JP2007077456A

JP2007077456A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2007077456A
Application number: JP2005267802A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takizawa; 力滝沢; Takamichi Nakayama; 貴道中山; Kunihiro Kashiwagi; 邦宏柏木; Yuichi Sakamoto; 雄一坂本
Original assignee: Micro Denshi Co Ltd
Current assignee: Micro Denshi Co Ltd
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】液晶ディスプレイの透明電極などに利用できる程度に抵抗率を減少させたＺｎＯ薄膜を形成することができる薄膜形成装置を提供すること。
【解決手段】蒸発手段２７から成膜材であるＺｎ材を蒸発させ、蒸発したＺｎ材をマイクロ波酸素プラズマ２５で酸化し、ＺｎＯ化合物をガラス基板３０に堆積して薄膜形成し、さらに、薄膜形成したＺｎＯ薄膜をマイクロ波水素プラズマに晒して抵抗率を減少させる構成とし、導電性を与えたＺｎＯ薄膜を形成することができる薄膜形成装置となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素プラズマによって酸化して基板面に堆積させたＺｎＯ薄膜を水素プラズマに晒して導電性薄膜に改質させる薄膜形成装置に関する。

ＺｎＯ（酸化亜鉛）薄膜の形成装置には各種のものがあるが、その一例を図６に示す。
図６は、ＲＦ成膜装置の簡略図である。
図示するように、このＲＦ成膜装置は、チャンバ１１内に設けられているコイルアンテナ１２を１３．５６ＭＨｚ程度の高周波電力源ＲＦによって給電することにより、このコイルアンテナ１２より酸素プラズマ１３を発生させる構成となっている。

また、このＲＦ成膜装置は、チャンバ１１内の下方部に、成膜材である亜鉛（Ｚｎ）材を蒸発させる蒸発源（蒸発手段）１４を備えている。
この蒸発源１４は、Ｚｎ材を導電性容器に内装させた形態のもので、導電性容器に電流を流すことで、この容器を抵抗加熱させ、内部のＺｎ材を蒸発させる。

さらに、チャンバ１１内には、支持柱１５が設けられ、この支持柱１５の先端部に設けられた保持具１６によってガラス基板１７を酸素プラズマ１３の上方に水平に保持するようになっている。
なお、このガラス基板１７は、チャンバ１１の上方部に備えられた基板加熱装置１８によって均一加熱される。

また、このＲＦ成膜装置は、チャンバ１１内が真空ポンプ１９によって減圧されると共に、Ｏ_２ボンベ２０からチャンバ１１内に酸素ガスが供給される。

上記したＲＦ成膜装置は、蒸発源１４の抵抗加熱によって蒸発したＺｎ材が酸素プラズマ１３によって酸化され、ＺｎＯ化合物としてガラス基板１７に堆積し、ガラス基板面に透明な薄膜が形成される。

このように形成される透明薄膜は、表面波デバイス、圧電薄膜、バンドパスフィルタ−などに有効に利用される。

初歩から学ぶ真空技術（株式会社工業調査会、１９９９年７月発行）高周波の基礎と応用（東京電機大学出版局、１９９０年１０月発行）

上記のように形成したＺｎＯ薄膜は、光の透過率が８１％程度と高いが、電気的には絶縁物（例えば、抵抗率１×１０^１３Ω／□、膜厚２００μｍ）となる。
したがって、電気絶縁物の透明薄膜としては有効であるが、液晶ディスプレイの透明電極などとして使用することができなかった。

このことから、従来では、ＺｎＯ薄膜にＡＩ（アルミ）やＧａ（ガリウム）を含有させ、このＺｎＯ薄膜の抵抗率を減少させる方法がとられていたが、ＡＩ、Ｇａを含有させる処理装置が複雑となる上、装置制御のパラメ−タが多くなったりするために、高価な薄膜形成となり、実用的に充分なものではなかった。

そこで、本発明は、上記した実情にかんがみ、電気抵抗の少ないＺｎＯ薄膜を簡単に形成することができる薄膜形成装置を提供することにある。

上記した目的を達成するため、本発明では、第１の発明として、ＺｎＯ化合物を基板に堆積させた透明薄膜基板を水素プラズマに晒し透明薄膜の抵抗率を減少させたことを特徴とする薄膜形成装置を提案する。

第２の発明として、上記した第１の発明の薄膜形成装置において、前記透明薄膜基板は、成膜材としてＺｎ材を蒸発させ、蒸発したＺｎ材をマイクロ波酸素プラズマに晒してＺｎＯ化合物として基板に堆積させて構成したことを特徴とする薄膜形成装置を提案する。

第３の発明としては、減圧室にマイクロ波電力と酸素ガスとを供給してマイクロ波酸素プラズマを発生させる酸素プラズマ発生手段と、
前記減圧室にマイクロ波電力と水素ガスとを供給してマイクロ波水素プラズマを発生させる水素プラズマ発生手段と、前記減圧室内に設けて成膜材であるＺｎ材を蒸発させる蒸発手段と、前記減圧室内に設け、前記マイクロ波酸素プラズマによって加熱する基板とを備え、先ず、酸素プラズマを発生させ、蒸発してマイクロ波酸素プラズマによって酸化されたＺｎ材のＺｎＯ化合物を前記基板に堆積させて成膜形成し、さらに、酸素プラズマに変えてマイクロ波水素プラズマを発生させ、前記基板に成膜形成したＺｎＯ薄膜を水素プラズマに晒して抵抗率を減少させたことを特徴とする薄膜形成装置を提案する。

第４の発明としては、上記した第２又は第３の発明の薄膜形成装置において、前記プラズマ発生手段は、マイクロ波電力を供給するマイクロ波窓を減圧室内の底部側に設け、前記蒸発手段をそのマイクロ波窓と同じ高さとなる減圧室内の底部側又はマイクロ波窓より高い位置となる減圧室の内側位置に設置したことを特徴とする薄膜形成装置を提案する。

第１の発明の薄膜形成装置は、ＺｎＯ化合物を堆積させた透明薄膜基板を水素プラズマに晒し、透明薄膜の電気抵抗を減少させる。
すなわち、水素プラズマの表面改質効果によってＺｎＯ薄膜に導電性を与えることができ、導電性のある透明薄膜基板を得ることができる。

したがって、本発明によって得られる透明薄膜基板は、液晶ディスプレイなどの電極や回路として有効なものとなる。
なお、透明電極などのように透明部品として使用する場合は、ＺｎＯ化合物を堆積させる基板も透明板とする。

従来、このような電極としてＩＴＯ電極が広く使用されているが、このＩＴＯ電極は、毒性のあるインジュ−ムを含むと言う問題がある他、インジュ−ムの資源が乏しいことなどから高価な電極となっているが、上記した透明薄膜基板によれば、このような問題を充分に解決することができる。

その他、本発明によって得られる透明薄膜基板は、自動車の曇り防止機能付の窓ガラス、高速道路のＥＴＣ電波遮蔽板、盗難防止機能付の窓ガラスなどに使用できる他、フラットディスプレイの電極や回路、自動車アンテナ、太陽電池、ＬＥＤなどに使用することができる。

第２の発明の薄膜形成装置は、基板にＺｎＯ化合物を堆積させて成膜形成する一手段である。
この薄膜形成装置は、Ｚｎ材を蒸発させ、このＺｎ材をマイクロ波酸素プラズマに晒すことによってＺｎＯ化合物を生成して基板に堆積させる構成となっている。

しかし、ＺｎＯ化合物を堆積させる方法としては、第２の発明の薄膜形成装置によることなく、従来例で説明したＦＲ成膜装置によって成膜し透明薄膜基板を作成してもよい。
なお、ＺｎＯ化合物を堆積させる基板としては、ガラス、合成樹脂などを用いることができる。

第３の発明の薄膜形成装置は、ＺｎＯ化合物を基板に堆積させる工程と、堆積させて成膜したＺｎＯ薄膜を導電性に変える工程とを備えた構成としてある。

すなわち、この薄膜形成装置は、先ず、マイクロ波電力と酸素ガスを供給して減圧室内にマイクロ波酸素プラズマを発生させる。
そして、成膜材であるＺｎ材を蒸発させ、Ｚｎ材を酸素プラズマに晒してＺｎＯ化合物を生成して基板に堆積させる。

続いて、酸素ガスの供給を止め、水素ガスを供給して減圧室内にマイクロ波水素プラズマを発生させる。
これより、水素プラズマの表面改質効果によってＺｎＯ薄膜が絶縁性から導電性に変わり、導電性の透明薄膜基板を得ることができる。

第４の発明の薄膜形成装置は、蒸発手段をマイクロ波窓に対して同じ高さ又は高い位置に配置することにより、蒸発したＺｎ材やＺｎＯ化合物がマイクロ波窓側に向かわないようにしてある。
すなわち、蒸発したＺｎ材やＺｎＯ化合物がマイクロ波窓（石英ガラスなど）に付着することを防止する構成となっている。

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、本発明の第１実施形態として示した薄膜形成装置の簡略図である。
この薄膜形成装置は、チャンバ２１の一側部にマイクロ波窓２２を設け、このマイクロ波窓２２からマイクロ波電力Ｐをチャンバ２１内に供給する。

なお、本実施形態では、石英ガラスによって形成したマイクロ波窓２２となっており、マイクロ波発振源から発振されたマイクロ波電力を導波管を介してマイクロ波窓に送り、マイクロ波電力をこのマイクロ波窓２２からチャンバ２１内に照射する構成としてある。

また、この実施形態では、真空ポンプ２３によってチャンバ２１内を減圧すると共に、Ｏ_２ボンベ２４からチャンバ２１内に酸素ガスを供給するようにして、チャンバ２１内に酸素プラズマ２５を発生させ、さらに、酸素ガスに換えて水素ガスをチャンバ２１内に供給してマイクロ波水素プラズマを発生させるＨ_２ボンベ２６を備えている。
なお、プラズマはマイクロ波表面波プラズマとして発生する。

その他、図示する参照符号２７はＺｎ材を蒸発させる従来例同様の蒸発源（蒸発手段）、２８、２９はガス供給路に設けたバルブ、３０はガラス基板、３１、３２はガラス基板３０の支持柱と保持具を各々示す。

上記した薄膜形成装置は、先ず、Ｈ_２ボンベ２６からの水素ガスの供給を止めた状態で、Ｏ_２ボンベ２４から酸素ガスを供給し、チャンバ２１内に酸素プラズマ２５を発生させる。

これより、蒸発源２７から蒸発したＺｎ材が酸素プラズマ２５によって酸化され、酸化物としてのＺｎＯ化合物がガラス基板３０に堆積し、このガラス基板３０に透明薄膜が形成される。

続いて、Ｏ_２ボンベ２４からの酸素ガスの供給を止め、Ｈ_２ボンベ２６から水素ガスを供給してチャンバ２１内に水素プラズマを発生させる。
これより、ガラス基板３０に堆積したＺｎＯ化合物の透明薄膜が水素プラズマに晒され、水素プラズマの表面改質効果によってＺｎＯ薄膜の抵抗値が減少する。

図２は、水素プラズマの照射時間とＺｎＯ薄膜の抵抗変化との関係を示した特性図である。
本実施形態では、膜厚２００（μｍ）程度のＺｎＯ薄膜を形成したが、この特性図に示すように、約１分（６０秒）の水素プラズマの照射に対し、１０^１３単位の抵抗率から１０^２単位の抵抗率に極端に減少することが判明した。

図３は、上記のように形成したＺｎＯ薄膜をＸＲＤ（Ｘ線回折装置）によって検査した結果を示す特性図である。
この特性図において、横軸は試料としてのＺｎＯ薄膜に照射するＸ線の角度、縦軸は回折線のピ−クの強度を表わす。

この特性図から分かる通り、ＺｎＯ薄膜は回折線のピ−クが３個、つまり、結晶構造が３種類の多結晶薄膜となることが判明した。
なお、本実施形態で生産したＺｎＯ薄膜は、９７（％）、（λ＝５５０「ｎｍ」）の高い透過率となることが分かった。

図４は本発明の第２実施形態として示した薄膜形成装置の簡略図である。
この第２実施形態では、ガラス基板をチャンバに順次送り込み、各々のガラス基板に連続的に薄膜形成する構成となっている。
本実施形態の薄膜形成装置は、チャンバ４１の搬入口４１ａ側に前予備室４２を備え、チャンバ４１の搬出口４１ｂ側に後予備室４３を備えている。

チャンバ４１は、底面側に複数のマイクロ波窓４４ａ、４４ｂ、４４ｃを設け、導波管４５ａ、４５ｂ、４５ｃを介して送られるマイクロ波電力をそれらのマイクロ波窓４４ａ、４４ｂ、４４ｃから供給し、チャンバ４１内に広い範囲の表面波酸素プラズマ４６と表面波水素プラズマを発生させる。

また、チャンバ４１内には、複数の蒸発源４７ａ、４７ｂを設け、これら蒸発源４７ａ、４７ｂからＺｎ材を上方に蒸発させる。
さらに、ガラス基板４８は転送ロ−ラ４９によってチャンバ４１内に送り込むが、転送ロ−ラ４９を正転、逆転させてガラス基板４８を少ない距離で往復動させながら、ＺｎＯの膜を形成する。
なお、チャンバ４１には、減圧するための真空ポンプ５０、Ｏ_２ガスとＨ_２ガスを供給するガス供給装置５１、５２が設けてある。

前予備室４２は、ガラス基板４８の送入口と送出口にシャッタ５３ａ、５３ｂを備え、シャッタ５３ｂを閉じた状態でシャッタ５３ａを開いてガラス基板４８を前予備室４２内に挿入する。この場合、図示二点鎖線で示す如く、ガラス基板４８が転送ロ−ラ５４によって送り込まれる。
ガラス基板４８が前予備室４２に送入されると、シャッタ５３ａが閉じ、その後、真空ポンプ５５によって前予備室４２内が減圧される。

続いて、シャッタ５３ｂが開き、ガラス基板４８が図示実線で示す如く、前予備室４２からチャンバ４１内に搬入され、ＺｎＯ膜の成膜動作が行なわれる。
この成膜動作では、酸素プラズマ４６を発生させ、既に述べたように、ＺｎＯ化合物をガラス基板４８に堆積して成膜させた後、水素プラズマを発生させてＺｎＯ薄膜を導電化させる。

後予備室４３は、前予備室４２と同様に、ガラス基板４８の送入口と送出口にシャッタ５６ａ、５６ｂを備えている。
この後予備室４３は成膜形成したガラス基板４８をチャンバ４１から搬出させるときに、真空ポンプ５７によって減圧し、その後、シャッタ５６ａを開き、ガラス基板４８を後予備室４３内に送り込む。この送り込みは転送ロ−ラ４９、５８で行なわれる。

図示二点鎖線で示すようにガラス基板４８が後予備室４３内に送り込まれると、シャッタ５６ａが閉じ、シャッタ５６ｂが開き、ガラス基板４８が後予備室４３から送り出される。

上記したように、本実施形態によれば、ガラス基板４８が前予備室４２、チャンバ４１、後予備室４３を搬送されることによって導電性のＺｎＯ薄膜が形成されるから、多数のガラス基板の連続成膜が可能になると共に、面積の広いガラス基板についても薄膜形成することができる。

また、この第２実施形態のように、蒸発源をマイクロ波窓より上位置に設けることによって、蒸発したＺｎ材やその化合物ＺｎＯがマイクロ波窓に付着することを防止することができる。

図５は第３実施形態として示した薄膜形成装置の簡略図である。
本実施形態は、ＺｎＯ薄膜７０ａを形成した透明薄膜基板７０を別途に予め生産し、その透明薄膜基板７０をチャンバ７１内に装備し、ＺｎＯ薄膜を水素プラズマ７２によって晒して導電性に改質させる構成としてある。
なお、この図において、７３は真空ポンプ、７４はＨ_２ボンベ、Ｐはマイクロ波電力、７５はマイクロ波窓である。

以上、好ましい実施形態について説明したがＺｎＯ薄膜については、必ずしもマイクロ波酸素プラズマを利用することなく、ＦＲ成膜装置などを利用して成膜形成してもよい。
そして、ＺｎＯ薄膜を導電性に改質する水素プラズマは、マイクロ波水素プラズマの他に、ＦＲ成膜装置にＨ_２ガスを供給して発生させた水素プラズマなどを利用することができる。

プラズマを利用して導電性のＺｎＯ薄膜を形成する薄膜形成装置として利用することができる。

第１実施形態として示した薄膜形成装置の簡略図である。上記の薄膜形成装置によって照射した水素プラズマの照射時間とＺｎＯ薄膜の抵抗変化を示す特性図である。上記したＺｎＯ薄膜の結晶性を示す特性図である。多数のガラス基板を連続的に薄膜形成する構成とした第２実施形態を示す薄膜形成装置の簡略図である。第３実施形態として示した薄膜形成装置の簡略図である。従来例として示した薄膜形成装置の簡略図である。

符号の説明

２１チャンバ
２２マイクロ波窓
２３真空ポンプ
２４Ｏ_２ボンベ
２５マイクロ波プラズマ
２６Ｈ_２ボンベ
２７蒸発手段
３０ガラス基板

Claims

ＺｎＯ化合物を基板に堆積させた透明薄膜基板を水素プラズマに晒し透明薄膜の抵抗率を減少させたことを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１に記載した薄膜形成装置において、
前記透明薄膜基板は、成膜材としてＺｎ材を蒸発させ、蒸発したＺｎ材をマイクロ波酸素プラズマに晒してＺｎＯ化合物として基板に堆積させて構成したことを特徴とする薄膜形成装置。
減圧室にマイクロ波電力と酸素ガスとを供給してマイクロ波酸素プラズマを発生させる酸素プラズマ発生手段と、
前記減圧室にマイクロ波電力と水素ガスとを供給してマイクロ波水素プラズマを発生させる水素プラズマ発生手段と、
前記減圧室内に設けて成膜材であるＺｎ材を蒸発させる蒸発手段と、
前記減圧室内に設け、前記マイクロ波酸素プラズマによって加熱する基板とを備え、
先ず、酸素プラズマを発生させ、蒸発してマイクロ波酸素プラズマによって酸化されたＺｎ材のＺｎＯ化合物を前記基板に堆積させて成膜形成し、
さらに、酸素プラズマに変えてマイクロ波水素プラズマを発生させ、前記基板に成膜形成したＺｎＯ薄膜を水素プラズマに晒して抵抗率を減少させたことを特徴とする薄膜形成装置。
請求項２又は３に記載した薄膜形成装置において、
前記プラズマ発生手段は、マイクロ波電力を供給するマイクロ波窓を減圧室内の底部側に設け、前記蒸発手段をそのマイクロ波窓と同じ高さとなる減圧室内の底部側又はマイクロ波窓より高い位置となる減圧室の内側位置に設置したことを特徴とする薄膜形成装置。