JP3874607B2

JP3874607B2 - Thin film formation method

Info

Publication number: JP3874607B2
Application number: JP2000394288A
Authority: JP
Inventors: 康司新井; 雅俊北川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002194539A; KR20020053010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や表示デバイス等に用いるプラズマディスプレイパネル（ガス放電表示パネル又はＰＤＰとも呼ぶ）の製造に採用される薄膜形成方法に関し、特にプラズマディスプレイパネルの誘電体層の保護膜となる薄膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置や表示デバイスの製造分野において基板の大型化が進んでおり、プラズマディスプレイパネルでは特にその傾向が顕著である。
【０００３】
交流駆動型（ＡＣ）プラズマディスプレイパネルでは、放電によるイオン衝撃から誘電体層を保護するための保護膜として薄膜が形成されている。この薄膜としては一般的に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）膜が用いられる。
【０００４】
プラズマディスプレイパネルの駆動電圧は、素子構造や封入ガス等多くの要因によって決定される。放電空間に接する保護膜の２次電子放出係数はそのひとつであり、２次電子放出係数が大きい程、低電圧で駆動することができる。そこでプラズマディスプレイパネルの低電圧化を図る上で、２次電子放出係数が大きい酸化マグネシウムが適している。
【０００５】
酸化マグネシウム膜は一般に電子ビーム蒸着法、つまり電子ビームを利用した電子エネルギー照射により、真空中酸素雰囲気で図５に示す模式図のように、ターゲット保持台５に保持された蒸着源となるターゲット４を蒸発させて、誘電体層の表面に配向性をもった結晶性のＭｇＯの薄膜を基板に堆積させる方法を用い、その後焼成工程を経て薄膜を形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年のプラズマディスプレイパネルの大型化に伴い、大面積の基板が必要になり、この基板を収納して酸化マグネシウムを基板に堆積させるためには大型の真空装置が必要となる。そこで、大面積化したプラズマディスプレイパネルの消費電力を低く抑えてコスト低減を図るために、更なる低電圧化が求められている。
【０００７】
ところが上記従来法である電子ビーム蒸着法を用いて酸化マグネシウム膜をプラズマディスプレイパネルに薄膜形成する場合、電子ビームは小スポットに集中して照射を行うため、成膜速度が遅くなって生産性が低下し、装置コストが割高になると共に低電圧化も困難であるという問題があった。その上、図５に示すようにＭｇ原子とＯ原子が一旦分解した後、基板上で再結合してＭｇＯ膜となるため再現性が悪く、良質の膜が得られないという問題もあった。
【０００８】
また、プラズマ放電を利用して基板に薄膜を形成するスパッタリング法を用いた場合でも、酸化マグネシウム自体が耐スパッタ性膜であるため、非常に成膜速度が遅く生産性に劣るという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は上記のような問題点を解消し、ＭｇＯターゲット表面を活性化させながらスパッタリングを行い、クラスター化したＭｇＯを基板に堆積させて成膜速度が速く低コストで良質の保護膜（薄膜）を形成することによって、プラズマディスプレイパネルの低電圧化と発光効率向上を図ることができる薄膜形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜形成方法は上記目的を達成するために、反応容器内を排気して真空状態にすると共にスパッタリングガスを導入した状態で反応容器内を所定圧力に制御し、ＭｇＯターゲットを保持した保持手段に高周波電圧を印加して反応容器内にプラズマを発生させ、ＭｇＯターゲットにＫｒＦエキシマレーザを照射させながら、プラズマによりＭｇＯターゲットをスパッタリングすることでＭｇＯ膜を被処理体に堆積させてプラズマディスプレイパネルの保護膜を成膜することを特徴とする。
【００１１】
この方法によれば、真空状態の反応容器内にプラズマ生成用のスパッタリングガスを導入した状態で、反応容器内を所定圧力に制御して減圧雰囲気中の保持手段に高周波電圧を印加するので、成膜材料として絶縁物でありプラズマディスプレイパネルの保護膜として好適な酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いた場合に、ガスのイオンによってＭｇＯターゲット表面がプラスにチャージされることなく、プラズマの発生を継続させることができる。そして、プラズマによるスパッタリング中、ＭｇＯターゲット表面をＫｒＦエキシマレーザで照射して活性化させるので、スパッタリングしてクラスター化させたＭｇＯを、被処理体に堆積させて成膜することができる。したがって、耐スパッタ性膜であるＭｇＯ膜でも成膜速度が速くなって生産性が向上し、コスト低減を図ることができると共に、再現性も良くなるので良質のプラズマディスプレイパネルの保護膜を形成することができる。これによりプラズマディスプレイパネルの放電開始電圧、放電維持電圧および発光効率を向上させることができる。
【００１４】
また上記方法でクラスター化されたＭｇＯを被処理体に堆積させる際、ＭｇＯターゲット表面の活性化および／またはプラズマの強度を制御する、例えば発光分析によりＭｇＯのプラズマ発光強度が一定となるように制御することにより、ＭｇＯがクラスター化した際にそのクラスターが一定個数内であるように調整しながら成膜を実施することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１〜図４を参照しながら具体的に説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に基づく、プラズマディスプレイパネルの保護膜となる薄膜の形成装置の概略構成を示している。反応容器１の内部には、基板（被処理体）３を保持し、基板３を必要に応じて加熱できるヒータ（加熱手段）を備えたステージ（被処理体保持手段）２が設置されている。ステージ２の対向位置にはターゲット（成膜材料）４を保持したターゲット保持台（保持手段）５が設置されている。ターゲット保持台５は一般的に銅製であり、成膜中の温度上昇を避けるため、冷却水により冷却されている。ターゲット保持台５には、電界に直交する磁界をターゲット４表面に発生させるマグネット６が裏面に配置され、高周波電源７と接続されて高周波の電圧が印加されたときに、ターゲット４の表面でプラズマを発生させて酸化マグネシウム等の絶縁物のターゲット４でも効果的にスパッタを起こさせることができる構成となっている。８はプラズマ生成用のスパッタリングガスを導入するガス導入口であり、９は反応容器１内を図示しない真空排気ポンプにより排気する排気ポートであり、１０は真空引き後にガス導入口８を通じてスパッタリングガスを導入した状態で、反応容器１内の圧力を所定圧力に制御する圧力制御バルブ（圧力制御手段）である。１１は、プラズマ発生中にターゲット４表面を活性化させるターゲット活性化手段（成膜材料活性化手段）である。
【００２８】
以上のように構成された第１実施形態の薄膜形成装置の動作について説明する。まず、ステージ２に基板３を載置した後、ガス導入口８からスパッタリングガスを導入し、圧力制御バルブ１０により排気ポート９を通じて反応容器１内を所定圧力に設定する。その後、ターゲット保持台５に高周波電源７から高周波の電圧を印加すると、プラズマが発生する。つまり、プラズマ中のスパッタリングガスの正のイオンが陰極となるターゲット保持台５上のターゲット４表面に衝突し、ターゲット原子を弾き飛ばす。そして弾き飛ばされたターゲット原子を陽極となるステージ２に保持された基板３上に堆積させて成膜する。この際、電界に直交して発生したマグネット６の磁界による作用でプラズマ密度の高い部分が発生し、イオンのターゲット衝突量が増加するマグネトロンプラズマ放電が発生する。このマグネトロンプラズマ放電と並行して成膜材料活性化手段１１からターゲット４表面にエネルギーを照射してその表面を活性化することで、図４に示すように耐スパッタ性材料であるＭｇＯからＭｇ原子とＯ原子がクラスター状でスパッタリングされ、高速で良質の薄膜を基板３上に成膜することができる。
【００２９】
上記第１実施形態に基づいた実施例１を以下に示す。
【００３０】
反応容器１内のステージ２に基板３を載置した後、一旦反応容器１内を１×１０^-4Ｐａ程度まで排気ポート９を通じて真空引きを行った。ターゲット４にはＭｇＯを使用した。ガス導入口８からプラズマ生成用のスパッタリングガスとしてアルゴン１０ｍｌ／ｍｉｎで導入し、反応容器１内の圧力を圧力制御バルブ１０により１．０Ｐａに制御した。その後、ターゲット保持台５に高周波電源７から１３．５６ＭＨｚの高周波の電圧を１．５ｋＷ印加してマグネトロンプラズマ放電を発生させた。このマグネトロンプラズマ放電と並行して成膜材料活性化手段１１にＫｒＦエキシマレーザを使用し、ターゲット４表面にレーザ光を照射した。すると図４に示すように、ＭｇＯがクラスター状でスパッタリングされ、基板３上に成膜速度３００ｎｍ／ｍｉｎで成膜された。
【００３１】
成膜過程でのＭｇＯクラスター化の観察には、発光分光分析を使用した。従来の電子ビーム蒸着法でスパッタリングを行った場合は、プラズマ中のアルゴンイオンは波長３３０ｎｍ付近での発光が主に観察され、ＭｇＯは波長５００ｎｍ付近でも発光が観察されなかった。これに対し第１実施形態のスパッタリングを行った場合は、成膜過程で同様の発光分光分析を行った結果、ＭｇＯは波長５００ｎｍ付近での発光が観察され、図４に示すようにＭｇＯがクラスター化していることが判明した。
【００３２】
実施例１により形成された酸化マグネシウム層の薄膜の膜質は、光学バンドギャップ値が７．７ｅＶ、Ｘ線解析による膜構造は（１，０，０）及び（１，１，０）面に優先配向した。膜質に関しては光源波長等を変化させることで配向性を制御することも可能である。形成された厚さ０．５μｍの酸化マグネシウム層を誘電体保護膜として、３電極面放電方式によるプラズマディスプレイパネルに応用したときの放電性能は、放電開始電圧が１５０Ｖであり、良好な特性を示した。
【００３４】
（参考例）
図２は本発明に関する参考例に基づく、プラズマディスプレイパネルの保護膜の薄膜形成装置の概略構成を示している。第１実施形態と同じ構成部分には同符号を付す。
【００３５】
反応容器１の内部には、基板３を保持し、基板３を必要に応じて加熱できるヒータを備えたステージ２が設置されている。ステージ２の対向位置にはターゲット４を保持したターゲット保持台５が設置されている。ターゲット保持台５は一般的に銅製であり、成膜中の温度上昇を避けるため、冷却水により冷却されている。ターゲット保持台５には、電界に直交する磁界をターゲット４表面に発生させるマグネット６が裏面に配置され、高周波電源７と接続されて高周波の電圧が印加されたときに、ターゲット４の表面でプラズマを発生させて酸化マグネシウム等の絶縁物のターゲット４でも効果的にスパッタを起こさせることができる構成となっている。８はプラズマ生成用のスパッタリングガスを導入するガス導入口であり、９は反応容器１内を図示しない真空排気ポンプにより排気する排気ポートであり、１０は真空引き後にガス導入口８を通じてスパッタリングガスを導入した状態で、反応容器１内の圧力を所定圧力に制御する圧力制御バルブである。２１は、プラズマ発生中にターゲット４を加熱する加熱ヒータ（成膜材料加熱手段）であり、ターゲット４に埋設され、加熱ヒータ２１用の電源２２に接続されている。
【００３６】
以上のように構成された参考例の薄膜形成装置の動作について説明する。まず、ステージ２に基板３を載置した後、ガス導入口８からスパッタリングガスを導入し、圧力制御バルブ１０により排気ポート９を通じて反応容器１内を所定圧力に設定する。その後、ターゲット保持台５に高周波電源７から高周波の電圧を印加すると、プラズマが発生する。つまり、プラズマ中のスパッタリングガスの正のイオンが陰極となるターゲット保持台５上のターゲット４表面に衝突し、ターゲット原子を弾き飛ばす。そして弾き飛ばされたターゲット原子を、陽極となるステージ２に保持された基板３上に堆積させて成膜する。この際、電界に直交して発生したマグネット６の磁界による作用でプラズマ密度の高い部分が発生し、イオンのターゲット衝突量が増加するマグネトロンプラズマ放電が発生する。このマグネトロンプラズマ放電と並行して成膜材料加熱ヒータ２１でターゲット４を加熱することで、図４に示すように耐スパッタ性材料であるＭｇＯからＭｇ原子とＯ原子がクラスター状でスパッタリングされ、高速で良質の薄膜を基板３上に成膜することができる。
【００３７】
上記参考例に基づいた具体例を以下に示す。
【００３８】
反応容器１内のステージ２に基板３を載置した後、一旦反応容器１内を１×１０^-4Ｐａ程度まで排気ポート９を通じて真空引きを行った。ターゲット４にはＭｇＯを使用した。ガス導入口８からプラズマ生成用のスパッタリングガスとしてアルゴン１０ｍｌ／ｍｉｎで導入し、反応容器１内の圧力を圧力制御バルブ１０により１．０Ｐａに制御した。その後、ターゲット保持台５に高周波電源７から１３．５６ＭＨｚの高周波の電圧を１．５ｋＷ印加してマグネトロンプラズマ放電を発生させた。このマグネトロンプラズマ放電と並行して成膜材料加熱ヒータ２１を使用し、ターゲット４を６００℃以上に加熱した。すると図４に示すように、ＭｇＯがクラスター状でスパッタリングされ、基板３上に成膜速度３００ｎｍ／ｍｉｎで成膜された。
【００３９】
成膜過程でのＭｇＯクラスター化の観察には、発光分光分析を使用した。従来の電子ビーム蒸着法でスパッタリングを行った場合は、プラズマ中のアルゴンイオンは波長３３０ｎｍ付近での発光が主に観察され、ＭｇＯは波長５００ｎｍ付近でも発光が観察されなかった。これに対し参考実施形態のスパッタリングを行った場合は、成膜過程で同様の発光分光分析を行った結果、ＭｇＯは波長５００ｎｍ付近での発光が観察され、図４に示すようにＭｇＯがクラスター化していることが判明した。
【００４０】
上記具体例により形成された酸化マグネシウム層の薄膜の膜質は、光学バンドギャップ値が７．７ｅＶ、Ｘ線解析による膜構造は（１，０，０）及び（１，１，０）面に優先配向した。膜質に関しては成膜温度等を変化させることで配向性を制御することも可能である。形成された厚さ０．５μｍの酸化マグネシウム層を誘電体保護膜として、３電極面放電方式によるプラズマディスプレイパネルに応用したときの放電性能は、放電開始電圧が１５０Ｖであり、良好な特性を示した。
【００４１】
尚、上記参考例では、成膜材料加熱手段としてヒータを使用したが、熱電素子を使用しても同様の効果がある。
【００４２】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に基づく、プラズマディスプレイパネルの保護膜の薄膜形成装置の概略構成を示している。第１実施形態と同じ構成部分には同符号を付す。
【００４３】
反応容器１の内部には、基板３を保持し、基板３を必要に応じて加熱できるヒータを備えたステージ２が設置されている。ステージ２の対向位置にはターゲット４を保持したターゲット保持台５が設置されている。ターゲット保持台５は一般的に銅製であり、成膜中の温度上昇を避けるため、冷却水により冷却されている。ターゲット保持台５には、電界に直交する磁界をターゲット４表面に発生させるマグネット６が裏面に配置され、高周波電源７と接続されて高周波の電圧が印加されたときに、ターゲット４の表面でプラズマを発生させて酸化マグネシウム等の絶縁物のターゲット４でも効果的にスパッタを起こさせることができる構成となっている。８はプラズマ生成用のスパッタリングガスを導入するガス導入口であり、９は反応容器１内を図示しない真空排気ポンプにより排気する排気ポートであり、１０は真空引き後にガス導入口８を通じてスパッタリングガスを導入した状態で、反応容器１内の圧力を所定圧力に制御する圧力制御バルブである。１１は、プラズマ発生中にターゲット４表面を活性化させるターゲット活性化手段であり、３１はターゲット４表面のプラズマ放電状態を観察する発光分光分析装置（プラズマ状態観察手段）である。発光分光分析装置は、ターゲット４からスパッタされたターゲット原子がプラズマ中で励起されてその元素固有の波長の光を発生するので、その発光スペクトル強度を分光して検出・測定するものである。発光分光分析装置３１の観察に基づいてターゲット活性化手段の出力調整機（プラズマ状態制御手段）３２により、ターゲット活性化手段１１の出力を調整する。尚、プラズマ状態制御手段として高周波電源７の電源に接続させ、その出力調整をも兼ねるように構成し、発光分光分析装置３１と高周波電源７の両方またはいずれか一方を制御するようにしてもよい。
【００４４】
以上のように構成された第２実施形態の薄膜形成装置の動作について説明する。まず、ステージ２に基板３を載置した後、ガス導入口８からスパッタリングガスを導入し、圧力制御バルブ１０により排気ポート９を通じて反応容器１内を所定圧力に設定する。その後、ターゲット保持台５に高周波電源７から高周波の電圧を印加すると、プラズマが発生する。つまり、プラズマ中のスパッタリングガスの正のイオンが陰極となるターゲット保持台５上のターゲット４表面に衝突し、ターゲット原子を弾き飛ばす。そして弾き飛ばされたターゲット原子を、陽極となるステージ２に保持された基板３上に堆積させて成膜する。この際、電界に直交して発生したマグネット６の磁界による作用でプラズマ密度の高い部分が発生し、イオンのターゲット衝突量が増加するマグネトロンプラズマ放電が発生する。このマグネトロンプラズマ放電と並行して成膜材料活性化手段１１でターゲット４表面にエネルギーを照射する。この際、発光分光分析装置３１でプラズマ状態を観察しながら出力調整機３２（高周波電源７の出力調整機を兼ねても良い。）で、成膜材料活性化手段１１や高周波電源７の出力を調整することで、図４に示すように耐スパッタ性材料であるＭｇＯから任意の個数のＭｇ原子とＯ原子がクラスター状でスパッタリングされ、高速で良質の薄膜を基板３上に成膜することができる。
【００４５】
上記第２実施形態に基づいた実施例２を以下に示す。
【００４６】
反応容器１内のステージ２に基板３を載置した後、一旦反応容器１内を１×１０^-4Ｐａ程度まで排気ポート９を通じて真空引きを行った。ターゲット４にはＭｇＯを使用した。ガス導入口８からプラズマ生成用のスパッタリングガスとしてアルゴン１０ｍｌ／ｍｉｎで導入し、反応容器１内の圧力を圧力制御バルブ１０により１．０Ｐａに制御した。その後、ターゲット保持台５に高周波電源７から１３．５６ＭＨｚの高周波の電圧を１．５ｋＷ印加してマグネトロンプラズマ放電を発生させた。このマグネトロンプラズマ放電と並行して成膜材料活性化手段１１にＫｒＦエキシマレーザを使用し、ターゲット４表面に照射した。すると、図４に示すように、ＭｇＯがクラスター状でスパッタリングされ、基板３上に成膜速度３００〜５００ｎｍ／ｍｉｎで成膜された。
【００４７】
成膜過程でのＭｇＯクラスター化の観察には、発光分光分析装置３１を使用した。従来の電子ビーム蒸着法でスパッタリングを行った場合は、プラズマ中のアルゴンイオンは波長３３０ｎｍ付近での発光が主に観察され、ＭｇＯは波長５００ｎｍ付近でも発光が観察されなかった。これに対し第２実施形態において同様の発光分光分析を行いながら、成膜過程で波長５００ｎｍ付近のＭｇＯの発光が一定となるように、ＫｒＦエキシマレーザ光源の出力や高周波電源７の出力を調整しながらスパッタリングを行った場合は、図４に示すようなＭｇＯのクラスターが一定個数内であるように成膜を実施することができた。
【００４８】
実施例２により形成された酸化マグネシウム層の薄膜の膜質は、光学バンドギャップ値が７．７ｅＶ、Ｘ線解析による膜構造は（１，０，０）及び（１，１，０）面に優先配向した。膜質に関しては成膜温度等を変化させることで配向性を制御することも可能である。形成された厚さ０．５μｍの酸化マグネシウム層を誘電体保護膜として、３電極面放電方式によるプラズマディスプレイパネルに応用したときの放電性能は、放電開始電圧が１５０Ｖであり、良好な特性を示した。
【００５０】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように本発明によれば、ＭｇＯターゲット表面を活性化させながらプラズマによるスパッタリングを行い、クラスター化したＭｇＯを被処理体に堆積させて成膜速度が速く低コストで良質の保護膜（薄膜）を形成することによって、プラズマディスプレイパネルの低電圧化と発光効率向上を図ることができる薄膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に用いる薄膜形成装置の概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の参考例に用いる薄膜形成装置の概略構成を示す断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に用いる薄膜形成装置の概略構成を示す断面図。
【図４】上記第１実施形態、第２実施形態および参考例における成膜工程の模式図。
【図５】従来法における成膜工程の模式図。
【符号の説明】
１反応容器
２ステージ（被処理体保持手段）
３基板（被処理体）
４ＭｇＯターゲット
５ターゲット保持台（保持手段）
７高周波電源
８ガス導入口
９排気ポート
１０圧力制御バルブ（圧力制御手段）
１１ターゲット活性化手段（成膜材料活性化手段）
２１加熱ヒータ（成膜材料加熱手段）
３１発光分光分析装置（プラズマ状態観察手段）
３２出力調整機（プラズマ状態制御手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film forming how employed in the preparation of use in a semiconductor device or a display device such as pulp plasma display panel (also referred to as a gas discharge display panel or PDP), in particular the protection of the dielectric layer of a plasma display panel those concerning the formation how the thin film to be the film.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the size of substrates has been increasing in the field of manufacturing semiconductor devices and display devices, and this tendency is particularly noticeable in plasma display panels.
[0003]
In an AC drive type (AC) plasma display panel, a thin film is formed as a protective film for protecting a dielectric layer from ion bombardment due to discharge. As this thin film, a magnesium oxide (MgO) film is generally used.
[0004]
The driving voltage of the plasma display panel is determined by many factors such as an element structure and an enclosed gas. The secondary electron emission coefficient of the protective film in contact with the discharge space is one of them, and the larger the secondary electron emission coefficient, the lower the voltage can be driven. Therefore, magnesium oxide having a large secondary electron emission coefficient is suitable for reducing the voltage of the plasma display panel.
[0005]
The magnesium oxide film is generally formed by an electron beam evaporation method, that is, by irradiation of electron energy using an electron beam, as a schematic diagram shown in FIG. Is evaporated to deposit a crystalline MgO thin film with orientation on the surface of the dielectric layer on the substrate, and then a thin film is formed through a baking step.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As the size of the recent plasma display panel, the substrate having a large area is required, the magnesium oxide by housing the substrate is required a large vacuum apparatus for deposition on a substrate. Therefore, in order to reduce the cost by suppressing the power consumption of the plasma display panel having an increased area, further lowering the voltage is required.
[0007]
However, in the case of a thin film forming a magnesium oxide film to a plasma display panel using the electron beam evaporation method is the conventional method, the electron beam irradiation is performed to concentrate on a small spot, productivity deposition rate is too slow As a result, the cost of the apparatus becomes high and it is difficult to reduce the voltage. In addition, as shown in FIG. 5, after Mg atoms and O atoms are once decomposed, they are recombined on the substrate to form an MgO film, so that the reproducibility is poor and a high-quality film cannot be obtained.
[0008]
Even when a sputtering method is used to form a thin film on a substrate using plasma discharge, magnesium oxide itself is a sputter-resistant film, so that there is a problem that the film formation speed is very slow and the productivity is inferior. .
[0009]
Therefore, the present invention solves the above-described problems, performs sputtering while activating the MgO target surface, deposits clustered MgO on the substrate, and forms a high-quality protective film (thin film) with high film formation speed and low cost. It is an object of the present invention to provide a thin film forming method and apparatus capable of reducing the voltage and improving the luminous efficiency of a plasma display panel.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
For thin film forming method of the present onset Ming to achieve the above object, the reaction vessel was evacuated by controlling the reaction vessel at a predetermined pressure while introducing a sputtering gas while the vacuum was maintained MgO target A plasma display is formed by applying a high-frequency voltage to the holding means to generate plasma in the reaction vessel, and irradiating the MgO target with a KrF excimer laser and sputtering the MgO target with plasma to deposit an MgO film on the object to be processed. A protective film for the panel is formed.
[0011]
According to this method, while introducing a sputtering gas for plasma generation into the reaction vessel in a vacuum state, since a high frequency voltage is applied to the control to the reaction vessel at a predetermined pressure maintenance means in a vacuum atmosphere, when using a suitable magnesium oxide as a protective film for is a plasma display panel an insulating material as a film-forming material (MgO), without MgO target surface is charged positively by the ions of the gas to continue the generation of the plasma be able to. Then, during sputtering by plasma, since the MgO target surface is activated by irradiation with KrF excimer laser, the M gO was sputtered by clustering, it can be formed by depositing the workpiece. Therefore, even with the MgO film, which is a sputtering resistant film, the deposition rate is increased, the productivity is improved, the cost can be reduced, and the reproducibility is improved, so that a high-quality plasma display panel protective film is formed. be able to. Thus it is Rukoto improved firing voltage of the plasma display panel, a discharge sustain voltage and luminous efficiency.
[0014]
Also, when depositing MgO clustered by the above method on the object to be processed, the activation of the MgO target surface and / or the plasma intensity is controlled, for example, the emission intensity of MgO is controlled to be constant by emission analysis. Thus, when MgO is clustered, film formation can be performed while adjusting the cluster so that it is within a certain number.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Specifically described with reference to FIGS about implementation embodiment of the present invention.
[0027]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an apparatus for forming a thin film serving as a protective film of a plasma display panel according to the first embodiment of the present invention. Inside the reaction vessel 1, a stage (object to be processed holding means) 2 having a heater (heating means) that holds the substrate (object to be processed) 3 and can heat the substrate 3 as necessary is installed. . Target holder for holding a target (deposition material) 4 in the opposite position of the stage 2 (hold means) 5 is provided. The target holder 5 is generally made of copper, and is cooled by cooling water in order to avoid a temperature rise during film formation. A magnet 6 for generating a magnetic field perpendicular to the electric field on the surface of the target 4 is disposed on the back surface of the target holding base 5. When a high frequency voltage is applied to the target holding table 5 and connected to the high frequency power source 7, plasma is generated on the surface of the target 4. Thus, even the target 4 made of an insulator such as magnesium oxide can be effectively sputtered. 8 is a gas introduction port for introducing a sputtering gas for generating plasma, 9 is an exhaust port for exhausting the inside of the reaction vessel 1 by a vacuum exhaust pump (not shown), and 10 is a sputtering gas through the gas introduction port 8 after evacuation. A pressure control valve (pressure control means) that controls the pressure in the reaction vessel 1 to a predetermined pressure in the introduced state. Reference numeral 11 denotes target activation means (film forming material activation means) for activating the surface of the target 4 during plasma generation.
[0028]
The operation of the thin film forming apparatus according to the first embodiment configured as described above will be described. First, after placing the substrate 3 on the stage 2, sputtering gas is introduced from the gas introduction port 8, and the inside of the reaction vessel 1 is set to a predetermined pressure through the exhaust port 9 by the pressure control valve 10. Thereafter, when a high frequency voltage is applied to the target holding base 5 from the high frequency power source 7, plasma is generated. That is, positive ions of the sputtering gas in the plasma collide with the surface of the target 4 on the target holding table 5 serving as a cathode, and the target atoms are blown off. Then, the bounced target atoms are deposited on the substrate 3 held on the stage 2 serving as an anode to form a film. At this time, a portion having a high plasma density is generated by the action of the magnetic field of the magnet 6 generated perpendicular to the electric field, and a magnetron plasma discharge is generated in which the target collision amount of ions increases. In parallel with this magnetron plasma discharge, the surface of the target 4 is irradiated with energy from the film forming material activating means 11 to activate the surface, so that Mg atoms from MgO, which is a sputter resistant material, as shown in FIG. And O atoms are sputtered in a cluster shape, and a high-quality thin film can be formed on the substrate 3 at high speed.
[0029]
Example 1 based on the first embodiment will be described below.
[0030]
After placing the substrate 3 on the stage 2 in the reaction vessel 1, the inside of the reaction vessel 1 was once evacuated through the exhaust port 9 to about 1 × 10 ⁻⁴ Pa. MgO was used for the target 4. Argon was introduced at 10 ml / min as a sputtering gas for generating plasma from the gas inlet 8, and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 1.0 Pa by the pressure control valve 10. Thereafter, a high frequency voltage of 13.56 MHz was applied to the target holding base 5 from the high frequency power source 1.5 to generate a magnetron plasma discharge. In parallel with this magnetron plasma discharge, a KrF excimer laser was used as the film forming material activation means 11 and the surface of the target 4 was irradiated with laser light. Then, as shown in FIG. 4, MgO was sputtered in a cluster shape, and was deposited on the substrate 3 at a deposition rate of 300 nm / min.
[0031]
The emission spectroscopic analysis was used for observation of MgO clustering in the film formation process. When sputtering was performed by a conventional electron beam evaporation method, emission of argon ions in the plasma was mainly observed at a wavelength of around 330 nm, and emission of MgO was not observed at around a wavelength of 500 nm. On the other hand, when the sputtering according to the first embodiment was performed, as a result of performing the same emission spectroscopic analysis during the film formation process, the emission of MgO was observed in the vicinity of a wavelength of 500 nm, and MgO was clustered as shown in FIG. Turned out to be.
[0032]
The film quality of the magnesium oxide layer thin film formed in Example 1 has an optical band gap value of 7.7 eV, and the film structure by X-ray analysis has priority over the (1, 0, 0) and (1, 1, 0) planes. Oriented. Regarding the film quality, the orientation can be controlled by changing the wavelength of the light source. When the formed magnesium oxide layer with a thickness of 0.5 μm is used as a dielectric protective film and applied to a plasma display panel by a three-electrode surface discharge method, the discharge performance is 150 V, showing good characteristics. It was.
[0034]
( Reference example )
FIG. 2 shows a schematic configuration of a thin film forming apparatus for a protective film of a plasma display panel based on a reference example related to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0035]
Inside the reaction vessel 1, a stage 2 equipped with a heater that holds the substrate 3 and can heat the substrate 3 as necessary is installed. A target holding table 5 holding a target 4 is installed at a position opposite to the stage 2. The target holder 5 is generally made of copper, and is cooled by cooling water in order to avoid a temperature rise during film formation. A magnet 6 for generating a magnetic field perpendicular to the electric field on the surface of the target 4 is disposed on the back surface of the target holding base 5. When a high frequency voltage is applied to the target holding table 5 and connected to the high frequency power source 7, plasma is generated on the surface of the target 4. Thus, even the target 4 made of an insulator such as magnesium oxide can be effectively sputtered. 8 is a gas introduction port for introducing a sputtering gas for generating plasma, 9 is an exhaust port for exhausting the inside of the reaction vessel 1 by a vacuum exhaust pump (not shown), and 10 is a sputtering gas through the gas introduction port 8 after evacuation. It is a pressure control valve that controls the pressure in the reaction vessel 1 to a predetermined pressure in the introduced state. Reference numeral 21 denotes a heater (film forming material heating means) for heating the target 4 during plasma generation. The heater 21 is embedded in the target 4 and connected to a power source 22 for the heater 21.
[0036]
The operation of the thin film forming apparatus of the reference example configured as described above will be described. First, after placing the substrate 3 on the stage 2, sputtering gas is introduced from the gas introduction port 8, and the inside of the reaction vessel 1 is set to a predetermined pressure through the exhaust port 9 by the pressure control valve 10. Thereafter, when a high frequency voltage is applied to the target holding base 5 from the high frequency power source 7, plasma is generated. That is, positive ions of the sputtering gas in the plasma collide with the surface of the target 4 on the target holding table 5 serving as a cathode, and the target atoms are blown off. Then, the target atoms that are bounced off are deposited on the substrate 3 held on the stage 2 serving as an anode to form a film. At this time, a portion having a high plasma density is generated by the action of the magnetic field of the magnet 6 generated perpendicular to the electric field, and a magnetron plasma discharge is generated in which the target collision amount of ions increases. In parallel with this magnetron plasma discharge, the film forming material heater 21 heats the target 4, so that Mg atoms and O atoms are sputtered in a cluster form from MgO, which is a sputtering resistant material, as shown in FIG. Thus, a good quality thin film can be formed on the substrate 3.
[0037]
Specific examples based on the above reference examples are shown below.
[0038]
After placing the substrate 3 on the stage 2 in the reaction vessel 1, the inside of the reaction vessel 1 was once evacuated through the exhaust port 9 to about 1 × 10 ⁻⁴ Pa. MgO was used for the target 4. Argon was introduced at 10 ml / min as a sputtering gas for generating plasma from the gas inlet 8, and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 1.0 Pa by the pressure control valve 10. Thereafter, a high frequency voltage of 13.56 MHz was applied to the target holding base 5 from the high frequency power source 1.5 to generate a magnetron plasma discharge. In parallel with this magnetron plasma discharge, the film forming material heater 21 was used to heat the target 4 to 600 ° C. or higher. Then, as shown in FIG. 4, MgO was sputtered in a cluster shape, and was deposited on the substrate 3 at a deposition rate of 300 nm / min.
[0039]
The emission spectroscopic analysis was used for observation of MgO clustering in the film formation process. When sputtering was performed by a conventional electron beam evaporation method, emission of argon ions in the plasma was mainly observed at a wavelength of around 330 nm, and emission of MgO was not observed at around a wavelength of 500 nm. On the other hand, when the sputtering of the reference embodiment was performed, as a result of performing the same emission spectroscopic analysis during the film formation process, the emission of MgO was observed near the wavelength of 500 nm, and MgO was clustered as shown in FIG. Turned out to be.
[0040]
Quality of a thin film of a more formed MgO layer in the above embodiment, the optical band gap value is 7.7 eV, the film structure by X-ray analysis in (1,0,0) and (1,1,0) plane Priority orientation. Regarding the film quality, the orientation can be controlled by changing the film formation temperature or the like. When the formed magnesium oxide layer with a thickness of 0.5 μm is used as a dielectric protective film and applied to a plasma display panel by a three-electrode surface discharge method, the discharge performance is 150 V, showing good characteristics. It was.
[0041]
In the above reference example , the heater is used as the film forming material heating means, but the same effect can be obtained by using a thermoelectric element.
[0042]
( Second Embodiment)
FIG. 3 shows a schematic configuration of a protective film thin film forming apparatus of a plasma display panel according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0043]
Inside the reaction vessel 1, a stage 2 equipped with a heater that holds the substrate 3 and can heat the substrate 3 as necessary is installed. A target holding table 5 holding a target 4 is installed at a position opposite to the stage 2. The target holder 5 is generally made of copper, and is cooled by cooling water in order to avoid a temperature rise during film formation. A magnet 6 for generating a magnetic field perpendicular to the electric field on the surface of the target 4 is disposed on the back surface of the target holding base 5. When a high frequency voltage is applied to the target holding table 5 and connected to the high frequency power source 7, plasma is generated on the surface of the target 4. Thus, even the target 4 made of an insulator such as magnesium oxide can be effectively sputtered. 8 is a gas introduction port for introducing a sputtering gas for generating plasma, 9 is an exhaust port for exhausting the inside of the reaction vessel 1 by a vacuum exhaust pump (not shown), and 10 is a sputtering gas through the gas introduction port 8 after evacuation. It is a pressure control valve that controls the pressure in the reaction vessel 1 to a predetermined pressure in the introduced state. Reference numeral 11 denotes target activation means for activating the surface of the target 4 during plasma generation, and reference numeral 31 denotes an emission spectroscopic analyzer (plasma state observation means) for observing the plasma discharge state of the target 4 surface. In the emission spectroscopic analyzer, target atoms sputtered from the target 4 are excited in the plasma to generate light having a wavelength specific to the element. Therefore, the emission spectrum intensity is spectroscopically detected and measured. Based on the observation of the emission spectroscopic analyzer 31, the output of the target activation unit 11 is adjusted by the output regulator (plasma state control unit) 32 of the target activation unit. The plasma state control means may be connected to the power source of the high-frequency power source 7 so as to also adjust the output thereof, and the emission spectroscopic analyzer 31 and / or the high-frequency power source 7 may be controlled. .
[0044]
The operation of the thin film forming apparatus of the second embodiment configured as described above will be described. First, after placing the substrate 3 on the stage 2, sputtering gas is introduced from the gas introduction port 8, and the inside of the reaction vessel 1 is set to a predetermined pressure through the exhaust port 9 by the pressure control valve 10. Thereafter, when a high frequency voltage is applied to the target holding base 5 from the high frequency power source 7, plasma is generated. That is, positive ions of the sputtering gas in the plasma collide with the surface of the target 4 on the target holding table 5 serving as a cathode, and the target atoms are blown off. Then, the target atoms that are bounced off are deposited on the substrate 3 held on the stage 2 serving as an anode to form a film. At this time, a portion having a high plasma density is generated by the action of the magnetic field of the magnet 6 generated perpendicular to the electric field, and a magnetron plasma discharge is generated in which the target collision amount of ions increases. In parallel with this magnetron plasma discharge, the film forming material activation means 11 irradiates the surface of the target 4 with energy. At this time, the output of the film forming material activating means 11 and the high frequency power source 7 is output by the output adjuster 32 (which may also serve as the output adjuster of the high frequency power source 7) while observing the plasma state with the emission spectroscopic analyzer 31. By adjusting, as shown in FIG. 4, an arbitrary number of Mg atoms and O atoms are sputtered in a cluster form from MgO which is a sputtering resistant material, and a high-quality thin film can be formed on the substrate 3 at a high speed. it can.
[0045]
Example 2 based on the second embodiment will be described below.
[0046]
After placing the substrate 3 on the stage 2 in the reaction vessel 1, the inside of the reaction vessel 1 was once evacuated through the exhaust port 9 to about 1 × 10 ⁻⁴ Pa. MgO was used for the target 4. Argon was introduced at 10 ml / min as a sputtering gas for generating plasma from the gas inlet 8, and the pressure in the reaction vessel 1 was controlled to 1.0 Pa by the pressure control valve 10. Thereafter, a high frequency voltage of 13.56 MHz was applied to the target holding base 5 from the high frequency power source 1.5 to generate a magnetron plasma discharge. In parallel with this magnetron plasma discharge, a KrF excimer laser was used as the film forming material activation means 11 and the surface of the target 4 was irradiated. Then, as shown in FIG. 4, MgO was sputtered in a cluster shape, and was deposited on the substrate 3 at a deposition rate of 300 to 500 nm / min.
[0047]
An emission spectroscopic analyzer 31 was used for observing MgO clustering during the film formation process. When sputtering was performed by a conventional electron beam evaporation method, emission of argon ions in the plasma was mainly observed at a wavelength of around 330 nm, and emission of MgO was not observed at around a wavelength of 500 nm. On the other hand, while performing the same emission spectroscopic analysis in the second embodiment, the output of the KrF excimer laser light source and the output of the high-frequency power source 7 are adjusted so that the emission of MgO near the wavelength of 500 nm is constant during the film formation process. When sputtering was performed, the film could be formed so that the MgO clusters as shown in FIG.
[0048]
The film quality of the magnesium oxide layer thin film formed in Example 2 has an optical band gap value of 7.7 eV, and the film structure by X-ray analysis has priority over the (1, 0, 0) and (1, 1, 0) planes. Oriented. Regarding the film quality, the orientation can be controlled by changing the film formation temperature or the like. When the formed magnesium oxide layer with a thickness of 0.5 μm is used as a dielectric protective film and applied to a plasma display panel by a three-electrode surface discharge method, the discharge performance is 150 V, showing good characteristics. It was.
[0050]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, sputtering is performed by plasma while activating the surface of the MgO target, and clustered MgO is deposited on the object to be processed , so that the film formation speed is high and the cost is low and the quality is high. by forming a protective film (thin film), it is possible to provide a thin film formation how that can be lowered voltage of the plasma display panel and the light emission efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin film forming apparatus used in a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin film forming apparatus used in a reference example of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin film forming apparatus used in a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a film forming process in the first embodiment , the second embodiment, and a reference example .
FIG. 5 is a schematic diagram of a film forming process in a conventional method.
[Explanation of symbols]
1 reaction vessel 2 stage (object holding means)
3 Substrate (object to be processed)
4 MgO target 5 Target holder (holding means)
7 High-frequency power supply 8 Gas inlet 9 Exhaust port 10 Pressure control valve (pressure control means)
11 Target activation means (film formation material activation means)
21 Heater (deposition material heating means)
31 Optical emission spectrometer (plasma state observation means)
32 Output adjuster (plasma state control means)

Claims

The reaction vessel is evacuated to a vacuum state and with the sputtering gas introduced, the reaction vessel is controlled to a predetermined pressure, and a high-frequency voltage is applied to the holding means holding the MgO target to generate plasma in the reaction vessel. And forming a protective film for the plasma display panel by depositing the MgO film on the object to be processed by sputtering the MgO target with plasma while irradiating the MgO target with the KrF excimer laser. .

The thin film forming method according to claim 1, wherein when depositing the MgO film on the object to be processed, the film is formed while controlling the activation of the MgO target surface and / or the intensity of the plasma.