JP4260305B2 - Film forming method and vacuum film forming apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス基板やプラスチック等の表面に、真空成膜により被膜を形成するための被膜の形成方法及び真空成膜装置を提供することを目的とする。
【0002】
【従来の技術】
真空蒸着やイオンプレーティング等の真空成膜によって被膜を形成するにあたり、形成される被膜が所望の物理的特性を満たすものとするべく、成膜速度や反応ガスの流量、基板の温度等の成膜条件が制御される。
【0003】
ここで、前記被膜の特性に影響する重要な物理的特性として被膜の比抵抗がある。この比抵抗は、特に液晶等のディスプレイに用いられる被膜において、重要な特性とされる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、被膜の比抵抗をより小さくすることが要請されるところであり、液晶等のディスプレイに用いられる被膜においては、特に比抵抗を小さくすること、及び高精度で目標の比抵抗の被膜とすることが求められる。
【0005】
しかし、被膜を形成するにあたり、所定の成膜条件を目標として設定しこれを維持するように制御したとしても、被膜が形成される状態は、逐次にばらつきを生じて安定しない。従って、成膜の過程における各時点で被膜の物性にばらつきを生ずることになり、高精度で目標の比抵抗の被膜を形成することはできず、また、比抵抗の小さい被膜を形成することにも限界があった。
【0006】
そこで、本発明は、高精度で目標とする比抵抗の被膜を形成することができ、比抵抗の小さい被膜を得ることができる被膜の形成方法、及び該被膜を形成することができる真空成膜装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、原料物質を真空成膜により順次に堆積することによる被膜の形成を、
該被膜を形成する過程において、前記堆積された被膜の抵抗値及び膜厚を、一の時間及び他の時間において検出し、一の時間における被膜の抵抗値及び膜厚と、他の時間における被膜の抵抗値及び膜厚とに基づく演算により、一の時間と他の時間との間に堆積された被膜の比抵抗を求め、求められた比抵抗に基づいて、目標とする比抵抗の被膜となるように成膜条件を制御して行う(請求項1)。
【0008】
この発明によると、被膜を形成する過程において、堆積された被膜の比抵抗自体を直接に求め、求められた比抵抗に基づいて成膜条件を制御するので、高精度で目標の比抵抗の被膜を得ることができ、また、比抵抗の小さい被膜を得ることもできる。また、一の時間と他の時間との間の時間ごとに被膜の比抵抗を求めるので、各時間ごとの被膜の状態に緻密に対応させて、より精密に成膜条件を制御できる。
【0010】
そして、前記一の時間と他の時間との間の時間間隔を60秒以下とし、該時間間隔ごとに比抵抗を求めることができる(請求項2)。これにより、被膜の比抵抗の目標値からのずれを速やかに検出し、該検出に基づく成膜条件の速やかな制御により、より高精度に目標の被膜を得ることができる。
【0011】
また、前記被膜の形成を、被膜が堆積される基板を加熱して行うこともできる(請求項3)。これにより、比抵抗のより小さい被膜に形成することを可能にできる。
【0012】
そして、前記制御される成膜条件に、成膜速度、反応ガスの流量の少なくとも一つを含めることができる(請求項4)。
【0013】
また、前記被膜の形成をプラズマを形成してするものとし、
前記制御される成膜条件に、前記プラズマを形成するためのプラズマ出力を含めることもできる(請求項5)。
【0014】
また、原料物質を真空成膜により順次に堆積することにより被膜を形成する真空成膜装置を、
堆積された被膜の膜厚を検出できる膜厚検出手段と、堆積された被膜の抵抗値を検出できる抵抗検出手段と、成膜条件を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、一の時間において前記膜厚検出手段により検出された被膜の膜厚及び前記抵抗検出手段により検出された被膜の抵抗値と、他の時間において前記膜厚検出手段により検出された被膜の膜厚及び前記抵抗検出手段により検出された被膜の抵抗値とに基づいて、一の時間と他の時間との間に堆積された被膜の比抵抗を求める演算手段を有し、
前記演算手段により求められた被膜の比抵抗に基づいて成膜条件を制御することによって、目標とする比抵抗の被膜を形成するように構成することができる(請求項6)。
【0015】
そして、かかる真空成膜装置について、前記一の時間と他の時間との間の時間間隔を60秒以下とし、該時間間隔ごとに比抵抗を求めるように構成することができる(請求項7)。
【0016】
また、前記真空成膜装置において、制御される成膜条件として、成膜速度、反応ガスの流量の少なくとも一つを含めることができる(請求項8)。
【0017】
また、前記真空成膜装置を、プラズマを形成することにより被膜を形成するものとし、
前記制御される成膜条件に前記プラズマを形成するためのプラズマ出力を含め、
前記抵抗検出手段が、前記堆積された被膜の抵抗値を検出するための抵抗検出体と、該抵抗検出体を囲う導電性の材質からなるファラデーカップとを備えるように構成することができる(請求項9)。
【0018】
また、前記抵抗検出体により検出された抵抗値が、信号として一対の信号線を介して伝送されるようにし、該一対の信号線の少なくとも一方にフィルタを設けることができる(請求項10)。これにより、抵抗検出体より伝送される抵抗値の信号より不要なノイズを除去することができ、抵抗値の検出の誤差を防止できる。
【0019】
また、前記一対の信号線の両方にフィルタを設けることもできる(請求項11)。これにより、前記抵抗検出体より伝送される抵抗値の信号からのノイズの除去を確実とすることができ、抵抗値の検出の誤差をより確実に防止できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1乃至図5に基づいて説明する。
【0023】
図1は、本発明の実施の形態である真空成膜装置の模式図である。図2は、真空成膜装置の真空チャンバ10の周辺を詳しく示す図である。図1、図2に示される真空成膜装置は、真空成膜の一つであるイオンプレーティングに基づき被膜を形成できるように構成されており、特に特公平1−48347号公報に開示されるイオンプレーティングの方式に基づく装置である。即ち、Ar(アルゴン)等の不活性ガスを用いることなく、真空チャンバ10内で原料物質をプラズマ化させることにより被膜を形成することができる、いわゆる無ガスイオンプレーティングと呼ばれる方式に基づいている。
【0024】
図1、図2に示される真空成膜装置について、被膜の形成は、真空チャンバ10内で、前記プラズマ化した原料物質を基板15上に堆積させることにより行われる。そして、被膜を形成するための各種の成膜条件は、制御装置50によって制御される。
【0025】
真空チャンバ10は、その内部を所要の真空度とできるように、図示されない真空ポンプ等によって排気されるようにされている。また、酸素ガスや窒素ガス等の反応ガスを真空チャンバ10内に導入することができる。チャンバ10内に導入される反応ガスの流量(圧力)は、流量制御器9によって調節できるようにされている。
【0026】
真空チャンバ10内には、被膜の原料物質を蒸発させるための蒸発源11が配置されている。この蒸発源11として、原料物質8が収納されるボート12が配置されており、ボート12の周囲にはフィラメント13が巻回されている。そして、フィラメント13は加熱用電源14に接続されており、ボート12に収容される原料物質8をチャンバ10内に蒸発させることができる。そして、電源14の出力を高めることにより単位時間あたりの原料物質の蒸発量を増大させることができ、これにより、基板15に被膜を堆積させる成膜速度を高めることができる。一方、電源14の出力を低くすることにより原料物質の蒸発量を減少させ、成膜速度を低くすることができる。
【0027】
この蒸発源11として、電子ビームにより原料物質を加熱して蒸発させるようにしたものを用いることもできる。かかる場合には、電子ビームの出力を増大させることで、原料物質の蒸発量を増大させることができ、その出力を低くすることにより原料物質の蒸発量を減少させることができる。
【0028】
また、真空チャンバ10内には、基板15が取り付けられる基板ホルダ16が、板状絶縁部材17を介して、支持部材18により支持されている。そして、基板ホルダ16と支持部材18とは板状絶縁部材17を挟み、実質的にコンデンサが形成されている。
【0029】
また、基板ホルダ16はモータ19によって回転されるようになっており、基板15を回転させながら被膜を形成できるようにされている。また、基板ホルダ16には図示されないヒータが内蔵されており、基板15を加熱できるようにもなっている。
【0030】
そして、基板ホルダ16は、接触子20を介して、高周波電源(RF)21及び直流電源(DC)22からの電圧が印加される。接触子20と高周波電源21とは、直流ブロッキング用コンデンサ23とマッチングボックス(MN)24とを介して接続されている。このマッチングボックス24は、可変コンデンサ及びチョークコイルからなる周知のものである。
【0031】
また、接触子20と直流電源22とは、基板ホルダ16側が負極となるように、高周波ブロッキング用チョークコイル25を介して接続されている。また、この例では、コンデンサ29を、その一方の端子を直流電源22と高周波ブロッキング用チョークコイル25との間に接続し、他方の端子を接地する接続にして設けている。そして、高周波電源21及び直流電源22の各々の二つの出力端のうち、基板ホルダ16側に対する他端側については接地されている。また、この例では、真空チャンバ10は、導体により形成され、また、接地されている。
【0032】
そして、高周波電源21及び直流電源22の電圧は、基板ホルダ16に取り付けられた基板15の表面とチャンバ10との間に印加され、また、同じ電圧が基板ホルダ16と支持部材18との間に印加される。このようにして、高周波電源21及び直流電源22からの電力が、プラズマを形成するためのプラズマ出力としてチャンバ10内に供給される。
【0033】
そして、マッチングボックス24の可変コンデンサを適当に調節すると、基板ホルダ16と板状絶縁部材17と支持部材18により構成されるコンデンサと、マッチングボックス24の回路素子との作用により、チャンバ10内のインピーダンスと高周波電源21のインピーダンスとがマッチングし、チャンバ10内に安定した高周波電界が形成される。
【0034】
また、真空チャンバ10内には、水晶振動子モニタ26が配設されている。この水晶振動子モニタ26は、基板15に堆積した被膜の膜厚を検出する膜厚検出手段を構成し、水晶振動子モニタ26に堆積した膜厚を介して基板15上の膜厚を検出するようにしている。水晶振動子モニタ26に堆積した膜厚は、膜厚モニタ部27で検出される。
【0035】
また、真空チャンバ10内には、抵抗測定器31が設置されている。この抵抗測定器31は、基板15に堆積された被膜の抵抗値を検出するための抵抗検出手段を構成する。この抵抗測定器31について、図3に基づき詳しく説明する。
【0036】
図3(a)は抵抗測定器31の内部構造が示される図である。また、図3(b)は図3(a)におけるIII−III線矢視図である。
【0037】
抵抗測定器31の内部において、抵抗検出体としての抵抗測定素子35が、保持具34により支持体33に取り付けられている。この抵抗測定素子35は、図3(c)にも示されるようにガラス基板37の中心部分を除く両側部にガラス電極38、38を設けた構成とされている。このガラス電極38を銅(Cu)や金(Au)により形成することができ、ガラス電極38の縦と横の比を1:1とするのが望ましい。
【0038】
この抵抗測定素子35の表面には、抵抗測定器31内部において被膜が堆積される。この抵抗測定素子35に堆積された被膜の抵抗値の検出を介して、基板15上に堆積した被膜の抵抗値を検出するようにしている。この抵抗測定素子35による抵抗値の検出は、面積抵抗値として検出される。
【0039】
ガラス基板37のガラス電極38、38は、図4にも示されるように、各々がクリップ39により挟まれており、このクリップ39は、各々に図3(a)に示される一対のリード線32、32と接続されている。このリード線32、32を介して、抵抗測定素子35に堆積した被膜の抵抗値が検出される。そして、かかる抵抗値は、リード線32、32より引き出された一対の信号線36、36を介して、検出信号として抵抗モニタ部43に伝送される。
【0040】
また、抵抗測定器31は、外側が導電性の材質からなるファラデーカップ40により覆われている。これにより、抵抗測定器31の内部に対する、チャンバ10内のプラズマより輻射された電磁波によるノイズの影響を軽減し、抵抗値の検出の誤差を防止できるようにされている。
【0041】
また、ファラデーカップ40の下部は、シールド盤41によって蓋されている。このシールド盤41の中心部分には開口42が形成されており、開口42を通して、原料物質が抵抗測定器31内部の前記抵抗測定素子35の表面に導かれるようになっている。
【0042】
なお、シールド盤41の開口径が10mmφ程度とされる場合に、抵抗測定素子35をシールド盤41の位置より10mm程度内側の位置に設けることができる。
【0043】
抵抗測定器31と抵抗モニタ部43間の回路の構成について、図5に基づいて説明する。図5(a)に示されるように、一対の信号線36、36のうち、少なくとも一方にフィルタ47を設けるのが望ましい。これにより、抵抗値の検出信号に重畳するノイズをカットし、検出誤差を防止できるからである。
【0044】
また、図5(b)に示されるように、一対の信号線36、36の双方にフィルタ47を設けるようにしてもよい。これにより、抵抗値の検出信号に重畳するノイズをより確実にカットすることができ、より精度よく検出できるからである。なお、この場合には、ファラデーカップ40を一定電位とするべく、例えばファラデーカップ40を接地するようにする。また、図5(b)に示されるように、信号線36、36の双方にフィルタ47、47を設けると、抵抗測定器31側を、回路構成上独立に取り扱うことができ便利である。
【0045】
前記フィルタ47は、検出信号の周波数成分のみを抵抗モニタ部43へ通過させ、他の周波数域をカットできるように選択される。即ち、抵抗値の検出信号が比較的に低周波数の成分で構成される場合であれば、ローパスフィルタを用いることにより、高周波成分がカットされるようにする。
【0046】
次に、図1に示される制御装置50について説明する。制御装置50は、演算器51と制御器52を備えている。演算器51において、基板15上に堆積された被膜の比抵抗を求める演算が行われる。
【0047】
演算器51には、前記膜厚モニタ部27により検出された被膜の膜厚、及び前記抵抗モニタ部43により検出された被膜の抵抗値が、演算器51に設定される一定の時間間隔Δt(望ましくは60秒以下)で入力されるようになっている。そして、演算器51は、ここに格納される、演算手段を構成する比抵抗演算ルーチンの手順によって、前記入力された被膜の膜厚及び被膜の抵抗値に基づき比抵抗の演算を行う。
【0048】
比抵抗演算ルーチンによる演算処理について以下に説明する。一の時間t1と、Δt時間後の他の時間t2(t2=t1+Δt)との間に堆積された膜厚ΔTが、(1)式により求められる。
【0049】
ΔT=T(t2)−T(t1) (1)
(1)式において、T(t1)は一の時間t1に検出された膜厚であり、T(t2)は他の時間t2に検出された膜厚である。
【0050】
次に、膜厚ΔTの部分の面積抵抗値R* が、(2)により求められる。
【0051】
R* ={R(t1)}2/ΔR − R(t1) (2)
(2)式において、R(t1)は一の時間に検出された面積抵抗値である。また、(2)式において、ΔRは一の時間に検出された抵抗値R(t1)に対する、他の時間t2に検出された抵抗値R(t2)の減少を表し、(3)式により求められる。
【0052】
ΔR=R(t1)−R(t2) (3)
なお、上記(2)式は、t1におけるR(t1)とΔt時間後におけるR(t2)との間に成立する下記(4)式、及び前記(3)式により導くことができる。
【0053】
R(t2)= R*・R(t1)/(R* + R(t1)) (4)
次に、前記Δt時間の間に堆積された被膜の比抵抗ρ* が(5)式により求められる。
【0054】
ρ* =ΔT・R* (5)
なお、検出された面積抵抗R及び膜厚Tから比抵抗ρを求める以上の演算を行うにあたり、比抵抗ρと面積抵抗Rと膜厚Tとの間に(6)式の関係が成立することを基礎としている。
【0055】
ρ = T・R (6)
そして、演算器51によって求められた前記比抵抗ρ* は、制御器52に入力される。そして、制御器52は、予め設定された被膜の比抵抗の目標値ρM と、前記ρ* との比較に基づき、目標値ρM の被膜とできるように、各種の成膜条件の制御を行う。この制御器52による制御の内容は以下のとおりである。
【0056】
制御器52は、加熱用電源14の出力を制御して単位時間あたりの原料物質の蒸発量を制御し、成膜条件の一つである成膜速度を制御する。成膜速度を高めたい場合には、原料物質の蒸発量を増大させ、成膜速度を低くしたい場合には、原料物質の蒸発量を減少させる。
【0057】
また、制御器52は、前記高周波電源21及び直流電源22の出力を制御することにより、成膜条件の一つである、プラズマを形成するためのプラズマ出力を制御する。また、制御器52は、流量制御器9を制御することにより、成膜条件の一つである、反応ガスのガス流量を制御する。
【0058】
また、この制御装置50による成膜条件の制御は、前記一の時間と他の時間との間の時間間隔Δt(望ましくは60秒以下)を一つのサンプリング時間として、該Δt時間ごとに繰り返し行われる。これにより、実際に堆積された被膜の比抵抗の目標値からのずれを速やかに検出し、成膜条件を適宜に制御することが可能である。
【0059】
なお、この制御装置50は、前記検出された膜厚や面積抵抗値等を記憶することができ、また、前記比抵抗を求める演算処理等が可能である、周知のコンピュータシステムによって構成できる。また、制御装置50は、内蔵タイマを有しており、膜厚や面積抵抗値等のデータが入力された前記時間t1、t2を、膜厚や面積抵抗値等のデータとともに処理できるようにされている。
【0060】
また、抵抗モニタ部43や膜厚モニタ部27からの制御装置50へのデータ入力や、制御装置50による制御の必要に応じて、各データがA/D変換され、またD/A変換されるようになっている。
【0061】
以上のように構成される本発明の真空成膜装置によると、以下のようにして被膜が形成される。真空成膜装置は、制御装置50に当初設定される成膜条件に従って運転され、チャンバ10内に配置される基板15上に順次に被膜が堆積される。
【0062】
抵抗測定器31を介して検出された被膜の抵抗値や、水晶振動子モニタ26を介して検出された被膜の膜厚に基づき、基板15に堆積された被膜の比抵抗ρ* が制御装置50により求められる。そして、制御装置50は、求められた比抵抗ρ* と目標値ρM とを比較し、その結果に基づいて成膜条件が変更調整され、新たな成膜条件の下で成膜が行われる。そして、この成膜条件の調整変更はΔt時間間隔で繰り返し行われ、最終的に目標とする膜厚の被膜に形成される。
【0063】
このように、被膜を形成する過程において、実際に形成された被膜の比抵抗が求められ、その結果に基づき成膜条件の変更調整が行われるので、基板15上に堆積される被膜の比抵抗ρ* は、目標値ρM より大きくずれることがない。これにより、目標の比抵抗の被膜を高精度で形成することができる。また、比抵抗の小さい被膜を得ることもできる。
【0064】
そして、本発明によると、従来比抵抗のバラツキが大きかった、酸化錫を不純物として含有する酸化インジュウムを原料とする場合であっても、高精度で目標とする比抵抗の被膜に形成できる。
【0065】
また、本発明によって得ることができる、表面に被膜が形成された被膜形成体は、特に、画像表示用ディスプレイに適している。即ち、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、フィールドエミッタアレイ等の画像表示用ディスプレイにおいては、鮮明な表示画像を得るにあたり、比抵抗の低い材質が要請されるからである。
【0066】
なお、以上の説明では、プラズマを用いて被膜を形成する場合について、いわゆる無ガスイオンプレーティングの例により説明したが、本発明の抵抗検出手段によると、プラズマを用いる全ての方式において、高い検出精度で抵抗を検出することが可能である。また、本発明にかかる、被膜を形成する過程において被膜の比抵抗を求め、求められた被抵抗に基づき成膜条件を制御することは、被膜の形成をプラズマを形成してするものに限られず、真空蒸着等の他の真空成膜の方式にも適用することができる。
【0067】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【0068】
[実施例1]
実施例1として、以下の条件により、液晶用透明導電膜であるITO被膜の成膜を行った。成膜を行うにあたり、以上に説明した無ガスイオンプレーティングを用いた。ただし、原料物質の蒸発について、蒸発源として電子銃により蒸発させるものを用いた。また、被膜を形成する基板として、ガラス基板を用いた。その他の条件については、以下のとおりである。
【0069】
予備排気真空度 : 1.33×10-3 Pa
反応ガスの種類 : 酸素(O2)
初期反応ガス圧力 : 6.65×10-2 Pa
基板−蒸発源距離 : 20cm
基板温度 : 25℃
初期高周波電力 : 300W
原料物質 : ITO Sn5% 含有
成膜速度 : 0.7nm/sec
そして、比抵抗値が極小となるように酸素ガスを変化させた。これにより、以下の被膜を得ることができた。
膜厚 : 150nm
透過率 : 89% (基板1.1mmt)
抵抗値 : 20Ω/□
比抵抗 : 3.0×10-4Ω・cm
【0070】
[実施例2]
実施例2として、反応ガスを用いず、また、比抵抗値が極小となるように成膜速度を制御して成膜を行った。その他の条件については、実施例1と同様である。これにより、以下の被膜を得ることができた。
膜厚 : 155nm
透過率 : 90% (基板1.1mmt)
抵抗値 : 25Ω/□
比抵抗 : 3.88×10-4Ω・cm
【0071】
[実施例3]
実施例3として、比抵抗値が極小となるようにプラズマ出力である高周波電力を制御して成膜を行った。その他の条件については、実施例1と同様である。これにより、以下の被膜を得ることができた。
膜厚 : 150nm
透過率 : 90% (基板1.1mmt)
抵抗値 : 15Ω/□
比抵抗 : 2.25×10-4Ω・cm
【0072】
[実施例4]
実施例4として、基板を加熱してその温度を250℃とし、また、比抵抗値が極小となるように、酸素ガス圧、成膜速度、及び高周波電力を制御して成膜を行った。初めに酸素ガス圧を調整して比抵抗が最小になるようにし、次に、成膜速度、高周波電力の調整を行いさらにガス圧力に戻って調整を繰り返し最極小点で成膜した。その他の条件については、実施例1と同様である。
これにより、以下の被膜を得ることができた。
膜厚 : 150nm
透過率 : 88% (基板1.1mmt)
抵抗値 : 7Ω/□
比抵抗 : 1.05×10-4Ω・cm
【0073】
この実施例1乃至4より判るように、従来に比べて比抵抗の小さい被膜を形成することができた。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、被膜の比抵抗を成膜の過程において直接に求め、求められた比抵抗に基づいて成膜条件を制御することができる。これにより、目標とする比抵抗の被膜を高精度で得ることができ、比抵抗の小さい被膜を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】真空成膜装置の構成を表す模式図である。
【図2】真空チャンバ周辺を詳しく示す図である。
【図3】抵抗測定器を表す図である。
【図4】抵抗測定素子が保持される状態を表す図である。
【図5】抵抗値の信号を伝送する回路の構成例である。
【符号の説明】
8・・・原料物質
9・・・流量制御器
10・・・真空チャンバ
11・・・蒸発源
12・・・ボート
13・・・フィラメント
14・・・加熱用電源
15・・・基板
16・・・基板ホルダ
17・・・板状絶縁部材
18・・・支持部材
19・・・モータ
20・・・接触子
21・・・高周波電源
22・・・直流電源
23・・・直流ブロッキング用コンデンサ
25・・・高周波ブロッキング用チョークコイル
26・・・水晶振動子モニタ
27・・・膜厚モニタ部
31・・・抵抗測定器
32・・・リード線
33・・・支持体
34・・・保持具
35・・・抵抗測定素子
36・・・信号線
37・・・ガラス基板
38・・・ガラス電極
39・・・クリップ
40・・・ファラデーカップ
41・・・シールド盤
42・・・開口
43・・・抵抗モニタ部
47・・・フィルタ
50・・・制御装置
51・・・演算器
52・・・制御器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
An object of the present invention is to provide a film forming method and a vacuum film forming apparatus for forming a film on a surface of a glass substrate or plastic by vacuum film formation.
[0002]
[Prior art]
When forming a film by vacuum film formation such as vacuum deposition or ion plating, the film formation speed, the flow rate of the reaction gas, the temperature of the substrate, etc. are set so that the formed film satisfies the desired physical characteristics. Film conditions are controlled.
[0003]
Here, there is a specific resistance of the film as an important physical characteristic affecting the characteristics of the film. This specific resistance is an important characteristic particularly in a film used for a display such as a liquid crystal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, it has been demanded that the specific resistance of the film be further reduced. In the film used for a display such as a liquid crystal, the specific resistance is particularly reduced, and the film having the target specific resistance with high accuracy is used. It is required to do.
[0005]
However, even when control is performed so as to set and maintain a predetermined film forming condition as a target when forming the film, the state in which the film is formed is not stable due to sequential variations. Therefore, the physical properties of the film vary at each point in the film formation process, and it is impossible to form a film with a target specific resistance with high accuracy, and to form a film with a small specific resistance. There was also a limit.
[0006]
Therefore, the present invention can form a film having a specific resistance with high accuracy and a film having a small specific resistance, and a vacuum film forming method capable of forming the film. An object is to provide an apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the formation of a film by sequentially depositing the raw material by vacuum film formation,
In the process of forming the film, the resistance value and film thickness of the deposited film are detected at one time and another time, and the resistance value and film thickness of the film at one time and the film at another time are detected. By calculating based on the resistance value and film thickness of the film, the specific resistance of the film deposited between one time and another time is obtained, and based on the obtained specific resistance, The film forming conditions are controlled so as to satisfy (Claim 1).
[0008]
According to the present invention, in the process of forming the film, the specific resistance of the deposited film itself is directly obtained, and the film forming conditions are controlled based on the obtained specific resistance. In addition, it is possible to obtain a film having a small specific resistance. Further, since the specific resistance of the film is obtained every time between one time and another time, the film forming conditions can be controlled more precisely by closely corresponding to the state of the film every time.
[0010]
Then, the time interval between the one time and the other time is 60 seconds or less, it is possible to obtain the specific resistance for each said time interval (claim 2). As a result, the deviation of the specific resistance of the film from the target value can be detected quickly, and the target film can be obtained with higher accuracy by quickly controlling the film forming conditions based on the detection.
[0011]
In addition, the coating can be formed by heating the substrate on which the coating is deposited (Claim 3 ). Thereby, it is possible to form a film having a smaller specific resistance.
[0012]
Then, the film formation conditions and the control may include at least one deposition rate, the flow rate of the reaction gas (claim 4).
[0013]
In addition, the formation of the film is to form a plasma,
The deposition conditions and the control may also include plasma power for forming the plasma (claim 5).
[0014]
In addition, a vacuum film forming apparatus that forms a film by sequentially depositing raw materials by vacuum film formation,
A film thickness detecting means capable of detecting the film thickness of the deposited film, a resistance detecting means capable of detecting the resistance value of the deposited film, and a control device for controlling the film forming conditions;
The control device detects the film thickness detected by the film thickness detecting means in one time and the resistance value of the film detected by the resistance detecting means, and detected by the film thickness detecting means at another time. Based on the film thickness of the film and the resistance value of the film detected by the resistance detection means, the calculation means for obtaining the specific resistance of the film deposited between one time and another time,
By controlling the film forming conditions on the basis of the specific resistance of the coating obtained by the calculating means it can be configured to form a specific resistance of coating a target (claim 6).
[0015]
Then, for such a vacuum deposition apparatus, wherein not more than 60 seconds the time interval between one time and another time, can be configured to determine the specific resistance for each said time interval (claim 7) .
[0016]
Further, in the vacuum deposition apparatus, as the film formation conditions are controlled, it is possible to include at least one deposition rate, the flow rate of the reaction gas (claim 8).
[0017]
Further, the vacuum film forming apparatus shall form a film by forming plasma,
Including the plasma output for forming the plasma in the controlled film formation conditions,
The resistance detection means may include a resistance detector for detecting a resistance value of the deposited film, and a Faraday cup made of a conductive material surrounding the resistance detector. Item 9 ).
[0018]
Further, the resistance value detected by the resistance detection body, so as to be transmitted through a pair of signal lines as signal can be provided a filter to at least one of the pair of signal lines (claim 10). Thereby, unnecessary noise can be removed from the resistance value signal transmitted from the resistance detector, and an error in detecting the resistance value can be prevented.
[0019]
It is also possible to provide a filter in both of said pair of signal lines (claim 11). As a result, it is possible to reliably remove noise from the resistance value signal transmitted from the resistance detector, and it is possible to more reliably prevent an error in detecting the resistance value.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0023]
FIG. 1 is a schematic diagram of a vacuum film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing in detail the periphery of the
[0024]
In the vacuum film-forming apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the film is formed by depositing the plasma-formed source material on the
[0025]
The
[0026]
In the
[0027]
As the
[0028]
In the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The voltages of the high-
[0033]
When the variable capacitor of the
[0034]
In addition, a crystal resonator monitor 26 is disposed in the
[0035]
A
[0036]
FIG. 3A is a diagram showing the internal structure of the
[0037]
Inside the
[0038]
A film is deposited on the surface of the
[0039]
As shown in FIG. 4, the
[0040]
Further, the
[0041]
The lower part of the
[0042]
When the opening diameter of the
[0043]
A circuit configuration between the
[0044]
Further, as shown in FIG. 5B, a
[0045]
The
[0046]
Next, the
[0047]
In the
[0048]
The calculation process by the specific resistance calculation routine will be described below. The film thickness ΔT deposited between one time t1 and another time t2 (t2 = t1 + Δt) after Δt time is obtained by the equation (1).
[0049]
ΔT = T (t2) −T (t1) (1)
In the equation (1), T (t1) is a film thickness detected at one time t1, and T (t2) is a film thickness detected at another time t2.
[0050]
Next, the sheet resistance value R * of the part having the film thickness ΔT is obtained by (2).
[0051]
R * = {R (t1)} 2 / ΔR−R (t1) (2)
In the equation (2), R (t1) is a sheet resistance value detected at one time. In the equation (2), ΔR represents a decrease in the resistance value R (t2) detected at another time t2 with respect to the resistance value R (t1) detected at one time, and is obtained by the equation (3). It is done.
[0052]
ΔR = R (t1) −R (t2) (3)
The above equation (2) can be derived from the following equation (4) established between R (t1) at t1 and R (t2) after Δt time, and the above equation (3).
[0053]
R (t2) = R * · R (t1) / (R * + R (t1)) (4)
Next, the specific resistance ρ * of the film deposited during the Δt time is obtained by equation (5).
[0054]
ρ * = ΔT · R * (5)
It should be noted that the relationship of the formula (6) is established among the specific resistance ρ, the area resistance R, and the film thickness T when performing the above calculation to obtain the specific resistance ρ from the detected area resistance R and the film thickness T. Based on.
[0055]
ρ = T · R (6)
Then, the specific resistance ρ * obtained by the
[0056]
The
[0057]
The
[0058]
Further, the control of the film forming conditions by the
[0059]
The
[0060]
Each data is A / D-converted and D / A-converted according to the data input to the
[0061]
According to the vacuum film forming apparatus of the present invention configured as described above, the coating film is formed as follows. The vacuum film forming apparatus is operated according to film forming conditions initially set in the
[0062]
Based on the resistance value of the film detected via the
[0063]
In this way, in the process of forming the film, the specific resistance of the actually formed film is obtained, and the film formation conditions are changed and adjusted based on the result, so that the specific resistance of the film deposited on the
[0064]
According to the present invention, even when indium oxide containing tin oxide as an impurity is used as a raw material, which has a large variation in specific resistance in the past, it can be formed with high accuracy into a target specific resistance film.
[0065]
Moreover, the film-forming body having a film formed on the surface, which can be obtained by the present invention, is particularly suitable for an image display. That is, in an image display such as a liquid crystal display, a plasma display, and a field emitter array, a material having a low specific resistance is required to obtain a clear display image.
[0066]
In the above description, the case where a film is formed using plasma has been described by using an example of so-called gasless ion plating. However, according to the resistance detection means of the present invention, high detection is achieved in all methods using plasma. It is possible to detect the resistance with accuracy. In addition, the specific resistance of the film is determined in the process of forming the film according to the present invention, and the film formation conditions are controlled based on the obtained resistance is not limited to the formation of the film by forming plasma. It can also be applied to other vacuum film formation methods such as vacuum deposition.
[0067]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0068]
[Example 1]
As Example 1, an ITO film, which is a transparent conductive film for liquid crystal, was formed under the following conditions. The gasless ion plating described above was used for film formation. However, for evaporation of the raw material, an evaporation source using an electron gun was used. Moreover, the glass substrate was used as a board | substrate which forms a film. Other conditions are as follows.
[0069]
Preliminary exhaust vacuum: 1.33 × 10 −3 Pa
Reaction gas type: Oxygen (O 2 )
Initial reaction gas pressure: 6.65 × 10 −2 Pa
Substrate-evaporation source distance: 20 cm
Substrate temperature: 25 ° C
Initial high frequency power: 300W
Raw material: ITO Sn 5% film formation rate: 0.7 nm / sec
And oxygen gas was changed so that a specific resistance value might become the minimum. As a result, the following film could be obtained.
Film thickness: 150nm
Transmittance: 89% (substrate 1.1mm t )
Resistance value: 20Ω / □
Specific resistance: 3.0 × 10 −4 Ω · cm
[0070]
[Example 2]
In Example 2, the reaction gas was not used, and the film formation rate was controlled so that the specific resistance value was minimized. Other conditions are the same as in the first embodiment. As a result, the following film could be obtained.
Film thickness: 155nm
Transmittance: 90% (substrate 1.1mm t )
Resistance value: 25Ω / □
Specific resistance: 3.88 × 10 −4 Ω · cm
[0071]
[Example 3]
As Example 3, film formation was performed by controlling the high-frequency power as the plasma output so that the specific resistance value was minimized. Other conditions are the same as in the first embodiment. As a result, the following film could be obtained.
Film thickness: 150nm
Transmittance: 90% (substrate 1.1mm t )
Resistance value: 15Ω / □
Specific resistance: 2.25 × 10 −4 Ω · cm
[0072]
[Example 4]
In Example 4, the substrate was heated to a temperature of 250 ° C., and the film was formed by controlling the oxygen gas pressure, the film formation rate, and the high-frequency power so that the specific resistance value was minimized. First, the oxygen gas pressure was adjusted so that the specific resistance was minimized, then the film formation speed and high frequency power were adjusted, and the gas pressure was returned to the adjustment to repeat the film formation at the minimum point. Other conditions are the same as in the first embodiment.
As a result, the following film could be obtained.
Film thickness: 150nm
Transmittance: 88% (Substrate 1.1mm t )
Resistance value: 7Ω / □
Specific resistance: 1.05 × 10 −4 Ω · cm
[0073]
As can be seen from Examples 1 to 4, it was possible to form a film having a specific resistance smaller than that of the prior art.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the specific resistance of the film can be obtained directly in the course of film formation, and the film formation conditions can be controlled based on the obtained specific resistance. As a result, it is possible to obtain a film having a target specific resistance with high accuracy and to obtain a film having a small specific resistance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a vacuum film forming apparatus.
FIG. 2 is a view showing in detail the periphery of a vacuum chamber.
FIG. 3 is a diagram illustrating a resistance measuring device.
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a resistance measuring element is held.
FIG. 5 is a configuration example of a circuit that transmits a resistance value signal;
[Explanation of symbols]
8 ... Raw material 9 ...
Claims (11)
前記被膜を形成する過程において、前記堆積された被膜の抵抗値及び膜厚を、一の時間及び他の時間において検出し、一の時間における被膜の抵抗値及び膜厚と、他の時間における被膜の抵抗値及び膜厚とに基づく演算により、一の時間と他の時間との間に堆積された被膜の比抵抗を求め、該求められた比抵抗に基づいて、目標とする比抵抗の被膜となるように成膜条件を制御することを特徴とする被膜の形成方法。A method of forming a film in which raw materials are sequentially deposited by vacuum film formation to form a film,
In the process of forming the film, the resistance value and film thickness of the deposited film are detected at one time and another time, and the resistance value and film thickness of the film at one time and the film at another time are detected. By calculating based on the resistance value and film thickness of the film, the specific resistance of the film deposited between one time and another time is obtained, and the film of the target specific resistance is obtained based on the obtained specific resistance. The film forming method is characterized in that the film forming conditions are controlled.
前記制御される成膜条件に、前記プラズマを形成するためのプラズマ出力が含まれることを特徴とする請求項4に記載の被膜の形成方法。The film is formed by forming plasma,
The film forming method according to claim 4, wherein the controlled film forming condition includes a plasma output for forming the plasma.
堆積された被膜の膜厚を検出できる膜厚検出手段と、堆積された被膜の抵抗値を検出できる抵抗検出手段と、成膜条件を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、一の時間において前記膜厚検出手段により検出された被膜の膜厚及び前記抵抗検出手段により検出された被膜の抵抗値と、他の時間において前記膜厚検出手段により検出された被膜の膜厚及び前記抵抗検出手段により検出された被膜の抵抗値とに基づいて、一の時間と他の時間との間に堆積された被膜の比抵抗を求める演算手段を有し、
前記演算手段により求められた被膜の比抵抗に基づいて成膜条件を制御することによって、目標とする比抵抗の被膜を形成するように構成された真空成膜装置。A vacuum film forming apparatus for forming a film by sequentially depositing raw materials by vacuum film formation,
A film thickness detecting means capable of detecting the film thickness of the deposited film, a resistance detecting means capable of detecting the resistance value of the deposited film, and a control device for controlling the film forming conditions;
The control device detects the film thickness detected by the film thickness detecting means in one time and the resistance value of the film detected by the resistance detecting means, and detected by the film thickness detecting means at another time. Based on the film thickness of the film and the resistance value of the film detected by the resistance detection means, the calculation means for obtaining the specific resistance of the film deposited between one time and another time,
A vacuum film forming apparatus configured to form a film having a target specific resistance by controlling film forming conditions based on the specific resistance of the film obtained by the computing means.
前記制御される成膜条件に前記プラズマを形成するためのプラズマ出力が含まれており、
前記抵抗検出手段が、前記堆積された被膜の抵抗値を検出するための抵抗検出体と、該抵抗検出体を囲う導電性の材質からなるファラデーカップとを備えることを特徴とする請求項8に記載の真空成膜装置。The vacuum film forming apparatus forms a film by forming plasma,
The controlled film formation conditions include a plasma output for forming the plasma,
The resistance detection means includes a resistance detection body for detecting a resistance value of the deposited film, and a Faraday cup made of a conductive material surrounding the resistance detection body. The vacuum film-forming apparatus as described.
該一対の信号線の少なくとも一方にフィルタが設けられていることを特徴とする、請求項9に記載の真空成膜装置。The resistance value detected by the resistance detector is transmitted as a signal through a pair of signal lines,
The vacuum film forming apparatus according to claim 9, wherein a filter is provided on at least one of the pair of signal lines.
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