本発明の一実施形態に係る透明導電膜の形� ��方法につき、図面を用いて以下に説明する� ��
(マグネトロンスパッタ装置)
 図1は、マグネトロンスパッタ装置の概略構 成図である。本実施形態のスパッタ装置10は� ��インターバック式のスパッタ装置であって� ��基板(不図示)の仕込み/取出し室12と、前記� �板に対する成膜室14とを備えている。仕込み /取出し室12には、ロータリーポンプ等の粗引 き排気手段12pが接続され、成膜室14には、タ� ��ボ分子ポンプ等の高真空排気手段14pが接続� ��れている。本実施形態のスパッタ装置10で� �、前記基板を縦型支持して仕込み/取出し室1 2に搬入し、粗引き排気手段12pで仕込み/取出� ��室12内を排気する。次に、高真空排気手段14 pで高真空排気した成膜室14内に前記基板を搬 送し、成膜処理を行う。成膜後の前記基板は 、仕込み/取出し室12を介して外部に搬出され る。

 成膜室14には、Ar等のスパッタガスを供給す るガス供給手段17が接続されている。このガ� ��供給手段17からは、O ₂ 等の反応ガスを供給することも可能である。 成膜室14内には、スパッタカソード機構20が� �置きに配置されている。
 図2は、成膜室の平断面図である。スパッタ カソード機構20は、成膜室14の幅方向におけ� �一方側面に配置されている。成膜室14の他方 側面には、基板5を加熱するヒータ18が配置さ れている。

 スパッタカソード機構20は、主に、ターゲ� �ト22、背面プレート24および磁気回路30を備� �ている。背面プレート24は、DC電源26に接続� �れ、負電位に保持されている。背面プレー� �24の表面には、ZnO系膜の形成材料をロウ材で ボンディングしたターゲット22が配置されて� ��る。ZnO系膜の形成材料は、ZnOのみでもよく� ��ZnOに所定材料を添加したものでもよい。
 ガス供給手段17から成膜室14にスパッタガス を供給し、DC電源26により背面プレート24にス パッタ電圧を印加する。成膜室14内でプラズ� ��により励起されたスパッタガスのイオンが� ��ターゲット22に衝突してZnO系膜の形成材料� �原子を飛び出させる。飛び出した原子を基� �5に付着させることにより、基板5にZnO系膜が 形成される。

 背面プレート24の裏面に沿って、ターゲッ� �22の表面に水平磁界を発生させる磁気回路30� ��配置されている。磁気回路30は、背面プレ� �ト24側の表面の極性が相互に異なる第1磁石31 および第2磁石32を備えている。なお、これら 第1磁石31および第2磁石32は共に永久磁石であ る。
 図3は、スパッタカソード機構の背面図であ る。第1磁石31は直線形状をなし、第2磁石32は 第1磁石31の周縁部から所定距離を置いて囲む 額縁形状をなしている。これら第1磁石31およ び第2磁石32がヨーク34に装着されて、磁気回� ��ユニット30aが形成されている。また、複数( 本実施形態では2個)の磁気回路ユニット30a,30b がブラケット35により連結されて、磁気回路3 0が構成されている。

 図2に示すように、背面プレート24側の極� ��が異なる第1磁石31および第2磁石32により、� ��力線36で表される磁界が発生する。これに� �り、第1磁石31と第2磁石32との間におけるタ� �ゲット22の表面において、垂直磁界が0(水平� ��界が最大)となる位置37が発生する。この位� ��37に高密度プラズマが生成することで、成� �速度を向上させることができる。

 この位置37では、ターゲット22が最も深く エロージョンする。この位置37が固定されな� ��ようにしてターゲットの利用効率(寿命)を� �上させるため、またターゲットおよびカソ� �ドの冷却効率を上げてアーキング等を改善� �るため、磁気回路30は水平方向に揺動可能に 形成されている。また、ターゲット22の上下� ��ではエロージョンが矩形や半円形となるた� ��、磁気回路30が垂直方向にも揺動可能とさ� �ている。具体的には、磁気回路30のブラケッ ト35を水平方向および垂直方向に独立して往� ��運動させる一対のアクチュエータ(不図示)� �備えている。これらの水平方向アクチュエ� �タおよび垂直方向アクチュエータを異なる� �期で駆動することにより、磁気回路30がター ゲット22と平行な面内でジグザグ運動する。

(変形例)
 図4は、マグネトロンスパッタ装置の変形例 である。このスパッタ装置100は、インライン 式のスパッタ装置であって、仕込み室12、成� ��室14および取出し室16をこの順に備えている 。このスパッタ装置100では、基板5を縦置き� �支持して仕込み室12に搬入し、粗引き排気手 段12pで仕込み室12内を排気する。次に、高真� ��排気手段14pで高真空排気した成膜室14内に� �記基板を搬送し、成膜処理を行う。成膜後� �基板5は、粗引き排気手段16pで排気した取出� ��室16から外部に搬出する。

 成膜室14には、複数(本変形例では3個)の� �パッタカソード機構20が、基板5の搬送方向� �並んで配置されている。各スパッタカソー� �機構20は、上記実施形態と同様に構成されて いる。本変形例では、複数のスパッタカソー ド機構20の前を基板5が通過する過程で、各ス パッタカソード機構20により基板5の表面にZnO 系膜を形成する。これにより、均質なZnO系膜 を形成することが可能になり、また、成膜処 理のスループットを向上させることもできる 。

(第1実施形態)
 本実施形態では、図1ないし図3に示すスパ� �タ装置を用いて、Alが添加されたZnO(AZO)膜を� ��成する。ZnO系膜は、結晶中に酸素空孔が形� ��されて自由電子が放出されることで、導電� ��を示す。このZnO系膜は非常に酸化されやす� ��ので、脱ガスにより酸化源の影響を低減さ� ��るため、加熱成膜を行うことが望ましい。� ��た、ZnO系膜は、BやAl、Gaなどが結晶中のZnの 位置に入り込み、イオンとなって自由電子を 放出することで、導電性が向上する性質を有 する。この観点からも、マイグレーションの 発生しやすい加熱成膜が有利である。

 図2に示すターゲット22には、透明導電膜の� ��成材料として、Al ₂ O ₃ が0.5wt%~10.0wt%(本実施形態では2.0wt%)添加され� �ZnOを採用する。成膜室14に無アルカリガラス 基板5を搬入し、ヒータ18により基板5を100℃~6 00℃(本実施形態では200℃)に加熱する。高真� �排気手段により成膜室14を高真空排気し、ガ ス供給手段からスパッタガスとしてArガスを� ��入し、成膜室14の圧力を2mTorr~10mTorr(本実施� �態では5mTorr)に維持する。磁気回路30を揺動� �せつつ、DC電源26により背面プレート24に電� �密度1W/cm ² ~8W/cm ² (本実施形態では4W/cm ² )の電力を投入する。なお、加熱成膜を行う� �め成膜後のアニール処理を行わないが、成� �後にアニール処理を行ってもよい。

 上述したように、ZnO系膜は、BやAl、Gaなど� �結晶中のZnの位置に入り込み、イオンとなっ て自由電子を放出することで、導電性が向上 する性質を有する。そこで、Al ₂ O ₃ を添加したZnOターゲットを採用してスパッタ を行い、Alが添加されたZnO(AZO)膜を形成する� �とで、ZnO系膜の中でも特に比抵抗が低い透� �導電膜を得ることができる。

 本願の発明者は、ZnO系膜の比抵抗の磁場� ��度依存性を評価した。そのため、ターゲッ� ��表面の水平磁界強度が300ガウスとなるよう� ��磁気回路30を調整した第1水準と、ターゲッ� ��表面の水平磁界強度が1500ガウスとなるよう に磁気回路30を調整した第2水準とで、ZnO系膜 を形成した。ZnO系膜の膜厚は、各水準につき 、2000Å、5000Å、10000Åおよび15000Åとして、 比抵抗を測定した。

 図5は、水平磁界強度とスパッタ電圧との 関係を示すグラフである。同図に示すように 、水平磁界強度が高いほどスパッタ電圧が低 くなる関係にある。一般にスパッタ電圧は放 電インピーダンス(=ターゲット電圧/ターゲッ ト電流)の影響を受け、放電インピーダンス� �ターゲット表面の磁界強度の影響を受ける� �磁界強度を増加させるとプラズマ密度が大� �くなり、その結果、スパッタ電圧が低下す� �。上述した第1水準(水平磁界強度が300ガウス )のスパッタ電圧は450V程度に、第2水準(水平� �界強度が1500ガウス)のスパッタ電圧は300V程� �になる。

 図6は、ZnO系膜の膜厚と比抵抗との関係を示 すグラフである。ZnO系材料の比抵抗は膜厚依 存性を有するため、膜厚の増加に伴って比抵 抗が減少している。
 第2水準(1500ガウス、300V)で成膜したZnO系膜� �比抵抗は、第1水準(300ガウス、435V)より小さ� ��なっている。この理由は、以下のように考� ��られる。比抵抗が膜厚依存性を有するため� ��ZnO系材料は結晶格子が整いにくい性質を有� ��る。高いスパッタ電圧(弱い磁場)で形成し� �ZnO系膜は、結晶格子が乱れているため比抵� �が高くなる。この場合でも、膜厚を厚くす� �ことで結晶格子が整って、比抵抗が低下す� �傾向が見られる。しかしながら、結晶格子� �整い方が十分でないため、低いスパッタ電� �(強い磁場)で形成された膜厚の薄いZnO系膜に 比べて、比抵抗が高くなる。

 図8は、基板を200℃に加熱し、膜厚が2000Å� �ZnO系膜を形成した場合の、スパッタ電圧と� �抵抗との関係を示すグラフである(スパッタ� ��圧は負電位のまま記載している)。スパッタ 電圧の絶対値が340V以下の範囲では比抵抗が40 0μωcm前後であるが、スパッタ電圧の絶対値� �340Vを超えると比抵抗が急激に増加すること� ��わかる。
 したがって、スパッタ電圧を340V以下とし、 ターゲット表面における水平磁界強度の最大 値を600ガウス以上(図5参照)としてスパッタを 行い、ZnO系膜を形成することが望ましい。こ れにより、結晶格子の整ったZnO系膜を形成す ることが可能になり、比抵抗が低い(膜厚が� �くても比抵抗が500μωcm以下の)ZnO系膜を得る� ��とができる。また、340V以下の低電圧でスパ ッタを行うことにより、プラズマにより励起 された負イオンが加速されて基板に突入し下 地膜等にダメージが発生するのを抑制するこ とができる。
 なお、スパッタ電圧の下限としては、スパ� ��タが可能な放電電圧である。また、水平磁� ��強度の最大値は、上述のように600ガウス以� ��であることが好ましい。水平磁界強度の最� ��値は、大きければ大きいほど放電電圧を下� ��られるので好ましいが、通常磁界形成のた� ��には、永久磁石が使用されるため、用いる� ��久磁石の性能により上限値が決まる。

 また、本願の発明者は、ZnO系膜の耐熱性� ��磁場強度依存性を評価した。具体的には、� ��1水準および第2水準で5000ÅのZnO系膜を形成� ��、成膜後にアニール処理を様々な温度で行� ��て、比抵抗を測定した。アニール処理は、1 50℃~600℃(50℃ごと)の温度にて、大気中で1時� ��行った。

 図7A及び図7Bは、アニール処理温度と比抵 抗との関係を示すグラフであり、図7Aは、350� ��以下のグラフであり、図7Bは350℃以上のグ� �フである。アニール温度が450℃以下の場合� �は、第1水準および第2水準とも比抵抗の大幅 な増加が見られない。これに対して、図7Bに� ��すようにアニール温度が500℃以上の場合に� ��、第2水準(1500ガウス、300V)のZnO系膜の比抵� �が、第1水準(300ガウス、435V)よりも小さくな� ��ている。

 この理由は、以下のように考えられる。Z nO系膜は、酸素空孔が結晶中に形成されて自� ��電子が放出されることで、導電性を示す。� ��述したように、高いスパッタ電圧(弱い磁場 )で形成したZnO系膜の結晶格子は乱れている� �、結晶格子が乱れているほど酸素と結合し� �すくなっている。そのため、高いスパッタ� �圧(弱い磁場)で形成したZnO系膜は、成膜後の 高温アニールにより酸化されやすく、低いス パッタ電圧(強い磁場)で形成したZnO系膜に比� ��て比抵抗が高くなる。

 したがって、上記のようにスパッタ電圧を3 40V以下(または340V未満)とし、ターゲット表面 における水平磁界強度の最大値を600ガウス以 上としてスパッタを行い、ZnO系膜を形成する ことが望ましい。これにより、結晶格子の整 ったZnO系膜が形成されるので、成膜後に高温 でアニール処理を行っても酸化されにくくな り、比抵抗の増加を抑制することができる。 すなわち、耐熱性に優れたZnO系膜を得ること ができる。
 これに伴って、加熱成膜後の基板を大気中� ��取出す場合でも、基板の冷却を廃止または� ��易化することが可能になり、製造コストを� ��減することができる。

(第2実施形態)
 第2実施形態では、酸素リッチなZnO膜を形成 する。
 図2に示すターゲット22には、透明導電膜の� ��成材料としてZnOを採用する。成膜室14に無� �ルカリガラス基板5を搬入し、ヒータ18によ� �基板5を100℃~600℃に加熱する。高真空排気手 段により成膜室14を高真空排気し、ガス供給� ��段からスパッタガスとしてArガスを50sccm~400s ccm供給し、反応ガスとしてO ₂ ガスを0sccm~20sccm供給する。なお、成膜室14の� ��力は2mTorr~10mTorrに維持する。磁気回路30を揺 動させつつ、DC電源26により背面プレート24に 電力密度1W/cm ² ~8W/cm ² の電力を投入する。

 このように、O ₂ ガスを供給しつつスパッタを行うことで、酸 素リッチなZnO膜を形成することができる。酸 素リッチなZnO膜は、比抵抗が大きいものの、 光透過率が高くなる。これにより、光学特性 に優れた透明導電膜を得ることができる。

 なお、本発明の技術範囲は、上述した各実� ��形態に限定されるものではなく、本発明の� ��旨を逸脱しない範囲において、上述した各� ��施形態に種々の変更を加えたものを含む。
 すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材� ��や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変� ��が可能である。
 例えば、上記実施形態のスパッタ装置では� ��基板を縦置きに支持してスパッタを行うが� ��基板を水平支持するスパッタ装置で本発明� ��実施することも可能である。
 また、上記実施形態の磁気回路ユニットは� ��第1極性の第1磁石の周囲に第2極性の第2磁石 を配置していたが、これに加えて、第2磁石� �周囲に第1極性の第3磁石を配置して磁気回路 ユニットを構成してもよい。

 また、上記実施形態のスパッタカソード機� ��ではDC電源を採用したが、DC電源およびRF電� ��を併用することも可能である。DC電源のみ� �採用した場合には、図8に示すように、スパ� ��タ電圧300Vで成膜したZnO系膜(膜厚2000Å)の比 抵抗が436.6μωcmであった。これに対して、例� ��ば低電流4A設定のDC電源と350WのRF電源とを併 用した場合には、ZnO-2wt%Al ₂ O ₃ ターゲットに対するスパッタ電圧を100V程度� �して成膜したZnO系膜(膜厚2000Å)の比抵抗が38 9.4μωcmであった。このように、DC電源にRF電� �を併用することでスパッタ電圧が低下し、� �パッタ電圧の低下に伴ってZnO系膜の比抵抗� �低下する。すなわち、磁場強度だけでなく� �源面からスパッタ電圧を低下させることに� �っても、ZnO系膜の低抵抗化が可能になる。