JP4176988B2 - Ag系膜の成膜方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体にAg膜やAg合金膜を成膜するAg系膜の成膜方法及びこのAg系膜を有する積層体に関し、更に詳しくは、基板に対するAg膜やAg合金膜の密着性を高める技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
Ag膜やAg合金膜は、液晶や、有機EL(Electro Luminescence)素子などを用いた表示装置用の薄膜配線、電極、反射膜などに利用されている。Ag膜やAg合金膜の膜厚を薄くすれば良好な光透過性の導電膜となり、厚くすれば良好な光反射性の導電膜となる。例えば、有機EL素子では、ガラス基板上に透明電極が形成されているが、その透明電極としてAg膜やAg合金膜が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ag膜やAg合金膜は、下地となるガラス基板などの基体との密着性が悪く、例えばAg膜やAg合金膜をパターニングする際のフォトレジスト工程などを経ると、基体からの剥離などが起こりやすく安定性に欠けていた。
【0004】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、基体との良好な密着性を有するAg系膜の成膜方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のAg系膜の成膜方法では、Ag系膜を有する積層体は、基体と、Ag系材料でなるAg系膜との間に、前記Ag系材料の酸化膜が介在されて構成される。
【0006】
また、本発明のAg系膜の成膜方法では、酸素ガスを含む雰囲気中のスパッタ室内で、Ag系の材料でなるターゲットをスパッタリングして、基体に、Ag系材料の酸化膜を成膜してから、この酸化膜の上に、前記Ag系材料でなるAg系膜を成膜する。Ag系材料の酸化膜の成膜のとき、酸素ガスを含む雰囲気が、トータル圧力0.3Paに対して酸素ガスの分圧が0.01Pa〜0.3Paであり、成膜の前に、基体を室温より高く150℃以下の温度に予加熱する。さらに、Ag系膜の成膜のとき、不活性ガスのみの雰囲気であり、成膜の前に、基体を室温より高く150℃以下の温度に予加熱する。
【0007】
すなわち、本発明では、基体上にAg膜またはAg合金膜を成膜する前に、それぞれの酸化膜(AgOX 膜、Ag合金OX 膜)を成膜してからAg膜またはAg合金膜を積層し、基体との密着性を持たせるようにしている。好ましくは、AgOX 膜、Ag合金OX 膜、それぞれの膜厚を20Å以上とすれば、より優れた密着性が得られる。
【0008】
本発明で、Ag系材料とは、Ag単体、あるいはAgに、例えばCu、Ti、Su、Au、Pt、Niなどが1つ若しくは複数添加されてなるAg合金を表す。また、基体は、ガラス基板やプラスチック基板などの単層構造、あるいはガラス基板やプラスチック基板の上に、例えばTiOX 膜やSiO2 膜などが形成された多層構造でなる。
【0009】
【発明の実施の形態】
先ず、本実施の形態で用いる成膜装置について、図5、6を参照して説明する。本実施の形態では、通過成膜型インターバック式のスパッタ装置30を用いて成膜を行う。図5は、そのスパッタ装置30の模式側面図を、図6は模式平面図を示す。
【0010】
スパッタ装置30は、主として、スパッタ室31と、搬出入室32とから構成される。これら両室31、32は仕切弁36により仕切られている。仕切弁36は、両室31、32を気密に遮断可能である。搬出入室32はバルブ38を介して真空排気系(粗引き系)に接続されている。スパッタ室はバルブ39を介して真空ポンプ(例えばクライオポンプ)40に接続されている。
【0011】
基体1は、被成膜面を下方に露出させてキャリア35に保持され、搬出入室32とスパッタ室31間を移動され、更にはスパッタ室31内を図において左右方向に移動される。キャリア35は、移動方向に沿って配設されたローラ(図示せず)にその両側端部を支持され、そのローラ上を移動する。
【0012】
スパッタ室31内の出入り口側(図において右方)には、ターゲット33が配設されており、成膜時、このターゲット33に電源41から電力が印加される。ターゲット33の近傍には、スパッタ室31内に通じるガス導入管37が設けられている。スパッタ室31内の左方には、ヒータ34aが配設され、加熱部34を形成している。
【0013】
(第1の実施の形態)
基体1としては、縦横の寸法が210mm×210mm、厚さが0.7mmのコーニング社製Code 7059,1737のガラス基板を用いた。ターゲット33は、純度 99.99%以上のAg材料でなる。
【0014】
先ず、ガラス基板1はキャリア35に保持され、搬出入室32内に搬入される。そして、搬出入室32内は粗引き排気される。スパッタ室31内はクライオポンプ40により真空排気される。両室31、32が所定の減圧雰囲気になると、仕切弁36が開かれ、キャリア35の移動によりガラス基板1はスパッタ室31内に搬入される。
【0015】
ガラス基板1は、ヒータ34aの設置された加熱部34に移動され加熱される。このとき、ガス導入管37よりArガスとO2 ガスが導入され(真空排気は引き続き行われている)、スパッタ室31内は、ArガスとO2 ガスとの混合ガス雰囲気(圧力0.3Pa)とされる。
【0016】
上記雰囲気中にて、Agターゲット33に電源41より電力を印加すると共に、加熱部34にて加熱されたガラス基板1を、スパッタ室31内(加熱部34以外の部分)で左右に移動させる。これにより、Agターゲット33からスパッタされたAg原子が、ガラス基板1上でO2 ガスと反応しながら付着し、ガラス基板1にAgOX 膜が形成される。ガラス基板1を移動させながらスパッタリングを行うのは、基板面内での膜厚を均一にするためである。
【0017】
Agターゲット33への電力印加を停止して、AgOX 膜の成膜を終了すると、ガラス基板1を再び加熱部34へと移動させ、更にO2 ガスの導入を停止して、放電用のArガスのみを120sccmで導入し、スパッタ室31内をArガスのみの雰囲気(圧力0.3Pa)とする。
【0018】
そして、このArガス雰囲気中で、Agターゲット33に電源41より電力を印加すると共に、加熱部34にて加熱されたガラス基板1を、スパッタ室31内(加熱部34以外の部分)で左右に移動させる。これにより、Agターゲット33からスパッタされたAg原子がガラス基板1に付着し、ガラス基板1にAg膜が形成される。この成膜時にも、基板面内での膜厚を均一にするため、ガラス基板1を移動させながらスパッタリングを行っている。なお、以上の一連の成膜工程中は、仕切弁36は閉じられ、スパッタ室31と搬出入室32とを気密に遮断している。
【0019】
以上述べた一連の成膜が終了すると、AgOX 膜及びAg膜が積層されたガラス基板1は、開状態とされた仕切弁36を介して、減圧下にある搬出入室32に搬送され、外部に取り出される。このようにして、図1に示す積層体10が得られる。すなわち、積層体10は、ガラス基板1上にAgOX 膜2が形成され、このAgOX 膜2上にAg膜3が形成されて構成される。このように、AgOX 膜2を介してAg膜3をガラス基板1に積層することで、Ag膜3とAgOX 膜2間、及びAgOX 膜2とガラス基板1間の密着性を高めることができ、膜剥がれを防ぐことができる。
【0020】
以下、密着性を評価するために行ったピーリング試験の結果について説明する。この試験は、上記で得られた積層体10の表面(Ag膜3)に、粘着テープを貼り付けた後、そのテープを剥がして、Ag膜3の剥離を確認するものである。具体的には長さ3cmに切ったニチバン社製のセロハンテープと、これより粘着力が強力な3M社製のスコッチテープ(やはり長さ3cm)の両方を用いて行った。図7に示すように、積層体10上の(番号1〜9で示す)9箇所について行った。なお、AgOX 膜2の膜厚としては20Å〜100Åほどであり、このAgOX 膜2形成時のO2 ガスの分圧(トータル圧力0.3Paに対する分圧)は、0.01Pa〜0.3Paである。
【0021】
また、上述と同様なピーリング試験を、ガラス基板上に直接Ag膜を形成した従来構成の積層体(上述と同じスパッタ装置及び同条件にて作製された)についても行った。この比較結果を図8に示す。図8中、Pos.1〜Pos.9は、図7中の位置1〜9に対応する。また、図8中、温度とあるのは、成膜時のガラス基板の温度(例えばガラス基板に熱電対を取り付けて測定)を示す。室温は、ガラス基板を加熱しなかった場合である。
【0022】
また、図8で、○は全く剥離しなかった場合を、×は剥離した場合を、△は○と×の中間の評価としてやや剥離した場合を示している。この結果から明らかなように、(Ag/AgOX /ガラス基板)の構成は、従来構成(Ag/ガラス基板)に比べ密着性に優れていることがわかる。特に、ガラス基板を150℃で加熱して成膜した場合には、全ての位置にて剥離が認められなかった。
【0023】
図9は、AgOX 膜形成時における、ArガスとO2 ガスの混合比を変化させたときの密着性評価を示す。なお、AgOX 膜は100Åの膜厚で形成した。この結果からわかるように、O2 ガスの分圧が0Paのとき、すなわちAgOX 膜を形成しなかった場合(従来の構成)以外は、良好な結果となっている。すなわち、わずかでもO2 ガスを導入して、酸化されたAg膜(AgOX 膜)をガラス基板とAg膜との間に介在させることで、従来に比べて密着性を向上させることができる。なお、図9には示していないが、O2 ガスの分圧が0.01Paのときでも良好な密着性が得られた。
【0024】
図10は、AgOX 膜の膜厚と剥離率との関係を示す。AgOX 膜成膜時の雰囲気は、0.2PaのArガスと、0.1PaのO2 ガスとの混合ガス(全体の圧力Ptot は0.3Pa)である。●は基板温度150℃で成膜した結果、×は室温で成膜した結果を示す。この結果からわかるように、基板温度にかかわらず、AgOX 膜の膜厚が20Å以上の場合には剥離率が0%となっており、剥離が認められなかった。従って、AgOX 膜の膜厚を20Å以上とすれば、優れた密着性が得られる。膜厚は、Agターゲット33への印加電力や、スパッタ室31内に導入するArガスやO2 ガスのガス流量などの調整で容易に制御できる。なお、AgOX 膜の上に形成されるAg膜の膜厚は、1000〜5000Åである。
【0025】
(第2の実施の形態)
本実施の形態では、Ag系膜としてAg合金膜(具体的にはAgとCuとの合金膜)の成膜を行った。本実施の形態でも、図5、6に示す通過成膜型インターバック式のスパッタ装置30を用いて成膜を行った。
【0026】
基体1としては、第1の実施の形態と同様、縦横の寸法が210mm×210mm、厚さが0.7mmのコーニング社製Code 7059,1737のガラス基板を用いた。ターゲット33は、純度 99.99%以上のAg材料でなる。更に、本実施の形態では、このAgターゲット33の上にCuのチップ(3〜5mm角)を置いた。これにより、Cuを3at%(原子量%)含んだAg合金膜(Ag:Cu=97at%:3at%)が成膜される。
【0027】
先ず、第1の実施の形態と同様、ガラス基板1はキャリア35に保持され、搬出入室32内に搬入される。そして、搬出入室32内は粗引き排気される。スパッタ室31内はクライオポンプ40により真空排気される。両室31、32が所定の減圧雰囲気になると、仕切弁36が開かれ、キャリア35の移動によりガラス基板1はスパッタ室31内に搬入される。
【0028】
ガラス基板1は、ヒータ34aの設置された加熱部34に移動され加熱される。このとき、ガス導入管37よりArガスとO2 ガスが導入され(真空排気は引き続き行われている)、スパッタ室31内は、ArガスとO2 ガスとの混合ガス雰囲気(圧力0.3Pa)とされる。
【0029】
上記雰囲気中にて、Cuチップを載置したAgターゲット33に電源41より電力を印加すると共に、加熱部34にて加熱されたガラス基板1を、スパッタ室31内(加熱部34以外の部分)で左右に移動させる。これにより、Agターゲット33及びこの上のCuチップからスパッタされたAg原子及びCu原子が、ガラス基板1上でO2 ガスと反応しながら付着し、ガラス基板1に(Ag−Cu合金)OX 膜が形成される。ガラス基板1を移動させながらスパッタリングを行うのは、基板面内での膜厚を均一にするためである。
【0030】
Agターゲット33への電力印加を停止して、(Ag−Cu合金)OX 膜の成膜を終了すると、ガラス基板1を再び加熱部34へと移動させ、更にO2 ガスの導入を停止して、放電用のArガスのみを120sccmで導入し、スパッタ室31内をArガスのみの雰囲気(圧力0.3Pa)とする。
【0031】
そして、このArガス雰囲気中で、Agターゲット33に電源41より電力を印加すると共に、加熱部34にて加熱されたガラス基板1を、スパッタ室31内(加熱部34以外の部分)で左右に移動させる。これにより、Agターゲット33及びCuチップからスパッタされたAg原子とCu原子の合金膜がガラス基板1に形成される。この成膜時にも、基板面内での膜厚を均一にするため、ガラス基板1を移動させながらスパッタリングを行っている。なお、以上の一連の成膜工程中は、仕切弁36は閉じられ、スパッタ室31と搬出入室32とを気密に遮断している。
【0032】
以上述べた一連の成膜が終了すると、(Ag−Cu合金)OX 膜、及びAg−Cu合金膜が積層されたガラス基板1は、開状態とされた仕切弁36を介して、減圧下にある搬出入室32に搬送され、外部に取り出される。このようにして、図2に示す積層体20が得られる。すなわち、積層体20は、ガラス基板1上に(Ag−Cu合金)OX 膜12が形成され、この(Ag−Cu合金)OX 膜12上にAg−Cu合金膜13が形成されて構成される。このように、(Ag−Cu合金)OX 膜12を介してAg−Cu合金膜13をガラス基板1に積層することで、Ag−Cu合金膜13と(Ag−Cu合金)OX 膜12間、及び(Ag−Cu合金)OX 膜12とガラス基板1間の密着性を高めることができ、膜剥がれを防ぐことができる。
【0033】
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様な密着性評価を行った。図11は、(Ag−Cu合金)OX 膜形成時における、ArガスとO2 ガスの混合比を変化させたときの密着性評価を示す。なお、(Ag−Cu合金)OX 膜は100Åの膜厚で形成した。この結果からわかるように、O2 ガスの分圧が0Paのとき、すなわち(Ag−Cu合金)OX 膜を形成しなかった場合(従来の構成)以外は、良好な結果となっている。すなわち、わずかでもO2 ガスを導入して、酸化されたAg−Cu合金膜をガラス基板とAg−Cu合金膜との間に介在させることで、従来に比べて密着性を向上させることができる。なお、図11には示していないが、O2 ガスの分圧が0.01Paのときでも良好な密着性が得られた。
【0034】
図12は、(Ag−Cu合金)OX 膜の膜厚と剥離率との関係を示す。(Ag−Cu合金)OX 膜成膜時の雰囲気は、0.2PaのArガスと、0.1PaのO2 ガスとの混合ガス(全体の圧力Ptot は0.3Pa)である。●は基板温度150℃で成膜した結果、×は室温で成膜した結果を示す。この結果からわかるように、基板温度にかかわらず、(Ag−Cu合金)OX 膜の膜厚が20Å以上の場合には剥離率が0%となっており、剥離が認められなかった。従って、(Ag−Cu合金)OX 膜の膜厚を20Å以上とすれば、優れた密着性が得られる。膜厚は、Cuチップを載置したAgターゲット33への印加電力や、スパッタ室31内に導入するArガスやO2 ガスのガス流量などの調整で容易に制御できる。なお、(Ag−Cu合金)OX 膜の上に形成されるAg−Cu合金膜の膜厚は、1000〜5000Åである。
【0035】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0036】
上記各実施の形態で示したスパッタ成膜時の各種条件は、上記で示したものに限ることはない。また、Ag系酸化膜の形成に際しては、O2 ガスを用いた反応性スパッタリングに限らず、不活性ガスのみの雰囲気中で、Ag系酸化物でなるターゲットをスパッタリングすることによって形成するようにしてもよい。
ただし、この場合、Ag系酸化物でなるターゲットの加工性の問題や、得られるAg系酸化膜の組成がターゲットの組成からずれるなどの問題がある。
これに対して、反応性スパッタリングによるAg系酸化膜の形成では、
O2 ガスと不活性ガスの混合比を変えてスパッタリングすることにより、Ag系酸化膜を所望の組成に容易に制御できる。
単に導入するガスを制御するだけであり、同一のスパッタ室にて、Ag系酸化膜とAg系膜とを連続的に成膜でき効率的である。
Ag系酸化膜とAg系膜とを成膜する過程でスパッタ室は真空破壊されない、すなわち大気にさらされないので、良質な膜が得られる。
などの利点がある。
なお、スパッタリング時の放電用ガスとしてはArガスに限ることなく、その他の不活性ガスも用いることが可能である。
更には、スパッタリングに限らず、例えば蒸着法などで、図1、2に示す構造の積層体を作製してもよい。
【0037】
基体としては、ガラス基板に限らず、図3に示すようにプラスチック基板21を用いた場合であっても、その上に形成されるAg系酸化膜(AgOX 膜/Ag合金OX 膜)22、及びAg系膜(Ag膜/Ag合金膜)23との良好な密着性は得られる。
更には、基体としては、図4に示すように、ガラス基板1の上にTiOX 膜あるいはSiO2 膜などが形成された多層構造であってもよい。もちろん、プラスチック基板21の上にTiOX 膜あるいはSiO2 膜などが形成された多層構造であってもよい。
また、Ag系合金としては、Ag−Cu合金に限らず、Agに、例えばCu、Ti、Su、Au、Pt、Niなどが1つ若しくは複数添加されてなるAg合金であってもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基体と、Ag膜またはAg合金膜との間に、Agの酸化膜またはAg合金の酸化膜を介在させることで、基体に対するAg膜またはAg合金膜の密着性を向上させることができる。例えば、Ag膜またはAg合金膜をパターニングする際のフォトレジスト工程などを経ても剥離することがない。更に、実用に耐えうる低抵抗(酸化膜を形成することで抵抗は多少大きくなるが実用上は問題ない)で、高反射率あるいは良好な光透過性を有するAg膜またはAg合金膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による積層体の構成を示す模式図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態による積層体の構成を示す模式図である。
【図3】本発明の変形例による積層体の構成を示す模式図である。
【図4】本発明の他変形例による積層体の構成を示す模式図である。
【図5】通過成膜型インターバック式スパッタ装置の模式側面図である。
【図6】同装置の模式平面図である。
【図7】積層体表面上における、ピーリングテストを行った位置を示す平面図である。
【図8】従来構成の積層体と、本発明の積層体とのピーリングテストの比較結果を示す。
【図9】スパッタガス分圧の変化に対するAgOX 膜の密着性の良否を示す。
【図10】AgOX 膜の膜厚と剥離率との関係を示すグラフである。
【図11】スパッタガス分圧の変化に対するAg合金OX 膜の密着性の良否を示す。
【図12】Ag合金OX 膜の膜厚と剥離率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1……ガラス基板、2……AgOX 膜、3……Ag膜、10……積層体、12……Ag合金OX 膜、13……Ag合金膜、20……積層体、21……プラスチック基板、22……Ag系酸化膜(AgOX 膜/Ag合金OX 膜)、23……Ag系膜(Ag膜/Ag合金膜)、24……TiOX 膜/SiO2 膜、30……スパッタ装置、31……スパッタ室、32……搬出入室、33……Agターゲット、34……加熱部、34a……ヒータ、35……キャリア、36……仕切弁、37……ガス導入管、40……真空ポンプ、41……電源。
Claims (1)
- 酸素ガスを含む雰囲気中のスパッタ室内で、Ag系の材料でなるターゲットをスパッタリングして、基体にAg系材料の酸化膜を成膜した後、前記スパッタ室の雰囲気を不活性ガスのみにして、前記ターゲットをスパッタリングして、前記酸化膜の上にAg系膜を成膜するAg系膜の成膜方法であって、前記酸素ガスを含む雰囲気が、トータル圧力0.3Paに対して酸素ガスの分圧が0.01Pa〜0.3Paであり、前記Ag系材料の酸化膜の成膜の前、及び前記Ag系膜の成膜の前に、前記基体を室温よりも高温、かつ、150℃以下に予加熱してから成膜することを特徴とするAg系膜の成膜方法。
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