JPH1180928A - 薄膜形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、プラスチック基板上へ金属および
金属化合物の成膜を行う際に、パターニング後の基板の
反りを防止し、ＩＴＯ膜に基板使用時の基板応力を小さ
くし、残留応力による長期の変形等の防止による液晶素
子の信頼性向上を目的としている。 【解決手段】 パターニング後に発生する基板の凹凸を
打ち消す応力に相当する曲率半径によってあらかじめプ
ラスチック基板１を変形させた状態で、プラスチック基
板１上へ金属および金属化合物の成膜２を行うことによ
り、基板の反りを防止し、ＩＴＯ膜に基板使用時の基板
応力を小さくし、残留応力による長期の変形等の防止に
よる液晶素子の信頼性を向上させる。さらに、工程での
基板のハンドリングを向上し、併せて生産性の向上させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶など透明導電
膜を用い、かつ、プラスチック基板を用いるフラットパ
ネルディスプレイ用基板、透明導電膜の製造法に関し、
詳しくは、プラスチック基板上の透明導電膜の成膜法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、成膜装置、たとえば真空蒸
着、スパッタ、イオンプレーティング、ＣＶＤなどによ
り薄膜の成膜が行われている。また、膜応力がそれぞれ
の条件により、圧縮、引っ張りになることが知られてい
る。基本的には、基板の剛性や膜の剛性に対応して、プ
ロセス条件によりそれぞれの応力や密着力をコントロー
ルして、反りや膜の剥離等をおこさないようにしてい
る。

【０００３】ところで、近年軽量化などをねらってプラ
スチック基材や高分子フィルムに液晶ディスプレイ用と
して、透明導電膜、特に、高透過率および低比抵抗、さ
らには、エッチング性に優れた特性を持つＩＴＯ膜（Ｉ
ｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２）からなる透明導電膜が利用されて
いる。そして、これらのＩＴＯ膜は、通常真空蒸着法ま
たはスパッタ法等の薄膜形成技術によって成膜されてい
る。これらの方法によって得られるＩＴＯ膜（Ｉｎ２Ｏ
３＋ＳｎＯ２）および保護層としてのシリコン酸化膜な
どは、その方法、条件により、引っ張り応力や圧縮応力
が発生する。その結果、ガラス上では問題にならないよ
うな応力が、フィルム素材では問題になってくる。それ
らは、反り、変形などを引き起こすため、これらの成膜
は、高分子フィルム上に容易に用いることはむずかし
い。

【０００４】この問題を解決するため、従来行われてき
た方法として、特開平６−１４５９６４号公報に記載さ
れたものがある。このものは、蒸着膜の仕上がり時、パ
ターニングの前に発生する基板の凹凸を打ち消す応力に
相当する曲率半径によってあらかじめプラスチック基板
を変形させた状態で、該プラスチック基板上への金属お
よび金属化合物、特に、ＳｉＯ２およびＩＴＯの蒸着膜
を形成し、蒸着膜の仕上がり時に基板が平坦になるよう
にしている。

【０００５】また、別の方法として、特開平５−６６４
１１号公報に記載されているものや特開平７−１７５０
５５号公報に記載されているものがある。この特開平５
−６６４１１号公報に記載されているものは、図９に示
すように、ポリマーフィルム１の両面にコート層として
ＳｉＯ膜２，３を形成し、ポリマーフィルム１の他方の
面に形成されたＳｉＯ膜３の膜圧を電極側の面に形成さ
れたＳｉＯ膜２の膜よりも厚くして、フィルムのカール
をおさえている。

【０００６】また、特開平７−１７５０５５号公報に記
載されているものは、図１０に示すように、プラスチッ
ク基板１の両面に同じ膜圧の透明導電膜２，３を形成
し、電極パターン４を形成すると同時に非電極面側の透
明導電膜３を除去することによりプラスチック基板の反
りを防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の特開平６−１４５９６４号公報に記載されたもので
は、パターニング前に平坦になるためパターニング後に
歪むことになる。また、特開平５−６６４１１号公報に
記載されているものや特開平７−１７５０５５号公報に
記載されているものように両面にＩＴＯをつけるので
は、通常に比べ、生産性は半分程度になるか、さらに大
がかりな装置が必要となる。

【０００８】また、ハンドリングに対しては、従来技術
として、特開平２−１０１１６４号公報に記載されたも
ののようにガラスでの自動化は、比較的容易ではある
が、フィルム基板の場合は、ガラスほど剛性がないため
バネ部分に挿入して固定することは困難である。そこで
本発明は、パターニング後に発生する基板の凹凸を打ち
消す応力に相当する曲率半径によってあらかじめプラス
チック基板を変形させた状態で、プラスチック基板上へ
金属および金属化合物の成膜を行うことにより、基板の
反りを防止し、ＩＴＯ膜に基板使用時の基板応力を小さ
くし、残留応力による長期の変形等の防止による液晶素
子の信頼性向上を目的としている。さらに、工程での基
板のハンドリングを向上し、併せて生産性の向上も目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記目的達成のため、成膜時に、基板のパターニング後
に基板に凹凸を発生させる応力を打ち消す応力に相当す
る曲率半径にてあらかじめプラスチック基板を変形させ
た状態で、該基板に金属または金属化合物の成膜を行う
ことを特徴とするものである。

【００１０】請求項２記載の発明は、上記目的達成のた
め、可撓性を有する基板に圧縮応力を持った膜を成膜す
る成膜方法において、前記基板の凹面側に成膜を行うこ
とを特徴とするものである。請求項３記載の発明は、上
記目的達成のため、可撓性を有する基板に内部応力を持
った膜を成膜する成膜方法において、前記基板を変曲点
を持つように変形させて基板に成膜を行うことを特徴と
するものである。

【００１１】請求項４記載の発明は、上記目的達成のた
め、請求項１，２または３記載の薄膜形成方法におい
て、スパッタ法を用いて成膜を行うことを特徴とするも
のである。請求項５記載の発明は、上記目的達成のた
め、請求項１，２，３または４記載の薄膜形成方法にお
いて、前記基板を水平面に対し、垂直方向にして成膜を
行うことを特徴とするものである。

【００１２】請求項６記載の発明は、上記目的達成のた
め、請求項２記載の薄膜形成方法において、前記基板
を、凹面に曲げた面の弦に平行な方向に移動させて成膜
を行うことを特徴とするものである。請求項７記載の発
明は、上記目的達成のため、請求項１，２，３，４，５
または６記載の薄膜形成方法において、前記基板の可撓
性を用いて該基板を取り外すことを特徴とするものであ
る。

【００１３】請求項８記載の発明は、上記目的達成のた
め、請求項１，２，３，４，５または６記載の薄膜形成
方法において、静電吸着を用いて前記基板を固定するこ
とを特徴とするものである。請求項９記載の発明は、上
記目的達成のため、成膜時に、基板のパターニング後に
基板に凹凸を発生させる応力を打ち消す応力に相当する
曲率半径にてあらかじめプラスチック基板を変形させる
変形手段と、前記基板に金属または金属化合物の成膜を
行う成膜手段と、を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１４】請求項１０記載の発明は、上記目的達成の
ため、可撓性を有する基板に圧縮応力を持った膜を成膜
する成膜装置において、前記基板の凹面側に成膜を行う
成膜手段を備えたことを特徴とするものである。請求項
１１記載の発明は、上記目的達成のため、可撓性を有す
る基板に内部応力を持った膜を成膜する成膜装置におい
て、前記基板を変曲点を持つように変形させて基板に成
膜を行う成膜手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１５】請求項１２記載の発明は、上記目的達成の
ため、請求項９，１０または１１記載の薄膜形成装置に
おいて、前記成膜手段がスパッタ法を用いて成膜を行う
ことを特徴とするものである。請求項１３記載の発明
は、上記目的達成のため、請求項９，１０，１１または
１２記載の薄膜形成装置において、前記成膜手段が、前
記基板を水平面に対し、垂直方向にして成膜を行うこと
を特徴とするものである。

【００１６】請求項１４記載の発明は、上記目的達成の
ため、請求項１０記載の薄膜形成装置において、前記成
膜手段が、前記基板を凹面に曲げた面の弦に平行な方向
に移動させて成膜を行うことを特徴とするものである。
請求項１５記載の発明は、上記目的達成のため、請求項
９，１０，１１，１２，１３または１４記載の薄膜形成
装置において、前記基板の可撓性を用いて該基板を取り
外す着脱手段を有することを特徴とするものである。

【００１７】請求項１６記載の発明は、上記目的達成の
ため、請求項９，１０，１１，１２，１３または１４記
載の薄膜形成装置において、静電吸着を用いて前記基板
を固定する固定手段を有することを特徴とするものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しつつ説明する。図１に基板をあらか
じめ膜応力に対応した形で変形させた後、成膜パターニ
ングした図を示す。また、図２には、この方法を用いな
かった場合の例を示す。図１（ａ）に示すように、あら
かじめ基板１を変形させておき、成膜を行うと、図１
（ｂ）に示すように、成膜された薄膜２側を凸状に若干
のカールを残す。その後、パターニングを行うと、図１
（ｃ）に示すように、基板１上にパターニング後の薄膜
３が成膜され、基板１は平坦になる。

【００１９】図２の場合には、図２（ａ）に示す平坦な
基板１に成膜を行い、図２（ｂ）に示すように、図１
（ｂ）に示す基板１よりもさらにカールし、図２（ｃ）
に示すように、パターニング後にカールが残る。上記例
の場合には、膜に圧縮応力（通常、スパッタ法は圧縮応
力を示すことが多い）が残る例を示している。引っ張り
応力（通常、蒸着法は引っ張り応力を示すことが多い）
の発生する膜であれは、逆のカールとなる。特に、スパ
ッタ法では、応力分布の再現性がよく、このような応力
の取り扱いに向いている。

【００２０】次に、図３に基板の固定方法として、図３
（ａ）に変曲点を持たせる形で成膜した状態と図３
（ｂ）に変曲点を持たせなかった状態のものを示す。こ
こで、図３（ａ）に示す基板４は、変曲点を持った形で
成膜された基板であり、図３（ｂ）に示す基板５は、通
常の形で成膜された基板である。この２つは、曲率とし
ては同じものであるが、実質的な平面からの浮きが違っ
てきており、変曲点のあるものの方が浮きが少なくなっ
ている。これにより、基板の吸着など搬送に伴う取り扱
いでの不良率を減らすことができる。この目的のための
保持方法は、後述する静電吸着などを用いることができ
る。

【００２１】図４にスパッタによる成膜状態を示す。ま
た、図５と図６とを合わせ、基板の曲げ方向と成膜方向
を説明する図である。ここで、６はスパッタカソード、
８はスパッタ材料、７は発生しているプラズマである。
基板１０は、基板保持治具９で保持され、基板保持治具
９は、この図は断面であるので図示していないが、両端
部では上下が剛体でつながっており、これらで治具を形
成している。図５は、本発明での成膜方法、図６は、ち
ょうど９０度回転した成膜方法の図である。ここで、あ
る瞬間に同時に成膜される領域１１をハッチングで示
す。図５での同時に成膜される領域１１は、スパッタ材
料８から幾何学的に等距離であるのに対し、図６の場合
は、曲率により上端と下端がスパッタ材料８に近く、真
ん中が遠くなる。これにより膜厚に差がでてくる。一般
的に距離が遠い部分は薄くなる。また、膜の応力により
変形する状態を示している。この例では、圧縮応力を考
えている。

【００２２】図５の場合も基板の移動に伴って、基板と
スパッタ材料８の距離が違ってくるが、基板の移動速度
や成膜時の電力をコントロールすることにより容易に補
正可能である。図７は、基板の可撓性を利用した基板の
取り外しの実施例を示す。図７（ａ）に示すように、成
膜後の基板１２に、ＡとＢのように力を加えると、図７
（ｂ）に示すように、成膜後の基板１２を基板保持治具
９から取り外すことができる。実際には、ロボットや自
動機がこのような力を図に垂直方向に均等に掛けて、図
７（ｂ）のように、はずすことになる。

【００２３】図８は、静電吸着の治具の例である。図８
に示すように、静電チャック１３に、基板１４を設け
る。ここで、電極は静電チャック１３に埋め込まれてお
り、これに電圧をかける電源が必要であるが、両方とも
省略する。基板１４は、静電場により静電チャック１３
にならい任意の形に保持することができる。これによ
り、変曲点を持った形での成膜が可能となる。

【００２４】

【発明の効果】液晶の電極パターンは、一方方向に平行
に切れ目を入れる形となることが多いため、膜応力の効
果は、単純に全面成膜した状態とは違ってくる。そのた
め、パターンの作り方も考慮することにより、最終的な
基板の反りを少なくすることができる。それにより、パ
ターニング後に基板が平坦になるように歪みを少なくす
ることが可能となる。特に、成膜時に熱歪みの影響が小
さい場合に効果が顕著である。高い温度に上げて、常温
に戻す場合には、熱歪みの方が影響が大きくなる場合が
ある。

【００２５】したがって、請求項１記載の発明によれ
ば、パターニング後に発生する基板を変形させる応力を
打ち消すような曲率半径であらかじめ基板を変形させて
あるので、パターニング後の基板が平坦なり、良好な液
晶を得ることができる。圧縮応力を持った膜は、伸びよ
うとするため、通常は膜面が凸となる。凹面の内側に成
膜を行った場合、その分伸びて、反対側の面と長さが釣
り合うため、基板が平坦になる。また、成膜の際は、凹
面をのばそうとするために、これについて、考慮された
固定治具であれば、より強く固定される。

【００２６】したがって、請求項２記載の発明によれ
ば、凹面側に成膜を行うので、凹面側が伸びて反対側の
面と長さが釣り合うため、平坦な基板を得ることができ
る。膜応力によって、曲率が発生するが、基板応力を適
度に分布させることにより、実質的な基板ホルダーなど
からの浮きを減らすことができる。したがって、請求項
３記載の発明によれば、基板に変曲点を持つように変形
させているので、実質的な浮きを減らすことができる。

【００２７】設計した応力を実現するためには、低温で
の成膜が望ましい。さらに、スパッタを使うことによ
り、膜厚分布の均一性も比較的容易に実現できるため、
容易に再現性のよい膜が得られる。したがって、請求項
４記載の発明によれば、スパッタ法を用いて成膜を行う
ので、膜厚分布の均一性も比較的容易に実現でき、容易
に再現性のよい膜が得られる。

【００２８】可撓性のあるプラスチック基板は、重力に
よっても容易に変形する。ある曲率を持たせて基板の設
置方法を垂直方向にすることで、重力による撓み効果を
減らし、強い固定をしなくても再現性のある形状にする
ことができる。したがって、請求項５記載の発明によれ
ば、基板を垂直方向にして成膜を行うので、重力による
撓み効果を減らすことができ、良好な基板を得ることが
できる。

【００２９】凹面に曲げた面の弦に垂直な方向に成膜を
行った場合、同じ瞬間に成膜される基板との距離に違い
ができる。これに対し、凹面に曲げた面の弦に平行な方
向に成膜を行った場合、同じ瞬間に成膜される基板との
距離は同一となるため成膜される膜厚は同一となる。ま
た、同じ基板内で違う瞬間の膜厚が違う可能性がある
が、出力の調整や基板移動速度の調整で、容易に補正が
でき、均一な膜厚と、不均一な膜厚の膜応力による変形
を避けることができる。

【００３０】したがって、請求項６記載の発明によれ
ば、凹面に曲げた面の弦に平行な方向に成膜を行うの
で、同じ瞬間に成膜される基板との距離が同一となり、
成膜される膜厚を同一とすることができ、膜厚が均一な
基板を得ることができる。請求項７記載の発明によれ
ば、フィルム基板の可撓性を用いてフィルム基板自体を
バネとして固定するため、取り外しが容易で、自動化対
応がとりやすい。

【００３１】請求項８記載の発明によれば、静電吸着に
よりフィルム基板を、基板ホルダーに正確に倣わせるこ
とができるため、パターニングの際の応力分布に対応し
た基板の反り形状や曲率の変曲点を正確に反映でき、再
現性のよい基板の平坦性を得ることができる。請求項９
記載の発明によれば、パターニング後に発生する基板を
変形させる応力を打ち消すような曲率半径であらかじめ
基板を変形させてあるので、パターニング後の基板が平
坦なり、良好な液晶を得ることができる。

【００３２】請求項１０記載の発明によれば、凹面側に
成膜を行うので、凹面側が伸びて反対側の面と長さが釣
り合うため、平坦な基板を得ることができる。請求項１
１記載の発明によれば、基板に変曲点を持つように変形
させているので、実質的な浮きを減らすことができる。
請求項１２記載の発明によれば、スパッタ法を用いて成
膜を行うので、膜厚分布の均一性も比較的容易に実現で
き、容易に再現性のよい膜が得られる。

【００３３】請求項１３記載の発明によれば、基板を垂
直方向にして成膜を行うので、重力による撓み効果を減
らすことができ、良好な基板を得ることができる。請求
項１４記載の発明によれば、凹面に曲げた面の弦に平行
な方向に成膜を行うので、同じ瞬間に成膜される基板と
の距離が同一となり、成膜される膜厚を同一とすること
ができ、膜厚が均一な基板を得ることができる。

【００３４】請求項１５記載の発明によれば、フィルム
基板の可撓性を用いてフィルム基板自体をバネとして固
定するため、取り外しが容易で、自動化対応がとりやす
い。請求項１６記載の発明によれば、静電吸着によりフ
ィルム基板を、基板ホルダーに正確に倣わせることがで
きるため、パターニングの際の応力分布に対応した基板
の反り形状や曲率の変曲点を正確に反映でき、再現性の
よい基板の平坦性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板をあらかじめ変形させた後、成膜パターニ
ングした図である。

【図２】基板を変形させずに成膜パターニングを行った
図である。

【図３】基板の固定方法として変曲点を持たせる形で成
膜した状態と持たせなかった状態を示す図である。

【図４】スパッタによる成膜状態を示す図である。

【図５】図４に示す成膜方法により成膜を行った基板の
一実施例を示す図である。

【図６】図５に示す基板を９０度回転させて成膜を行っ
た基板を示す図である。

【図７】基板の取り外しの一実施例を示す図である。

【図８】静電吸着の治具の一実施例を示す図である。

【図９】従来の透明導電性フィルムの製造方法を説明す
る図である。

【図１０】従来のプラスチック液晶表示素子の製造方法
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 成膜された薄膜 ３ パターニング後の薄膜 ４ 基板 ５ 基板 ６ スパッタカソード ７ 発生しているプラズマ ８ スパッタ材料 ９ 基板保持治具 １０ 基板 １１ 同時に成膜される領域 １２ 成膜後の基板 １３ 静電チャック １４ 基板

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成膜時に、基板のパターニング後に基板に
   凹凸を発生させる応力を打ち消す応力に相当する曲率半
   径にてあらかじめプラスチック基板を変形させた状態
   で、該基板に金属または金属化合物の成膜を行うことを
   特徴とする薄膜形成方法。
2. 【請求項２】可撓性を有する基板に圧縮応力を持った膜
   を成膜する成膜方法において、 前記基板の凹面側に成膜を行うことを特徴とする薄膜形
   成方法。
3. 【請求項３】可撓性を有する基板に内部応力を持った膜
   を成膜する成膜方法において、 前記基板を変曲点を持つように変形させて基板に成膜を
   行うことを特徴とする薄膜形成方法。
4. 【請求項４】請求項１，２または３記載の薄膜形成方法
   において、 スパッタ法を用いて成膜を行うことを特徴とする薄膜形
   成方法。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４記載の薄膜形成
   方法において、 前記基板を水平面に対し、垂直方向にして成膜を行うこ
   とを特徴とする薄膜形成方法。
6. 【請求項６】請求項２記載の薄膜形成方法において、 前記基板を、凹面に曲げた面の弦に平行な方向に移動さ
   せて成膜を行うことを特徴とする薄膜形成方法。
7. 【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６記載の
   薄膜形成方法において、 前記基板の可撓性を用いて該基板を取り外すことを特徴
   とする薄膜形成方法。
8. 【請求項８】請求項１，２，３，４，５または６記載の
   薄膜形成方法において、 静電吸着を用いて前記基板を固定することを特徴とする
   薄膜形成方法。
9. 【請求項９】成膜時に、基板のパターニング後に基板に
   凹凸を発生させる応力を打ち消す応力に相当する曲率半
   径にてあらかじめプラスチック基板を変形させる変形手
   段と、 前記基板に金属または金属化合物の成膜を行う成膜手段
   と、 を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
10. 【請求項１０】可撓性を有する基板に圧縮応力を持った
    膜を成膜する成膜装置において、 前記基板の凹面側に成膜を行う成膜手段を備えたことを
    特徴とする薄膜形成装置。
11. 【請求項１１】可撓性を有する基板に内部応力を持った
    膜を成膜する成膜装置において、 前記基板を変曲点を持つように変形させて基板に成膜を
    行う成膜手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
12. 【請求項１２】請求項９，１０または１１記載の薄膜形
    成装置において、 前記成膜手段がスパッタ法を用いて成膜を行うことを特
    徴とする薄膜形成装置。
13. 【請求項１３】請求項９，１０，１１または１２記載の
    薄膜形成装置において、 前記成膜手段が、前記基板を水平面に対し、垂直方向に
    して成膜を行うことを特徴とする薄膜形成装置。
14. 【請求項１４】請求項１０記載の薄膜形成装置におい
    て、 前記成膜手段が、前記基板を凹面に曲げた面の弦に平行
    な方向に移動させて成膜を行うことを特徴とする薄膜形
    成装置。
15. 【請求項１５】請求項９，１０，１１，１２，１３また
    は１４記載の薄膜形成装置において、 前記基板の可撓性を用いて該基板を取り外す着脱手段を
    有することを特徴とする薄膜形成装置。
16. 【請求項１６】請求項９，１０，１１，１２，１３また
    は１４記載の薄膜形成装置において、 静電吸着を用いて前記基板を固定する固定手段を有する
    ことを特徴とする薄膜形成装置。