(57)【要約】【課題】低抵抗の透明導電膜を異常放電無しに作製することのできる製造装置及び製造方法の提供。【解決手段】透明導電膜製造装置において、高周波電源１０を１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳するようにパルス電源１４を設ける。この装置を用いて、異常放電を発生することなく、高速スパッタ成膜して透明導電膜を製造する。【選択図】    図２
2004176099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に設けたターゲットに対向して基板が載置されるようにし、該ターゲットの基板側と反対側の面に、カソードを介して、ターゲット表面の漏れ磁場が所定の値になるような磁場強度を有する磁気回路が設置され、また、該ターゲットに直流電界を印加するための直流電源及びこの直流電界に重畳できるように高周波電界を印加するための高周波電源を備え、該磁気回路はターゲット表面で６００Ｇ以上となるような磁場強度を有し、直流電源のみで放電させたときに３５０Ｖ以下となるように構成され、かつ、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源を直流電源と重畳させることで２５０Ｖ以下になるように構成された透明導電膜製造装置において、該１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源が、１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳するように構成されていることを特徴とする透明導電膜製造装置。
【請求項２】
前記ターゲットとして、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、若しくはＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる、又はこの基本元素にＳｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂ及びＳｂから選ばれた少なくとも一種類のドナー元素を組み合わせてなる酸化物ターゲットを用い、反応性スパッタ法により、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、又はＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素とする酸化物透明導電膜を製造するための装置であることを特徴とする請求項１記載の透明導電膜製造装置。
【請求項３】
前記ターゲットが分割の場合は、その端部をＲ１以上の加工をしたものであることを特徴とする請求項２記載の透明導電膜製造装置。
【請求項４】
Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、若しくはＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる、又はこの基本構成元素にＳｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂ及びＳｂから選ばれた少なくとも一種類のドナー元素を組み合わせてなる酸化物ターゲットを用いて、反応性スパッタ法により、真空槽内に設けたターゲットに対向して載置された基板上に、該ターゲットの基板側と反対側の面にカソードを介して載置された磁気回路で該ターゲット表面の漏れ磁場が６００Ｇ以上の値の磁場強度を有するようにして、また、直流電源により該ターゲットに直流電界を印加しかつ１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源によりこの直流電界に重畳して高周波電界を印加し、直流電源のみで放電させたときに３５０Ｖ以下となりかつ高周波電源を直流電源と重畳させたときに２５０Ｖ以下となるようにして、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、又はＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる酸化物透明導電膜を製造する方法において、該高周波電源を１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳して成膜を行うことを特徴とする透明導電膜製造方法。
【請求項５】
前記ターゲットが分割の場合は、その端部をＲ１以上の加工をしたターゲットを用いて行うことを特徴とする請求項４記載の透明導電膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明導電膜製造装置及びその製造方法に関するものである。この製造装置及び製造方法は、例えば、液晶をはじめとする表示素子や、太陽電池等に電極として用いられる透明導電膜の製造に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電源に１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源を重畳し、透明導電膜を成膜する手法で低抵抗な電気特性を得ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１に示すように、この特許文献１の透明導電膜製造装置は、スパッタ室である真空槽１からなり、この真空槽には、槽内に固定配置又は運動自在に配置される基板ホルダー２に支持される基板３と対向して、スパッタカソード４が設けられている。カソード４の基板側にはターゲット５が固定されており、また、カソード４の基板側と反対側には水路６が設けられ、カソードを水冷できるように構成されている。カソード４の背面には磁気回路７が設けられ、この回路は、ポールピース７ａに支持された永久磁石７ｂから構成され、カソードカバー８によって覆われている。この磁気回路７を構成する磁石７ｂは、マグネトロン放電における平行磁界を発生させるためのものであり、ターゲット５の表面の磁場が６００Ｏｅ以上となるような平行磁界強度を有し、磁石７ｂとターゲット５との距離を変化させることにより調整される。
【０００４】
真空槽１にはまた、プラズマ放電用電源として、主電源の直流電源９及び副電源の高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）電源１０が接続されている。この直流電源９は、高周波電界の流入を防ぐためのフィルター１１を介して、また、高周波電源１０は、マッチングボックス１２を介して、カソードカバー８ひいてはカソード４に接続されている。図中の１３は絶縁板である。
他の従来技術として、透明導電膜用ターゲットを用いてスパッタした場合、高周波電源のパワーを投入することで、電圧を低下させ、スパッタ中に異常放電を発生させずに、低抵抗の透明導電膜を作製することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２４９１７１号公報（第１頁、第２図及び第３図）
【特許文献２】
特開平７−２５８８４５号公報（第１頁、図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１（特開平３−２４９１７１号公報）記載の技術では、近年のターゲットの大型化及び高速成膜の要求を満足できない。すなわち、この文献の実施例１に記載されたように、透明導電膜用ターゲットを用いて、直流電界による放電に高周波電界を電力を変えて重畳印加してスパッタした場合、その第３図に示すように、高周波電界を重畳印加することでスパッタ電圧が低下し、低抵抗の透明導電膜を作製することが出来るが、近年の基板／ターゲットの大型化、高速成膜の要求に伴って投入パワーを増加すると、多数の異常放電が発生するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２（特開平７−２５８８４５号公報）記載の技術でも、高パワーを投入すると多数の異常放電が発生するという問題がある。この技術では、透明導電膜を形成する際に、交流電源とパルス電源とを用いているが、高周波の周波数やパルス比を規定していないため、例えば、漏れ磁場６００Ｇ以上とした要件の規定がないので、高周波電源をＯＦＦ状態にすると、スパッタ電圧の低電圧化ができなくなるからである。
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決するものであり、低抵抗の透明導電膜を異常放電無しに作製することのできる製造装置及び製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の透明導電膜製造装置は、真空槽内に設けたターゲットに対向して基板が載置されるようにし、このターゲットの基板側と反対側の面に、カソードを介して、ターゲット表面の漏れ磁場が所定の値になるような磁場強度を有する磁気回路が設置され、また、ターゲットに直流電界を印加するための直流電源及びこの直流電界に重畳できるように高周波電界を印加するための高周波電源を備え、上記磁気回路はターゲット表面で６００Ｇ以上となるような磁場強度を有し、直流電源のみで放電させたときに３５０Ｖ以下となるように構成され、かつ、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源を直流電源と重畳させることで２５０Ｖ以下になるように構成された透明導電膜製造装置において、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源が１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記透明導電膜製造装置は、ターゲットとして、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、若しくはＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる、又はこの基本元素にＳｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂ及びＳｂから選ばれた少なくとも一種類のドナー元素を組み合わせてなる酸化物ターゲットを用い、反応性スパッタ法により、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、又はＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素とする酸化物透明導電膜を製造するための装置であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の透明導電膜製造方法は、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、若しくはＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる、又はこの基本構成元素にＳｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂ及びＳｂから選ばれた少なくとも一種類のドナー元素を組み合わせてなる酸化物ターゲットを用いて、反応性スパッタ法により、真空槽内に設けたターゲットに対向して載置された基板上に、該ターゲットの基板側と反対側の面にカソードを介して載置された磁気回路で該ターゲット表面の漏れ磁場が６００Ｇ以上の値の磁場強度を有するようにして、また、直流電源により該ターゲットに直流電界を印加しかつ１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源によりこの直流電界に重畳して高周波電界を印加し、直流電源のみで放電させたときに３５０Ｖ以下となりかつ高周波電源を直流電源と重畳させたときに２５０Ｖ以下となるようにして、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、又はＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる酸化物透明導電膜を製造する方法において、該高周波電源を１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳して成膜を行うことを特徴とする。
【００１１】
上記ターゲットが分割の場合は、その端部をＲ１以上の加工をしたターゲットを用いて行うことが望ましい。
本発明によれば、上記したように、高周波電源を１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳するよう構成することにより、所期の目的を達成できるが、直流電源をパルス化して重畳しても所期の目的を達成できない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる透明導電膜製造装置及びその製造方法の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の透明導電膜製造装置を図２に示す。この図中の参照符号は、図１と同じ構成要素は同じ参照符号を示す。図２に示す概略配置から明らかなように、本装置は真空槽１からなり、この真空槽には、図示していないが、真空排気システム、基板搬送・搬出手段、スパッタガス供給源等が連通して設けられている。この真空槽１には、槽内に固定配置又は運動自在に配置された基板ホルダー２に支持される基板３と対向して、カソードとして機能するバッキングプレート４が設けられている。基板ホルダー２の背面には、図示していないが、基板温度を制御するためのヒータ等の加熱手段が設けられている。上記カソード４の基板側にはターゲット５が固定されており、また、カソード４の基板側と反対側には水路６が設けられ、カソードを水冷できるように構成されている。カソード４の背面には磁気回路７が設けられ、この磁気回路は、ポールピース７ａに支持された永久磁石７ｂから構成され、カソードカバー８によって覆われている。この磁気回路７を構成する磁石７ｂは、マグネトロン放電における平行磁界を発生させるためのものであり、ターゲット５の表面の漏れ磁場が６００Ｇ以上となるような平行磁界強度を有し、磁石７ｂとターゲット５との距離を変化させることにより調整される。
【００１３】
真空槽１にはまた、プラズマ放電用電源として、カソード４（ターゲット５）には直流電界を印加するための直流電源９及びこの直流電界に重畳できるように高周波電界を印加するための１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源１０が接続されている。この直流電源９は、高周波電界の流入を防ぐためのＬＣフィルタ１１を介して、また、高周波電源１０は、マッチングボックス１２、ＬＣフィルター１１を介して、カソードカバー８ひいてはカソード４に接続されている。この場合、直流電源９のみで放電させたときに３５０Ｖ以下となるように、また、１３．５６ＭＨｚ以上、好ましくは１３．５６〜４０ＭＨｚの高周波電源を直流電源と重畳させることで２５０Ｖ以下になるように構成する。
【００１４】
本発明によれば、上記のように構成された透明導電膜製造装置において、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源１０を１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳できるように、すなわちパルス比が９０％以上のパワーを直流電源９に重畳できるように構成するため、パルス電源１４を高周波電源１０に接続してある。このパルス電源はアースしてある。
また、真空槽１はアースされており、真空槽内で直流マグネトロンスパッタが行えるようにしてある。
【００１５】
上記したように構成した本発明の装置を用いて成膜すれば、基板／ターゲットの大型化、高速成膜の要求に伴って投入パワーを増加しても、透明導電膜用ターゲットを用いて、直流電界による放電に高周波電界を電力を変えて重畳印加してスパッタした場合、スパッタ電圧の低圧化が可能となり、異常放電を発生することなく、低抵抗の透明導電膜を作製することが出来る。
上記透明導電膜製造装置に配置したターゲットは、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、若しくはＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる、又はこの基本元素にＳｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂ及びＳｂから選ばれた少なくとも一種類のドナー元素を組み合わせてなる酸化物ターゲットである。このターゲットは酸化物の焼結体ターゲットでもよい。
【００１６】
本発明の酸化物透明導電膜製造方法は、上記ターゲットを用いて、反応性スパッタ法により、真空槽１内に設けたターゲット５に対向して載置された基板３上に、磁気回路７でターゲット表面の漏れ磁場が６００Ｇ以上の値の磁場強度を有するようにして、また、ターゲットに直流電界を印加するための直流電源９及びこの直流電界に重畳できるように高周波電界を印加するための１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源１０により、直流電源のみで放電させたときに３５０Ｖ以下となるようにかつ高周波電源を直流電源と重畳させることで２５０Ｖ以下になるようにして、さらに、上記重畳印加を高周波電源１０を１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期で１０％未満ＯＦＦ状態としたパルス化に重畳して行って、Ｉｎ−Ｏ、Ｓｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｏ、Ｃｄ−Ｓｎ−Ｏ、又はＣｄ−Ｉｎ−Ｏを基本構成元素としてなる、又はこの基本構成元素にＳｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂ及びＳｂから選ばれた少なくとも一種類のドナー元素を組み合わせてなる酸化物透明導電膜を製造するものである。
【００１７】
このスパッタ法で用いるスパッタガスしては、例えば、Ａｒ等の不活性ガスに反応性の酸素含有ガスを添加した混合ガスを挙げことができ、不活性ガスにＡｒを用いる場合、その混合ガス圧は、０．１〜１．５Ｐａ程度とし、酸素ガス分圧は、１×１０−６〜１×１０−３Ｐａ程度とすることが好ましい。このスパッタガスは、真空槽１に接続したガスライン１５から調圧され混合ガスとして導入される。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
（実施例１）
図２の透明導電膜製造装置を用い、ターゲット５としてＩｎ２Ｏ３−１０ｗｔ％ＳｎＯ２を使用して透明導電膜を製造した。ターゲット寸法は、１５０ｍｍ×１６００ｍｍであった。
ガスライン１２から調圧されたアルゴンと酸素とを真空槽１内へ導入し、スパッタ圧力０．６７Ｐａとし、ＤＣ電源９のパワーを５ｋＷ投入し、高周波（ＲＦ）電源１０のパワーを４ｋＷ投入して成膜したときの異常放電の数を測定した。
【００１９】
図３にＲＦ重畳の原理を示す。図３の（ａ）は通常のＤＣ放電の状態、（ｂ）は通常のＲＦ放電の状態、（ｃ）はＤＣにＲＦを重畳したときの状態、（ｄ）はＲＦ重畳をパルス化した時のカソード電圧状態を示す。
図４は図３の状態でのパラメータを示す。ＤＣパワーは５ｋＷで固定しており、ＲＦパワー、パルスの周期Ｆ、ＯＦＦ時間Ｔ、ＦとＴとの比Ｄをパラメータとした。ＤはＴ／Ｆ（％）で表した。パルスの周波数ｆは１／Ｆである。得られた結果を表１に示す。
【００２０】
（表１）
2004176099.tif 000003
【００２１】
表１から明らかなように、ＲＦのパワーが低い場合、異常放電は発生しないが、４ｋＷ投入することで異常放電が発生した。ＲＦパワー４ｋＷで、周期ｆを１００Ｈｚとしたときのパルス比Ｄは５〜７％にかけて異常放電数は減少するが、１０％以上では放電が持続することが出来なくなった。パルス比Ｄを５％に固定したときの周期ｆでは、異常放電回数は１００〜２００Ｈｚにかけて大幅に減少している。しかし、３００Ｈｚでは異常放電回数は上昇している。これはｆ＝３００ＨｚでＤ＝５％のため、ＯＦＦ時間が短縮されたためと考えられる。
【００２２】
（比較例１）
ＤＣ電源を２０ｋＨｚのパルス化にしてＲＦ電源に重畳し、実施例１記載の方法に従って成膜した時の異常放電数を測定した。得られた結果を表２に示す。
（表２）
2004176099.tif 000004
表２に示す通り、異常放電が観測された。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＲＦ電源をパルス電源で１００Ｈｚから３００Ｈｚ未満までの逆数の周期でパルス比が９０％以上のパワーをＤＣ電源に重畳することで、ＩＴＯ等の透明導電膜のスパッタを高速成膜で行っても異常放電を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の透明導電膜製造装置の一構成例を示す断面図。
【図２】本発明に係わる一実施の形態の透明導電膜製造装置の構成例を示す断面図。
【図３】高周波重畳の原理を説明するための波形を模式的に示すグラフであり、（ａ）は通常のＤＣ放電の状態、（ｂ）は通常のＲＦ放電の状態、（ｃ）はＤＣにＲＦを重畳したときの状態、（ｄ）はＲＦ重畳をパルス化した時のカソード電圧状態を示す。
【図４】図３の状態でのパルス化パラメータを示すグラフ。
【符号の説明】
１  真空槽                            ３  基板
４  カソード                          ５  ターゲット
７  磁気回路                          ７ｂ  永久磁石
８  カソードカバー                    ９  直流電源
１０  高周波電源                      １１  ＬＣフィルタ
１２  マッチングボックス              １４  パルス電源
【図１】
2004176099.tif 000005
【図２】
2004176099.tif 000006
【図３】
2004176099.tif 000007
【図４】
2004176099.tif 000008