JP2002339061A

JP2002339061A - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JP2002339061A
Application number: JP2001146345A
Authority: JP
Inventors: Hideo Iwase; 秀夫岩瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】電気抵抗率が低い薄膜を基板上に均一に形成
する。【解決手段】対向ターゲット法スパッタリング装置
は、互いに対向配置された一対のターゲット２ａ，２ｂ
と、ターゲット２ａ，２ｂに挟まれた空間に磁場を発生
させる磁場発生手段（不図示）と、その空間に対向する
位置に配置された基板４とを有し、ターゲット２ａ，２
ｂと基板４との間に電場を発生させてプラズマを発生さ
せるとともに、上記空間に磁場を発生させてプラスマを
保持することによってターゲット２ａ，２ｂから生じた
スパッタリング粒子を基板４上に堆積させることによ
り、基板４上に薄膜を形成する。この装置を用いた薄膜
形成方法において、隙間を有する防着板８を上記空間と
基板４との間に設置し、上記空間から防着板８の隙間を
通って基板４上に飛来してきたスパッタリング粒子のみ
を基板４上に堆積させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対向ターゲット法
スパッタリングにより基板上に薄膜を形成する薄膜形成
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶ディスプレイの透明電極
として、錫をドープした酸化インジウム薄膜（ＩＴＯ薄
膜）が盛んに使用されている。通常、このような薄膜
は、結晶化を促進させるために、２００℃以上に加熱し
たガラス基板上にプレーナ・マグネトロンスパッタ法に
より作製されるか、もしくは、非加熱状態でガラス基板
上に成膜した後に２００℃以上でアニールすることによ
り作製される。これにより、電気抵抗率が２×ｌ０^-4Ω
・ｃｍ以下のＩＴＯ膜を基板上の広い領域に形成するこ
とができる。

【０００３】近年、ガラス基板以外のものとして、例え
ばプラスティック基板や有機薄膜等の上に、ＩＴＯ薄膜
を直接成膜する研究が盛んに行なわれている。ＩＴＯ薄
膜が設けられたプラスティック基板を、従来のガラス基
板のものに代えて液晶ディスプレイに使用することによ
り、このような液晶ディスプレイを備えたノート型パソ
コンなどの電子機器を軽量化することができる。

【０００４】また、近年では、有機発光体を利用した有
機ＥＬディスプレイが広く知られている。有機ＥＬディ
スプレイは、液晶ディスプレイに比べて高輝度、高コン
トラスト、広視野角、応答速度が速い等の利点を有する
ものである。この有機ＥＬディスプレイにも透明電極と
してＩＴＯ膜が用いられており、現状では、有機ＥＬデ
ィスプレイの製造工程において、ＩＴＯ膜上に有機材料
層が成膜されている。しかし、有機材料層上にＩＴＯを
直接成膜することができれば、ＩＴＯ膜の成膜工程と有
機材料層の成膜工程との順番を入れ替えることができ、
より高性能の有機ＥＬディスプレイを製造することが可
能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラス
ティック基板や有機材料は耐熱温度が１００℃以下であ
るため、ＩＴＯをスパッタ法で成膜する際に、ＩＴＯの
結晶化に必要な２００℃以上に基板を加熱することがで
きない。また、同様の理由で、ＩＴＯの成膜後にアニー
ル処理を施してＩＴＯを結晶化させることもできない。

【０００６】一方、基板を加熱せずに常温で成膜した場
合のＩＴＯ薄膜は、アモルファス状態にある。アモルフ
ァス状態のＩＴＯ薄膜は、プレーナ・マグネトロンスパ
ッタ法を用いて最適酸素分圧状態により成膜しても、１
０^-3Ω・ｃｍオーダーの抵抗率しか得ることができな
い。また、基板上での抵抗率の分布も５０％近くあり、
結晶化させた場合と比較して非常に大きい。これらの現
象は、アモルファスＩＴＯを実用化して行く上で、大き
な障害となっていた。

【０００７】図７は、プレーナ・マグネトロンスパッタ
法を使用して、基板加熱を用いたり基板加熱を行なわず
に基板上にアモルファスＩＴＯを成膜する装置の構成を
示す図である。

【０００８】図７に示すように、このプレーナ・マグネ
トロンスパッタ法を行う装置の構成では、ＤＣ電源が接
続されたターゲット１０２が、基板１０４に並行に配置
されている。また、基板１０４の表面に平行な一方向を
Ｘ方向とし、ターゲット１０２の中央に対向する基板１
０４の位置を座標原点としている。本発明者は、このよ
うな構成の装置を用いて種々の検討を重ねた結果、プレ
ーナ・マグネトロンスパッタ法を使用して、基板加熱を
用いたり基板加熱を行なわずにアモルファスＩＴＯを成
膜した場合、基板の位置によって抵抗値が著しく異なる
ことを知得した。

【０００９】図８は、プレーナ・マグネトロンスパッタ
法によりアモルファスＩＴＯが成膜された基板上の電気
抵抗率の分布を示すグラフである。図８からわかるよう
に、基板上で最も抵抗値の抵い部分では抵抗率が約５×
１０^-4Ω・ｃｍであるにも関わらず、抵抗率の高い部分
の抵抗率は２×１０^-2Ω・ｃｍ以上である。

【００１０】また、本発明者は、いわゆるインラインス
パッタ法により基板を搬送させながら膜厚を均一にする
ようにアモルファスＩＴＯを成膜した場合でも、抵抗率
が１×１０ー³Ω・ｃｍとなってしまい、その分布も非常
に大きくなってしまうことを知得した。

【００１１】そこで本発明は、例えば非加熱製法によっ
て基板上にアモルファスＩＴＯ薄膜を形成するような場
合であっても、電気抵抗率が低い薄膜を基板上に均一に
形成することができる薄膜形成方法を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の薄膜形成方法は、一定の間隔をおいて互い
に対面するように設置された一対のターゲットと、該一
対のターゲットに挟まれた空間に、前記ターゲットの表
面に対して垂直な磁場を発生させる磁場発生手段と、前
記空間に対向する位置に配置された基板とを有する対向
ターゲット法スパッタリング装置を用い、前記一対のタ
ーゲットと前記基板との間に電場を発生させてプラズマ
を発生させるとともに、前記空間に磁場を発生させて前
記プラスマを保持することによって前記ターゲットから
生じたスパッタリング粒子を前記基板上に堆積させるこ
とにより、前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法に
おいて、隙間を有する防着板を前記空間と前記基板との
間に設置し、前記空間から前記隙間を通って前記基板上
に飛来してきた前記スパッタリング粒子のみを前記基板
上に堆積させることを特徴とする。

【００１３】ターゲットに挟まれた空間から基板に飛来
するスパッタリング粒子のうち、ターゲットの近傍から
飛来するスパッタリング粒子によって形成される薄膜
は、電気抵抗率が高く、そのばらつきが大きい。そのた
め、上記本発明の薄膜形成方法により、ターゲットに挟
まれた空間から基板に飛来するスパッタリング粒子のう
ち、ターゲットの近傍から飛来するスパッタリング粒子
を防着板で遮り、ターゲット間の中央領域から飛来する
スパッタリング粒子のみによって基板上に薄膜を形成す
ることにより、例えば非加熱製法によって基板上にアモ
ルファスＩＴＯ薄膜を形成するような場合であっても、
電気抵抗率が低い薄膜を基板上に均一に形成することが
可能になる。

【００１４】さらに、前記隙間を前記一対のターゲット
同士の間隔よりも狭く形成し、前記基板から前記一対の
ターゲットに向かう方向に関して前記隙間が前記空間と
重なるように前記防着板を配置する構成としてもよい。

【００１５】また、前記対向ターゲット法スパッタリン
グ装置は、前記基板が前記空間に対向する位置を通過す
るように前記基板を搬送する搬送手段を備えており、前
記ターゲットは、前記基板に平行な平面内において前記
基板の搬送方向に対して垂直な方向に関する長さ成分
が、該垂直な方向における前記基板の長さよりも長く形
成されている構成としてもよい。この構成によれば、搬
送手段によって基板を搬送させながら基板上にスパッタ
リング粒子を堆積させることにより、基板の大きさがタ
ーゲット間の空間よりも大きい場合であっても、基板の
表面に低抵抗率の薄膜を均一に形成することが可能にな
る。

【００１６】さらに、前記基板を前記ターゲットの表面
に対して垂直な方向に搬送する構成としてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１８】図１は、本発明の薄膜製造方法に用いられ
る対向ターゲット法スパッタリング装置の一実施形態に
係る基本的な構成を示す図である。

【００１９】図１に示すように、本実施形態に係る対向
ターゲット法スパッタリング装置は、内部を真空に保持
できる真空チャンバー１内に、一定の間隔をおいて互い
に対面するように設置された一対のターゲット２ａ，２
ｂと、両ターゲット２ａ，２ｂに挟まれた空間に、ター
ゲット２ａ，２ｂの表面に対して垂直な磁場を発生させ
る磁場発生装置３ａ，３ｂと、両ターゲット２ａ，２ｂ
の間に挟まれた空間の下方の、該空間に対向する位置に
配置された基板４とが備えられている。各ターゲット２
ａ，２ｂには、ＤＣ電源７がそれぞれ接続されている。

【００２０】また、真空チャンバー１の上部には、チャ
ンバー１内を排気して真空にする真空排気装置５と、真
空チャンバー１内にスパッタリングガスを導入するスパ
ッタリングガス導入装置６とが設けられている。さら
に、真空チャンバー１は接地されている。

【００２１】このように構成された装置では、まず、真
空排気装置５で真空チャンバー１内を排気した後に、ス
パッタリングガス導入装置６から真空チャンバー１内に
スパッタリングガスを導入し、真空チャンバー１内をス
パッタリングガス雰囲気にする。そして、このスパッタ
リングガス雰囲気中で、各々のＤＣ電源７からターゲッ
ト２ａ，２ｂに直流電力を供給するとともに、磁場発生
装置３ａ，３ｂによってターゲット２ａ，２ｂ間に磁場
を発生させ、両ターゲット２ａ，２ｂの間に挟まれた空
間内にプラズマを収束させることによってターゲット２
ａ，２ｂから生じたスパッタリング粒子を基板４上に堆
積させることにより、基板４上に薄膜を形成する。

【００２２】図２は、図１に示した装置におけるターゲ
ットと基板との位置関係を示す概略平面図であり、図１
に示した基板を上方から見た状態を示している。なお、
図２においては、図１に示した装置における磁場発生装
置３ａ，３ｂや真空チャンバー１等の構成の図示は省略
している。

【００２３】図２において、互いに対面するターゲット
２ａ，２ｂの中央を基板４上に投影した位置を原点Ｏと
し、ターゲット２ａ，２ｂの表面に対して垂直な方向を
Ｘ方向とし、基板４に平行な平面内においてターゲット
２ａ，２ｂの表面に平行な方向をＹ方向とした。なお、
本実施形態では、ターゲット２ａ，２ｂは直径７５ｍｍ
の円形に形成されており、基板４とターゲット２ａ，２
ｂの中心との距離は約８０ｍｍである。

【００２４】図３および図４は、図１に示した装置によ
って基板上に形成された薄膜の電気抵抗率を示すグラフ
である。図３における横軸の「測定位置Ｙ」は図２に示
した原点ＯからのＹ方向の位置に一致し、図４における
横軸の「測定位置Ｘ」は図２に示した原点ＯからのＸ方
向の位置に一致している。

【００２５】図３からわかるように、図１に示した装置
によって基板上に形成された薄膜は、ターゲット２ａ，
２ｂの表面に平行な方向であるＹ方向（図２参照）で
は、その測定範囲の全域にわたって、電気抵抗率が約５
×１０^-4Ω・ｃｍで一定である。また、図４からわかる
ように、この薄膜は、ターゲット２ａ，２ｂの表面に対
して垂直な方向であるＸ方向（図２参照）では、プレー
ナ・マグネトロン法により形成した薄膜の電気抵抗率
（図８参照）と比べて、電気抵抗率が低い領域が広くな
っている。より具体的には、図４に示すように、薄膜の
Ｘ方向に関する電気抵抗率は、測定範囲の原点Ｏから少
なくとも±３０ｃｍの範囲において約５×１０ー⁴Ω・ｃ
ｍと低い値で一定している。

【００２６】以上のことから、図１に示した構成の対向
ターゲット法スパッタリング装置では、ターゲット２
ａ，２ｂに挟まれた空間と基板４との間の、電気抵抗率
が比較的高い膜の成膜が行われる領域に、基板４にスパ
ッタリング粒子が付着するのを防ぐ防着板を設けること
により、基板４上の充分に広い領域に電気抵抗率が低い
薄膜を均一に形成することが可能となる。たとえば上述
の場合において、図２に示すＸ方向に関して原点Ｏから
±３０ｃｍ以内の領域にのみ隙間が空いており、図２に
示すＹ方向に関して少なくともターゲット２ａ，２ｂと
同じ長さを有する防着板を、ターゲット２ａ，２ｂと基
板４との間に配置することにより、Ｘ方向およびＹ方向
に電気抵抗率が一定して低い薄膜を基板４上に形成する
ことができる。

【００２７】

【実施例】（第１の実施例）図５は、本発明の薄膜形成
方法に用いられる対向ターゲット法スパッタリング装置
の第１の実施例を示す概略構成図である。なお、図５に
おいては、図１に示した真空排気装置５やスパッタリン
グガス導入装置６の図示は省略している。

【００２８】図５に示す装置では、ターゲット２ａ，２
ｂの間に挟まれた空間の下方および上方に、基板４がそ
れぞれ配置されている。また、各ターゲット２ａ，２ｂ
には各ＤＣ電源７の負極がそれぞれ接続されており、各
ターゲット２ａ，２ｂはカソード（陰極）として機能し
ている。

【００２９】さらに、ターゲット２ａ，２ｂの間に挟ま
れた空間と各基板４との間には、隙間を有し該空間と各
基板４との間の一部を遮る防着板８が設置されている。
換言すれば、防着板８の隙間は、ターゲット２ａ，２ｂ
の間隔よりも狭く、基板４からターゲット２ａ，２ｂに
向かう方向（図示の上方向）に関して上記空間と重なる
ようにされている。

【００３０】各基板４上での薄膜の成膜は、ターゲット
２ａ，２ｂの間に挟まれた空間から防着板８の隙間を通
り抜けて各基板４上に飛来するスパッタ粒子により行わ
れる。基板４上における、電気抵抗率が比較的高い膜の
成膜が行われる領域は、カソードすなわちターゲット２
ａ，２ｂの近傍から飛来してくるスパッタリング粒子に
よって成膜が行われる領域である。そのため、本実施例
では、ターゲット２ａ，２ｂの間に挟まれた空間のう
ち、ターゲット２ａ，２ｂの近傍から基板４に飛来して
くるスパッタリング粒子は防着板８で遮り、その空間の
中央領域から飛来してくるスパッタリング粒子のみが防
着板８の隙間を通り抜けるように、防着板８を配置して
いる。

【００３１】これにより、基板４上に高抵抗率の薄膜が
形成されることが防止され、電気抵抗率が約５×１０^-4
Ω・ｃｍと一定して低い薄膜を基板４上に形成すること
ができた。

【００３２】（第２の実施例）図６は、本発明の薄膜形
成方法に用いられる対向ターゲット法スパッタリング装
置の第２の実施例を示す概略構成図である。図６は、本
実施例の装置におけるターゲットと基板との位置関係を
示す概略平面図であり、これらを斜め上方から見た状態
を示している。なお、図６においては、図１に示した真
空チャンバー１、真空排気装置５、およびスパッタリン
グガス導入装置６の図示は省略している。

【００３３】図６に示す装置には、基板４がターゲット
２ａ，２ｂの間に挟まれた空間に対向する位置を通過す
るように基板４を搬送する不図示の搬送手段が備えられ
ている。また、各ターゲット２ａ，２ｂには各ＤＣ電源
７の負極がそれぞれ接続されており、各ターゲット２
ａ，２ｂはカソード（陰極）として機能している。

【００３４】さらに、ターゲット２ａ，２ｂの間に挟ま
れた空間の下方には、基板４がこの空間に対向する位置
に搬送されたときに該空間と基板４との間の一部を遮る
防着板８が設置されている。これにより、基板４上の薄
膜の成膜は、ターゲット２ａ，２ｂの間に挟まれた空間
から防着板８の隙間を通り抜けて基板４上に飛来するス
パッタ粒子により行われる。

【００３５】また、図６に示す装置では、ターゲット２
ａ，２ｂは、図示Ｙ方向の長さ成分が基板４の図示Ｙ方
向の長さよりも長くなるように形成されている。さら
に、ターゲット２ａ，２ｂと基板４とは、基板４がター
ゲット２ａ，２ｂ間の空間の下方に搬送されたときに、
基板４がターゲット２ａ，２ｂの図示Ｙ方向の両端の間
の範囲内に位置するように配置されている。そのため、
基板４がターゲット２ａ，２ｂ間の空間の下方に搬送さ
れた状態では、Ｙ方向に関して基板４上の全面に薄膜が
均一に形成される。また、基板４をターゲット２ａ，２
ｂの表面に対して垂直な方向であるＸ方向に等速度で搬
送させることにより、Ｘ方向に関しても、基板４上に薄
膜が均一に形成される。このように、基板４がターゲッ
ト２ａ，２ｂ間の空間の下方を走査されるように基板４
を搬送することにより、基板４の大きさがターゲット２
ａ，２ｂ間の空間よりも大きい場合であっても、基板４
の表面に低抵抗率の薄膜を均一に形成することができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜形成
方法は、隙間を有する防着板をターゲット間の空間と基
板との間に設置し、その空間から防着板の隙間を通って
基板上に飛来してきたスパッタリング粒子のみを基板上
に堆積させるので、例えば基板上にアモルファスＩＴＯ
薄膜を非加熱製法によって形成するような場合であって
も、電気抵抗率が低い薄膜を基板上に均一に形成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜製造方法に用いられる対向ターゲ
ット法スパッタリング装置の一実施形態に係る基本的な
構成を示す図である。

【図２】図１に示した装置におけるターゲットと基板と
の位置関係を示す概略平面図である。

【図３】図１に示した装置によって基板上に形成された
薄膜の電気抵抗率を示すグラフである。

【図４】図１に示した装置によって基板上に形成された
薄膜の電気抵抗率を示すグラフである。

【図５】本発明の薄膜形成方法に用いられる対向ターゲ
ット法スパッタリング装置の第１の実施例を示す概略構
成図である。

【図６】本発明の薄膜形成方法に用いられる対向ターゲ
ット法スパッタリング装置の第２の実施例を示す概略構
成図である。

【図７】プレーナ・マグネトロンスパッタ法を使用し
て、基板加熱を用いたり基板加熱を行なわずに基板上に
アモルファスＩＴＯを成膜する装置の構成を示す図であ
る。

【図８】プレーナ・マグネトロンスパッタ法によりアモ
ルファスＩＴＯが成膜された基板上の電気抵抗率の分布
を示すグラフである。

【符号の説明】

１真空チャンバー２ａ，２ｂターゲット３ａ，３ｂ磁場発生装置４基板５真空排気装置６スパッタリングガス導入装置７ＤＣ電源８防着板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定の間隔をおいて互いに対面するよう
に設置された一対のターゲットと、該一対のターゲット
に挟まれた空間に、前記ターゲットの表面に対して垂直
な磁場を発生させる磁場発生手段と、前記空間に対向す
る位置に配置された基板とを有する対向ターゲット法ス
パッタリング装置を用い、前記一対のターゲットと前記基板との間に電場を発生さ
せてプラズマを発生させるとともに、前記空間に磁場を
発生させて前記プラスマを保持することによって前記タ
ーゲットから生じたスパッタリング粒子を前記基板上に
堆積させることにより、前記基板上に薄膜を形成する薄
膜形成方法において、隙間を有する防着板を前記空間と前記基板との間に設置
し、前記空間から前記隙間を通って前記基板上に飛来し
てきた前記スパッタリング粒子のみを前記基板上に堆積
させることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】前記隙間を前記一対のターゲット同士の
間隔よりも狭く形成し、前記基板から前記一対のターゲ
ットに向かう方向に関して前記隙間が前記空間と重なる
ように前記防着板を配置する、請求項１に記載の薄膜形
成方法。
【請求項３】前記対向ターゲット法スパッタリング装
置は、前記基板が前記空間に対向する位置を通過するよ
うに前記基板を搬送する搬送手段を備えており、前記ターゲットは、前記基板に平行な平面内において前
記基板の搬送方向に対して垂直な方向に関する長さ成分
が、該垂直な方向における前記基板の長さよりも長く形
成されている、請求項１または２に記載の薄膜形成方
法。
【請求項４】前記基板を前記ターゲットの表面に対し
て垂直な方向に搬送する、請求項３に記載の薄膜形成方
法。