JP6109775B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置と、成膜方法と、に関する。

成膜対象物上に透明導電膜を反応性プラズマ蒸着により成膜する成膜装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された成膜装置は、基板上に形成された下地膜上に透明導電膜を成膜している。透明導電膜としては、たとえば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ:酸化インジウムと酸化スズとの化合物）膜がある。

特開２００２−３０４２３号公報

透明導電膜が成膜される下地膜の一つとして、酸化シリコンを含有する膜を有する光学調整膜がある。この光学調整膜を透明導電膜が成膜される下地膜として採用する場合、酸化シリコンを含有する膜上に透明導電膜が成膜されることがある。

生産性又は膜厚分布の制御性などの要因から、酸化シリコンを含有する膜は反応性スパッタリングにより成膜することが考えられる。反応性スパッタリングによる成膜は、成膜速度が速くすることができ、また、膜厚分布の制御性に優れている。しかしながら、酸化シリコンを含有する膜を反応性スパッタリングにより成膜し、当該膜上に透明導電膜を反応性プラズマ蒸着により成膜する場合、成膜された透明導電膜の比抵抗値が増加するおそれがある。

そこで、本発明は、比抵抗値の増加が抑制された透明導電膜を成膜することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、比抵抗値の増加が抑制された透明導電膜を成膜することが可能な構成について鋭意研究を行った。その結果、本発明者らは、酸化シリコンを含有する膜を高周波スパッタリングにより成膜し、当該膜上に透明導電膜を反応性プラズマ蒸着により成膜する場合、成膜された透明導電膜の比抵抗値の増加が抑制されるという事実を見出し、本発明を想到するに至った。

すなわち、本発明に係る成膜装置は、酸化シリコンを含有する第一下地膜を反応性スパッタリングにより成膜する第一成膜部と、第一下地膜上に酸化シリコンを含有する第二下地膜を高周波スパッタリングにより成膜する第二成膜部と、第二下地膜上に透明導電膜を反応性プラズマ蒸着により成膜する第三成膜部と、第一、第二、及び第三成膜部の間で成膜対象物を搬送する搬送部と、を備える。

本発明に係る成膜方法は、反応性スパッタリングにより、酸化シリコンを含有する第一下地膜を成膜する第一成膜工程と、高周波スパッタリングにより、第一下地膜上に酸化シリコンを含有する第二下地膜を成膜する第二成膜工程と、反応性プラズマ蒸着により、第二下地膜上に透明導電膜を成膜する第三成膜工程と、を含む。

本発明によれば、比抵抗値の増加が抑制された透明導電膜を成膜することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光学素子の断面構成を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。 本実施形態に係る成膜方法の内容を示すフローチャートである。 本発明の実施例及び比較例における試験条件を示す図である。 本発明の実施例及び比較例におけるシート抵抗値の測定結果を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、本実施形態に係る光学素子Ｅ１の断面構成を説明するための図である。光学素子Ｅ１は、たとえば、携帯端末などの電子機器に使用されるタッチパネル、太陽電池、又は有機ＥＬ照明などに用いられる。

図１に示されるように、光学素子Ｅ１は、基板Ｂ上を備えている。基板Ｂの材料は、たとえば、ガラス又はシリコンウェハーなどである。基板Ｂ上には、第一下地膜Ｍ１が成膜されている。第一下地膜Ｍ１は、酸化シリコンを含有する。第一下地膜Ｍ１の材料は、酸化シリコン（ＳｉＯｘ：たとえば、ＳｉＯ_２）である。第一下地膜Ｍ１は、たとえば、光学調整膜として機能する。

第一下地膜Ｍ１上には第二下地膜Ｍ２が成膜されている。第二下地膜Ｍ２は、酸化シリコンを含有する。第二下地膜Ｍ２の材料は、酸化シリコン（ＳｉＯｘ：たとえば、ＳｉＯ_２）である。第二下地膜Ｍ２上には、透明導電膜Ｍ３が成膜されている。透明導電膜Ｍ３は、ＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）膜である。透明導電膜Ｍ３の材料は、酸化インジウムを組成として含んだ材料であり、たとえば、ドープ元素の無い酸化インジウム、酸化インジウムスズ、酸化インジウムタングステン、又は、酸化インジウム亜鉛などの金属酸化物である。また、これらの金属酸化物が２種以上複合されてもよい。透明導電膜Ｍ３の厚みは、たとえば５〜３５ｎｍ程度に設定してもよいが、当該数値に限定されない。第一下地膜Ｍ１、第二下地膜Ｍ２、及び透明導電膜Ｍ３が成膜されていない状態の基板Ｂ、第一下地膜Ｍ１が成膜された状態の基板Ｂ、並びに、第一下地膜Ｍ１及び第二下地膜Ｍ２が成膜された状態の基板Ｂは、後述する成膜対象物１０に対応する。

（成膜装置）
ここで、図２を参照して、上述した光学素子Ｅ１を製造する際に用いられる成膜装置について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る成膜装置１の概略構成図である。

成膜装置１は、真空中にて希薄アルゴン雰囲気下でプラズマを発生させ、プラズマ中のプラスイオンを成膜材料（ターゲット３，４）に衝突させることで成膜材料の原子をはじき出し、成膜対象物１０上に付着させて成膜を行う装置と、生成されたプラズマを用いて成膜材料（タブレット５）をイオン化し、成膜対象物１０上に付着させて成膜を行う装置とを含んでいる。成膜装置１は、真空チャンバ２と、電力源６と、成膜対象物１０を搬送する搬送ローラ１１（搬送部）と、成膜装置１の制御を行う制御部３０と、を備えている。電力源６は、真空チャンバ２に設けられた電極（不図示）へ電力を供給する。複数の電極はターゲット３，４をそれぞれ保持する。ターゲット３，４は、それぞれ電力源６と電気的に接続されている。

真空チャンバ２は、スパッタリングが行われるスパッタ室７Ａと、スパッタ室７Ａの前段側に隣接する排気室８と、スパッタ室７Ａの後段側に隣接する蒸着室７Ｂと、蒸着室７Ｂの後段側に隣接するベント室９とを備えている。真空チャンバ２内には、成膜対象物１０が収容される。真空チャンバ２内には、搬送ローラ１１が設けられている。搬送ローラ１１は、成膜対象物１０を配置可能であって、配置された成膜対象物１０を所定の搬送方向Ａに搬送可能である。これにより成膜対象物１０は、搬送ローラ１１により搬送方向Ａに搬送される。

ターゲット３，４は、成膜材料又は成膜材料の一部（組成材料）から成る平板状の部材である。なお、ターゲット３，４として、円筒状の部材を用いてもよい。ターゲット３，４は、スパッタ室７Ａ内において成膜対象物１０に対向して配置されている。ターゲット３，４は、所定の間隔を開けて、搬送方向Ａに沿って配置されている。

ターゲット３と成膜対象物１０との間には、スパッタリング空間Ｃ１が形成される。ターゲット４と成膜対象物１０との間には、スパッタリング空間Ｃ２が形成される。

スパッタ室７Ａは、第一成膜部７１と、第二成膜部７２と、を備えている。第一成膜部７１には、搬送ローラ１１により成膜対象物１０として基板Ｂが搬送される。第一成膜部７１に搬送される成膜対象物１０は、基板Ｂ上に成膜されていてもよい。第一成膜部７１は、酸化シリコンを含有する第一下地膜Ｍ１を反応性スパッタリングにより成膜する。ターゲット３は、シリコンからなる材料である。真空チャンバ２内に酸素を含むガスを導入し、ターゲット３をスパッタリングすることにより、酸化シリコンを含有する膜が成膜させる。

第二成膜部７２には、搬送ローラ１１により成膜対象物１０として、第一下地膜Ｍ１が成膜された基板Ｂが搬送される。第二成膜部７２は、第一下地膜Ｍ１上に酸化シリコンを含有する第二下地膜Ｍ２を高周波スパッタリングにより成膜する。ターゲット４は、酸化シリコンからなる材料である。真空チャンバ２内に酸素を含むガスを導入し、ターゲット４をスパッタリングすることにより、酸化シリコンを含有する膜が成膜させる。

蒸着室７Ｂは、第三成膜部７３を備える。第三成膜部７３には、搬送ローラ１１により成膜対象物１０として、第一下地膜Ｍ１及び第二下地膜Ｍ２が成膜された基板Ｂが搬送される。第三成膜部７３は、タブレット５を保持する主ハース４１と、主ハース４１を環状に取り囲む補助陽極である輪ハース４２と、プラズマビームを主ハース４１へ照射するプラズマガンなどのプラズマ源４３と、を備えて構成される。第三成膜部７３は、第二下地膜Ｍ２上に透明導電膜Ｍ３を反応性プラズマ蒸着により成膜する。タブレット５は、酸化インジウムを組成として含んだ材料であり、たとえば、酸化インジウムスズである。タブレット５は、蒸着室７Ｂ室内において成膜対象物１０に対向して配置されている。第三成膜部７３は、プラズマ源４３によってプラズマＰを生成し、主ハース４１に保持されたタブレット５を加熱して蒸発させる。このとき、蒸発物が蒸発源（タブレット５）と成膜対象物１０との間に形成された空間Ｃ３を拡散するので、反応性プラズマ蒸着により透明導電膜Ｍ３が成膜される。

成膜装置１は、スパッタ室７Ａ、蒸着室７Ｂ、排気室８、及びベント室９の各室に接続されて、各室内を真空引きするためのターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）１２と、スパッタ室７Ａ、蒸着室７Ｂ、排気室８、及びベント室９の各室間、排気室８の入口部、及びベント室９の出口部に設けられたゲートバルブ１３と、排気室８及びベント室９のそれぞれに接続されたドライポンプ１４と、を備えている。

成膜装置１は、雰囲気ガスである不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスを内部に充填したアルゴンボンベ１６と、アルゴンボンベ１６内のアルゴンガスを所定の流量でスパッタ室７内に供給するガス流量制御器であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ；Mass Flow Controller）１７とを備えている。なお、雰囲気ガスとして、キセノン（Ｘｅ）又はクリプトン（Ｋｒ）を使用してもよい。成膜装置１は、酸素ガスを内部に充填した酸素ボンベ２２と、酸素ボンベ２２内の酸素ガスを所定の流量でスパッタ室７Ａ内に供給するガス流量制御器であるマスフローコントローラ２１とを備えている。

アルゴンボンベ１６には、アルゴンガスを真空チャンバ２に導入するラインＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３が接続されている。ラインＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３には、マスフローコントローラ１７が接続されている。一方、酸素ボンベ２２には、酸素ガスを真空チャンバ２に導入するラインＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３が接続されている。ラインＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３には、マスフローコントローラ２１が接続されている。ラインＬ２１はラインＬ１１の途中に合流している。ラインＬ１１の出口端部はターゲット３の近傍に配置されている。ラインＬ２２はラインＬ１２の途中に合流している。ラインＬ１２の出口端部は、ターゲット４の近傍に配置されている。ラインＬ２３はラインＬ１３の途中に合流している。ラインＬ１３の出口端部は、蒸着室７Ｂ内に配置されている。

マスフローコントローラ１７，２１は、制御部３０と電気的に接続されている。制御部３０は、マスフローコントローラ１７，２１を制御することによって、真空チャンバ２へ供給するアルゴンガスの流量と酸素ガスの流量を制御する。これによって、制御部３０は、真空チャンバ２内の酸素濃度を調整することができる。

真空チャンバ２内であって成膜対象物１０の膜厚方向と対向する裏側には、加熱部１８が搬送方向Ａに並べて配置されている。加熱部１８は、成膜対象物１０の裏面側を加熱することで、成膜される面を間接的に加熱する。加熱部１８はヒータであり、加熱部１８により、熱が基板Ｂに伝わる。加熱部１８は、スパッタ室７、排気室８、及びベント室９の各室に設けられている。加熱部１８は、真空チャンバ２内における取付位置が特に限定されておらず、成膜対象物１０を加熱することができればどこに配置してもよい。

電力源６は、ターゲット３，４に電力を供給して放電を起こすための電力源である。図２に示されるように、電力源６は、ＭＦ電源６１及びＲＦ電源６２を備えている。ＭＦ電源６１は、ＭＦ帯の周波数を発振する高周波電源である。ＭＦ電源６１とターゲット３とは、電気的に接続されている。ＭＦ電源６１は、一定の周期を有する波状又は矩形波状の電圧をターゲット３に印加する。ＭＦ電源６１の周波数はたとえば、数十ｋＨｚである。

ＲＦ電源６２は、ＲＦ帯の周波数を発振する高周波電源である。ＲＦ電源６２とターゲット４とは、電気的に接続されている。ＲＦ電源６２は、一定の周期を有する波状又は矩形波状の電圧をターゲット４に印加する。ＲＦ電源６２の周波数はたとえば、１３〜４１ＭＨｚである。インピーダンスの整合をとるためのマッチングボックス６２ａが設けられている。

制御部３０は、成膜装置１の動作を制御する。制御部３０は、少なくとも電力源６、搬送ローラ１１、加熱部１８と電気的に接続されており、所定の成膜条件となるように各構成要素を制御することができる。制御部３０は、成膜時における成膜対象物１０の温度が成膜に適した温度となるように、加熱部１８を制御する。制御部３０は、成膜に適した放電電力となるように電力源６を制御する。

（製造方法）
ここで、上述の成膜装置１を用いてスパッタリング及び反応性プラズマ蒸着によって成膜対象物１０上に透明導電膜Ｍ３を成膜する成膜方法の一例の方法ＭＴ１について説明する。ただし、以下の説明に係る成膜方法に限定されるものではなく、手順及び処理条件は適宜変更してよい。図３は、本実施形態に係る光学素子Ｅ１の製造方法の内容を示すフローチャートである。

まず、基板Ｂに第一下地膜Ｍ１を成膜する工程が実行される（ステップＳ１：第一成膜工程）。ステップＳ１の処理は、第一成膜部７１にて実行される。ステップＳ１の工程では、基板Ｂの一面に第一下地膜Ｍ１が成膜される。第一下地膜Ｍ１が成膜された基板Ｂは、第二成膜部７２へ搬送される。

次に、第二下地膜Ｍ２を成膜する工程が実行される（ステップＳ２：第二成膜工程）。ステップＳ２の処理は、第二成膜部７２にて実行される。ステップＳ２の工程では、基板Ｂに成膜された第一下地膜Ｍ１に第二下地膜Ｍ２が成膜される。第二下地膜Ｍ２が成膜された基板Ｂは、第三成膜部７３へ搬送される。

そして、透明導電膜Ｍ３を成膜する工程が実行される（ステップＳ３：第三成膜工程）。ステップＳ３の処理は、第三成膜部７３にて実行される。基板Ｂに成膜された第二下地膜Ｍ２の最表面に透明導電膜Ｍ３が成膜される。

以上、ステップＳ１からステップＳ３が完了することにより、透明導電膜Ｍ３が表面に成膜された光学素子Ｅ１を製造する工程が完了する。

（作用・効果）
次に、本実施形態に係る成膜装置１及び成膜方法の作用・効果について説明する。

以上説明した成膜装置１及び製造方法によれば、透明導電膜Ｍ３は、反応性スパッタリング法により成膜された第一下地膜Ｍ１上に直接成膜される構成ではなく、高周波スパッタリング法により成膜された第二下地膜Ｍ２上に成膜される構成となる。よって、比抵抗値の増加が抑制された透明導電膜Ｍ３を成膜することが可能となる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１として、成膜装置１を用いて、透明導電膜Ｍ３として、酸化インジウムスズ膜を成膜した。図４において、本発明の実施例及び比較例における試験条件を示す。試験条件は図４にも示される通り、以下の条件にて行った。基板Ｂの材料として、ホウ素が添加されているシリコン（Ｓｉ）を用いた。基板Ｂの搬送速度は５ｍｍ／secとした。成膜時の基板温度は１８０℃とした。ターゲット３，４の大きさは、いずれも１００ｍｍ×１ｍ×６６ｍｍとした。また、タブレット５の大きさは、直径３０ｍｍ×４０ｍｍとした。

第一成膜部７１は、成膜圧力を０．７Ｐａとした。雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用い、アルゴンガスの流量を１５０ｓｃｃｍとした。酸素の流量を１００ｓｃｃｍとした。電源として交流電源を用いた。投入電力をＭＦ帯の周波数において１２ｋＷとし、放電電圧を−３６０Ｖとした。

第二成膜部７２は、成膜圧力を０．７Ｐａとした。アルゴンガスの流量を２００ｓｃｃｍとした。投入電力をＲＦ帯の周波数において６ｋＷとし、放電電圧を−４５０Ｖとした。

第三成膜部７３は、成膜圧力を０．５Ｐａとした。アルゴンガスの流量を１４０ｓｃｃｍとした。酸素の流量を３０ｓｃｃｍとした。電源として直流電源を用いた。電流を１５０Ａとし、放電電圧を−６０Ｖとした。

上述の条件にて第一下地膜Ｍ１、第二下地膜Ｍ２、及び透明導電膜Ｍ３を成膜し、光学素子Ｅ１を得た。成膜された透明導電膜Ｍ３のシート抵抗値を計測した。測定結果を図５に示す。本実施形態では、比抵抗値ではなくシート抵抗値を測定した。シート抵抗値は、厚さを持つ膜の電気抵抗値を表す量であり、単位はΩである。電気抵抗値との混同を避けるため、シート抵抗値の単位はΩ／□と記載した（図５参照）。比抵抗値の単位はΩ・ｍである。このため、シート抵抗値と比抵抗値とは、膜厚を考慮することにより、相互に換算可能な量である。

［比較例１］
基板Ｂの上に透明導電膜を直に成膜した以外の点は、実施例１と同様の条件にて透明導電膜を成膜した。即ち、基板Ｂ上に反応性プラズマ蒸着により透明導電膜のみを成膜した。実施例１と同様に透明導電膜のシート抵抗値を計測した。測定結果を図５に示す。

［比較例２］
反応性スパッタリング法により成膜された第一下地膜Ｍ１の上に反応性プラズマ蒸着により透明導電膜を直に成膜した以外の点は、実施例１と同様の条件にて透明導電膜を成膜した。即ち、基板Ｂに第一下地膜Ｍ１及び透明導電膜のみを成膜した。実施例１と同様に透明導電膜のシート抵抗値を計測した。測定結果を図５に示す。

[評価]
ここで、上述した実施例１、比較例１及び比較例２の測定結果について評価する。図５に示されるように、実施例１にて得られた透明導電膜のシート抵抗値は、比較例１にて得られた透明導電膜のシート抵抗値とほぼ同じ値であることが確認できた。実施例１にて得られた透明導電膜のシート抵抗値は、比較例２にて得られた透明導電膜のシート抵抗値より低い値であることが確認できた。

以上より、高周波スパッタリング法により成膜された第二下地膜Ｍ２上に成膜される透明導電膜Ｍ３の比抵抗値は、反応性スパッタリング法により成膜された下地膜上に直接成膜される透明導電膜の比抵抗値より小さくなることが確認できた。よって、高周波スパッタリング法により成膜された第二下地膜Ｍ２上に透明導電膜Ｍ３を成膜することにより、比抵抗値の増加が抑制された透明導電膜Ｍ３が成膜されることを確認できた。すなわち、下地層を設けることで比抵抗値以外の性能（たとえば、基板に対する密着性など）を改善しながらも、透明導電膜の比抵抗値の上昇を抑制することができるといえる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得る。

光学素子Ｅ１は、上述の実施形態のように、基板Ｂ上に第一下地膜Ｍ１が直接成膜される場合に限らない。たとえば、第一下地膜Ｍ１は、基板Ｂ上に形成された他の成膜対象物上に反応性スパッタリングにより成膜されていてもよい。

成膜装置１は、上述の実施形態のように、成膜対象物１０を真空チャンバ２内で搬送しながら成膜するインライン式に限らず、バッチ式であってもよい。

１…成膜装置、１０…成膜対象物、１１…搬送ローラ（搬送部）、７１…第一成膜部、７２…第二成膜部、７３…第三成膜部、Ａ…搬送方向、Ｂ…基板、Ｍ１…第一下地膜、Ｍ２…第二下地膜、Ｍ３…透明導電膜。

Claims (2)

1. 酸化シリコンを含有する第一下地膜を反応性スパッタリングにより成膜する第一成膜部と、
   前記第一下地膜上に酸化シリコンを含有する第二下地膜を高周波スパッタリングにより成膜する第二成膜部と、
   前記第二下地膜上に透明導電膜を反応性プラズマ蒸着により成膜する第三成膜部と、
   前記第一、第二、及び第三成膜部の間で成膜対象物を搬送する搬送部と、を備える成膜装置。
2. 反応性スパッタリングにより、酸化シリコンを含有する第一下地膜を成膜する第一成膜工程と、
   高周波スパッタリングにより、前記第一下地膜上に酸化シリコンを含有する第二下地膜を成膜する第二成膜工程と、
   反応性プラズマ蒸着により、前記第二下地膜上に透明導電膜を成膜する第三成膜工程と、を含む、成膜方法。
   

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