JPH11172416A - 真空蒸着装置およびそれを用いたito被膜の形成方法 - Google Patents

真空蒸着装置およびそれを用いたito被膜の形成方法

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JPH11172416A
JPH11172416A JP34001797A JP34001797A JPH11172416A JP H11172416 A JPH11172416 A JP H11172416A JP 34001797 A JP34001797 A JP 34001797A JP 34001797 A JP34001797 A JP 34001797A JP H11172416 A JPH11172416 A JP H11172416A
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gas
vacuum
anode crucible
vapor deposition
film
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JP34001797A
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Shinji Kawamoto
眞司 河本
Etsuo Ogino
悦男 荻野
Shunji Wada
俊司 和田
Yuichi Aoki
裕一 青木
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度のプラズマアークを用いた真空蒸着で
ITO被膜を高速成膜するときに被膜中に微小パーティ
クル欠点が生じる。 【解決手段】 アークプラズマ真空蒸着装置の真空排気
口と陽極るつぼとガス導入口の配置関係を、導入したガ
スの真空排気口への流れ方向が基板から遠ざかる方向と
なるようにガス導入口を設けるとともに、ガス導入口と
陽極るつぼと真空排気口の底面方向へのそれぞれの投影
位置を陽極るつぼを挟むように配置する。真空排気ポン
プの全実効排気速度S(リットル/秒)およびガス導入
口からの導入ガス量Q(sccm)を、S≧1500、
0.01≧Q/S≧0.001とする雰囲気で蒸着する
のがよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマガンから
のプラズマビームを陽極るつぼに導入してるつぼ内の蒸
着材料を蒸発させ、基板上に被膜を形成する真空蒸着装
置およびその装置を用いたITO被膜の形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】アーク放電により生成させた高密度プラ
ズマを蒸着材料に導いて蒸着材料を蒸発させ、基板上に
ITO被膜を形成する方法は、特開平2−240250
号公報に開示されている。
【0003】特開平2−240250号公報に記載され
ているアーク放電プラズマ真空蒸着には、酸素ガスを真
空蒸着装置の底部近傍から導入し、導入したガスの排気
を成膜装置の高さ方向で中央部に取り付けられた真空排
気口から排気する装置が用いられている。
【0004】また、特開平7−258833号公報に
は、成膜装置の側壁からガスを導入し、同じ側壁のより
底部に近い位置(基板から遠い位置)に設けた真空排気
口から排気する高密度プラズマを用いた真空蒸着装置が
開示されている。
【0005】
【発明が解決する課題】プラズマガンから放出された高
密度のプラズマアークを蒸着材料に照射して基板上に被
膜を形成する真空蒸着法は、蒸発速度が電子ビーム蒸着
やスパッタリングと比較して極めて大きいという優れた
点を有している。この優れた点を生かすために、工業的
には高速蒸着(単位時間当たりに大きな蒸発量を確保し
た蒸着)が志向される。
【0006】しかしながら、高速蒸着を行うと、蒸発粒
子の蒸気圧によって基板に向かう蒸発流の中に存在する
蒸着材料成分の微粒子状態のものが基板方向に向けら
れ、この微粒子が基板に飛散到達する確率が増加して、
均質な被膜中に微小のパーティクルが付着した被膜にな
るということを本発明者は見出した。
【0007】この被膜中のパーティクルは、液晶表示素
子などのITO透明電極では好ましくない欠点になるか
もしれないと予想されるものであって、上記に開示され
ている真空蒸着装置による蒸着法では、パーティクルの
発生レベルが高いという問題があった。本発明は、上記
の被膜欠点を抑制することを技術的課題とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空排気ポン
プを真空排気口で連結した成膜室と、前記成膜室に取り
付けたプラズマガンとガス導入口と、前記成膜室底面に
配置した陽極るつぼと、前記成膜室外に設けて前記プラ
ズマガンからのプラズマビームを前記陽極るつぼに導く
ステアリングコイルとを有し、前記ガス導入口からガス
を導入しながら前記プラズマビームを前記陽極るつぼ内
に充填した蒸着材料に照射して蒸発させ、前記陽極るつ
ぼに対向して配置した基板上に前記蒸着材料を含む被膜
を形成する真空蒸着装置において、前記ガス導入口を、
導入したガスの真空排気口への流れ方向が前記基板から
遠ざかる方向で、かつ、ガス導入口と真空排気口の前記
真空蒸着装置の底面方向へのそれぞれの投影位置が、陽
極るつぼを挟むように配置したことを特徴とする真空蒸
着装置である。
【0009】すなわち本発明は、真空排気口と陽極るつ
ぼとガス導入口の配置関係を、導入したガスのガス導入
口から真空排気口への流れの方向を基板から遠ざかる方
向とし、かつ、ガス導入口と真空排気口を陽極るつぼを
挟むように配置したことを特徴とする。
【0010】本発明者は鋭意研究した結果、導入ガスの
成膜装置内で形成される流れが基体方向に向かうとき、
この流れが陽極るつぼから蒸発した蒸発流中に存在する
パーティクルを基板方向に向かうのを助け、その結果被
膜中にパーティクル欠点が生じるということを実験的に
確かめた。アーク放電によるプラズマ蒸着を行う0.1
〜2Paの雰囲気圧力下では、パイプのような導入口か
ら導入したガスは、瞬間的に拡散して成膜室全体に広が
るとともに、真空排気ポンプの排気能力に応じた分子流
を形成して排気口に流れ込む。このとき排気口に向かう
流れの方向が、蒸発流中の固体粒子の基体への到達に影
響することを見出したのである。
【0011】本発明の第2は、本発明の第1の真空蒸着
装置を用いてガス導入口から反応性ガスとして酸素含有
ガスを導入しながら酸化錫含有酸化インジウムの焼結体
を蒸発させ、基体にITO被膜を形成する方法である。
【0012】酸化インジウムが高密度プラズマに照射さ
れ加熱蒸発するときの蒸発は、昇華を中心とする蒸発過
程である。単位時間当たりの蒸発量を多くして高速成膜
を行うと蒸発粒子の蒸気圧が高くなり、この蒸気圧によ
って蒸発流に存在する酸化インジウムを主成分とするパ
ーティクルが蒸発粒子とともに基板方向に運ばれるよう
になる。
【0013】基板に付着するITO膜中のパーティクル
の数を抑制するためには、真空排気ポンプの実効排気速
度S(リットル/秒)、導入ガスの量をQ(sccm)
としたとき、排気速度Sを大きくし、導入ガス量を多く
するのがよい。これにより、導入されたガス分子が真空
排気ポンプにより短時間で排気され、ガスの置換効率を
高くすることができる。成膜室内に存在するパーティク
ルの一部は、成膜室内に導入するガス流に乗って排気さ
れるので、ガス置換率を高くすることが、パーティクル
の膜への混入を抑制する上で好ましい。
【0014】酸化インジウム主成分の焼結体を蒸着材料
としてITO被膜を基板上に被覆するとき、真空排気ポ
ンプの全実効排気速度S(リットル/秒)および酸素含
有ガスの導入量Q(sccm)を、S≧1500、0.
01≧Q/S≧0.001とするのが好ましい。Q/S
の値を0.001より小さくすると圧力が小さくなって
安定なプラズマの生成が困難となり、アーキングが発生
しやすくなる。またQ/Sが0.01より大きいと圧力
が高くなるので、基板に被覆されるITO膜の厚み分布
や比抵抗分布が低下するので好ましくない。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図1〜図
3を用いて以下に説明する。図1は本発明の1実施例
(配置1:真空排気ポンプがプラズマガンよりも下方に
あり、ガス導入口が陽極るつぼに対して平面投影位置で
真空排気ポンプとは反対側で、プラズマガンより上方の
基板の近くにある)の断面図である。
【0016】プラズマガン2、永久磁石3を内蔵した第
1中間電極11、磁気コイル4を内蔵した第2中間電極
12、ステアリングコイル14を成膜室6の側壁に設置
し、成膜室6の底部に永久磁石8を下部につけた陽極る
つぼ7を設け、これらを一組として蒸着手段とした。陽
極るつぼ7はプラズマビーム13の陽極としてプラズマ
ガン2は陰極として作用する。電源5により電力を供給
し、ステアリングコイル14により形成された水平磁場
によって成膜室6内に引き出されたプラズマビーム13
を蒸着材料が充填された陽極るつぼ7内に導くために、
陽極るつぼ7内の底部に設けた永久磁石8の垂直磁場に
より、成膜室6内で下方に約90度に曲げられる。基板
15の背面にはヒーター16が設けられている。
【0017】本発明に用いることができるプラズマガン
は、図2に示す複合陰極型プラズマ発生機構を用いるこ
とができる。熱容量の小さい補助電極17と硼化ランタ
ンからなる主陰極18とを有し、補助電極17に初期放
電を集中させ、それを利用して主陰極18を加熱し、主
陰極18が最終陰極としてアーク放電を行うようにした
プラズマ発生機構である。補助電極17としてはタング
ステン、タンタル、モリブデン等の高融点金属のパイプ
状のものが挙げられる。
【0018】主陰極18は円筒19に接して設けられ、
補助電極17は円板状熱シールド22を介して保持され
ている。円筒19の先端にはタングステンからなる円板
23が設けられている。水冷機構付きの陰極支持台20
の中心部に設けられた放電ガス入口21からプラズマ発
生用アルゴンガス1が導入され、そのガスは円板23の
開口部を通過して成膜室6内に導かれる。
【0019】成膜室6内を真空排気口9から真空排気ポ
ンプ(図示されない)によって、0.0004Paの圧
力に排気した後、ガラス基板15を適時加熱して、アル
ゴンを放電ガスとして放電ガス入口21から導入し、プ
ラズマガン2に電力を供給し、陽極るつぼ7とプラズマ
ガン2との間にプラズマビーム13を生起させ、陽極る
つぼ7内に充填した蒸着材料を蒸発させる。
【0020】ガラス基板へのITO被膜の蒸着は、ガス
導入口10から酸素とアルゴンの混合ガスを導入して、
約0.3Paの圧力で行う。用いた真空蒸着装置は、プ
ラズマガン2を図1の成膜室6の左側壁で陽極るつぼの
上面から上部の位置に設け、真空排気口9は成膜室6の
底部近傍の右側壁に設けた。導入された酸素とアルゴン
の混合ガスの流れは、陽極るつぼ7の上を真空排気口9
内に吸引排気されるようにした。
【0021】本発明の真空蒸着装置の他の実施の形態
を、真空蒸着装置の模式断面図により図3(a)(配置
2:真空排気口がプラズマガンとほぼ同じ高さにあり、
ガス導入口をプラズマガンより上方の基板ガラス近傍に
設けた)および図3(b)(配置3:真空排気口とガス
導入口をともにプラズマガンより上方で、ガス導入口を
真空排気口の中心より高さ方向でガラス基板に近い位置
に設けた)に示す。
【0022】以下に本発明を実施例により説明する。 実施例1〜4 図1(配置1)の真空蒸着装置を用いて、ITO被膜を
6インチシリコンウエハー上に被覆した。蒸着条件は下
記の通りである。 プラズマ発生用アルゴンガス:40sccm 蒸着材料:5重量%の酸化錫を含む酸化インジウム焼結
体 蒸着時圧力:0.3Pa 蒸着時間:50秒 排気速度S:1800,2500リットル/秒(2水
準) 酸素とアルゴンの混合ガス導入量Q:300,500,1200sccm
(3水準) プラズマ電流:150A
【0023】得られたシリコンウエハー上のITO膜に
付着している大きさが1〜5μmのパーティクル数をパ
ーティクル検出装置で計測した結果を表1に、その時の
放電安定性と得られた膜の抵抗特性とともに示す。
【0024】実施例5、6 図3の(a)および(b)に示した真空蒸着装置を用い
て、実施例1と同じ蒸着条件でITO膜を被覆した結果
を表1に示す。
【0025】実施例1〜6では、37〜135個の比較
的低レベルのパーティクル付着が認められたが、液晶表
示素子などの透明電極としては実用上良好なレベルと考
えられるものであった。
【0026】比較例1、2 図4(a)(配置4:真空排気口とガス導入口を真空蒸
着装置の底部に設けた)および図4(b)(配置5:真
空排気口をプラズマガンとほぼ同じ高さに設け、ガス導
入口を底部に設けた)に示す真空蒸着装置を用いて実施
例1と同じ条件でITO膜を被覆した結果を表1に示
す。放電安定性および膜特性は実施例1とほぼ同じレベ
ルであったが、パーティクル付着量は高いレベルを示し
た。以上のことから、本発明によればパーティクルの付
着を抑制したITO被膜を基板上に形成することができ
る。
【0027】
【表1】 ==================================== 例 配置形態 排気速度 ガス導 Q/S ハ゜ーティクル 放電 膜特性 S 入量Q 値 付着数 安定性 (抵抗) (リットル/秒) (sccm) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実施例1 配置1 1800 500 0.0035 45 良好 良好 実施例2 配置1 2500 300 0.0015 37 良好 良好 実施例3 配置1 1800 1200 0.0085 83 良好 良好 実施例4 配置1 1800 1500 0.0106 107 良好 やや大 実施例5 配置2 1800 500 0.0035 96 良好 良好 実施例6 配置3 1800 500 0.0035 135 良好 良好 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 比較例1 配置4 1800 500 0.0035 210 良好 良好 比較例2 配置5 1800 500 0.0035 224 良好 良好 ====================================
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、圧力調整または反応蒸
着のためのガスの導入口を、導入したガスの真空排気口
への流れの方向を基板から遠ざかる方向で、かつ、ガス
導入口と真空排気口の配置を陽極るつぼを挟むように配
置したので、成膜中のガス流れは、蒸着材料の蒸発流中
に存在するパーティクルの生成原因となる固形物が基板
に到達するのを抑制する。これにより、パーティクルの
基板への付着が抑制される。
【0029】また、ガス導入口と陽極るつぼと真空排気
口の真空蒸着装置の底面方向への投影位置をこの順にほ
ぼ一直線になるように配置することによりパーティクル
付着の抑制を効果的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の模式断面図である。
【図2】本発明に用いることができるプラズマ発生機構
の一実施例の模式断面図である。
【図3】本発明の他の実施例の真空排気口と陽極るつぼ
とガス導入口の配置関係をを説明するための模式断面図
である。
【図4】比較例で用いた真空蒸着装置の真空排気口と陽
極るつぼとガス導入口の配置関係を説明するための模式
断面図である。
【符号の説明】
1・・・プラズマ発生用アルゴンガス、 2・・・プラズマガン、 3・・・永久磁石、 4・・・磁気コイル、 5・・・電源、 6・・・真空成膜室、 7・・・陽極るつぼ、 8・・・永久磁石、 9・・・真空排気口、 10・・・ガス導入口、 11・・・第1中間電極、 12・・・第2中間電極、 13・・・プラズマビーム、 14・・・ステアリングコイル、 15・・・基板、 16・・・ヒーター、 17・・・補助電極、 18・・・主陰極、 19・・・円筒、 20・・・陰極支持台、 21・・・放電ガス入口、 22・・・熱シールド、 23・・・円板、
フロントページの続き (72)発明者 青木 裕一 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空排気ポンプを真空排気口で連結した
    成膜室と、前記成膜室に取り付けたプラズマガンとガス
    導入口と、前記成膜室底面に配置した陽極るつぼと、前
    記成膜室外に設けて前記プラズマガンからのプラズマビ
    ームを前記陽極るつぼに導くステアリングコイルとを有
    し、前記ガス導入口からガスを導入しながら前記プラズ
    マビームを前記陽極るつぼ内に充填した蒸着材料に照射
    して蒸発させ、前記陽極るつぼに対向して配置した基板
    上に前記蒸着材料を含む被膜を形成する真空蒸着装置に
    おいて、 前記ガス導入口を、導入したガスの真空排気口への流れ
    方向が前記基板から遠ざかる方向で、かつ、ガス導入口
    と真空排気口の前記真空蒸着装置の底面方向へのそれぞ
    れの投影位置が、陽極るつぼを挟むように配置したこと
    を特徴とする真空蒸着装置。
  2. 【請求項2】 前記真空排気口への流れを陽極るつぼ上
    の蒸発流を通過するように、ガス導入口と陽極るつぼと
    真空排気口を、それぞれの前記真空蒸着装置の底面方向
    への投影位置がこの順にほぼ一直線になるように配置し
    たことを特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2の真空蒸着装置を用
    い、蒸着材料を酸化錫含有酸化インジウム焼結体、導入
    するガスを酸素含有ガスとするITO被膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 前記真空排気ポンプの全実効排気速度S
    (リットル/秒)およびガス導入口からの導入ガスを酸
    素とアルゴンの混合ガスとして、その量Q(sccm)
    を、 S≧1500、 0.01≧Q/S≧0.001 としたことを特徴とする請求項3に記載のITO被膜の
    形成方法。
JP34001797A 1997-12-10 1997-12-10 真空蒸着装置およびそれを用いたito被膜の形成方法 Pending JPH11172416A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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