(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット基板上にあらかじめ形成された透明導電膜からなるターゲットに高真空下で放射光を照射し、この放射光照射によるアブレーションによって、前記ターゲットから所定間隔を開けて前記ターゲット基板と相対向して配置された基板上に２００℃以下で透明導電膜を堆積させることを特徴とする放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法。
【請求項２】
前記放射光を、所定径のスリットを通して照射することを特徴とする請求項１記載の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法。
【請求項３】
前記放射光を前記ターゲット上に集光することを特徴とする請求項１又は２記載の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法。
【請求項４】
前記ターゲット基板をあらかじめ所定温度に加熱しておくことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法。
【請求項５】
前記放射光を照射しながら、少なくとも前記基板をその面方向に対して平行に移動させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射光照射時の内殻電子励起反応の緩和過程で生じる化学結合の切断を利用する、放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、高導電性及び可視光領域での高透過性を示す透明導電膜は、光・電子工学的デバイス、特に液晶ディスプレイ（LCD）、プラズマディスプレイ（PDP）、エレクトロルミネッセンス（EL）素子等の平面型表示素子等においては必要不可欠な構成要素であるため、現在まで幅広く研究・開発されている。このような透明導電膜としては、例えば金属薄膜や酸化物半導体薄膜等があるが、現在では主として酸化物半導体薄膜が利用されている。
【０００３】
この酸化物半導体薄膜の従来の作製方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンスプレーティング法等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の作製方法では、透明導電膜が形成される基板を、２００℃を超える高温にする必要があるため、耐熱性の低いプラスチックフィルム等からなるフレキシブル基板等に対しては作製できないという問題点がある。
【０００５】
また、基板温度を２００℃以下にした場合でも、特性が劣る非晶質の透明導電膜しか作製できないという問題点がある。
【０００６】
この発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、２００℃以下の低温でも結晶性の透明導電膜を作製できる、放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法は、ターゲット基板上にあらかじめ形成された透明導電膜からなるターゲットに高真空下で放射光を照射し、この放射光照射によるアブレーションによって、前記ターゲットから所定間隔を開けて前記ターゲット基板と相対向して配置された基板上に２００℃以下で透明導電膜を堆積させるものである。
【０００８】
請求項２の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法は、前記放射光を、所定径のスリットを通して照射するものである。
【０００９】
請求項３の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法は、前記放射光を前記ターゲット上に集光するものである。
【００１０】
請求項４の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法は、前記ターゲット基板をあらかじめ所定温度に加熱しておくものである。
【００１１】
請求項５の放射光アブレーションによる透明導電膜の作製方法は、前記放射光を照射しながら、少なくとも前記基板をその面方向に対して平行に移動させるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、この実施形態に係る放射光アブレーションによる透明導電膜１の作製方法は、ターゲット基板２上に形成された透明導電膜１からなるターゲットに高真空下で放射光ＳＲを照射し、この放射光ＳＲ照射によるアブレーションによって、ターゲットから所定間隔を開けてターゲット基板２と相対向して配置された基板３上に透明導電膜１を堆積させるものである。
【００１３】
透明導電膜１は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンスプレーティング法等の従来公知の方法でターゲット基板２上にあらかじめ形成される。この透明導電膜１の材質としては、導電性や可視光領域での透明性等の点からSnドープIn2O3（ＩＴＯ，indium tin oxide）が好適であるが、その他SnO2，ZnO，InZnOx等であってもよい。また、結晶性のものの他、非晶質のものでもよい。
【００１４】
ターゲット基板２は、透明導電膜１を外側に向けた状態でターゲットホルダー４等により保持されて所定位置に配置される。このターゲット基板２の材質は特に限定されるものではなく、ガラス基板等の各種の基板を使用することができる。
【００１５】
基板３は、基板ホルダー５等により保持され、ターゲットから所定間隔を開けてターゲット基板２と相対向して配置される。
【００１６】
ターゲットホルダー４や基板ホルダー５は、放射光ＳＲを照射可能な適宜の放射光源６に接続されたビームライン７の例えば試料真空槽部８等の内部に配備しておけばよい。また、試料真空槽部８等を含むビームライン７は、例えば真空ポンプやターボ分子ポンプ等を接続することによって内部を高真空状態に減圧可能としておけばよい。
【００１７】
放射光源６としては、例えば図３に示すような電子蓄積リング等が挙げられる。この放射光源６から照射される放射光（シンクロトロン放射光，synchrotron radiation）ＳＲは、可視光から硬Ｘ線までの連続スペクトルを有するが、特に小型の放射光源６の場合には軟Ｘ線領域の強度が大きい。この軟Ｘ線は物質との相互作用が大きいため、放射光源６としては、小型のものを使用するのが望ましい。また、放射光ＳＲの発生を目的としたビームを曲げるための磁場発生手段としては、超伝導電磁石を使用するのが望ましく、この場合には、強力な磁場により電子の軌道半径を小さくできるため、透明導電膜１を作製するためのビームライン７等を光源点に近接して設置できるという利点がある。
【００１８】
ビームライン７としては、例えば図４に示す例のように、ターボ分子ポンプＴＭＰ１により高真空状態に減圧可能で内部にターゲットホルダー４や基板ホルダー５が配備された試料真空槽部８と、この試料真空槽部８に接続されてターボ分子ポンプＴＭＰ２により高真空状態に減圧可能なロードロック部９と、試料真空槽部８に接続されてターボ分子ポンプＴＭＰ３により高真空状態に減圧可能な差動排気真空槽部１０と、この差動排気真空槽部１０及び放射光源６に接続されてターボ分子ポンプＴＭＰ４及び真空ポンプＩＰにより高真空状態に減圧可能で内部に集光用ミラー１１が配備されたミラー真空槽部１２とを備えたもの等が挙げられる。
【００１９】
この例のように、放射光ＳＲを所定の入射角度で集光用ミラー１１に照射してターゲット上に集光できるようにしておけば、ターゲット基板２等を光源点に近づけることができると共に、光子密度を大きくできるという利点がある。また、ビームライン７に差動排気真空槽部１０を設けておけば、放射光ＳＲ照射によってターゲットからガス等が発生する場合でも、集光用ミラー１１や放射光源６等が汚染されるのを防止することができる。更に、例えば磁気シール式のトランスファーロッド１３等を備えたロードロック部９を設けると共に、このロードロック部９と試料真空槽部８との間にゲートバルブ等を設けておけば、ロードロック部９のみを大気に暴露することができる。そのため、ターゲット基板２等の交換の際にも、排気に長時間を要する試料真空槽部８が大気に暴露されることがなく、作製効率が良いという利点がある。
【００２０】
上記のように構成される放射光源６から、ビームライン７内の透明導電膜１からなるターゲットに放射光ＳＲが照射されれば、放射光ＳＲが透明導電膜１を構成する原子の内殻電子の束縛エネルギーと同程度のエネルギーの光子を含んでいるため、内殻電子が励起されて光電子として放出される。このような内殻電子励起反応の緩和過程で生じる化学結合の切断を利用する放射光アブレーションにより、ターゲット基板２と相対向した基板３上に透明導電膜１が堆積する。この放射光アブレーションは、非熱的な光化学作用であり、室温を含む２００℃以下の低温で透明導電膜１を堆積可能であるので、基板３として耐熱性の低いプラスチックフィルム等からなるフレキシブル基板等も使用でき、そのため透明導電膜１の利用範囲を拡大できるという利点がある。
【００２１】
ここで、図１に示すように、放射光ＳＲを、所定径のスリット１４を通して照射すれば、ターゲットの所定範囲のみを選択的にアブレーション可能であるという利点がある。
【００２２】
また、ターゲットホルダー４に電熱ヒーター等の適宜の加熱手段を取付けておき、ターゲット基板２をあらかじめ数十〜数百℃の所定温度に加熱しておけば、アブレーションを促進できるという利点がある。
【００２３】
更に、放射光ＳＲを照射しながら、基板ホルダー５等を制御することにより基板３をその面方向に対して適当な速度で平行に移動させれば、基板３上に大面積の透明導電膜１を堆積させることができるという利点がある。この場合、ターゲット基板２の方も、必要に応じてターゲットホルダー４等を制御することにより適当な速度でその面方向に対して平行に移動可能としておいてもよい。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例により更に詳細に説明するが、この発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００２５】
〔実施例１〕（放射光照射によるターゲットＩＴＯ薄膜のアブレーション）
ターゲットＩＴＯ（SnドープIn2O3）薄膜が放射光照射によりアブレーションできるかどうかを確認した。放射光源としては、超伝導小型電子蓄積リング（ＡＵＲＯＲＡ，蓄積エネルギー５７５ＭｅＶ，住友重機械工業株式会社製）を使用した。ビームラインとしては、ヒーター付きのターゲットホルダーや基板ホルダーが内部に配備された試料真空槽部と、ロードロック部と、差動排気真空槽部と、内部に集光用ミラーが配備されたミラー真空槽部とを備えたもの（ＢＬ−１４，住友重機械工業株式会社製）を使用した。
【００２６】
ＲＦスパッタ法で形成されたターゲットＩＴＯ薄膜を有するガラス基板をターゲットホルダーで保持し、室温、高真空下（１０-6Torr台）でこのガラス基板上のターゲットＩＴＯ薄膜にメタルマスクを通して放射光を照射した（照射時間３０分，蓄積電流値３００〜２００ｍＡ）。照射後、ターゲットＩＴＯ薄膜のメタルマスクでカバーされていない部分の溝の深さを接触段差計により測定した。その結果を図５〔図５中の(a)〕に示す。
【００２７】
〔実施例２〕（放射光照射によるターゲットＩＴＯ薄膜のアブレーション）
実施例１と同様の操作を、ターゲットＩＴＯ薄膜の温度を２００℃とした場合でも行った。その結果を図５〔図５中の(b)〕に示す。なお、実施例１及び実施例２において、メタルマスクでカバーされた部分の照射前と照射後の表面形態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でそれぞれ観察したところ、いずれの場合も照射前と照射後とで変化は認められなかった。
【００２８】
〔実施例３〕（放射光アブレーションによるＩＴＯ薄膜の作製）
実施例１及び実施例２と同様のターゲットを使用した。ＩＴＯ薄膜を堆積させる基板としては、超音波洗浄済みの石英ガラス板を使用した。これらターゲットと基板の成膜中の間隔は、１．５〜２．０ｃｍとした。集光用ミラーとしては、ＳｉＣ基板に白金をコーティングした水冷全反射ミラー（長さ３００ｍｍ，幅３０ｍｍ，曲率半径１００ｍ）を使用し、光源から３．７ｍの位置で焦点を結ぶように入射角を約０．９３度とした。図６に、放射光源からの放射光のスペクトル〔図６中の(a)ＳＲ〕と、集光した放射光のスペクトル〔図６中の(b)Focussing〕を示す。
【００２９】
基板温度を室温、ターゲット温度を２００℃としておき、高真空下（１０-6Torr台）で直径２ｍｍのスリットを通して放射光を照射し、集光用ミラーでターゲットＩＴＯ薄膜上に集光した（照射時間２時間，蓄積電流値３００〜２２０ｍＡ）。この操作によって基板上に作製した薄膜の化学特性をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ，X-ray Photoelectron Spectroscopy）、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ，Electron Probe Micro Analysis）、及びオージェ電子分光分析法（ＡＥＳ，Auger Electron Spectroscopy）により評価した。その結果を図７、表１、及び図８にそれぞれ示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
また、作製した薄膜の膜厚を接触段差計で測定（測定時のエッチングレートはSiO2換算で４０Å／分）したところ、１０００Åであった。更に、作製した薄膜の結晶性をＸ線回折法により評価した。その結果を図９に示す。これらＸＰＳ、ＥＰＭＡ、ＡＥＳ、及びＸ線回折の結果より、作製した薄膜が結晶性のＩＴＯ薄膜であると確認できた。
【００３２】
次に、作製したＩＴＯ薄膜の電気的特性をホール効果測定（ファン・デア・パウ法）により評価した。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
また、作製したＩＴＯ薄膜の透過率を分光光度計により測定した。その結果を図１０に示す。これらの結果より、作製したＩＴＯ薄膜は、基板温度が室温で作製されたにもかかわらず、１０-5（Ω・ｃｍ）オーダーに近い優れた抵抗率と、可視光領域において８０％以上（波長５５０ｎｍでは約８３％）の優れた透過率とを有することが確認できた。
【００３５】
更に、放射光照射前のターゲットＩＴＯ薄膜と、作製したＩＴＯ薄膜の表面形態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でそれぞれ観察したところ、ターゲットＩＴＯ薄膜ではドメイン構造が観察されたが、作製したＩＴＯ薄膜では微細な粒子構造が観察された。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、放射光照射時の内殻電子励起反応の緩和過程で生じる化学結合の切断を利用する放射光アブレーションにより、ターゲット基板と相対向した基板上に透明導電膜を堆積させることができる。この放射光アブレーションは、非熱的な光化学作用であり、室温を含む２００℃以下の低温で透明導電膜を堆積可能であるので、基板として耐熱性の低いプラスチックフィルム等からなるフレキシブル基板等も使用でき、そのため透明導電膜の利用範囲を拡大できるという利点がある。
【００３７】
請求項２の発明によれば、前記放射光を、所定径のスリットを通して照射するので、ターゲットの所定範囲のみを選択的にアブレーション可能であるという利点がある。
【００３８】
請求項３の発明によれば、前記放射光を前記ターゲット上に集光するので、ターゲット基板等を光源点に近づけることができると共に、光子密度を大きくできるという利点がある。
【００３９】
請求項４の発明によれば、前記ターゲット基板をあらかじめ所定温度に加熱しておくので、アブレーションを促進できるという利点がある。
【００４０】
請求項５の発明によれば、前記放射光を照射しながら、少なくとも前記基板をその面方向に対して平行に移動させるので、基板上に大面積の透明導電膜を堆積させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る透明導電膜の作製方法を示す概略図。
【図２】図１の要部拡大概略図。
【図３】電子蓄積リング（放射光源）の一例を示す概略平面図。
【図４】ビームラインの一例を示す概略図。
【図５】実施例１及び実施例２におけるアブレーション後の溝の深さを示すグラフ。
【図６】実施例３で使用した放射光源からの放射光のスペクトルと集光した放射光のスペクトルを示すグラフ。
【図７】実施例３で作製した薄膜のＸＰＳ測定結果を示すチャート。
【図８】実施例３で作製した薄膜の深さ組成分布のＡＥＳ測定結果を示すチャート。
【図９】実施例３で作製した薄膜のＸ線回折結果を示すチャート。
【図１０】実施例３で作製した薄膜の透過率測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
ＳＲ  放射光
１  透明導電膜
２  ターゲット基板
３  基板
１４  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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