JP2000173365A

JP2000173365A - 透明導電膜の形成方法

Info

Publication number: JP2000173365A
Application number: JP34941598A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tanaka; 治田中; Yoshihiro Tange; 善弘丹下
Original assignee: Okura Industrial Co Ltd
Current assignee: Okura Industrial Co Ltd
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】基材上にＩＴＯ膜を成膜するにおいて基材を高
温に加熱する必要がなく、光線透過率が高く、しかも低
比抵抗のＩＴＯ膜を形成する方法を提供すること。【構成】酸化インジウムに酸化錫をドープした焼結ター
ゲット、またはインジウムに錫をドープした金属ターゲ
ットから選ばれる複数のターゲットを、複数のカソード
に取り付け、ターゲットを順次ひとつずつ高周波スパッ
タし、透明導電膜を自公転する管状基材に堆積する透明
導電膜の形成方法であって、高周波スパッタがなされて
いるターゲットに生成するエロージョン面の垂直上方面
に、スパッタがなされることを低減、もしくは防止させ
るためのスパッタ遮断を行うことを特徴とする透明導電
膜の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真感光体などの
管状基材上に透明導電膜を高周波スパッタ法で形成する
方法に関するものであり、さらに詳しくは、管状基材上
に透明かつ比抵抗の低い透明導電膜を形成することがで
き、とりわけ、表面抵抗ならびに比抵抗の分布が均一で
ある透明導電膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真感光体やタッチパネルには、透
明電極として透明導電膜が用いられる。この透明電極と
しては、通常酸化インジウムをはじめ酸化錫、酸化錫を
ドープした酸化インジウム、酸化アルミニウムをドープ
した酸化亜鉛などが知られており、その形成方法として
は、真空蒸着法、スパッタ法、などがある。特に酸化錫
をドープした酸化インジウムターゲットより得られるＩ
ＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）からなる透
明導電膜（以下、ＩＴＯ膜と称することがある）は、光
線透過率や導電性などに優れており、電子写真感光体な
どの電極材料として最もよく用いられている。

【０００３】これら用途に用いられる透明導電膜に求め
られる要件として、より低い比抵抗値で、比抵抗値の分
布が均一であることが挙げられる。すなわち、比抵抗値
が高いと表示むらが発生しやすく、比抵抗値を低下させ
るために透明導電膜の膜厚みを厚くすると透明性が損な
われるという問題があった。一方、比抵抗値の分布が均
一でないと、例えば、電子写真プロセス時において、帯
電位の減衰特性にムラが生じて画像に濃度ムラを生じる
という問題があった。このような状況の中、より低い比
抵抗値で、均一な比抵抗値ならびに表面抵抗値を有する
ＩＴＯ膜の形成方法の提案が強く望まれていた。

【０００４】一方、高周波スパッタ法により、透明導電
膜を製造する方法として、特開昭６２−２５６３１１号
公報が開示されている。この方法は、特定の減圧酸素雰
囲気下で、特定配合比の酸化スズと酸化インジウムから
なる焼結体に高周波スパッタを行い、基材上にＩＴＯ膜
を堆積しようとするもので、ターゲットを基盤が保持さ
れた基板ホルダーの中心よりも偏心して配置させ、しか
も該基板ホルダーを回転させつつスパッタリングを行う
ことによって透明導電膜の膜厚の均一化が図れるとの記
載もある。しかしながらこの方法を用いても、やはり、
透明導電膜には同心円状に比抵抗値が高い部分を生じる
という問題点あった。この要因は高周波スパッタ時、金
属ターゲットに生成するエロージョン面の垂直上方面に
酸素負イオンなどが進行し、基材に直角に近い角度で衝
突して基材に生成しつつあるＩＴＯ膜に損傷を与える結
果と推察される。

【０００５】一方、特開平５−１９００３２号公報に
は、直流マグネトロンスパッタ装置を用いて基材状に透
明導電膜を形成する方法において、ターゲットに生成す
るエロージョン領域に対向する遮蔽板を配置して抵抗値
の分布が一様な透明導電膜を形成する方法が開示されて
いる。しかしながら同発明を、本発明がその目的とする
管状基材、とりわけ長い管状基材に適合した場合には、
やはり管状基材の長さ方向にわたっての比抵抗が一様で
なくなるという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであり、管状基材、と
りわけ長い管状基材上にＩＴＯ膜を成膜するにおいて、
低比抵抗でしかも長さ方向の表面抵抗の分布が均一であ
るＩＴＯ膜を形成する方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明者らは鋭意研究を行った。そしてまず、高周波ス
パッタリング時、金属ターゲットに生成するエロージョ
ン部から離れたところに堆積したＩＴＯ膜の比抵抗が低
いという事実を見いだした。そしてこの結果に注目しさ
らに検討を加えた結果、自公転する管状基材に高周波ス
パッタを行って透明導電膜を形成するにおいて、２個以
上のターゲットを用い、これらのターゲットに順次１つ
ずつの高周波スパッタを行うとともに、高周波スパッタ
を行っているターゲットに生成するエロージョン面の垂
直上方面にスパッタがなされることを低減もしくは防止
することにより、長い管状基材についても比抵抗値が低
く、さらに、抵抗比値の分布が一様なＩＴＯ膜を形成で
きることを見い出し本発明に至った。即ち、本発明によ
れば、酸化インジウムに酸化錫をドープした焼結ターゲ
ット、またはインジウムに錫をドープした金属ターゲッ
トから選ばれるターゲットＴ₁〜Ｔ_ｎを、カソードＣ₁〜
Ｃ_nに取り付け、ターゲットＴ₁〜Ｔ_ｎを順次ひとつずつ
高周波スパッタし、透明導電膜を自公転する管状基材に
堆積する透明導電膜の形成方法であって、高周波スパッ
タがなされているターゲットに生成するエロージョン面
の垂直上方面に、スパッタがなされることを低減、もし
くは防止させるためのスパッタ遮断を行うことを特徴と
する透明導電膜の形成方法が提供される。

【０００８】また、より好ましくは、スパッタ遮断が、
ターゲットに生成するエロージョン部外周で囲まれた全
面積の３０％以上を覆う遮蔽用シャッターでなされるこ
とを特徴とする上記の透明導電膜の形成方法が提供され
る。

【０００９】さらに、より好ましくは、６．６×１０^-2
Ｐａ〜２．７×１０^-1Ｐａの減圧下にて高周波スパッタ
を行う上記いずれかの透明導電膜の形成方法が提供され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、管状基材にＩＴＯから
なる透明導電膜を堆積させて形成する方法に係るもので
あり、その骨子は、管状基材をターゲットの周りに自公転させる、複数のターゲットを用いる、複数のターゲットに順次、１つずつ高周波スパッタを
行う、高周波スパッタがなされているターゲットに生成する
エロージョン面の垂直上方面に、スパッタがなされるこ
とを低減もしくは防止させるためのスパッタ遮断を行
う、ものである。本発明のこの構成により、管状基材、
とりわけ長い管状基材上に低比抵抗値でしかも長さ方向
の表面抵抗値が均一であるＩＴＯからなる透明導電膜を
形成できるのである。

【００１１】すなわち、本発明の透明導電膜の形成方法
は、酸化インジウムに酸化錫をドープした焼結ターゲッ
ト、またはインジウムに錫をドープした金属ターゲット
Ｔ₁〜Ｔ_ｎを、カソードＣ₁〜Ｃ_nに取り付け、ターゲッ
トＴ₁〜Ｔ_ｎを順次ひとつずつ高周波スパッタし、透明
導電膜を自公転する管状基材に堆積する透明導電膜の形
成方法であって、高周波スパッタがなされているターゲ
ットに生成するエロージョン面の垂直上方面に、スパッ
タがなされることを低減、もしくは防止させるためのス
パッタ遮断を行うことを特徴としている。つまり、高周
波スパッタがなされているターゲットに生成するエロー
ジョン面から垂直上方面に進行する酸素負イオン等のＩ
ＴＯ膜に損傷を与える粒子の飛散を低減、もしくは防止
する。そして、主として鋭角的な入射角度でＩＴＯを管
状基材表面に飛来させ、堆積せしめる。この目的のため
に、エロージョン面の垂直上面にスパッタ遮断のための
操作がなされる。この操作を、ターゲットごとに繰り返
すことによって本発明の目的が達成できる。

【００１２】上記したスパッタ遮断のための手段として
は遮蔽用シャッターが用いられる。該遮蔽用シャッター
には、ガラス、セラミックス等の無機系材料、およびフ
ッ素系等の合成樹脂が好適に用いられる。そして、これ
ら遮蔽用シャッター表面には酸素負イオン等を吸収させ
やすくする目的で、ポリビニルアルコール等の有機系被
膜を形成してもよい。さらに、遮蔽用シャッターは電気
的にアース電位にするようにしてもよいし、アース電位
に対し浮遊するようにしてもよく、正電位または負電位
を印加するようにしてもよい。また、該遮蔽用シャッタ
ーはターゲットに生成するエロージョン部外周で囲まれ
た全面積の少なくとも３０％以上を遮蔽することができ
るような大きさであることが、本発明の目的をより達成
度よく実現できるため望ましい。

【００１３】本発明において、基材上にＩＴＯ膜を形成
するために用いられるターゲットとしては、酸化インジ
ウムと酸化錫の複合酸化物（焼結体）からなる焼結ター
ゲットまたはインジウムと錫の合金からなる金属ターゲ
ットを用いることができる。そしてターゲットが複合酸
化物ターゲットである場合には、酸化インジウムに対す
る酸化錫の比率が５〜１５重量％のものが好適に用いる
ことができる。そして、ターゲットがインジウムと錫の
合金である場合においてもインジウムに対する錫の比率
は５〜１５重量％のものが好ましい。

【００１４】また、本発明においてターゲット物質をス
パッタするガスイオンとしては主としてアルゴンが用い
れられるが、場合によってはヘリウムガスなど他のガス
を用いることができる。また、これらに酸素ガスを少量
導入することができる。そして、スパッタ装置内のガス
圧力は、６．６×１０^-2Ｐａ〜２．７×１０^-1Ｐａに設
定するのが好ましい。この範囲のガス圧力で、比抵抗が
低く、表面抵抗の分布が均一なＩＴＯ膜が得られるとと
もに、該ＩＴＯ膜の内部応力を低く抑えることができ、
膜にクラックを生じるという不具合を防止できる。

【００１５】本発明を適用できる管状基材としては、耐
熱性に劣るプラスチックをはじめ、金属、ガラスなどか
らなるものが挙げられる。とりわけ、近年、電子写真感
光体用の基材としては、コストダウンならびにコンパク
ト化のためのプラスチックをシームレスのベルト状にし
たものが使用されはじめていることから、スパッタ時に
基材を加熱しなくても低比抵抗値で表面抵抗値の均一な
ＩＴＯ膜を得ることができる本発明は、耐熱性に劣るプ
ラスチックには特に好適である。

【００１６】なお、高周波電源は周波数が市販の１３．
５６ＭＨｚ、出力は１００〜１０００Ｗ程度のものなど
従来と同様のものを用いることができる。

【００１７】

【作用】本発明においては、高周波スパッタがなされて
いるターゲットに生成するエロージョン面から垂直上方
面に進行する酸素負イオン等のＩＴＯ膜に損傷を与える
粒子の飛散が低減、もしくは防止されるためのスパッタ
遮断が行われる。このことによりＩＴＯは主としてエロ
ージョン面から斜め方向に進行して、管状基材表面に鋭
角的な入射角度で到達して堆積する。この結果、酸素負
イオン等によるＩＴＯ膜の損傷が防止できる。また、２
個以上のカソードを配置して順次同様なスパッタを行う
ことにより、当初の工程においてスパッタ遮断されてい
た部分にも表面抵抗値の均一なＩＴＯ膜が形成される

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。まず、本実施例において用いた装置を図１に基
づいて説明する。第１図は、本発明を実施するための真
空成膜装置の概略正面図であり、図２は概略側面図であ
る。これらの図において、真空槽１はアースされてお
り、連結された真空ポンプ排気系１０により排気され
る。

【００１９】この真空槽１にはカソード２１およびカソ
ード２２が、一定の間隔を以て配置され、このカソード
２１および２２の上面にそれぞれターゲット３１および
３２が取り付けられている。

【００２０】そして各々のカソードに対向する位置に酸
素負イオンなど膜に損傷を与える粒子を遮蔽するための
遮蔽用シヤッター４１、４２が開閉可能に取り付けられ
ている。スパッタ圧力１．１×１０^-1Ｐａにおけるエロ
ージョン部外周で囲まれた全面積の５０％を遮蔽するサ
イズのもの設けられている。

【００２１】また、真空層１には、スパッタ用ガスを導
入するためにアルゴンおよび／または酸素を供給するガ
ス流量コントローラー５が取り付けられている。

【００２２】また、真空槽の上部には中心軸の回りを管
状基材が自公転できるようにするための基板取り付け管
６が複数個設けられ、この基板取り付け管６にプラスチ
ックなどからなる管状基板５がセットされている。以下
の実施例では、以上述べたような装置を使用した。

【００２３】[実施例１]遮蔽用シヤッター４１、４２と
しては、スパッタ圧力１．１×１０^-1Ｐａにおけるエロ
ージョン部外周で囲まれた全面積の５０％を遮蔽するサ
イズのものを使用した。

【００２４】２個のカソード（直径１００φ）２１と２
２を４０ｍｍ離して配置し、各々にターゲット３１、３
２として各々酸化インジウムと酸化錫の複合酸化物（酸
化インジウム９０重量％に酸化錫１０重量％を混入した
焼結体）を取り付け、ポリエチレンテレフタレート（厚
み５０μ、内径８５φ、長さ２４０ｍｍ）からなる管状
基材を自公転装置に取り付けて、真空槽１内を３．０×
１０^-4Ｐａ以下の真空度に排気した。次ぎにアルゴンガ
スとアルゴンガスに対して１容量％の酸素ガスを導入し
て、圧力が１０Ｐａになるようにオリフィス開度を調節
した。

【００２５】＜１．ターゲット３１のスパッタ＞これら
のガスの導入が安定した後、シャッター８１、８２なら
びに遮蔽用シヤッター４１を閉じて、遮蔽用シャッター
４２が開いた状態で、まず１３．５６ＭＨｚ、２１０Ｗ
（反射電力１０Ｗ以下）の高周波電力をカソード２１に
印加した。放電が発生してから、オリフィス開度を調節
してスパッタ圧力を１．１×１０ ^-1Ｐａに設定して１０
分間プリスパッタ後、管状基材を自公転させて、シャッ
ター８１を開き、２０分間スパッタした（図３参照）。

【００２６】＜２．ターゲット３２のスパッタ＞シャッ
ター８１、８２ならびに遮蔽用シャッター４２を閉じ
て、４１を開いた状態で、スパッタガスを流して１３．
５６ＭＨｚ、２１０Ｗ（反射電力１０Ｗ以下）の高周波
電力をカソード２２に印加して放電を発生させた後、オ
リフィス開度を調節してスパッタ圧力を１．１×１０^-1
Ｐａに設定して１０分間プリスパッタ後、管状基材を自
公転させて、シャッター８２を開き、２０分間スパッタ
した（図４参照）。

【００２７】なお、膜厚、比抵抗、表面抵抗の測定は、
自公転装置に取り付けしてスパッタした幅１０ｍｍ、長
さ２４０ｍｍのガラスサンプルを用いて求めた。

【００２８】[実施例２]遮蔽用シヤッター４１、４２と
しては、スパッタ圧力１．３３×１０^-1Ｐａにおけるエ
ロージョン部外周で囲まれた全面積の５０％を遮蔽する
サイズのものを使用し、スパッタ圧力を１．３３×１０
^-1Ｐａに設定する以外は実施例１と同様にスパッタを行
った。

【００２９】[比較例]遮蔽用シヤッター４１および４２
を取り付けしない以外は実施例１と同じ手順により、比
較サンプルを得た。

【００３０】実施例１、２および比較例で成膜したＩＴ
Ｏ膜の管状基材の長さ方向の表面抵抗値の分布を示すグ
ラフを図５に示す。また、実施例１、２および比較例で
成膜したＩＴＯ膜の管状基材表面における比抵抗ならび
に表面抵抗のバラツキを示すデーターを表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】実施例１で得られたＩＴＯ膜の膜厚を多重
干渉膜厚計（溝尻光学社製）を用いて測定したところ、
１０ミリ間隔で測定した膜厚の平均は１２００オングス
トロームであり、膜厚バラツキは１０％以内であり、全
体にわたりほぼ均一な膜厚を有していた。また、実施例
１ならびに実施例２で成膜したＩＴＯ膜の波長７４０ｎ
ｍにおける光線透過率は、いずれも基材込みで８３％以
上であった。実施例１でターゲット３１のスパッタにお
いて遮蔽用シヤッター４１を閉じ、遮蔽用シヤッター４
２を開け、次いでターゲット３２のスパッタにおいて遮
蔽用シヤッター４２を閉じ、遮蔽用シヤッター４１を開
けて、スパッタ圧力１．１×１０^-1Ｐａでスパッタを行
った場合は、遮蔽用シヤッターを設けずにスパッタを行
う比較例に比べて、比抵抗が低く、しかも表面抵抗のバ
ラツキが少なく均一であることがわかる。

【００３３】また、スパッタ圧力を実施例１に比べて高
くして１．３３×１０^-1Ｐａでスパッタした実施例２の
場合も、比較例に比べて比抵抗が低く、しかも表面抵抗
のバラツキが少なく均一であることがわかる。また、実
施例１、２いずれもによって得られたサンプルも高透明
であり、スパッタ時の熱的ダメージがなく外観的に優れ
ていた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、通
常の小型のマグネトロンカソードを用いて、ターゲット
上に遮蔽用のシャッターを取り付けるという簡単な設備
を用いるだけで、大型の電子写真感光体用管状基材に低
比抵抗で、表面抵抗の均一なＩＴＯ膜を形成することが
できる。

【００３５】また、本発明によれば長い管状基材を２個
以上の小型ターゲットを用いて小電力でスパッタするこ
とができるのでコスト面ではターゲット材費を低く抑え
ることができるだけでなく、高周波電源も小型のものを
使用できるため高周波電源装置費も安価となり、さらに
スパッタ電力も安価となる。一方、プラスチックからな
る管状基材にスパッタする場合においては小電力で膜を
形成できるので、基材の温度上昇が少なくプラスチック
にも低温で膜を形成することができる。このように本発
明の透明導電膜の形成方法によれば長い管状基材に比抵
抗値の分布が均一な透明導電膜を形成する上で有用であ
り、産業に利すること大であるといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための装置の一例を示
す模式図（正面図）である。

【図２】本発明の方法を実施するための装置の一例を示
す模式図（側面図）である。

【図３】スパッタを行っている状況を示す模式図であ
る。

【図４】スパッタを行っている状況を示す模式図であ
る。

【図５】実施例１、２および比較例で成膜したＩＴＯ膜
の管状基材の長さ方向の表面抵抗の分布を示すグラフで
ある。

【符合の説明】

１．真空槽２１．カソード２２．カソード３１．ターゲット３２．ターゲット４１．遮蔽用シヤッター４２．遮蔽用シヤッター５．管状基材６．基材取り付け管７．バルブ８１．シャッター８２．シャッター９．高周波電源１０．マッチングボックス１１．真空ポンプ排気系１２．ガス流量コントローラー１３．自公転装置１４．モーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化インジウムに酸化錫をドープした焼
結ターゲット、またはインジウムに錫をドープした金属
ターゲットから選ばれるターゲットＴ₁〜Ｔ _ｎを、カソ
ードＣ₁〜Ｃ_nに取り付け、ターゲットＴ₁〜Ｔ_ｎを順次
ひとつずつ高周波スパッタし、透明導電膜を自公転する
管状基材に堆積する透明導電膜の形成方法であって、高
周波スパッタがなされているターゲットに生成するエロ
ージョン面の垂直上方面に、スパッタがなされることを
低減、もしくは防止させるためのスパッタ遮断を行うこ
とを特徴とする透明導電膜の形成方法。
【請求項２】スパッタ遮断が、ターゲットに生成する
エロージョン部外周で囲まれた全面積の３０％以上を覆
う遮蔽用シャッターでなされることを特徴とする請求項
１に記載の透明導電膜の形成方法。
【請求項３】６．６×１０^-2Ｐａ〜２．７×１０^-1Ｐ
ａの減圧下にて高周波スパッタを行う請求項１または２
に記載の透明導電膜の形成方法。