JP4969832B2 - 成膜装置、パネルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はＭｇＯ膜を成膜する技術にかかり、特に、ＰＤＰ表示装置に用いられるパネルの保護膜に適したＭｇＯ膜を形成する技術に関する。

ＰＤＰ表示装置のパネルの保護膜は蒸着法やスパッタリング法によって形成したＭｇＯ膜が用いられている。ＭｇＯ膜には耐スパッタ性の高い緻密な特性が求められる。

蒸着法による製造工程を説明すると、例えば、蒸発源に粒状ＭｇＯを配置し、酸素ガスを含む反応性ガスを真空槽内に導入し、酸素ガス雰囲気中で粒状ＭｇＯにプラズマを照射してＭｇＯ蒸気を発生させ、酸素ガスによって膜中に酸素を補うと共に、導入した水素とＭｇＯ蒸気を反応させ、ＭｇＯの膜質を改質し、パネルの表面に緻密なＭｇＯ膜を形成している。
特開平９−２９５８９４号公報 特開平１０−１６８５７０号公報

保護膜としては、屈折率が高く、且つ、耐スパッタ性の高い膜が求められるが、面方位（１ １ １)のピーク強度が大きいＭｇＯ膜はその条件を満たしており、緻密で屈折率が高いＭｇＯ膜を形成する技術が求められている。しかし、通常の蒸着法では屈折率が高く、（１ １ １）強度の高いＭｇＯ膜を得る事は困難である。

水(Ｈ₂Ｏ)を導入してＭｇＯを成膜すると、導入したＨ₂Ｏのほとんどが解離蒸発したＭｇと反応し、Ｈ₂が大量に生成される。

本発明は、真空排気可能な真空槽と、ＭｇＯが配置され、ＭｇＯ蒸気を前記真空槽内に放出する蒸発源と、前記ＭｇＯ蒸気の到達によってＭｇＯ膜が形成される成膜対象物を保持する保持手段と、前記蒸発源と前記保持手段の間に配置され、前記ＭｇＯ蒸気の前記成膜対象物表面への到達範囲を制限する制限板と、前記真空槽内に酸素を導入する酸素導入部と、前記真空槽内に水を導入する水導入部とを有し、前記制限板は、前記蒸発源と前記水導入部との間に配置され、前記水導入部は、気体の前記水を、前記ＭｇＯ膜成長中の前記成膜対象物に向かって噴出されるように構成された成膜装置である。
また、本発明は、前記蒸発源に配置されたＭｇＯに電子ビームを照射する電子ビーム発生装置を有する成膜装置である。
また、本発明は、前記保持手段を移動させる移動機構を有し、前記ＭｇＯ蒸気は前記移動中の前記成膜対象物表面に到達するように構成された成膜装置である。
また、本発明は、真空槽内にＰＤＰ表示装置のパネルを配置し、前記真空槽内に酸素と水を導入しながら、前記真空槽内でＭｇＯ蒸気を発生させ、前記パネルの表面にＭｇＯ膜を形成するパネルの製造方法であって、前記真空槽内に前記ＭｇＯ蒸気を放出する蒸発源と、前記蒸発源から放出された前記ＭｇＯ蒸気の広がりを制限する制限板とを配置し、気体の前記水を、前記制限板と前記パネルの間から、前記ＭｇＯ膜成長中の前記パネルに向かって噴出させるパネルの製造方法である。
また、本発明は、酸素分圧に対するＨ₂の分圧の比が、０．２以上１．５以下になる様に水を導入するパネルの製造方法である。
また、本発明は、前記真空槽内の全圧が４．０×１０^-2Ｐａ以上１．５×１０^-1Ｐａ以下にされたパネルの製造方法である。

気体の水を導入することにより、屈折率が高く、(１ １ １)ピーク強度の大きいＭｇＯ膜を得ることができる。
屈折率が高い膜は緻密で耐久スパッタ性に優れている。(１ １ １)ピーク強度の大きい膜は２次電子を放出しやすい。

本発明の成膜装置をＰＤＰパネルの製造方法と共に説明する。
図１の符号１は本発明の成膜装置の一例であり真空槽１２を有している。
真空槽１２の内部は成膜室１４と材料室１５とに分けられている。材料室１５は成膜室１４の下方に配置され、材料室１５の天井と成膜室１４の底面とは接続されている。

材料室１５の内部の底壁上であって、材料室１５と成膜室１４とが接続された部分の真下位置には蒸発源２３が配置されている。蒸発源２３は、坩堝を有しており該坩堝内には粒状のＭｇＯが配置されている。

材料室１５には電子銃(電子ビーム発生装置)２４が設けられており、材料室１５内部を真空雰囲気にし、電子銃２４を動作させると電子線が粒状のＭｇＯに照射され、ＭｇＯの蒸気が放出されるように構成されている。

真空槽１２内の材料室１５と成膜室１４とが接続された部分には制限板１８が配置されている。制限板１８の、蒸発源２３の真上位置には開口１７が形成されており、蒸発源２３内のＭｇＯから鉛直上方に放出されたＭｇＯの蒸気は、開口１７を通って成膜室１４に侵入するように構成されている。

成膜室１４の内部には成膜対象物を保持する保持手段２１が配置されている。
保持手段２１は搬送機構に取りつけられている。図１と図２の中で、符号１６の一点鎖線は搬送機構を模式的に示している。

保持手段２１は搬送機構１６によって成膜室１４内を移動し、蒸発源２３の真上位置を通過又は静止できるように構成されている。
真空槽１２の外部には搬出入室１１が配置されている。この搬出入室１１はゲートバルブ２４を介して成膜室１４に接続されている。

この成膜装置１を用いＭｇＯ膜を形成する工程について説明する。
搬出入室１１と真空槽１２には真空排気系２２ａ、２２ｂが接続されており、ゲートバルブ２４を閉じ、真空槽１２内を予め真空排気しておく。
その状態で成膜対象であるパネルを保持手段２１にのせ、搬出入室１１内に搬入し、大気との間の扉を閉じ、搬出入室１１内を所定圧力まで真空排気する。

次に、搬送機構１６によって保持手段２１をゲートバルブ２４に近づけ、ゲートバルブ２４を開け、搬送機構１６で搬出入室１１から成膜室１４に移載する。
次いで、搬送機構１６を動作させ、パネルを保持した状態の保持手段２１を蒸発源２３の上方位置に向けて移動させる。

なお、材料室１５と成膜室１４には、ヒータ２９が配置されており、搬出入室１１内部に位置するとき、及び蒸発源２３の上方位置へ移動中に、パネルは予め加熱する。

材料室１５内には酸素ガスを導入する酸素ガス導入口２６が設けられている。また、制限板１８の成膜室１４側の面には、気体の水を導入する水導入口２７が設けられている。

水導入口２７は保持手段２１の移動経路上に向けられており、保持手段２１に保持されたパネルが蒸発源２３の上方を通過中、又は上方位置で静止するときには水導入口２７から導入される気体の水は、パネルに向かって噴出されるように構成されている。なお、開口１７は一個乃至複数個を設けることができ、開口１７の周囲にパイプを配置し、このパイプに列設された複数の孔によって水導入口２７を構成させることもできる。

図２の符号１０は、気体の水が吹き付けられているパネルを示している。
酸素ガス導入口２６からは、予め材料室１５の内部に向けて酸素ガスが導入されており、成膜室１４と材料室１５は、一定分圧の酸素ガス雰囲気に置かれている。

酸素ガスと気体の水が導入されている状態で電子銃２４を動作させ、蒸発源２３内のＭｇＯに電子線２８を照射し、ＭｇＯの蒸気を放出させると、制限板１８の開口１７を通過したＭｇＯ蒸気がパネル１０の表面に到達し、パネル１０の表面にＭｇＯ膜が形成される。パネル１０は大きいため、通常はパネル１０を移動させながらＭｇＯの蒸気を到達させ、パネル１０の全面にＭｇＯの蒸気を到達させる。

このとき、真空槽１２内に導入された酸素ガスにより、成長するＭｇＯの薄膜中に酸素原子が補充され、欠陥の無い膜が形成される。さらに、導入された水は解離蒸発したＭｇと反応し、ＭｇＯを形成するとともにＨ₂が発生する。Ｏ₂とＨ₂の圧力比及び全圧が所定の範囲内において、（１ １ １)ピークの強い緻密なＭｇＯ膜が得られる。ＭｇＯ成膜中も、ヒータ２９によってパネル１０を加熱し、所定温度に昇温させておく。
所定膜厚のＭｇＯ膜が形成された後、パネル１０は搬出入室１１に戻され、未処理のパネルが保持手段に乗せられ、ＭｇＯ膜の成膜処理が行われる。

図３の符号４０はＰＤＰ表示装置のリアパネルであり、上記ＭｇＯ膜が形成されたパネル１０は、リアパネル４０と張り合わされるフロントパネルである。
(フロント)パネル１０は、透明なガラス基板３１表面に複数の電極(維持電極又は表示電極)３５が平行に配置されており、電極３５間及び電極３５の表面には絶縁膜３２が配置され、絶縁膜３２によって各電極３５間が絶縁されている。
本発明の(フロント)パネル１０では、絶縁膜３２上には、上記(１ １ １)ピークの強いＭｇＯ膜で構成された保護膜３３が形成されている。

リアパネル４０は、基板４１上に複数の電極(アドレス電極)４５が平行に配置されており、フロントパネル１０と同様に、電極４５間及び電極４５の表面には絶縁膜４２が配置され、この絶縁膜４２によって各電極４５間が絶縁されている。

絶縁膜４２上の電極４５間の位置には、細長の隔壁４６が電極４５に沿って配置されており、隣接する隔壁４６の間の空間で放電空間４７が形成されている。(フロント)パネル１０の保護膜３３は、隔壁４６と接触し、放電空間４７が蓋された状態にされている。

放電空間４７の側面及び底面には蛍光層４８が配置されている。(フロント)パネル１０の電極３５とリアパネル４０の電極４５は、互いに直交する方向に延設されており、電極３５、４５間に電圧を印加すると、電極３５、４５の交叉位置にある放電空間４７内に部分的にプラズマが生じ、そのプラズマによって蛍光層４８が発光し、(フロント)パネル１０を透過して外部に光が放出されるように構成されている。
保護膜３３を構成するＭｇＯはスパッタされにくい材料であり、放電空間４７に生成されたプラズマからフロントパネル１０の電極３５を保護する。

上記成膜装置１を用い、成膜条件を変えてＭｇＯ膜を形成した。
図４は、成膜対象物であるパネル１０の温度と、(１ １ １)ピーク強度及び屈折率の関係を示すグラフである。真空槽１２内の全圧(成膜圧力）は４．０×１０^-2Ｐａであり、気体の水は導入しなかった。

このグラフから、屈折率を高くするためにはパネルの温度を上昇させればよいが、(１ １ １)ピーク強度は逆に低下してしまうので、パネル温度を制御するだけでは最適なＭｇＯ膜は得られない。

下記表１は、真空槽１２内の全圧(成膜圧力)、及びＨ₂Ｏ導入量と、(１ １ １)ピーク強度及び屈折率の測定結果であり、図５は、Ｈ₂Ｏを導入しなかったときの、真空槽１２内の全圧(成膜圧力)と、(１ １ １)ピーク強度及び屈折率の関係を示すグラフである。このときのパネル温度は２００℃である。

図５のグラフから、（１ １ １）ピーク強度を高くするためには、成膜圧力を高くすれば良いが、屈折率は逆に低下してしまうので、成膜圧力を制御するだけでは最適なＭｇＯ膜は得られない。

図６は、酸素分圧Ｐ_Oに対する水素の分圧Ｐ_hの比Ｒ(R＝P_h／P_O)と、(１ １ １)ピーク強度及び屈折率の関係を示すグラフである。真空槽１２の内部は高真空状態まで真空排気した後、酸素ガスと気体の水を導入して蒸着しているので、導入した気体以外の残留気体の影響は無い。尚、導入した水はその大半が解離蒸発したＭｇと基板や防着板の表面で反応し、水素が発生する。従って、酸素分圧Ｐ_Oと水の分圧Ｐ_wを合計した圧力が、真空槽１２の全圧である。
このときのパネル温度は２５０℃であった。

このグラフから、気体の水の導入量が多くなると、屈折率が向上することが分かる。また、気体の水を適量導入することにより、(１ １ １)ピーク強度も向上することが分かる

本発明の成膜装置を説明するための図 その成膜装置でのＭｇＯ膜形成工程を説明するための図 ＰＤＰパネルを説明するための図 パネル温度と(１ １ １)ピーク強度及び屈折率の関係を示すグラフ 成膜圧力と(１ １ １)ピーク強度及び屈折率の関係を示すグラフ 酸素ガス圧力に対する水素の圧力の比と(１ １ １)ピーク強度及び屈折率の関係を示すグラフ

符号の説明

１……成膜装置
１０……パネル
１２……真空槽
１７……開口
１８……制限板
２１……保持手段
２３……蒸発源
２６……酸素ガス導入口
２７……気体の水の導入口

Claims (6)

1. 真空排気可能な真空槽と、
   ＭｇＯが配置され、ＭｇＯ蒸気を前記真空槽内に放出する蒸発源と、
   前記ＭｇＯ蒸気の到達によってＭｇＯ膜が形成される成膜対象物を保持する保持手段と、
   前記蒸発源と前記保持手段の間に配置され、前記ＭｇＯ蒸気の前記成膜対象物表面への到達範囲を制限する制限板と、
   前記真空槽内に酸素を導入する酸素導入部と、
   前記真空槽内に水を導入する水導入部とを有し、
   前記制限板は、前記蒸発源と前記水導入部との間に配置され、
   前記水導入部は、気体の前記水を、前記ＭｇＯ膜成長中の前記成膜対象物に向かって噴出されるように構成された成膜装置。
2. 前記蒸発源に配置されたＭｇＯに電子ビームを照射する電子ビーム発生装置を有する請求項１記載の成膜装置。
3. 前記保持手段を移動させる移動機構を有し、前記ＭｇＯ蒸気は前記移動中の前記成膜対象物表面に到達するように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置。
4. 真空槽内にＰＤＰ表示装置のパネルを配置し、
   前記真空槽内に酸素と水を導入しながら、前記真空槽内でＭｇＯ蒸気を発生させ、前記パネルの表面にＭｇＯ膜を形成するパネルの製造方法であって、
   前記真空槽内に前記ＭｇＯ蒸気を放出する蒸発源と、前記蒸発源から放出された前記ＭｇＯ蒸気の広がりを制限する制限板とを配置し、
   気体の前記水を、前記制限板と前記パネルの間から、前記ＭｇＯ膜成長中の前記パネルに向かって噴出させるパネルの製造方法。
5. 酸素分圧に対するＨ₂の分圧の比が、０．２以上１．５以下になる様に水を導入する請求項４記載のパネルの製造方法。
6. 前記真空槽内の全圧が４．０×１０^-2Ｐａ以上１．５×１０^-1Ｐａ以下にされた請求項５記載のパネルの製造方法。

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