FPD（フラットパネルディスプレイ）産業はセミコンダクタ技術から進化したものですが、そのためFPDの製造方法は、セミコンダクタに使われている技術に追随する傾向があります。つまり、FPDの製造にはよく「バッチ」とか「クラスタ」と呼ばれる種類の静的な成膜装置が使われています。ただし、FPD基板が大型化するにつれて、たとえば建築用ガラスコーティングのような隣接分野の製造プロセスでの経験を活かせることは容易に想像できます。高度な大面積コーティング技術を開発してきた建築用ガラス業界では、この点を特にアピールできる可能性があります。

隣接する産業分野に学ぶことには明らかな利点がありますが、それと同じくらい重要なことは、TFT（薄膜トランジスタ）のようなFPD独特の製造要件に留意することです。建築用ガラスコーティング技術をFPDにも応用できることは、間違いありません。 しかし、建築用ガラスコーティングにうまく利用できた技術の中には、TFT製造にはまったく不向きなものもあります。このことを念頭に置くと、最大の成功をもたらす製造方法を選択して運用するのに役立つでしょう。

次の項目では、TFT製造に応用できる静的な成膜技術の重要性について説明します。また、この方法は、大型の建築用ガラス基板のコーティングに非常にうまく応用できた動的な成膜プロセスと比較されます。この情報とそれに対する理解があれば、自社のFPD製造システムを最適化できるようになるでしょう。

どうしてFPD TFT産業には静的な成膜プロセスが使われているのでしょうか。その理由は、その成果物であるディスプレイの全材料に占める割合の大きさ、TFT関連技術の高度化、それに対応する歩留まりの高さの重要性にあります。

TFT製造に比べて、ガラスコーティングには、よく薄膜不良の原因となる微粒子に対して比較的高い耐性があります。このような高い微粒子耐性がある建築用ガラス製造では、成膜作業中に基板がカソードの前を連続的に移動する「動的な」プロセスが採用されています。この種の動的な成膜プロセスでは、カソードの前を移動する基板を乗せた巨大なキャリアが、振動やガイドとの接触によって多数の微粒子を発生します。

しかしTFTは、セミコンダクタと同様に、微粒子汚染に対する脆弱性が極めて高く、プロセス歩留まりやスループットを大きく損なう可能性があります。この理由から、微粒子を多く発生する動的な成膜方法をTFT製造に応用できる実現性はありません。TFT製造ではその代わりに、基板をカソードの前で静止させる静的な成膜方法を使わなければなりません。成膜作業中は基板がまったく動かないので、本質的に環境制御がはるかに向上します。したがって、微粒子の発生が減少します。薄膜不良の原因を大幅に取り除くことによって、その効果はすぐに歩留まりの向上となって現れます。

動的なシステムでは、各カソードがスパッタリング材料上にそれぞれ異なる膜層を作成します。ピンホールのような欠陥が膜層のひとつに現れた場合でも、後から別の膜層がそれを覆い隠すことによって修復できることがあります。しかし、静的なシステムでは膜層がひとつしかできないので、基板の成膜上にできたピンホールは、修復不能な損傷の原因となります。ピンホールはアークが原因で発生することがありますので、静的なシステムでは動的なシステムにも増して、強力なアーク管理方法が有用になります。

アーク損傷の防止

アーク管理方法では、反応性と性能に優れた電源装置と高品質のケーブルを使い、さらに、電源装置とカソードを結ぶケーブルを短くしたほうがいいでしょう。

電源装置の反応性―　非常に効果的なアーク管理技術を使った電源装置を選びましょう。 高品質の電源装置はアークをすばやく検出します。アーク検出から反応までの時間は、ほんの一瞬に過ぎません。電源装置はアークからエネルギーを除去し、それが完全に消滅するのに十分な時間だけ電源を遮断します。中断時間を最小限に抑えて成膜作業を継続するために、遮断された電力はその直後に復帰しなければなりません。さらに、アーク管理機能を変動させる機能を備えた電源装置であれば、プロセスをそれ以上に強化することができます。

AE製電源装置に搭載されたアーク管理機能は、現場製造条件下で得られたデータを使って開発設計された高度な技術を使っています。過大なエネルギーを送ってアーク損傷を起こす競合他社の電源装置と違って、AE製品は、アークを検出して消滅させます。

電源装置の性能―　最高水準のアーク管理機能を備えた最高級の電源装置でも、アークが消滅する前にエネルギーがいくらか通ってしまうことがあります。アークに供給されるエネルギー量は、電源装置の性能だけでなく、使われているケーブル内に蓄積されるエネルギーによって決まります（下記「ケーブル品質とその長さ」参照）。供給されるアークエネルギーはプロセス電力に比例します。この業界がさらに高い出力レベルを志向するにつれて、発生するアークエネルギーが以前よりずっと大きな意味を持つ理由は、アークが一度発生する間に送り込まれるエネルギーの総量が、そのプロセスの許容限界を超えることがあるからです。アークを検出して電源を遮断した後に電源装置に蓄積されるエネルギー（1 kW当たりmJで表す）は、最小限に留める必要があります。蓄積エネルギーが低い電源装置ほど、アークが消滅する前に送り込まれるエネルギーは少なくなります。それによって、アークによる損傷が最小限に抑えられます。

AEの電源装置は、市販品の中で最も低い蓄積エネルギーを誇ります。電源装置Pinnacle®の蓄積エネルギーは出力1 kWあたり2 mJ未満、電源装置Summit® の蓄積エネルギーは出力1 kWあたり1 mJ未満です。アーク総合管理ソリューションとして最も優秀なAEの電源装置は、蓄積エネルギーを最小限に抑えながら優れたアーク管理を実現することによって、アーク損傷をさらに抑制します。

ケーブル品質とその長さ―　ケーブル内には誘導エネルギーが蓄積されますが、それに使われるケーブルには、それぞれ固有の単位長さ（メートル）当たりインダクタンスがあります。ケーブルを短くして、インダクタンスが低いケーブルを使用することによって、電源装置・ケーブル・カソードで構成されるシステム内に蓄積されるエネルギーを低減させることができます。したがって、電源装置とカソードを結ぶケーブルは、できるだけ短く、インダクタンスが低いものを使用しましょう。

動的なシステムでは、設備に発生した障害によってカソードが故障した場合は、生産速度は低下しても製造を続けることができます。たとえば、図1に示すようにカソードを4個使ったシステムでは、基板はそのシステムを通過するときに、カソードごとに別々の4層の膜層でコーティングされます。カソードがひとつ故障した場合も、残りの3個のカソードが、4層ではなく3層の膜層を作成します。基板のシステム通過速度を下げることによって、この種のシステムは残りの膜層を厚くして欠落した膜層を補うことができます。基板が移動するとき、残りのカソードがその故障によって生じた不足を補い、製造速度の低下によってマイナスの影響を受けながらも、結局は完成品の均質性が大きく変わることはありません。

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図1. カソードが1個欠落した動的な成膜システム―　システムの動きが遅くなり、作成される膜層は4層ではなく3層となるが、全体の均質性は維持できる。そのため、生産速度は低下しても、製造を続けることができる。

一方、静的な成膜プロセスでは、その作業中にカソードが1個でも故障すると、システム全体が停止に追い込まれてしまいます。生産性が低下するどころか、たちまちゼロに落ちてしまいます。静的なシステムでは基板を静止させたまま作業するために、基板の各領域に対応したカソード1個で作成される膜層は1層だけです。カソードが1個故障したら、それに対応する領域が受け取れる成膜材料は大きく減少し、薄膜に大きな谷間を形成します（図2）。そのため、カソードが復旧するまでは、生産を完全に停止するしかありません。それに対して、動的な成膜プロセスでは、各カソードが基板表面全体にわたって各膜層を担当するので、カソードが1個故障した場合も、ツール全体で効果を補うことができます。

図2. カソードが1個欠落した静的なシステム―　そのまま作業を継続すると、薄膜に大きな谷間ができてしまう。つまり、生産を一時完全に停止して修理しなければならない。

高い生産性の維持

静的なシステムでカソードが故障した場合の致命的な影響を考えると、装置の信頼性がどれほど重要かよくわかります。それと同時に、使用する装置を迅速かつ簡単に修理または交換する能力を持つことが、生産性と製品品質を維持するためのカギとなります。AEの設計が静的なシステムに適している理由は、それが持つ極めて高い信頼性のおかげで、電源装置の障害発生時にカソードが故障する可能性が最小限に抑えられるからです。修理が必要な場合でも、当社の電源装置は、競合製品と比べてアクセス、サービス、交換がいずれも容易にできます。さらに、AEのグローバルサポートインフラにより、世界のどの地域でも迅速にサポートや修理を受けることができます。つまり、サービスが必要となるような事態は稀にしか起きない上に、その場合もダウンタイムが最小限度に抑えられます。

静的な成膜システムがプロセス設定中または作業中に特有の問題を示すにしても、その問題を解決するのに役立つ数々のツールと技術があります。これによって、静的なシステムが提供する微粒子発生の少ない環境が持つ利点を、十分に活かすことができます。

お客様が使用される静的な成膜システムの設定またはその最適化についてご質問がありましたら、当社にお問い合わせください。

FPDプロセスからより多くの利益を搾り出そうと苦労なさっていませんか。

AEフラットパネルディスプレイ（FPD）ビジネス担当グローバル・セグメント・マネージャー、Bruce FriesとAE FPDグローバル・セグメント・エンジニア、Ken Naumanが難しい問題にお答えします。ご意見、ご質問がありましたら電子メールでお送りください（宛先： FPDapplications@aei.com）。

1. 使用しているFPDプロセスにパルスDC電源が適しているかどうかは、どのように判断したらいいでしょうか。
   
2. パルスDC電源を使う場合、電圧反転中にスパッタリングが起こらないとスパッタリングレートに影響しますか。
3. 封止層の品質を向上させることによって、OLEDの寿命を伸ばせるような技術はありますか。
   
4. OLEDその他の最新型プロセスの開発は、どこで支援してもらえるでしょうか。
   
5. どのような既存技術を使えば、FPDにとって有利でしょうか。

1. 使用しているFPDプロセスにパルスDC電源が適しているかどうかは、どのように判断したらいいでしょうか。
   答：　アーク発生による損傷に非常に弱いプロセスを使っている場合は、パルスDC電源は確かに有効です。誘電体表面の電荷蓄積は、どのターゲットにも固有の現象です。パルスDC電源は、電圧を一定間隔で反転してこの蓄積を打ち消し、PVDプロセスで起こりやすいアーク損傷を防ぐ効果があります。
   
   パルスDC電源はストレートDC電源と比べて、薄膜品質、コスト節約ならびに歩留まりにおいて、ほとんどつねにそれを上回る結果を生み出します。ピンホール不良の発生が少なく、抵抗を減らすことによって電気的特性も向上します。さらに、薄膜品質にマイナスの影響を及ぼすことなく、ターゲット利用率を向上させて低価格のターゲット材料を使えるようにします。これによって、プロセスの生産性とスループットが飛躍的に向上します。
   
   既設のDC電源PVDプロセスには、AEのPulsar®のようなアクセサリを組み込むことによって、価値あるこのパルシング機能を既存のシステムに簡単に追加することができます。
   
   
2. パルスDC電源を使う場合、電圧反転中にスパッタリングが起こらないとスパッタリングレートに影響しますか。
   答：　影響はあってもごくわずかです。 AE独自技術のパルスDC電源トポロジーが、電圧反転時のエネルギー蓄積を可能にします。ここで蓄積されたエネルギーは、その直後のスパッタリングで放出されます。したがって、平均供給電力は同種のDCスパッタリングプロセスに匹敵します。
   
   とはいえ、スパッタリングレートは複雑であり、しかも次のような多くの変数による影響を受けます。
   
   • チャンバの形状およびカソード／アノードの設計
   • 動作圧力
   • ガスの組成
   • ターゲットの冷却
   • ターゲットの厚さ
   • 磁場の強さ
   • 動作電源
   • ターゲットと基板の距離

   
   スパッタリングシステムの最適化は、芸術と科学の両方の要素があります。それは、コスト、スパッタリングレート、薄膜品質の間で兼ね合いを図ることです。本当のカギとなるのは、使用しているチャンバの形状とスパッタリングプロセスを綿密に理解し、熟知しておくことです。パルスDC電源がプロセスに与える影響を完全に理解するには、初期設定レートを実際のプロセスよりも長めに設定して、使用するチャンバとプロセスのクセを知るようにしましょう。システム特性を把握するには、まず低出力をかけて初期レートで運転し、その後、作業ごとに出力を少しずつ上げていくことで、現実のプロセスに何が期待できるかがわかります。
   
   

3. 封止層の品質を向上させることによって、OLEDの寿命を伸ばせるような技術はありますか。
   答：　薄膜封止技術は、空気や水分を遮断する障壁を作ることによって、OLEDの耐用年数を大幅に向上させます。フレキシブルポリマーのように、現在検討されている各種の基板は液体や気体による浸透を被ることがあるので、この障壁層はフレキシブルディスプレイには特に大きな利点があります。薄膜品質が不十分だと、水や空気が基板を通して拡散するために、有機層が汚染されることがあります。
   
   この障壁を作るには、ピンホールがなく、かつ薄膜密度や透明度などの目標レベルを達成するために、そのアプリケーション向きの適切な薄膜特性を持たせることが不可欠です。各種のプラズマプロセスでエネルギーを制御して、効果的な封止に必要な薄膜特性の向上を実現することができます。
   
   AEには、アークが原因で発生するピンホールを防ぐアーク管理機能を備え、適切なエネルギーレベルを実現できる製品群があります。AEではDC電源、パルスDC電源 ならびにRF電源など、最新式のアプリケーションに見られる問題を解決できるように設計された多彩な製品群を取り揃えております。詳しい情報は電子メールでお問い合わせください（宛先： FPDapplications@aei.com）。
   
   
4. OLEDその他の最新型プロセスの開発は、どこで支援してもらえるでしょうか。
   答：　隣接分野である薄膜市場における経験が、FPDプロセスの技術革新に大きく役立ちます。発光効率の改善に向けた努力、フレキシブルディスプレイ（OLED）やデジタルサイネージのような新型デバイスの導入が、最終製品のコスト削減を可能にするさらに進んだ最新製造プロセスの必要性を生み出します。下の表は、近い将来のFPD製造と現在の薄膜プロセス隣接分野との一般的な類似点を比べたものです。
   
   

   FPDアプリケーション	隣接分野の薄膜 アプリケーション	共通点
   次世代全FPDデバイス	セミコンダクタ	極めて精密なプロセス
   フレキシブルディスプレイ	フレキシブルディスプレイ	柔軟基板 非常に高いスループット 低温プロセス
   大型ディスプレイ	建築用ガラス	大型基板 装置ソーシング方法 電力要件の向上
   OLEDs	ソーラーPV	製造作業設計[1] 技術革新

   [1] 電気を光に変換するOLEDとは逆に、ソーラーPVは光を電気に変換します。つまり、この両アプリケーションには、材料、装置、プロセス、手順において極めて高い類似性があります。これらの共通点の例には、透明導電酸化物、導電体、封止層などがあります。封止について詳しくは上記の質問3 をご覧ください。

   
   
   このような薄膜産業のすべてを包括する専門知識はどこで見つけられるでしょうか。AEは、過去25年以上にわたって、精密なプラズマプロセスを実現する技術革新に努めてきました。隣接分野の薄膜アプリケーションすべてに経験を持つ当社は、お客様のプロセス開発に向けた努力をお手伝いできる貴重なパートナーになれるでしょう[2] 。
   
   プロセス設計が完成したら、AEは現場でのシステム統合作業もお手伝いできます。in-situ（現場）で広範な試験を行って、新設の設計システムが問題なく稼動することを確認します。初回受入試験（IAT）を少なくして最終受入試験（FAT）だけを実施する今日のエンドユーザー現場の傾向を考えると、このことは極めて重要な意味を持ちます[2] 。
   
   具体的のアプリケーション開発作業について何かご質問がありましたら、当社でご相談に預かります。どうぞ電子メールでお気軽にお尋ねください（宛先： FPDapplications@aei.com）。
   
   

   [2] ご利用いただけるAEサポートオプションについては、担当の装置サプライヤーにお問い合わせください。

   
   
   
5. どのような既存技術を使えば、FPDにとって有利でしょうか。
   答：　製造技術面から見ると、今日のFPD市場は実際、初期のセミコンダクタ産業よりも有利な条件にあります。セミコンダクタの開発には出発点とすべき基礎技術がありませんでしたが、FPDはセミコンダクタの製造装置と方法に学ぶことができました。つまり、FPDは、開発が高度に進んだ強力な製造技術から出発することができました。そのおかげで、他の産業に比べて急速な発展を遂げることができました。FPD市場の成熟に伴って、他の市場の既存技術も継続的に応用されています。
   
   FPD製造市場に利点をもたらしている技術には、次のようなものがあります。
   
   

   技術	利点
   アーク管理	基板損傷の減少（ピンホール） 歩留まりの向上 電力レベルの上昇によりスループットを向上
   流量制御	プロセス安定性の向上 プロセス移行の迅速化、プロセス作業時間の短縮
   マッチングネットワーク技術	電力供給精度と効率の改善によって、薄膜品質および歩留まりが向上
   精密な電力供給	歩留まりの向上
   精密なサブシステム制御・監視機能	プロセス操作、技術革新の容易化 プロセスの生産性および歩留まりの向上 稼働時間（アップタイム）の延長
   パルスDC電源	薄膜品質および歩留まりの向上 材料コストの削減

   
   

   AEは、この業界で過去25年以上にわたって開発を続けてきた各種の高性能製品を豊富に取り揃えています。お客様の各プロセスに役立つ当社の技術をご紹介しますので、どうぞ電子メールでお気軽にご相談ください（宛先： FPDapplications@aei.com）。