JP4570233B2 - 薄膜形成方法及びその形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーＳＴＮ液晶ディスプレイその他の各種フラットパネルディスプレイなどに使用される有機膜を備えた基板に、ＳｉＯ2膜およびＩＴＯ膜を連続的に形成する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パッシブ駆動方式で駆動されるＳＴＮ液晶ディスプレイには、ストライプ状にパターニングされた透明電極を有する２枚の基板がそのパターンを直交させて設けられ、これらの基板の間に液晶が挟み込まれる。該透明電極は配線電極も兼ねており、ディスプレイの大型化に伴い該透明電極を低抵抗化することが要望され得る。透明電極としては、一般的には他の材料に比べて低抵抗且つ湿式パターニング特性に優れたＩＴＯ膜が使用される。
【０００３】
また、ＳＴＮ液晶ディスプレイは、その製造コストを抑えるため、アルカリガラス基板が使用され、この場合、該基板からのアルカリイオンの溶出を防ぐため、透明電極の下地にアルカリイオンのバリヤとしてＳｉＯ2膜が形成される。
【０００４】
カラー用のＳＴＮ液晶ディスプレイでは、一方の基板の下地にＲＧＢ（三原色）のカラーフィルターを構成する有機膜の層が形成され、表面平坦化などの必要に応じて該有機膜上にオーバーコートとしての樹脂層を形成している。さらにこの上にＳｉＯ2膜およびＩＴＯ膜が形成され、このＳｉＯ2膜はＩＴＯ膜のパターニングの際のエッチングストッパーとしても機能する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記基板の有機膜の表面は、ＳｉＯ2膜やＩＴＯ膜を形成する際には、各種吸着物や有機物残渣で汚染されており、有機膜とＳｉＯ2膜の界面の密着性が低下してＩＴＯ膜のパターニングの際に膜剥離などの問題を引き起こす。この問題の解消には、該表面をプラズマ処理によるクリーニングを施すことが有効であるが、該表面のプラズマ処理は、ＳｉＯ2膜やＩＴＯ膜を成膜する装置とは別個の専用装置で処理するか、同じ装置内で別の専用カソードやイオンガンを用いて処理するか、或いは、ＳｉＯ2成膜用のマグネトロンカソードを用いて低電力の高周波を投入して処理するのが一般的である。
【０００６】
しかし、該表面のプラズマ処理を、別個の専用装置で行う場合や同じ装置内で別の専用カソードやイオンガンを用いて行う場合は、装置のコストが高価になってしまう問題があり、ＳｉＯ2成膜用のマグネトロンカソードに低電力の高周波を投入して処理する場合は、有機膜表面の各種吸着物や有機物残渣が十分に取り除かれる前にＳｉＯ2膜が多少形成されてしまうため、十分なプラズマ処理効果が得られないという不都合があった。
【０００７】
また、ＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜を連続成膜するとき、石英ターゲットを用いた高周波マグネトロンスパッタ法でＳｉＯ2膜を形成すると、一般的にはスパッタガスとしてＡｒガスが使用されるのでその上に形成されるＩＴＯ膜の比抵抗が劣化してしまうという欠点があった。この欠点は、発明者らの研究によると、ＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜の界面でのＳｉＯ2膜の膜質がＩＴＯ膜の比抵抗に影響を与えているということが判明し、ＳｉＯ2膜の成膜の際にスパッタガスに適量の酸素ガスを添加することによりＩＴＯ膜の比抵抗を改善できることも判明した。しかしながら、この場合のＳｉＯ2膜の析出速度は、Ａｒガスのみを用いた場合に比べておよそ１／３程度まで低下してしまうという問題が生じた。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点や不都合を解消し、基板上の有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が簡単な構成で得られる薄膜形成方法および低コストな製造装置を提供すること、また、ＳｉＯ2膜を高い析出速度で形成すると共にＳｉＯ2膜上に低抵抗のＩＴＯ膜を形成できる方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、カラーフィルターなどの有機膜を形成した基板に対し、真空中で、該有機膜の表面のプラズマ処理と、該表面へのＳｉＯ2膜スパッタ成膜処理と、ＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を連続的に処理する方法に於いて、該表面のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を同一のカソードを用いて処理することにより、上記の目的を達成するようにした。該同一のカソードは、石英ターゲットと、該石英ターゲットとの距離調整が可能なマグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石とを有して放電用の高周波電源に接続され、該表面のプラズマ処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束しない例えば５０エルステッド以下の磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスを放電ガスとして用いたコンベンショナル高周波放電により行い、基板上の有機膜の表面にＳｉＯ2膜が殆ど形成されない状態で有機膜がプラズマに曝されるので、該有機膜表面の各種吸着物や有機物残渣の除去が効果的に行われ、その後に形成されるＳｉＯ2膜との密着性が良好になる。そして有機膜の表面にＳｉＯ2膜を形成するスパッタ成膜処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束する例えば１００エルステッド以上の磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いた高周波マグネトロン放電により行う。
【００１０】
また、該石英ターゲットと該磁気回路を用いてマグネトロンスパッタ法によりＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を施す際に、有機膜の表面と接する初期ＳｉＯ2層をＡｒガスのみをスパッタガスとして成膜し、その後にＡｒと酸素の混合ガス或いは酸素ガスのみをスパッタガスとしてＩＴＯ膜と接する後期ＳｉＯ2層を成膜して該ＳｉＯ2膜とすることにより、ＩＴＯ膜に接するＳｉＯ2膜の膜質を制御して低抵抗のＩＴＯ膜をＳｉＯ2膜上に形成することが可能になる。該初期ＳｉＯ2層を形成後、一旦スパッタを停止し、ガス条件を変更後にＩＴＯ膜と接する後期ＳｉＯ2層を形成してもよく、ＳｉＯ2膜をスパッタしながら連続的にガス条件を変更してもよい。この際、析出速度の高い該初期ＳｉＯ2層を厚くし、析出速度は低いがＩＴＯ膜に接してこれの比抵抗を改善できる後期ＳｉＯ2層を薄くすることにより、比較的速い析出速度でＳｉＯ2膜を形成し且つ低抵抗なＩＴＯ膜を得ることができる。
【００１１】
真空成膜室内に、基板の有機膜の表面のプラズマ処理と該表面にＳｉＯ2膜をスパッタ成膜処理するための第１カソードと、該基板にＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を施す第２カソードを設け、該第１カソードの前面に石英ターゲットを設置すると共に該第１カソードの背面に近接離反自在に磁石を設けてコンベンショナル放電とマグネトロン放電とに切換自在とすることで、本発明の方法を安価な装置で実施できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図１は本発明の方法の実施に使用したカルーセル型バッチ式スパッタ装置の截断側面図を示し、同図の符号１は略円筒形の真空成膜室、符号２及び３は該真空成膜室１の上下に図示してない絶縁用のポリテトラフルオロエチレン（テフロン）を介して設けた第１及び第２カソード、４は六角柱状の基板ホルダー３２の各周面に取り付けたガラスなどの基板である。
【００１３】
該基板４の表面には、図２に見られるようにカラーフィルター用に有機膜５が形成され、下方の第１カソード２は、該有機膜５の表面のプラズマ処理と該表面へＳｉＯ2膜をスパッタ成膜するためのもので、これにマッチングボックス６を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源７から高周波電力を供給した。該カソード２の表面には石英ターゲット８がメタルボンディングされ、該第１カソード２の背面の大気側には、マグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石９を位置調整機構１０により該石英ターゲット８の表面との距離調整を行えるように移動自在に設けた。該第１カソード２へは、Ａｒガス及び酸素ガスが夫々Ａｒガス供給系１９と酸素ガス供給系２０及びマスフローコントローラー２１、２２からなるガス導入系２３のノズル２４を介して供給される。
【００１４】
上方の第２カソード３には、マッチングボックス１１を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源１２と、高周波フィルター１３を介して直流電源１４が接続され、該第２カソード３の表面には組成Ｉｎ2Ｏ3−１０wt％ＳｎＯ2のＩＴＯターゲット１５をメタルボンディングし、該第２カソード２の背面の大気側にはマグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石１６を設置した。該磁石１６は、ＩＴＯターゲット１５の表面の平行磁界強度がおよそ１０００エルステッドになるように、該磁石１６には希土類系の強磁場磁石を用いた。この第２カソード３には、Ａｒガス及び酸素ガスが夫々Ａｒガス供給系２５と酸素ガス供給系２６及びマスフローコントローラー２７、２８からなるガス導入系２９のノズル３０を介して供給される。
【００１５】
該六角柱状の基板ホルダー３２は、中心軸１７を中心に該真空成膜室１内で回転自在に設けられ、該基板ホルダー３２の内部に、その表面に取り付けた基板４の温度を成膜中に制御するためのヒーター１８を設けた。
【００１６】
各ガス導入系２３、２９より真空成膜室１へ導入されたガスは、コンダクタンスバルブ３１を介してターボ分子ポンプの真空ポンプ３３へ排気される。その排気の際、該真空成膜室１内の圧力は、導入されるガスの流量とコンダクタンスバルブ３１の開度により調整される。
【００１７】
該基板４を用意した真空成膜室１を真空に排気し、位置調整機構１０により磁石９を第１カソード２の背面から遠ざけて該石英ターゲット８の表面が５０エルステッド以下の平行磁界強度になるようにする。そして、ノズル２４からＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして導入し、高周波電源７から電力を投入して該有機膜５の表面をプラズマ処理する。この処理では石英ターゲット８がスパッタされずに該有機膜５の表面に付着していた汚れが除去される。続いて位置調整機構１０を作動させて該表面に１００エルステッド以上の平行磁界強度を生じさせると、マグネトロン放電が該表面上に発生し、該石英ターゲット８がスパッタされるようになり、該有機膜５上にＳｉＯ2膜を成膜することができる。ＳｉＯ2膜が所定の膜厚になったところでスパッタを止める。そして次にノズル３０からＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして導入し、直流＋高周波マグネトロンスパッタ法によりＩＴＯ膜をＳｉＯ2膜上に成膜する。
【００１８】
該有機膜５の表面のプラズマ処理と該表面に対するスパッタ成膜が第１カソード２のみを使用して行えるから、設備が簡単になり、有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が得られ、該スパッタガスの種類を、有機膜に界面を接する初期ＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜に界面を接することになる後期ＳｉＯ2膜を成膜するときとで変更することで、ＳｉＯ2膜を高い析出速度で形成すると共にＳｉＯ2膜上に低抵抗のＩＴＯ膜を形成できる。
【００１９】
【実施例】
［実施例１］図１の装置を用いて、基板４上の有機膜５のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜を第１カソード２により行った。磁石９は石英ターゲット８の表面での平行磁場強度が０〜３００エルステッドの範囲で変化するように位置調整機構１０で移動させた。該ＳｉＯ2膜の成膜条件は、基板温度１５０〜２００℃、スパッタガスはＡｒガスのみを１００ｓｃｃｍ使用、圧力０．６７Ｐａ、高周波電力１５００Ｗ、基板ホルダー３２の回転速度８ｒｐｍ、成膜時間２０ｍｉｎである。
【００２０】
この成膜条件での該石英ターゲット８の表面の磁場強度とＳｉＯ2膜の析出速度の関係は図３の通りであった。表面の磁場強度が０〜５０エルステッド程度までは、基板４上にＳｉＯ2膜が殆ど形成されないのに対し、その後の磁場強度の増加とともに放電がマグネトロンモードになり、ＳｉＯ2膜の析出速度が増加し、磁場強度が１５０エルステッド以上の領域で飽和した。
【００２１】
従って、有機膜５のプラズマ処理を行うためには、ＳｉＯ2膜が殆ど形成されない０〜５０エルステッドに石英ターゲット８の表面磁場強度を保つことが有効である。そして、有機膜５のプラズマ処理を終えてＳｉＯ2膜を成膜をする際に、ターゲット表面磁場強度を１００エルステッド以上とすればよいことが分かる。
【００２２】
［実施例２］図１の装置を用いて、オーバーコート樹脂が被覆されたＲＧＢパターン済みの有機膜５を有するガラスの基板４のプラズマ処理を行った。はじめに、基板４を基板ホルダー３２に設置し、真空成膜室１内を高真空に排気後、有機膜５の表面のプラズマ処理を行わず、有機膜５付の基板４上に直接高周波マグネトロンスパッタ法でＳｉＯ2膜を形成し、次に直流＋高周波マグネトロンスパッタ法でＩＴＯ膜を連続形成した。ここで、ＳｉＯ2膜の成膜条件は、石英ターゲット８の表面の平行磁場強度２５０エルステッド、基板温度１５０〜２００℃、スパッタガスはＡｒガスのみ１００ｓｃｃｍ使用、圧力０．６７Ｐａ、高周波電力１５００Ｗ、膜厚２５ｎｍとした。また、ＩＴＯ膜の成膜条件は、ＩＴＯターゲット１５の表面の磁場強度１０００エルステッド、基板温度２２０℃、スパッタガスはＡｒガス１００ｓｃｃｍおよび適量の酸素を使用、圧力０．６７Ｐａ、直流電力７００Ｗ、高周波電力７００Ｗ、膜厚３００ｎｍとした。各処理中の基板ホルダー３２の回転速度は８ｒｐｍとした。
【００２３】
次に、有機膜５の表面のプラズマ処理を行った後に、上記と同様の条件でＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜の連続形成を行った。まず上記と同様に基板４を設置し、真空成膜室１内を高真空に排気後、ＳｉＯ2膜の成膜と共通で用いる第１カソード２において、磁石９を石英ターゲット８の表面の平行磁場強度がほぼ０エルステッドになるまで遠ざけた。そして、Ａｒ１００ｓｃｃｍと酸素１００ｓｃｃｍの混合ガスをノズル２４から導入し、有機膜５の表面をプラズマ処理した。プラズマ処理におけるその他の条件は、基板温度１００〜１５０℃、圧力１．３４Ｐａ、高周波電力５００Ｗ、基板ホルダー３２の回転速度８ｒｐｍ、プラズマ処理時間１０ｍｉｎとした。このあと石英ターゲット８の表面の平行磁場強度が２５０エルステッドになるように磁石９を近付け、上記と同じ条件でＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜の連続形成を行った。
【００２４】
以上の有機膜のプラズマ処理の有無の２種類の条件で作製したＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜を連続形成した基板４について、ＩＴＯ膜の抵抗を測定後、ＩＴＯのパターニングを想定した耐アルカリ溶液テストを実施した。抵抗の測定は４端子法で行った。また耐アルカリ溶液テストの条件は、８wt％ＮａＯＨ水溶液、液温６０℃、超音波５ｍｉｎとした。その評価結果は表１の通りであった。
【００２５】
表１
有機膜のプラズマ処理の有無に係わらず、得られたＩＴＯ膜の比抵抗はほぼ同等であった。耐アルカリ溶液テストについては、ＳｉＯ2膜の成膜前に有機膜のプラズマ処理を行わなかったサンプルでは、有機膜とＳｉＯ2膜の界面で剥離が発生した。一方、ＳｉＯ2膜の成膜前に有機膜のプラズマ処理を行ったサンプルでは、膜剥離などの異常がなく、プラズマ処理を行うことが有利である。
【００２６】
［実施例３］図１の装置を用いて、基板４にＳｉＯ2膜をスパッタガスの組成を変えて成膜したときのＳｉＯ2膜の析出速度は図３の通りであった。この場合のＳｉＯ2膜の成膜条件は、ターゲット８の表面の平行磁界強度２５０エルステッド、基板温度１５０〜２００℃、圧力０．６７Ｐａ、高周波電力１５００Ｗ、基板ホルダー３２の回転速度８ｒｐｍ、成膜時間２０ｍｉｎとした。
【００２７】
スパッタガスにＡｒガスのみを用いた場合に対し、酸素ガスの添加量が増加するとともにＳｉＯ2膜の析出速度が低下し、Ａｒに２０％以上の酸素を添加した領域で、Ａｒガスのみを用いた場合のほぼ１／３程度に低下したところで飽和した。
【００２８】
実施例２と同様の手順で、有機膜５のプラズマ処理、ＳｉＯ2膜のスパッタ成膜、ＩＴＯ膜のスパッタ成膜を行い、その際のＳｉＯ2膜の成膜条件を変化させた場合のＩＴＯ膜の比抵抗値は表２の通りであった。有機膜５のプラズマ処理およびＩＴＯ膜の成膜条件は、実施例２と同様の条件とした。ＳｉＯ2膜の成膜条件は、（条件１）スパッタガスにＡｒガスのみを用い２５ｎｍのＳｉＯ2膜を形成、（条件２）スパッタガスにＡｒ−２０％酸素の混合ガスを用い２５ｎｍのＳｉＯ2膜を形成、（条件３）スパッタガスにまずＡｒガスのみを用いて２０ｎｍのＳｉＯ2膜を形成後、ガスをＡｒ−２０％酸素の混合ガスに置換した後に連続して５ｎｍのＳｉＯ2膜を形成、とした。圧力は０．６７Ｐａとし、これ以外のＳｉＯ2膜の成膜条件は実施例２と同様の条件とした。
【００２９】
その結果は、ＳｉＯ2膜の成膜時にスパッタガスとしてＡｒガスのみを用いた場合に比べ、ＳｉＯ2膜の成膜時にＡｒと酸素の混合ガスを用いた場合または少なくともＩＴＯ膜と接する界面のＳｉＯ2膜すなわち後期ＳｉＯ2膜の成膜時にＡｒと酸素の混合ガスを用いた場合の方が、その後形成されるＩＴＯ膜がより低抵抗になった。ここでは、Ａｒと酸素の混合ガスとしてＡｒ−２０％酸素を用いたが、酸素添加率として２０〜１００％の領域に於いて、ＳｉＯ2膜の析出速度はほぼ一定であり、またその後に形成されるＩＴＯ膜の比抵抗もほぼ一定の低抵抗膜が得られた。
【００３０】
表２
以上の実施例に於いて、回転する筒状の基板ホルダー３２に基板４を設置したカルーセル型バッチ式スパッタ装置を使用した場合を説明した。このカルーセル型バッチ式スパッタ装置は筒状の基板ホルダーが回転することにより、カソード前面を通過する基板に対しプラズマ処理やスパッタ成膜を行うものであるが、静止した基板に対しプラズマ処理やスパッタ成膜を行う枚葉処理方式にも本発明を適用できる。
【００３１】
また、石英ターゲット８の表面の平行磁場強度を５０エルステッド以下に有機膜付き基板のプラズマ処理を行う方法は、インライン装置でのＳｉＯ2膜、ＩＴＯ膜の連続成膜においても有効である。ただし、この場合は、ＳｉＯ2膜のスパッタカソードとは別のプラズマ処理専用のカソードが必要となる。
【００３２】
また、本実施例においては、有機膜表面のプラズマ処理とＳｉＯ2スパッタ成膜の切り替えの際、永久磁石からなる磁石９の位置を位置調整機構１０により変更することで石英ターゲット８表面の磁場強度の調整を行ったが、永久磁石および位置調整機構の代わりに電磁石を用いて磁場強度調整を行っても、同様の効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、真空中で有機膜を形成した基板に対し、該有機膜の表面のプラズマ処理と、該表面へのＳｉＯ2膜スパッタ成膜処理と、ＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を連続的に処理する方法に於いて、該表面のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を同一のカソードを用いて処理するようにしたので、有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が簡単な構成で得られ、該同一のカソードを、石英ターゲットと、該石英ターゲットとの距離調整が可能なマグネトロン放電用の磁石とを有して放電用の高周波電源に接続し、該表面のプラズマ処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束しない磁場強度に調整してＡｒガス、酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いたコンベンショナル高周波放電により行い、該ＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束する磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いた高周波マグネトロン放電により行うようにしたので、有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が得られ、ＳｉＯ2膜を高い析出速度で形成すると共にＳｉＯ2膜上に低抵抗のＩＴＯ膜を形成できる効果があり、請求項５の装置構成とすることにより、本発明の方法を適切に実施できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用した装置の截断側面図
【図２】本発明の実施に使用した基板の拡大断面図
【図３】磁場強度とＳｉＯ2膜の析出速度との関係を示す線図
【図４】スパッタガスの成分とＳｉＯ2膜の析出速度との関係を示す線図
【符号の説明】
１ 真空成膜室、２ 第１カソード、３ 第２カソード、４ 基板、５ 有機膜、７ 高周波電源、８ 石英ターゲット、
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーＳＴＮ液晶ディスプレイその他の各種フラットパネルディスプレイなどに使用される有機膜を備えた基板に、ＳｉＯ2膜およびＩＴＯ膜を連続的に形成する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パッシブ駆動方式で駆動されるＳＴＮ液晶ディスプレイには、ストライプ状にパターニングされた透明電極を有する２枚の基板がそのパターンを直交させて設けられ、これらの基板の間に液晶が挟み込まれる。該透明電極は配線電極も兼ねており、ディスプレイの大型化に伴い該透明電極を低抵抗化することが要望され得る。透明電極としては、一般的には他の材料に比べて低抵抗且つ湿式パターニング特性に優れたＩＴＯ膜が使用される。
【０００３】
また、ＳＴＮ液晶ディスプレイは、その製造コストを抑えるため、アルカリガラス基板が使用され、この場合、該基板からのアルカリイオンの溶出を防ぐため、透明電極の下地にアルカリイオンのバリヤとしてＳｉＯ2膜が形成される。
【０００４】
カラー用のＳＴＮ液晶ディスプレイでは、一方の基板の下地にＲＧＢ（三原色）のカラーフィルターを構成する有機膜の層が形成され、表面平坦化などの必要に応じて該有機膜上にオーバーコートとしての樹脂層を形成している。さらにこの上にＳｉＯ2膜およびＩＴＯ膜が形成され、このＳｉＯ2膜はＩＴＯ膜のパターニングの際のエッチングストッパーとしても機能する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記基板の有機膜の表面は、ＳｉＯ2膜やＩＴＯ膜を形成する際には、各種吸着物や有機物残渣で汚染されており、有機膜とＳｉＯ2膜の界面の密着性が低下してＩＴＯ膜のパターニングの際に膜剥離などの問題を引き起こす。この問題の解消には、該表面をプラズマ処理によるクリーニングを施すことが有効であるが、該表面のプラズマ処理は、ＳｉＯ2膜やＩＴＯ膜を成膜する装置とは別個の専用装置で処理するか、同じ装置内で別の専用カソードやイオンガンを用いて処理するか、或いは、ＳｉＯ2成膜用のマグネトロンカソードを用いて低電力の高周波を投入して処理するのが一般的である。
【０００６】
しかし、該表面のプラズマ処理を、別個の専用装置で行う場合や同じ装置内で別の専用カソードやイオンガンを用いて行う場合は、装置のコストが高価になってしまう問題があり、ＳｉＯ2成膜用のマグネトロンカソードに低電力の高周波を投入して処理する場合は、有機膜表面の各種吸着物や有機物残渣が十分に取り除かれる前にＳｉＯ2膜が多少形成されてしまうため、十分なプラズマ処理効果が得られないという不都合があった。
【０００７】
また、ＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜を連続成膜するとき、石英ターゲットを用いた高周波マグネトロンスパッタ法でＳｉＯ2膜を形成すると、一般的にはスパッタガスとしてＡｒガスが使用されるのでその上に形成されるＩＴＯ膜の比抵抗が劣化してしまうという欠点があった。この欠点は、発明者らの研究によると、ＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜の界面でのＳｉＯ2膜の膜質がＩＴＯ膜の比抵抗に影響を与えているということが判明し、ＳｉＯ2膜の成膜の際にスパッタガスに適量の酸素ガスを添加することによりＩＴＯ膜の比抵抗を改善できることも判明した。しかしながら、この場合のＳｉＯ2膜の析出速度は、Ａｒガスのみを用いた場合に比べておよそ１／３程度まで低下してしまうという問題が生じた。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点や不都合を解消し、基板上の有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が簡単な構成で得られる薄膜形成方法および低コストな製造装置を提供すること、また、ＳｉＯ2膜を高い析出速度で形成すると共にＳｉＯ2膜上に低抵抗のＩＴＯ膜を形成できる方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、カラーフィルターなどの有機膜を形成した基板に対し、真空中で、該有機膜の表面のプラズマ処理と、該表面へのＳｉＯ2膜スパッタ成膜処理と、ＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を連続的に処理する方法に於いて、該表面のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を同一のカソードを用いて処理することにより、上記の目的を達成するようにした。該同一のカソードは、石英ターゲットと、該石英ターゲットとの距離調整が可能なマグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石とを有して放電用の高周波電源に接続され、該表面のプラズマ処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束しない例えば５０エルステッド以下の磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスを放電ガスとして用いたコンベンショナル高周波放電により行い、基板上の有機膜の表面にＳｉＯ2膜が殆ど形成されない状態で有機膜がプラズマに曝されるので、該有機膜表面の各種吸着物や有機物残渣の除去が効果的に行われ、その後に形成されるＳｉＯ2膜との密着性が良好になる。そして有機膜の表面にＳｉＯ2膜を形成するスパッタ成膜処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束する例えば１００エルステッド以上の磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いた高周波マグネトロン放電により行う。
【００１０】
また、該石英ターゲットと該磁気回路を用いてマグネトロンスパッタ法によりＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を施す際に、有機膜の表面と接する初期ＳｉＯ2層をＡｒガスのみをスパッタガスとして成膜し、その後にＡｒと酸素の混合ガス或いは酸素ガスのみをスパッタガスとしてＩＴＯ膜と接する後期ＳｉＯ2層を成膜して該ＳｉＯ2膜とすることにより、ＩＴＯ膜に接するＳｉＯ2膜の膜質を制御して低抵抗のＩＴＯ膜をＳｉＯ2膜上に形成することが可能になる。該初期ＳｉＯ2層を形成後、一旦スパッタを停止し、ガス条件を変更後にＩＴＯ膜と接する後期ＳｉＯ2層を形成してもよく、ＳｉＯ2膜をスパッタしながら連続的にガス条件を変更してもよい。この際、析出速度の高い該初期ＳｉＯ2層を厚くし、析出速度は低いがＩＴＯ膜に接してこれの比抵抗を改善できる後期ＳｉＯ2層を薄くすることにより、比較的速い析出速度でＳｉＯ2膜を形成し且つ低抵抗なＩＴＯ膜を得ることができる。
【００１１】
真空成膜室内に、基板の有機膜の表面のプラズマ処理と該表面にＳｉＯ2膜をスパッタ成膜処理するための第１カソードと、該基板にＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を施す第２カソードを設け、該第１カソードの前面に石英ターゲットを設置すると共に該第１カソードの背面に近接離反自在に磁石を設けてコンベンショナル放電とマグネトロン放電とに切換自在とすることで、本発明の方法を安価な装置で実施できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付図面に基づき本発明の実施の形態を説明すると、図１は本発明の方法の実施に使用したカルーセル型バッチ式スパッタ装置の截断側面図を示し、同図の符号１は略円筒形の真空成膜室、符号２及び３は該真空成膜室１の上下に図示してない絶縁用のポリテトラフルオロエチレン（テフロン）を介して設けた第１及び第２カソード、４は六角柱状の基板ホルダー３２の各周面に取り付けたガラスなどの基板である。
【００１３】
該基板４の表面には、図２に見られるようにカラーフィルター用に有機膜５が形成され、下方の第１カソード２は、該有機膜５の表面のプラズマ処理と該表面へＳｉＯ2膜をスパッタ成膜するためのもので、これにマッチングボックス６を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源７から高周波電力を供給した。該カソード２の表面には石英ターゲット８がメタルボンディングされ、該第１カソード２の背面の大気側には、マグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石９を位置調整機構１０により該石英ターゲット８の表面との距離調整を行えるように移動自在に設けた。該第１カソード２へは、Ａｒガス及び酸素ガスが夫々Ａｒガス供給系１９と酸素ガス供給系２０及びマスフローコントローラー２１、２２からなるガス導入系２３のノズル２４を介して供給される。
【００１４】
上方の第２カソード３には、マッチングボックス１１を介して１３．５６ＭＨｚの高周波電源１２と、高周波フィルター１３を介して直流電源１４が接続され、該第２カソード３の表面には組成Ｉｎ2Ｏ3−１０wt％ＳｎＯ2のＩＴＯターゲット１５をメタルボンディングし、該第２カソード２の背面の大気側にはマグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石１６を設置した。該磁石１６は、ＩＴＯターゲット１５の表面の平行磁界強度がおよそ１０００エルステッドになるように、該磁石１６には希土類系の強磁場磁石を用いた。この第２カソード３には、Ａｒガス及び酸素ガスが夫々Ａｒガス供給系２５と酸素ガス供給系２６及びマスフローコントローラー２７、２８からなるガス導入系２９のノズル３０を介して供給される。
【００１５】
該六角柱状の基板ホルダー３２は、中心軸１７を中心に該真空成膜室１内で回転自在に設けられ、該基板ホルダー３２の内部に、その表面に取り付けた基板４の温度を成膜中に制御するためのヒーター１８を設けた。
【００１６】
各ガス導入系２３、２９より真空成膜室１へ導入されたガスは、コンダクタンスバルブ３１を介してターボ分子ポンプの真空ポンプ３３へ排気される。その排気の際、該真空成膜室１内の圧力は、導入されるガスの流量とコンダクタンスバルブ３１の開度により調整される。
【００１７】
該基板４を用意した真空成膜室１を真空に排気し、位置調整機構１０により磁石９を第１カソード２の背面から遠ざけて該石英ターゲット８の表面が５０エルステッド以下の平行磁界強度になるようにする。そして、ノズル２４からＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして導入し、高周波電源７から電力を投入して該有機膜５の表面をプラズマ処理する。この処理では石英ターゲット８がスパッタされずに該有機膜５の表面に付着していた汚れが除去される。続いて位置調整機構１０を作動させて該表面に１００エルステッド以上の平行磁界強度を生じさせると、マグネトロン放電が該表面上に発生し、該石英ターゲット８がスパッタされるようになり、該有機膜５上にＳｉＯ2膜を成膜することができる。ＳｉＯ2膜が所定の膜厚になったところでスパッタを止める。そして次にノズル３０からＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして導入し、直流＋高周波マグネトロンスパッタ法によりＩＴＯ膜をＳｉＯ2膜上に成膜する。
【００１８】
該有機膜５の表面のプラズマ処理と該表面に対するスパッタ成膜が第１カソード２のみを使用して行えるから、設備が簡単になり、有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が得られ、該スパッタガスの種類を、有機膜に界面を接する初期ＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜に界面を接することになる後期ＳｉＯ2膜を成膜するときとで変更することで、ＳｉＯ2膜を高い析出速度で形成すると共にＳｉＯ2膜上に低抵抗のＩＴＯ膜を形成できる。
【００１９】
【実施例】
［実施例１］図１の装置を用いて、基板４上の有機膜５のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜を第１カソード２により行った。磁石９は石英ターゲット８の表面での平行磁場強度が０〜３００エルステッドの範囲で変化するように位置調整機構１０で移動させた。該ＳｉＯ2膜の成膜条件は、基板温度１５０〜２００℃、スパッタガスはＡｒガスのみを１００ｓｃｃｍ使用、圧力０．６７Ｐａ、高周波電力１５００Ｗ、基板ホルダー３２の回転速度８ｒｐｍ、成膜時間２０ｍｉｎである。
【００２０】
この成膜条件での該石英ターゲット８の表面の磁場強度とＳｉＯ2膜の析出速度の関係は図３の通りであった。表面の磁場強度が０〜５０エルステッド程度までは、基板４上にＳｉＯ2膜が殆ど形成されないのに対し、その後の磁場強度の増加とともに放電がマグネトロンモードになり、ＳｉＯ2膜の析出速度が増加し、磁場強度が１５０エルステッド以上の領域で飽和した。
【００２１】
従って、有機膜５のプラズマ処理を行うためには、ＳｉＯ2膜が殆ど形成されない０〜５０エルステッドに石英ターゲット８の表面磁場強度を保つことが有効である。そして、有機膜５のプラズマ処理を終えてＳｉＯ2膜を成膜をする際に、ターゲット表面磁場強度を１００エルステッド以上とすればよいことが分かる。
【００２２】
［実施例２］図１の装置を用いて、オーバーコート樹脂が被覆されたＲＧＢパターン済みの有機膜５を有するガラスの基板４のプラズマ処理を行った。はじめに、基板４を基板ホルダー３２に設置し、真空成膜室１内を高真空に排気後、有機膜５の表面のプラズマ処理を行わず、有機膜５付の基板４上に直接高周波マグネトロンスパッタ法でＳｉＯ2膜を形成し、次に直流＋高周波マグネトロンスパッタ法でＩＴＯ膜を連続形成した。ここで、ＳｉＯ2膜の成膜条件は、石英ターゲット８の表面の平行磁場強度２５０エルステッド、基板温度１５０〜２００℃、スパッタガスはＡｒガスのみ１００ｓｃｃｍ使用、圧力０．６７Ｐａ、高周波電力１５００Ｗ、膜厚２５ｎｍとした。また、ＩＴＯ膜の成膜条件は、ＩＴＯターゲット１５の表面の磁場強度１０００エルステッド、基板温度２２０℃、スパッタガスはＡｒガス１００ｓｃｃｍおよび適量の酸素を使用、圧力０．６７Ｐａ、直流電力７００Ｗ、高周波電力７００Ｗ、膜厚３００ｎｍとした。各処理中の基板ホルダー３２の回転速度は８ｒｐｍとした。
【００２３】
次に、有機膜５の表面のプラズマ処理を行った後に、上記と同様の条件でＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜の連続形成を行った。まず上記と同様に基板４を設置し、真空成膜室１内を高真空に排気後、ＳｉＯ2膜の成膜と共通で用いる第１カソード２において、磁石９を石英ターゲット８の表面の平行磁場強度がほぼ０エルステッドになるまで遠ざけた。そして、Ａｒ１００ｓｃｃｍと酸素１００ｓｃｃｍの混合ガスをノズル２４から導入し、有機膜５の表面をプラズマ処理した。プラズマ処理におけるその他の条件は、基板温度１００〜１５０℃、圧力１．３４Ｐａ、高周波電力５００Ｗ、基板ホルダー３２の回転速度８ｒｐｍ、プラズマ処理時間１０ｍｉｎとした。このあと石英ターゲット８の表面の平行磁場強度が２５０エルステッドになるように磁石９を近付け、上記と同じ条件でＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜の連続形成を行った。
【００２４】
以上の有機膜のプラズマ処理の有無の２種類の条件で作製したＳｉＯ2膜とＩＴＯ膜を連続形成した基板４について、ＩＴＯ膜の抵抗を測定後、ＩＴＯのパターニングを想定した耐アルカリ溶液テストを実施した。抵抗の測定は４端子法で行った。また耐アルカリ溶液テストの条件は、８wt％ＮａＯＨ水溶液、液温６０℃、超音波５ｍｉｎとした。その評価結果は表１の通りであった。
【００２５】
表１
【００２６】
［実施例３］図１の装置を用いて、基板４にＳｉＯ2膜をスパッタガスの組成を変えて成膜したときのＳｉＯ2膜の析出速度は図３の通りであった。この場合のＳｉＯ2膜の成膜条件は、ターゲット８の表面の平行磁界強度２５０エルステッド、基板温度１５０〜２００℃、圧力０．６７Ｐａ、高周波電力１５００Ｗ、基板ホルダー３２の回転速度８ｒｐｍ、成膜時間２０ｍｉｎとした。
【００２７】
スパッタガスにＡｒガスのみを用いた場合に対し、酸素ガスの添加量が増加するとともにＳｉＯ2膜の析出速度が低下し、Ａｒに２０％以上の酸素を添加した領域で、Ａｒガスのみを用いた場合のほぼ１／３程度に低下したところで飽和した。
【００２８】
実施例２と同様の手順で、有機膜５のプラズマ処理、ＳｉＯ2膜のスパッタ成膜、ＩＴＯ膜のスパッタ成膜を行い、その際のＳｉＯ2膜の成膜条件を変化させた場合のＩＴＯ膜の比抵抗値は表２の通りであった。有機膜５のプラズマ処理およびＩＴＯ膜の成膜条件は、実施例２と同様の条件とした。ＳｉＯ2膜の成膜条件は、（条件１）スパッタガスにＡｒガスのみを用い２５ｎｍのＳｉＯ2膜を形成、（条件２）スパッタガスにＡｒ−２０％酸素の混合ガスを用い２５ｎｍのＳｉＯ2膜を形成、（条件３）スパッタガスにまずＡｒガスのみを用いて２０ｎｍのＳｉＯ2膜を形成後、ガスをＡｒ−２０％酸素の混合ガスに置換した後に連続して５ｎｍのＳｉＯ2膜を形成、とした。圧力は０．６７Ｐａとし、これ以外のＳｉＯ2膜の成膜条件は実施例２と同様の条件とした。
【００２９】
その結果は、ＳｉＯ2膜の成膜時にスパッタガスとしてＡｒガスのみを用いた場合に比べ、ＳｉＯ2膜の成膜時にＡｒと酸素の混合ガスを用いた場合または少なくともＩＴＯ膜と接する界面のＳｉＯ2膜すなわち後期ＳｉＯ2膜の成膜時にＡｒと酸素の混合ガスを用いた場合の方が、その後形成されるＩＴＯ膜がより低抵抗になった。ここでは、Ａｒと酸素の混合ガスとしてＡｒ−２０％酸素を用いたが、酸素添加率として２０〜１００％の領域に於いて、ＳｉＯ2膜の析出速度はほぼ一定であり、またその後に形成されるＩＴＯ膜の比抵抗もほぼ一定の低抵抗膜が得られた。
【００３０】
表２
【００３１】
また、石英ターゲット８の表面の平行磁場強度を５０エルステッド以下に有機膜付き基板のプラズマ処理を行う方法は、インライン装置でのＳｉＯ2膜、ＩＴＯ膜の連続成膜においても有効である。ただし、この場合は、ＳｉＯ2膜のスパッタカソードとは別のプラズマ処理専用のカソードが必要となる。
【００３２】
また、本実施例においては、有機膜表面のプラズマ処理とＳｉＯ2スパッタ成膜の切り替えの際、永久磁石からなる磁石９の位置を位置調整機構１０により変更することで石英ターゲット８表面の磁場強度の調整を行ったが、永久磁石および位置調整機構の代わりに電磁石を用いて磁場強度調整を行っても、同様の効果が得られる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、真空中で有機膜を形成した基板に対し、該有機膜の表面のプラズマ処理と、該表面へのＳｉＯ2膜スパッタ成膜処理と、ＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を連続的に処理する方法に於いて、該表面のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を同一のカソードを用いて処理するようにしたので、有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が簡単な構成で得られ、該同一のカソードを、石英ターゲットと、該石英ターゲットとの距離調整が可能なマグネトロン放電用の磁石とを有して放電用の高周波電源に接続し、該表面のプラズマ処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束しない磁場強度に調整してＡｒガス、酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いたコンベンショナル高周波放電により行い、該ＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束する磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いた高周波マグネトロン放電により行うようにしたので、有機膜とＳｉＯ2膜の界面で良好な密着性が得られ、ＳｉＯ2膜を高い析出速度で形成すると共にＳｉＯ2膜上に低抵抗のＩＴＯ膜を形成できる効果があり、請求項５の装置構成とすることにより、本発明の方法を適切に実施できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用した装置の截断側面図
【図２】本発明の実施に使用した基板の拡大断面図
【図３】磁場強度とＳｉＯ2膜の析出速度との関係を示す線図
【図４】スパッタガスの成分とＳｉＯ2膜の析出速度との関係を示す線図
【符号の説明】
１ 真空成膜室、２ 第１カソード、３ 第２カソード、４ 基板、５ 有機膜、７ 高周波電源、８ 石英ターゲット、
Claims (5)
- カラーフィルターなどの有機膜を形成した基板に対し、真空中で、該有機膜の表面のプラズマ処理と、該表面へのＳｉＯ2膜スパッタ成膜処理と、ＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を連続的に処理する方法に於いて、該表面のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を同一のカソードを用いて処理することを特徴とする薄膜形成方法。
- 上記有機膜表面のプラズマ処理とＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理に使用する同一のカソードは、石英ターゲットと、該石英ターゲットとの距離調整が可能なマグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石とを有して放電用の高周波電源に接続され、該表面のプラズマ処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束しない磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスを用いたコンベンショナル高周波放電により行い、該ＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を、該距離調整により該石英ターゲットの表面に電子を拘束する磁場強度に調整してＡｒガス或いは酸素ガス或いはＡｒと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いた高周波マグネトロン放電により行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方法。
- 上記表面のプラズマ処理の際のターゲット表面の平行磁場強度を５０エルステッド以下とし、該ＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理の際のターゲット表面の平行磁場強度を１００エルステッド以上とすることを特徴とする請求項２に記載の薄膜形成方法。
- 上記同一のカソードは、石英ターゲットと、該石英ターゲットとの距離調整が可能なマグネトロン放電用の磁気回路を構成する磁石とを有して放電用の高周波電源に接続され、該石英ターゲットと該磁気回路を用いてマグネトロンスパッタ法により上記ＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を施す際に、上記有機膜の表面と接する初期ＳｉＯ2層をＡｒガスのみをスパッタガスとして成膜し、その後にＡｒと酸素の混合ガス或いは酸素ガスのみをスパッタガスとして上記ＩＴＯ膜と接する後期ＳｉＯ2層を成膜して該ＳｉＯ2膜とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成方法。
- 真空成膜室内に、基板に形成した有機膜の表面のプラズマ処理及び該表面にＳｉＯ2膜のスパッタ成膜処理を施す第１カソードと、該基板にＩＴＯ膜のスパッタ成膜処理を施す第２カソードを設け、該第１カソードの前面に石英ターゲットを設置すると共に該第１カソードの背面に近接離反自在に磁石を設けてコンベンショナル放電とマグネトロン放電とに切換自在としたことを特徴とする薄膜形成装置。
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