JPH0350367B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、透明導電膜の製造方法及びその装置
に関する。

（従来の技術） 一般に、液晶表示素子等においては透明導電膜
が必要不可欠であるが、この透明導電膜として
は、酸化インジウム一酸化スズ系薄膜（ITO膜）
が汎用されている。このITO膜は、可視光の範囲
で高い透過率を示し、また最も低い抵抗率を実現
できるという利点があるが、資源的に問題のある
希少金属のインジウムを主原料とするため、原材
料が高価で製品コストが高くなるという問題があ
つた。このため、原材料の安価な酸化亜鉛系薄膜
が、最近、透明導電膜の有望な材料として注目さ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この酸化亜鉛系薄膜は、その製
造方法によつて特性が著しく左右され、良質のも
のを多量生産することができないという問題があ
ることが明らかとなつた。即ち、酸化亜鉛系薄膜
は、マグネトロンスパツタリングによりITO膜に
劣らぬ高い可視光透過率と低い抵抗率を持つ透明
導電膜の製造が可能であるが、低抵抗率の透明導
電膜を得るためには基板をターゲツトの表面に対
してほぼ垂直に配置しなければならず、その結
果、ターゲツト表面に近い所と遠い所で基板上の
膜厚が不均一となり、膜厚及び抵抗率の均一な大
面積の透明導電膜を製造することが不可能であ
る。また、酸化亜鉛系薄膜の膜厚が不均一になる
を防止するためには、基板をターゲツト表面と平
行に配置してスパツタリングすれば良いが、低抵
抗率を得るための必須条件、即ち、基板をターゲ
ツト表面に対して垂直に配置するという条件を満
足させることができないため、低抵抗率の透明導
電膜が得られないという問題がある。

従つて、本発明の目的は、可視光透過率が高く
低抵抗の透明導電膜、特に、酸化亜鉛系薄膜から
なる透明導電膜を安価に製造できる方法及びその
装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題を解決する為、所定間隔を
おいて相対して配置された二つのターゲツトの表
面とそれぞれ表面がほぼ同一レベルに位置するよ
うに二つのアノードを相対して配置し、基板を前
記ターゲツト間にターゲツトの表面に対してほぼ
垂直に配置して、外部よりプラズマ集束磁界を印
加しつつマグネトロンスパツタリングするように
したものである。

本発明方法により製造される透明導電膜は、高
純度の酸化亜鉛のみであつても良いが、10wt％
以下の酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化
ガリウムなどを含有させるようにしても良い。こ
れらの酸化物を10wt％以下としたのは、10wt％
を越えると、結晶性が悪化してしまい、低い抵抗
率が得られないからである。

前記本発明方法の実施に使用する装置は、所定
間隔をおいて相対して配設された二つのマグネト
ロンカソードと、各マグネトロンカソードに装着
される各ターゲツトの表面とそれぞれ表面がほぼ
同一レベルに位置するように相対して配設された
二つのアノードと、前記ターゲツト間に基板をタ
ーゲツトの表面に対してほぼ垂直に保持する基板
保持手段と、前記アノードを包囲して配設された
プラズマ集束用コイルと、これらの部材を収容す
る真空槽とから構成されている。

具体的には、前記方法を実施するための本発明
に係るマグネトロンスパツタ装置は、第１図およ
び第２図に示すように、各々電磁石または永久磁
石を内蔵する二つのマグネトロンカソード５が所
定間隔をおいて相対して配設され、各々相対する
面にターゲツト１を装着するようにしてあり、二
つのアノード２はその相対する表面が各ターゲツ
ト１の表面とそれぞれほぼ同一レベルに位置する
ように、実際には、ターゲツト１の周辺より若干
内側に位置するように相対して配設されている。
アノード２は、その中央部に開口部２ａが形成さ
れ、その開口部に臨むようにターゲツト１がそれ
ぞれマグネトロンカソード５に装着されている。

他方、各アノード２を包囲してソレノイドコイ
ル４が配設され、マグネトロン放電により生成さ
れるプラズマを集束させるようにしてある。前記
ターゲツト１間に形成される空間６内には基板ホ
ルダ７が配設され、基板３をターゲツトの表面に
対してほぼ垂直に保持するようにしてある。これ
らの部材はいずれも真空槽６内に配置される。

（作用） 前記本発明方法及び装置においては、基板を相
対するターゲツト間にターゲツトの表面に対し垂
直に配置していること、アノードをターゲツト表
面とほぼ同一レベルに位置するように配置してい
ること、及び外部からプラズマ集束磁界を印加す
るようにしていることとが相まつて、膜の特性等
に次のような作用効果を与える。

(1) 通常使用されるマグネトロンスパツタ装置と
異なり、アノードを基板側でなく相対して配置
されたターゲツト表面とほぼ同一レベルに位置
するように配置しているため、抵抗率を高くす
る原因となるイオン種、例えば、負にイオン化
した酸素（O₂ ^-）の基板への飛来を少なくし、
キヤリヤア密度の減少を防止する働きをする。

(2) また、(1)で述べたことと、基板がターゲツト
の表面に対して垂直に配置されていることが相
乗して、膜中への酸素やアルゴンガスの吸着を
少なくする。

(3) 外部印加磁界の作用によりプラズマ中の荷電
粒子（アルゴンイオン、スパツタされたイオ
ン、電子）がローレンツ力を受けるため、基板
表面に平行方向の運動エネルギを付与され、基
板上に飛来した各種の粒子が基板表面に衝突す
ることによつて、結晶核の形成及び原子や分子
の再配列を促進するエネルギを与える。

(4) これらの効果はいずれも多結晶質酸化亜鉛膜
の結晶性を改善するため、膜のキヤリヤ移動度
を増大させ、従つて、この移動度の増大効果及
び前記のイオン化O₂の導入阻止効果によるキ
ヤリヤ密度の減少防止が低い抵抗率を実現する
要因となつている。

(5) さらに、外部から磁界を印加しているため、
プラズマのピンチ効果によつて低ガス圧での安
定なプラズマ生成を行わせることができると同
時に、プラズマを集束させターゲツトの表面で
のスパツタガスArの電離効率を高めるため、
大きな膜形成速度を達成でき、透明導電膜を安
価に製造するのを可能にしている。

以下、本発明の実施例について説明する。

実施例 １ 第１図に示す装置を用い、高純度（99.999％）
の酸化亜鉛（ZnO）に2wt％の酸化アルミニウム
（Al₂O₃）を添加して焼結させた幅８cm、長さ15
cmの長方形状の焼結体をターゲツト１とし、スパ
ツタガスとして純アルゴンを用いて、ターゲツト
１の幅方向の中心線を結ぶ面Ｐを挟んで２枚の基
板３を配置し、その面Ｐと基板間のＬを変えて、
下記の条件下で５分間スパツタリングを行い、透
明導電膜を形成した。なお、基板３はガラスで特
に加熱すること無く、常温から温度の自然変化の
ままスパツタリングした。また、この時の成膜速
度は60nｍ／minであつた。

スパツタ条件 アルゴン圧 0.75Pa 高周波電力 200W ターゲツト間距離 12cm プラズマ集束磁界 50G 基板 10cm×12cm 距離Ｌ ２cm、3.5cm、６cm 得られた透明導電膜について基板間の距離Ｌを
変えた場合の膜厚分布状態を調べたところ、第３
図に示すような結果が得られた。第３図から明ら
かなように、前記スパツタ条件の下では距離Ｌが
3.5cmの場合、基板の上下方向約10cmにわたつて
膜厚の変化率が±３％以内である厚さの均一な透
明導電膜が得られた。また、その最低抵抗率は
1.4×10^-4Ωcmで、可視光透過率が85％以上であ
つた。

実施例 ２ 高純度（99.999％）の酸化亜鉛からなる焼結体
をターゲツトとして用い、距離Ｌを3.5cmに設定
し、実施例１と同条件下でスパツタリングし、厚
さ約200nｍの透明導電膜を形成した。

透明導電膜は上下方向約10cmにわたつて膜厚の
変化率が±３％以内の均一な厚さを有し、その最
低抵抗率4.2×10^-4Ωcmで、可視光透過率が90％
以上であつた。

実施例 ３ 高純度（99.999％）の酸化亜鉛に1wt％の酸化
インジウムを添加してなる焼結体をターゲツトと
して用い、距離Ｌを3.5cmに設定し、実施例１と
同条件下でスパツタリングして、透明導電膜を形
成した。

透明導電膜は上下方向約10cmにわたつて膜厚の
変化率が±３％以内の均一な厚さを有し、その最
低抵抗率は3.0×10^-4Ωcmで、可視光透過率が85
％以上であつた。

実施例 ４ 高純度（99.999％）の酸化亜鉛に3wt％の酸化
ガリウムを添加してなる焼結体をターゲツトとし
て用い、距離Ｌを3.5cmに設定し、実施例１と同
条件下でスパツタリングして、透明導電膜を形成
した。

透明導電膜は上下方向約10cmにわたつて膜厚の
変化率が±３％以内の均一な厚さを有し、その最
低抵抗率は2.5×10^-4Ωcmで、可視光透過率が80
％以上であつた。

前記実施例では、ターゲツトとして酸化物を使
用しているが、亜鉛（Zn）とアルミニウム（Al）
の合金をターゲツトとし、スパツタガスとして
ArとO₂の混合ガスを使用しても良い。さらに、
ターゲツトとしての他の透明導電膜用材料を採用
すれば、前記低抵抗率効果が同様に得られる。プ
ラスマ生成ガスとして酸素を使用する場合には、
アルゴンと80％以下の酸素との混合ガスが良い。

また、装置を公知のクローズトエンド式連続ス
パツタ装置のように基板キヤリヤを一方の方向に
移動させるようにしても良く、また、第４図に示
すように、基板としてフイルムシートを用い、こ
れをフイルム供給ロール１０からガイドロール１
１を介して送給し、透明導電膜を形成して巻取ロ
ール１２で巻き取るようにしても良い。

なお、前記実施例では、２枚の基板３を開口部
２ａの縁に沿つて相対して配置しているが、二つ
のターゲツト１の中心を結ぶ面Ｐをはさみ２枚の
基板３を密着させて配置してもよく、また、１枚
の基板３を配置するとその両面に薄膜を形成する
こともできる。さらに、ターゲツトの寸法、ター
ゲツト間の間隔、外部印加磁界の強さを変えるこ
とにより、均一な膜厚と低い抵抗率を有し、大面
積の透明導電膜を製造することができる。

前記実施例においては、いずれも酸化亜鉛系薄
膜を形成しているが、本発明に係る装置は薄膜形
成速度が速いのでITO膜その他の透明導電膜を製
造するのにも使用できる。

（発明の効果） 本発明によれば、通常使用されるスパツタ装置
と異なり、アノードを基板側でなく相対して配置
されたターゲツト表面とほぼ同一レベルに位置す
るように配置し、しかも基板がターゲツトの表面
に対して垂直に配置してマグネトロンスパツタリ
ングを行なうため、イオン化した酸素（O₂ ^-）の
基板への飛来を少なくし、実質的にキヤリヤ密度
の増加を図ることができ、また膜中への酸素やア
ルゴンガスの吸着を少なくできるので、抵抗率の
増加を防止できる。さらに、外部印加磁界の作用
によりプラズマ中の粒子が基板表面に平行方向の
運動エネルギを付与され、基板上に飛来したこれ
らの各種の粒子が基板表面に衝突することによつ
て、結晶核の形成及び原子や分子の再配列を促進
するエネルギを与えるため、多結晶質酸化亜鉛膜
の結晶性を改善し、キヤリアの移動度を増大さ
せ、一段と抵抗率の低減化を実現できる。また、
外部から磁界を印加しているため、プラズマのピ
ンチ効果によつて低ガス圧での安定なプラズマ生
成を行わせることができると同時に、プラズマを
集束させターゲツトの表面でのスパツタガスの電
離効率を高めることができ、大きな膜形成速度を
達成できる。従つて、本発明によれば、特性的に
ITO膜に優る大面積の酸化亜鉛系透明導電膜を安
価に多量生産できるなど優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に使用するマグネト
ロンスパツタ装置の概略断面図、第２図はその要
部斜視図、第３図は本発明方法により各種条件下
で製造された透明導電膜の膜厚分布を示すグラ
フ、第４図は本発明方法の実施に使用する他のマ
グネトロンスパツタ装置の要部斜視図である。 １……ターゲツト、２……アノード、３……基
板、４……プラズマ集束用コイル、５……マグネ
トロンカソード、６……真空槽、７……基板ホル
ダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定間隔をおいて相対して配置された二つの
   ターゲツトの表面とそれぞれほぼ同一レベルに位
   置するように二つのアノードを相対して配置し、
   基板を前記ターゲツト間に、かつターゲツトの表
   面に対してほぼ垂直に配置し、外部よりプラズマ
   集束磁界を印加しつつマグネトロンスパツタリン
   グすることを特徴とする透明導電膜の製造方法。 ２ 前記ターゲツトが高純度の酸化亜鉛の焼結体
   からなる特許請求の範囲第１項記載の透明導電膜
   の製造方法。 ３ 前記ターゲツトが酸化アルミニウム、酸化イ
   ンジウムまたは酸化ガリウムを10wt％以下含有
   する酸化亜鉛の焼結体からなる特許請求の範囲第
   １項記載の透明導電膜の製造方法。 ４ 前記ターゲツトがアルミニウム、インジウム
   またはガリウムを5wt％以下含有する亜鉛合金か
   らなり、プラスマ生成ガスがアルゴンと80％以下
   の酸素との混合ガスからなる特許請求の範囲第１
   項記載の透明導電膜の製造方法。 ５ 所定間隔をおいて相対して配設された二つの
   マグネトロンカソードと、各マグネトロンカソー
   ドに装着される各ターゲツトの表面とそれぞれ表
   面がほぼ同一レベルに位置するように相対して配
   設された二つのアノードと、前記ターゲツト間に
   基板をターゲツトの表面に対してほぼ垂直に保持
   する基板保持手段と、前記アノードを包囲して配
   設されたプラズマ集束用コイルと、これらの部材
   を収容する真空槽とからなる透明導電膜の製造装
   置。 ６ 前記基板保持手段が真空槽内に固定されてい
   る特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 前記基板保持手段が真空槽の一端側から他端
   側へ移動する基板キヤリヤからなる特許請求の範
   囲第５項記載の装置。