WO2018220953A1 - 透明導電膜 - Google Patents

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WO2018220953A1
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conductive film
film
oxide
target
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具和 須田
高橋　明久
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株式会社アルバック
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    • C01G35/00—Compounds of tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports

Definitions

  • the present invention relates to a transparent conductive film.
  • a typical surface protective film is a DLC (Diamond Like Carbon) film.
  • the DLC film includes, for example, sp 3 bonds and sp 2 bonds. When the ratio of sp 3 bonds is large, the DLC film becomes diamond, and when the ratio of sp 2 bonds is large, the DLC film becomes graphitic. For example, when the sp 3 bond ratio is high, the DLC film has superior transparency, high hardness, and insulation, and when the sp 2 bond ratio is high, the transparency, low hardness, and conductivity are superior. become.
  • the DLC film is used as a surface protective film of a temperature sensor (for example, see Patent Document 1) or used as a surface protective film of a display panel (for example, see Patent Document 2).
  • an object of the present invention is to provide a transparent conductive film that is excellent in transparency and conductivity and has a higher hardness.
  • a transparent conductive film is a transparent conductive film formed over a base.
  • the transparent conductive film contains tin oxide, 1.5 wt% to 2.5 wt% tantalum oxide, and 0.3 wt% to 0.7 wt% niobium oxide.
  • Such a transparent conductive film contains tin oxide, 1.5 wt% or more and 2.5 wt% or less tantalum oxide, and 0.3 wt% or more and 0.7 wt% or less niobium oxide, and thus has high hardness. Further, it becomes excellent in transparency and conductivity.
  • the transparent conductive film may have a thickness of 1000 nm or less. Such a thin transparent conductive film also has high hardness, and is excellent in transparency and conductivity.
  • the transparent conductive film has a resistance of 100 ⁇ / sq. You may have the following sheet resistance. According to such a transparent conductive film, the sheet resistance is 100 ⁇ / sq. It becomes the following and becomes excellent in electroconductivity.
  • the transparent conductive film may have a resistivity of 3500 ⁇ ⁇ cm or less. According to such a transparent conductive film, the resistivity is 3500 ⁇ ⁇ cm or less, and the conductivity is excellent.
  • the transparent conductive film may have a Vickers hardness of 1000 kgf / mm 2 or more. According to such a transparent conductive film, the Vickers hardness is 1000 kgf / mm 2 or more, and the hardness is excellent.
  • a transparent conductive film excellent in transparency and conductivity and having a higher hardness is provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a film forming apparatus for forming a transparent conductive film according to this embodiment.
  • the transparent conductive film according to the present embodiment is formed by, for example, a magnetron type sputtering apparatus 1 shown in FIG.
  • the sputtering apparatus 1 includes a vacuum container 10, a gas introduction pipe 15, a substrate tray 16, a film forming source 20, power supplies 21A and 21B, a vacuum exhaust pump 30, and the like.
  • the vacuum container 10 has a container main body 101 whose upper end is open and a lid 102 that covers the upper end of the container main body 101.
  • the vacuum vessel 10 is at ground potential.
  • An opening 10 h is provided on the side wall of the vacuum vessel 10.
  • a gate valve 11 is installed in the opening 10h.
  • the vacuum vessel 10 is connected to, for example, another vacuum vessel via the gate valve 11.
  • the vacuum vessel 10 defines a processing chamber 103 therein.
  • the processing chamber 103 can be maintained in a reduced pressure state (for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less) by the vacuum pump 30.
  • the vacuum exhaust pump 30 is composed of, for example, a turbo molecular pump and a rotary pump connected to the exhaust pressure side.
  • the vacuum vessel 10 is provided with a gas introduction pipe 15 for introducing a discharge gas into the processing chamber 103.
  • the discharge gas includes, for example, at least one of argon and oxygen.
  • the discharge gas is not limited to argon and oxygen.
  • a substrate tray 16 for supporting the substrate 50 is installed in the processing chamber 103.
  • the substrate tray 16 can rotate around the rotation shaft 17.
  • a temperature regulator 18 such as a heater mechanism is provided between the substrate tray 16 and the lid 102.
  • the substrate tray 16 is at a ground potential, for example.
  • a plurality of substrates 50 can be installed on the substrate tray 16.
  • the substrate tray 16 can be attached to and detached from the rotating shaft 17. For example, a plurality of substrates 50 can be transferred into and out of the processing chamber 103 together with the substrate tray 16.
  • a film forming source 20 is disposed under the substrate tray 16.
  • the film forming source 20 faces the substrate tray 16.
  • a plurality of cathode units 20 ⁇ / b> A and 20 ⁇ / b> B are illustrated as the film forming source 20.
  • the cathode unit 20A includes a target 201A, a backing plate 202A, and a magnet 203A.
  • the cathode unit 20B includes a target 201B, a backing plate 202B, and a magnet 203B.
  • the number of cathode units is not limited to the number shown.
  • the targets 201A and 201B are not only a sputtering source but also a cathode electrode.
  • the distance between the substrate 50 and the targets 201A and 201B is, for example, not less than 60 mm and not more than 300 mm.
  • any of the targets 201A and 201B includes tin oxide, tantalum oxide, and niobium oxide.
  • the target 201A may include at least two materials of tin oxide, tantalum oxide, and niobium oxide, and the target 201B may include a material that excludes the material of the target 201A from tin oxide, tantalum oxide, and niobium oxide.
  • another cathode unit may be provided in the processing chamber 103 in addition to the cathode units 20A and 20B, the target 201A may include tin oxide, the target 201B may include tantalum oxide, and the remaining targets may include niobium oxide.
  • each of the targets 201A and 201B is, for example, a circle. For example, each diameter is 4 inches.
  • the target 201A is supplied with power of 1 W / cm 2 or more and 3 W / cm 2 or less from the power source 21A via the cable 22A during sputtering.
  • the target 201B is supplied with power of 1 W / cm 2 or more and 3 W / cm 2 or less from the power source 21B via the cable 22B during sputtering.
  • the magnet 203A is installed on the back side of the backing plate 202A.
  • the magnetic field generated from the magnet 203A leaks to the surface of the target 201A via the backing plate 202A.
  • the magnet 203B is installed on the back side of the backing plate 202B.
  • the magnetic field generated from the magnet 203B leaks to the surface of the target 201B via the backing plate 202B.
  • the surface of the target 201A is covered by the shutter 23A at a predetermined distance (closed state), or is released from the shutter 23A and exposed to the processing chamber 103 (closed state).
  • the surface of the target 201 ⁇ / b> B is covered by the shutter 23 ⁇ / b> B at a predetermined distance, or is released from the shutter 23 ⁇ / b> B and exposed to the processing chamber 103.
  • a target 201A serves as a sputtering source and a transparent conductive film containing tin oxide, tantalum oxide, and niobium oxide is formed on the substrate 50. That is, the target 201A includes tin oxide, tantalum oxide, and niobium oxide, the shutter 23A is in an open state, the target 201A serves as a sputtering source, and a transparent conductive film including tin oxide, tantalum oxide, and niobium oxide is formed on the substrate 50. Is done. At the time of sputtering, the shutter 23B is in a closed state.
  • the target 201A includes, for example, tin oxide (SnO 2 ) as a main component, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) of 1.5 wt% to 2.5 wt%, and 0.3 wt% to 0.7 wt%. Niobium oxide (Nb 2 O 5 ). In the target 201A, for example, tin oxide of 96.8 wt% or more and 98.2 wt% or less is included.
  • the target 201A contains tin oxide as a main component, and contains 2.0 wt% tantalum oxide and 0.5 wt% niobium oxide.
  • the target 201A includes, for example, 97.5 wt% tin oxide.
  • Each composition of tin oxide, tantalum oxide and niobium oxide may be a composition close to the stoichiometric composition in addition to the stoichiometric composition.
  • Each of the power supplies 21A and 21B is, for example, one of a DC power supply, an RF power supply (frequency: 13.56 MHz), or a DC pulse power supply (pulse frequency: 5 kHz to 400 kHz).
  • the target 201A is connected to the power source 21A via the cable 22A.
  • a matching circuit may be provided in the middle of the cable 22A.
  • the target 201B is connected to the power source 21B via the cable 22B.
  • a matching circuit may be provided in the middle of the cable 22B.
  • the processing chamber 103 In the sputtering apparatus 1, power with a predetermined power is applied from the power source 21 ⁇ / b> A to the target 201 ⁇ / b> A while the processing chamber 103 is maintained at a discharge gas having a predetermined pressure.
  • plasma is generated in the processing chamber 103, and ions in the plasma sputter the target 201A.
  • sputtered particles emitted from the target 201A are deposited on the substrate 50. That is, a transparent conductive film is formed on the surface of the substrate 50.
  • the discharge gas is, for example, oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and argon gas.
  • the sputtering apparatus 1 employs a magnetron method, the trapping effect of electrons is promoted near the target 201A, and the discharge gas is efficiently ionized. Thereby, ions in the discharge gas collide with the target 201A at a high frequency, and the sputtered particles are efficiently released from the target 201A.
  • the gas atmosphere in the vacuum vessel 10 at the time of sputtering is 0.1 Pa or more and 10 Pa or less.
  • the substrate 50 that is the base of the transparent conductive film
  • a sapphire substrate, a glass substrate, a semiconductor substrate, or the like is used as the substrate 50 that is the base of the transparent conductive film.
  • a conductive film, a conductive film pattern, an insulating film (inorganic or organic), an insulating film pattern, or the like may be formed on the surface of the substrate 50.
  • the temperature of the substrate 50 is controlled to, for example, 25 ° C. (room temperature) or more and 300 ° C. or less.
  • substrate 50 is a rectangle, for example, and the length of one side is 30 mm or more and 200 mm or less.
  • Target material Tin oxide (97.5 wt%) / Tantalum oxide (2.0 wt%) / Niobium oxide (0.5 wt%)
  • Power 2W / cm 2 (DC power supply)
  • Argon partial pressure 0.5 Pa
  • Oxygen partial pressure 2 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa
  • Substrate temperature Room temperature Film annealing (after film formation): 250 ° C., 1 hour (atmosphere)
  • the oxygen partial pressure is an example, and by adjusting the oxygen partial pressure, the oxygen concentration in the transparent conductive film is appropriately adjusted, and the resistivity is adjusted to a desired value.
  • the transparent conductive film has a thickness of 1000 nm or less.
  • the transparent electrode film formed on the substrate 50 is applied to, for example, a surface protective film for a sensor, a surface protective film for ESD (Electro-Static-Discharge) countermeasures, a surface protective film for a display panel, and the like.
  • the transparent electrode film formed on the substrate 50 is excellent in transparency and conductivity and is suitable for hard coating.
  • the transparent conductive film is composed of tin oxide (SnO x : 1.5 ⁇ x ⁇ 2) as a main component and tantalum oxide (Ta 2 O y : 3.5 ⁇ y ⁇ 1.5 wt% to 2.5 wt%). 5) and 0.3 wt% or more and 0.7 wt% or less of niobium oxide (Nb 2 O z : 3.5 ⁇ z ⁇ 5).
  • the transparent conductive film contains 96.8 wt% or more and 98.2 wt% or less of tin oxide, for example.
  • Each composition of tin oxide, tantalum oxide and niobium oxide may be a stoichiometric composition or a composition close to the stoichiometric composition.
  • the composition close to the stoichiometric composition is, for example, a composition in which oxygen is slightly deficient.
  • tin oxide is the main component, and 2.0 wt% tantalum oxide and 0.5 wt% niobium oxide are included.
  • concentration of tin oxide in the transparent conductive film is 97.5 wt%.
  • Such a transparent conductive film contains tin oxide, 1.5 wt% or more and 2.5 wt% or less tantalum oxide, and 0.3 wt% or more and 0.7 wt% or less niobium oxide, and thus has high hardness. Further, it becomes excellent in transparency and conductivity.
  • the transparent conductive film has a Vickers hardness of 1000 kgf / mm 2 or more.
  • the transparent conductive film has a light transmittance of 76% or more in the visible light region.
  • the transparent conductive film has a resistance of 100 ⁇ / sq. It has the following sheet resistance and a resistivity of 3500 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the transparent conductive film may contain a trace amount of elements such as aluminum (Al) and zirconium (Zr) introduced in the process of manufacturing the target material. Even if trace elements (Al, Zr, etc.) are included or not included in the transparent conductive film, substantially the same effect can be obtained in the present embodiment. In addition to the above oxide, any of the Group 3 elements is applicable as the subcomponent.
  • FIG. 2 is a graph showing optical characteristics of the transparent conductive film according to this embodiment.
  • the horizontal axis in FIG. 2 is the wavelength (nm), and the vertical axis is the light transmittance (%).
  • FIG. 2 shows the light transmittance (A line) of the sapphire substrate on which the transparent conductive film is formed and the light transmittance (B line) of the sapphire substrate.
  • the B line corresponds to the light transmittance background of the sapphire substrate with the transparent conductive film.
  • the thickness of the sapphire substrate is 0.5 mm.
  • the thickness of the transparent conductive film is 360 nm.
  • the light transmittance of the sapphire substrate with the transparent conductive film was 65% or more and 83% or less.
  • the wavelength of the transparent conductive film is not less than 400 nm and the light transmittance is not less than 76% and not more than 97%.
  • the sheet resistance is 75 ⁇ / sq. 100 ⁇ / sq.
  • the resistivity was 2625 ⁇ ⁇ cm or more and 3500 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the sheet resistance is 100 ⁇ / sq. If it is larger, when used as an electrode, the sheet resistance is high and a problem may occur, which is not preferable.
  • Table 1 shows the hardness of the transparent conductive film according to this embodiment and the hardness of the ITO (Indium Tin Oxide) film according to the comparative example.
  • the film formation conditions in the comparative example are as follows: Target material: indium oxide (90 wt%) / tin oxide (10 wt%) Power: 2W / cm 2 (DC power supply) Argon partial pressure: 0.5 Pa Oxygen partial pressure: 5 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa Substrate temperature: Room temperature Film annealing (after film formation): 250 ° C., 1 hour (atmosphere) It is.
  • HM Martens hardness.
  • HIT nanoindentation hardness.
  • HV Vickers hardness.
  • a sapphire substrate is used as the substrate 50.
  • the Martens hardness, nanoindentation hardness and Vickers hardness of the example (transparent conductive film) are higher than those of the comparative example (ITO film).
  • the ITO film is a widely known material as a transparent conductive film.
  • the transparent conductive film according to the present embodiment has a higher hardness than the ITO film.
  • the hardness of each of the examples (transparent conductive film) is approximately three times that of the comparative example (ITO film).
  • the transparent conductive film according to this embodiment has high hardness, and is excellent in transparency and conductivity.
  • the transparent conductive film according to this embodiment is used as a surface protective film of a device, the scratch resistance of the device is greatly improved. For example, even if the transparent conductive film is touched manually or with a pen, the transparent conductive film is not easily damaged over a long period of time and is not easily charged.

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Abstract

【課題】透明性及び導電性に優れ、さらに高い硬度を有する透明導電膜を提供する。 【解決手段】本発明の一形態に係る透明導電膜は、下地上に成膜された透明導電膜である。上記透明導電膜は、酸化スズと、１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタルと、０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブとを含む。このような透明導電膜は、酸化スズと、１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタルと、０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブとを含むので、高い硬度を有し、さらに透明性及び導電性に優れたものになる。

Description

透明導電膜
　本発明は、透明導電膜に関する。
　表面保護膜の代表的なものに、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜がある。ＤＬＣ膜は、例えば、ｓｐ３結合とｓｐ２結合とを含み、ｓｐ３結合の比率が多ければダイヤモンド性となり、ｓｐ２結合の比率が多ければグラファイト性になる。例えば、ｓｐ３結合の比率が高いと、ＤＬＣ膜では、透明性、高硬度性、絶縁性が優位になり、ｓｐ２結合の比率が高いと、非透明性、低硬度性、導電性が優位になる。ＤＬＣ膜は、温度センサの表面保護膜に用いられたり（例えば、特許文献１参照）、表示パネルの表面保護膜に用いられたりする（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３－２０７３９６号公報 特開２０１３－１３０８５４号公報
　しかしながら、表面保護膜として低抵抗の仕様が要求された場合、ＤＬＣ膜においてｓｐ２結合の比率を増加させると、その抵抗は下がるものの、膜の透明性が低減し、硬度が低くなってしまう。一方、ＤＬＣ膜においてｓｐ３結合の比率を増加させると透明性及び硬度は向上するものの、抵抗が上昇してしまう。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、透明性及び導電性に優れ、さらに高い硬度を有する透明導電膜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透明導電膜は、下地上に成膜された透明導電膜である。上記透明導電膜は、酸化スズと、１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタルと、０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブとを含む。
　このような透明導電膜は、酸化スズと、１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタルと、０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブとを含むので、高い硬度を有し、さらに透明性及び導電性に優れたものになる。
　上記透明導電膜は、１０００ｎｍ以下の厚みを有してもよい。
　このような薄い透明導電膜においても、高い硬度を有し、さらに透明性及び導電性に優れたものになる。
　上記透明導電膜は、１００Ω／ｓｑ．以下のシート抵抗を有してもよい。
　このような透明導電膜によれば、シート抵抗が１００Ω／ｓｑ．以下になり、導電性に優れたものになる。
　上記透明導電膜は、３５００μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有してもよい。
　このような透明導電膜によれば、抵抗率が３５００μΩ・ｃｍ以下になり、導電性に優れたものになる。
　上記透明導電膜は、１０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上のビッカース硬度を有してもよい。
　このような透明導電膜によれば、ビッカース硬度が１０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上になり、硬度が優れたものになる。
　以上述べたように、本発明によれば、透明性及び導電性に優れ、さらに高い硬度を有する透明導電膜が提供される。
本実施形態に係る透明導電膜を形成する成膜装置の概略断面図である。 本実施形態に係る透明導電膜の光学特性を表すグラフ図である。
　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、本実施形態に係る透明導電膜を形成する成膜装置の概略断面図である。
　本実施形態に係る透明導電膜は、例えば、図１に示すマグネトロン方式のスパッタリング装置１により形成される。スパッタリング装置１は、真空容器１０、ガス導入配管１５、基板トレイ１６、成膜源２０、電源２１Ａ、２１Ｂ及び真空排気ポンプ３０等を具備する。
　真空容器１０は、上端が開口した容器本体１０１と、容器本体１０１の上端を覆う蓋体１０２とを有する。真空容器１０は、グランド電位になっている。真空容器１０の側壁には、開口１０ｈが設けられている。開口１０ｈには、ゲートバルブ１１が設置されている。真空容器１０は、ゲートバルブ１１を介して、例えば、他の真空容器に連結されている。
　真空容器１０は内部に処理室１０３を画成している。処理室１０３は、真空排気ポンプ３０によって減圧状態（例えば、１×１０－５Ｐａ以下）に維持されることが可能になる。真空排気ポンプ３０は、例えば、ターボ分子ポンプと、その排圧側に接続されたロータリーポンプとにより構成される。また、真空容器１０には、処理室１０３内に放電ガスを導入するためのガス導入配管１５が真空容器１０に設けられている。放電ガスは、例えば、アルゴン及び酸素の少なくとも１つを含む。放電ガスは、アルゴン、酸素に限らない。
　処理室１０３には、基板５０を支持するための基板トレイ１６が設置されている。基板トレイ１６は、回転軸１７を中心に回転可能である。基板トレイ１６と蓋体１０２との間には、ヒータ機構等の温度調整器１８が設けられている。基板トレイ１６は、例えば、グランド電位になっている。基板トレイ１６には、複数の基板５０を設置できる。基板トレイ１６は、回転軸１７に対して脱着可能であり、例えば、複数の基板５０を基板トレイ１６とともに、処理室１０３内外に搬送することができる。
　基板トレイ１６下には、成膜源２０が配置されている。成膜源２０は、基板トレイ１６に対向する。図１の例では、成膜源２０として、複数のカソードユニット２０Ａ、２０Ｂが例示されている。カソードユニット２０Ａは、ターゲット２０１Ａ、バッキングプレート２０２Ａ及びマグネット２０３Ａを有する。カソードユニット２０Ｂは、ターゲット２０１Ｂ、バッキングプレート２０２Ｂ及びマグネット２０３Ｂを有する。
　カソードユニット数は、図示された数に限らない。ターゲット２０１Ａ、２０１Ｂは、スパッタリング源であるとともに、カソード電極でもある。基板５０とターゲット２０１Ａ、２０１Ｂとの間の距離は、例えば、６０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。
　ターゲット２０１Ａ、２０１Ｂのいずれかは、酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブを含む。または、ターゲット２０１Ａは、酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブの少なくとも２つの材料を含み、ターゲット２０１Ｂが酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブの中からターゲット２０１Ａの材料を除く材料を含んでもよい。または、カソードユニット２０Ａ、２０Ｂ以外に別のカソードユニットを処理室１０３に設け、ターゲット２０１Ａが酸化スズを含み、ターゲット２０１Ｂが酸化タンタルを含み、残りのターゲットが酸化ニオブを含んでもよい。
　ターゲット２０１Ａ、２０１Ｂのそれぞれの平面形状は、例えば、円形である。例えば、それぞれの直径は、４インチである。ターゲット２０１Ａには、スパッタリング時に、電源２１Ａからケーブル２２Ａを介して、１Ｗ／ｃｍ２以上３Ｗ／ｃｍ２以下の電力が供給される。ターゲット２０１Ｂには、スパッタリング時に、電源２１Ｂからケーブル２２Ｂを介して、１Ｗ／ｃｍ２以上３Ｗ／ｃｍ２以下の電力が供給される。
　マグネット２０３Ａは、バッキングプレート２０２Ａの背面側に設置される。マグネット２０３Ａから発せられる磁場は、バッキングプレート２０２Ａを介して、ターゲット２０１Ａの表面に漏洩する。マグネット２０３Ｂは、バッキングプレート２０２Ｂの背面側に設置される。マグネット２０３Ｂから発せられる磁場は、バッキングプレート２０２Ｂを介して、ターゲット２０１Ｂの表面に漏洩する。
　ターゲット２０１Ａの表面は、所定の距離を隔ててシャッタ２３Ａによって覆われたり（閉状態）、または、シャッタ２３Ａから開放されて処理室１０３に露出されたりする（閉状態）。ターゲット２０１Ｂの表面は、所定の距離を隔ててシャッタ２３Ｂによって覆われたり、シャッタ２３Ｂから開放されて処理室１０３に露出されたりする。
　本実施形態では、一例として、ターゲット２０１Ａがスパッタリング源となって、基板５０に酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブを含む透明導電膜が形成される例を示す。すなわち、ターゲット２０１Ａが酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブを含み、シャッタ２３Ａが開状態でターゲット２０１Ａがスパッタリング源となって、基板５０に酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブを含む透明導電膜が成膜される。なお、スパッタリング時には、シャッタ２３Ｂは、閉状態である。
　ターゲット２０１Ａは、例えば、主成分である酸化スズ（ＳｎＯ２）と、１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と、０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）とを含む。ターゲット２０１Ａにおいては、例えば、９６．８ｗｔ％以上９８．２ｗｔ％以下の酸化スズが含まれる。
　一例として、ターゲット２０１Ａにおいては、酸化スズが主成分となり、２．０ｗｔ％の酸化タンタルと、０．５ｗｔ％の酸化ニオブとが含まれる。この場合、ターゲット２０１Ａにおいては、例えば、９７．５ｗｔ％の酸化スズが含まれる。酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブのそれぞれの組成は、化学両論組成のほか、化学両論組成に近い組成でもよい。
　電源２１Ａ、２１Ｂのそれぞれは、例えば、ＤＣ電源、ＲＦ電源（周波数：１３．５６ＭＨｚ）またはＤＣパルス電源（パルス周波数：５ｋＨｚ以上４００ｋＨｚ以下）のいずれかである。ターゲット２０１Ａは、ケーブル２２Ａを介して電源２１Ａに接続されている。ケーブル２２Ａの中途には、整合回路が設けられてもよい。ターゲット２０１Ｂは、ケーブル２２Ｂを介して電源２１Ｂに接続されている。ケーブル２２Ｂの中途には、整合回路が設けられてもよい。
　スパッタリング装置１では、処理室１０３が所定圧力の放電ガスに維持された状態で、所定パワーの電力が電源２１Ａからターゲット２０１Ａに印加される。これにより、処理室１０３には、プラズマが発生して、プラズマ中のイオンがターゲット２０１Ａをスパッタリングする。この結果、ターゲット２０１Ａから放出されたスパッタリング粒子が基板５０上に堆積する。つまり、基板５０の表面に、透明導電膜が成膜される。放電ガスは、例えば、酸素ガスまたは酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスである。
　また、スパッタリング装置１は、マグネトロン方式を採用しているため、ターゲット２０１Ａ近傍では、電子のトラッピング効果が促進して、放電ガスが効率よく電離する。これにより、放電ガス中のイオンが高い頻度でターゲット２０１Ａに衝突し、スパッタリング粒子がターゲット２０１Ａから効率よく放出される。スパッタリング時における真空容器１０内のガス雰囲気は、０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下である。
　透明導電膜の下地である基板５０としては、例えば、サファイア基板、ガラス基板、半導体基板等が用いられる。基板５０には、その表面に導電膜、導電膜パターン、絶縁膜（無機物、有機物）、絶縁膜パターン等が形成されてもよい。スパッタリング時には、基板５０の温度は、例えば、２５℃（室温）以上３００℃以下に制御される。基板５０の平面形状は、例えば、矩形であり、一辺の長さが３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。
　成膜条件の例を以下に示す。
　ターゲット材：酸化スズ（９７．５ｗｔ％）／酸化タンタル（２．０ｗｔ％）／酸化ニオブ（０．５ｗｔ％）
　電力：２Ｗ／ｃｍ２（ＤＣ電源）
　アルゴン分圧：０．５Ｐａ
　酸素分圧：２×１０－２Ｐａ
　基板温度：室温
　膜アニール（成膜後）：２５０℃、１時間（大気雰囲気）
　ここで、酸素分圧は、一例であり、酸素分圧を調整することにより透明導電膜中の酸素濃度が適宜調整され、その抵抗率が所望の値に調整される。また、透明導電膜の厚みは、１０００ｎｍ以下である。
　本実施形態において、基板５０上に成膜される透明電極膜は、例えば、センサの表面保護膜、ＥＳＤ（Electro Static Discharge）対策用の表面保護膜、表示パネルの表面保護膜等に適用される。基板５０上に成膜される透明電極膜は、透明性、導電性に優れ、且つハードコーティグに適している。
　以下、基板５０上に成膜される透明電極膜について説明する。
　透明導電膜は、主成分である酸化スズ（ＳｎＯｘ：１．５≦ｘ≦２）と、１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタル（Ｔａ２Ｏｙ：３．５≦ｙ≦５）と、０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏｚ：３．５≦ｚ≦５）とを含む。透明導電膜には、例えば、９６．８ｗｔ％以上９８．２ｗｔ％以下の酸化スズが含まれる。酸化スズ、酸化タンタル及び酸化ニオブのそれぞれの組成は、化学両論組成でもよく、化学両論組成に近い組成でもよい。化学両論組成に近い組成とは、例えば、酸素が若干欠損状態にある組成である。
　一例として、透明導電膜においては、酸化スズが主成分となり、２．０ｗｔ％の酸化タンタルと、０．５ｗｔ％の酸化ニオブとが含まれる。例えば、透明導電膜における酸化スズの濃度は、９７．５ｗｔ％である。このような透明導電膜は、酸化スズと、１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタルと、０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブとを含むので、高い硬度を有し、さらに透明性及び導電性に優れたものになる。
　例えば、１０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上のビッカース硬度を有する。また、透明導電膜は、可視光領域において、７６％以上の光透過率を有する。さらに、透明導電膜は、１００Ω／ｓｑ．以下のシート抵抗を有し、３５００μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有する。
　なお、透明導電膜には、ターゲット材の製造過程において導入される、微量なアルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の元素が含まれる場合がある。透明導電膜に、微量元素（Ａｌ、Ｚｒ等）が含まれたり、含まれなかったりしても、本実施形態では、実質的に同じ効果が得られる。なお、副成分としては、上記の酸化物のほか、第３族元素のいずれかが該当する。
　次に、透明導電膜の具体的な効果について説明する。
　図２は、本実施形態に係る透明導電膜の光学特性を表すグラフ図である。図２の横軸は、波長（ｎｍ）であり、縦軸は、光透過率（％）である。
　図２には、透明導電膜が形成されたサファイア基板の光透過率（Ａライン）と、サファイア基板の光透過率（Ｂライン）とが示されている。Ｂラインは、透明導電膜付きのサファイア基板の光透過率のバックグラウンドに相当する。ここで、サファイア基板の厚みは、０．５ｍｍである。透明導電膜の厚みは、３６０ｎｍである。
　図２に示すように、４００ｎｍ以上の波長帯域では、透明導電膜付きのサファイア基板の光透過率は、６５％以上８３％以下となった。サファイア基板の光透過率（バックグラウンド値）から透明導電膜の単層の光透過率を換算すると、透明導電膜では、波長が４００ｎｍ以上で光透過率が７６％以上９７％以下になっている。
　また、図２に示す透明導電膜においては、シート抵抗が７５Ω／ｓｑ．以上１００Ω／ｓｑ．以下となり、抵抗率は、２６２５μΩ・ｃｍ以上３５００μΩ・ｃｍ以下になった。透明導電膜において、シート抵抗が１００Ω／ｓｑ．より大きくなると、電極として用いる場合、シート抵抗が高く不具合が生じる場合があり好ましくない。
　また、表１に、本実施形態に係る透明導電膜の硬度と、比較例に係るＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜の硬度とを示す。
　比較例（ＩＴＯ膜）における成膜条件は、
　ターゲット材：酸化インジウム（９０ｗｔ％）／酸化スズ（１０ｗｔ％）
　電力：２Ｗ／ｃｍ２（ＤＣ電源）
　アルゴン分圧：０．５Ｐａ
　酸素分圧：５×１０－３Ｐａ
　基板温度：室温
　膜アニール（成膜後）：２５０℃、１時間（大気雰囲気）
　である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１において、「ＨＭ」は、マルテンス硬さである。「ＨＩＴ」は、ナノインデンテーション硬さである。「ＨＶ」は、ビッカース硬さである。基板５０としては、サファイア基板を用いている。
　表１に示すように、実施例（透明導電膜）のマルテンス硬さ、ナノインデンテーション硬さ及びビッカース硬さは、比較例（ＩＴＯ膜）のそれらよりも高い。ＩＴＯ膜は、透明性導電膜として、広く知られた材料である。本実施形態に係る透明導電膜は、ＩＴＯ膜に比べてさらに高い硬度を有している。例えば、実施例（透明導電膜）のそれぞれの硬度は、比較例（ＩＴＯ膜）のおよそ３倍になっている。
　このように、本実施形態に係る透明導電膜は、高い硬度を有し、さらに透明性及び導電性に優れる。特に、本実施形態に係る透明導電膜をデバイスの表面保護膜として用いれば、デバイスの耐傷性が大きく向上する。例えば、人手やペンで透明導電膜をタッチしても、透明導電膜は長時間にわたり損傷を受けにくく、且つ帯電もしにくくなる。
　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。
　１…スパッタリング装置
　１０…真空容器
　１０１…容器本体
　１０２…蓋体
　１０３…処理室
　１０ｈ…開口
　１１…ゲートバルブ
　１５…ガス導入配管
　１６…基板トレイ
　１７…回転軸
　１８…温度調整器
　２０…成膜源
　２０Ａ、２０Ｂ…カソードユニット
　２０１Ａ、２０１Ｂ…ターゲット
　２０２Ａ、２０２Ｂ…バッキングプレート
　２０３Ａ、２０３Ｂ…マグネット
　２１Ａ、２１Ｂ…電源
　２２Ａ、２２Ｂ…ケーブル
　２３Ａ、２３Ｂ…シャッタ
　３０…真空排気ポンプ
　５０…基板

Claims (5)

  1. 　下地上に成膜された透明導電膜であって、
    　酸化スズと、
    　１．５ｗｔ％以上２．５ｗｔ％以下の酸化タンタルと、
    　０．３ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の酸化ニオブと
    　を含む透明導電膜。
  2. 　請求項１に記載の透明導電膜であって、
    　前記透明導電膜は、１０００ｎｍ以下の厚みを有する
    　透明導電膜。
  3. 　請求項１または２に記載の透明導電膜であって、
    　前記透明導電膜は、１００Ω／ｓｑ．以下のシート抵抗を有する
    　透明導電膜。
  4. 　請求項１～３のいずれか１つに記載の透明導電膜であって、
    　前記透明導電膜は、３５００μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有する
    　透明導電膜。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載の透明導電膜であって、
    　前記透明導電膜は、１０００ｋｇｆ／ｍｍ２以上のビッカース硬度を有する
    　透明導電膜。
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