JP2021004402A - 成膜方法、及び成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行うことができる成膜方法、及び成膜装置を提供する。【解決手段】成膜方法は、酸化亜鉛膜の粒界散乱寄与度と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を設定する工程（変曲点設定工程Ｓ１０）を備える。この場合、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域と、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域とでは、中性酸素の比率の変化に対する所定の特性の変化態様が異なったものとなる。成膜方法は、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域の条件を用いるか、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域の条件を用いるかを決定する工程（条件設定工程Ｓ２０）を備える。これにより、変曲点よりも中性酸素の比率が高い条件、及び変曲点よりも中性酸素の比率が低い条件のうち、酸化亜鉛膜の用途に対してより適切な方の条件を設定することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、成膜方法、及び成膜装置に関する。

プラズマを用いて酸化亜鉛膜を成膜する成膜装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この成膜装置は、プラズマガンを用いてチャンバー内でプラズマを生成し、チャンバー内で酸化亜鉛の成膜材料を蒸発させている。基板に酸化亜鉛が付着することにより、当該基板上に酸化亜鉛膜が形成される。

特開２００２−２４１９２６号公報

ここで、酸化亜鉛膜が形成された成膜対象物は、様々な用途で用いられる。その一方、酸化亜鉛膜の特性は、成膜時の条件によって変化するものである。従って、用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行う事が要求されている。

そこで本発明は、用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行うことができる成膜方法、及び成膜装置を提供することを課題とする。

本発明に係る成膜方法は、酸素をイオン化させて対象物上に酸化亜鉛膜の成膜を行う成膜方法であって、酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を設定する工程と、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域の条件を用いるか、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域の条件を用いるかを決定する工程と、決定した条件で成膜を行う工程と、を備える。

本発明に係る成膜方法は、酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を設定する工程を備える。この場合、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域と、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域とでは、中性酸素の比率の変化に対する所定の特性の変化態様が異なったものとなる。成膜方法は、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域の条件を用いるか、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域の条件を用いるかを決定する工程を備える。これにより、変曲点よりも中性酸素の比率が高い条件、及び変曲点よりも中性酸素の比率が低い条件のうち、酸化亜鉛膜の用途に対してより適切な方の条件を設定することができる。以上により、用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行うことができる。

本発明に係る成膜装置は、酸素をイオン化させて対象物上に酸化亜鉛膜の成膜を行う成膜装置であって、酸化亜鉛膜の成膜を行う成膜部と、酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を取得する取得部と、成膜時における中性酸素の比率を検知する検知部と、検知部によって検知された中性酸素の比率が、変曲点に対する所定範囲内に入らないように、成膜部に対する酸素流量を制御する流量制御部と、を備える。

本発明に係る成膜装置は、酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を取得する取得部と、成膜時における中性酸素の比率を検知する検知部と、を備える。これにより、成膜装置は、酸化亜鉛膜の用途に応じて、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域及び低い領域の何れかの条件で成膜を行うことができ、且つ、成膜中は検知部によって当該条件で成膜が行われているかを監視することができる。また、成膜装置は、検知部によって検知された中性酸素の比率が、変曲点に対する所定範囲内に入らないように、成膜部に対する酸素流量を制御する流量制御部を備える。これにより、流量制御部は、酸化亜鉛膜の用途に応じた条件から外れることを抑制することができる。以上により、用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行うことができる。

本発明によれば、用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行うことができる成膜方法、及び成膜装置を提供する。

本発明の実施形態に係る成膜装置のブロック構成図である。 成膜装置を示す構成を示す概略断面図である。 酸化亜鉛膜の各種特性と中性酸素の比率との関係を示す図である。 酸化亜鉛膜の各種特性と中性酸素の比率との関係を示す図である。 酸化亜鉛膜の構造を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る成膜方法のフロー図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る成膜方法、及び成膜装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る成膜装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る成膜装置のブロック構成図である。成膜装置１は、酸素をイオン化させて基板上に酸化亜鉛膜の成膜を行う装置である。図１に示すように、成膜装置１は、成膜部１００と、測定部１０１と、ガス供給部４０と、電流供給部８０と、制御部５０と、を備える。成膜部１００は、基板に対して成膜を行う。測定部１０１は、成膜部１００内の分光データを測定する。ガス供給部４０は、成膜部１００に対してガスを供給する。電流供給部８０は、酸素のイオン化を行うための電流を成膜部１００に供給する。制御部５０は、成膜装置１全体の制御を行う。

図２を参照して、成膜部１００と、測定部１０１と、ガス供給部４０と、電流供給部８０について説明する。図２は、成膜装置１の構成を示す概略断面図である。図２に示すように、本実施形態の成膜装置１は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図２には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｙ軸方向は、後述する基板が搬送される方向である。Ｚ軸方向は、基板と後述するハース機構とが対向する位置である。Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向とＺ軸方向とに直交する方向である。

成膜装置１は、基板１１の板厚方向が略鉛直方向となるように基板１１が真空チャンバー１０内に配置されて搬送されるいわゆる横型の成膜装置であってもよい。この場合には、Ｘ軸及びＹ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向且つ板厚方向となる。なお、成膜装置１は、基板１１の板厚方向が水平方向（図１及び図２ではＺ軸方向）となるように、基板１１を直立又は直立させた状態から傾斜した状態で、基板１１が真空チャンバー１０内に配置されて搬送される、いわゆる縦型の成膜装置であってもよい。この場合には、Ｚ軸方向は水平方向且つ基板１１の板厚方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であり、Ｘ軸方向は鉛直方向となる。本発明の一実施形態に係る成膜装置は、以下、横型の成膜装置を例として説明する。

成膜部１００は、真空チャンバー１０、搬送機構３、成膜機構１４を備えている。

真空チャンバー１０は、基板１１を収納し成膜処理を行うための部材である。真空チャンバー１０は、成膜材料Ｍａの膜が形成される基板１１を搬送するための搬送室１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマガン７からビーム状に照射されるプラズマＰを真空チャンバー１０に受け入れるプラズマ口１０ｃとを有している。搬送室１０ａ、成膜室１０ｂ、及びプラズマ口１０ｃは互いに連通している。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に（Ｙ軸に）沿って設定されている。また、真空チャンバー１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。

成膜室１０ｂは、壁部１０Ｗとして、搬送方向（矢印Ａ）に沿った一対の側壁と、搬送方向（矢印Ａ）と交差する方向（Ｚ軸方向）に沿った一対の側壁１０ｈ，１０ｉと、Ｘ軸方向と交差して配置された底面壁１０ｊと、を有する。

搬送機構３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で基板１１を保持する基板保持部材１６を搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。例えば基板保持部材１６は、基板１１の外周縁を保持する枠体である。搬送機構３は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ１５によって構成されている。搬送ローラ１５は、搬送方向（矢印Ａ）に沿って等間隔に配置され、基板保持部材１６を支持しつつ搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。なお、基板１１は、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が用いられる。

続いて、成膜機構１４の構成について詳細に説明する。成膜機構１４は、イオンプレーティング法により成膜材料Ｍａの粒子を基板１１に付着させる。成膜機構１４は、プラズマガン７と、ステアリングコイル５と、ハース機構２と、輪ハース６とを有している。

プラズマガン７は、例えば圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分が成膜室１０ｂの側壁に設けられたプラズマ口１０ｃを介して成膜室１０ｂに接続されている。プラズマガン７は、真空チャンバー１０内でプラズマＰを生成する。プラズマガン７において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へビーム状に出射される。これにより、成膜室１０ｂ内にプラズマＰが生成される。

プラズマガン７は、陰極６０により一端が閉塞されている。陰極６０とプラズマ口１０ｃとの間には、第１の中間電極（グリッド）６１と、第２の中間電極（グリッド）６２とが同心的に配置されている。第１の中間電極６１内にはプラズマＰを収束するための環状永久磁石６１ａが内蔵されている。第２の中間電極６２内にもプラズマＰを収束するため電磁石コイル６２ａが内蔵されている。

ステアリングコイル５は、プラズマガンが装着されたプラズマ口１０ｃの周囲に設けられている。ステアリングコイル５は、プラズマＰを成膜室１０ｂ内に導く。ステアリングコイル５は、ステアリングコイル用の電源（不図示）により励磁される。

ハース機構２は、成膜材料Ｍａを保持する。ハース機構２は、真空チャンバー１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見てＺ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構２は、プラズマガン７から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａに導く主陽極又はプラズマガン７から出射されたプラズマＰが導かれる主陽極である主ハース１７を有している。

主ハース１７は、成膜材料Ｍａが充填されたＺ軸方向の正方向に延びた筒状の充填部１７ａと、充填部１７ａから突出したフランジ部１７ｂとを有している。主ハース１７は、真空チャンバー１０が有する接地電位に対して正電位に保たれているため、主ハース１７は放電における陽極となりプラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射する主ハース１７の充填部１７ａには、成膜材料Ｍａを充填するための貫通孔１７ｃが形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔１７ｃの一端において成膜室１０ｂに露出している。

成膜材料Ｍａとして、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の導電材料が用いられる。この導電材料は、酸化亜鉛を主成分とし、添加物としてＡｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ｌｕ_２Ｏ_３、その他Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｌｕ、Ｃｕ等が添加されていてもよい。成膜材料Ｍａが導電性物質からなるため、主ハース１７にプラズマＰが照射されると、プラズマＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発又は昇華し、プラズマＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂのＺ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において基板１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱形状に成形された固体物であり、一度に複数の成膜材料Ｍａがハース機構２に充填される。そして、最先端側の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース１７の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Ｍａの消費に応じて、成膜材料Ｍａがハース機構２のＺ負方向側から順次押し出される。

輪ハース６は、プラズマＰを誘導するための電磁石を有する補助陽極である。輪ハース６は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース１７の充填部１７ａの周囲に配置されている。輪ハース６は、環状のコイル９と環状の永久磁石部２０と環状の容器１２とを有し、コイル９及び永久磁石部２０は容器１２に収容されている。本実施形態では、搬送機構３から見てＺ負方向にコイル９、永久磁石部２０の順に設置されているが、Ｚ負方向に永久磁石部２０、コイル９の順に設置されていてもよい。輪ハース６は、コイル９に流れる電流の大きさに応じて、成膜材料Ｍａに入射するプラズマＰの向き、または、主ハース１７に入射するプラズマＰの向きを制御する。

ガス供給部４０は、真空チャンバー１０内にキャリアガス及び酸素ガスを供給する。キャリアガスに含まれる物質として、例えば、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスが採用される。ガス供給部４０は、真空チャンバー１０の外部に配置されており、成膜室１０ｂの側壁（例えば、側壁１０ｈ）に設けられたガス供給口４１を通し、真空チャンバー１０内へ原料ガスを供給する。ガス供給部４０は、制御部５０からの制御信号に基づいた流量のキャリアガス及び酸素ガスを供給する。

電流供給部８０は、プラズマガン７に電流を供給する。これにより、プラズマガン７は、所定の値の放電電流にて放電を行う。電流供給部８０は、制御部５０からの制御信号に基づいた電流値の電流を供給する。

測定部１０１は、真空チャンバー１０内の分光データを測定する。測定部１０１は、真空チャンバー１０内のプラズマ中の粒子の量を測定することを目的として、真空チャンバー１０内のプラズマの光の強度を測定する機能を有する。具体的には、測定部１０１は、分光器等を含んだ構成で実現される。測定部１０１は、真空チャンバー１０に連通した光伝達部を介して、真空チャンバー１０に設けられる。測定部１０１は、光伝達部を介して到達したプラズマの光を受光する。測定部１０１は、真空チャンバー１０（成膜室１０ｂ）内でも特に基板１１に成膜を行っている領域付近の光を測定する。光伝達部は、真っ直ぐな筒体であっても、光ファイバであってもよい。

真空チャンバー１０内の粒子は、特定の波長にて、量に応じた強度の光を発する。従って、測定部１０１は、分光器で分光して測定を行うことで、プラズマ光のうち、特定の波長の光を取り出して、その強度を測定する。測定部１０１によって測定された光の強度に係る情報を含む分光データは、制御部５０へ送られる。

図１に示すように、制御部５０は、成膜装置１全体を制御する装置であり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等から構成されている。制御部５０は、真空チャンバー１０の外部に配置されている。また、制御部５０は、情報記憶部５１と、検知部５２と、流量制御部５３と、電流制御部５４と、条件設定部５６（取得部）と、を備えている。

情報記憶部５１は、成膜装置１の制御に用いられる各種情報を記憶している。情報記憶部５１は、測定部１０１で測定した分光データに基づいて、各粒子の量を示すデータを記憶している。例えば、情報記憶部５１は、中性酸素の波長の情報と、当該波長での光強度と中性酸素の量との対応関係の情報と、を記憶している。情報記憶部５１は、酸素イオン（Ｏ^＋、Ｏ_２ ^＋）に関する情報も記憶している。

情報記憶部５１は、酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を記憶している。本実施形態において、中性酸素の比率とは、中性酸素及び酸素イオンの合計の量に対する、中性酸素の量の比率を示している。中性酸素の比率は、「Ｏ／（Ｏ＋Ｏ_＋＋２Ｏ_２ ^＋）」で示される。

ここで、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、酸化亜鉛膜の成膜時における中性酸素の比率を制御することによって、成膜対象物の応用・用途に応じた特性を有する、柱状結晶子（図５参照。図中ＰＴ）間配向（並行度合い）が整った膜と、柱状結晶子（図５参照。図中ＰＴ）間配向（並行度合い）配向を崩した膜を作り分けることができることを見出した。酸化亜鉛膜の粒界ＧＢ（図５参照）において柱状結晶子（図５参照。図中ＰＴ）間配向（並行度合い）配向の乱れが生じると、粒界散乱寄与度が増加し、粒界ＧＢにおけるキャリア移動度が低下する。すなわち、柱状結晶子（図５参照。図中ＰＴ）間配向（並行度合い）制御することで、粒界散乱寄与度の大小を目的に応じで制御することが可能となり、応用が要求する電気・光学特性が実現された酸化亜鉛膜を得ることができる。本発明者らは、境界散乱寄与度と中性酸素の比率との関係を示すグラフを設定した場合、両者の関係（グラフの傾き）が大きく変化する変曲点が存在することを見出した。具体的に、本発明者らは、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域（図４（ｂ）の領域ＥＣ２）では中性酸素の比率の増加に対して粒界散乱寄与度の増加が大きく、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域（図４（ｂ）の領域ＥＣ１）では中性酸素の比率の増加に対して粒界散乱寄与度の増加が小さいことを見出した。

図３及び図４を参照して、変曲点について説明する。なお、図３及び図４は、図２に示す成膜装置１を用いて、酸素流量「０，５，１０，１５，２０（ｓｃｃｍ）」、プラズマガン７の放電電流「１００，１２０，１４０（Ａ）」の条件にて成膜を行った場合の結果を示している。各グラフにおいて、放電電流が同一条件である場合、酸素流量が増加するに従って、中性酸素の比率は増加する。酸素流量が同一条件である場合、放電電流が増加するに従って、中性酸素の比率は減少する。

図３（ａ）は、酸化亜鉛膜のキャリア濃度と中性酸素の比率との関係を示す。なお、図３（ａ）では、放電電流が同一条件のものについては、データのドットの形状が同一である。図３（ａ）に示すように、中性酸素の比率が低い領域ＥＡ１では、中性酸素の比率の増加に対してキャリア濃度の減少率が小さい。中性酸素の比率が高い領域ＥＡ２では、中性酸素の比率の増加に対してキャリア濃度の減少率が大きい。

図３（ｂ）は、酸化亜鉛膜のホール移動度と中性酸素の比率との関係を示す。ホール移動度は、酸化亜鉛膜２００全体を電子が移動する際の移動のしやすさを示す指標であり、柱状結晶子ＰＴ内のキャリア移動度と粒界ＧＢでのキャリア移動度の両方が影響している（図５参照）。ホール移動度は、酸化亜鉛膜に対してＨａｌｌ効果測定装置を用いて測定できる。なお、図３（ｂ）では、酸素流量が同一条件のものについては、データのドットの形状が同一である。図３（ｂ）に示すように、中性酸素の比率が低い領域ＥＢ１では、中性酸素の比率の増加に対してホール移動度の増加率が大きい。中性酸素の比率が高い領域ＥＢ２では、中性酸素の比率の増加に対してホール移動度の増加率が小さい。

図４（ａ）は、酸化亜鉛膜の柱状結晶子キャリア移動度（図４（ａ）中、縦軸：粒内移動度）と中性酸素の比率との関係を示す。粒内移動度は、酸化亜鉛膜２００の柱状の柱状結晶子ＰＴ内を電子が移動する際の移動のしやすさを示す指標である（図５参照）。粒内移動度は、酸化亜鉛膜を光学測定することによって測定できる。なお、図４（ａ）では、酸素流量が同一条件のものについては、データのドットの形状が同一である。図４（ａ）に示すように、粒内移動度は、中性酸素の比率の大小に関わらず、中性酸素の比率の増加に従って増加している。

図４（ｂ）は、酸化亜鉛膜の粒界散乱寄与度と中性酸素の比率との関係を示す。粒界散乱寄与度は、酸化亜鉛膜２００のうち、粒界ＧＢでの電子の散乱のしやすさを示す指標である（図５参照）。粒界散乱寄与度は、粒内移動度を「μ_ｏｐｔ」とし、粒界移動度を「μ_ＧＢ」とすると、「μ_ｏｐｔ／μ_ＧＢ」で表される。粒界散乱寄与度は、ホール移動度（μ_Ｈ）、粒内移動度（μ_ｏｐｔ）及び粒界移動度（μ_ＧＢ）の関係から導き出すことができる。例えば、以下の式１に基づいて、式２の関係を導き出すことができる。なお、図４（ｂ）では、酸素流量が同一条件のものについては、データのドットの形状が同一である。
１／μ_Ｈ ＝ １／μ_ｏｐｔ ＋ １／μ_ＧＢ …（１）
μ_ｏｐｔ／μ_ＧＢ ＝（μ_ｏｐｔ−μ_Ｈ）／μ_Ｈ …（２）

図４（ｂ）に示すように、中性酸素の比率が低い領域ＥＣ１では、中性酸素の比率の増加に対して粒界散乱寄与度の増加率が小さい。中性酸素の比率が高い領域ＥＣ２では、中性酸素の比率の増加に対して粒界散乱寄与度の増加率が大きい。すなわち、領域ＥＣ１と領域ＥＣ２との間に変曲点を設定した場合、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域ＥＣ１の条件は、粒界散乱寄与度の増加を抑制できる条件、すなわち配向性の高い酸化亜鉛膜を成膜できる条件となる。当該条件は、酸化亜鉛膜を透明導電膜の用途で用いる場合に、好適な条件となる。変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域ＥＣ２の条件は、粒界散乱寄与度を高くできる条件、すなわち配向を崩した酸化亜鉛膜を成膜できる条件となる。当該条件は、酸化亜鉛膜を機能性薄膜、例えば水素センサーなどに用いる場合に、好適な条件となる。

変曲点の設定方法は特に限定されない。例えば、放電電流が１００Ａのときの結果を示すドットを取り出し、粒界散乱寄与度が低いドットに対する近似線ＡＬ１を設定し、粒界散乱寄与度が高いドットに対する近似線ＡＬ２を設定する。このとき、近似線ＡＬ１と近似線ＡＬ２との交点を変曲点ＣＰとすることができる。同様に、放電電流が１２０Ａの場合の変曲点、及び放電電流が１４０Ａの場合の変曲点を設定することができる。このとき、情報記憶部５１は、少なくとも変曲点での中性酸素の比率、及び当該変曲点に対応する放電電流を記憶する。

なお、放電電流に関わらず、粒界散乱寄与度が低い全てのドットに対して近似線を設定し、粒界散乱寄与度が高い全てのドットに対して近似線を設定し、両方の近似線の交点が変曲点として設定されてもよい。その他の方法によって変曲点を設定してもよい。

図１に戻り、検知部５２は、成膜時における中性酸素の比率を検知する。検知部５２は、測定部１０１の測定結果及び情報記憶部５１のデータに基づいて、中性酸素の比率を検知する。検知部５２は、中性酸素の分光データを情報記憶部５１のデータに照会させることで、中性酸素の量を取得する。同様に、検知部５２は、「Ｏ^＋」の量、及び「Ｏ_２ ^＋」の量を取得する。これにより、検知部５２は、中性酸素の比率（Ｏ／（Ｏ＋Ｏ_＋＋２Ｏ_２ ^＋））を検知する。

条件設定部５６は、成膜条件を設定する。条件設定部５６は、ユーザーの入力に基づいて条件を設定することができる。条件設定部５６は、情報記憶部５１から、変曲点の情報を読み出すことによって、当該変曲点を取得する。例えば、ユーザーが酸化亜鉛の用途を選択した場合、条件設定部５６は、当該選択に応じて、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域の条件、及び変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域の何れかの条件を設定する。

流量制御部５３は、ガス供給部４０が成膜部１００に供給するガスの流量を制御する。流量制御部５３は、条件設定部５６が設定した条件に基づいて、成膜部１００に対する酸素流量を制御する。また、流量制御部５３は、検知部５２によって検知された中性酸素の比率が、変曲点に対する所定範囲内に入らないように、成膜部１００に対する酸素流量を制御してよい。

電流制御部５４は、電流供給部８０が成膜部１００に供給する放電電流を制御する。電流制御部５４は、条件設定部５６が設定した条件に基づいて、成膜部１００に対する放電電流を制御する。また、電流制御部５４は、検知部５２によって検知された中性酸素の比率が、変曲点に対する所定範囲内に入らないように、成膜部１００に対する放電電流を制御してよい。

次に、図６を参照して、本実施形態に係る成膜方法について説明する。図６に示す成膜方法は、変曲点設定工程Ｓ１０と、条件設定工程Ｓ２０と、成膜工程Ｓ３０と、を備える。

変曲点設定工程Ｓ１０は、酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を設定する工程である。当該工程では、条件設定部５６は、情報記憶部５１から、粒界散乱寄与度と中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点のデータを読み出して、当該変曲点を取得することで、設定を行う。なお、図４（ｂ）に示す実験結果は、成膜装置１の製造前の段階で取得されるものである。当該実験結果に基づいて得られる変曲点は、製造前の段階でなされてもよく、条件設定部５６が実験結果から毎回変曲点を演算してもよい。

条件設定工程Ｓ２０は、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域の条件を用いるか、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域の条件を用いるかを決定する工程である。条件設定部５６は、ユーザーによって選択された酸化亜鉛膜の用途を参照し、当該用途に合致した条件を設定する。条件設定部５６は、酸化亜鉛膜が透明導電膜として用いられる場合、配向性を高めるために、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域の条件を設定する。条件設定部５６は、酸化亜鉛膜が機能性薄膜として用いられる場合、配向を崩すために、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域の条件を設定する。

成膜工程Ｓ３０は、条件設定工程Ｓ２０で決定した条件で成膜を行う工程である。流量制御部５３は、定められた流量の酸素ガスを成膜部１００に供給し、電流制御部５４、定められた流量の電流を成膜部１００のプラズマガン７に供給する。

なお、成膜工程Ｓ３０では、検知部５２が成膜時における中性酸素の比率を検知してよい。また、流量制御部５３は、検知部５２で検知された中性酸素の比率が、変曲点に対する所定範囲内に入らないように、成膜部１００に対する酸素流量を制御してよい。例えば、領域ＥＣ１の条件で成膜を行うときに、変曲点に近すぎる条件にて成膜をおこなった場合、中性酸素の量の変動などによって、領域ＥＣ２の条件に入ってしまう可能性がある。よって、変曲点よりも中性酸素の比率が所定量だけ低い位置に制限値を設定しておいてよい。この場合、検知部５２が、制限値よりも中性酸素の比率が高くなったことを検知したとき、流量制御部５３は、酸素流量を減少させて、中性酸素の比率を制限値よりも低くしてよい。

なお、成膜装置１の運転が終了した後、二回目以降の運転においても同じ用途の酸化亜鉛膜の成膜が行われる場合、二回目以降の運転では、変曲点設定工程Ｓ１０及び条件設定工程Ｓ２０が省略されてよい。異なる用途の酸化亜鉛膜を成膜する際に、変曲点設定工程Ｓ１０及び条件設定工程Ｓ２０が再度実行される。

次に、本実施形態に係る成膜方法、及び成膜装置１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る成膜方法は、酸化亜鉛膜の粒界散乱寄与度と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を設定する工程（変曲点設定工程Ｓ１０）を備える。この場合、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域と、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域とでは、中性酸素の比率の変化に対する所定の特性の変化態様が異なったものとなる。成膜方法は、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域の条件を用いるか、変曲点よりも中性酸素の比率が低い領域の条件を用いるかを決定する工程（条件設定工程Ｓ２０）を備える。これにより、変曲点よりも中性酸素の比率が高い条件、及び変曲点よりも中性酸素の比率が低い条件のうち、酸化亜鉛膜の用途に対してより適切な方の条件を設定することができる。以上により、用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行うことができる。

本実施形態に係る成膜装置１は、酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を取得する条件設定部５６と、成膜時における中性酸素の比率を検知する検知部５２と、を備える。これにより、成膜装置１は、酸化亜鉛膜の用途に応じて、変曲点よりも中性酸素の比率が高い領域及び低い領域の何れかの条件で成膜を行うことができ、且つ、成膜中は検知部５２によって当該条件で成膜が行われているかを監視することができる。また、成膜装置１は、検知部５２によって検知された中性酸素の比率が、変曲点に対する所定範囲内に入らないように、成膜部１００に対する酸素流量を制御する流量制御部５３を備える。これにより、流量制御部５３は、酸化亜鉛膜の用途に応じた条件から外れることを抑制することができる。以上により、用途に応じて適切な条件で酸化亜鉛膜の成膜を行うことができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、図４（ｂ）の粒界散乱寄与度に対して変曲点を設定し、当該変曲点に基づいて条件を設定した。ただし、酸化亜鉛膜の用途などによっては、図３（ａ）のキャリア濃度に対して変曲点を設定してもよく、図（ｂ）のホール移動度に対して変曲点を設定してもよく、それらの変曲点を用いて設定された条件が用いられてもよい。

上記実施形態では、成膜部としてイオンプレーティング装置が用いられたが、成膜部の成膜方式は特に限定されるものではない。例えば、成膜部として、スパッタ装置、プラズマＣＶＤなどの成膜方式が採用されてもよい。

上記実施形態では、成膜工程Ｓ３０において、検知部５２で中性酸素の比率を監視し、検知結果に基づいて酸素流量を制御していた。ただし、一度条件を設定したら、成膜中の中性酸素の比率の変動が少ない場合、検知部５２による検知、及び酸素流量の制御を省略してもよい。この場合、成膜装置から検知部５２を省略してもよい。

１…成膜装置、１１…基板（対象物）、５２…検知部、５３…流量制御部、５６…条件設定部（取得部）、１００…成膜部。

Claims (2)

1. 酸素をイオン化させて対象物上に酸化亜鉛膜の成膜を行う成膜方法であって、
   前記酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を設定する工程と、
   前記変曲点よりも前記中性酸素の比率が高い領域の条件を用いるか、前記変曲点よりも前記中性酸素の比率が低い領域の条件を用いるかを決定する工程と、
   決定した条件で成膜を行う工程と、を備える、成膜方法。
2. 酸素をイオン化させて対象物上に酸化亜鉛膜の成膜を行う成膜装置であって、
   前記酸化亜鉛膜の成膜を行う成膜部と、
   前記酸化亜鉛膜の所定の特性と、成膜時の中性酸素の比率との間の関係性が変化する変曲点を取得する取得部と、
   成膜時における前記中性酸素の比率を検知する検知部と、
   前記検知部によって検知された前記中性酸素の比率が、前記変曲点に対する所定範囲内に入らないように、前記成膜部に対する酸素流量を制御する流量制御部と、を備える、成膜装置。

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