JPWO2018220907A1 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】水蒸気分圧を安定させ、透明導電膜の膜質をより安定させる。【解決手段】成膜装置は、第１真空室と、ガス供給源と、成膜源と、制御装置とを具備する。上記第１真空室においては、減圧状態が維持され、基板を保持するキャリアの搬入出が可能になっている。上記ガス供給源は、上記第１真空室に、水蒸気ガスを供給することができる。上記成膜源は、上記第１真空室に配置され、上記基板に形成される透明導電膜の材料を発生させることができる。上記制御装置は、上記透明導電膜が上記基板に形成される際に、上記第１真空室の水蒸気分圧を第１分圧以上で上記第１分圧よりも高い第２分圧以下の範囲に制御する。

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。
タッチパネル等に利用される透明導電膜の成膜においては、一般的には、大面積成膜、膜膜質制御等に優れるスパッタリング法が採用される。スパッタリング法においては、透明導電膜における酸素欠損を抑制するために、真空容器内に酸素ガスを導入する場合がある（例えば、特許文献１参照）。
但し、実際の成膜プロセスでは、導入ガス以外のガスも真空容器内に存在する。このようなガスとしては、水蒸気があげられる。例えば、水蒸気は、処理室の内壁や真空室に設置された部品から放出する。水蒸気に対しては、予め真空容器を排気しながらベーキングしたり、成膜前に予備放電を行ったりすることにより、充分な脱ガス処理がなされる。
しかし、成膜装置の中には、定期的に基板を別の真空室から処理室に搬入したり、成膜処理が終了した基板を再び処理室から別の真空室に搬出したりするタイプのものがある。このような装置においては、別の真空室から搬入される新しい基板及び基板保持用のキャリアが改めて水蒸気源となる場合がある。さらに、基板及びキャリアの搬入出によって処理室が開放されると、別の真空室と処理室との間で水蒸気が移動する場合もある。
従って、実際の成膜プロセスでは処理室における水蒸気分圧が安定せず、透明導電膜の膜質が成膜毎にばらつく場合がある。
国際公開第２０１０／００４９３７号
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、処理室における水蒸気分圧を安定させ、透明導電膜の膜質がより安定する成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、第１真空室と、ガス供給源と、成膜源と、制御装置とを具備する。上記第１真空室においては、減圧状態が維持され、基板を保持するキャリアの搬入出が可能になっている。上記ガス供給源は、上記第１真空室に、水蒸気ガスを供給することができる。上記成膜源は、上記第１真空室に配置され、上記基板に形成される透明導電膜の材料を発生させることができる。上記制御装置は、上記透明導電膜が上記基板に形成される際に、上記第１真空室の水蒸気分圧を第１分圧以上で上記第１分圧よりも高い第２分圧以下の範囲に制御する。
このような成膜装置によれば、上記第１真空室において上記ガス供給源以外から水蒸気が放出しても、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に制御される。これにより、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜装置においては、上記第１真空室の上記水蒸気分圧は、上記ガス供給源から供給される上記水蒸気ガスによる分圧と、上記第１真空室の内壁、上記基板、上記キャリア及び上記成膜源の少なくともいずれかから放出する水蒸気ガスによる分圧とを含んでもよい。
このような成膜装置によれば、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記ガス供給源から供給される上記水蒸気ガスによる分圧と、上記第１真空室の内壁、上記基板、上記キャリア及び上記成膜源の少なくともいずれかから放出する水蒸気ガスによる分圧とを含んでも、上記第１真空室における上記水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に制御され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜装置においては、上記制御装置は、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記第２分圧よりも低く上記第１分圧よりも高い第３分圧以下になった場合、上記第１真空室に上記ガス供給源によって上記水蒸気ガスを第１流量で供給する制御を行う。上記制御装置は、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記第３分圧よりも低く上記第１分圧よりも高い第４分圧以下になった場合、上記第１真空室に上記ガス供給源によって上記水蒸気ガスを上記第１流量よりも大きい第２流量で供給する制御を行う。上記制御装置は、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記第３分圧よりも大きくなった場合、上記第１真空室に上記ガス供給源によって上記水蒸気ガスを上記第１流量よりも小さい第３流量で供給する制御を行う。
このような成膜装置によれば、上記基板または上記キャリアから水蒸気が放出しても、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に収まるように第１真空室に水蒸気が導入され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜装置においては、上記第１真空室に減圧状態で連結可能な第２真空室と、上記第２真空室と上記第１真空室との間で上記キャリアが移送される開口と、上記開口を開閉するバルブとをさらに備えてもよい。
このような成膜装置によれば、上記第２真空室と上記第１真空室との間で水蒸気が移動しても、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に収まるように第１真空室に水蒸気が導入され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜装置においては、上記第２流量は、上記第１流量の１００％よりも大きく１１０％以下であり、上記第３流量は、上記第１流量の９０％以上で１００％よりも小さくてもよい。
このような成膜装置によれば、上記基板または上記キャリアから水蒸気が放出しても、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に収まるように第１真空室に水蒸気が導入され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、減圧状態が維持され基板を保持するキャリアの搬入出が可能な第１真空室に、水蒸気ガスを供給することを含む。上記第１真空室に配置された成膜源から透明導電膜材料が発生する。上記第１真空室の水蒸気分圧を第１分圧以上で上記第１分圧よりも高い第２分圧以下の範囲に制御して透明導電膜が上記基板に形成される。
このような成膜方法によれば、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に制御され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜方法においては、上記第１真空室の上記水蒸気ガスとして、ガス供給源から供給される水蒸気ガスと、上記第１真空室の内壁、上記基板、上記キャリア及び上記成膜源の少なくともいずれかから放出する水蒸気ガスとを用いてもよい。
このような成膜方法によれば、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記ガス供給源から供給される上記水蒸気ガスと、上記第１真空室の内壁、上記基板、上記キャリア及び上記成膜源の少なくともいずれかから放出する水蒸気ガスとを含んでも、上記第１真空室における上記水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に制御され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜方法においては、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記第２分圧よりも低く上記第１分圧よりも高い第３分圧以下になった場合、上記第１真空室に上記ガス供給源によって上記水蒸気ガスを第１流量で供給してもよく、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記第３分圧よりも低く上記第１分圧よりも高い第４分圧以下になった場合、上記第１真空室に上記ガス供給源によって上記水蒸気ガスを上記第１流量よりも大きい第２流量で供給してもよく、上記第１真空室の上記水蒸気分圧が上記第３分圧よりも大きくなった場合、上記第１真空室に上記ガス供給源によって上記水蒸気ガスを上記第１流量よりも小さい第３流量で供給してもよい。
このような成膜方法によれば、上記基板または上記キャリアから水蒸気が放出しても、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に収まるように第１真空室に水蒸気が導入され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜方法においては、上記第１真空室に減圧状態で連結可能な第２真空室を用いてもよく、上記第２真空室から開口を介して上記第１真空室に上記基板及び上記キャリアを搬入してもよく、上記第１真空室で上記基板にスパッタリング成膜をしてもよい。
このような成膜方法によれば、上記第２真空室と上記第１真空室との間で水蒸気が移動しても、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に収まるように第１真空室に水蒸気が導入され、透明導電膜の膜質がより安定する。
上記の成膜方法においては、上記第２流量は、上記第１流量の１００％よりも大きく１２０％以下であり、上記第３流量は、上記第１流量の８０％以上で１００％よりも小さくてもよい。
このような成膜方法によれば、上記基板または上記キャリアから水蒸気が放出しても、上記第１真空室における水蒸気分圧が第１分圧以上第２分圧以下の範囲に収まるように第１真空室に水蒸気が導入され、透明導電膜の膜質がより安定する。
以上述べたように、本発明によれば、処理室内における水蒸気分圧を安定させ、透明導電膜の膜質がより安定する成膜装置及び成膜方法が提供される。
本実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。 水蒸気分圧と透明導電膜の抵抗率との関係の一例を示すグラフ図である。 第１真空室における水蒸気分圧が制御されるタイムチャート図である。 酸素分圧とＩＴＯ膜の抵抗率との関係の一例を示すグラフ図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
図１は、本実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。
図１に示す成膜装置１０１は、真空容器１０と、基板搬送機構２０と、成膜源３０と、ガス供給源７０と、圧力計７５と、制御装置８０とを具備する。
真空容器１０は、第１真空室１１、第２真空室１２及び第３真空室１３を有する。図１では、第２真空室１２及び第３真空室１３のそれぞれの一部が示されている。また、真空室の数は、３つとは限らず、２個以下、あるいは、４個以上でもよい。
第１真空室１１、第２真空室１２及び第３真空室１３のそれぞれは、減圧状態を維持することが可能である。例えば、第１真空室１１内のガスは、排気口１０ｄを通じてターボ分子ポンプ等の排気機構によって外部に排気される。第２真空室１２及び第３真空室１３のそれぞれについても、排気機構によって減圧状態が維持される。排気機構には、ターボ分子ポンプの上流にクライオトラップが設けられてもよい。
図１の例では、連続式（例えば、インライン式）の成膜装置１０１が示されている。例えば、第２真空室１２は、第１真空室１１に減圧状態で連結可能になっている。第３真空室１３は、第１真空室１１に減圧状態で連結可能になっている。真空容器１０においては、側壁１０ｗａにバルブ１５が設けられ、側壁１０ｗｂにバルブ１６が設けられている。
例えば、バルブ１５が開状態になると、第２真空室１２と第１真空室１１との間に開口が形成され、バルブ１５が閉状態になると、第２真空室１２と第１真空室１１との間の開口が閉じられる。バルブ１６が開状態になると、第１真空室１１と第３真空室１３との間に開口が形成され、バルブ１６が閉状態になると、第１真空室１１と第３真空室１３との間の開口が閉じられる。
第１真空室１１は、成膜装置１０１における成膜可能な処理室として機能する。例えば、バルブ１５が開状態となり、基板２１及び基板２１を支持するキャリア（基板ホルダ）２２が第２真空室１２から開口を介して第１真空室１１に搬入されて、バルブ１５が閉状態となると、第１真空室１１で基板２１にスパッタリング成膜がなされる。スパッタリング成膜が終了すると、バルブ１６が開状態になり、基板２１及びキャリア２２が第１真空室１１から開口を介して第３真空室１３に搬出される。
基板２１は、例えば、平面形状が矩形のガラス基板を含む。基板２１が成膜源３０に対向する面は、成膜面２１ｄである。
基板搬送機構２０は、基板２１を第１真空室１１に搬入したり、第１真空室１１外に搬出したりする。例えば、基板搬送機構２０は、ローラ回転機構２０ｒ及びフレーム部２０ｆを有する。ローラ回転機構２０ｒは、フレーム部２０ｆによって支持されている。そして、ローラ回転機構２０ｒ上に、基板２１及びキャリア２２が載置されると、ローラ回転機構２０ｒが自転することにより、基板２１及びキャリア２２がバルブ１５からバルブ１６に向けてスライド移送される。
第１真空室１１における基板２１の搬入出は、例えば、自動的に行われる。また、成膜装置１０１で成膜処理がなされる基板の枚数は、一枚とは限らない。例えば、成膜装置１０１に仕込まれた複数の基板２１が第１真空室１１で定期的に一枚ずつ成膜処理がなされる。これにより、バルブ１５、１６のいずれかは、定期的に開閉する。
成膜源３０は、第１成膜源３１及び第２成膜源３２を有する。第１成膜源３１は、第１ターゲット３１Ｔ、第１バッキングチューブ３１Ｂ、第１磁気回路３１Ｍ及び第１電源３５Ｐを有する。第２成膜源３２は、第２ターゲット３２Ｔ、第２バッキングチューブ３２Ｂ、第２磁気回路３２Ｍ及び第２電源３６Ｐを有する。第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔは、いわゆるロータリーターゲットである。
第１ターゲット３１Ｔは、第１バッキングチューブ３１Ｂに支持される。第１磁気回路３１Ｍは、第１ターゲット３１Ｔ内に配置されているとともに、第１バッキングチューブ３１Ｂ内に配置される。第２ターゲット３２Ｔは、第２バッキングチューブ３２Ｂに支持される。第２磁気回路３２Ｍは、第２ターゲット３２Ｔ内に配置されているとともに、第２バッキングチューブ３２Ｂ内に配置される。第１バッキングチューブ３１Ｂ及び第２バッキングチューブ３２Ｂのそれぞれの内部には、冷却媒体が流れる流路（不図示）が設けられてもよい。
第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとは、基板２１に対向する。第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとは基板２１の搬送方向（矢印Ｔ（Ｙ軸方向））に沿って配置されている。第１ターゲット３１Ｔの中心軸３１ｃは、第１ターゲット３１Ｔの長手方向（Ｘ軸方向）に平行である。第２ターゲット３２Ｔの中心軸３２ｃは、第２ターゲット３２Ｔの長手方向（Ｘ軸方向）に平行である。
第１ターゲット３１Ｔ、第１バッキングチューブ３１Ｂ、第２ターゲット３２Ｔ及び第２バッキングチューブ３２Ｂのそれぞれは、円筒型である。但し、第１ターゲット３１Ｔ、第１バッキングチューブ３１Ｂ、第２ターゲット３２Ｔ及び第２バッキングチューブ３２Ｂのそれぞれは、円筒型に限らず、円板型であってもよい。
第１ターゲット３１Ｔの中心軸３１ｃは、基板２１の搬送方向Ｔに対して交差している。第２ターゲット３２Ｔの中心軸３２ｃは、基板２１の搬送方向に対して交差している。例えば、中心軸３１ｃ、３２ｃのそれぞれは、Ｙ軸方向に対して直交し、Ｘ軸方向に対して平行である。第１ターゲット３１Ｔは、中心軸３１ｃを軸に回転可能に構成されている。第２ターゲット３２Ｔは、中心軸３２ｃを軸に回転可能に構成されている。
第１ターゲット３１Ｔの材料は、第２ターゲット３２Ｔの材料と同じでもよく、異なってもよい。例えば、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔのそれぞれは、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ（酸化スズ含有量：１ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下））を含む。ＩＴＯにおける酸化スズの含有量は、一例であり、この値に限らない。なお、基板搬送機構２０と成膜源３０との間には、防着板１０ｐが設けられている。
成膜装置１０１において、第１磁気回路３１Ｍは、中心軸３１ｃを軸に回転可能に構成され、第２磁気回路３２Ｍは、中心軸３２ｃを軸に回転可能に構成されてもよい。これにより、第１磁気回路３１Ｍから第１ターゲット３１Ｔの表面に漏洩する磁力線（第１ターゲット３１Ｔの表面に沿って形成される磁場）の位置が可変となるように構成される。さらに、第２磁気回路３２Ｍから第２ターゲット３２Ｔの表面に漏洩する磁力線（第２ターゲット３２Ｔの表面に沿って形成される磁場）の位置が可変となるように構成される。
図１の例では、例えば、第１磁気回路３１Ｍ及び第２磁気回路３２Ｍのそれぞれがターゲットを介して基板２１に対向するように配置されている。これにより、第１ターゲット３１Ｔの表面における磁束密度は、第１ターゲット３１Ｔと基板２１との間で高くなる。さらに、第２ターゲット３２Ｔの表面における磁束密度は、第２ターゲット３２Ｔと基板２１との間で高くなる。
成膜装置１０１において、真空容器１０内に放電用ガスが導入され、第１ターゲット３１Ｔに第１電源３５Ｐから電圧が印加されると、第１ターゲット３１Ｔとアース部（真空容器１０、基板搬送機構２０、キャリア２２及び防着板１０ｐ等）との間で放電用ガスが電離し、第１ターゲット３１Ｔとアース部との間にプラズマが発生する。さらに、第２ターゲット３２Ｔに第２電源３６Ｐから電圧が印加されると、第２ターゲット３２Ｔとアース部との間で放電用ガスが電離し、第２ターゲット３２Ｔとアース部との間にプラズマが発生する。
各ターゲットに供給される電圧は、直流電圧または交流電圧である。交流電圧の周波数は、１０ｋＨｚ以上３００ＭＨｚ以下（例えば、１３．５６ＭＨｚ）である。
第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔのそれぞれから放出するスパッタリング粒子は、基板２１の成膜面２１ｄに到達する。これにより、成膜面２１ｄには、第１ターゲット３１Ｔからスパッタリングされたスパッタリング粒子Ｓ１と、第２ターゲット３２Ｔからスパッタリングされたスパッタリング粒子Ｓ２とが混合した層（例えば、透明導電膜）が形成される。
ガス供給源７０は、流量調整器７１及びガスノズル７２を有する。流量調整器７１は、第１流量調整器７１ａ、第２流量調整器７１ｂ及び第３流量調整器７１ｃを有する。ガスノズル７２は、第１ガスノズル７２ａ、第２ガスノズル７２ｂ及び第３ガスノズル７２ｃを有する。第１流量調整器７１ａ、第２流量調整器７１ｂ及び第３流量調整器７１ｃのそれぞれは、制御装置８０によって制御されている。流量調整器７１及びガスノズル７２のそれぞれの数は、図示された数に限らない。
第１真空室１１には、ガス供給源７０によって真空容器１０内に放電用ガスが供給される。放電用ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム等の希ガス、酸素（Ｏ２）、水蒸気（Ｈ２０）等である。例えば、希ガスは、第１流量調整器７１ａ及び第１ガスノズル７２ａによって第１真空室１１に供給される。酸素は、第２流量調整器７１ｂ及び第２ガスノズル７２ｂによって第１真空室１１に供給される。水蒸気は、第３流量調整器７１ｃ及び第３ガスノズル７２ｃによって第１真空室１１に供給される。
圧力計７５は、第１圧力計７５ａ及び第２圧力計７５ｂを有する。例えば、第１真空室１１の全圧は、第１圧力計７５ａによって計測され、第１真空室１１の水蒸気分圧は、第２圧力計７５ｂによって計測される。例えば、第１圧力計７５ａは、電離真空計であり、第２圧力計７５ｂは、質量分析計である。第１圧力計７５ａ及び第２圧力計７５ｂのそれぞれによって計測された測定値は、制御装置８０に送られる。
成膜装置１０１の成膜方法（動作）について説明する。
成膜装置１０１においては、ガス供給源７０が第１真空室１１に水蒸気ガスを供給する水蒸気ガス供給源となっている。しかし、成膜装置１０１においては、ガス供給源７０以外の部分が水蒸気源となる場合がある。
例えば、成膜装置１０１においては、真空容器１０、防着板１０ｐ、基板搬送機構２０、基板２１、キャリア２２及び成膜源３０の少なくともいずれかの表面からは、極微量な水蒸気ガスが放出する場合がある。
例えば、成膜装置１０１では、定期的に新しい基板２１及びキャリア２２が第１真空室１１に搬入される。これにより、成膜処理毎に、新しく搬入された基板２１及びキャリア２２が水蒸気源となる場合がある。
また、成膜開始前に予め真空容器１０、防着板１０ｐ及び基板搬送機構２０等に対してベーキング処理（脱ガス処理）を行ったとしても、放電開始によって真空容器１０、防着板１０ｐ及び基板搬送機構２０等がプラズマによって再び温められると、真空容器１０、防着板１０ｐ及び基板搬送機構２０等のそれぞれの表面から水蒸気が放出する場合がある。
特に、基板２１が大型基板（例えば、平面サイズ：１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ以上）であるとき、基板２１を支持するキャリア２２、キャリア２２を搬送する基板搬送機構２０及び防着板１０ｐも大型になる。これにより、基板２１、キャリア２２、基板搬送機構２０及び防着板１０ｐのそれぞれの表面から放出する水蒸気ガスが無視できなくなる。さらに、基板搬送によってバルブ１５、１６が開状態になると、第２真空室１２と第１真空室１１との間で水蒸気が移動したり、第３真空室１２と第１真空室１１との間で水蒸気が移動したりする場合がある。
従って、第１真空室１１にガス供給源７０によって一定流量の水蒸気ガスを供給しても、ガス供給源７０以外から放出する水蒸気ガスが加わり、第１真空室１１の水蒸気分圧がばらつく場合がある。そして、第１真空室１１の水蒸気分圧がばらつくと、透明導電膜の酸素欠損の程度がばらついて、透明導電膜の膜質（例えば、抵抗率）がばらつく場合がある。
例えば、図２は、水蒸気分圧と透明導電膜の抵抗率との関係の一例を示すグラフ図である。
成膜条件は、以下の通りである。
ターゲット材：酸化インジウム（９５ｗｔ％）／酸化スズ（５ｗｔ％）
電力：６Ｗ／ｃｍ２（ＤＣ電源）
放電ガス：アルゴン／水蒸気
全圧：０．４Ｐａ
水蒸気流量／（アルゴン流量＋水蒸気流量）：０％以上４％以下
水蒸気分圧：０Ｐａ以上０．０１８Ｐａ以下
基板温度：３７℃
膜アニール：１２０℃、６０分
図２には、ガラス基板上に成膜したＩＴＯ膜の結果（ITO Layer/Glass）と、ガラス基板上に、ＩＭ（Index Matched）膜を介して成膜したＩＴＯ膜の結果（ITO Layer/IM Layer/Glass）が示されている。図２に示すように、水蒸気分圧に応じて、ＩＴＯ膜の抵抗率が変化することが分かる。
このばらつきを抑制するためには、第１真空室１１の水蒸気分圧（ＰＨ２０）がガス供給源７０から供給される水蒸気ガスによる分圧と、ガス供給源７０以外から放出する水蒸気ガスによる分圧とを含んでいることを前提として、第１真空室１１に存在する全水蒸気量を制御する必要がある。
本実施形態における水蒸気分圧（ＰＨ２０）の制御方法を説明する。
図３は、第１真空室における水蒸気分圧が制御されるタイムチャート図である。横軸は、時間（規格値）であり、左縦軸は、水蒸気分圧（規格値）であり、右縦軸は、ガス供給源７０からの水蒸気流量（規格値）である。
成膜装置１０１においては、第１真空室１１で基板２１に透明導電膜が形成される際に、制御装置８０が第２圧力計７５ｂにより測定された水蒸気分圧（ＰＨ２０）に応じて、ガス供給源７０から第１真空室１１に供給する水蒸気の流量を制御する。例えば、透明導電膜の成膜中に、制御装置８０は、第１真空室１１の水蒸気分圧を第１分圧（Ｐ１）以上第２分圧（Ｐ２）以下の範囲に制御する。ここで、第２分圧（Ｐ２）は、第１分圧（Ｐ１）よりも高い分圧であるとする。
例えば、成膜装置１０１の第１真空室１１に、別の真空室から基板２１及びキャリア２２が第１真空室１１に移送されたとする。続いて、排気機構によって第１真空室１１が真空排気される。これにより、第１真空室１１の水蒸気分圧（ＰＨ２０）が徐々に減少する（図３：Ａ区間）。この段階では、ガス供給源７０によって第１真空室１１に水蒸気が供給されない。
次に、第１真空室１１の水蒸気分圧（ＰＨ２０）が第３分圧（Ｐ３）以下になった場合、制御装置８０は、第１真空室１１にガス供給源７０によって水蒸気ガスを第１流量（Ｆ１）で供給する制御を行う。ここで、第３分圧（Ｐ３）は、第２分圧（Ｐ２）よりも低く第１分圧（Ｐ１）よりも高い分圧である。
次に、第１真空室１１の水蒸気分圧（ＰＨ２０）が第４分圧（Ｐ４）以下になった場合、制御装置８０は、第１真空室１１にガス供給源７０によって水蒸気ガスを第１流量（Ｆ１）よりも大きい第２流量（Ｆ２）で供給する制御を行う。ここで、第４分圧（Ｐ４）は、第３分圧（Ｐ３）よりも低く第１分圧（Ｐ１）よりも高い分圧である。
次に、第１真空室１１の水蒸気分圧（ＰＨ２０）が第３分圧（Ｐ３）よりも大きくなった場合、制御装置８０は、第１真空室１１にガス供給源７０によって水蒸気を第１流量（Ｆ１）よりも小さい第３流量（Ｆ３）で供給する制御を行う。
一例として、第１分圧（Ｐ１）は、８×１０−４Ｐａ以上１×１０−３Ｐａ以下であり、第４分圧（Ｐ４）は、１×１０−３Ｐａ以上５×１０−３Ｐａ以下であり、第３分圧（Ｐ３）は、５×１０−３Ｐａ以上１×１０−２Ｐａ以下であり、第２分圧（Ｐ２）は、１×１０−２Ｐａ以上２×１０−２Ｐａ以下である。第２流量（Ｆ２）は、第１流量（Ｆ１）の１００％よりも大きく１２０％以下の流量である。例えば、第２流量（Ｆ２）は、第１流量（Ｆ１）の１１０％の流量である。第３流量（Ｆ３）は、第１流量（Ｆ１）の８０％以上で１００％よりも小さい流量である。例えば、第３流量（Ｆ３）は、第１流量（Ｆ１）の９０％の流量である。
透明導電膜の成膜は、水蒸気分圧が第１分圧（Ｐ１）以上第２分圧（Ｐ２）以下の範囲に収まった状態（図３：Ｂ区間）で遂行される。このような制御を行えば、第１真空室１１の水蒸気分圧が第１分圧（Ｐ１）以上第２分圧（Ｐ２）以下の範囲に確実に制御されて、透明導電膜の膜質（例えば、抵抗率）のばらつきが抑制される。
このように、本実施形態では、基板２１及びキャリア２２の搬入出が可能な第１真空室１１に、水蒸気ガスを供給し、第１真空室１１に配置された成膜源３０から、透明導電膜材料を発生させる。そして、第１真空室１１の水蒸気分圧（ＰＨ２０）を第１分圧（Ｐ１）以上第２分圧（Ｐ２）以下の範囲に制御して透明導電膜を基板２１に形成する。
このような成膜装置１０１によれば、第１真空室１１において、改めて、ガス供給源７０以外から水蒸気が放出しても、第１真空室１１における水蒸気分圧（ＰＨ２０）が第１分圧（Ｐ１）以上第２分圧（Ｐ２）以下の範囲に制御され、透明導電膜の膜質がより安定する。
さらに、水蒸気分圧を適格に制御すると、透明導電膜の特性としてさらなる効果が得られた。
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、酸素分圧とＩＴＯ膜の抵抗率との関係の一例を示すグラフ図である。但し、図４（ｂ）には、ＩＴＯの成膜中に、水蒸気ガスが添加された場合の例が示されている。
成膜条件は、以下の通りである。なお、図中の白抜きの三角マークについては、成膜後に１２０℃、６０分の膜アニールが施されている。
ターゲット材：酸化インジウム（９５ｗｔ％）／酸化スズ（５ｗｔ％）
電力：６ｋＷ／ｍ（ＤＣ電源）
放電ガス：アルゴン／酸素（図４（ａ））、アルゴン／酸素／水蒸気（図４（ｂ））
全圧：０．４Ｐａ
酸素分圧：０．００４Ｐａ以上０．０２３Ｐａ以下
水蒸気分圧：０．００９Ｐａ（図４（ｂ））
基板温度：３７℃
図４（ａ）に示すように、酸素分圧に応じて、ＩＴＯ膜の抵抗率が変化している。例えば、図４（ａ）では、酸素分圧が０．００４Ｐａから０．０１８Ｐａまで上昇すると、ＩＴＯ膜の抵抗率が下がっている。但し、酸素分圧が０．０１８Ｐａを超えると、ＩＴＯ膜の抵抗率が再び上昇する傾向にある。このような抵抗率の変化は、例えば、一つの要因として、酸素欠損によって電子移動度が低下したり、逆に酸素欠損によってキャリアが増加したりすることによる。また、成膜後のＩＴＯ膜にアニール処理を施すと、ＩＴＯ膜の抵抗率がさらに下がる傾向にある。これは、アニール処理により、ＩＴＯ膜の結晶化が進行して、ＩＴＯ膜の抵抗率がさらに下がったと考えられる。
一方、成膜中の添加ガスとして、酸素とともに水蒸気を添加すると、図４（ｂ）に示すように、ＩＴＯ膜の抵抗率がさらに下がった。この要因の１つとして、成膜中に水蒸気を添加すると、ＩＴＯ膜における微結晶化が抑制される、と推測している。このことを裏付けるように、水蒸気を添加したＩＴＯ膜にアニール処理を施すと、その抵抗率がさらに下がった。これは、水蒸気添加によってＩＴＯ膜の微結晶化が予め抑制されたので、アニール処理によりＩＴＯ膜の結晶化がさらに進行した、と推測している。
このように、ＩＴＯ膜形成において、水蒸気分圧を調整にすることにより、ＩＴＯ膜の抵抗率の選択幅が広がることが分かった。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
１０…真空容器
１０ｗａ、１０ｗｂ…側壁
１０ｐ…防着板
１０ｄ…排気口
１１…第１真空室
１２…第２真空室
１３…第３真空室
１５、１６…バルブ
２０…基板搬送機構
２０ｒ…ローラ回転機構
２０ｆ…フレーム部
２１…基板
２１ｄ…成膜面
２２…キャリア
３０…成膜源
３１…第１成膜源
３１Ｍ…第１磁気回路
３１Ｔ…第１ターゲット
３１Ｂ…第１バッキングチューブ
３２…第２成膜源
３２Ｍ…第２磁気回路
３２Ｂ…第２バッキングチューブ
３２Ｔ…第２ターゲット
３１ｃ、３２ｃ…中心軸
３５Ｐ…第１電源
３６Ｐ…第２電源
７０…ガス供給源
７１…流量調整器
７１ｂ…第１流量調整器
７１ａ…第２流量調整器
７１ｃ…第３流量調整器
７２…ガスノズル
７２ａ…第１ガスノズル
７２ｂ…第２ガスノズル
７２ｃ…第３ガスノズル
７５…圧力計
７５ａ…第１圧力計
７５ｂ…第２圧力計
８０…制御装置
１０１…成膜装置

Claims (10)

  1. 減圧状態が維持され、基板を保持するキャリアの搬入出が可能な第１真空室と、
    前記第１真空室に、水蒸気ガスを供給することが可能なガス供給源と、
    前記第１真空室に配置され、前記基板に形成される透明導電膜の材料を発生させることが可能な成膜源と、
    前記透明導電膜が前記基板に形成される際に、前記第１真空室の水蒸気分圧を第１分圧以上で前記第１分圧よりも高い第２分圧以下の範囲に制御する制御装置と
    を具備する成膜装置。
  2. 請求項１に記載の成膜装置であって、
    前記第１真空室の前記水蒸気分圧は、前記ガス供給源から供給される前記水蒸気ガスによる分圧と、前記第１真空室の内壁、前記基板、前記キャリア及び前記成膜源の少なくともいずれかから放出する水蒸気ガスによる分圧とを含む
    成膜装置。
  3. 請求項１または２に記載の成膜装置であって、
    前記制御装置は、前記第１真空室の前記水蒸気分圧が前記第２分圧よりも低く前記第１分圧よりも高い第３分圧以下になった場合、前記第１真空室に前記ガス供給源によって前記水蒸気ガスを第１流量で供給し、前記第１真空室の前記水蒸気分圧が前記第３分圧よりも低く前記第１分圧よりも高い第４分圧以下になった場合、前記第１真空室に前記ガス供給源によって前記水蒸気ガスを前記第１流量よりも大きい第２流量で供給し、前記第１真空室の前記水蒸気分圧が前記第３分圧よりも大きくなった場合、前記第１真空室に前記ガス供給源によって前記水蒸気ガスを前記第１流量よりも小さい第３流量で供給する制御を行う
    成膜装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
    前記第１真空室に減圧状態で連結可能な第２真空室と、
    前記第２真空室と前記第１真空室との間で前記キャリアが移送される開口と、
    前記開口を開閉するバルブとをさらに備えた
    成膜装置。
  5. 請求項３または４に記載の成膜装置であって、
    前記第２流量は、前記第１流量の１００％よりも大きく１２０％以下であり、
    前記第３流量は、前記第１流量の８０％以上で１００％よりも小さい
    成膜装置。
  6. 減圧状態が維持され基板を保持するキャリアの搬入出が可能な第１真空室に、水蒸気ガスを供給し、
    前記第１真空室に配置された成膜源から透明導電膜材料を発生させ、
    前記第１真空室の水蒸気分圧を第１分圧以上で前記第１分圧よりも高い第２分圧以下の範囲に制御して透明導電膜を前記基板に形成する
    成膜方法。
  7. 請求項６に記載の成膜方法であって、
    前記第１真空室の前記水蒸気ガスとして、ガス供給源から供給される水蒸気ガスと、前記第１真空室の内壁、前記基板、前記キャリア及び前記成膜源の少なくともいずれかから放出する水蒸気ガスとを用いる
    成膜方法。
  8. 請求項６または８に記載の成膜方法であって、
    前記第１真空室の前記水蒸気分圧が前記第２分圧よりも低く前記第１分圧よりも高い第３分圧以下になった場合、前記第１真空室に前記ガス供給源によって前記水蒸気ガスを第１流量で供給し、前記第１真空室の前記水蒸気分圧が前記第３分圧よりも低く前記第１分圧よりも高い第４分圧以下になった場合、前記第１真空室に前記ガス供給源によって前記水蒸気ガスを前記第１流量よりも大きい第２流量で供給し、前記第１真空室の前記水蒸気分圧が前記第３分圧よりも大きくなった場合、前記第１真空室に前記ガス供給源によって前記水蒸気ガスを前記第１流量よりも小さい第３流量で供給する
    成膜方法。
  9. 請求項６〜８のいずれか1つに記載の成膜方法であって、
    前記第１真空室に減圧状態で連結可能な第２真空室を用い、
    前記第２真空室から開口を介して前記第１真空室に、前記基板及び前記キャリアを搬入し、
    前記第１真空室で前記基板にスパッタリング成膜をする
    成膜方法。
  10. 請求項８または９に記載の成膜方法であって、
    前記第２流量は、前記第１流量の１００％よりも大きく１２０％以下であり、
    前記第３流量は、前記第１流量の８０％以上で１００％よりも小さい
    成膜方法。
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