JPH0273963A - 低温基体への薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、低温基体への薄膜形成方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 無機ガラスや有機物フィルムなどの透明基板にコーティ
ングされた錫を含む酸化インジウム、フッ素を含む酸化
錫、アンチモンを含む酸化錫、アルミニウムを含む酸化
亜鉛などの酸化物透明導電膜は、液晶やＥＬなとの表示
用デバイスの透明電極として利用されており、その典型
例が、錫を添加した酸化インジウム膜（ＩＴＯ）である
。従来、低比抵抗（２Ｘ１０−’Ωｃｎ＋）のＩＴＯ膜
は、基板上での反応性、および、結晶性を高めるために
、無機ガラス基板を３００〜４００℃に加熱し、電子ビ
ーム蒸着（ＥＢ蒸着）法、あるいは第２図に示すような
りＣマグネトロンスパッタ法によって成膜されていた。

［発明の解決しようとする課題］ 一方、有機物を基板とする場合や液晶カラーデイスプレ
ーの基板となるカラーフィルターを付けた無機ガラスに
ＩＴＯ膜をコーティングする場合にも、ＥＢ蒸着、ある
いはＤＣマグネトロンスパッタ法によって成膜されてい
る。しかし、これらの基板は２００℃以上に加熱できな
いため、基板上でのインジウムと酸素の反応、結晶化は
充分に行われず、低比抵抗のＩＴＯ膜は、実現できなか
ったく≧４　Ｘ　１０−’ΩＣｌｌ１）。そのため、基
板加熱の代替手法としてイオンブレーティングなどのプ
ラズマを利用した活性化手法も用いられているが、ＥＢ
蒸着をベースとしたイオンブレーティングやマグネトロ
ンスパッタリングは、いわゆるグロー放電を利用し、プ
ラズマを形成しているため、ガス、あるいは原料物質の
電離度は１％程度と低く、ＩＴＯなどの透明電導性酸化
物を効率よく形成するのに必要な、化学的に活性なイオ
ン、中性活性種の数は十分ではない。そのため、膜質の
改善は多少なされるものの、基板を３００〜４００℃に
加熱した場合のような、低比抵抗で透明な膜はできにく
い。したがって、低いシート抵抗を得るためには、膜厚
を厚くし、かつ透明性を得るために成膜速度を非常に遅
（しなければならず、高温基体への成膜に比べても、非
常に長い成膜時間を要するという欠点を有していた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、従来技術の有していた前述の欠点を解
消しようとするものであり、　２００℃以下の低温基体
に、透明で比抵抗の低い導電性酸化物の薄膜を従来に比
較して、著しく早い成膜速度で成膜できる低温基体への
薄膜形成方法を新たに提供するものである。

即ち、本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたも
のであり、２００℃以下の基体上に薄膜を形成する低温
基体への薄膜形成方法において、アーク放電によって発
生したアーク放電プラズマ流を磁場によってシート状に
変形し、該シートプラズマ中のイオンを、シートプラズ
マに対して負の電位に保たれたターゲットに加速してス
パッタリングを行い、シートプラズマを挟んで該ターゲ
ットと対向して配置した２００℃以下の基体上に薄膜を
形成することを特徴とする低温基体への薄膜形成方法を
提供するものである。

第１図は本発明の方法によってコーティングを行うにあ
たって用いる装置の一例を示したものである。

本発明においては、アーク放電によるプラズマ流を用い
る。かかるアーク放電プラズマ流は、アーク放電プラズ
マ流発生源１とアノード２の間で、プラズマ発生用直流
電源４を印加してアーク放電を行うことで生成される。

かかるアーク放電プラズマ流発生源１としては、複合陰
極型プラズマ発生装置、又は、圧力勾配型プラズマ発生
装置、又は両者を組み合わせたプラズマ発生装置が好ま
しい。このようなプラズマ発生装置については、真空第
２５巻第１０号（１９８２年発行）に記載されている。

複合陰極型プラズマ発生装置とは、熱容量の小さい補助
陰極と、ＬａＢ　ｓからなる主陰極とを有し、該補助陰
極に初期放電を集中させ、それを利用して主陰極Ｌａｖ
ｇを加熱し、主陰極１ａＢｇが最終陰極としてアーク放
電を行うようにしたプラズマ発生装置である。例えば第
３図のような装置が挙げられる。補助陰極としてはＷ、
Ｔａ、Ｍｏなどの高融点金属のコイル又はバイブ状のも
のが挙げられる。

このような複合陰極型プラズマ発生装置においては、熱
容量の小さな補助陰極５２を集中的に初期放電で加熱し
、初期陰極として動作させ、間接的にＬａｖｇの主陰極
５１を加熱し、最終的にはＬａＢ、の主陰極５１による
アーク放電へと移行させる方式であるので、補助陰極５
２が２５００℃以上の高温になって外曲に影響する以前
に１ａＢｓの主陰極５１が１５００℃〜１８００℃に加
熱され、大電子流放出可能になるので、補助陰極５２の
それ以上の温度上昇が避けられるという点が大きな利点
である。

又、圧力勾配型プラズマ発生装置とは、陰極と陽極の間
に中間電極を介在させ、陰極領域をＩ　Ｔｏｒｒ程度に
、そして陽極領域を１０−”Ｔｏｒｒ程度に保って放電
を行うものであり、陽極領域からのイオン逆流による陰
極の損傷がない上に、中間電極のない放電形式のものと
比較して、放電電子流をつ（りだすためのキャリアガス
のガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が可能であると
いう利点を有している。

複合陰極型プラズマ発生装置と、圧力勾配型プラズマ発
生装置とは、それぞれ上記のような利点を有しており、
両者を組み合わせたプラズマ発生装置、即ち、陰極とし
て複合陰極を用いると共に中間電極も配したプラズマ発
生装置は、上記利点を同時に得ることができるので本発
明のアーク放電プラズマ流発生源１として大変好ましい
。

第１図にはアーク放電プラズマ発生源１として第３図の
ような複合陰極２１と、環状永久磁石を含む第１中間電
極２２、空芯コイルを含む第２中間電極を有する第２中
間電極２３を有するものを用いた場合を示した。

本発明においては、プラズマ発生源１とアノード２を、
両者の間にスパッタリング領域５が位置するように配置
し、２個以上の空芯コイル６によってプラズマ発生源１
からアノード２方向に向かう磁場７を形成し、プラズマ
発生源ｌから発生したアーク放電による高密度のプラズ
マ流を真空室３に引き出す。さらに、引き出したプラズ
マをシート状にするために、一対の永久磁石８をプラズ
マ発生源１とスパッタリング領域５の間で、同極面を対
向させてプラズマをターゲット１０と基体９方向がら挟
み（例えば、Ｎ極とＮ極を対向させる）、がっ、永久磁
石のＮ極、あるいは、Ｓ極面をターゲット１０面、あ、
；°ハ ３″ ８−・−； るいは、被膜を形成する基体９面と平行になるように配
置し、プラズマをターゲット１０、あるいは基板９と平
行な方向におしつぶし、シートプラズマ１１を形成する
。又、シートプラズマ１１を挟むようにターゲットｌＯ
と基体９を配置し、ターゲット１０がシートプラズマ１
．１に対して負になるように、ターゲットＩＯにスパッ
タリング電源１２によってスパタリング電圧を印加する
。

第１図において、一対の永久磁石８によってシート状に
変形されたシートプラズマ１１は、第１図の上から下方
向の厚さ及び第１図に垂直な方向に幅を有している。ガ
ス導入口１３からは、放電用ガスが導入される。又、真
空室３は、排気手段によって１Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度又は
それ以下に保たれることが望ましい。

本発明において用いられるターゲットエ０としては、金
属、合金、これらの酸化物、硼化物、炭化物、珪化物あ
るいはこれらのうち１又は２種類以上を含む混合物から
なるターゲットが使用でき、特に限定されるものではな
いが、金属酸化物膜を形成する場合には、金属酸化物タ
ーゲットを用いると、製膜条件の制御が容易で良質の膜
が得られるので好ましい。特に、錫を含む酸化インジウ
ム膜を形成する場合には、非常に低抵抗の膜が得られる
という理由から錫を５〜ｌ０３ｆｉ％含む酸化インジウ
ムターゲットが好ましい。

又、本発明においては、ガス導入口１３がら真空室３へ
導入される放電用ガスとしては、特に限定されないが、
Ａｒなどの不活性ガスが好ましい。又、真空室３内のガ
ス雰囲気は、スパッタリングガスとしてのＡｒなどの不
活性ガスの他に、第１図には図示していないが、真空室
３に設けられたガス導入手段により、反応ガスとして０
□、Ｎｔナトを、０〜４０体積％添加してもよい。

本発明において薄膜を形成する基体９としては、ガラス
、プラスチック、金属からなる基体やフィルムなどが使
用でき、特に限定されるものではないが、耐熱性の低い
もの、例えば、ブラスチックからなる基板又はフィルム
あるいはあらかじめ有機高分子膜を有するガラス板例え
ば、カラーフィルター膜を有する液晶カラーデイスプレ
ー用ガラス基板などにも十分に適用できる。

又、本発明において基体９上に形成される薄膜としては
、金属膜、合金膜、金属の酸化物、窒化物、硼化物、珪
化物、あるいはこれらのうちｌ又は２種類以上を含む混
合物からなる薄膜等が形成でき、特に限定されるもので
はないが、本発明の方法は、低抵抗で高透過率の透明導
電膜を得るのに最適である。かかる透明導電膜としては
、錫を含む酸化インジウム膜、アンチモンを含んだ酸化
錫膜、アルミニウムを含んだ酸化亜鉛膜等が好適な例と
して挙げられる。

本発明の方法は、液晶表示素子等のデイスプレー用の透
明電極、太陽電池等の電極、熱線反射ガラス、電磁遮蔽
ガラス、低放射率（Ｌｏｗ−Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）ガ
ラス等の製造にも適用できる。

本発明において、製膜中、基体９は静止していても良い
し、搬送されても良い。特に、第１図において、紙面の
手前から裏側へ垂直に向かう方向、又は、裏側から手前
へ垂直に向かう方向に搬送しながら、スパッタリングを
行なうと、装置の配置の点でも有利であり、連続して製
膜を行なうことができるので好ましい。

本発明においては、アーク放電プラズマ流発生源１に印
加する直流電源４や、プラズマ流をシート状に変形する
永久磁石８等を調整すれば、厚さ０．５〜３ｃｍ、幅１
０〜５０ｃｍ、長さ２ぐ３ｍ程度のシートプラズマを容
易に形成できる。

また、本発明において、シートプラズマ１１と基体９の
間の距離は２〜３０ｃｍ程度であることが好ましい。こ
れより近づけると基体の温度が大幅に上昇してしまい、
耐熱性の弱い基体には適用できなくなる。又、これより
離すとスパッタリングによってターゲットからたたきだ
された粒子が有効に基体に付着しな（なる。

又、本発明において、シートプラズマ１１表面とターゲ
ット１０の間の距離は１〜１０ｃｍ程度であることか好
ましい。これより近づけるとターゲットの温度が大幅に
上昇してしまい、低融点のターゲットが使用できなくな
る。又、これより離すとスパッタリングパワーが有効に
投入されなくなってしまう。

本発明においては、１０００〜ｌ００００人／ｓｅｃ程
度の成膜速度が得られ、マグネトロスパッタリング等の
従来の成膜方法に比べ２〜５倍程度の高速で良質の膜が
成膜できる。

例えば、錫を含む酸化インジウムのターゲットを用いて
ＩＴＯ膜を製膜する場合、２０００〜５０００人／ｓｅ
ｃ程度の製膜速度で比抵抗３　Ｘ　１０−’Ω・ｃｍ以
下の低抵抗のＩＴＯ膜が得られる。

［作用］ 本発明において、使用されるシートプラズマは、アーク
放電を利用しているため、従来のマグネトロンスパッタ
やイオンブレーティングに利用されているグロー放電型
プラズマに比べて、プラズマの密度が５０〜１００倍高
く、ガスの電離度は、数十％となり、イオン密度、電子
密度、中性活性種密度も非常に高い。このような高密度
のプラズマにターゲットと基板を対向させ、プラズマに
対して、ターゲットに負の電圧を印加すると、ターゲッ
ト方向に非常に多数のイオンを取り出すことが可能とな
り、従来のマグネトロンスパッタリングに比較して、２
〜５倍の高速スパッタリングを実現できる。さらに、酸
素、アルゴン等の雰囲気ガスの多くは、反応性の高いイ
オンや中性の活性状態を取り、加えてスパッタリングさ
れた粒子や酸素原子等の反応ガス粒子も基板に到達する
前に、高密度のシートプラズマの中を通り、反応性の高
いイオンや中性の活性種となる。その結果、基板上での
反応性が高まり、基板加熱がなくとも、比抵抗の低い透
明導電膜が、従来よりも高速の成膜速度で実現できる。

［実施例］ 実施例１ 第３図に示すような複合陰極２１を有する圧力勾配型の
アーク放電プラズマ流発生源１を配置した第１図のよう
なスパッタリング装置を用い、ターゲット１０として錫
を７．５重量％添加した酸化インジウムの焼結体（１０
ｃｍＸ　４０ｃｍ）を使用し、加熱していないノンアル
カリガラス基板上（旭硝子社製ＡＮガラス（商品名）　
、　１０ｃｍＸ３０ｃＩ１１）にＩＴＯ膜を以下の方法
によりコーティングした。

まず、真空室３内をｌ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下に排
気した後、プラズマ発生源１に１３からアルゴンガスな
導入し、放電電流を１８０Ａに設定し、シートプラズマ
１１を発生させた。この後、スパッタリング圧力がＩ　
Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒで、酸素分圧が２％になるように
、アルゴン、および酸素ガスを真空室３内に導入した。

ここで、ターゲットにスパッタリング電源１２により一
４００ｖのスパッタリング電圧を印加し、基板静止の状
態で１分間ＩＴＯ膜を成膜した。ターゲットＩＯとシー
トプラズマ１１間は約３ＣＩ１１、シートプラズマ１１
と基板９間は約４ｃｍ、ターゲットＩＯと基板９間は約
８ｃｍであった。この時のスパッタリング電流は、９．
３Ａであり、成膜中の基板温度上昇は１１０℃以下であ
った。コーティングされたＩＴＯ膜の特性は、膜厚：　
４８００人、比抵抗：　　２．５Ｘ　１０−’Ωａｍ、
波長５５０ｎＩ１１での透過率＝８２％であった。

実施例２ また、基板としてポリエステルフィルム、および耐熱温
度２００℃の液晶デイスプレー用のカラーフィルターを
あらかじめコーティングしたノンアルカリガラス基板（
旭硝子社製ＡＮガラス）を使用した場合にも、実施例１
と同様のＩＴＯ膜特性を得た。この場合、ポリエステル
フィルムの透過率の低下、カラーフィルターの劣化等は
、発生しなかった。

［比較例］ 実施例１と同程度のターゲットサイズを持つ第２図のよ
うなりＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、ター
ゲット３２として、実施例１と同様の錫を７．５重量％
添加した酸化インジウムの焼結体を使用し、実施例１と
同様のガラス基板上にＩＴＯ膜を以下の方法によりコー
ティングした。

まず、スパッタリング装置内をｌ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒ以下に排気した後、スパッタリング圧力が１×１０−
”Ｔｏｒｒで、酸素分圧が２％になるように、アルゴン
、および酸素ガスをスパッタリングチャンバー内にガス
導入口３５から導入した。ここで、ターゲット３２に一
４００Ｖのスパッタリング電圧をスパッタリング電源３
４により印加し、基板静止の状態で１分間ＩＴＯ膜を成
膜した。この時のスパッタリング電流は、　３．ＯＡで
あった。ターゲット３２と基板３１間は約８０ｆｉｌで
あり、成膜中の基板温度上昇は１５０℃以下であった。

コーティングされたＩＴＯ膜の特性は、膜厚：１８００
人、比抵抗：　　７．２Ｘ　１０−’Ωａｍ、波長５５
０ｎｍでの透過率：８０％であった。

以上のように、低温基板への透明導電膜のコーティング
において、本発明による高密度シートプラズマスパッタ
リング方法は、従来のＤＣマグネトロンスパッタ法に比
較して、２〜５倍の高速成膜速度で、比抵抗の低い透明
導電性酸化物被膜が形成できる。

［発明の効果］ 本発明は、加熱のできない有機フィルムや有機膜のコー
ティングされた無機ガラス基板にマグネトロンスパッタ
リング等の従来の成膜方法に比べ、２〜５倍の成膜速度
で、従来法による膜と同等か、あるいはそれ以下の比抵
抗を持つ透明導電膜がコーティングできるという優れた
効果を有する。さらに、本発明では、マグネトロンスパ
ッタリングのようにターゲット裏面にマグネットを使用
していないこと、さらにプラズマを大面積で均一にシー
ト状（こ形成するという理由から、ターゲットのエロー
ジョンは、均一になり、ターゲットの利用効率も著しく
向上するという優れた効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によってコーティングを行う為に
用いる装置の一例を示す説明図、第２図は従来のマグネ
トロンスパッタリング法の為の装置の一例を示す説明図
、第３図は本発明におけるプラズマ発生源の陰極として
の複合陰極の一例を示す断面図である。 ｌ：アーク放電プラズマ流発生源 ２ニアノード ３：真空室 ４：プラズマ発生用直流電源 ５ニスバツタリング領域 ６：空芯コイル ７：空芯コイルによって作られる磁場の方向８：永久磁
石 ９：基　体 １０：ターゲット １１：シートプラズマ １２ニスバツタリング電源 １３：ガス導入口 ２１：複合陰極 ２２：環状永久磁石を内蔵した第１中間電極２３：空芯
コイルを内蔵した第２中間電極３１：基　板 ３２：ターゲット ３３： ３４： ３５： ３６： ３７： ５Ｊ　： ５２； ５３： ５４・ ５５： ５６： ５７： ５８＝ 永久磁石 スパッタリング電源 ガス導入口 プラズマ エロージョン領域 ＬａＢ５主陰極 Ｔａバイブの補助陰極 陰極を保護するためのＷからなる円板 Ｍｏからなる円筒 Ｍｏからなる円板状の熱シールド 冷却水 ステンレスからなる陰極支持台 ガス導入口 、・衣。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２００℃以下の基体上に薄膜を形成する低温基体へ
   の薄膜形成方法において、アーク放電によって発生した
   アーク放電プラズマ流を磁場によってシート状に変形し
   、該シートプラズマ中のイオンを、シートプラズマに対
   して負の電位に保たれたターゲットに加速してスパッタ
   リングを行い、シートプラズマを挟んで該ターゲットと
   対向して配置した２００℃以下の基体上に薄膜を形成す
   ることを特徴とする低温基体への薄膜形成方法。 ２、透明又は半透明の基体上に透明導電膜を形成するこ
   とを特徴とする請求項１記載の低温基体への薄膜形成方
   法。 ３、基体がプラスチックからなる基板又はフィルムであ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の低温基体への
   薄膜形成方法。 ４、基体が、有機高分子被膜を有するガラス基体である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の低温基体への薄
   膜形成方法。 ５、基体が、カラーフィルターを有するガラス板である
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の低温基体への薄
   膜形成方法。