(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器に、磁石手段を有する複数のプラズマガンと、それぞれのプラズマガンに設けた収束コイルと、それぞれのプラズマガンに対応させて被覆すべき金属酸化物から成る蒸発物質を収納した陽極としての複数のハースを設け、各ハースの周囲には環状永久磁石及び電磁石を設けたイオンプレーティング装置による金属酸化物の被覆方法であって、
複数のプラズマガンの前記磁石手段、前記収束コイル、及び前記環状永久磁石並びに前記電磁石のそれぞれの磁極の向きを、隣接するプラズマガンの互いに対応する要素毎に逆向きにして配置、給電し、
前記複数のプラズマガンからそれぞれ生成されるプラズマビームにより対応するハース内の前記蒸発物質を蒸発させると共にイオン化させ、各ハースから蒸発、イオン化した粒子を基板に金属酸化物として被覆することを特徴とする金属酸化物の被覆方法。
【請求項２】
前記金属酸化物が酸化錫を添加した酸化インジウム、又は、酸化珪素、或いは酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項１記載の金属酸化物の被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合陰極型プラズマガンの如き放電プラズマ発生手段により得られる複数のアーク放電プラズマビームを用いて、大きい面積の基板に均一な膜質の金属被膜を再現良く形成する方法に関し、特に低抵抗の透明導電膜や、アルカリバリア効果の高い酸化珪素膜、或いは絶縁性の高い酸化マグネシウム膜を得る金属酸化物の被覆方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ用カラーフィルタ基板に形成される透明導電膜としては、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）膜がすぐれている。また、樹脂基板にもＩＴＯ膜が導電膜として形成される。かかるＩＴＯ膜の形成方法として、従来、真空蒸着法、スパッタリング法、ＲＦ（高周波）イオンプレーティング法等が知られている。いずれの方法においても、カラーフィルタを付けたガラス基板や樹脂基板にＩＴＯ膜を形成する場合には、基板温度を２５０℃以上にするとカラーフィルタや樹脂が炭化、沸騰、割れ等を起こすので、基板温度を２５０℃以上にならないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、カラー液晶ディスプレイには、高解像度、高透過率の観点から、透明電極の膜厚を薄くすることが要求されている。また、大型化、応答速度の高速化の観点から、大面積基板への透明電極の低比抵抗化かつ均一な成膜が要求されている。
【０００４】
しかしながら、従来の装置或いは膜形成法で形成されるＩＴＯ膜は、前記の理由から、形成過程における基板温度が２５０℃以下と制限されるため、基板上でのインジウムと酸素との反応及び結晶化が十分に行われない。その結果、結晶粒径が小さく、欠陥の多い膜が形成されてしまう。そして、この欠陥がキャリアを捕獲するため、膜中のキャリア電子濃度が減少し、カラー液晶ディスプレイに要求される比抵抗のＩＴＯ膜を得ることができず、これが高性能のカラー液晶ディスプレイを製造するにあたっての障害になっていた。
【０００５】
これに対し、図３に示すようなイオンプレーティング装置を用いることで、比抵抗１．５×１０−４Ω・ｃｍのＩＴＯ膜を得ることが可能となった。以下に、図３のイオンプレーティング装置及び比抵抗１．５×１０−４Ω・ｃｍのＩＴＯ膜が得られた成膜条件について説明する。圧力勾配型のプラズマガン１０１は、陰極１０２、第１、第２の中間電極１０３、１０４を有している。第１の中間電極１０３は環状の永久磁石を内蔵し、第２の中間電極１０４は電磁コイルを内蔵している。１０５は収束コイル、１０６は真空容器、１０７は処理される基板、１０８は陽極となるハース、１０９は環状永久磁石、１１０は電磁コイルである。
【０００６】
ここで、プラズマガン１０１及び収束コイル１０５、環状永久磁石１０９、電磁コイル１１０の磁極について図４を参照して説明する。なお、電磁コイルは、コイルの中心から磁力線が出る側をＮ極と呼ぶこととする。
【０００７】
第１の中間電極１０３の第２の中間電極１０４側を”Ｓ極”とし、第２の中間電極１０４及び収束コイル１０５の第１の中間電極１０３側を”Ｓ極”とする。環状永久磁石１０９及び電磁コイル１１０の上側は”Ｓ極”である。このようなタイプをＳ型と呼ぶこととする。一方、第１の中間電極１０３、第２の中間電極１０４、収束コイル１０５、及び環状永久磁石１０９の各磁極が上記Ｓ型の場合と全く逆のタイプはＮ型と呼ぶこととする。
【０００８】
図３に示すような陰極と陽極を１組有するイオンプレーティング装置を用いてＩＴＯ膜を成膜した場合、Ｓ型、Ｎ型に関係なく、良好な比抵抗を有するＩＴＯ膜は得られるものの、１つのプラズマビームであるため大面積基板への均一な比抵抗を有するＩＴＯ膜の成膜は困難であった。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、大面積基板へ比抵抗の面内バラツキが均一な金属酸化物を被覆できる被覆方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、真空容器に、磁石手段を有する複数のプラズマガンと、それぞれのプラズマガンに設けた収束コイルと、それぞれのプラズマガンに対応させて被覆すべき金属酸化物から成る蒸発物質を収納した陽極としての複数のハースを設け、各ハースの周囲には環状永久磁石及び電磁石を設けたイオンプレーティング装置による金属酸化物の被覆方法であって、複数のプラズマガンの前記磁石手段、前記収束コイル、及び前記環状永久磁石並びに前記電磁石のそれぞれの磁極の向きを、隣接するプラズマガンの互いに対応する要素毎に逆向きにして配置、給電し、前記複数のプラズマガンからそれぞれ生成されるプラズマビームにより対応するハース内の前記蒸発物質を蒸発させると共にイオン化させ、各ハースから蒸発、イオン化した粒子を基板に金属酸化物として被覆することを特徴とする金属酸化物の被覆方法が提供される。
【００１１】
なお、前記金属酸化物は、酸化錫を添加した酸化インジウム、又は、酸化珪素、或いは酸化マグネシウムであることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、酸化錫を添加した酸化インジウムからなるＩＴＯ透明導電膜の場合、前記基板に被覆された膜は比抵抗の面内バラツキが±７％以内であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
基板に金属酸化物膜を形成させるためのイオンプレーティング装置について本発明の好ましい実施の形態を説明する。本形態では成膜部の真空容器１１に２つのプラズマガン１Ａ、１Ｂを設けた例について示している。図１、図２を参照してプラズマガン１Ｂの構成について説明する。真空容器１１の側壁に設けられた筒状部１２ｂには圧力勾配型のプラズマガン１Ｂが装着されている。プラズマガン１Ｂは、陰極１４ｂにより一端が閉塞されたガラス管１５ｂを備えている。このガラス管１５ｂ内では、ＬａＢ６  による環状盤１６ｂ、タンタルＴａによるパイプ１７ｂを内蔵したモリブデンＭｏによる円筒１８ｂが陰極１４ｂに固定されている。パイプ１７ｂはアルゴン等の不活性ガスからなるキャリアガス１８をプラズマガン１Ｂ内に導入するためのものである。
【００１６】
ガラス管１５ｂの陰極１４ｂと反対側の端部と筒状部１２ｂとの間には、第１、第２の中間電極１９ｂ、２０ｂが同心的に配置されている。第１の中間電極（第１グリッドとして作用する）１９ｂ内にはプラズマビームを収束するための環状永久磁石２１ｂが内蔵されている。第２の中間電極２０ｂ（第２のグリッドとして作用する）内にはプラズマビームを収束するための電磁コイル２２ｂが内蔵されている。この電磁コイル２２ｂは電源２３ｂから給電される。
【００１７】
プラズマガン１Ｂが装着された筒状部１２ｂの周囲には、プラズマビームを真空容器１１内に導く収束コイル２４ｂが設けられている。この収束コイル２４ｂは収束コイル用電源２５ｂにより励磁される。陰極１４ｂと第１、２の中間電極１９ｂ，２０ｂとの間にはそれぞれ垂下抵抗器２６ｂ，２７ｂを介して、可変電圧型の主電源２８ｂが接続されている。
【００１８】
真空容器１１の内側の底部には、ハース３０ｂとその周囲に配置された環状の補助電極３１ｂ、環状の電磁コイル３６ｂが設置されている。ハース３０ｂは、プラズマガン１Ｂからのプラズマビームが入射する凹部を有し、ＩＴＯタブレットのような蒸発物質を収納している。
【００１９】
ハース３０ｂ及び補助電極３１ｂは、いずれも熱伝導率の良い導電性材料、例えば、銅が使用される。ハース３０ｂに対して補助電極３１ｂは、絶縁物を介して取り付けられている。また、ハース３０ｂと補助電極３１ｂは、抵抗４８ｂを介して接続されている。ハース３０ｂは、主電源２８ｂの正側に接続されている。したがって、ハース３０ｂは、プラズマガン１Ｂに対してそのプラズマビームが吸引される陽極を構成している。
【００２０】
補助電極３１ｂ内には環状永久磁石３５ｂと電磁コイル３６ｂとが収容され、補助電極電源３８ｂから給電される。環状永久磁石３５ｂは、励磁された電磁コイル３６ｂにおける磁界と同じ向きになるように構成される。補助電極電源３８ｂは可変電源であり、電圧を変化させることにより、電磁コイル３６ｂに供給する電流を変化できる。
【００２１】
真空容器１１の内部にはまた、基板４１を保持するための基板ホルダ４２が設けられている。基板ホルダ４２にはヒータ４３が設けられている。ヒータ４３はヒータ電源４４から給電されている。基板ホルダ４２は、真空容器１１に対しては電気的に絶縁支持されている。真空容器１１と基板ホルダ４２との間にはバイアス電源４５が接続されている。このことにより、基板ホルダ４２はゼロ電位に接続された真空容器１１に対して負電位にバイアスされている。
【００２２】
なお、基板４１は、バッチ処理の場合には、成膜の間、図示のように基板ホルダ４２で真空容器１１内で静止保持される。一方、連続処理の場合には、真空容器１１の上部空間に搬送室が形成され、この搬送室内で複数の基板を搭載可能な基板ホルダを真空容器１１の一方から他方へ可動として、微小速度で移動している基板に対して成膜を行うことで連続処理が行われる。
【００２３】
補助電極３１ｂは電極切り換えスイッチ４６ｂを介して主電源２８ｂの正側に接続されている。主電源２８ｂには、これと並列に垂下抵抗器２９ｂと補助放電電源４７ｂとがスイッチＳ１ｂを介して接続されている。
【００２４】
このイオンプレーティング装置においては、プラズマガン１Ｂの陰極１４ｂを通してアルゴンガスをキャリアガスとして導入する。そして、真空容器１１内のハース３０ｂとの間で放電が生じ、これによりプラズマビームが生成される。このプラズマビームは収束コイル２４ｂと補助電極３１ｂ内の環状永久磁石３５ｂと電磁コイル３６ｂにより決定される磁界に案内されてハース３０ｂに到達する。ハース３０ｂに収納されたＩＴＯ焼結体はプラズマビームに加熱されて蒸発する。この蒸発粒子はプラズマビームによりイオン化され、基板４１に被膜が形成される。
【００２５】
プラズマガン１Ａ側についても同様であるので、説明は省略する。
【００２６】
このようなイオンプレーティング装置において、大面積基板に比抵抗の面内バラツキ±７％以内の膜を形成するためには、図１で示したように隣り合ったプラズマビームを形成する陰極と陽極の磁場が互いに逆になっていなければならない。その理由は、それぞれの収束コイル、補助電極内の環状永久磁石、電磁コイルの磁力線の干渉が少なくなり、それぞれのプラズマビームのねじれが少なくなるからである。なお、図１中の一方ａ側が図４で説明したようなＳ型であれば、他方ｂ側はＮ型でなければならず、ａ側がＮ型であれば、ｂ側はＳ型でなければならない。
【００２７】
次に、具体的な実施例と比較例を説明する。
【００２８】
［実施例１］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｓ型、ｂ側  Ｎ型
タブレット：ＳｎＯ２  を５ｗｔ％添加したＩＴＯ焼結体
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍカラーフィルタ付きソーダライムガラス基板
成膜中圧力：２．０×１０−３Ｔｏｒｒ
酸素分圧：０．６×１０−３Ｔｏｒｒ
比抵抗分布：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において１．４×１０−４Ω・ｃｍ、面内バラツキ±７％以内
［実施例２］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｎ型、ｂ側  Ｓ型
タブレット：ＳｎＯ２  を５ｗｔ％添加したＩＴＯ焼結体
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍカラーフィルタ付きソーダライムガラス基板
成膜中圧力：２．０×１０−３Ｔｏｒｒ
酸素分圧：０．６×１０−３Ｔｏｒｒ
比抵抗分布：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において１．３×１０−４Ω・ｃｍ、面内バラツキ±７％以内
［比較例１］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｎ型、ｂ側  Ｎ型
タブレット：ＳｎＯ２  を５ｗｔ％添加したＩＴＯ焼結体
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍカラーフィルタ付きソ−ダライムガラス基板
成膜中圧力：２．０×１０−３Ｔｏｒｒ
酸素分圧：０．６×１０−３Ｔｏｒｒ
比抵抗分布：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において１．５×１０−４Ω・ｃｍ、面内バラツキ±１２％以内
［比較例２］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｓ型、ｂ側  Ｓ型
タブレット：ＳｎＯ２  を５ｗｔ％添加したＩＴＯ焼結体
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍカラーフィルタ付きソーダライムガラス基板
成膜中圧力：２．０×１０−３Ｔｏｒｒ
酸素分圧：０．６×１０−３Ｔｏｒｒ
比抵抗分布：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において１．６×１０−４Ω・ｃｍ、面内バラツキ±１５％以内
以上説明した実施例１、２によれば、真空容器に複数のプラズマビーム発生部を有し、隣り合ったプラズマビームを発生するための磁場手段、収束コイル、ハース側の環状永久磁石及び電磁コイルの磁極の向きを互いに逆にすることにより、磁場干渉を無くし、大面積基板に比抵抗の小さいＩＴＯ透明導電膜を形成することが可能となった。したがって、大型で高速応答を必要とするカラー液晶ディスプレイ等に適用して極めて有効である。なお、同様にして隣り合った磁場を逆にすることにより、２つ以上の複数のプラズマビーム励起機構を用いた場合、更に大面積基板に均一な比抵抗分布を有したＩＴＯ膜を得ることが可能となる。
【００２９】
以下の表１に、実施例１、２、比較例１、２の測定結果を示す。
【００３０】
【表１】
0003564677.tif 000002
【００３１】
次にＳｉＯ２  成膜を行った場合の実施例、比較例を示す。
【００３２】
［実施例３］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｓ型、ｂ側  Ｎ型
タブレット：ＳｉＯ２  タブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板成膜中圧力：５．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
アルカリ溶出量：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において０．２５μｇ／ｃｍ２  以下
成膜速度：５０Ａ／秒
［実施例４］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｎ型、ｂ側  Ｓ型
タブレット：ＳｉＯ２  タブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板
成膜中圧力：５．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
アルカリ溶出量：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において０．１０μｇ／ｃｍ２  以下
成膜速度：５０オングストローム／秒
［比較例３］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｎ型  ｂ側  Ｎ型
タブレット：ＳｉＯ２  タブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板
成膜中圧力：５．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
アルカリ溶出量：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において０．４０μｇ／ｃｍ２  以下
成膜速度：５０オングストローム／秒
［比較例４］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｓ型、ｂ側  Ｓ型
タブレット：ＳｉＯ２  タブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板
成膜中圧力：５．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
アルカリ溶出量：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において０．４５μｇ／ｃｍ２  以下
成膜速度：４０オングストローム／秒
以上に説明したように本発明の実施例３、４によれば、大面積基板にアルカリバリア効果の高い高品質のＳｉＯ２  膜を高速で成膜することが可能となった。
【００３３】
なお、アルカリバリア効果を調査する方法であるアルカリ溶出量調査は以下のように実施した。
【００３４】
膜厚１００ｎｍ以下のＳｉＯ２  膜付きソーダライムガラス基板（試料）を切断し、切断されたガラスエッジ部（ＳｉＯ２  が付いていない部分）にシリコーン樹脂を塗り付ける。そして、前記試料を１００℃で２時間焼成する。その後、純水が満たされた容器の中に入れ、容器を密閉し、恒温槽にて加熱処理（９５℃にて２４時間）する。加熱処理後、純水中に溶出したＮａ量を炎光光度法にて定量を行う。
【００３５】
以下の表２に、実施例３、４、比較例３、４の測定結果を示す。
【００３６】
【表２】
0003564677.tif 000003
【００３７】
次に、ＭｇＯについても実施例と比較例を示す。
【００３８】
［実施例５］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｓ型、ｂ側  Ｎ型
タブレット：ＭｇＯタブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板
成膜中圧力：４．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
Ｉ（１１１）／全ピーク強度和（％）：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において５０％以上
成膜速度：５０オングストローム／秒
［実施例６］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｎ型  ｂ側  Ｓ型
タブレット：ＭｇＯタブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板
成膜中圧力：４．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
Ｉ（１１１）／全ピ−ク強度和（％）：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において５０％以上
成膜速度：５０オングストローム／秒
［比較例５］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  Ｎ型  ｂ側  Ｎ型
タブレット：ＭｇＯタブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板
成膜中圧力：４．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
Ｉ（１１１）／全ピ−ク強度和（％）：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において４０％以上
成膜速度：５０オングストローム／秒
［比較例６］
条件
プラズマ励起機構：ａ側  ｓＳ，ｂ側  Ｓ型
タブレット：ＭｇＯタブレット
基板温度：２００℃
放電電流：各々１５０Ａ
基板：１０００ｍｍ×６５０ｍｍソーダライムガラス基板
成膜中圧力：５．０×１０−４Ｔｏｒｒ
酸素分圧：１．０×１０−４Ｔｏｒｒ
Ｉ（１１１）／全ピ−ク強度和（％）：９５０ｍｍ×６００ｍｍ内において３０％以上
成膜速度：５０オングストローム／秒
以上に説明したように本発明の実施例５、６によれば、大面積基板に結晶性に優れた高品質のＭｇＯ膜を高速で成膜することができ、高品質なプラズマディスプレイパネルの作製が可能となった。
【００３９】
以下の表３に、実施例５、６、比較例５、６の測定結果を示す。
【００４０】
【表３】
0003564677.tif 000004
【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、真空容器に複数のプラズマビーム発生部を備え、隣り合ったプラズマビームを発生するための磁場手段、収束コイル、ハース側の環状永久磁石及び電磁コイルの磁極の向きを互いに逆にすることにより、磁場干渉を無くし、大面積基板に比抵抗の面内バラツキの小さいＩＴＯ膜を形成することが可能となった。このようなＩＴＯ膜は、カラー液晶ディスプレイ等に適用した場合に極めて有効である。
【００４２】
本発明によればまた、大面積基板にアルカリバリア効果の高い高品質のＳｉＯ２  を高速で成膜することができる。
【００４３】
本発明によれば更に、大面積基板に結晶性に優れた高品質のＭｇＯを高速で成膜することができ、高品質のプラズマディスプレイパネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いたイオンプレーティング装置を、プラズマ発生部を２つ備えた場合について示した横断面図である。
【図２】図１に示したイオンプレーティング装置の一方の成膜装置を、線Ａ−Ａ´による縦断面図で示す。
【図３】従来のイオンプレーティング装置を示す縦断面図である。
【図４】図１に示された永久磁石、収束コイル、環状永久磁石、及び電磁コイルの磁極の向きを説明するための図である。
【符号の説明】
１１    真空容器
１４ａ，１４ｂ    陰極
１５ｂ    ガラス管
１８    キヤリアガス
１９ｂ    第１の中間電極
２０ｂ    第２の中間電極
２１ａ，２１ｂ    環状永久磁石
２２ａ，２２ｂ    電磁コイル
２４ａ，２４ｂ    収束コイル
２８ｂ    主電源
３０ａ，３０ｂ    ハース
３１ａ，３１ｂ    補助電極
３５ｂ    環状永久磁石
３６ｂ    電磁コイル
４１    基板
【図１】
0003564677.tif 000005
【図２】
0003564677.tif 000006
【図３】
0003564677.tif 000007
【図４】
0003564677.tif 000008