JPH0822956A - 透明導電膜の形成方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 すべての基板に対して、抵抗値やエッチング
レートなどの性質が安定した透明導電膜を形成する透明
導電膜の形成方法を提供する。 【構成】 前処理室３内に供給された水素ガスの雰囲気
ガス中で基板１１の表面を高周波電源２４によりプラズ
マ処理する。このときには、水素分子が基板１１の表面
に衝突し、表面の凹凸を緩和し、表面の傷などの欠陥を
修復し、基板１１の表面状態を均一化する。この後、成
膜室４内に基板１１を配置してアルゴンガスと酸素ガス
とを供給し、この雰囲気ガス中でスパッタ用直流電源３
６によりターゲット材３２を蒸発させて基板１１の表面
に堆積させる。このときには、基板の表面状態が均一化
されているので、すべての基板１１の表面に一様にＩＴ
Ｏ膜１１ａが形成でき、かつ基板１１の表面に残留した
水素分子がＩＴＯ膜１１ａに入り込むので、低抵抗でエ
ッチングレートなどの性質が安定した透明導電膜が形成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、透明導電膜の形成方
法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、液晶表示素子では、ガラスやセ
ラミックなどからなる一対の透明な基板の対向面に透明
電極を形成し、一対の基板間にシール材を介して液晶を
封入した構造になっている。この液晶表示素子の基板に
透明電極を形成する場合には、基板の一面にＩＴＯなど
の透明導電膜を形成し、この透明導電膜をエッチングす
ることにより所定形状の透明電極を形成している。この
ような基板の一面に透明導電膜を形成する方法として
は、一般に、スパッタリング法が知られており、このス
パッタリング法により透明導電膜を形成する装置として
は、基板を１枚ずつ成膜室内に定置してスパッタリング
を行なうバッチ式のもの、あるいは基板を順次成膜室内
に送り込みながら連続的にスパッタリングを行なうイン
ライン式のものなどがある。いずれの方式の装置でも、
成膜用の雰囲気ガス、例えばVIII族元素のガスと酸素ガ
スとを所定の割合で成膜室内に供給し、この雰囲気ガス
中でスパッタリングを行なうことにより、ＩＴＯなどの
透明導電材料を基板の表面に堆積させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の透明導電膜の形成方法では、基板の表面状態
（例えば、凹凸あるいは傷などの欠陥）によって透明導
電膜の性質が大きく変わるため、多数の基板に順次透明
導電膜を形成する場合、処理枚数あるいは処理した基板
ごとによって、透明導電膜の抵抗値およびエッチングレ
ートなどの性質が大きく異なるという問題がある。この
発明の目的は、すべての基板に対して、抵抗値やエッチ
ングレートなどの性質が安定した透明導電膜を形成する
ことのできる透明導電膜の形成方法およびその装置を提
供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板の表面に透明導電膜を形成する透明導電膜の形成方
法において、前処理用の雰囲気ガス中で基板の表面をプ
ラズマ処理した後、成膜用の雰囲気ガス中で導電材料か
らなるターゲット材を蒸発させて前記基板の表面に堆積
させることにより透明導電膜を形成するものである。こ
の場合、請求項２に記載の如く、導電材料がＩＴＯで、
前処理用の雰囲気ガスが水素ガスを含むことが好まし
い。また、請求項３記載の発明は、基板が配置される前
処理室、この前処理室内のガスを排気する前処理用排気
装置、前処理室内に前処理用の雰囲気ガスを供給する前
処理用ガス供給装置、および前処理室内に供給された雰
囲気ガス中でプラズマ状態を作って基板の表面をプラズ
マ処理するプラズマ発生装置を有する前処理手段と、前
処理室でプラズマ処理された基板が配置されるとともに
導電材料からなるターゲット材が配置された成膜室、こ
の成膜室内のガスを排気する成膜用排気装置、成膜室内
に成膜用の雰囲気ガスを供給する成膜用ガス供給装置、
および成膜室内に供給された雰囲気ガス中でターゲット
材を蒸発させて基板の表面に透明導電膜を堆積させるタ
ーゲット放出装置を有する成膜手段とからなるものであ
る。

【０００５】

【作用】この発明によれば、前処理用の雰囲気ガス中で
基板の表面をプラズマ処理すると、雰囲気ガスの分子が
基板の表面に衝突し、これにより基板の表面の凹凸が緩
和されるとともに、基板の表面の傷などの欠陥が修復さ
れ、この結果基板の表面状態が均一化される。この後、
成膜用の雰囲気ガス中でターゲット材を蒸発させて前記
基板の表面に堆積させると、基板の表面状態が均一化さ
れているので、透明導電膜を基板の表面から堆積させる
ことができ、すべての基板の表面に抵抗値やエッチング
レートなどの性質の安定した透明導電膜を一様に形成す
ることができる。この場合、請求項２に記載の如く、透
明導電膜がＩＴＯで、前処理用の雰囲気ガスが水素ガス
を含んでいれば、基板の表面に残留した前処理用の水素
ガスの分子がＩＴＯの透明導電膜に混入することによ
り、低抵抗でエッチングレートの大きい安定性に富んだ
透明導電膜を得ることができる。

【０００６】

【実施例】以下、図１〜図３を参照して、この発明の透
明導電膜の形成方法およびその装置の一実施例について
説明する。図１は透明導電膜の形成装置の概略構成図で
ある。この形成装置は、インライン式であり、気密構造
の耐圧容器１を備えている。耐圧容器１内は、左側から
順に、基板挿入室２、前処理室３、成膜室４、および基
板取出室５がそれぞれ気密構造のドアバルブ６〜１０に
よって仕切られている。

【０００７】ドアバルブ６、７で仕切られた基板挿入室
２内の底部には、ガラスやセラミックなどからなる透明
な基板１１を載置して前処理室３側に向けて搬送する搬
送装置１２が設けられている。基板挿入室２の下には、
基板挿入室２内のガスを排出するための基板挿入用排気
装置１３が配置されている。この排気装置１３は、クラ
イオポンプ、ターボ分子ポンプ、油拡散ポンプなどから
なる主排気ポンプ１３ａと、ロータリーポンプに代表さ
れる補助ポンプ１３ｂを備えている。主排気ポンプ１３
ａには、基板挿入室２に接続された排気管１３ｃがバル
ブ１３ｄを介して接続されている。補助ポンプ１３ｂに
は、基板挿入室２に接続された排気管１３ｅがバルブ１
３ｆを介して接続されているとともに、主排気ポンプ１
３ａに接続された排気管１３ｇがバルブ１３ｈを介して
接続されている。また、基板挿入室２の上部には、窒素
（Ｎ₂）ガスを供給するガス供給装置１４が設けられて
いる。このガス供給装置１４は、基板挿入室２の上部に
接続された供給管１４ａにバルブ１４ｂが設けられてい
るとともに、このバルブ１４ｂと基板挿入室２との間に
位置する部分の供給管１４ａにガス供給流量を所定流量
に制御する流量制御装置１４ｃが設けられた構造になっ
ている。

【０００８】ドアバルブ７、８で仕切られた前処理室３
内の底部には、基板挿入室２内の搬送装置１２によって
搬送された基板１１を載置して成膜室４側に向けて搬送
する搬送装置２０が設けられている。前処理室３内にお
ける搬送装置２０の上方には、基板１１を加熱する加熱
ヒータ２１が配置されている。前処理室３の下には、前
処理室３内のガスを排出するための前処理用排気装置２
２が配置されている。この排気装置２２は、基板挿入用
排気装置１３と同じ構造（図１では符号１３を２２に代
えて同じ枝番で示す）になっている。前処理室３の上部
には、水素（Ｈ ₂）ガスを供給する前処理用ガス供給装
置２３が設けられている。この前処理用ガス供給装置２
３は、基板挿入室２のガス供給装置１４と同じ構造（図
１では符号１４を２３に代えて同じ枝番で示す）になっ
ている。さらに、前処理室３の上部には、水素ガスの雰
囲気中でプラズマ状態を作って基板１１の表面をプラズ
マ処理する高周波電源（プラズマ発生装置）２４が設け
られている。この高周波電源２４の陰極および陽極は、
前処理室３内に導入され、一方が基板１１側に接続さ
れ、他方が前処理室３内の上部に配置されている。

【０００９】ドアバルブ８、９で仕切られた成膜室４内
の底部には、前処理室３内の搬送装置２０によって搬送
された基板１１を載置して基板取出室５側に向けて搬送
する搬送装置３０が設けられている。成膜室４内におけ
る搬送装置３０の上方には、基板１１を加熱する加熱ヒ
ータ３１が配置されている。成膜室４内の上部にはＩＴ
Ｏからなるターゲット材３２が配置されている。成膜室
４の下には、成膜室４内のガスを排出するための成膜用
排気装置３３が配置されている。この排気装置３３も、
基板挿入用排気装置１３と同じ構造（図１では符号１３
を３３に代えて同じ枝番で示す）になっている。成膜室
４の上部には、VIII族元素のガス、例えばアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを供給する第１成膜用ガス供給装置３４と、水
素（Ｏ₂）ガスを供給する第２成膜用ガス供給装置３５
とが設けられている。この第１、第２成膜用ガス供給装
置３４、３５は、それぞれ基板挿入室２のガス供給装置
１４と同じ構造（図１では符号１４を３４、３５に代え
て同じ枝番で示す）になっている。なお、第１成膜用ガ
ス供給装置３４で用いられるガスは他にネオン（Ｎ
ｅ）、キセノン（Ｘｅ）などがあるが、この実施例では
一般的に用いられるアルゴンを使って説明する。また、
成膜室４の上部には、ターゲット材３２を蒸発させて基
板１１の表面に透明電極１１ａを堆積させるスパッタ用
直流電源（ターゲット放出装置）３６が設けられてい
る。スパッタ用直流電源３６の陰極はターゲット材３２
に接続され、陽極は基板１１側に接続されている。

【００１０】ドアバルブ９、１０で仕切られた基板取出
室５内の底部には、成膜室４内の搬送装置３０によって
搬送された基板１１を載置して取出口のドアバルブ１０
側に向けて搬送する搬送装置４０が設けられている。こ
の基板取出室５の下には、基板取出室５内のガスを排出
するための基板取出用排気装置４１が配置されている。
この排気装置４１も、基板挿入用排気装置１３と同じ構
造（図１では符号１３を４１に代えて同じ枝番で示す）
になっている。また、基板取出室５の上部には、窒素
（Ｎ₂）ガスを供給するガス供給装置４２が設けられて
いる。このガス供給装置４２は、基板挿入室２のガス供
給装置１４と全く同じ構造（図１では符号１４を４２に
代えて同じ枝番で示す）になっている。

【００１１】次に、このような形成装置による透明導電
膜の形成方法について説明する。予め、成膜室４内にＩ
ＴＯからなるターゲット材３２をセットし、この後すべ
てのドアバルブ６〜１０を閉じ、各室２〜５内のガスを
各排気装置１３、２２、３３、４１によって排気し、各
室２〜５内を高真空状態にする。この状態で、基板挿入
室２内に窒素ガスをガス供給装置１４により供給し、基
板挿入室２内の圧力を大気圧にする。そして、ガス供給
装置１４のバルブ１４ｂを閉じた後、基板挿入室２の挿
入口側のドアバルブ６を開き、基板挿入室２内に基板１
１を挿入して搬送装置１２上に載置する。次に、挿入口
側のドアバルブ６を閉じ、基板挿入室２内のガスを排気
装置１３により排気して基板挿入室２内を再び高真空状
態（〜１×１０-⁵Ｐａ以上）にする。

【００１２】次に、基板挿入室２と前処理室３の間のド
アバルブ７を開き、基板挿入室２内の基板１１を搬送装
置１２により前処理室３内の搬送装置２０上に送り込
み、ドアバルブ７を閉じる。なお、ドアバルブ７が閉じ
られるときには、上述と同様に基板挿入室２内に次の基
板１１が挿入される。この状態で、前処理用ガス供給装
置２３により水素ガスを前処理室３内に供給し、前処理
室３内を水素ガスで満たす。このときには、ガス供給装
置２３から供給される水素ガスはガス供給装置２３の流
量制御装置２３ｃにより所定流量に制御されて継続的に
供給されるとともに、排気装置２２により継続的に排気
され、これにより水素ガスからなる前処理用の雰囲気ガ
スのガス圧は、雰囲気ガスが前処理室３内を常時流れな
がら、５０〜４００Ｐａの減圧状態になるように制御さ
れる。この間、基板１１は加熱ヒータ２１により加熱さ
れる。

【００１３】そして、雰囲気ガスのガス圧が安定する
と、搬送装置２０が基板１１を成膜室４側に向けて一定
の速度で搬送を開始するとともに、高周波電源２４が高
周波電力を供給して雰囲気ガス中でプラズマ放電を開始
する。すると、基板１１が搬送装置２０により一定の速
度で搬送されながら、雰囲気ガスの水素分子が順次連続
して基板１１の表面を叩き、基板１１の表面の凹凸を緩
和するとともに、基板１１の表面の傷などの欠陥を修復
していく。これにより、プラズマ処理が行なわれる。こ
のプラズマ処理が所定時間（予め設定された時間、例え
ば５〜１０分程度）が経過すると、プラズマ放電が停止
されるとともに、水素ガスの供給も停止され、この後、
前処理室３内の雰囲気ガスを排気装置２２により排気し
て再び前処理室３内を真空状態にする。

【００１４】次に、前処理室３と成膜室４との間のドア
バルブ８を開き、前処理室３内の基板１１を搬送装置２
０により成膜室４内の搬送装置３０上に送り込み、ドア
バルブ８を閉じる。なお、ドアバルブ８が閉じられると
きには、上述と同様、前処理室３および基板挿入室２内
にそれぞれ次の基板１１が順次挿入される。この状態
で、第１成膜用ガス供給装置３４によりアルゴンガスを
成膜室４内に供給するとともに、第２成膜用ガス供給装
置３５により酸素ガスを成膜室４内に供給し、成膜室４
内をアルゴンガスと酸素ガスとからなる成膜用の雰囲気
ガスで満たす。このときには、各ガス供給装置３４、３
５から供給されるアルゴンガスおよび水素ガスは各ガス
供給装置３４、３５の流量制御装置３４ｃ、３５ｃによ
って所定流量に制御されて継続的に供給されるととも
に、排気装置３３により継続的に排気され、これにより
雰囲気ガスのガス圧は、雰囲気ガスが成膜室４内を常時
流れながら、０．１３〜２．６６Ｐａ程度の減圧状態に
なるように制御される。この間、基板１１は加熱ヒータ
３１により加熱される。

【００１５】雰囲気ガスのガス圧が安定すると、搬送装
置３０が基板１１を基板取出室５側に向けて一定の速度
で搬送を開始するとともに、スパッタ用直流電源３６が
直流電力をターゲット材３２に供給して雰囲気ガス中で
スパッタ放電を開始する。すると、基板１１が搬送装置
３０により一定の速度で搬送されながら、雰囲気ガス中
でターゲット材３２からＩＴＯが放出されて基板１１の
表面に順次連続して堆積される。これにより、スパッタ
処理が行なわれる。そして、基板１１の表面に一定膜厚
のＩＴＯ膜（透明導電膜）１１ａが形成されると、スパ
ッタ放電が停止されるとともに、雰囲気ガスの供給も停
止され、この後、成膜室４内の雰囲気ガスを排気装置３
３により排気して再び成膜室４内を真空状態にする。

【００１６】次に、成膜室４と基板取出室５との間のド
アバルブ９を開き、成膜室４内の基板１１を搬送装置３
０により基板取出室５の搬送装置４０上に送り込み、ド
アバルブ９を閉じる。なお、ドアバルブ９が閉じられる
ときには、上述と同様、成膜室４、前処理室３および基
板挿入室２内にそれぞれ次の基板１１が順次挿入され
る。この状態で、基板取出室５内に窒素ガスをガス供給
装置４２により供給し、基板取出室５内の圧力を大気圧
にする。そして、ガス供給装置４２のバルブ４２ｂを閉
じた後、基板取出室５の取出口側のドアバルブ１０を開
き、基板取出室５内の基板１１を回収する。この後は、
取出口側のドアバルブ１０を閉じ、基板取出室５内のガ
スを排気装置４１により排気して基板取出室５内を再び
高真空状態（〜１×１０-⁵Ｐａ以上）にする。なお、ド
アバルブ１０が閉じられるときには、上述と同様、基板
取出室５、成膜室４、前処理室３および基板挿入室２内
にそれぞれ次の基板１１が順次挿入され、上述した動作
が繰り返される。

【００１７】このように、この透明導電膜の形成方法で
は、前処理室３で基板１１の表面をプラズマ処理するこ
とにより基板１１の表面状態を均一化し、成膜室４内で
のスパッタリングにより基板１１の表面にＩＴＯ膜１１
ａを堆積させるので、多数の基板１１に順次連続してＩ
ＴＯ膜１１ａを形成しても、各基板１１の表面状態が均
一化されているから、ＩＴＯの結晶質の膜を基板１１の
表面から堆積させることができ、すべての基板１１の表
面に抵抗値やエッチングレートなどの性質が均一で安定
したＩＴＯ膜１１ａを形成することができる。特に、前
処理室３における水素ガスの雰囲気ガス中でのプラズマ
処理により、基板１１の表面に残存した水素分子がＩＴ
Ｏ膜１１ａ中に入り込むことにより、低抵抗でエッチン
グレートの大きい安定性に富んだＩＴＯ膜１１ａを形成
することができる。

【００１８】ちなみに、この実施例で形成したＩＴＯ膜
１１ａと従来のＩＴＯ膜とを比較すると、次の通りであ
る。図２はＩＴＯ膜の膜厚を５００Åとしたときの基板
の加熱温度とＩＴＯ膜のシート抵抗との関係を示し、□
は従来の前処理がないものを示し、＋はこの実施例の前
処理をしたものを示している。この図２から明らかなよ
うに、０〜２５０℃の範囲では、この実施例のＩＴＯ膜
の方が従来のものよりシート抵抗が低いことがわかる。
また、図３はＩＴＯ膜の膜厚を５００Åとしたときの基
板の加熱温度とＩＴＯ膜のエッチングレートとの関係を
示し、□は従来のものを示し、＋はこの実施例のものを
示している。この図３から明らかなように、０〜２５０
℃の範囲では、この実施例のＩＴＯ膜の方が従来のもの
よりエッチングレートが大きいことがわかる。

【００１９】なお、上記実施例では、透明導電材料とし
て、ＩＴＯを用いた場合について述べたが、これに限ら
ず、例えばSnO₂系やZnO系などの酸化物系のものを用い
た場合にも適用することができる。また、上記実施例で
は、直流スパッタで成膜した場合について述べたが、こ
れに限らず、例えば高周波スパッタ、マグネトロンスパ
ッタなどでも良く、またスパッタ法に限らず、真空蒸着
法などにも適用できる。さらに、上記実施例では、イン
ライン式の装置について述べたが、これに限らず、例え
ばバッチ式の装置にも適用することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、前処理用の雰囲気ガス中で基板の表面をプラズマ処
理することにより、雰囲気ガスの分子が基板の表面に衝
突し、基板の表面の凹凸を緩和するとともに、基板の表
面の傷などの欠陥を修復し、この結果基板の表面状態が
均一化され、この後、成膜用の雰囲気ガス中でターゲッ
ト材を蒸発させて前記基板の表面に堆積させると、基板
の表面状態が均一化されているので、透明導電膜を基板
の表面から堆積させることができ、すべての基板の表面
に抵抗値やエッチングレートなどの性質の安定した透明
導電膜を一様に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の透明導電膜の形成装置の一実施例を
示した概略構成図。

【図２】この発明のＩＴＯ膜と従来のＩＴＯ膜との比較
において、基板の加熱温度とＩＴＯ膜のシート抵抗との
関係を示した図。

【図３】この発明のＩＴＯ膜と従来のＩＴＯ膜との比較
において、基板の加熱温度とＩＴＯ膜のエッチングレー
トとの関係を示した図。

【符号の説明】

３ 前処理室 ４ 成膜室 １１ 基板 １１ａ ＩＴＯ膜 ２２ 前処理用排気装置 ２３ 前処理用ガス供給装置 ２４ 高周波電源 ３２ ターゲット材 ３３ 成膜用排気装置 ３４ 第１成膜用ガス供給装置 ３５ 第２成膜用ガス供給装置 ３６ スパッタ用直流電源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に透明導電膜を形成する透明
   導電膜の形成方法において、 前処理用の雰囲気ガス中で前記基板の表面をプラズマ処
   理した後、成膜用の雰囲気ガス中で導電材料からなるタ
   ーゲット材を蒸発させて前記基板の表面に堆積させるこ
   とにより透明導電膜を形成することを特徴とする透明導
   電膜の形成方法。
2. 【請求項２】 前記導電材料はＩＴＯであり、前記前処
   理用の雰囲気ガスは水素ガスを含むことを特徴とする請
   求項１記載の透明導電膜の形成方法。
3. 【請求項３】 基板が配置される前処理室、この前処理
   室内のガスを排気する前処理用排気装置、前記前処理室
   内に前処理用の雰囲気ガスを供給する前処理用ガス供給
   装置、および前記前処理室内に供給された前記雰囲気ガ
   ス中でプラズマ状態を作って前記基板の表面をプラズマ
   処理するプラズマ発生装置を有する前処理手段と、 前記前処理室でプラズマ処理された前記基板が配置され
   るとともに導電材料からなるターゲット材が配置された
   成膜室、この成膜室内のガスを排気する成膜用排気装
   置、前記成膜室内に成膜用の雰囲気ガスを供給する成膜
   用ガス供給装置、および前記成膜室内に供給された前記
   雰囲気ガス中で前記ターゲット材を蒸発させて前記基板
   の表面に透明導電膜を堆積させるターゲット放出装置を
   有する成膜手段と、 からなることを特徴とする透明導電膜の形成装置。