(57)【要約】【課題】製造プロセス時間の短縮【解決手段】成膜室１内で坩堝３に収納された蒸着材料２に電子ビームを照射して坩堝３から蒸発した蒸発粒子を基板に成膜する真空成膜装置において、成膜後、同一成膜室１内で電子ビームを基板上に照射し基板のアニールを行う手段を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室内で坩堝に収納された蒸着材料に電子ビームを照射して該坩堝から蒸発した蒸発粒子を基板に成膜する真空成膜方法において、成膜後、同一真空室内で前記電子ビームを基板上に照射し基板のアニールを行うことを特徴とする真空成膜方法。
【請求項２】
真空室内で坩堝に収納された蒸着材料に電子ビームを照射して該坩堝から蒸発した蒸発粒子をプロセスガスプラズマ中で反応させて基板に成膜する真空成膜方法において、成膜後、同一真空室内で前記電子ビームを基板上に照射し基板のアニールを行うことを特徴とする真空成膜方法。
【請求項３】
成膜室と、
該成膜室内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入手段と、
蒸着材料が収納された坩堝と、
該坩堝に電子ビームを照射する電子銃と、
前記成膜室内にプラズマビームを放射するプラズマ発生手段と、
前記プロセスガス導入手段と前記電子銃と前記プラズマ発生手段とを制御する制御部と、を備え、
前記プラズマ発生手段から放射されたプラズマビームを前記プロセスガス導入手段により前記成膜室内に供給されたプロセスガスに照射してプロセスガスプラズマを形成させ、前記坩堝から発生した蒸発粒子を前記形成されたプロセスガスプラズマで励起させて基板に成膜を行うようにした真空成膜装置において、
前記電子銃に電子ビームを基板に照射して基板のアニールを行う電子ビーム軌道切換え手段を備えたことを特徴とする真空成膜装置。
【請求項４】
前記制御部には、
前記基板に前記蒸着粒子を成膜させる成膜モードと、前記基板に成膜された成膜物に熱を加えアニールするアニールモードとの何れかを選択することができるモード選択部が備えられ、
前記制御部は、前記モード選択部により成膜モードが選択された場合には電子銃からの電子ビームが前記坩堝に照射され、アニールモードが選択された場合には電子ビームが前記基板に照射されるように前記電子ビーム軌道切換え手段を制御することを特徴とする請求項２記載の真空成膜装置。
【請求項５】
前記アニールモードのときに前記基板表面に酸素ガスを供給する酸素ガス導入手段を設けたこと特徴とする請求項３記載の真空成膜装置。
【請求項６】
前記蒸発材料はＩＴＯ材であることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の真空成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等の電極基板に用いられる真空成膜装置の透明極基板の製造方法及び真空成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来の真空成膜装置の構成例を示す図である。図中１は図示しない真空ポンプによって排気される成膜室で、この内部の床面付近には、蒸発材料２を収容した坩堝３と、該坩堝３に電子ビームを照射する電子銃４と、プラズマビームを放射するプラズマ発生装置５が設けられ、前記成膜室１内の上部には、基板ドーム６が設けられている。
【０００３】
なお、該成膜室１の床と、前記坩堝３、前記電子銃４及び前記プラズマ発生装置５は、前記成膜室１に対して電気的に絶縁されている。
【０００４】
前記電子銃４は、図４に示すように、カソード７、アノード８、偏向コイル９、ヨーク１０、走査コイル１１から構成されている。
【０００５】
前記カソード７は、タングステン等の熱電子放出材料からなり、熱電子を出射するものである。前記アノード８は、前記カソード７の前段に配置され、前記カソード７から出射された電子ビームＥＢ１を加速するものである。前記偏向コイル９は、前記ヨーク１０に配置され、所定の電流が流れることにより前記ヨーク１０を励磁させるものである。前記ヨーク１０は、前記電子ビームＥＢ１を坩堝３側に偏向させる磁場を形成するものである。前記走査コイル１１は、前記アノード８と前記ヨーク１０の間に配置され、電子ビームＥＢ１を走査するものである。
【０００６】
そして、前記電子銃４は、電子銃制御電源１２に接続され、該電子銃制御電源１２は、カソード加熱電源１３、加速電源１４、偏向コイル制御電源１５、走査コイル制御電源１６から構成されている。
【０００７】
前記カソード加熱電源１３は、前記カソード７に接続され、熱電子が放出可能な温度まで加熱できるように制御するものである。前記加速電源１４は、前記アノード８と前記カソード７に接続され、該カソード７から出射された電子ビームの加速電圧を制御するものである。前記偏向コイル制御電源１５は、前記偏向コイル９に接続され、前記ヨーク１０が作る磁場によって電子ビームＥＢ１が偏向されるように前記偏向コイル９の励磁電流を制御するものである。
【０００８】
前記走査コイル制御電源１６は、前記走査コイル１１に接続され、該走査コイル１１を電子ビームＥＢ１が蒸発材料上で走査するように制御するものである。なお、前記電子銃制御電源１２は、制御装置に繋がっている。
【０００９】
そして、図３に示すように前記成膜室１内の上部に設けられた基板ドーム６には、複数の基板がセットされ、該基板ドーム６の中心に基板回転機構１７が設けられ、前記成膜室１内の側部には、前記成膜室１内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入管１８が設けられ、該プロセスガス導入管１８に開閉バルブ１９が取り付けられている。
【００１０】
制御装置２０は、前記電子銃制御電源１２の他に、前記プラズマ発生装置５を制御するプラズマ発生装置制御電源２１、前記基板ドーム６を回転させる基板回転機構１７を制御する基板回転制御電源２２、前記開閉バルブ１９を制御するもので、更に入力手段２３に接続されている。
【００１１】
このような構成の真空成膜装置において、図３に示すように、先ず、図示しない排気系で成膜室１内を排気する。その後、制御装置２０からの指令により開閉バルブ１９が開くと、ガスボンベ（図示せず）からプロセスガスがプロセスガス導入管１８を介して成膜室１内に供給される。
【００１２】
このとき、同時に前記制御装置２０から指令によりプラズマ発生装置制御電源２１が前記成膜室１内にプラズマビームを出射するようにプラズマ発生装置５を制御するので、前記成膜室１内に放射されたプラズマビームは、プロセスガスに衝突し、これを励起・イオン化させ、前記成膜室１内に混合ガスプラズマ（またはプロセスガスプラズマと称する）が形成される。
【００１３】
そして、前記制御装置２０からの指令により電子銃制御電源１２は、坩堝３内の蒸発材料２に電子ビームＥＢ１が照射するように電子銃４を制御するので、電子ビームＥＢ１が坩堝３内の蒸発材料２に照射し、該蒸発材料２は加熱され蒸発する。蒸発した蒸発材料は上昇し前記混合ガスプラズマで励起・イオン化され、基板ドーム６にセットされた基板上に堆積し薄膜となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１３４２６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
さて、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ／インジュウム‐スズ酸化物）は、その透明性や電気伝導性から太陽電池，液晶ディスプレイ，イメージセンサー等、広い分野で用いられている。特に、この材料は、高透過率で低抵抗であることが要求されることが多い。そして、このＩＴＯ薄膜を製造する製造装置としては、スパッタリング装置や電子ビーム蒸着装置やプラズマ発生装置を搭載した成膜装置が一般的に用いられる。
【００１６】
このような成膜装置でＩＴＯ薄膜を製造する場合、製造プロセスのトータル時間を短縮するために成膜温度を低温にして、冷却にかかる時間を短くしている。この場合、ＩＴＯ成膜時の温度が約２００℃を下回ると、ＩＴＯの結晶化が不十分となり、ＩＴＯ薄膜は透過率と導電率が悪いものとなってしまう。
【００１７】
そこで、成膜プロセスの後、ＩＴＯ薄膜の結晶化を促進させるポストアニール処理が行われる。例えば、アニール装置で、大気中又は減圧した酸素雰囲気中、数時間、レーザービームを照射するアニールを施し、ＩＴＯ薄膜の結晶化を促進させて、ＩＴＯ薄膜の透過率及び導電率を向上させる処理が行われる。
【００１８】
このような場合、ＩＴＯ製造プロセスにおいて、成膜装置で成膜処理した後、冷却し、該成膜装置からＩＴＯ薄膜基板を取り出し、該ＩＴＯ薄膜基板を別のアニール装置に移して、アニール処理を数時間行った後、再び冷却しなければならないため、タクトタイムが長くなってしまうと言う問題が生じていた。
【００１９】
また、成膜プロセスにおいて、成膜温度の高温化は製造コストを高め、また、成膜処理後のアニール処理で使用するアニール装置も高コストになると言う問題も生じていた。
【００２０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、新規な真空成膜装置の透明電極基板の製造方法及び真空成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の真空成膜方法は、真空室内で坩堝に収納された蒸着材料に電子ビームを照射して該坩堝から蒸発した蒸発粒子を基板に成膜する真空成膜方法において、成膜後、同一真空室内で前記電子ビームを基板上に照射し基板のアニールを行うことを特徴とする特徴とする。
【００２２】
また、本発明の真空成膜装置は、該成膜室内にプロセスガスを導入するプロセスガス導入手段と、蒸着材料が収納された坩堝と、該坩堝に電子ビームを照射する電子銃と、前記成膜室内にプラズマビームを放射するプラズマ発生手段と、前記プロセスガス導入手段と前記電子銃と前記プラズマ発生手段とを制御する制御部とを備え、前記プラズマ発生手段から放射されたプラズマビームを前記プロセスガス導入手段により前記成膜室内に供給されたプロセスガスに照射してプロセスガスプラズマを形成させ、前記坩堝から発生した蒸発粒子を前記形成されたプロセスガスプラズマで励起させて基板に成膜を行うようにした真空成膜装置において、前記電子銃に電子ビームを基板に照射して基板のアニールを行う電子ビーム軌道切換え手段を備えたことを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の真空成膜方法及び真空成膜装置において、複数台の装置を用いることなく、１台の装置で、成膜処理とアニール処理を行うことができるので、結果、タクトタイムを短縮させることができ、生産量を増大させることが可能となる。また、成膜プロセスの低コスト化やアニールプロセスで使用する別装置の削減をすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る真空成膜装置においてアニール処理の構成を示した図である。
【図２】本発明に係る電子銃制御電源の構成を示した図である。
【図３】従来の真空成膜装置の構成を示した図である。
【図４】従来の電子銃及び電子銃制御電源の構成を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る真空成膜装置の構成図である。図中、図３にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００２７】
図１に示す真空成膜装置の構成が図３に示す真空成膜装置の構成と異なる点は、制御装置２０内にモード切換え部５０を設け、そして、図２に示すように電子銃制御電源１２´内の偏向コイル制御電源１５の出力側に電子ビーム軌道切換えスイッチ７０を設けた点である。
【００２８】
前記制御装置２０内のモード切換え部５０からの指令により、装置自体が成膜モードとアニールモードに切り換わるのである。
【００２９】
前記モード切換え部５０とは、入力手段２３からの指示を受けて、基板に成膜を行う成膜モードによる制御と、成膜された基板をアニールするアニールモードによる制御とを切り換えることができるものである。
【００３０】
成膜モード時には、前記電子ビーム軌道切換スイッチ７０等により電子銃４から出射された電子ビームが坩堝３内の蒸発材料２に照射され、該坩堝３内の前記蒸発材料２が加熱され蒸発し、この蒸発粒子を混合ガスプラズマと反応させて基板の成膜処理が行われる。
【００３１】
そして、アニールモード時には、前記電子ビーム軌道切換スイッチ７０等により前記電子銃４から出射された電子ビームが基板ドーム６の成膜された基板に照射され、基板に熱が加わり加熱されることで基板のアニール処理が行われる。
【００３２】
なお、アニールモード時に、前記成膜室１内の基板ドーム６の基板上に向けて酸素ガスを噴きかけるようにアニール用ガス導入管８０が設けられ、該アニール用ガス導入管８０には、制御装置２０からの指令により開閉するアニール用開閉バルブ８１が取り付けられている。
【００３３】
このような構成の真空成膜装置において、先ず、成膜処理の動作について説明する。なお、ここで使用する蒸発材料２は、ＩＴＯ材とする。
【００３４】
入力手段２３により成膜モードを選択すると、制御装置２０のモード切換え部５０は、成膜モードに切換えるため、成膜用開閉バルブ１９、電子銃制御電源１２´、プラズマ発生装置電源２１、基板回転機構制御電源２２に指令を送る。
【００３５】
前記制御装置２０からの指令により、前記成膜用開閉バルブ１９が開きガスボンベ（図示せず）からプロセスガスがプロセスガス導入管１８を介して成膜室１内に供給され、前記電子銃制御電源１２´は電子ビームを所定の加速電圧及び電流密度になるように設定し、該電子ビームを坩堝３内に照射するように電子銃４を制御し、前記プラズマ発生装置制御電源２１はプラズマビームを前記成膜室１内に放射させるように前記プラズマ発生装置５を制御し、前記基板回転機構制御電源２２は、基板ドーム６を回転させる基板回転機構１７を制御するので、前記プラズマ発生装置５からのプラズマビームは前記成膜室１内に満たされたプロセスガスに衝突し、それらを励起・イオン化させ、前記成膜室１内に混合ガスプラズマ（またはプロセスガスプラズマと称する）が形成される。
【００３６】
一方、前記電子銃４からの電子ビームＥＢ１は、前記坩堝３内のＩＴＯ材２に照射し、該坩堝３内のＩＴＯ材２が加熱され蒸発する。蒸発したＩＴＯ材２は、上昇し、前記混合ガスプラズマで励起・イオン化され、一定の速度で回転している基板ドーム６の基板上に堆積し薄膜状となる。
【００３７】
ところで、この基板及び堆積物の温度が２００度以下の場合、基板上に成膜されたＩＴＯの結晶化が不十分である。この時のＩＴＯ薄膜は、例えば、ＩＴＯの膜厚が１５０ｎｍのとき、ＩＴＯの体積抵抗率が１．４〜２．７×１０−３Ω・ｃｍ、波長４５０ｎｍにおいて７〜８％の吸収量となり、やや黄色がかった色となり、全光線透過率も８０％以下となる。
【００３８】
このとき、基板上に成膜されたＩＴＯ材の結晶化を促進させ、電気伝導度や透明性を向上させるために基板のアニール処理を行う。本発明では、成膜装置内の材料の蒸発に用いている電子銃４からの電子ビームを使用して、基板のアニール処理を行うものである。
【００３９】
次に、基板のアニール処理について説明する。先ず、入力手段２３によりアニールモードを選択すると、制御装置２０内のモード切換え部５０は、アニールモードに切換えるため、アニール用開閉バルブ８１、電子銃制御電源１２´、基板回転機構制御電源２２と成膜用開閉バルブ１９、プラズマ発生装置制御電源２１に指令を送る。
【００４０】
すると、その内、前記プラズマ発生装置制御電源２１はオフ状態になり成膜室１内へのプラズマビームの放射が停止し、前記成膜用開閉バルブ１９は閉状態となりガスボンベ（図示せず）からプロセスガスの供給が停止する。
【００４１】
これら以外は、前記制御装置２０からの指令により、前記アニール用開閉バルブ８１が開き、ガスボンベ（図示せず）から酸素ガスがアニール用ガス導入管８０を介して前記基板ドーム６の基板上に供給され、前記電子銃制御電源１２´は、ＩＴＯの結晶化に適した加速電圧及び電流密度の電子ビームを出射できるようにカソード加熱電源１３と加速電源１４を制御し、前記電子銃４からの電子ビームが前記基板ドーム６に向かうように電子ビーム軌道切換えスイッチ７０にオフ状態にする信号が送られ、前記偏向コイル９に流れる励磁電流が遮断され、そして、前記基板回転機構制御電源２２は、前記基板ドーム６を回転させる前記基板回転機構１７を制御するので、前記電子銃４から出射された電子ビームＥＢ２は、前記ヨーク１０からの磁場の影響で偏向されることなく、前記成膜室１内の上方の前記基板ドーム６に向かい、前記基板上のＩＴＯ膜に直接照射する。
【００４２】
該基板ドーム６は、一定の速度で回転しながら、前記走査コイル１１により電子ビームＥＢ２が前記基板ドーム６の中心から端まで走査し、基板上のＩＴＯ膜は、前記電子ビームＥＢ２の照射により加熱され、ＩＴＯが結晶化される。
【００４３】
このときのＩＴＯが結晶化する電子ビームの照射条件は、単位面積当たりの照射電流密度が３００μＡ／ｃｍ２から７００μＡ／ｃｍ２の範囲内、単位面積当たりの照射時間は１０秒から１５秒以内である。そして、この電子ビームの照射電流密度とは、電子ビームの照射電流と電子ビームが走査する面積によって決まるものである。
【００４４】
そして、前記基板ドーム６にセットされた全ての基板について電子ビームによるアニール処理が完了すると、前記基板ドーム６の冷却を待って、前記成膜室１から前記基板ドーム６を取り出す。
【００４５】
このときの基板のＩＴＯ薄膜は、アニール処理前の体積抵抗率が１．４〜２．７×１０−３Ω・ｃｍであったものが、６．０×１０−４Ω・ｃｍ以下となり、光学的吸収も波長４５０ｎｍで７〜８％の吸収量であったものが、３．０％以下の吸収量となるため、導電性が良く、かつ、透明性の良いＩＴＯ薄膜となる。
【００４６】
このようにＩＴＯ製造プロセスにおいて、複数台の装置を用いなくても、一台の成膜装置で基板の成膜処理とアニール処理とを行うことができるので、タクトタイムを大幅に短縮することができ、生産量を増大させることが可能となる。また、成膜プロセスの低コスト化やアニールプロセスで使用する別装置の削減をすることができる。
【００４７】
なお、前記実施例において、前記アニール用ガス導入管８０から噴き出す酸素ガス量は、ＩＴＯ薄膜の酸化の度合いに応じて流量が切り替わる流量調整手段がアニール用ガス導入管８０に設けられ、前記制御装置２０からの指令により流量調整ができるものである。
【００４８】
また、アニール処理時、電子ビームの加速電圧は、成膜された成膜物の膜厚と電子ビームの侵入深さに基づいて決められ、例えば、蒸発材料がＩＴＯ材の場合、膜厚１５０ｎｍの場合は、電子ビームの加速電圧が４ｋＶに設定され、膜厚２２０ｎｍの場合には、電子ビームの加速電圧が７ｋＶに設定されることが好ましい。
【００４９】
また、アニール処理時、単位面積当たりの電子ビームの照射時間は１０秒から１５秒以内と説明したが、電子ビームの電流密度を上げて照射時間を更に短くさせることも可能である。
【００５０】
また、アニール処理時、前記基板ドーム６の全てにセットされた基板において、単位面積当たりの電子ビームの照射電流密度が同じになるように、例えば、前記基板ドーム６の回転中心側と基板ドーム縁側で異なる回転速度の違いを考慮に入れて、走査コイル制御電源１６が自動的に電子ビームＥＢ２の走査波形を作成するようにしても良い。
【００５１】
また、前記実施例では、プラズマ発生装置を搭載した真空成膜装置を例に挙げて説明したが、本発明はプラズマ発生装置を搭載しない電子ビーム蒸着装置についても適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１：成膜室、２：蒸発材料、ＩＴＯ材、３：坩堝、４：電子銃、５：プラズマ発生装置、６：基板ドーム、７：カソード、８：アノード、９：偏向コイル、１０：ヨーク、１１：走査コイル、１２、１２´：電子銃制御電源、１３：カソード加熱電源、１４：加速電源、１５：偏向コイル制御電源、１６：走査コイル制御電源、１７：基板回転機構、１８：プロセスガス導入管、１９：開閉バルブ、２０：制御装置、２１：プラズマ発生装置制御電源、２２：基板回転機構制御電源、２３：入力手段、５０：モード切換え部、７０：電子ビーム軌道切換えスイッチ、８０：アニール用ガス導入管、８１：アニール用ガス開閉バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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