JP2002030426A

JP2002030426A - 成膜方法及び装置

Info

Publication number: JP2002030426A
Application number: JP2000207163A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Chikugo; 了治筑後; Toshiyuki Sakami; 俊之酒見; Takaaki Kuji; 卓見久慈; Takashi Isoda; 高志磯田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上の下地層を傷めず、下地層との関係で
良好な透明導電膜を形成することができる成膜方法及び
装置を提供すること。【解決手段】ハース５１の材料ロッド５３は、プラズ
マビームＰＢからの電流により加熱されて昇華する。こ
の蒸気は、プラズマビームＰＢによりイオン化され、基
板Ｗの表面に付着して被膜を形成する。成膜の初期段階
で、適正量より酸素が欠乏した雰囲気で、基板Ｗ上に初
期層を形成する。このように酸素が欠乏した状態では、
下地の基板Ｗにプラズマダメージを生じさせることがな
く、形成された初期層を低応力の膜とすることができ
る。その後の段階では、適正量の酸素を含有する雰囲気
で、初期層上に本体層を形成する。この場合、酸素が適
量であるため、得られた本体層は透明度が高く、かつ、
比抵抗が低く、良好な特性を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、プラズマビーム
を用いて基板上に透明導電膜を形成するための成膜方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】透明導電膜用の成膜装置として、例えば
特開平９−１９４２３２号公報に開示のイオンプレーテ
ィング装置がある。このイオンプレーティング装置で
は、圧力勾配型のプラズマガンからのプラズマビームを
ハースに導き、ハース中に収容した透明導電膜の材料で
ある酸化インジウム及び酸化錫を含む蒸発物質を昇華さ
せてイオン化し、このように蒸発・イオン化した蒸着物
質の粒子をハースと対向して搬送される基板の表面に付
着させてここにＩＴＯ膜を形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
成膜装置では、成膜に際して基板上の下地層を傷めた
り、下地層との関係で良好な透明導電膜が得られなかっ
たりする場合がある。特にカラーフィルタ上への透明導
電膜の形成に際しては、プラズマダメージによってカラ
ーフィルタが劣化したり、膜応力によって透明導電膜に
割れや皺が生じることがあった。

【０００４】なお、このような事情は、スパッタリング
を用いた透明導電膜の形成でも同様に生じていた。

【０００５】そこで、本発明は、基板上の下地層を傷め
ず、良好な特性の透明導電膜を形成することができる成
膜方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の成膜方法は、成膜室中に配置された材料蒸
発源に向けてプラズマビームを供給しつつ材料蒸発源か
ら膜材料を蒸発させて、成膜室中において材料蒸発源に
対向して配置される基板の表面に付着させる成膜方法で
あって、基板の表面に適正量よりも酸素が欠乏した雰囲
気で初期層を形成する第１工程と、初期層上に適正量の
酸素を含有する雰囲気で本体層を形成する第２工程とを
備える。なお、蒸発させる膜材料としては、導電性若し
くは絶縁性の酸化物膜材料、具体的には酸化インジウム
及び酸化錫を焼結したＩＴＯタブレット等を用いること
ができ、このようなタブレットをプラズマビーム下で昇
華させることにより、透明導電膜を基板上に形成するこ
とができる。また、初期層の厚みは、好適には５０〜５
００Å程度とし、本体層の厚みは、好適には１０００Å
程度以上とする。

【０００７】上記方法の場合、第１工程で基板の表面に
適正量よりも酸素が欠乏した雰囲気で初期層を形成する
ので、得られた初期層は、酸欠状態の組成であり、透明
度が比較的低く比抵抗が比較的高いが、下地との関係で
低応力の膜となっており、下地に与えるプラズマダメー
ジも比較的小さい。また、上記方法の場合、第２工程で
初期層上に適正量の酸素を含有する雰囲気で本体層を形
成するので、得られた本体層は、適正酸素量の組成であ
り、透明度が高く比抵抗が低い良好な特性となってい
る。この第２工程では、第１工程で形成した初期層が保
護層となって基板の下地にプラズマダメージを与えな
い。また、初期層と本体層は比較的組成が近似し、本体
層は初期層の影響を受けて成長するので、本体層は比較
的低応力の膜となる。

【０００８】上記成膜方法の好ましい態様では、第１工
程において基板を成膜室中で材料蒸発源に対向して移動
させるとともに、基板の各部を材料蒸発源の上方の成膜
空間に徐々に搬入させる際に、当該各部に成膜室中の雰
囲気よりも酸素濃度の低いガスを供給する。この場合、
基板を搬送しつつ連続的に成膜できる上、成膜室中の雰
囲気を切り替えることなく、簡易な手法で初期層と本体
層とを形成することができる。

【０００９】また、別の態様では、第１工程と第２工程
とが、成膜室の雰囲気を切り替えて行われ、第１工程に
おける成膜室中の酸素分圧が、第２工程における成膜室
中の酸素分圧よりも低く設定される。この場合、成膜室
の雰囲気を切り替えることにより、第１工程における成
膜室中の酸素分圧が、第２工程における場合よりも低く
設定されるので、基板を成膜室中に固定して成膜する場
合にも、初期層上に低応力の本体層を形成することがで
きる。

【００１０】また、本発明の成膜装置は、プラズマビー
ムを成膜室中に供給するプラズマ源と、成膜室中に配置
されプラズマビームを導くとともに、膜材料を含む材料
蒸発源を有するハースと、基板上に初期層を形成する段
階で、当該初期層上に本体層を形成する段階よりも、基
板表面に供給する酸素ガスの濃度を低減する雰囲気調節
機構とを備える。

【００１１】上記装置の場合、雰囲気調節機構を適宜動
作させることにより、基板の表面に適正量よりも酸素が
欠乏した雰囲気で初期層を形成することができ、この初
期層上に適正量の酸素を含有する雰囲気で本体層を形成
することができる。このようにして得られた初期層は、
酸欠状態の組成であり、下地との関係で低応力の膜とな
っており、下地に与えるプラズマダメージも比較的小さ
い。また、初期層上に適正量の酸素を含有する雰囲気で
本体層を形成するので、得られた本体層は、適正酸素量
の組成であり、透明度が高く比抵抗が低い良好な特性と
なっている。この本体層の形成に際しては、初期層が保
護層となって基板の下地にプラズマダメージを与えな
い。また、初期層と本体層は比較的組成が近似し、本体
層は初期層の影響を受けて成長するので、本体層は比較
的低応力の膜となる。

【００１２】また、上記成膜装置の好ましい態様では、
基板を成膜室中にハースに対向して支持しつつ搬送する
搬送装置をさらに備え、ガス供給機構が、基板が搬送装
置によって材料蒸発源の上方の成膜空間に搬入される際
に、基板の各部にガスを吹き付けるガス吹き付け装置、
例えば、ノズル装置を有する。

【００１３】この場合、搬送装置によって基板を搬送し
つつ連続的に成膜できる上、ノズル装置によって基板の
各部にガスを吹き付けるだけで、成膜室中の雰囲気を切
り替えることなく、簡易な方法で１つの装置で初期層と
本体層とを形成することができる。

【００１４】また、別の態様は、ハースの周囲に環状に
配置された磁石、又は磁石及びコイルからなりハースの
近接した上方の磁界を制御する磁場制御部材をさらに備
え、プラズマ源は、アーク放電を利用した圧力勾配型の
プラズマガンである。この場合、磁場制御部材によって
ハースに入射するプラズマビームをカスプ状磁場で修正
してより均一な厚みの膜を形成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１は、第１実
施形態の成膜装置の全体構造を概略的に説明する図であ
る。この成膜装置は、成膜室である真空容器１０と、真
空容器１０中にプラズマビームＰＢを供給するプラズマ
源であるプラズマガン３０と、真空容器１０内の底部に
配置されてプラズマビームＰＢの流れを制御する陽極部
材５０と、真空容器１０上部に配置されて基板Ｗを保持
する保持機構６０と、真空容器１０中の酸素分圧を適当
なタイミングで適当な値に調整する雰囲気調節機構７
１、７２、７６と、これらの動作を統括制御する主制御
装置８０とを備える。

【００１６】プラズマガン３０は、特開平９−１９４２
３２号公報等に開示の圧力勾配型のプラズマガンであ
り、その本体部分は、真空容器１０の側壁に設けられた
筒状部１２に装着されている。この本体部分は、陰極３
１によって一端が閉塞されたガラス管３２からなる。ガ
ラス管３２内には、モリブデンＭｏで形成された円筒３
３が陰極３１に固定されて同心に配置されており、この
円筒３３内には、ＬａＢ ₆で形成された円盤３４とタン
タルＴａで形成されたパイプ３５とが内蔵されている。
ガラス管３２の両端部のうち陰極３１とは反対側の端部
と、真空容器１０に設けた筒状部１２の端部との間に
は、第１及び第２中間電極４１、４２が同心で直列に配
置されている。一方の第１中間電極４１内には、プラズ
マビームＰＢを収束するための環状永久磁石４４が内蔵
されている。第２中間電極４２内にも、プラズマビーム
ＰＢを収束するための電磁石コイル４５が内蔵されてい
る。なお、筒状部１２の周囲には、陰極３１側で発生し
て第１及び第２中間電極４１、４２まで引き出されたプ
ラズマビームＰＢを真空容器１０内に導くステアリング
コイル４７が設けられている。

【００１７】プラズマガン３０の動作は、ガン駆動装置
４８によって制御されている。このガン駆動装置４８
は、陰極３１への給電をオン・オフしたりこれへの供給
電圧等を調整することができ、さらに第１及び第２中間
電極４１、４２、電磁石コイル４５、及びステアリング
コイル４７への給電を調整する。このようなガン駆動装
置４８によって、真空容器１０中に供給されるプラズマ
ビームＰＢの強度や分布状態が制御される。

【００１８】なお、プラズマガン３０の最も内心側に配
置されるパイプ３５は、プラズマビームＰＢのもととな
るＡｒ等のキャリアガスをプラズマガン３０ひいては真
空容器１０中に導入するためものであり、流量計９３及
び流量調節弁９４を介してキャリアガス源９０に接続さ
れている。流量計９３によって検出されたキャリアガス
の流量は主制御装置８０で監視されており、流量調節弁
９４によるキャリアガスの流量調整等に利用される。

【００１９】真空容器１０中の下部に配置された陽極部
材５０は、プラズマビームＰＢを下方に導く主陽極であ
るハース５１と、その周囲に配置された環状の補助陽極
５２とからなる。

【００２０】前者のハース５１は、熱伝導率の良い導電
性材料で形成されるとともに接地された真空容器１０に
図示を省略する絶縁物を介して支持されている。このハ
ース５１は、陽極電源装置５８によって適当な正電位に
制御されており、プラズマガン３０から出射したプラズ
マビームＰＢを下方に吸引する。なお、ハース５１は、
プラズマガン３０からのプラズマビームＰＢが入射する
中央部に、貫通孔５１ａを有しており、この貫通孔５１
ａを介して材料蒸発源である材料ロッド５３が突出す
る。材料ロッド５３は、膜材料である酸化インジウムの
粉末と酸化錫との粉末とを焼結して固めたものであり、
プラズマビームＰＢからの電流によって加熱されて昇華
し、基板Ｗ上にＩＴＯ膜を形成するための膜材料の蒸気
を発生する。材料ロッド５３は、図示を省略する送り機
構によって徐々に上昇する構造となっており、材料ロッ
ド５３の上端が蒸発して消耗しても、この上端をハース
５１の凹部から常に一定量だけ突出させることができ
る。

【００２１】後者の補助陽極５２は、ハース５１の周囲
にこれと同心に配置された環状の容器により構成されて
いる。この環状容器内には、フェライト等で形成された
環状の永久磁石５５と、これと同心に積層されたコイル
５６とが収納されている。これら永久磁石５５及びコイ
ル５６は、磁場制御部材であり、ハース５１の直上方に
カスプ状磁場を形成する。これにより、ハース５１に入
射するプラズマビームＰＢの向き等を修正することがで
きる。

【００２２】補助陽極５２内のコイル５６は電磁石を構
成し、陽極電源装置５８から給電される。この場合、励
磁されたコイル５６における中心側の磁界の向きは、永
久磁石５５により発生する中心側の磁界と同じ向きにな
るように構成される。陽極電源装置５８は、コイル５６
に供給する電流を変化させることができ、ハース５１に
入射するプラズマビームＰＢの向きの微調整が可能にな
る。

【００２３】補助陽極５２の容器も、ハース５１と同様
に熱伝導率の良い導電性材料で形成される。この補助陽
極５２は、ハース５１に対して図示を省略する絶縁物を
介して取り付けられている。陽極電源装置５８は、補助
陽極５２に印加する電圧変化させることによってハース
５１の上方の電界を補助的に制御できるようになってい
る。すなわち、補助陽極５２の電位をハース５１と同等
にすると、プラズマビームＰＢもこれに引き寄せられて
ハース５１へのプラズマビームＰＢの供給が減少する。
一方、補助陽極５２の電位を真空容器１０に近い電位に
下げると、プラズマビームＰＢがハース５１に引き寄せ
られて材料ロッド５３が加熱される。

【００２４】真空容器１０中の上部に配置される保持機
構６０は、ハース５１の上方において成膜面を下側にし
て基板Ｗを保持するための基板ホルダ６１と、この基板
ホルダ６１上部に固定されて基板Ｗを裏面側から温度調
節する温度調節装置６２とを備える。基板ホルダ６１
は、真空容器１０に対して絶縁された状態で基板電源装
置６８から給電されており、基板Ｗをゼロ電位の真空容
器１０に対して適当な電位にバイアスすることができ
る。温度調節装置６２は、温調制御装置６９によって制
御されており、温調制御装置６９は、温度調節装置６２
に内蔵したヒータに給電し、或いは内蔵した配管に冷却
媒体を供給して、温度調節装置６２更には基板ホルダ６
１を所望の温度に保持する。

【００２５】雰囲気調節機構７１、７２、７６は、真空
容器１０に適当なタイミングで適当な量の酸素ガスを供
給する酸素ガス供給装置７１と、真空容器１０に適当な
タイミングで適当な量のキャリアガスを供給するキャリ
アガス供給装置７２と、真空容器１０中の酸素ガス等を
適当なタイミングで外部に排出し真空容器１０の内部を
適当な真空度に設定する排気装置７６とからなる。

【００２６】酸素ガス供給装置７１において、酸素ガス
を収容する酸素ガス源７１ａからの供給ラインは、流量
調節弁７１ｂ及び流量計７１ｃを介して真空容器１０に
接続されている。また、キャリアガス源９０から分岐さ
れたキャリアガスは、キャリアガス供給装置７２の流量
調節弁７２ｂ及び流量計７２ｃを介して真空容器１０に
直接導入される。さらに、排気装置７６において、排気
ポンプ７６ｂは真空ゲート７６を介して真空容器１０に
取り付けられている。これらにより、真空容器１０内の
酸素分圧を調節できるだけでなく、真空容器１０内の雰
囲気圧を適宜調節することができる。

【００２７】すなわち、雰囲気圧センサ９９によって検
出された真空容器１０中のガス圧や酸素分圧、さらに流
量計７１ｃ、７２ｃによって検出された酸素ガスやキャ
リアガスの流量は、主制御装置８０で監視されており、
真空容器１０中の酸素ガス等の雰囲気圧の制御に利用さ
れる。このような雰囲気圧の制御は、基板Ｗ上に単一の
ＩＴＯ膜を形成する際に行われる。ＩＴＯの成膜は、比
抵抗や透明度の観点から適正量の酸素を含有する雰囲気
で行うことが基本であるが、下地にプラズマダメージを
与えず低応力の膜とする必要がある場合もあるので、成
膜の初期段階においてのみ、これらの比抵抗や透明度を
多少犠牲にしても、適正量より酸素が欠乏した雰囲気で
膜を形成する。なお、酸素が欠乏した状態で何故プラズ
マダメージを生じさせず低応力の膜とすることができる
かについては、明確な理由が分かっていないが、成膜時
に基板Ｗの表面近傍に存在する酸素イオンが減少するこ
とに関係していると思われる。

【００２８】以下、図１に示す成膜装置の動作について
説明する。この成膜装置による成膜時には、プラズマガ
ン３０の陰極３１と真空容器１０内のハース５１との間
で放電を生じさせ、これによりプラズマビームＰＢを生
成する。このプラズマビームＰＢは、ステアリングコイ
ル４７と補助陽極５２内の永久磁石５５等とにより決定
される磁界に案内されてハース５１に到達する。ハース
５１の材料ロッド５３は、プラズマビームＰＢからの電
流により加熱され、材料ロッド５３の先端が昇華してこ
こから膜材料の蒸気が安定して出射する。この蒸気は、
プラズマビームＰＢによりイオン化され、例えば負電圧
が印加された基板Ｗの表面に付着して被膜を形成する。

【００２９】上記成膜装置を用いた成膜方法では、単一
のＩＴＯ膜を成膜する初期段階で、適正量より酸素が欠
乏した雰囲気で、基板Ｗ上に初期層を形成する。このよ
うに酸素が欠乏した状態では、下地の基板Ｗにプラズマ
ダメージを生じさせることがなく、形成された初期層を
低応力の膜とすることができる。その後の段階では、適
正量の酸素を含有する雰囲気で、初期層上に本体層を形
成する。この場合、酸素が適量であるため、得られた本
体層は透明度が高く、かつ、比抵抗が低く、良好な特性
を有している。また、本体層の形成に際しては、初期層
が保護層となって基板Ｗの下地にプラズマダメージを与
えることがない。さらに、本体層は、初期層の影響を受
けて成長するので、比較的低応力の膜となる。

【００３０】図２は、図１の装置におけるＩＴＯの成膜
中における酸素分圧の変化を説明する図である。具体的
な実施例に即して説明すると、まず、カラーフィルタを
表面に設けた基板Ｗを準備して真空容器１０中に搬入す
る。次に、プラズマビームＰＢをハース５３に入射させ
て材料ロッド５３の先端を加熱し、膜材料の蒸気を発生
させるとともにこの蒸気をプラズマビームＰＢによりイ
オン化して、基板Ｗ上にＩＴＯ膜を形成する。ＩＴＯの
成膜時において、初期層の形成段階では、酸素分圧を例
えば６．６×１０^-3Ｐａとし、本体層の形成段階では、
例えば約５倍の３．３×１０^-2Ｐａとした。成膜中、す
なわち初期層及び本体層の形成において、真空容器１０
内部の雰囲気圧をキャリアガスを含めて０．３３Ｐａと
したので、初期層形成中の酸素分圧は導入ガスの２％と
なっており、本体層形成中の酸素分圧は導入ガスの１０
％となっている。この際、基板Ｗの温度を２００℃と
し、プラズマガン３０の放電電流を約１５０Ａとした。
これにより、基板Ｗ上に７０Åの初期層が形成され、そ
の上に１３１０Åの本体層が形成された。このようにし
て形成したＩＴＯ膜の応力は、０．２ＧＰａであった。
また、基板Ｗ上の下地のカラーフィルタにプラズマダメ
ージがほとんど観察されなかった。

【００３１】比較のため、適正な酸素分圧を維持して基
板Ｗ上にＩＴＯ膜を形成する実験も行った。成膜中にお
いて、真空容器１０中を０．３３Ｐａとし、酸素分圧は
１０％とした。この際、基板Ｗの温度を２００℃とし、
プラズマガン３０の放電電流を約１５０Ａとした。これ
により、基板Ｗ上に約１４００ÅのＩＴＯ膜が形成され
た。このようにして形成したＩＴＯ膜の応力は、０．７
ＧＰａであった。また、基板Ｗの下地にプラズマダメー
ジが観察された。

【００３２】なお、実施例及び比較例の場合において、
ＩＴＯ膜の透明度はともに高く、その比抵抗もともに同
程度に低かった。つまり、実施例のように一つの装置を
用いて酸欠状態の初期層と適正酸素の本体層とに分けて
２段階成膜するだけで、プラズマダメージの発生を抑制
し、かつ膜応力を低減することができ、しかも透明度や
比抵抗を劣化させることがないことが分かった。

【００３３】〔第２実施形態〕図３は、第２実施形態に
係る成膜装置の全体構造を概略的に説明する図である。
なお、第２実施形態の成膜装置は、第１実施形態の成膜
装置の変形例であり、同一部分には同一の符号を付して
重複説明を省略する。

【００３４】この成膜装置は、成膜室である真空容器１
１０と、真空容器１１０中にプラズマビームＰＢを供給
するプラズマ源であるプラズマガン３０と、真空容器１
１０内の底部に配置されてプラズマビームＰＢが入射す
る陽極部材５０と、真空容器１１０上部に配置されて基
板を保持する基板保持部材ＷＨを陽極部材５０の上方で
移動させる搬送機構１６０と、基板保持部材ＷＨに保持
された基板の下面の所定領域にＡｒガス等を供給するガ
ス吹き付け装置、例えばノズル装置１００とを備える。

【００３５】搬送機構１６０は、搬送路１６１内に水平
方向に等間隔で配列されて基板保持部材ＷＨの端部を支
持する複数のコロ１６２と、これらのコロ１６２を適当
な速度で回転させて基板保持部材ＷＨを一定速度で連続
的に移動させる駆動装置（図示を省略）とを備える。

【００３６】酸素ガス供給装置７１は、酸素ガス源７１
ａからの酸素ガスを流量調節弁７１ｂ及び流量計７１ｃ
を介して真空容器１１０に適宜供給し、真空容器１１０
内をＩＴＯの成膜に適した酸素分圧の雰囲気とする。

【００３７】ノズル装置１００は、紙面に垂直な方向に
延びるとともにその長手方向に沿って多数の開口を有す
るパイプからなる。このノズル装置１００には、流量調
節弁１０１及び流量計１０２を介してキャリアガス源９
０から分岐されたキャリアガスが供給される。ノズル装
置１００へのキャリアガスの供給量は、図示を省略する
主制御装置によって適宜制御される。

【００３８】図４は、ノズル装置１００の構造を説明す
る図である。図からも明らかなように、このノズル装置
１００は、２列の開口１０１ａ、１０１ｂを長手方向に
配列・形成したパイプからなり、このパイプの一端若し
くは両端からキャリアガスを供給することにより、各列
の開口１０１ａ、１０１ｂからキャリアガスを一定速度
で吐出させることができる。

【００３９】図５は、ノズル装置１００の配置を説明す
る拡大図である。真空容器１１０の側壁１１０ａ上端の
エッジには、鉛直方向に延びる遮蔽板１０３が取り付け
られている。この遮蔽板１０３に対して図面左側の空間
領域は、基板保持部材ＷＨに保持された基板Ｗの下面が
ハース５１に対向する成膜空間となっている。一方、こ
の遮蔽板１０３に対して図面右側の空間領域は、蒸発物
質が基板Ｗの下面に直接入射しない遮蔽空間となってい
る。搬送機構１６０を動作させることにより、基板保持
部材ＷＨは、基板Ｗとともに一定速度で図面左方向に連
続的に移動し、遮蔽空間から成膜空間に移る。

【００４０】遮蔽板１０３の先端に隣接した遮蔽空間側
には、ノズル装置１００が配置されている。ノズル装置
１００は、遮蔽空間側から成膜空間側にキャリアガスを
高速で噴出する。これにより、基板Ｗの各部が成膜空間
に搬入される際に、搬入直後の各部に局所的にキャリア
ガスを吹き付けることができ、基板Ｗの各部の成膜工程
における初期段階で酸欠状態の初期層を形成することが
でき、その後の成膜段階で適正酸素の本体層を形成する
ことができる。よって、真空容器１１０中の雰囲気を切
り替えることなく、簡易な方法で１つの装置で基板Ｗ上
に初期層と本体層とを一括して形成することができる。

【００４１】図６は、基板Ｗ上へのキャリアガスの吐出
状態を説明する図である。基板Ｗは、ＡＢ方向に搬送さ
れる。これに対し、ノズル装置１００は、ＡＢ方向に垂
直なＣＤ方向に延び、これから吐出されるキャリアガス
によって基板Ｗの表面近傍には、ＣＤ方向に延びる帯状
の低酸素領域ＬＯが形成される。このような低酸素領域
ＬＯは、ＡＢ方向に沿って基板Ｗの図面左端から右端に
走査される。つまり、基板Ｗの各所に注目すれば、初期
段階では酸欠状態の初期層を形成することができ、その
後の成膜段階で適正酸素の本体層を形成することができ
る。なお、低酸素領域ＬＯのＡＢ方向の幅は、基板Ｗの
移動速度とともに初期層の膜厚に影響することになる。
経験的には、初期層の厚みが１００Å程度であれば、プ
ラズマダメージを十分に低減でき、その後に形成される
本体層の膜応力を低減することができることが分かって
いる。

【００４２】以下、図３の装置の動作の概要について説
明する。ハース５１に設けた材料ロッド５３は、プラズ
マビームＰＢからの電流によって加熱されて蒸発する。
この蒸発粒子は、プラズマビームＰＢによりイオン化さ
れ、搬送機構７０によって一定速度で移動する基板保持
部材ＷＨの下面に露出する基板Ｗの表面に付着し、ここ
にＩＴＯ膜が形成される。この際、基板Ｗがその一端か
らハース５１上方の成膜空間に漸次搬入されるので、基
板Ｗの各所において、成膜空間に移動した直後の初期段
階ではノズル装置１００からのアルゴンガスによって酸
欠状態の初期層を形成することができ、その後の成膜段
階では適正酸素の本体層を形成することができる。

【００４３】具体的な実施例について説明すると、ま
ず、カラーフィルタを表面に設けた基板Ｗを準備して基
板保持部材ＷＨに保持し、基板保持部材ＷＨで搬送しつ
つ基板Ｗ上にＩＴＯ膜を形成する。ＩＴＯの成膜時にお
いて、真空容器１１０内部の雰囲気圧を例えば０．３３
Ｐａとし、酸素分圧を３．３×１０^-2Ｐａとし、ノズル
装置１００からアルゴンガスを吐出させた。この際、プ
ラズマガン３０の放電電流を約１５０Ａとした。これに
より、厳密には２層を区別することは困難であるがおお
よそ、基板Ｗ上に７０Åの初期層が形成され、その上に
１３１０Åの本体層が形成された。このようにして形成
したＩＴＯ膜の膜応力は、０．２ＧＰａであった。ま
た、基板Ｗの下地のカラーフィルタにプラズマダメージ
がほとんど観察されなかった。また、ＩＴＯ膜の比抵抗
は１．９であり、透過率は９７％であった。

【００４４】なお、同一の装置においてノズル装置１０
０からアルゴンガスを吐出させないで一段の成膜を行っ
た場合、基板Ｗ上に１３８０ÅのＩＴＯ膜が形成され
た。このＩＴＯ膜の膜応力は、０．７ＧＰａであった。
また、基板Ｗの下地のカラーフィルタにプラズマダメー
ジがほとんど観察されなかった。また、ＩＴＯ膜の比抵
抗は１．４であり、透過率は９８％であった。つまり、
実施例のように酸欠状態の初期層と適正酸素の本体層と
に分けて成膜するだけで、プラズマダメージの発生を抑
制し、かつ膜応力を低減することができ、しかも透明度
や比抵抗をほとんど劣化させることがないことが分かっ
た。

【００４５】以上、実施形態に即して本発明を説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、他の膜材料として、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ等の酸化
物を用いて成膜を行う場合にも、上記のような酸欠膜と
適正酸素膜とを一組として一体的に積層することによ
り、プラズマダメージを発生させず、かつ低応力の膜を
形成することができる。

【００４６】また、上記実施形態では、カラーフィルタ
の上にＩＴＯ膜を形成する場合について説明したが、下
地層はカラーフィルタに限るものではなく、無機材料若
しくは有機材料を含む各種材料層とすることができ、こ
れらの場合にも下地層のプラズマダメージを低減するこ
とができる。

【００４７】また、第２実施形態のノズル装置１００の
形状や配置も、適宜設定を変更することができる。図７
は、その一例を示すものである。この場合、ノズル装置
２００は、搬送路１６１の底部に配置され、開口２００
ａ、２００ｂから上方にキャリアガスを高速で噴出す
る。これにより、基板Ｗの各部が成膜空間に搬入される
際に、搬入直後の各部に局所的にキャリアガスを吹き付
けることができる。

【００４８】また、ノズル装置１００のパイプに形成す
る開口１０１ａ、１０１ｂも図４に示すように２列等間
隔とする必要はない。例えば、パイプの中央部分で開口
の密度を高くしてこれらの開口から噴射するキャリアガ
スの密度を高くすることができ、これにより、結果的に
基板Ｗ表面の長手方向における酸素分布を一定に保つこ
とができる場合もある。

【００４９】また、基板Ｗの表面に供給して酸素分圧を
低減するためのキャリアガスも、アルゴンに限らず、Ｘ
ｅ等の各種不活性ガスや、不活性ガスと酸素ガス、水素
ガス、水蒸気等の混合ガスを用いることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の成膜方法によれば、第１工程で基板の表面に適正量よ
りも酸素が欠乏した雰囲気で初期層を形成するので、得
られた初期層は、酸欠状態の組成であり、下地との関係
で低応力の膜となっており、下地に与えるプラズマダメ
ージも比較的小さい。また、上記方法の場合、第２工程
で初期層上に適正量の酸素を含有する雰囲気で本体層を
形成するので、得られた本体層は、適正酸素量の組成で
あり、透明度が高く比抵抗が低い良好な特性となってい
る。この第２工程では、第１工程で形成した初期層が保
護層となって基板の下地にプラズマダメージを与えな
い。また、初期層と本体層は比較的組成が近似し、本体
層は初期層の影響を受けて成長するので、本体層は比較
的低応力の膜となる。

【００５１】また、本発明の成膜装置によれば、雰囲気
調節機構を適宜動作させることにより、基板の表面に適
正量よりも酸素が欠乏した雰囲気で初期層を形成するこ
とができ、この初期層上に適正量の酸素を含有する雰囲
気で本体層を形成することができる。このようにして得
られた初期層は、酸欠状態の組成であり、下地との関係
で低応力の膜となっており、下地に与えるプラズマダメ
ージも比較的小さい。初期層に適正量の酸素を含有する
雰囲気で本体層を形成するので、得られた本体層は、適
正酸素量の組成であり、透明度が高く比抵抗が低い良好
な特性となっている。この本体層の形成に際しては、初
期層が保護層となって基板の下地にプラズマダメージを
与えない。また、初期層と本体層は比較的組成が近似
し、本体層は初期層の影響を受けて成長するので、本体
層は比較的低応力の膜となる。さらには、初期層と本体
層とについての成膜を簡易な方法で１つの装置で実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の成膜装置の全体構造を説明する
図である。

【図２】図１の装置による成膜工程における酸素分圧を
説明するグラフである。

【図３】第２実施形態の成膜装置の全体構造を説明する
図である。

【図４】図３の装置に組み込まれるノズル装置の斜視図
である。

【図５】図４のノズル装置の配置を説明する部分拡大図
である。

【図６】図４のノズル装置によるキャリアガスの吐出領
域を説明する図である。

【図７】図５の配置の変形例を説明する図である。

【符号の説明】

１０真空容器３０プラズマガン４８ガン駆動装置５０陽極部材５１ハース５３材料ロッド６０保持機構６１基板ホルダ７０搬送機構７１酸素ガス供給装置７１、７２、７６雰囲気調節機構７２キャリアガス供給装置７６排気装置８０主制御装置９０キャリアガス源１６０搬送機構ＰＢプラズマビームＷ基板ＷＨ基板保持部材

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年８月３１日（２００１．８．３
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】削除

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】上記成膜方法の好ましい態様では、第１工
程と第２工程とが、成膜室の雰囲気を切り替えて行わ
れ、第１工程における成膜室中の酸素分圧が、第２工程
における成膜室中の酸素分圧よりも低く設定される。こ
の場合、成膜室の雰囲気を切り替えることにより、第１
工程における成膜室中の酸素分圧が、第２工程における
場合よりも低く設定されるので、基板を成膜室中に固定
して成膜する場合にも、初期層上に低応力の本体層を形
成することができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】削除

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久慈卓見千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者磯田高志千葉県茂原市早野3681番地日立デバイスエンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4K029 BA50 BB02 BC09 CA04 DA05 DA06 DD06 EA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜室中に配置された材料蒸発源に向け
てプラズマビームを供給しつつ前記材料蒸発源から膜材
料を蒸発させて、前記成膜室中において前記材料蒸発源
に対向して配置される基板の表面に付着させる成膜方法
であって、前記基板の表面に適正量よりも酸素が欠乏した雰囲気で
初期層を形成する第１工程と、前記初期層上に前記適正量の酸素を含有する雰囲気で本
体層を形成する第２工程と、を備える成膜方法。
【請求項２】前記第１工程が、前記基板を前記成膜室
中で前記材料蒸発源に対向して移動させるとともに、前
記基板の各部を前記材料蒸発源の上方の成膜空間に徐々
に搬入させる際に、当該各部に前記成膜室中の雰囲気よ
りも酸素濃度の低いガスを供給し、前記初期層を形成す
る第１工程であることを特徴とする請求項１記載の成膜
方法。
【請求項３】前記第１工程と前記第２工程とは、前記
成膜室の雰囲気を切り替えて行われ、前記第１工程にお
ける前記成膜室中の酸素分圧は、前記第２工程における
前記成膜室中の酸素分圧よりも低く設定されることを特
徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項４】プラズマビームを成膜室中に供給するプ
ラズマ源と、前記成膜室中に配置され前記プラズマビームを導くとと
もに、膜材料を含む材料蒸発源を有するハースと、前記基板上に初期層を形成する段階で、当該初期層上に
本体層を形成する段階よりも、前記基板表面に供給する
酸素ガスの濃度を低減する雰囲気調節機構とを備える成
膜装置。
【請求項５】前記基板を前記成膜室中に前記ハースに
対向して支持しつつ搬送する搬送装置をさらに備え、前
記ガス供給機構は、前記基板が前記搬送装置によって前
記材料蒸発源の上方の成膜空間に搬入される際に、前記
基板の各部にガスを吹き付けるガス吹き付け装置を有す
ることを特徴とする請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】前記ガス吹き付け装置は、ノズル装置で
あることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項７】前記ハースの周囲に環状に配置された磁
石、又は磁石及びコイルからなり前記ハースの近接した
上方の磁界を制御する磁場制御部材をさらに備え、前記
プラズマ源は、アーク放電を利用した圧力勾配型のプラ
ズマガンであることを特徴とする請求項４から６のいず
れか記載の成膜装置。