

但し、Ｓ₁点、Ｔ₁点よりも成膜圧力が低くなると、得られた膜の結晶性は酸素欠損により悪くなっているから、どちらの成膜速度でも、成膜速度４ｎｍ／ｓのＳ₁点の圧力１．０×１０^-2Ｐａよりも高い圧力が必要であるが、但し、成膜速度４ｎｍ／ｓの場合、７．０×１０^-2ＰａのＳ₂点では(１１１)強度の保護膜１８が得られず、アモルファスライクな膜となった。成膜圧力と(１１１)強度との関係は成膜速度によって異なり、成膜速度が速いと成膜圧力が高くなっても(１１１)強度の低下の度合いは小さい。

成膜圧力と成膜速度との比率（成膜圧力（Ｐａ）／成膜レート（ｎｍ／秒））が０．０１５以下になるように酸素ガスを導入して成膜室１０３の成膜圧力(全圧)とすると、その成膜圧力中で成膜される保護膜１８には、成膜速度に関係なく高い(１１１)強度が得られる。

次に、図３に酸素ガスによる成膜圧力と得られた保護膜１８の耐スパッタ性との関係を示す。同図の縦軸はＮｅ−４％Ｘｅの放電ガスによって保護膜１８がスパッタ除去された膜厚であり(任意単位)、縦軸上で原点に近い程耐スパッタ性は高い。成膜圧力が高くなる程縦軸上で原点から離間しており、従って、成膜圧力が高い程耐スパッタ性は悪化している。

成膜速度４ｎｍ／秒では成膜圧力が７．０×１０^-2Ｐａ以上になると耐スパッタ性が相対値で２を超えている。一方、成膜速度が高い１０ｎｍ／秒では、成膜圧力が高くなっても耐スパッタ性の低下の度合いは小さい。
成膜中の圧力が成膜圧力と成膜レートとの比率（成膜中圧力（Ｐａ）／成膜速度（ｎｍ／秒））が０．０１５以下になるように酸素ガスを導入して成膜することで、耐スパッタ性の大幅な低下を抑えることが出来る。

次に、図４に酸素ガスによる成膜圧力と放電開始電圧Ｖfnの関係を示す。放電開始電圧Ｖfnを測定する場合、成膜室１０３に測定室を接続して真空排気しておき、成膜室１０３内で８０００Åの保護膜１８を形成した後、成膜室１０３内で室温まで冷却し、大気に曝さずに測定室に移動させる。測定室内は４００TorrのＮｅ−４％Ｘｅの放電ガスで充満させ、電極１５、１６間に電圧を印加し、放電が開始する放電開始電圧Ｖfnを測定した。

成膜圧力を低くしすぎると膜の結晶性は低下するため、放電開始電圧Ｖfnは大きくなってしまう。成膜速度が４ｎｍ／秒では成膜圧力が３．０×１０^-3Ｐａの点Ｓ₃以下、成膜速度が１０ｎｍ／秒では成膜圧力が４．０×１０^-3Ｐａの点Ｔ₃以下で放電開始電圧Ｖfnが２００Ｖ以上になっている。
実用上有効な程度の１５０Ｖ以下に放電開始電圧Ｖfnを下げるためには、成膜速度が４ｎｍ／秒と１０ｎｍ／秒で、成膜圧力は１．０×１０^-2Ｐａの点Ｓ₄、Ｔ₄以上がよい。

放電開始電圧Ｖfnについては、成膜中に、成膜圧力と成膜速度との比率（成膜圧力（Ｐａ）／成膜速度（ｎｍ／ｓ））が０．００１以上になるように酸素ガスを導入して成膜を行うことで、放電開始電圧Ｖfnの大幅な上昇を抑えることが出来る。

次に、残留ガスの影響を測定するため、成膜室１０３への酸素ガス導入を停止し、マスク１１２の表面や成膜室１０３の内壁面等から放出される放出ガス(残留ガス)によって成膜室１０３内の全圧を構成させた。

成膜室１０３に接続された真空排気系１５３は排気速度が調節可能であり、その排気速度の調節によって放出ガスによる成膜室１０３の内部圧力を制御し、放出ガスの雰囲気を成膜圧力として保護膜１８を形成した。

図５に成膜室１０３内の放出ガスによる成膜圧力と放電開始電圧Ｖfnとの関係を示す。成膜室１０３内の放出ガスによる成膜圧力が高くなるに従って放電開始電圧Ｖfnが上昇した。
成膜速度４ｎｍ／秒では、放出ガスによる成膜圧力が１．５×１０^-3Ｐａの点Ｓ₅のときに放電開始電圧Ｖfnが１４７Ｖであり、点Ｓ₅を超えると放電開始電圧Ｖfnが約１５０Ｖ以上になっている。成膜速度４ｎｍ／秒で保護膜１８を形成した場合に放電開始電圧Ｖfnを低電圧にするためには、成膜圧力を１．５×１０^-3Ｐａの点Ｓ₅以下の圧力にする必要がある。

成膜速度が１０ｎｍ／秒では、同じ成膜圧力では放電開始電圧Ｖfnは成膜速度４ｎｍ／秒の場合よりも低く、低い放電開始電圧Ｖfnを得るためには４ｎｍ／秒の場合よりも放出ガスによる成膜圧力を高くすることが出来る。

放電ガスによる成膜圧力と放電開始電圧Ｖfnとの関係については、放出ガスによる成膜圧力が、成膜圧力と成膜速度との比率（到達圧力（Ｐａ）／成膜速度（ｎｍ／秒））が５×１０^-4以下になるように成膜室１０３を真空排気して成膜を行うことで、放電電圧の大幅な上昇を抑えることが出来る。

成膜圧力が、酸素ガスの分圧と、放出ガスの分圧で構成されている場合、放電開始電圧Ｖfnを低くするためには、図４、図５から、酸素ガスの分圧は１．０×１０^-2Ｐａの点Ｓ₄、Ｔ₄以上の圧力が望ましく、放出ガスの分圧は１．５×１０^-3Ｐａの点Ｓ₅以下の圧力が望ましい。

複数の処理基板に対して保護膜１８を形成する際に、同一のマスク１１２の表面に保護膜１８が積層されるため、処理基板の処理枚数が増加すると、マスク１１２の使用回数も増加し、放出ガス分圧も増加する。

従って、成膜圧力中の酸素ガス分圧が設定圧力(１．０×１０^-2Ｐａ)以上であり、放出ガス分圧が既定値(１．５×１０^-3Ｐａ)以下になるように、排気速度と酸素ガス導入速度を調節して成膜を行った後、更に一乃至複数枚の処理基板を成膜すると放出ガス量が増加するので、放出ガス量が増加した場合、放出ガス分圧が既定値(１．５×１０^-3Ｐａ)以下になるように排気速度を増大させる。

この場合、排気速度の増大によって排気される酸素ガスが増加するので、酸素ガス分圧が設定圧力未満にならないように、酸素ガス導入量を増大させる。
なお、マスク１１２表面のＳｒＣａＯ薄膜が剥離・除去した場合、放出ガス量は減少するので、排気速度と酸素ガス導入速度を減少させて酸素ガス分圧を設定圧力以上にし、放出ガス分圧を規定値以下にすることができる。

上記成膜装置１００による保護膜１８の形成方法では、保護膜１８を形成した処理基板１３３とマスク１１２を一緒に大気雰囲気に取り出し、大気中で未成膜の処理基板に、ＳｒＣａＯの薄膜が形成されたマスク１１２を装着して成膜室１０３で成膜処理を行っていたが、保護膜１８が形成された処理基板１３３とマスク１１２とを真空雰囲気内で分離させ、処理基板１３３を大気に曝さずに、リアパネルと接着することができる。

また、上記成膜装置１００では、処理基板を一枚ずつ成膜し、切断・分割することにより、一枚の処理基板から一乃至複数枚のフロントパネルを得たが、本発明は、複数枚の処理基板に一緒に保護膜を形成する成膜装置について行われる場合も含まれる。

本発明のＰＤＰ 酸素ガスによる成膜圧力と(１１１)強度の関係を示すグラフ 酸素ガスによる成膜圧力と耐スパッタ性の関係を示すグラフ 酸素ガスによる成膜圧力と放電開始電圧Ｖfnの関係を示すグラフ 放出ガスによる成膜圧力と放電開始電圧Ｖfnの関係を示すグラフ 本発明を実施できる成膜装置の一例

符号の説明

１……ＰＤＰ
１０……フロントパネル
１０３……成膜室
１１２……マスク
１１６……蒸着材料
１３１〜１３５……処理基板

Claims (3)

1. 成膜室を真空排気し、前記成膜室内にマスクを装着した処理基板を搬入し、前記成膜室を真空排気しながら前記成膜室内に酸素ガスを導入し、前記成膜室内を成膜圧力にして前記成膜室内に配置された蒸着材料の蒸気を放出させ、前記処理基板の前記マスクが位置する表面に、ＳｒとＣａとＯから成る保護膜を形成する成膜工程を有するＰＤＰのフロントパネル製造方法であって、
   前記マスクを前記保護膜が形成された前記処理基板から分離させる分離工程と、
   大気に接触した前記マスクを前記保護膜が未成膜の処理基板に装着する装着工程と、
   前記保護膜が未成膜の前記処理基板に前記保護膜を形成する前記成膜工程とを繰り返し行う保護膜形成方法において、
   過去に成膜された前記処理基板の前記成膜工程中の真空排気速度と酸素ガス導入量よりも、一乃至複数枚後に成膜される前記処理基板の真空排気速度と酸素ガス導入量の方を大きくするフロントパネル製造方法。
2. 前記成膜工程中の前記成膜室内の酸素ガス分圧は、１．０×１０^-2Ｐａにする請求項１記載のフロントパネル製造方法。
3. 前記成膜工程中に前記マスクから前記成膜室内に放出される放出ガスの分圧は１．５×１０^-3Ｐａ以下にする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のフロントパネル製造方法。

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