(57)【要約】【課題】比較的に大型の矩形基板に対して、構造が簡易で、かつ、均一性の良く膜質が良好な薄膜を形成できるスパッタリング装置、薄膜の製造方法及び電子素子の製造方法を提供すること。【解決手段】排気可能な真空容器内に、ターゲット１ａ裏面側に平面矩形状のマグネットユニット３を備え、ターゲット１ａの表面でスパッタされたスパッタ粒子により基板保持台５に載置する基板２上に薄膜を形成するスパッタリング装置であって、スパッタ粒子が放出される側のターゲット１ａと基板２間に、基板保持台５の面内方向に対して垂直な遮蔽板４を具備した構造を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気可能な真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、ターゲットを保持するためのターゲット保持部と、
前記真空容器内に設けられ、基板を保持するための基板保持台であって、前記ターゲット保持部の前記ターゲットを保持するための面と対向するように設けられた基板保持台と、
前記真空容器内に設けられ、前記ターゲット保持部の、前記基板保持台とは反対側に設けられたマグネットユニットと、
前記ターゲット保持部と前記基板保持台との間に設けられ、板状である複数の遮蔽板とを備え、
前記複数の遮蔽板の各々は、前記基板保持台から前記ターゲット保持部に向って延在するように設けられており、
前記複数の遮蔽板はそれぞれ、所定の方向に沿って互いに平行に配置されており、
前記複数の遮蔽板の各々の、前記基板保持台から前記ターゲット保持部に沿った長さは、前記基板保持台に基板を保持させたときの該基板と前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させたときの該ターゲットとの間の第１の距離の２０％から５０％の距離と等しい長さであり、
前記複数の遮蔽板の隣り合う遮蔽板間の、前記所定の方向に沿った距離は、前記第１の距離の５０％から１００％の距離であることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスパッタリング装置を用いた薄膜の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の薄膜の製造方法を用いた電子素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶や有機EL材を用いる表示装置、太陽光発電装置などの電子素子の製造における薄膜の形成に用いられる薄膜形成装置、薄膜の製造方法及び電子素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スパッタリング装置は薄膜の形成手段として、半導体集積回路や液晶表示装置、また薄膜系太陽光発電装置等の電子素子の製造に広く用いられている。スパッタリング装置としては、薄膜の材料となるターゲットと薄膜が成膜される基板とが対向するように配されて、かつ、マグネトロン放電を発生させるための磁気回路を形成するマグネットを有するプレーナーマグネトロンスパッタリング装置が工業的には一般に使用されている。
【０００３】
表示装置の大型化や生産効率の向上のため薄膜を形成する基板は年々大きくなり、そのためターゲットのサイズも一辺が1メートルを超えるようになってきている。プレーナーマグネトロンスパッタリング装置では、スパッタされてターゲット表面から飛び出すスパッタ粒子は、ターゲット面の法線に対してCOSN乗則のような角度分布を持って飛び出す。
【０００４】
このため、基板に対しては直上方向からだけではなく、斜め方向からも多くのスパッタ粒子が付着し、その斜め入射膜の割合や入射方向は基板の位置によって大きく異なる。プレーナーマグネトロンスパッタリング装置のターゲットとして、例えば、Mo, W, Taやそれらを主原料とする合金のような高融点金属を用いた場合、斜め入射が多い膜は、斜め入射が少ない膜に比べ、膜質が劣る。
【０００５】
この膜質の均一性を改善する技術として、特許文献１には、ターゲットと基板との間に開口部を設けたシールドを設置し、その開口部をマグネットの揺動に合わせて往復運動をさせることで、ターゲット表面から放出される粒子の基板への入射角を制限するスパッタリング装置が開示されている。
【０００６】
また、結晶性や密度が良好な膜を得る技術として、特許文献２には、ターゲットが配される電極と基板が配される電極とが対向するように配され、かつ電極間の電界に直交する方向に磁界を発生させる磁界発生源を有するスパッタリング装置において、ターゲットと基板の間に、上記磁界の形状に対応した開口が設けられたシールドを設置し、基板を固定したまま、あるいは、ターゲットに対して相対運動させることで、基板へ付着するスパッタ粒子の入射角を制御するスパッタリング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２２５３４号公報
【特許文献２】特開平７−３３１４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来の構成では以下のような解決されるべき課題が残されていた。特許文献１に開示された発明では、マグネトロン放電領域とほぼ同じ面積の開口部を設けたシールド板を、マグネットの揺動に同期して基板上で揺動させる構造となっているため、基板に対し約２倍の面積をもつシールド板が必要となる。
【０００９】
このため、シールド板を揺動するための空間が必要となり、真空処理室の容積が大きくなってしまう。また、シールド板にはスパッタ膜が付着するため、定期的に交換をする必要があるが、シールド板が大きいとその交換作業性が悪くなるという可能性もあげられる。
【００１０】
さらに、放電中は基板上で絶えずシールド板を揺動させる必要があるため、シールド板の表面や開口部に付着した膜が揺動時の振動で剥離し、基板を汚染することも懸念されていた。
【００１１】
また、特許文献２に開示された発明では、磁界の形状に応じた開口部を設けたシールドを基板とターゲットの間に固定する構造であるが、ターゲットのエロージョン領域に対応する部分のみを開口部としているため、シールドによって遮蔽された領域に相対する基板上には成膜がほとんど行なわれない。よって、同一基板内において膜厚が大きく異なり、膜厚均一性が悪くなる可能性があった。
【００１２】
また、基板をターゲットに対して相対移動させた場合は、基板全面に対して均一性の良い成膜が出来るが、成膜中に基板を移動するための機構やその移動空間が必要となってしまう。
【００１３】
さらに、この構造ではターゲットのエロージョン領域を限定する必要があるが、その場合、ターゲットの利用効率は高くなく、またターゲット上の非エロージョン領域では再付着膜に起因した異常放電の発生や膜剥れによる基板汚染を生じるおそれがあった。
【００１４】
ここで、薄膜形成装置による薄膜の膜質とは、一般に、比抵抗や膜密度、表面平坦度、応力などである。斜め入射が多い膜の場合、高比抵抗、低膜密度で、表面平坦度が悪い膜となり、上記薄膜の膜質は悪いと言える。
【００１５】
静止対向型のプレーナーマグネトロンスパッタリング装置では、基板の中央部において基板に対し斜め方向から付着する粒子の割合が最も高く、基板の外周部では斜め入射する粒子の割合が低いため、その結果、基板中央部の膜質が悪く、面内で膜質が大きく異なるという問題があった。
【００１６】
しかしながら、本発明者らが評価検討したところ、基板に対し斜め入射するスパッタ粒子を低減する際に、基板面内の膜質均一性が十分に確保される簡易な手法があることを見出した。
【００１７】
本発明の目的は、比較的に大型の矩形基板に対して、構造が簡易で、かつ、均一性の良く膜質が良好な薄膜を形成できるスパッタリング装置、薄膜の製造方法及び電子素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明は、スパッタリング装置であって、排気可能な真空容器と、前記真空容器内に設けられ、ターゲットを保持するためのターゲット保持部と、前記真空容器内に設けられ、基板を保持するための基板保持台であって、前記ターゲット保持部の前記ターゲットを保持するための面と対向するように設けられた基板保持台と、前記真空容器内に設けられ、前記ターゲット保持部の、前記基板保持台とは反対側に設けられたマグネットユニットと、前記ターゲット保持部と前記基板保持台との間に設けられ、板状である複数の遮蔽板とを備え、前記複数の遮蔽板の各々は、前記基板保持台から前記ターゲット保持部に向って延在するように設けられており、前記複数の遮蔽板はそれぞれ、所定の方向に沿って互いに平行に配置されており、前記複数の遮蔽板の各々の、前記基板保持台から前記ターゲット保持部に沿った長さは、前記基板保持台に基板を保持させたときの該基板と前記ターゲット保持部に前記ターゲットを保持させたときの該ターゲットとの間の第１の距離の２０％から５０％の距離と等しい長さであり、前記複数の遮蔽板の隣り合う遮蔽板間の、前記所定の方向に沿った距離は、前記第１の距離の５０％から１００％の距離であることを特徴とする。
【００１９】
基板とターゲットの間に、基板に対し斜め方向から付着する粒子の割合を低減するための導体である遮蔽板を設置することで、基板の中央領域の膜質が向上し、また、基板の面内における応力をも含めた膜質の均一性が改善できる。  
また、本発明は、成膜中に遮蔽板の揺動や基板の移動を行なうことなく基板全面への均一な成膜が可能であるため、その構造が簡易である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜形成装置の構成図であって、（ａ）は該薄膜形成装置の断面図であり、（ｂ）は該薄膜形成装置の平面図であり、（ｃ）は該薄膜形成装置の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る、遮蔽板の取付け間隔と遮蔽板の高さとの関係を表すグラフである。
【図３】本発明の比較例1の作製に使用した薄膜形成装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の代表的な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。  
図１は、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置の構成図であり、（ａ）は同装置の断面図、（ｂ）は同装置の平面図、（ｃ）は同装置の側面図である。
【００２２】
図１（ａ）〜（ｃ）において、符号１ａはターゲット、符号１ｂはバッキングプレート、符号２は基板（ガラス基板等）、符号３は平面矩形状のマグネットユニット、符号４は遮蔽板、符号５は基板保持台である。  
ターゲット１ａは、バッキングプレート１ｂに接合されており、基板２と平行に対向している。従って、バッキングプレート１ｂはターゲットを保持するための部材としても機能する。バッキングプレート１ｂは不図示のインシュレータを介して、ガス導入口と真空排気口を備え、排気可能に構成された真空容器（不図示）内に固定されている。上記ターゲット保持部としてのバッキングプレート１ｂは、基板保持台５と対向するように設けられている。
【００２３】
マグネットユニット３は、バッキングプレート１ｂの、基板保持台５と反対側に設けられており、複数のマグネット機構３ａを所定の方向に配列して構成されている。マグネット機構３ａは、一方の磁性の第１の磁石と、該第１の磁石を囲むように、かつ接しないように配置された他方の磁性の第２の磁石とを有する。また、マグネットユニット３は、スライド機構（不図示）によって駆動され、ターゲット１ａに平行な方向に往復運動する。図１（ａ）〜（ｃ）においては、基板５が少なくともマグネットユニット３と対向するように、マグネット機構３ａが基板２の長手方向に沿って複数配置されているので、マグネットユニット３の往復運動の範囲を大きくとる必要が無い。
【００２４】
また、別の実施形態では、マグネットユニット３が基板２に対して少なくとも対向しないような構成であっても良い。このような形態としては、例えば、マグネットユニット３としてマグネット機構３ａを１つまたは複数用い、該１つまたは複数のマグネット機構３ａを基板２の長手方向の一方端と他方端の間を往復運動するように構成しても良い。
【００２５】
ターゲット保持部としてのバッキングプレート１ｂと基板保持台５との間には、図1（ａ）、１（ｂ）に示されるように、複数の遮蔽板４が、基板２の長手方向に沿って所定の間隔で配置されている。遮蔽板４は、板状の導電性部材であり、対向配置された、基板保持台５からバッキングプレート１ｂに向って延在するように設けられている。本実施形態では、遮蔽板４の面内方向が基板保持台５の面内方向（基板２）に対して垂直になるように遮蔽板４が設けられているが、厳密に垂直でなくても良い。本発明で重要なことは、遮蔽板４により、ターゲット１ａから斜めに放射されたスパッタ粒子８を遮断することであり、該機能を果たせるのであれば、遮蔽板４は基板保持台５の面内方向に対して垂直でなくても良い。
【００２６】
本実施形態では、遮蔽板４に付着した付着物が剥がれ落ちて基板に汚染物として落下することを低減しつつ、基板２の全面において、薄膜の膜質を均一にすることが重要であり、遮蔽板４を動かさずに基板２に対して斜め方向から入射するスパッタ粒子を低減し、かつ基板２の全面において、なるべく垂直方向からのスパッタ粒子を入射させ、斜め方向から入射するスパッタ粒子が存在する場合であっても、なるべく入射角度を低くすることが重要である。このような事項を達成するために、本実施形態では、複数の遮蔽板４を該遮蔽板４の面内方向が基板保持台５からバッキングプレート１ａに向う方向に沿うように設け、かつ隣り合う遮蔽板間の距離、および基板保持台５とバッキングプレート１ｂとの間に配置された状態の、該基板保持台５からバッキングプレート１ｂに沿った遮蔽板４の長さ（図１（ａ）では、遮蔽板４の基板保持台５の面内方向（基板２の面内方向）に垂直方向の長さ）をそれぞれ後述するような範囲に設定している。  
なお、本明細書において、「スパッタ粒子の入射角度」とは、スパッタ粒子が入射される面（基板表面等）の法線と、入射するスパッタ粒子の入射方向とのなす角度を指す。従って、上記入射角度が低ければ低いほど、スパッタ粒子の入射方向は基板２の垂直方向に近づく。
【００２７】
上記、図１に表される薄膜形成装置で成膜する際は、不図示の真空容器内を十分排気し、例えば５×１０−３Ｐａ以下にする。
【００２８】
その後、Ａｒ等のスパッタガスを導入し、ターゲット１ａに負電位を印加する。そして、イオン化されたスパッタガスがターゲット１ａをスパッタすることにより、ターゲット１ａからターゲット材料がたたき出され、このスパッタ粒子６及び７が基板２上に堆積して薄膜が形成される。
【００２９】
［実施例１］  
本実施例に係る薄膜形成装置は、上述のようなプレーナーマグネトロンスパッタリング装置であって、かつ、基板２がターゲット１ａに対して静止している静止対向型のスパッタリング装置である。
【００３０】
本実施例では、基板２の寸法は、横９２０ｍｍ、縦７３０ｍｍ、ターゲット１ａの寸法は、横１２１０ｍｍ、縦９２０ｍｍであり、ターゲット１ａと基板２との間の距離は、１００ｍｍである。そして、図１に示すように、ターゲット１ａと基板２との間に長さ９００ｍｍの遮蔽板４を、基板２の短辺に対し平行方向に４本を基板保持台５側に設置した。
【００３１】
遮蔽板４の材質は、通常のスパッタリング装置の内部で使用されるシールドやコリメート等に使用される金属材料を用いることができる。
本実施例では、各遮蔽板４の設置間隔は１００ｍｍ、各遮蔽板４の高さと幅は各々３０ｍｍと１０ｍｍである。
【００３２】
図１に表された本発明の実施形態に係るスパッタリング装置で、ターゲット１ａにMo合金を用いて基板上にMo合金膜を成膜した。なお、成膜条件は、印加電力を５．４W/ｃｍ２、スパッタガス圧力を０．２Ｐａ、基板の加熱温度を約１５０℃とした。
【００３３】
この遮蔽板４により、基板２に対して低角度で入射するスパッタ粒子７が大幅に減少することが確認された。
【００３４】
なお、本発明は以上の実施例に限定されることなく、更に種々変形して実施することが出来る。例えば、上記実施例においては、遮蔽板４を一方向だけに設けているが、基板２の大きさによっては、それに交差する遮蔽板４を設けて格子状とするのも良い。また、遮蔽板４の設置間隔は等間隔である必要はなく、また、設置位置によってその高さを変更しても良い。
【００３５】
本実施例では、上述した本発明の本質事項を達成するために、隣り合う遮蔽板４間の距離、および遮蔽板４のある方向に沿った長さ（遮蔽板４が基板保持台５とバッキングプレート１ｂとの間に配置された状態の、該基板保持台５からバッキングプレート１ｂに沿った遮蔽板４の長さ）を所定の範囲内に設定することが好ましい。すなわち、隣り合う遮蔽板４間の距離がターゲット１ａと基板２との間の第１の距離の５０％から１００％の距離であり、かつ遮蔽板４が基板保持台５とバッキングプレート１ｂとの間に配置された状態の、該基板保持台５からバッキングプレート１ｂに沿った遮蔽板４の長さが上記第１の距離の２０％から５０％の距離と等しい長さ（高さ）とすることが好ましい。
【００３６】
このように隣合う遮蔽板４間の距離および上記遮蔽板４の長さを設定することにより、ターゲットから斜め方向に放出されたスパッタ粒子８を効果的に遮蔽板４にて遮断することができ、さらに、基板２の全面に対して低入射角度で入射するスパッタ粒子の量をも低減することができる。従って、基板２に対して高入射角度で入射するスパッタ粒子の量、および低入射角度で入射するスパッタ粒子の量の双方を低減する事ができる。
【００３７】
また、基板２の遮蔽板４に対向する部分は、該遮蔽板４の存在によりターゲット１ａに臨んではいないが、遮蔽板４は板状部材であり、その面積が大きい面内方向が基板２に対して垂直方向に沿っている。従って、上記基板２の遮蔽板４に対向する部分の実質的な面積を小さくすることができ、遮蔽板４により基板２を覆っている領域も小さいので、ターゲット１ａから飛来したスパッタ粒子を上記基板２の遮蔽板４に対向する部分に入射させることができる。上述のように、上記範囲で遮蔽板４を設けることによって少なくとも高入射角度で入射するスパッタ粒子を遮断しているので、該高入射角度で入射するスパッタ粒子が上記基板２の遮蔽板４に対向する部分に入射することを抑制できる。従って、薄膜の膜質を向上することができる。さらには、本実施形態では、マグネットユニット３を移動させているので、ターゲット２に形成されるエロージョンもマグネットユニット３の移動に伴い移動することになり、ターゲット１ａの、上記基板２の遮蔽板４に対向する部分と対向する領域にエロージョンを近づけることができる。従って、上記基板２の遮蔽板４に対向する部分に対して、より低い入射角度のスパッタ粒子を入射させることができる。
【００３８】
さらに、上記範囲で遮蔽板４を設けることによって、遮蔽板４を固定しても、基板２の全面に対して、高入射角度に加えて低入射角度で入射するスパッタ粒子の量をも低減しつつ、垂直方向から入射するスパッタ粒子６を基板２に対して入射することができる。従って、遮蔽板４に付着してしまった付着物が剥がれ落ちることが低減するので、遮蔽板４からの膜剥がれによる基板汚染を低減しつつ、基板２の全面に対して良好な膜質で成膜することができる。
【００３９】
本実施例では、ターゲット１ａと基板２との間の距離に対する隣り合う遮蔽板４の間隔の割合（％）をｘ（図２の横軸）とし、ターゲット１ａと基板２との間の距離に対する遮蔽板４の、基板保持台５からバッキングプレート１ｂに向う長さの割合（％）をｙ（図２の縦軸）とすると、１／５ｘ＋１０≦ｙ≦２／５ｘ＋１０（５０≦ｘ≦１００）の関係（図２における選択範囲２０）を満たすように、上記ｘ、ｙを設定することはさらに望ましい。
【００４０】
図２に遮蔽板４の取付けに関する上記さらに望ましい選択範囲２０を示す。  
図２は、横軸に遮蔽板４の取付け間隔、縦軸に遮蔽板４の高さ（図１（ａ）における遮蔽板４の基板保持台５からバッキングプレート１ｂへの方向の沿った長さ）を表し、いずれもターゲットと基板との距離を１００％としたときの相対比で表している。選択範囲２０の領域は、遮蔽板４間がターゲット１ａと基板２との距離に対して５０％から１００％の距離をあけてそれぞれ配置されている時、遮蔽板４のターゲット１ａに対して垂直方向の長さを（遮蔽板の高さ）、ターゲット１ａと基板２との間隔に対して２０％から５０％をその長さ（高さ）とすると良好な膜質が得られることを表す。
【００４１】
上述のような選択領域２０を見出したことで、高入射角度のスパッタ粒子に加えて低入射角度のスパッタ粒子７をも大幅に減少させて、薄膜におけるスパッタ粒子６の割合を高めることができた。  
なお、遮蔽板４は、アノード電位とする。電位としては、接地電位（０Ｖ）でも良いし、正電位（０Ｖより大きく５０Ｖ未満）でも良い。
【００４２】
本発明の薄膜形成装置の比較例（以下、比較例１という）として、図３に示すとおり、ターゲット１ａと基板２との間に遮蔽板４を設置しないこと以外は、実施例１の本発明の薄膜形成装置と同様である。この薄膜形成装置を用い、実施例１と同様に、ターゲットにMo合金を用いて、同一の成膜条件で基板上にMo合金膜を成膜した。
【００４３】
［実施例２］  
本実施例では、実施例１および比較例１で成膜したMo合金膜の基板２の中央部の比抵抗を評価した結果、実施例１で成膜したMo合金膜の比抵抗は、比較例１で成膜したMo合金膜の比抵抗に対して約２０％低減した。  
また、基板２の面内で最大値を示していた基板２の中央部の比抵抗が下がることにより、比抵抗の面内均一性も約２０％改善することが確認された。
【００４４】
［実施例３］  
同様に、本実施例では、実施例１および比較例１で成膜したMo合金膜の基板２の中央部の膜密度を評価した結果、比較例１で成膜したMo合金膜の膜密度が約９．７ｇ/ｃｍ３であるのに対し、実施例１で成膜したMo合金膜の膜密度は約１０．４ｇ/ｃｍ３でとなり、膜密度が向上していることが確認された。
【００４５】
［実施例４］  
同様に、本実施例では、実施例１および比較例１で成膜したMo合金膜の基板２の中央部の表面平坦度(平均面粗さ)を評価した結果、比較例１で成膜したMo合金膜の平均面粗さが約４．１ｎｍであるのに対し、実施例１で成膜したMo合金膜の平均面粗さは約３．１ｎｍとなり、平坦性が向上していることが確認された。
【００４６】
［実施例５］  
さらに同様に、本実施例では、実施例１および比較例１で成膜したMo合金膜の応力を測定した結果、比較例１で成膜したMo合金膜の応力は、基板２の中央部と外周部とで約１８００MＰａの差があったが、実施例１で成膜したMo合金膜の面内での応力差は約８００MＰａであることが確認された。
【００４７】
［実施例６］  
次に、電子素子の一例として、本発明の薄膜形成装置を用いた表示装置の製造方法について説明する。
【００４８】
例えば、表示装置のうち電子素子としてのa-Si形であるＴＦＴ(Thin Film Transistor)の場合、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置が用いられるのは、アレイ製造工程とBM(ブラックマトリックス)製造工程である。アレイ製造工程では、基板上にトランジスタや配線を形成する。該アレイ製造工程において、成膜に関して主にスパッタリングが用いられる工程は、次の構成ａ、d、eの形成工程であり、以下のａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆまで順次積層される。なお、構成ａはゲート電極 (Mo Al 等)であり、構成bはゲート絶縁膜 (SiNx 等)であり、構成cは半導体層 (a-Si  a-Si(n+)P 等)であり、構成dはソース・ドレイン電極 (Mo Al 等)であり、構成eは透明電極 (ITO 等) f. 保護膜 (SiNx 等)である。
【００４９】
上記のようなＴＦＴの断面構造において、上記の構成ａ、ｄ及びｅの各形成工程において、薄膜材料源であるMo合金等のターゲット種に合わせて、スパッタリングガス、真空度、基板温度、放電電力、放電時間等の各パラメータを調整することで表示装置に適した薄膜が形成された。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ  ターゲット
１ｂ  バッキングプレート
２  基板
３  マグネットユニット
４  遮蔽板
５  基板保持台
６  スパッタ粒子(ターゲットから垂直方向に放射され、基板に付着する粒子)
７  スパッタ粒子(ターゲットから斜め方向に放射され、基板に付着する粒子)
８  スパッタ粒子(ターゲットから斜め方向に放射され、遮蔽板に付着する粒子)
２０  選択範囲
【図１】
2011099162.tif 000003
【図２】
2011099162.tif 000004
【図３】
2011099162.tif 000005