JP2004315250A

JP2004315250A - スパッタリング法による成膜方法

Info

Publication number: JP2004315250A
Application number: JP2003107775A
Authority: JP
Inventors: Masaji Onishi; 正司大西
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】スパッタリング法による成膜方法において、基板を予め洗浄する手段として、有機溶剤による脱脂洗浄と純水洗浄を組み合わせた洗浄では、乾燥工程が必要となり、大気中を浮遊している有機物が付着することを防ぐのは困難であった。
【解決手段】マグネトロンスパッタリング法による成膜方法において、３０〜１００容積％の酸素ガスと、０〜７０容積％の窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスの中から選ばれる１種以上のガスとからなり、酸素ガスのプラズマ気体を発生させ、該酸素プラズマを用いて基板の表面に付着した有機系物質の汚れを除去する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に、マグネトロンスパッタリング法（以下スパッタリング法という）を用いて成膜する成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の外壁の開口部に採用されている多くの高性能熱線反射ガラスは、一般的にステンレス鋼等の金属膜や窒化チタン等の窒化物を基板にスパッタリング法で成膜されている。
【０００３】
通常スパッタリング法による成膜方法は、低温で成膜できるので、ガラス基板やプラスチックフィルムに成膜する場合、ガラス基板やプラスチックフィルムにダメージを与えない。しかし、ガラス基板やプラスチックフイルムの表面に付着している有機物の汚れにより、成膜する膜とガラス基板あるいはプラスチックフィルムとの接着強度や膜自体の強度が著しく劣下するため、金属の膜や窒化物の膜を成膜すると、ピンホールと呼ばれる膜の剥離が生じる。この剥離は、製品の外観を非常に劣るものとするため、商品価値が無くなってしまう。
【０００４】
そのため、スパッタリング法を用いて金属や窒化物の膜を成膜しようとするガラス基板やプラスチックフィルムは、成膜する前に、非常に高性能の洗浄設備を用いて洗浄する必要がある。
【０００５】
例えば、ガラス基板をイソプロピルアルコールで脱脂洗浄し、さらに、純粋洗浄した後、窒素ブロ−で乾燥することが知られている（特許文献１）。
【０００６】
また、酸素プラズマによりガラス基板の表面を清浄化処理する方法が知られている（特許文献２）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１２３３８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−９７１５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
スパッタリング法による成膜方法において、基板を予め洗浄する手段として、有機溶剤による脱脂洗浄と純水洗浄を組み合わせた洗浄では、乾燥工程が必要となり、大気中を浮遊している有機物が付着することを防ぐのは困難であった。さらに、純水で洗浄する場合は、高純度の純水が要求される。
【０００９】
また、酸素プラズマで基板表面を洗浄する方法は、基板にガラス板を用いる場合には、基板の表面をエッチングし、平滑表面を粗面化してしまうという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の成膜方法は、マグネトロンスパッタリング法による成膜方法において、３０〜１００容積％の酸素ガスと、０〜７０容積％の窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスの中から選ばれる１種以上のガスとからなり、酸素ガスのプラズマ気体（以下酸素プラズマと呼ぶ）を発生させ、該酸素プラズマを用いて基板の表面に付着した有機系物質の汚れを除去することを特徴とする成膜方法である。
【００１１】
また、本発明の成膜方法は、前記成膜方法において、酸素プラズマ発生時のターゲットに、酸化により透明誘電体となる金属を用い、基板上に透明誘電体膜が成膜されることを特徴とする成膜方法である。
【００１２】
また、本発明の成膜方法は、前記成膜方法において、金属が、周期律表のＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＩ、ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ族の中から選ばれる１種以上の金属であることを特徴とする成膜方法である。
【００１３】
また、本発明の成膜方法は、前記成膜方法において、酸素プラズマ発生時に成膜される透明誘電体の膜厚が０．３〜５．０ｎｍであることを特徴とする成膜方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
スパッタリング装置において、平板タイプのカソード、シリンドリカルマグネトロンと呼ばれる円筒形のカソード、ツインマグネトロンまたはデュアルマグネトロンと呼ばれる２つの平板タイプのカソードが対となったカソ−ドを用いることができる。
【００１５】
図１は、本発明の成膜方法に用いるスパッタリング装置の概略を、模式的に示す図である。
【００１６】
スパッタリング装置の電源３には、ＤＣ（直流）、ＲＦ（交流）、ＭＦ（中周波数）、パルス電源等を用いることができる。
【００１７】
本発明の成膜方法において、酸素プラズマの発生には、圧力、プラズマスペクトルを測定しながら、電力の供給とガスの供給とを調整できる制御装置（図示せず）等を用いて制御を行うことが望ましい。
【００１８】
成膜を行う基板２として、ガラス、セラミック、無機フイルム、有機フイルム等を、好適に用いることができる。
【００１９】
電源装置３と給電線１３により、アノード５、５′とターゲット４の間に電圧を印加する。ターゲット４はターゲット保持具１２によって保持され、アノード５，５′に対するカソードとなる。
【００２０】
タ−ゲット４には、周期律表のＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＩ、ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ族のなかから１種以上の金属を選択して用いる。
【００２１】
さらに、前記、金属のタ−ゲット４には、酸素プラズマの発生量が多く、酸素プラズマを用いる洗浄を効果的にする、Ｔｉ、Ｔａ、Ｓｉから選んで用いることが好ましい。
【００２２】
酸素プラズマを発生させるときに、真空チャンバー１内には、ガスボンベ６，７，８からガス供給管１０を通してガスを供給する。
【００２３】
供給するガスは、酸素ガスと、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスの中から選択されるガスであることが望ましい。
【００２４】
前記ガスの供給量は、バルブ９により調整し、酸素ガスが３０〜１００容積％である雰囲気で酸素プラズマ状態にし、該酸素プラズマを用いて基板の清浄を行う。
【００２５】
酸素ガスが３０容積％より少なくなると、酸素プラズマも少なくなり、十分な洗浄の効果が期待できなくなる。また、酸素ガスは、１００容積％でもよいが、１００容積％に近いと、ターゲット表面が酸化されて電気抵抗が高くなるので、酸素ガスを酸素ガス以外のガスで希釈することが望ましい。希釈に用いるガスとして、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスの中から選ぶことが望ましい。
【００２６】
酸素プラズマの増加による効果的な洗浄速度を考慮すると、希釈された後の酸素ガスは、４０〜８０容積％の範囲とすることがより好ましく、さらに、ターゲット表面の酸化防止による電力の安定化のために、望ましくは、４０〜５０容積％とするほうがよい。
【００２７】
なお、図１の電磁石１１、１１′は磁場を発生させ、ターゲットから放出される金属のマイナスイオンおよび電子を基板２の方向に放出させる。
【００２８】
本発明の酸素プラズマによる基板表面の洗浄は、酸素プラズマを用いて基板の表面に付着した有機系の汚れを除去するときに、基板の表面に酸化金属膜からなる透明誘電体を形成するので、その上に成膜される金属膜あるいは窒化物膜と基板との密着性が強くなり、金属膜、窒化物膜を成膜する場合に大きな効果がある。
【００２９】
また、本発明の成膜方法において、基板表面に付着した有機物等の汚れを酸素プラズマにより酸化し表面をクリーニングすると共に基板表面を活性化させるので、基板に成膜される金属や窒化物等の膜強度が向上する。
【００３０】
図２は、本発明の成膜方法における、酸素プラズマの発生と基板表面の汚れを除去するメカニズムを模式的に表す図である。
【００３１】
真空チャンバ−１に最適な量の酸素分子２１を供給し、真空チャンバ−１内のアノード５、５′とターゲット４との間に電圧を印加すると、ターゲット４からアノード５、５′に移動する電子２０が酸素分子２１に衝突し、酸素のプラスイオン２２となり、酸素プラズマが発生する。すなわち、酸素プラズマは、真空に近い状態において、酸素のプラスイオン２２として存在する。
【００３２】
該酸素のプラスイオン２２は、非常に活性であり、基板２に付着した有機物２３を容易に酸化（燃焼）し、気化する。気化された有機物は真空チャンバ−１の外に直ちに除去され、基板２に再付着することはない。また酸素のプラスイオン２２は、高分子でなる非常に除去の困難な有機物についても、清浄が可能である。
【００３３】
さらに、酸素のプラスイオン２２はカソ−ドに用いている金属のターゲット４に衝突し、基板２にターゲット４の金属酸化物が透明誘電体膜（図示せず）として積層される。この積層された透明誘電体膜は、その後に成膜する金属膜あるいは窒化物膜と基板２との間の密着性を強いものにするという効果を有する。
【００３４】
この金属酸化物でなる透明誘電体膜は、５．０ｎｍ以上に成膜されると、基板２上に成膜される金属あるいは窒化物の光学特性に好ましくない影響を与えるため、５．０ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００３５】
また、該透明誘電体の膜厚を０．３ｎｍ以上とすることが、酸素プラズマの洗浄効果が発現できるので、好ましい。
【００３６】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００３７】
実施例、比較例
ＢＯＣ社製のスパッタリング装置（カソード、電源、ガス供給システム）を用い、成膜を行った。該スパッタリング装置を図１に示す。
【００３８】
基板２の清浄は、表１に示す条件で酸素プラズマを発生させて行った。真空チャンバー１に、ターゲット４の左右からガス供給管１０を用いて、表１に示す条件で３種類のガス（アルゴン、酸素、窒素）を供給した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
ターゲット４は純度３Ｎの金属チタンターゲットを用い、電源装置３にはＤＣ電源を用いて、アノード５とターゲット４との間で放電を行い、酸素プラズマを発生させた。電力の供給は、電流を一定とする制御で行った。
【００４１】
基板２は、厚み６ｍｍのフロートガラスを用いた。
【００４２】
酸素プラズマを発生させ、基板２を洗浄し、基板にＴｉＯの透明誘電体膜が形成された後、ステンレス鋼、酸化チタンあるいは窒化チタンの成膜を、表２に示す条件で行った。ステンレス鋼の膜については、ＳＳＴあるいはＳＳＴＮの記号で示す。
【００４３】
【表２】

【００４４】
実施例および比較例で成膜した膜の膜構成、光学特性、ピンホール欠陥の数および耐摩耗性の試験結果を、表３に示す。
【００４５】
【表３】

【００４６】
実施例１〜３はステンレス鋼の成膜を行い、さらに、窒化チタンあるいは酸化チタンを成膜したものである。実施例４は、ステンレス鋼の成膜を行わず、窒化チタンの成膜を行ったものである。
【００４７】
比較例は、酸素プラズマによる基板の清浄をせずに、実施例１〜４と同様の成膜を行ったものであり、比較例１は実施例１に、比較例２は実施例２に、比較例３は実施例３に、比較例４は実施例４に、それぞれ対応している。
【００４８】
表３にみるように、実施例の膜はピンホールの欠陥が少ないものであった。また、耐摩耗性も良いことから、実施例の膜は、膜強度および基板との接着強度が共に強い膜であった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の成膜方法は、基板の損傷をせずに、基板の清浄処理が行え、さらに、基板に成膜する金属あるいは窒化物の膜と基板との接着強度の良好な成膜方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜方法による成膜装置の概略を模式的に示す図である。
【図２】酸素プラズマの発生と汚れの除去とを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１真空チャンバー
２基板
３電源
４ターゲット
５、５′ アノード
６Ｏ_２ガスボンベ
７Ａｒガスボンベ
８Ｎ_２ガスボンベ
９開閉バルブ
１０ガス供給管
１１、１１′ 電磁石
１２ターゲット保持具
１３給電線
２０電子
２１酸素分子
２２酸素のプラスイオン
２３有機物

Claims

マグネトロンスパッタリング法による成膜方法において、３０〜１００容積％の酸素ガスと、０〜７０容積％の窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスの中から選ばれる１種以上のガスとからなり、酸素ガスのプラズマ気体（以下酸素プラズマと呼ぶ）を発生させ、該酸素プラズマを用いて基板の表面に付着した有機系物質の汚れを除去することを特徴とする成膜方法。
酸素プラズマ発生時のターゲットに、酸化により透明誘電体となる金属を用い、基板上に透明誘電体膜が成膜されることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
金属が、周期律表のＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＩ、ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ族の中から選ばれる１種以上の金属であることを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
酸素プラズマ発生時に成膜される透明誘電体の膜厚が０．３〜５．０ｎｍであることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の成膜方法。