KR20100011996A - 투명 도전막의 형성 방법 - Google Patents

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사토루 이시바시
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Abstract

본 투명 도전막의 형성 방법은 투명 도전막의 형성 재료를 구비한 타겟에 스퍼터 전압을 인가하면서, 상기 타겟의 표면에 수평 자계를 발생시켜 스퍼터를 행하고, 기판 상에 ZnO를 기본 구성 원소로 하는 투명 도전막을 형성하는 방법으로서, 상기 스퍼터 전압을 340V 이하로 하여 상기 스퍼터를 행한다.
투명 도전막, 타겟, 스퍼터, 비저항, 자장, 자계

Description

투명 도전막의 형성 방법{Method for forming transparent conductive film}
본 발명은 투명 도전막의 형성 방법에 관한 것이다.
본 출원은 일본 특허출원 2007-218296호를 기초 출원으로 하며 그 내용을 여기에 포함시킨다.
태양전지나 발광 다이오드의 전극으로서 투명 도전 재료인 ITO(In2O3-SnO2)이 이용되고 있다. 그러나, ITO의 원료가 되는 인듐(In)은 희소 금속이며, 앞으로는 입수 곤란에 따른 비용의 상승이 예상된다. 따라서, ITO를 대신하는 투명 도전 재료로서, 풍부하고도 저렴한 ZnO계 재료가 주목받고 있다(예컨대, 하기 특허 문헌 1 참조). ZnO계 재료는 대형 기판에 대한 균일한 성막이 가능한 스퍼터링에 적합하며, In2O3계 재료의 타겟을 변경하므로써 간단히 성막할 수 있다. 또한, ZnO계 재료는, In2O3계 재료와 같이 절연성이 높은 저급 산화물(InO)를 포함하지 않는다.
[특허 문헌 1] 특개평 9-87833호 공보
ZnO계 재료는 ITO에 이어 저항이 낮은 재료이지만, 일반적인 비저항은 500μΩcm∼1000μΩcm이고, ITO의 2.5배 ∼5배의 값이다. 따라서, ZnO계 재료의 저저항화가 더욱 요망되고 있다.
또한 ZnO계 재료는 고온 상태에서 대기 중에 방치되면, 산화되어 비저항이 상승하는 성질을 갖는다. 이와 같이 ZnO계 재료는 내열성이 낮기 때문에, 진공 중에서 가열 성막한 ZnO막을 대기 중에 취출하기 전에 냉각이 필요하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로 비저항이 낮고, 내열성이 뛰어난 ZnO계 재료로 이루어진 투명 도전막 형성 방법의 제공을 목적으로 한다.
본원의 발명자는 성막시의 스퍼터 전압 및 자장 강도가 ZnO계막의 비저항에 영향을 주는 것을 찾아내었다. ZnO계막의 비저항이 막두께나 산화도에 따라 크게 변화됨은 종래에 알려져 있었지만, 이 막두께나 산화도의 불균일에 의한 노이즈가 크기 때문에, 비저항 스퍼터 전압 의존성 및 자장 강도 의존성은 확인되지 않았다. 본원 발명자는 태양전지용 투명 전극으로서 두꺼운 ZnO계막의 형성 방법을 개발함에 있어서, 처음으로 비저항 스퍼터 전압 의존성 및 자장 강도 의존성을 찾아낸 것이다.
본 발명은 투명 도전막 형성 재료를 구비한 타겟에 스퍼터 전압을 인가하면서, 상기 타겟의 표면에 수평 자계를 발생시켜 스퍼터를 행하고, 기판 상에 ZnO를 기본 구성 원소로 하는 투명 도전막을 형성하는 방법으로서, 상기 스퍼터 전압을 방전 가능한 전압 이상 또한 340V 이하로 상기 스퍼터를 행한다.
또한, 이 투명 도전막의 형성 방법에서는, 상기 타겟 표면에서의 수평 자계 강도의 최대치를 600가우스 이상으로 하여 상기 스퍼터를 행한다.
상기 투명 도전막을 형성하는 방법에 의하면, 결정 격자가 정돈된 ZnO계막을 형성할 수 있고, 비저항이 낮은 투명 도전막을 얻을 수 있다. 또한 결정 격자가 정돈된 ZnO계막이 형성되므로, 고온으로 가열해도 잘 산화되지 않고, 내열성이 뛰어난 투명 도전막을 얻을 수 있다.
또한, 상기 타겟의 상기 투명 도전막의 형성 재료로서, A1을 포함하는 물질을 ZnO에 첨가한 재료를 사용해도 된다.
이 경우, ZnO계막 중에서도 특히 비저항이 낮은 투명 도전막을 얻을 수 있다. 또한 산소 가스를 도입하면서 상기 스퍼터를 행해도 된다.
이 경우, 산소가 풍부한 ZnO계막이 형성되므로, 광투과율이 높은 투명 도전막을 얻을 수 있다.
또한 상기 수평 자계를 발생시키는 자계 발생 수단이, 상기 타겟의 이면을 따라 배치된 제1 극성의 제1 자석 및 제2 극성의 제2 자석을 구비하고, 상기 제2 자석이 상기 제1 자석을 둘러싸도록 배치되어 있는 구성을 채용해도 된다.
이 경우, 타겟 표면에 강한 수평 자계를 발생시킬 수 있기 때문에, 결정 격자가 정돈된 ZnO계막을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 비저항이 낮고 내열성이 뛰어난 투명 도전막을 얻을 수 있다.
또한 상기 수평 자계를 발생시키는 자계 발생 수단과 상기 타겟의 상대 위치를 변화시키면서 상기 스퍼터를 행하여도 된다.
이 경우, 타겟의 에로젼 영역을 분산시킬 수 있게 되어 타겟의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 기판과 상기 타겟의 상대 위치를 변화시키면서 상기 스퍼터를 행하여도 된다.
이 경우, 기판 전체에 대해 균질한 투명 도전막을 얻을 수 있다.
또한 상기 스퍼터 전압의 인가를 DC 전원 및 RF 전원을 병용해도 된다.
이 경우, 스퍼터 전압을 저하시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 결정 격자가 구비된 ZnO계막을 형성할 수 있게 되어 비저항이 낮은 투명 도전막을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 결정격자가 정돈된 ZnO계막을 형성할 수 있으며, 비저항이 낮고 내열성이 우수한 투명 도전막을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마그네트론 스퍼터 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 성막실의 평단면도이다.
도 3은 스퍼터 캐소드 기구의 정면도이다.
도 4는 마그네트론 스퍼터 장치의 변형예이다.
도 5는 수평 자계 강도와 스퍼터 전압과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 ZnO계막의 막두께와 비저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 어닐 처리 온도와 비저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 어닐 처리 온도와 비저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 스퍼터 전압과 비저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.
<부호의 간단한 설명>
5 기판
10 마그네트론 스퍼터 장치
22 타겟
26 DC 전원(전압 인가 수단)
30 자기 회로(자계 발생 수단)
31 제1 자석
32 제2 자석
본 발명의 일실시 형태에 따른 투명 도전막의 형성 방법에 대해 도면을 이용하여 이하에 설명하기로 한다.
(마그네트론 스퍼터 장치)
도 1은 마그네트론 스퍼터 장치의 개략 구성도이다. 본 실시 형태의 스퍼터 장치(10)는 인터백식 스퍼터 장치로서, 기판(미도시)의 장착/취출실(12)과, 상기 기판에 대한 성막실(14)을 구비하고 있다. 장착/취출실(12)에는 로터리 펌프 등의 러프 배기 수단(12p)이 접속되고, 성막실(14)에는 터보 분자 펌프 등의 고진공 배기 수단(14p)이 접속되어 있다. 본 실시 형태의 스퍼터 장치(10)에서는 상기 기판을 종형 지지하여 장착/취출실(12)로 반입하고, 러프 배기 수단(12p)으로 장착/취출실(12) 내를 배기한다. 이어서, 고진공 배기 수단(14p)으로 고진공 배기한 성막실(14) 내에 상기 기판을 반송하여 성막 처리를 한다. 성막 후의 상기 기판은 장착 /취출실(12)을 통해 외부로 반출된다.
성막실(14)에는 Ar 등의 스퍼터 가스를 공급하는 가스 공급 수단(17)이 접속되어 있다. 이 가스 공급 수단(17)으로부터는 O2 등의 반응 가스를 공급할 수도 있다. 성막실(14) 내에는 스퍼터 캐소드 기구(20)가 종으로 배치되어 있다.
도 2는 성막실의 평단면도이다. 스퍼터 캐소드 기구(20)는 성막실(14)의 폭방향의 일 측면에 배치되어 있다. 성막실(14)의 다른 측면에는 기판(5)을 가열하는 히터(18)가 배치되어 있다.
스퍼터 캐소드 기구(20)는 주로 타겟(22), 배면 플레이트(24) 및 자기 회로(30)를 구비하고 있다. 배면 플레이트(24)는 DC 전원(26)에 접속되고, 부전위(負電位)로 유지되고 있다. 배면 플레이트(24)의 표면에는 ZnO계막 형성 재료를 납으로 본딩한 타겟(22)이 배치되어 있다. ZnO계막 형성 재료는 ZnO단독이어도 되고, ZnO에 소정 재료를 첨가한 것이어도 된다.
가스 공급 수단(17)으로부터 성막실(14)로 스퍼터 가스를 공급하고, DC 전원(26)에 의해 배면 플레이트(24)로 스퍼터 전압을 인가한다. 성막실(14) 내에서 플라즈마에 의해 여기된 스퍼터 가스의 이온이 타겟(22)에 충돌하여 ZnO계막 형성 재료의 원자를 튀어 나오게 한다. 튀어나간 원자를 기판(5)에 부착시키므로써 기판(5)에 ZnO계막이 형성된다.
배면 플레이트(24)의 이면을 따라, 타겟(22)의 표면에 수평 자계를 발생시키는 자기 회로(30)가 배치되어 있다. 자기 회로(30)는 배면 플레이트(24) 측의 표면 의 극성이 서로 다른 제1 자석(31) 및 제2 자석(32)을 구비하고 있다. 또한, 이들 제1 자석(31) 및 제2 자석(32)은 영구자석이다.
도 3은 스퍼터 캐소드 기구의 배면도이다. 제1 자석(31)은 직선 형상을 이루고, 제2 자석(32)은 제1 자석(31)의 주연부에서 소정 거리를 두고 둘러싸는 액자 형상을 이루고 있다. 이들 제1 자석(31) 및 제2 자석(32)이 요크(34)에 장착되고, 자기 회로 유니트(30a)가 형성되어 있다. 또한 복수의(본 실시 형태에서는 2개) 자기 회로 유니트(30a, 30b)가 브라켓(35)에 의해 연결되고 자기 회로(30)가 구성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 배면 플레이트(24)측의 극성이 다른 제1 자석(31) 및 제2 자석(32)에 의해, 자력선(36)으로 표현되는 자계가 발생한다. 이에 따라, 제1 자석(31)과 제2 자석(32) 사이의 타겟(22) 표면에서, 수직 자계가 제로(수평 자계가 최대)가 되는 위치(37)가 발생한다. 이 위치(37)에 고밀도 플라즈마가 생성되므로써, 성막 속도를 향상시킬 수 있다.
이 위치(37)에서는 타겟(22)이 가장 깊게 에로젼한다. 이 위치(37)가 고정되지 않도록 타겟의 이용 효율(수명)을 향상시키기 위해, 또한 타겟 및 음극의 냉각 효율을 올려 아킹 등을 개선하기 위해, 자기 회로(30)는 수평 방향으로 요동 가능하게 형성되어 있다. 또한 타겟(22)의 상하단에서는 에로젼이 구형이나 반원형이 되기 때문에, 자기 회로(30)가 수직 방향으로도 요동 가능하게 되어 있다. 구체적으로는, 자기 회로(30)의 브라켓(35)을 수평 방향 및 수직 방향으로 독립적으로 왕복 운동시키는 한쌍의 액튜에이터(미도시)를 구비하고 있다. 이러한 수평 방향 액 튜에이터 및 수직 방향 액튜에이터를 다른 주기로 구동하므로써 자기 회로(30)가 타겟(22)과 평행한 면 내에서 지그재그 운동한다.
(변형예)
도 4는 마그네트론 스퍼터 장치의 변형예이다. 이 스퍼터 장치(100)는 인라인식 스퍼터 장치로서, 장착실(12), 성막실(14) 및 취출실(16)을 이 순서대로 구비하고 있다. 이 스퍼터 장치(100)에서는, 기판(5)을 세로로 지지하여 장착실(12)로 반입하고, 러프 배기 수단(12p)으로 장착실(12) 내를 배기한다. 이어서, 고진공 배기 수단(14p)으로 고진공 배기한 성막실(14) 내에 상기 기판을 반송하고, 성막 처리를 한다. 성막후의 기판(5)은 러프 배기 수단(16p)으로 배기한 취출실(16)로부터 외부로 반출한다.
성막실(14)에는 복수의(본 변형예에서는 3개)의 스퍼터 캐소드 기구(20)이 기판(5)의 반송 방향으로 나란히 배치되어 있다. 각 스퍼터 캐소드 기구(20)는 상기 실시 형태와 동일하게 구성되어 있다. 본 변형예에서는, 복수의 스퍼터 캐소드 기구(20)의 앞을 기판(5)이 통과하는 과정에서, 각 스퍼터 캐소드 기구(20)에 의해 기판(5)의 표면에 ZnO계막을 형성한다. 이에 따라, 균질한 ZnO계막을 형성할 수 있고, 또한 성막처리 스루풋을 향상시킬 수도 있다.
(제1 실시 형태)
본 실시 형태에서는, 도 1 내지 도 3에 도시한 나타낸 스퍼터 장치를 이용하여, Al이 첨가된 ZnO(AZO)막을 형성한다. ZnO계막은 결정 중에 산소 공공이 형성되어 자유 전자가 방출되므로써, 도전성을 나타낸다. 이 ZnO계막은 특히 산화되기 쉬 우므로, 탈가스에 의해 산화원의 영향을 저감시키기 위하여, 가열 성막을 행하는 것이 바람직하다. 또한 ZnO계막은 B나 A1, Ga 등이 결정 중의 Zn 위치에 들어가 이온이 되어 자유 전자를 방출함으로써, 도전성이 향상되는 성질을 갖는다. 이러한 관점에서도, 마이그레이션이 잘 발생하는 가열 성막이 유리하다.
도 2에 도시한 타겟(22)에는 투명 도전막의 형성 재료로서, Al2O3가 0.5wt% ∼10.0wt%(본 실시 형태에서는 2.0wt%) 첨가된 ZnO를 채용한다. 성막실(14)에 무알카리 글래스 기판(5)을 반입하고, 히터(18)에 의해 기판(5)을 100∼600℃(본 실시 형태에서는 200℃)로 가열한다. 고진공 배기 수단에 의해 성막실(14)을 고진공 배기하고, 가스 공급 수단으로부터 스퍼터 가스로서 Ar가스를 도입하여 성막실(14)의 압력을 2mTorr∼10mTorr(본 실시 형태에서는 5mTorr)로 유지한다. 자기 회로(30)를 요동시키면서, DC 전원(26)에 의해 배면 플레이트(24)에 전력 밀도1W/cm2∼8W/cm2(본 실시 형태에서는 4W/cm2)의 전력을 투입한다. 또한, 가열 성막을 행하기 위하여 성막후의 어닐 처리를 하지 않지만, 성막후에 어닐 처리를 해도 된다.
상술한 바와 같이, ZnO계막은 B나 A1, Ga 등이 결정 중의 Zn 위치에 들어가 이온이 되어 자유 전자를 방출하므로써, 도전성이 향상되는 성질을 갖는다. 따라서, Al2O3을 첨가한 ZnO 타겟을 채용하여 스퍼터를 행하여 A1이 첨가된 ZnO(AZO)막을 형성하므로써, ZnO계막 중에서도 특히 비저항이 낮은 투명 도전막을 얻을 수 있다.
본원의 발명자는 ZnO계막의 비저항의 자장 강도 의존성을 평가하였다. 따라서, 타겟 표면의 수평 자계 강도가 300가우스가 되도록 자기 회로(30)를 조정한 제1 수준과, 타겟 표면의 수평 자계 강도가 1500가우스가 되도록 자기 회로(30)를 조정한 제2 수준으로 ZnO계막을 형성하였다. ZnO계막의 막두께는 각 수준에 대해 2000Å, 5000Å, 10000Å 및 15000Å으로 하여 비저항을 측정하였다.
도 5는 수평 자계 강도와 스퍼터 전압과의 관계를 나타내는 그래프이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 수평 자계 강도가 높을수록 스퍼터 전압이 낮아지는 관계에 있다. 일반적으로 스퍼터 전압은 방전 임피던스(=타겟 전압/타겟 전류)의 영향을 받고, 방전 임피던스는 타겟 표면의 자계 강도의 영향을 받는다. 자계 강도를 증가시키면 플라즈마 밀도가 커지고, 그 결과, 스퍼터 전압이 저하된다. 상술한 제1 수준(수평 자계 강도가 300가우스)인 스퍼터 전압은 450V 정도, 제2 수준(수평 자계 강도가 1500가우스)인 스퍼터 전압은 300V정도가 된다.
도 6은 ZnO계막의 막두께와 비저항과의 관계를 나타내는 그래프이다. ZnO계 재료의 비저항은 막두께 의존성을 갖기 때문에, 막두께의 증가에 따라 비저항이 감소된다.
제2 수준(1500가우스, 300V)으로 성막한 ZnO계막의 비저항은, 제1 수준(300가우스, 435V)보다 작아져 있다. 그 이유는, 이하와 같다. 비저항이 막두께 의존성을 갖기 때문에, ZnO계 재료는 결정 격자가 잘 갖추어지기 어려운 성질을 갖는다. 높은 스퍼터 전압(약한 자장)으로 형성한 ZnO계막은 결정 격자가 문란해져 있기 때문에 비저항이 높아진다. 이 경우에도, 막두께를 두껍게 하므로써 결정 격자가 정 돈되고, 비저항이 저하되는 경향을 보인다. 그러나, 결정 격자의 정돈된 쪽이 충분하지 않기 때문에, 낮은 스퍼터 전압(강한 자장)으로 형성된 막두께가 얇은 ZnO계막에 비해, 비저항이 높아진다.
도 8은 기판을 200℃로 가열하고, 막두께가 2000Å인 ZnO계막을 형성한 경우, 스퍼터 전압과 비저항과의 관계를 나타내는 그래프이다(스퍼터 전압은 부전위로 기재하고 있다). 스퍼터 전압의 절대값이 340V 이하의 범위에서는 비저항이 400μΩcm 전후이지만, 스퍼터 전압의 절대값이 340V를 넘으면 비저항이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 스퍼터 전압을 340V 이하로 하고, 타겟 표면에서의 수평 자계 강도의 최대치를 600가우스 이상(도 5참조)으로 하여 스퍼터를 행하고, ZnO계막을 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 결정 격자가 구비된 ZnO계막을 형성할 수 있게 되어, 비저항이 낮은(막두께가 얇아도 비저항이 500μΩcm 이하인) ZnO계막을 얻을 수 있다. 또한 340V 이하의 저전압으로 스퍼터를 행함으로써, 플라즈마에 의해 여기된 부이온이 가속되고 기판에 돌입하여 하지막 등에 데미지가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 스퍼터 전압의 하한으로는, 스퍼터 가능한 방전 전압이다. 또한 수평 자계 강도의 최대치는, 상술한 바와 같이 600가우스 이상인 것이 바람직하다. 수평 자계 강도의 최대치는, 크면 클수록 방전 전압을 낮출 수 있으므로 바람직하나, 통상 자계 형성을 위해서는, 영구자석이 사용되기 때문에 사용하는 영구자석의 성능에 의해 상한치가 정해진다.
또한 본원의 발명자는 ZnO계막의 내열성의 자장 강도 의존성을 평가하였다. 구체적으로는, 제1 수준 및 제2 수준에서 5000Å의 ZnO계막을 형성하고, 성막후에 어닐 처리를 다양한 온도에서 행하여 비저항을 측정하였다. 어닐 처리는 150℃∼600℃(50℃마다)의 온도로 대기 중에서 1시간 행하였다.
도 7a 및 도 7b는 어닐 처리 온도와 비저항과의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 7a는 350℃ 이하의 그래프이고, 도 7b는 350℃ 이상의 그래프이다. 어닐 온도가 450℃ 이하인 경우에는, 제1 수준 및 제2 수준 모두 비저항의 대폭적인 증가가 보이지 않는다. 이에 대해, 도 7b에 도시한 바와 같이 어닐 온도가 500℃ 이상인 경우에는, 제2 수준(1500가우스, 300V)의 ZnO계막의 비저항이, 제1 수준(300가우스, 435V) 보다 작아져 있다.
그 이유는, 이하와 같다. ZnO계막은 산소 공공이 결정 중에 형성되어 자유 전자가 방출되므로써, 도전성을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 높은 스퍼터 전압(약한 자장)으로 형성한 ZnO계막의 결정 격자는 문란해져 있는데, 결정 격자가 문란해질수록 산소와 결합하기 쉽다. 따라서, 높은 스퍼터 전압(약한 자장)으로 형성한 ZnO계막은 성막후의 고온 어닐에 의해 산화되기 쉽고, 낮은 스퍼터 전압(강한 자장)으로 형성한 ZnO계막에 비해 비저항이 높다.
따라서, 상기한 바와 같이 스퍼터 전압을 340V 이하(또는 340V 미만)로 하고, 타겟 표면에서의 수평 자계 강도의 최대치를 600가우스 이상으로 하여 스퍼터를 행하여 ZnO계막을 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 결정 격자가 구비된 ZnO계막이 형성되기 때문에, 성막후에 고온 어닐 처리를 해도 잘 산화되지 않아 비 저항의 증가를 억제할 수 있다. 즉, 내열성이 뛰어난 ZnO계막을 얻을 수 있다.
이에 따라, 가열 성막후의 기판을 대기 중에 취출하는 경우에도, 기판의 냉각을 폐지 또는 간편화할 수 있어 제조 코스트를 저감할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에서는, 산소가 풍부한 ZnO막을 형성한다.
도 2에 도시한 타겟(22)에는 투명 도전막의 형성 재료로서 ZnO를 채용한다. 성막실(14)에 무알카리 글래스 기판(5)을 반입하고, 히터(18)에 의해 기판(5)을 100℃∼600℃로 가열한다. 고진공 배기 수단에 의해 성막실(14)을 고진공 배기하고, 가스 공급 수단으로부터 스퍼터 가스로서 Ar가스를 50sccm∼400sccm공급하고, 반응 가스로서 O2가스를 0sccm∼20sccm 공급한다. 또한, 성막실(14)의 압력은 2mTorr∼10mTorr로 유지한다. 자기 회로(30)를 요동시키면서, DC 전원(26)에 의해 배면 플레이트(24)에 전력 밀도1W/cm2∼8W/cm2의 전력을 투입한다.
이와 같이 O2 가스를 공급하면서 스퍼터를 행하므로써, 산소가 풍부한 ZnO막을 형성할 수 있다. 산소가 풍부한 ZnO막은 비저항은 크지만, 광투과율이 높아진다. 이에 따라, 광학 특성이 뛰어난 투명 도전막을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 기술 범위는, 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상술한 각 실시 형태에 다양한 변경을 가한 것을 포함한다.
즉, 각 실시 형태에서 든 구체적인 재료나 구성 등은 극히 일예에 불과하며 적당히 변경할 수 있다.
예컨대, 상기 실시 형태의 스퍼터 장치에서는, 기판을 종으로 배치하여 지지하여 스퍼터를 행하지만, 기판을 수평 지지하는 스퍼터 장치로 본 발명을 실시하는 것도 가능하다.
또한 상기 실시 형태의 자기 회로 유니트는 제1 극성의 제1 자석 주위에 제2 극성의 제2 자석을 배치하고 있지만, 추가적으로, 제2 자석의 주위에 제1 극성의 제3 자석을 배치하여 자기 회로 유니트를 구성해도 된다.
또한 상기 실시 형태의 스퍼터 캐소드 기구에서는 DC 전원을 채용하였지만, DC 전원 및 RF 전원을 병용하는 것도 가능하다. DC 전원만을 채용한 경우에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 스퍼터 전압 300v로 성막한 ZnO계막(막두께 2000Å)의 비저항이 436.6μΩcm였다. 이에 대해, 예컨대 저전류 4A 설정의 DC 전원과 350W의 RF 전원을 병용한 경우에는, ZnO-2wt% Al2O3 타겟에 대한 스퍼터 전압을 100V 정도로 하여 성막한 ZnO계막(막두께 2000Å)의 비저항이 389.4μΩcm였다. 이와 같이 DC 전원에 RF 전원을 병용하므로써 스퍼터 전압이 저하되고, 스퍼터 전압의 저하에 따라 ZnO계막의 비저항도 저하된다. 즉, 자장 강도뿐만 아니라 전원면에서 스퍼터 전압을 저하시켜도 ZnO계막의 저저항화가 가능하다.
본 발명에 의하면, 결정 격자가 구비된 ZnO계막을 형성할 수 있게 되어 비저항이 낮고 내열성이 뛰어난 투명 도전막을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 비저항이 낮고, 내열성이 뛰어난 ZnO계 재료로 이루어지는 투명 도전막의 형성 방법을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 투명 도전막의 형성 재료를 구비한 타겟에 스퍼터 전압을 인가하면서, 상기 타겟의 표면에 수평 자계를 발생시켜 스퍼터를 행하고, 기판 상에 ZnO를 기본 구성 원소로 하는 투명 도전막을 형성하는 방법으로서,
    상기 스퍼터 전압을 340V 이하로 하여 상기 스퍼터를 행하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 표면에서의 수평 자계 강도의 최대치를 600가우스 이상으로 하여 상기 스퍼터를 행하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타겟의 상기 투명 도전막의 형성 재료로서 Al을 포함하는 물질을 ZnO에 첨가한 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    산소 가스를 도입하면서 상기 스퍼터를 행하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수평 자계를 발생시키는 자계 발생 수단이 상기 타겟의 이면을 따라 배치된 제1 극성의 제1 자석 및 제2 극성의 제2 자석을 구비하고,
    상기 제2 자석이 상기 제1 자석을 둘러싸도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수평 자계를 발생시키는 자계 발생 수단과 상기 타겟의 상대 위치를 변화시키면서 상기 스퍼터를 행하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 타겟의 상대 위치를 변화시키면서 상기 스퍼터를 행하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스퍼터 전압의 인가를 DC 전원 및 RF 전원을 병용하여 행하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막의 형성 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046358B1 (ko) * 2010-04-16 2011-07-04 금호전기주식회사 태양전지용 투명전극 제조방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014220272A (ja) * 2013-05-01 2014-11-20 株式会社アルバック 発光ダイオードの製造方法
EP3438323B1 (en) 2016-03-29 2021-10-13 ULVAC, Inc. Film-forming apparatus and film-forming method
CN108172396B (zh) * 2016-12-07 2021-11-16 北京北方华创微电子装备有限公司 磁性薄膜沉积腔室及薄膜沉积设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0772346B2 (ja) * 1989-03-03 1995-08-02 日本真空技術株式会社 低抵抗透明導電膜の製造方法
JP2936276B2 (ja) * 1990-02-27 1999-08-23 日本真空技術株式会社 透明導電膜の製造方法およびその製造装置
US5458759A (en) * 1991-08-02 1995-10-17 Anelva Corporation Magnetron sputtering cathode apparatus
JP2899190B2 (ja) * 1993-01-08 1999-06-02 信越化学工業株式会社 マグネトロンプラズマ用永久磁石磁気回路
JPH0987833A (ja) * 1995-09-26 1997-03-31 Asahi Glass Co Ltd 透明導電膜の製造方法
JP2003239069A (ja) * 2002-02-15 2003-08-27 Ulvac Japan Ltd 薄膜の製造方法及び装置
KR100846484B1 (ko) * 2002-03-14 2008-07-17 삼성전자주식회사 Ｒｍｉｍ 전극 및 그 제조방법 및 이를 채용하는 스퍼터링장치
JP2004169138A (ja) * 2002-11-21 2004-06-17 Ulvac Japan Ltd 透明導電膜の製造方法及び製造装置
KR100917463B1 (ko) * 2003-01-15 2009-09-14 삼성전자주식회사 마그네트론 캐소드 및 이를 채용하는 마그네트론 스퍼터링장치
DE10336422A1 (de) * 2003-08-08 2005-03-17 Applied Films Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung
JP2007218296A (ja) 2006-02-15 2007-08-30 New-Era Co Ltd アクチュエータ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101046358B1 (ko) * 2010-04-16 2011-07-04 금호전기주식회사 태양전지용 투명전극 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
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