JP3158948B2 - スパッタリングターゲット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、銀系薄膜上にスパッタ
リング法にて防湿性に優れた透明薄膜を成膜する際に適
用されるスパッタリングターゲットに係り、特に、上記
透明薄膜を効率的に成膜できしかも透明薄膜の成膜時に
上記銀系薄膜が損傷を受け難いスパッタリングターゲッ
トの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】銀系薄膜の表面にＩＴＯ薄膜等の透明薄
膜を設けて構成される多層薄膜は極めて高い導電性を有
するため、この高い導電性を利用して銀系の多層薄膜を
様々な分野に応用する技術が提案されている。

【０００３】例えば、特公平１−１２６６３号公報又は
特開昭６１−２５１２５号公報は、銀被膜を薄膜化させ
て透明性を確保し、その表面にＩＴＯ薄膜を積層して多
層構造とした透明導電膜を提案している。この透明導電
膜はＩＴＯ単体の薄膜に較べてその導電率が極めて高い
ため、例えば、ＩＴＯ薄膜はその膜厚が２５０ｎｍの場
合８Ω／□程度の面積抵抗率を有するのに対し、上記多
層構造の透明導電膜はその合計膜厚が高々９０ｎｍであ
っても５Ω／□程度の低い面積抵抗率を実現することが
できる。

【０００４】また、このような銀系多層薄膜の高い導電
率と透明性とに着目して、特開昭６３−１７３３９５号
公報は、同様の層構成を有する多層薄膜を透明な電磁波
シールド膜として利用する技術を提案している。

【０００５】また、１９８２年日本で開催された第３回
ＩＣＶＭにおいては、同様の層構成を有する銀系多層薄
膜が長波長側の光を遮断する性能に優れることに着目し
て、上記銀系多層薄膜を熱線反射膜に適用する技術を提
案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本出願人は
上記銀系多層薄膜を液晶ディスプレイ等の透明電極に適
用した技術を既に提案している（特願平７−３３１０６
号明細書参照）。

【０００７】しかし、上記銀系多層薄膜においては、Ｉ
ＴＯ薄膜のインジウム元素の存在下で積層界面等から侵
入した空気中の水分と銀の薄膜が化合し易く、その表面
に酸化物が生成されてシミ状の欠陥を生じ、例えば、デ
ィスプレイの透明電極に適用した場合その表示画面に欠
陥等が生じ易い問題点があった。

【０００８】これに対し、上記ＩＴＯ薄膜に代えてある
いはＩＴＯ薄膜の上に更に積層して、ＳｉＯ₂ から成る
防湿性薄膜を適用した場合、この防湿性薄膜が空気中の
水分を遮断するため水分による銀薄膜の損傷を防止する
ことが可能である。

【０００９】但し、このＳｉＯ₂ 薄膜は電気絶縁性であ
るため、直流（ＤＣ）スパッタリングによる成膜が不可
能で高周波（ＲＦ）スパッタリングに頼らざるを得な
い。しかし、ＲＦスパッタリングによる成膜において
は、その成膜速度がＤＣスパッタリングに較べて著しく
遅く、かつ、銀薄膜がスパッタリング中に発生したプラ
ズマのダメージを受けて凝集し、ＳｉＯ₂ 薄膜の成膜時
に銀薄膜が損傷を受け易いという問題点があった。

【００１０】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、防湿性に優れた
透明薄膜を効率的に成膜できしかもこの成膜時に上記銀
系薄膜が損傷を受け難いスパッタリングターゲットを提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような技術的課題に
鑑みて、本発明者等は上記銀系多層薄膜の一部を構成す
るＩＴＯ薄膜に代えて種々の透明薄膜の成膜を試みかつ
その特性を検討したところ、導電性透明金属酸化物（酸
化インジウム）に銀との固溶域を持たない金属元素（チ
タン元素又はセリウム元素）の酸化物を少量添加した混
合酸化物の薄膜は優れた防湿性を有し、しかもそのター
ゲットはＤＣスパッタリングに適用可能な導電性を具備
することを発見した。請求項１に係る発明はこの様な技
術的発見に基づき完成されたものである。

【００１２】すなわち、請求項１に係る発明は、透明薄
膜をスパッタリング法で成膜する際に適用されるスパッ
タリングターゲットを前提とし、チタン元素又はセリウ
ム元素のいずれか一つまたは二つの金属元素の酸化物と
酸化インジウムから構成され、かつ、上記金属元素の含
有割合がインジウム元素に対し１０〜３０atom％（原子
％）であることを特徴とするものである。

【００１３】尚、銀との固溶域を持たない上記金属元素
（チタン元素又はセリウム元素）の含有割合が導電性透
明金属酸化物（酸化インジウム）の金属元素（インジウ
ム元素）に対し５atom％未満である場合、その防湿性が
不足して銀系薄膜の保護膜としては不十分である。他
方、４０atom％を越えた場合、その導電性が失われるた
めＤＣスパッタリングやＲＦ−ＤＣスパッタリング等直
流スパッタリングによる成膜が困難となり、かつ、ター
ゲットが割れ易くなってその取扱いが難しくなると共
に、成膜速度も著しく低下する。これに対し、銀との固
溶域を持たない上記金属元素（チタン元素又はセリウム
元素）の含有割合が導電性透明金属酸化物（酸化インジ
ウム）の金属元素（インジウム元素）に対し５〜４０at
om％の場合には、ＤＣスパッタリングやＲＦ−ＤＣスパ
ッタリング等直流スパッタリング法の適用が可能なた
め、基板に含まれるプラスチック材料や銀系薄膜を損傷
させることなく透明薄膜を高速度で効率的に成膜でき、
しかも成膜された透明薄膜はその防湿性に極めて優れて
いる。

【００１４】更に、銀との固溶域を持たない上記金属元
素（チタン元素又はセリウム元素）の含有割合を１０at
om％以上とした場合、得られる透明薄膜の防湿性が著し
く高くなり銀系薄膜の保存安定性を大幅に向上させるこ
とが可能となる。また、銀との固溶域を持たない上記金
属元素（チタン元素又はセリウム元素）の合計の含有割
合が３０atom％以下の場合、得られる透明薄膜はそのエ
ッチング適性に優れているため、例えば、この銀系多層
薄膜を液晶ディスプレイの透明電極に適用した場合には
高精度にパターニングすることが可能となる。従って、
請求項１に係る発明においては、上記金属元素（チタン
元素又はセリウム元素）の含有割合をインジウム元素に
対し１０〜３０atom％（原子％）の範囲内に設定するこ
とを要する。

【００１５】

【００１６】参考のため、銀との固溶域を持たない上記
金属元素としてチタン元素及びセリウム元素を適用し、
これらの合計の含有割合を変化させた場合の防湿性、Ｄ
Ｃスパッタリング法による成膜適性及びエッチング適性
について評価した結果を表１に示す。

【表１】

【００１７】尚、表１において、防湿性は、温度２３
℃、湿度５０％の条件で１ケ月放置し、肉眼及び顕微鏡
で観察して、いずれの観察方法によっても保存前と外観
上の変化が見られないものを○、肉眼観察では変化が観
察されなかったが顕微鏡観察ではシミが観察されたもの
を△、肉眼観察によってシミが観察されたものを×と評
価したものである。

【００１８】また、成膜適性は、ＤＣスパッタリングに
よって容易に放電できかつ成膜できるものを○、成膜は
可能であるが放電しにくいものを△、放電が発生せず従
って成膜の不可能なものを×と評価した。

【００１９】また、エッチング適性は、硝酸でエッチン
グしてそのサイドエッチング幅が５μｍより小さいもの
を○、５μｍより大きいものを×と評価した。

【００２０】

【００２１】尚、チタン酸化物やセリウム酸化物は２．
３以上の高屈折率を有し、かつ、このような高屈折率材
料を導電性透明金属酸化物（酸化インジウム）の金属元
素（インジウム元素）に対しチタン元素とセリウム元素
の合計の含有割合が１０〜３０atom％となる量含有して
いるため、このスパッタリングターゲットを用いて成膜
される透明薄膜の屈折率を約２．１〜２．３まで増大さ
せることが可能となる。そして、銀系薄膜上に上記透明
薄膜を積層して構成される銀系多層薄膜においては、そ
の透明薄膜の屈折率が約２．１〜２．３まで増大するに
伴い可視領域の長波長側の光反射率を低下させ、光透過
率を増大させる。すなわち、図２は、銀系薄膜の表裏に
積層された透明薄膜の屈折率を変化させた場合（図２
中、屈折率ｎ＝２．３，ｎ＝２．１，ｎ＝２．０，ｎ＝
１．９，ｎ＝１．８の５種類の透明薄膜が示されてい
る）の分光透過率と分光反射率をそれぞれ示したグラフ
図であり、この図２から明らかなように、波長５５０ｎ
ｍ以下の短波長側においては光透過率や光反射率が透明
薄膜の屈折率に左右され難いのに対し、これより長波長
側においては透明薄膜の屈折率が増大するに伴ってその
光透過率が大きく増大し、光反射率が低下していること
が確認できる。そして、このように長波長側の光透過率
が大きく増大するため、可視領域の全体に亘って均一で
しかも高い光透過率を実現させることが可能となる。

【００２２】このため、高い光透過率を維持したまま上
記銀系薄膜の膜厚を増大させてその導電率を増大させる
ことが可能となる。例えば銀系薄膜の膜厚を１４ｎｍと
すると面積抵抗率が２．８Ω／□、１６ｎｍとすると２
Ω／□程度の高導電率で、しかも可視光線の全域にわた
って８０％以上の高透過率を有する銀系多層薄膜が得ら
れる。

【００２３】

【００２４】尚、銀との固溶域を持たない上記金属元素
としてセリウム元素を適用した場合には、スパッタリン
グ速度を大きく増大させ、しかもスパッタリング装置内
の酸素分圧の変動に影響を受け難く光透過率や導電率が
安定した透明薄膜を成膜することが可能となる。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】次に、本発明に係るスパッタリングターゲ
ットの製造方法について説明する。

【００２９】まず、上記導電性透明金属酸化物（酸化イ
ンジウム）及び銀との固溶域を持たない金属元素（チタ
ン元素又はセリウム元素）の酸化物から選択された１以
上の金属酸化物を粉末化させ、これら酸化物粉末の適当
量に対し有機バインダー、分散材及び溶剤（水又は有機
溶剤）を加え、ボールミル等の粉砕装置を使用して粉砕
し微細化すると共にこれ等粉末を均一に混合する。粉砕
及び混合は、上記各酸化物の平均粒径が２μｍ以下とな
るまで行うことが望ましい。通常、１０〜５０時間であ
る。尚、上記分散材は、導電性透明金属酸化物（酸化イ
ンジウム）や銀との固溶域を持たない金属元素（チタン
元素又はセリウム元素）の酸化物等の各酸化物の粒子の
凝集を防止して平均粒径２μｍ以下の微粒子状態で安定
に分散させるものである。十分に粉砕、混合した後、プ
レスしてターゲット形状に成形し、これを乾燥する。プ
レス圧力は５０〜２００ｋｇ／ｃｍ²程度でよく、ター
ゲット形状は板状等任意である。

【００３０】こうして成形された混合物を焼成し、有機
バインダーや分散材等不要成分を除去すると共に、上記
酸化物を焼結して本発明に係るスパッタリングターゲッ
トを得ることができる。焼成は電気炉等で行うことがで
き、その温度は１４００〜１８００℃でよく、好ましく
は１５００〜１６００℃である。１４００℃より低いと
ターゲットが緻密な焼結体とならず、導電性と光透過性
に優れた透明薄膜を成膜することが困難となり、また、
ターゲットの強度や寿命が低下する。他方、１８００℃
を越えると酸化チタンや酸化セリウムが融解し又はこれ
等酸化チタンや酸化セリウムと導電性透明金属酸化物
（酸化インジウム）とが反応して成膜される透明薄膜の
導電性と光透過性とを損なうことがある。尚、焼成時間
は１０〜４０時間程度でよい。また、得られたスパッタ
リング用ターゲットの形状が不適当な場合には、研削盤
で研削したりダイヤモンドカッターで切断して必要な形
状に成形すればよい。

【００３１】次に、本発明に係るスパッタリングターゲ
ットの使用方法について以下説明する。

【００３２】すなわち、本発明に係るスパッタリングタ
ーゲットは、ＤＣスパッタリングやＲＦ−ＤＣスパッタ
リング等の直流スパッタリング法、ＲＦ（高周波）スパ
ッタリング法等のターゲットとして使用し、銀系薄膜を
水分から保護する透明薄膜を成膜するために適用され
る。この際、上記スパッタリングターゲットの導電性を
生かして、成膜速度が大きくしかも銀系薄膜を損傷させ
ることのないＤＣスパッタリングやＲＦ−ＤＣスパッタ
リング等直流スパッタリング法を適用することが好まし
い。また、銀系薄膜の劣化を防止するため成膜装置内部
の水分は少ない方が好ましく、また、透明薄膜のエッチ
ング適性を確保するため１８０℃以下又は室温の基板温
度で成膜することが望ましい。

【００３３】また、本発明に係るスパッタリングターゲ
ットは、スパッタリン法を利用して、銀系薄膜とその基
板（例えば、ガラス板、プラスチック材料等）との密着
力を増大させる透明薄膜（接着層として機能する）を設
けるために利用することもできる。この場合、上記透明
薄膜は銀系薄膜と基板との間に設けられる。

【００３４】尚、上記銀系薄膜としては、銀単体から構
成される薄膜の他、銀を主成分としこれに他の金属元素
等を添加して構成される銀系合金の薄膜等が利用でき
る。このような添加元素としては、例えばＣｕ、Ｍｇ、
Ｉｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ又はＳｉ等が適用でき
る。

【００３５】そして、これら銀系薄膜が厚さ２０ｎｍ以
下の場合、この銀系薄膜と上記透明薄膜とで構成される
銀系多層薄膜は光透過率と導電率に優れたものになるた
め、例えば、透明電磁波シールド膜、液晶ディスプレイ
等の透明電極、あるいは太陽電池の光入射側に設けられ
る透明電極等に適用することができる。

【００３６】また、銀系薄膜が厚さ２０ｎｍを越えた場
合には、この銀系薄膜の高い光反射率を利用して、例え
ば、反射型液晶ディスプレイの光反射膜や光反射性電
極、あるいは太陽電池の光入射側とは反対側の面に設け
られる光反射電極として利用することが可能である。

【００３７】尚、上記透明薄膜と銀系薄膜とは、いずれ
も硝酸をエッチング液としたエッチング処理によりパタ
ーニングすることができる。すなわち、基板上に、銀系
薄膜及び透明薄膜を成膜し、次に表面に露出した銀系薄
膜又は透明薄膜上にレジスト膜をパターン状に形成した
後、このレジスト膜から露出した部位を硝酸系エッチン
グ液によってエッチングすることにより、上記銀系薄膜
と透明薄膜を互いに位置整合させた状態で上記パターン
形状にパターニングすることができる。このエッチング
液としては、硝酸の他、塩酸や硫酸又は酢酸等他種の酸
を硝酸に添加して成る硝酸系の混酸、あるいは界面活性
剤を若干量添加した硝酸が利用できる。また、そのパタ
ーン形状としては、適用される用途に応じて、例えば、
液晶ディスプレイ等の透明電極パターン、太陽電池の透
明電極パターン、反射型液晶ディスプレイの光反射性電
極パターン、及び、太陽電池の光反射電極パターン等に
加工される。

【００３８】

【作用】請求項１記載の発明に係るスパッタリングター
ゲットによれば、チタン元素又はセリウム元素のいずれ
か一つまたは二つの金属元素の酸化物と酸化インジウム
から構成され、かつ、上記金属元素の含有割合がインジ
ウム元素に対し１０〜３０atom％（原子％）であること
からこのスパッタリングターゲットは導電性を有する。

【００３９】このため、ＤＣスパッタリングやＲＦ−Ｄ
Ｃスパッタリング等の直流スパッタリング法の適用が可
能となり、基板に含まれるプラスチック材料や銀系薄膜
を損傷させることなく銀系薄膜上に透明薄膜を高速度で
効率的に成膜することが可能となる。

【００４０】また、成膜された透明薄膜は可視領域の全
体に亘って光透過率と防湿性とに極めて優れた特性を有
する。

【００４１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００４２】［実施例１］この実施例に係るスパッタリ
ングターゲットは、酸化インジウムと酸化チタンの混合
物から成り、チタン元素の含有量はインジウム元素に対
し２０atom％である。

【００４３】そして、このスパッタリングターゲット
は、以下のような方法で製造されている。

【００４４】すなわち、平均粒径が各々約２μｍの酸化
インジウム粉末と酸化チタンとを所定量計量し、かつ、
少量のパラフィンを添加して湿式ボールミルにより、２
４時間粉砕すると共に混合した。

【００４５】次に、これを金型に充填しプレスして成形
した後、乾燥して水分を除去した。次いでこれを電気炉
に入れ、酸素雰囲気下で、１５５０℃、１０時間の条件
で焼成し、上記パラフィンを除去すると共に酸化インジ
ウム及び酸化チタンを焼結させた。そして、平面研削盤
で研削し、次にダイヤモンドカッターで成形して上記ス
パッタリングターゲットを製造した。

【００４６】このスパッタリングターゲットを銅のバッ
キングボードにボンディングし、ＤＣマグネトロンスパ
ッタリング装置の内部に収容し、１８０℃以下の低温に
維持されたガラス基板上に、厚さ３７．５ｎｍの透明薄
膜、厚さ１５ｎｍ銀薄膜、厚さ３７．５ｎｍの透明薄膜
を連続して成膜した。こうして得られた薄膜付きガラス
基板の断面を図１に示す。図１中、１０はガラス基板、
１１は透明薄膜、１２は銀薄膜、１３は透明薄膜をそれ
ぞれ示している。

【００４７】次に、これら薄膜付きガラス基板を、２２
０℃、１時間の条件で加熱処理し、上記三層薄膜の面積
抵抗率と波長５４５ｎｍの光透過率を測定したところ、
面積抵抗率は２．７Ω／□、波長５４５ｎｍの光透過率
は９７％であった。尚、上記透明薄膜１１，１３の屈折
率は約２．２であった。

【００４８】また、この薄膜付きガラス基板を２５℃の
室内に１ケ月放置した後、上記三層薄膜を肉眼で観察し
たところ、その表面に外観の変化はまったく観察されな
かった。

【００４９】［実施例２］この実施例に係るスパッタリ
ングターゲットは、酸化インジウム、酸化チタン及び酸
化セリウムの混合物から成り、インジウム元素の含有量
は８０atom％、チタン元素の含有量は１６atom％（イン
ジウム元素に対し２０atom％）、セリウム元素の含有量
は４atom％（インジウム元素に対し５atom％）である。

【００５０】尚、このスパッタリングターゲットは実施
例１と同様の方法で製造されたものである。

【００５１】また、このスパッタリングターゲットを使
用して、実施例１と同様に三層構造の薄膜をガラス基板
上に成膜しかつ加熱処理した。そして、得られた三層薄
膜の面積抵抗率と波長５４５ｎｍの光透過率を測定した
ところ、その面積抵抗率は２．８Ω／□、波長５４５ｎ
ｍの光透過率は９６．５％であった。

【００５２】また、２５℃の室内に１ケ月放置した後も
上記三層薄膜に何の外観変化も確認されなかった。

【００５３】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、基板に含
まれるプラスチック材料や銀系薄膜を損傷させることな
く銀系薄膜上に透明薄膜を高速度で効率的に成膜するこ
とが可能となり、かつ、成膜された透明薄膜は可視領域
の全体に亘って光透過率と防湿性とに極めて優れた特性
を有する。

【００５４】従って、このスパッタリングターゲットを
適用することにより銀系薄膜の安定性を著しく向上させ
ることができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る薄膜付きガラス基板の断面図。

【図２】銀系薄膜の表裏に積層された透明薄膜の屈折率
を変化させた場合の分光透過率と分光反射率をそれぞれ
示すグラフ図。

【符号の説明】

１０ ガラス基板 １１ 透明薄膜 １２ 銀薄膜 １３ 透明薄膜

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 14/08 Ｇ０２Ｆ 1/1343 Ｇ０２Ｆ 1/1343 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３４８Ｚ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３４８ Ｈ０１Ｂ 5/14 Ａ Ｈ０１Ｂ 5/14 13/00 ５０３Ｂ 13/00 ５０３ Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｊ Ｈ０１Ｌ 29/43 Ｈ０１Ｌ 29/46 Ｒ (56)参考文献 特開 平３−43911（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−15106（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160876（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−256506（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−277408（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−70942（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−349338（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C04B 35/495 H01B 5/14 G02F 1/1343 G09F 9/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明薄膜をスパッタリング法で成膜する際
   に適用されるスパッタリングターゲットにおいて、 チタン元素又はセリウム元素のいずれか一つまたは二つ
   の金属元素の酸化物と酸化インジウムから構成され、か
   つ、上記金属元素の含有割合がインジウム元素に対し１
   ０〜３０atom％（原子％）であることを特徴とするスパ
   ッタリングターゲット。