透明導電膜の製造方法および製造装置
【課題】抵抗率分布の均一性の向上を図る透明導電膜の製造方法を提供する。
【解決手段】透明導電膜の製造方法において、少なくともアルミニウムがドープされた酸化亜鉛をターゲット２０として用い、水素を導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法により基体３０上に透明導電膜を形成する。この態様によれば、エロージョン対向部での酸化を抑制可能となり、過剰な酸化が原因と考えられる透明導電膜の抵抗率分布の不均一性を改善することができる。
【解決手段】透明導電膜の製造方法において、少なくともアルミニウムがドープされた酸化亜鉛をターゲット２０として用い、水素を導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法により基体３０上に透明導電膜を形成する。この態様によれば、エロージョン対向部での酸化を抑制可能となり、過剰な酸化が原因と考えられる透明導電膜の抵抗率分布の不均一性を改善することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明導電膜の製造方法に関し、特にマグネトロンスパッタリング装置を用いた透明導電膜の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤという）の大型化、高性能化に伴い、それらに用いる透明導電膜に要求される性能の向上やコストの低減の要求が高まっている。
【０００３】
従来、透明導電膜を作製する薄膜形成技術として、マグネトロンスパッタリング装置が知られている（特許文献１参照）。マグネトロンスパッタリング装置は、放電などによりターゲット付近にプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオンをターゲットに衝突させることにより粒子をスパッタし、その粒子を基体に付着させることにより成膜することが出来る。
【０００４】
また、ＦＰＤに用いられる透明導電膜としては、錫ドープ酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ、以下、ＩＴＯという）が幅広く用いられているが、原料として含まれているインジウムが希少金属で高価なため、安定供給やコストの観点から懸念がある。
【０００５】
そこで、ＩＴＯ透明導電膜の代替材料として、安価で豊富な供給が可能なアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ、以下、ＡＺＯという）等が注目されている。
【特許文献１】特開平６−１７２９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＺｎＯ系透明導電膜等は、マグネトロンスパッタリング（以下、ＭＳＰという）法を用いて約３００℃以下の基板上に作製される場合、ターゲット表面と対向して配置された基板上で抵抗率分布を生じるため、導電膜の低抵抗率化を阻害する大きな要因となっている。
【０００７】
本発明は、上述の課題を鑑みなされたもので、その目的とするところは、ＭＰＳ法で酸化物による導電膜を形成する際に、抵抗率分布の均一性の向上を図る透明導電膜の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の透明導電膜の製造方法は、酸化物をターゲットとして用い、不活性ガスに水素及び／又は有機ガスを導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法により基体上に透明導電膜を形成する。
【０００９】
本発明の別の態様は、透明導電膜の製造装置である。この透明導電膜の製造装置は、酸化物を主な成分とするターゲットを保持するターゲットホルダと、スパッタされたターゲットの成分が薄膜として形成される基体を保持する基体ホルダと、前記ターゲットと前記基体とを含む空間を所望の真空度に維持するための真空チャンバと、前記真空チャンバに不活性ガスと水素及び／又は有機ガスとを供給するガス供給源と、前記ターゲットホルダを有し、前記ターゲットの表面近傍でマグネトロン放電を維持するために磁界を発生するマグネトロンカソード部と、前記マグネトロンカソード部または前記基体ホルダに高周波電力を重畳した直流電力を供給する電力供給源と、を備え、基体上に透明導電膜を形成する。
【００１０】
前記酸化物としては、例えば、Ａｌ，Ｇａ，Ｂ，Ｉｎ，Ｙ，Ｓｃ，Ｆ，Ｖ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された少なくとも一つの元素がドープされた酸化亜鉛であってもよい。より好ましくは、低コストで入手も比較的容易であり、抵抗率も低くくなるＡｌ，Ｇａがよい。
【００１１】
この態様によると、不活性ガスに水素及び／又は有機ガスを導入した雰囲気中で直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いることで、エロージョン対向部での酸化を抑制可能となり、過剰な酸化が原因と考えられる酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜の抵抗率分布の均一性を向上することができる。なお、直流電力に高周波電力を重畳した電圧が生成する放電プラズマを用いてもよい。また、雰囲気中に導入する水素や有機ガスは、不活性ガスと混合された状態で真空容器等に導入してもよいし、別々のガス供給源から真空容器等に導入された後に雰囲気中で混合されてもよい。
【００１２】
前記不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガスを用いることが出来る。また、有機ガスとしては、例えば、Ｃ−Ｃ結合を持たないメタン、アルコール、ケトン等の還元性を発現する有機ガスを用いることが出来る。また、前記雰囲気中に導入する水素導入量が０．１％〜２．０％の範囲であってもよい。より好ましくは、水素導入量が０．２％〜１．０％の範囲であるとよい。更により好ましくは０．３％〜０．６％の範囲であるとよい。この態様によれば、透明電極の抵抗率自体を低くすることができる。また、エロージョン対向部の抵抗率が低くなることで抵抗率分布も改善される。
【００１３】
また、直流電力に重畳する高周波電力の周波数は２ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの範囲であってもよい。また、前記高周波電力は、前記直流電力の３０％〜３００％の範囲であってもよい。より好ましくは、前記直流電力の６０％〜２００％の範囲であってもよい。
【００１４】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、抵抗率分布の均一性を向上した透明導電膜を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（基本原理）
従来、ターゲットのエロージョン対向部の抵抗率の増加は、高エネルギーに加速された酸素（エロージョン部上の直流電界（スパッタ電圧）により基板上に向かって加速される酸素（負イオン））の衝撃による膜のダメージが原因と考えられていた。
【００１７】
しかし、発明者らの研究によりこの研究成果（解釈）が正確でないことが発見され、その知見に基づいて本発明は考案されたものである。
【００１８】
発明者らの解釈では、エロージョン対向部における基板上では、他の部分と比較して到達する酸素の量が多く、かつ酸素の活性度も高いことが、エロージョン対向部における抵抗率上昇の主原因と考えている。
【００１９】
換言すれば、マグネトロンスパッタリングでは、原理上、アルゴンガス（正イオン）を加速してスパッタリングを生じることのできる部分（直流電界）が存在（分布）するため、酸素イオン（負イオン）が加速する部分も存在（分布）する。
【００２０】
結果として、基板上へ到達する酸素の活性度及び酸素の量に分布を生じる。膜作製条件に依存するが、酸化亜鉛等の場合、通常、基板上はターゲットからスパッタされた酸素のみですでに酸化過剰（酸素の供給過剰）の状態にある。そのため、エロージョン対向部では、さらに酸化過剰（酸素の供給過剰）となり、抵抗率が高くなると考えられる。
【００２１】
そこで、発明者らは、酸化過剰な状態を抑制すべく、還元性のある水素や有機ガスを導入することで抵抗率や抵抗率分布が改善されることを見いだした。
【００２２】
一方、発明者らは、高周波電力のみまたは直流電力のみでは水素や有機ガスの還元性が不足するが、高周波電力を直流電力に重畳することで水素や有機ガスの還元性を高めるこことにより低抵抗率や抵抗率分布が改善されることを見いだした。
【００２３】
図１は、直流電力を一定にして高周波電力を異ならせてＡｒ雰囲気中でガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。
【００２４】
図１に示すように、Ａｒ雰囲気中においても高周波電力を直流電力に重畳した場合は、直流電力のみの場合と比較して、抵抗率自体が下がるだけでなく抵抗率分布の均一性が向上する。また、高周波電力の重畳により成膜速度が向上する作用効果がある。
【００２５】
以上の知見に基づき、水素や有機ガスを導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法を行うことにより、更なる抵抗率や抵抗率分布の改善を果たすことが可能となった。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２７】
（実施形態）
図２は、本実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１０の一例を模式的に示した要部断面図である。なお、図２は、マグネトロンスパッタリング装置１０の構成のうち、真空チャンバ７０に収容された構成を示す。
【００２８】
マグネトロンスパッタリング装置１０では、ターゲット２０と薄膜が形成される土台となる基体３０とが対向して配置されている。ターゲット２０と反対側の基体３０の面に接する状態でアノード６０が設けられている。アノード６０は、スパッタされたターゲット２０の成分が薄膜として形成される基体３０を保持する基体ホルダとして機能する。一方、ターゲット２０は、ターゲットホルダを有するマグネトロンカソード部２２によって保持されている。
【００２９】
マグネトロンカソード部２２は、ステンレスなどの金属で形成されている。また、マグネトロンカソード部２２は、高周波電源と直流電源を有する電力供給源４０により交流電力（高周波電力）を重畳した直流電力が供給され、カソードとしても機能する。マグネトロンカソード部２２の背面には、磁界発生手段として磁石５０およびヨーク５２が設けられている。磁石５０およびヨーク５２との隙間には、マグネトロンカソード部２２を冷却する手段として、冷却水などの冷媒を循環させるパイプ５４が設けられている。磁石５０としては、永久磁石を用いてもよいし、電磁石を用いてもよい。
【００３０】
なお、マグネトロンカソード部２２を冷却する手段は、冷却水の循環による放熱に限られず、アルミニウムブロックのような金属による放熱であってもよい。磁石５０およびヨーク５２は、ステンレスなどの金属等で形成されたシールド板４３によって囲まれている。シールド板４３により、ターゲット２０のエロージョン部上方以外での放電やスパッタリングを防止する。
【００３１】
真空チャンバ７０は、ターゲット２０と基体３０とを含む空間を所望の真空度に維持することが可能であり、スパッタリングガスを供給するガス供給源７２と、真空チャンバ内を排気し所望の真空度を得るための真空ポンプ７４が取り付けられている。また、成膜時の基体３０の温度を変更するための加熱手段（不図示）が設けられている。
【００３２】
以下、上述の実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１０を用いた透明導電膜の製造方法について実施例を参照して説明する。
【００３３】
（実施例）
はじめに、マグネトロンスパッタリング装置１０で使用される本実施例に係るターゲット２０および基体３０について説明する。
【００３４】
ターゲット２０は、直径約１５０ｍｍの高密度焼結体であるＺｎＯにＡｌをドープしたものを使用する。なお、ターゲットの形状は円形だけでなく方形等任意のものであってもよく、装置や材料、成膜条件に応じて適宜選択すればよい。また、基体３０にはガラス基板を使用する。そして、ターゲット２０および基体３０をマグネトロンスパッタリング装置１０の所定の位置に配置し、真空ポンプ７４により所望の真空度となるよう真空チャンバ７０内を排気する。その際、基体３０であるガラス基板を加熱手段（不図示）により２００℃に加熱する。
【００３５】
真空チャンバ７０が所望の真空度となった状態で、ＡｒにＨ２をＸ％導入したスパッタガスをガス供給源７２から真空チャンバ７０内に供給する。なお、雰囲気中に導入するＨ２や有機ガスは、不活性ガスと混合されてから真空チャンバ７０に導入してもよいし、別々のガス供給源から真空チャンバ７０に導入されてもよい。ここで、スパッタガス圧は０．４Ｐａである。そして、電力供給源４０からマグネトロンカソード部２２に高周波電力を重畳した直流電力を印加し透明導電膜を作成する。本実施例では、高周波電力は１００Ｗ、直流電力は８０Ｗである。
【００３６】
ここで高周波電力は、直流電力の３０％〜３００％、より好ましくは６０％〜２００％の範囲で設定されているとよい。高周波電力の割合が少なすぎる又は多すぎると、直流成分、高周波成分の一方の特性が強すぎてしまうからである。
【００３７】
また、直流電力に重畳する高周波電力の周波数は２ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの範囲が好ましい。周波数が２ＭＨｚより小さいと、プラズマが生成しにくくなる一方、周波数が７００ＭＨｚより大きくなると、電力損失が増大し、スパッタ効率が悪化するからである。より好ましくは、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲であればよく、例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数が好適に用いられる。
【００３８】
図３は、Ａｒガスに導入するＨ２の導入量を異ならせてガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。図３に示すように、Ａｒのみの条件（Ｘ＝０％）と比較してＨ２導入量Ｘ＝０．４％、０．６％、０．８％の条件で作製したＡＺＯ膜は、抵抗率が低くなると共に抵抗率分布の均一性も向上している。これは、エロージョン対向部での酸化を抑制することができているためと考えられる。
【００３９】
一方、Ｈ２導入量Ｘ＝１．０％の条件で作製したＡＺＯ膜は、抵抗率が若干上昇すると共に抵抗率分布の均一性も若干低下している。これは、Ｈ２導入量の増加による結晶性の悪化が原因と考えられる。以上の結果を考慮すると、Ｈ２導入量の好ましい範囲の上限は２．０％以下、より好ましくは１．０％以下である。Ｈ２導入量の好ましい範囲の下限は０．１％以上、より好ましくは０．２％以上である。それ以下であるとＨ２導入による酸化の抑制が不十分となるからである。それ以上では水素が膜中に取り込まれたり酸素が過剰に還元されてしまう。
【００４０】
図４は、本実施例の作製法により作製されたＡＺＯ膜の平均抵抗率と水素導入量との関係を示すグラフである。図４に示すように、基体表面全体について場所と膜厚について平均した抵抗率は、水素導入量が０％の場合と比較して、水素導入量が約０．２％から約０．７％の範囲で低下しており、効果が認められる。より好ましくは、水素導入量が０．３％以上、０．６％以下のＡｒをスパッタガスに用いるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】直流電力を一定にして高周波電力を異ならせてガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。
【図２】本実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の一例を模式的に示した要部断面図である。
【図３】Ａｒガスに導入するＨ２の導入量を異ならせてガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。
【図４】本実施例の作製法により作製されたＡＺＯ膜の平均抵抗率と水素導入量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０ マグネトロンスパッタリング装置、 ２０ ターゲット、 ２２ マグネトロンカソード部、 ３０ 基体、 ４０ 電力供給源、 ４３ シールド板、 ５０ 磁石、 ５２ ヨーク、 ５４ パイプ、 ６０ アノード、 ７０ 真空チャンバ、 ７２ ガス供給源、 ７４ 真空ポンプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明導電膜の製造方法に関し、特にマグネトロンスパッタリング装置を用いた透明導電膜の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤという）の大型化、高性能化に伴い、それらに用いる透明導電膜に要求される性能の向上やコストの低減の要求が高まっている。
【０００３】
従来、透明導電膜を作製する薄膜形成技術として、マグネトロンスパッタリング装置が知られている（特許文献１参照）。マグネトロンスパッタリング装置は、放電などによりターゲット付近にプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオンをターゲットに衝突させることにより粒子をスパッタし、その粒子を基体に付着させることにより成膜することが出来る。
【０００４】
また、ＦＰＤに用いられる透明導電膜としては、錫ドープ酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ、以下、ＩＴＯという）が幅広く用いられているが、原料として含まれているインジウムが希少金属で高価なため、安定供給やコストの観点から懸念がある。
【０００５】
そこで、ＩＴＯ透明導電膜の代替材料として、安価で豊富な供給が可能なアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ、以下、ＡＺＯという）等が注目されている。
【特許文献１】特開平６−１７２９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＺｎＯ系透明導電膜等は、マグネトロンスパッタリング（以下、ＭＳＰという）法を用いて約３００℃以下の基板上に作製される場合、ターゲット表面と対向して配置された基板上で抵抗率分布を生じるため、導電膜の低抵抗率化を阻害する大きな要因となっている。
【０００７】
本発明は、上述の課題を鑑みなされたもので、その目的とするところは、ＭＰＳ法で酸化物による導電膜を形成する際に、抵抗率分布の均一性の向上を図る透明導電膜の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の透明導電膜の製造方法は、酸化物をターゲットとして用い、不活性ガスに水素及び／又は有機ガスを導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法により基体上に透明導電膜を形成する。
【０００９】
本発明の別の態様は、透明導電膜の製造装置である。この透明導電膜の製造装置は、酸化物を主な成分とするターゲットを保持するターゲットホルダと、スパッタされたターゲットの成分が薄膜として形成される基体を保持する基体ホルダと、前記ターゲットと前記基体とを含む空間を所望の真空度に維持するための真空チャンバと、前記真空チャンバに不活性ガスと水素及び／又は有機ガスとを供給するガス供給源と、前記ターゲットホルダを有し、前記ターゲットの表面近傍でマグネトロン放電を維持するために磁界を発生するマグネトロンカソード部と、前記マグネトロンカソード部または前記基体ホルダに高周波電力を重畳した直流電力を供給する電力供給源と、を備え、基体上に透明導電膜を形成する。
【００１０】
前記酸化物としては、例えば、Ａｌ，Ｇａ，Ｂ，Ｉｎ，Ｙ，Ｓｃ，Ｆ，Ｖ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された少なくとも一つの元素がドープされた酸化亜鉛であってもよい。より好ましくは、低コストで入手も比較的容易であり、抵抗率も低くくなるＡｌ，Ｇａがよい。
【００１１】
この態様によると、不活性ガスに水素及び／又は有機ガスを導入した雰囲気中で直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いることで、エロージョン対向部での酸化を抑制可能となり、過剰な酸化が原因と考えられる酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜の抵抗率分布の均一性を向上することができる。なお、直流電力に高周波電力を重畳した電圧が生成する放電プラズマを用いてもよい。また、雰囲気中に導入する水素や有機ガスは、不活性ガスと混合された状態で真空容器等に導入してもよいし、別々のガス供給源から真空容器等に導入された後に雰囲気中で混合されてもよい。
【００１２】
前記不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガスを用いることが出来る。また、有機ガスとしては、例えば、Ｃ−Ｃ結合を持たないメタン、アルコール、ケトン等の還元性を発現する有機ガスを用いることが出来る。また、前記雰囲気中に導入する水素導入量が０．１％〜２．０％の範囲であってもよい。より好ましくは、水素導入量が０．２％〜１．０％の範囲であるとよい。更により好ましくは０．３％〜０．６％の範囲であるとよい。この態様によれば、透明電極の抵抗率自体を低くすることができる。また、エロージョン対向部の抵抗率が低くなることで抵抗率分布も改善される。
【００１３】
また、直流電力に重畳する高周波電力の周波数は２ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの範囲であってもよい。また、前記高周波電力は、前記直流電力の３０％〜３００％の範囲であってもよい。より好ましくは、前記直流電力の６０％〜２００％の範囲であってもよい。
【００１４】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、抵抗率分布の均一性を向上した透明導電膜を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（基本原理）
従来、ターゲットのエロージョン対向部の抵抗率の増加は、高エネルギーに加速された酸素（エロージョン部上の直流電界（スパッタ電圧）により基板上に向かって加速される酸素（負イオン））の衝撃による膜のダメージが原因と考えられていた。
【００１７】
しかし、発明者らの研究によりこの研究成果（解釈）が正確でないことが発見され、その知見に基づいて本発明は考案されたものである。
【００１８】
発明者らの解釈では、エロージョン対向部における基板上では、他の部分と比較して到達する酸素の量が多く、かつ酸素の活性度も高いことが、エロージョン対向部における抵抗率上昇の主原因と考えている。
【００１９】
換言すれば、マグネトロンスパッタリングでは、原理上、アルゴンガス（正イオン）を加速してスパッタリングを生じることのできる部分（直流電界）が存在（分布）するため、酸素イオン（負イオン）が加速する部分も存在（分布）する。
【００２０】
結果として、基板上へ到達する酸素の活性度及び酸素の量に分布を生じる。膜作製条件に依存するが、酸化亜鉛等の場合、通常、基板上はターゲットからスパッタされた酸素のみですでに酸化過剰（酸素の供給過剰）の状態にある。そのため、エロージョン対向部では、さらに酸化過剰（酸素の供給過剰）となり、抵抗率が高くなると考えられる。
【００２１】
そこで、発明者らは、酸化過剰な状態を抑制すべく、還元性のある水素や有機ガスを導入することで抵抗率や抵抗率分布が改善されることを見いだした。
【００２２】
一方、発明者らは、高周波電力のみまたは直流電力のみでは水素や有機ガスの還元性が不足するが、高周波電力を直流電力に重畳することで水素や有機ガスの還元性を高めるこことにより低抵抗率や抵抗率分布が改善されることを見いだした。
【００２３】
図１は、直流電力を一定にして高周波電力を異ならせてＡｒ雰囲気中でガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。
【００２４】
図１に示すように、Ａｒ雰囲気中においても高周波電力を直流電力に重畳した場合は、直流電力のみの場合と比較して、抵抗率自体が下がるだけでなく抵抗率分布の均一性が向上する。また、高周波電力の重畳により成膜速度が向上する作用効果がある。
【００２５】
以上の知見に基づき、水素や有機ガスを導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法を行うことにより、更なる抵抗率や抵抗率分布の改善を果たすことが可能となった。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２７】
（実施形態）
図２は、本実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１０の一例を模式的に示した要部断面図である。なお、図２は、マグネトロンスパッタリング装置１０の構成のうち、真空チャンバ７０に収容された構成を示す。
【００２８】
マグネトロンスパッタリング装置１０では、ターゲット２０と薄膜が形成される土台となる基体３０とが対向して配置されている。ターゲット２０と反対側の基体３０の面に接する状態でアノード６０が設けられている。アノード６０は、スパッタされたターゲット２０の成分が薄膜として形成される基体３０を保持する基体ホルダとして機能する。一方、ターゲット２０は、ターゲットホルダを有するマグネトロンカソード部２２によって保持されている。
【００２９】
マグネトロンカソード部２２は、ステンレスなどの金属で形成されている。また、マグネトロンカソード部２２は、高周波電源と直流電源を有する電力供給源４０により交流電力（高周波電力）を重畳した直流電力が供給され、カソードとしても機能する。マグネトロンカソード部２２の背面には、磁界発生手段として磁石５０およびヨーク５２が設けられている。磁石５０およびヨーク５２との隙間には、マグネトロンカソード部２２を冷却する手段として、冷却水などの冷媒を循環させるパイプ５４が設けられている。磁石５０としては、永久磁石を用いてもよいし、電磁石を用いてもよい。
【００３０】
なお、マグネトロンカソード部２２を冷却する手段は、冷却水の循環による放熱に限られず、アルミニウムブロックのような金属による放熱であってもよい。磁石５０およびヨーク５２は、ステンレスなどの金属等で形成されたシールド板４３によって囲まれている。シールド板４３により、ターゲット２０のエロージョン部上方以外での放電やスパッタリングを防止する。
【００３１】
真空チャンバ７０は、ターゲット２０と基体３０とを含む空間を所望の真空度に維持することが可能であり、スパッタリングガスを供給するガス供給源７２と、真空チャンバ内を排気し所望の真空度を得るための真空ポンプ７４が取り付けられている。また、成膜時の基体３０の温度を変更するための加熱手段（不図示）が設けられている。
【００３２】
以下、上述の実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１０を用いた透明導電膜の製造方法について実施例を参照して説明する。
【００３３】
（実施例）
はじめに、マグネトロンスパッタリング装置１０で使用される本実施例に係るターゲット２０および基体３０について説明する。
【００３４】
ターゲット２０は、直径約１５０ｍｍの高密度焼結体であるＺｎＯにＡｌをドープしたものを使用する。なお、ターゲットの形状は円形だけでなく方形等任意のものであってもよく、装置や材料、成膜条件に応じて適宜選択すればよい。また、基体３０にはガラス基板を使用する。そして、ターゲット２０および基体３０をマグネトロンスパッタリング装置１０の所定の位置に配置し、真空ポンプ７４により所望の真空度となるよう真空チャンバ７０内を排気する。その際、基体３０であるガラス基板を加熱手段（不図示）により２００℃に加熱する。
【００３５】
真空チャンバ７０が所望の真空度となった状態で、ＡｒにＨ２をＸ％導入したスパッタガスをガス供給源７２から真空チャンバ７０内に供給する。なお、雰囲気中に導入するＨ２や有機ガスは、不活性ガスと混合されてから真空チャンバ７０に導入してもよいし、別々のガス供給源から真空チャンバ７０に導入されてもよい。ここで、スパッタガス圧は０．４Ｐａである。そして、電力供給源４０からマグネトロンカソード部２２に高周波電力を重畳した直流電力を印加し透明導電膜を作成する。本実施例では、高周波電力は１００Ｗ、直流電力は８０Ｗである。
【００３６】
ここで高周波電力は、直流電力の３０％〜３００％、より好ましくは６０％〜２００％の範囲で設定されているとよい。高周波電力の割合が少なすぎる又は多すぎると、直流成分、高周波成分の一方の特性が強すぎてしまうからである。
【００３７】
また、直流電力に重畳する高周波電力の周波数は２ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの範囲が好ましい。周波数が２ＭＨｚより小さいと、プラズマが生成しにくくなる一方、周波数が７００ＭＨｚより大きくなると、電力損失が増大し、スパッタ効率が悪化するからである。より好ましくは、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲であればよく、例えば、１３．５６ＭＨｚの周波数が好適に用いられる。
【００３８】
図３は、Ａｒガスに導入するＨ２の導入量を異ならせてガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。図３に示すように、Ａｒのみの条件（Ｘ＝０％）と比較してＨ２導入量Ｘ＝０．４％、０．６％、０．８％の条件で作製したＡＺＯ膜は、抵抗率が低くなると共に抵抗率分布の均一性も向上している。これは、エロージョン対向部での酸化を抑制することができているためと考えられる。
【００３９】
一方、Ｈ２導入量Ｘ＝１．０％の条件で作製したＡＺＯ膜は、抵抗率が若干上昇すると共に抵抗率分布の均一性も若干低下している。これは、Ｈ２導入量の増加による結晶性の悪化が原因と考えられる。以上の結果を考慮すると、Ｈ２導入量の好ましい範囲の上限は２．０％以下、より好ましくは１．０％以下である。Ｈ２導入量の好ましい範囲の下限は０．１％以上、より好ましくは０．２％以上である。それ以下であるとＨ２導入による酸化の抑制が不十分となるからである。それ以上では水素が膜中に取り込まれたり酸素が過剰に還元されてしまう。
【００４０】
図４は、本実施例の作製法により作製されたＡＺＯ膜の平均抵抗率と水素導入量との関係を示すグラフである。図４に示すように、基体表面全体について場所と膜厚について平均した抵抗率は、水素導入量が０％の場合と比較して、水素導入量が約０．２％から約０．７％の範囲で低下しており、効果が認められる。より好ましくは、水素導入量が０．３％以上、０．６％以下のＡｒをスパッタガスに用いるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】直流電力を一定にして高周波電力を異ならせてガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。
【図２】本実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の一例を模式的に示した要部断面図である。
【図３】Ａｒガスに導入するＨ２の導入量を異ならせてガラス基板上に作製したＡＺＯ膜の抵抗率分布を比較したグラフである。
【図４】本実施例の作製法により作製されたＡＺＯ膜の平均抵抗率と水素導入量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０ マグネトロンスパッタリング装置、 ２０ ターゲット、 ２２ マグネトロンカソード部、 ３０ 基体、 ４０ 電力供給源、 ４３ シールド板、 ５０ 磁石、 ５２ ヨーク、 ５４ パイプ、 ６０ アノード、 ７０ 真空チャンバ、 ７２ ガス供給源、 ７４ 真空ポンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物をターゲットとして用い、不活性ガスに水素及び／又は有機ガスを導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法により基体上に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造方法。
【請求項２】
前記酸化物は、Ａｌ，Ｇａ，Ｂ，Ｉｎ，Ｙ，Ｓｃ，Ｆ，Ｖ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された少なくとも一つの元素がドープされた酸化亜鉛である請求項１に記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスはＡｒである請求項１または２に記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項４】
前記雰囲気中に導入する水素導入量が０．１％〜２．０％の範囲である請求項１乃至３のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項５】
前記雰囲気中に導入する水素導入量が０．２％〜１．０％の範囲である請求項１乃至３のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項６】
前記不活性ガスに導入する水素導入量が０．３％〜０．６％の範囲である請求項１乃至３のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項７】
直流電力に重畳する高周波電力の周波数は２ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの範囲である請求項１乃至６のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項８】
前記高周波電力は、前記直流電力の３０％〜３００％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項９】
前記高周波電力は、前記直流電力の６０％〜２００％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項１０】
酸化物を主な成分とするターゲットを保持するターゲットホルダと、
スパッタされたターゲットの成分が薄膜として形成される基体を保持する基体ホルダと、
前記ターゲットと前記基体とを含む空間を所望の真空度に維持するための真空チャンバと、
前記真空チャンバに不活性ガスと水素及び／又は有機ガスとを供給するガス供給源と、
前記ターゲットホルダを有し、前記ターゲットの表面近傍でマグネトロン放電を維持するために磁界を発生するマグネトロンカソード部と、
前記マグネトロンカソード部または前記基体ホルダに高周波電力を重畳した直流電力を供給する電力供給源と、
を備え、基体上に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造装置。
【請求項１】
酸化物をターゲットとして用い、不活性ガスに水素及び／又は有機ガスを導入した雰囲気中で、直流電力に高周波電力を重畳したスパッタ電圧を用いたマグネトロンスパッタリング法により基体上に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造方法。
【請求項２】
前記酸化物は、Ａｌ，Ｇａ，Ｂ，Ｉｎ，Ｙ，Ｓｃ，Ｆ，Ｖ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された少なくとも一つの元素がドープされた酸化亜鉛である請求項１に記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスはＡｒである請求項１または２に記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項４】
前記雰囲気中に導入する水素導入量が０．１％〜２．０％の範囲である請求項１乃至３のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項５】
前記雰囲気中に導入する水素導入量が０．２％〜１．０％の範囲である請求項１乃至３のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項６】
前記不活性ガスに導入する水素導入量が０．３％〜０．６％の範囲である請求項１乃至３のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項７】
直流電力に重畳する高周波電力の周波数は２ＭＨｚ〜７００ＭＨｚの範囲である請求項１乃至６のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項８】
前記高周波電力は、前記直流電力の３０％〜３００％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項９】
前記高周波電力は、前記直流電力の６０％〜２００％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法。
【請求項１０】
酸化物を主な成分とするターゲットを保持するターゲットホルダと、
スパッタされたターゲットの成分が薄膜として形成される基体を保持する基体ホルダと、
前記ターゲットと前記基体とを含む空間を所望の真空度に維持するための真空チャンバと、
前記真空チャンバに不活性ガスと水素及び／又は有機ガスとを供給するガス供給源と、
前記ターゲットホルダを有し、前記ターゲットの表面近傍でマグネトロン放電を維持するために磁界を発生するマグネトロンカソード部と、
前記マグネトロンカソード部または前記基体ホルダに高周波電力を重畳した直流電力を供給する電力供給源と、
を備え、基体上に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１５４２５５（Ｐ２００７−１５４２５５Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５０５７５（Ｐ２００５−３５０５７５）
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年９月７日 （社）応用物理学会発行の「２００５年（平成１７年）秋季 第６６回応用物理学会学術講演会講演予稿集 第２分冊」に発表
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００５年９月７日 （社）応用物理学会発行の「２００５年（平成１７年）秋季 第６６回応用物理学会学術講演会講演予稿集 第２分冊」に発表
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
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