JP2006111968A

JP2006111968A - マグネトロンスパッタリング装置

Info

Publication number: JP2006111968A
Application number: JP2005272773A
Authority: JP
Inventors: Uchitsugu Minami; 内嗣南; Toshihiro Miyata; 俊弘宮田
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】
構成元素や不純物添加量が膜中で変化した薄膜を短時間かつ低コストで形成可能なマグネトロンスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】
マグネトロンスパッタリング装置１０は、薄膜が堆積される基体３０と、基体３０と対向して配置されたターゲット２０と、ターゲット２０の表面に磁界を発生させる磁界発生手段として磁石５０およびヨーク５２を備える。ターゲット２０が２つの領域に分割され、一方の領域にＺｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）を充填し、他方の領域にＺｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）を充填することにより、Ｇｅ含有量Ｘが基体上の長手方向に連続的に変化したＺｎ_２Ｓｉ_１−ＸＧｅ_ＸＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）複合酸化物蛍光体薄膜を基体３０上に形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリング装置に関する。

近年、透明導電膜、蛍光体薄膜及び高温超電導体薄膜等、各種金属材料及び各種無機材料等様々な新機能物質の薄膜形成技術の開発が活発に行われている。これらの機能性薄膜の形成においては、複数の元素を含む多元系薄膜を形成する必要がある場合がほとんどであり、且つ、優れた機能性の発現のためには膜中の構成元素や不純物の含有量等の最適化を図らなければならない。しかしながら、このような多元系物質の機能特性と薄膜作製条件との相関関係を理論的に予測することは極めて困難であり、実際には、トライアンドエラーを繰り返して作製条件の最適化を図らざるを得ないのが現状である。

従来、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。マグネトロンスパッタリング装置は、低温かつ短時間でのスパッタが可能であり、成膜装置として広く使用されている。マグネトロンスパッタリング装置では、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させ、その粒子を基体に付着させることにより薄膜が形成される。
特許文献１は、インジウム、スズ、マグネシウムからなる多元系酸化物用のスパッタリングターゲットを開示する。
特開２００５−１９４５９４号公報

薄膜作製技術として現在最も広く実用されているスパッタリング装置では、作製する薄膜中の構成元素や不純物の含有量の最適化を図るために、構成元素や不純物添加量を変化させた多数のターゲットを作製する必要があり、膨大な時間とコストがかかる。加えて、薄膜作製条件の最適化のためには、それらのターゲットの数だけ成膜を繰り返す必要がありこれにも膨大な手間とコストがかかるという問題がある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成元素や不純物添加量が膜中で変化した薄膜を短時間かつ低コストで形成可能なマグネトロンスパッタリング装置の提供にある。

本発明のある態様は、薄膜が堆積される基体と、基体と対向して配置されたターゲットと、前記ターゲットの表面に磁界を発生させる磁界発生手段と、を備え、ターゲットは、領域が複数に分割され、分割された領域ごとに組成の異なる複数の材料を有することを特徴とする。なお、ターゲットが有する複数の材料は、金属、合金、酸化物、硫化物、窒化物からなる群より選ばれた材料であってもよい。

上記態様によれば、ターゲットが有する材料の種類、成膜温度、圧力、投入電力（成膜レート）の組み合わせをそれぞれに制御することにより、１回の成膜プロセスで同一基体上に構成元素や添加不純物の両方もしくはいずれかを変化させた薄膜を作製することができる。すなわち、膜の組成と膜中の不純物の両方もしくはいずれかが位置によって増減する傾斜型材料を作成することができる。また、これを活用すると、機能性薄膜の作製条件の最適化に必要なトライアンドエラーの回数を劇的に軽減し、材料開発における組成や添加不純物の最適化プロセスの効率を飛躍的に向上させる作用効果がある。

ターゲットが有する複数の材料が、複合酸化物を構成する酸化物であってもよい。この態様によれば、多元系酸化物を構成する酸化物の比率が位置によって変化した薄膜を簡便に作製することができる。

ターゲットが有する複数の材料が、複合窒化物を構成する窒化物であってもよい。この態様によれば、複合窒化物を構成する窒化物の比率が位置によって変化した薄膜を簡便に作製することができる。

ターゲットが有する複数の材料が、複合硫化物を構成する硫化物でってもよい。この態様によれば、複合硫化物を構成する硫化物の比率が位置によって変化した薄膜を簡便に作製することができる。

ターゲットが有する複数の材料が、複合酸窒化物を構成する酸化物および窒化物であってもよい。この態様によれば、複合酸窒化を構成する酸化物および窒化物の比率が位置によって変化した薄膜を簡便に作製することができる。

ターゲットが有する複数の材料が、複合硫酸化物を構成する硫化物および酸化物であってもよい。この態様によれば、複合硫酸化物を構成する硫化物および酸化物の比率が位置によって変化した薄膜を簡便に作製することができる。

ターゲットが有する複数の材料における組成の違いが各材料中の不純物の種類または不純物の濃度に起因していてもよい。この態様によれば、不純物の種類または濃度が位置によって変化した薄膜を簡便に作製することができる。

ターゲットが有する複数の材料が、傾斜型材料を構成する材料であってもよい。この態様によれば、構成材料が位置によって異なる傾斜型材料を簡便に作製することができる。

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。

本発明のマグネトロンスパッタリング装置によれば、構成元素や不純物添加量が膜中で変化した薄膜を短時間かつ低コストで形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１０の一例を示している。図１は、マグネトロンスパッタリング装置１０の構成のうち、真空チェンバー（図示せず）に収容された構成を示す。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。基体３０の長手方向の長さはｄである。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。一方、ターゲット２０は、ターゲットホルダー２２によって保持されている。ターゲットホルダー２２は、ステンレスなどの金属で形成されている。ターゲットホルダー２２には、電力供給手段４０により直流電力または交流電力が供給され、カソードとしても機能する。ターゲットホルダー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、ターゲットホルダー２２を冷却する手段として熱伝導性が良好なアルミニウムブロック５４が設けられている。なお、ターゲットホルダー２２を冷却する手段は、アルミニウムブロック５４のような金属による放熱に限られず、冷却水の循環による放熱でもよい。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、磁界がターゲット２０の上方に集中する。

図２は、ターゲット２０の一例の平面図を示す。本実施形態のターゲット２０は、直径がＤの円形であり、第１の領域２４および第２の領域２６に分割されている。ターゲット２０は、第１の領域２４および第２の領域に、組成の異なる材料が組み込まれている。ターゲット２０に組み込まれる材料としては、金属、合金、酸化物、硫化物、窒化物からなる群より選ばれた材料が挙げられる。ターゲット２０は、焼結体、粉末あるいはこれらの組み合わせであってもよい。ターゲット２０が粉末である場合には、ターゲットホルダー２２を凹状の容器とすることにより、ターゲット２０を保持することができる。ただし、ターゲット２０の形状は上述の円形に限定されるものではなく、正方形や長方形等のように複数の領域に分割できる形状であればよい。図１のマグネトロンスパッタリング装置１０は、第１の領域２４と第２の領域２６との間の境界線２７が基体３０の長手方向と直交するように構成されている。

ターゲット２０を用いることにより、基体３０の位置に応じて構成元素や添加不純物の両方もしくはいずれかが変化した薄膜を１回の成膜プロセスで形成することができる。組成や不純物が位置に応じて増減する傾斜型材料を実現できる。さらに加えて、機能性薄膜の作製条件の最適化に必要なトライアンドエラーの回数が劇的に軽減し、最適化プロセスの効率を飛躍的に向上させることができる。

上記実施形態のマグネトロンスパッタリング装置を用いて作製可能な機能性薄膜は、特に限定されないが、たとえば、蛍光体薄膜、透明電導性薄膜、高温超伝導体薄膜、誘電体薄膜、半導体薄膜、圧電体薄膜、合金層薄膜または強誘電体薄膜などが挙げられる。

（実施例１）
図３は実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置１０で使用されるターゲット２０ならびに基体３０、および作製された薄膜３２の幾何学的な位置関係を示す。図３に示すようにターゲット２０の第１の領域２４には蛍光体粉末であるＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）を厚さ約１ｍｍに充填し、第２の領域２６に蛍光体粉末であるＺｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）を同様に厚さ約１ｍｍに充填する。図１に示すように、基体３０の材料としてセラミックス板をターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ａｒ雰囲気６Ｐａ、基板温度２５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス板からなる基体３０上にＺｎ_２Ｓｉ_１−ＸＧｅ_ＸＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）多元系酸化物蛍光体薄膜をＧｅ含有量Ｘを基体上の長手方向（ｄ）に連続的に変化させた薄膜を形成することができる。図４は、実施例１のターゲット２０を用いて作製した薄膜のＧｅ含有量Ｘの基体位置（ｄ）依存性を示す。ターゲット２０内のＺｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ側からＺｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ側へ基体位置が移動するのに伴って、膜中にＧｅ含有量がリニアに増加しており、１回の成膜で、同一基体上にＧｅ含有量を制御した薄膜を形成できた。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製したＺｎ_２Ｓｉ_１−ＸＧｅ_ＸＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）多元系酸化物蛍光体薄膜に、Ａｒ雰囲気中、９１０℃で１時間熱処理を施すことにより、エレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分し、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。図５は、作製したＺｎ_２Ｓｉ_１−ＸＧｅ_ＸＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）多元系酸化物蛍光体薄膜エレクトロルミネッセンス素子の１ｋＨｚ正弦波駆動時の最高輝度のＧｅ含有量依存性を示す。Ｇｅ含有量の増加に伴って、最高輝度が上昇し、Ｇｅ含有量Ｘ＝０．４において、最高輝度１００００ｃｄ／ｍ^２の緑色発光を実現できた。また、それ以上のＧｅ含有量においては、最高輝度は低下することがわかった。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスでＺｎ_２Ｓｉ_１−ＸＧｅ_ＸＯ_４：Ｍｎ多元系酸化物蛍光体薄膜の最適Ｇｅ含有量を決定することができた。

（実施例２）
マグネトロンスパッタリング装置１０内に設置したステンレス製のターゲット２０の任意に分割された領域に複数の粉末固体原料を充填する。具体的には、図６に示すようにターゲット２０の第１の領域２４には蛍光体粉末であるＺｎ_２Ｓｉ_０．６Ｇｅ_０．４Ｏ_４：Ｍｎ（０．２ａｔ．％）を厚さ約１ｍｍに充填し、第２の領域２６に蛍光体粉末であるＺｎ_２Ｓｉ_０．６Ｇｅ_０．４Ｏ_４：Ｍｎ（３ａｔ．％）を同様に厚さ約１ｍｍに充填する。基体３０の材料としてセラミックス板を図６に示すように、ターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ａｒ雰囲気６Ｐａ、基板温度２５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス基体上にＺｎ_２Ｓｉ_０．６Ｇｅ_０．４Ｏ_４：Ｍｎ多元系酸化物蛍光体薄膜をＭｎ含有量を基体３０上の長手方向に連続的に約０．２ａｔ．％から約３ａｔ．％に変化させた薄膜を形成することができる。作製した該膜のＭｎ含有量は、図７に示すように、ターゲット内のＺｎ_２Ｓｉ_０．６Ｇｅ_０．４Ｏ_４：Ｍｎ（０．２ａｔ．％）側からＺｎ_２Ｓｉ_０．６Ｇｅ_０．４Ｏ_４：Ｍｎ（３ａｔ．％）側へ基体位置（ｄ）が移動するのに伴って、膜中にＭｎ含有量がリニアに増加しており、１回の成膜で、同一基体上にＭｎ含有量を制御した薄膜を形成できた。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製したＺｎ_２Ｓｉ_０．６Ｇｅ_０．４Ｏ_４：Ｍｎ（約０．２〜約３ａｔ．％）多元系酸化物蛍光体薄膜に、Ａｒ雰囲気中、９１０℃で１時間熱処理を施すことにより、エレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分して、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。Ｍｎ含有量の増加に伴って、最高輝度が上昇し、Ｍｎ含有量２ａｔ．％において、最高輝度１００００ｃｄ／ｍ^２の緑色発光を実現できた。また、それ以上のＭｎ含有量においては、最高輝度は低下することがわかった。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスでＺｎ_２Ｓｉ_１−ＸＧｅ_ＸＯ_４：Ｍｎ多元系酸化物蛍光体薄膜の最適Ｍｎ含有量を決定することができた。

（実施例３）
マグネトロンスパッタリング装置１０内に設置したステンレス製のターゲット２０の任意に分割された領域に複数の粉末固体原料を充填する。具体的には、蛍光体粉末であるＺｎＧａ_２Ｏ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）及びＺｎＡｌ_２Ｏ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）が、図２に示す第１の領域２４および第２の領域２６に配置される。基体３０の材料としてセラミックス板をターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ａｒ雰囲気６Ｐａ、基板温度２５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス製の基体３０上にＺｎ_２Ｇａ_１−ＸＡｌ_ＸＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）多元系酸化物蛍光体薄膜をＧａ含有量Ｘを基体上の長手方向（ｄ）に連続的に変化させた薄膜を形成することができる。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製したＺｎ（Ｇａ_１−ＸＡｌ_Ｘ）_２Ｏ_４：Ｍｎ（Ｘ＝０〜１）多元系酸化物蛍光体薄膜に、Ａｒ雰囲気中、９１０℃で１時間熱処理を施すことにより、エレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分して、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。Ｇａ含有量の増加に伴って、最高輝度が上昇し、Ｇａ含有量Ｘ＝０．６において、最高輝度３０００ｃｄ／ｍ^２の緑色発光を実現できた。また、それ以上のＧａ含有量においては、最高輝度は低下することがわかった。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスでＺｎ（Ｇａ_１−ＸＡｌ_Ｘ）_２Ｏ_４：Ｍｎ多元系酸化物蛍光体薄膜の最適Ｇａ含有量を決定することができた。

（実施例４）
図８は、実施例４で用いられるターゲット２０の構成を示す平面図である。実施例４のターゲット２０は、領域が１２０度の角度の扇形に３分割され、第１の領域２４、第２の領域２６および第３の領域２８に分けられている。第１の領域２４、第２の領域２６および第３の領域２８に、蛍光体粉末であるＧｄＶＯ_４：Ｔｍ、ＧｄＶＯ_４：Ｅｒ、及びＧｄＶＯ_４：Ｅｕをそれぞれ配置する。基体３０の材料としてセラミックス板をターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ａｒ雰囲気６Ｐａ、基板温度２５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス基体上にＧｄＶＯ_４：Ｔｍ，Ｅｒ，Ｅｕ酸化物蛍光体薄膜をターゲット中心部に対向した部分に近づくほど発光中心材料であるＴｍ、Ｅｒ及びＥｕの含有量を増加させたＧｄＶＯ_４：Ｔｍ，Ｅｒ，Ｅｕ酸化物蛍光体薄膜を形成することができる。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製したＧｄＶＯ_４：Ｔｍ，Ｅｒ，Ｅｕ酸化物蛍光体薄膜に、大気中、１０００℃で１時間熱処理を施した。その結果、ターゲット中心部から半径２０％以内の領域に作製された薄膜において非常に強いフォトルミネッセンス及びカソードルミネッセンスを観測した。また、ＧｄＶＯ_４：Ｔｍ、ＧｄＶＯ_４：Ｅｒ、及びＧｄＶＯ_４：Ｅｕ領域のターゲット周辺部分に対向した領域においては、それぞれ発光中心材料に対応した青、緑及び赤色発光が観測された。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスでＧｄＶＯ_４：Ｔｍ，Ｅｒ，Ｅｕ酸化物蛍光体薄膜の色度調整の最適化ができた。

（実施例５）
マグネトロンスパッタリング装置１０内に設置したステンレス製のターゲット２０の任意に分割された領域に複数の粉末固体原料を充填する。具体的には、蛍光体粉末であるＧａ_２Ｏ_３：Ｅｕ（１ａｔ．％）及びＳｉ_３Ｎ_４：Ｅｕ（１ａｔ．％）が、図２に示す第１の領域２４および第２の領域２６に配置される。基体３０の材料としてセラミックス板をターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ｎ_２＋Ｈ_２（１０％）雰囲気６Ｐａ、基板温度３５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス基体上に（Ｇａ_２Ｏ_３）_１−Ｘ−（Ｓｉ_３Ｎ_４）_Ｘ：Ｅｕ複合酸窒化物蛍光体薄膜をＧａ，Ｓｉ，Ｏ及びＮ含有量Ｘを基体上の長手方向に連続的に変化させた薄膜を形成することができる。膜中のＧａ及びＯ含有量はターゲットホルダー２２内のＧａ_２Ｏ_３：Ｅｕ側からＳｉ_３Ｎ_４側に移動するに従ってほぼリニアに減少し、Ｓｉ及びＮ含有量はターゲットホルダー内のＧａ_２Ｏ_３：Ｅｕ側からＳｉ_３Ｎ_４側に移動するに従ってほぼリニアに増加した。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製した（Ｇａ_２Ｏ_３）_１−Ｘ−（Ｓｉ_３Ｎ_４）_Ｘ：Ｅｕ（Ｘ＝０〜１）複合酸窒化膜に、Ｎ_２雰囲気中、９５０℃で１時間熱処理を施しエレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分して、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。Ｇａ含有量の増加に伴って、最高輝度が上昇し、Ｇａ含有量Ｘ＝０．５において、最高輝度１６０ｃｄ／ｍ^２の橙色発光を実現できた。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスで（Ｇａ_２Ｏ_３）_１−Ｘ−（Ｓｉ_３Ｎ_４）_Ｘ：Ｅｕ多元系酸窒化物蛍光体薄膜の最適Ｇａ，Ｓｉ，Ｏ及びＮ含有量を決定することができた。

（実施例６）
マグネトロンスパッタリング装置１０内に設置したステンレス製のターゲット２０の任意に分割された領域に複数の粉末固体原料を充填する。具体的には、蛍光体粉末であるＧａ_２Ｏ_３：Ｅｕ（１ａｔ．％）及びＡｌＮ：Ｅｕ（１ａｔ．％）が、図２に示す第１の領域２４および第２の領域２６に配置される。基体３０の材料としてセラミックス板をターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ｎ_２＋Ｈ_２（１０％）雰囲気６Ｐａ、基板温度３５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス製の基体３０上に（Ｇａ_２Ｏ_３）_１−Ｘ−（ＡｌＮ）_Ｘ：Ｅｕ複合酸窒化物薄膜をＧａ，Ａｌ，Ｏ及びＮ含有量Ｘを基体３０上の長手方向（ｄ）に連続的に変化させた薄膜を形成することができる。膜中のＧａ及びＯ含有量はターゲットホルダー２２内のＧａ_２Ｏ_３：Ｅｕ側からＡｌＮ側に移動するに従ってほぼリニアに減少し、Ａｌ及びＯ含有量はターゲットホルダー２２内のＧａ_２Ｏ_３：Ｅｕ側からＡｌＮ側に移動するに従ってほぼリニアに増加した。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製した（Ｇａ_２Ｏ_３）_１−Ｘ−（ＡｌＮ）_Ｘ：Ｅｕ（Ｘ＝０〜１）複合酸窒化物薄膜に、Ｎ_２雰囲気中、８００℃で１時間熱処理を施すことにより、エレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分して、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。Ｇａ含有量の増加に伴って、最高輝度が上昇し、Ｇａ含有量Ｘ＝０．７５において、最高輝度１０ｃｄ／ｍ^２の橙色発光を実現できた。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることによりを用いることにより、１回の成膜プロセスで（Ｇａ_２Ｏ_３）_１−Ｘ−（ＡｌＮ）_Ｘ：Ｅｕ複合酸窒化物蛍光体薄膜の最適なＧａ，Ａｌ，Ｏ及びＮ含有量を決定することができた。

（実施例７）
マグネトロンスパッタリング装置１０内に設置したステンレス製のターゲット２０の任意に分割された領域に複数の粉末固体原料を充填する。具体的には、蛍光体粉末であるＳｉ_３Ｎ_４：Ｅｕ（１ａｔ．％）及びＡｌＮ：Ｅｕ（１ａｔ．％）が、図２に示す第１の領域２４および第２の領域２６に配置される。基体３０の材料としてセラミックス板をターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ｎ_２＋Ｈ_２（１０％）雰囲気６Ｐａ、基板温度３５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス基体上に（Ｓｉ_３Ｎ_４）_１−Ｘ−（ＡｌＮ）_Ｘ：Ｅｕ複合窒化物蛍光体薄膜をＧａ及びＳｉ含有量Ｘを基体上の長手方向（ｄ）に連続的に変化させた薄膜を形成することができる。膜中のＳｉ含有量はターゲットホルダー２２内のＳｉ_３Ｎ_４：Ｅｕ側からＡｌＮ側に移動するに従ってほぼリニアに減少し、Ａｌ含有量はターゲットホルダー内のＳｉ_３Ｎ_４：Ｅｕ側からＡｌＮ側に移動するに従ってほぼリニアに増加した。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製した（Ｓｉ_３Ｎ_４）_１−Ｘ−（ＡｌＮ）_Ｘ：Ｅｕ（Ｘ＝０〜１）複合窒化物蛍光体薄膜に、Ｎ_２雰囲気中、８００℃で１時間熱処理を施すことにより、エレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分して、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。Ｓｉ含有量の増加に伴って、最高輝度が上昇し、Ｓｉ含有量Ｘ＝０．７において、最高輝度５ｃｄ／ｍ^２の赤色発光を実現できた。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスで（Ｓｉ_３Ｎ_４）_１−Ｘ−（ＡｌＮ）_Ｘ：Ｅｕ複合窒化物蛍光体薄膜の最適Ｓｉ含有量を決定することができた。

（実施例８）
マグネトロンスパッタリング装置１０内に設置したステンレス製のターゲット２０の任意に分割された領域に複数の粉末固体原料を充填する。具体的には、蛍光体粉末であるＺｎＳ：Ｍｎ（２ａｔ．％）及びＺｎＳ：Ｔｂ（２ａｔ．％）が、図２に示す第１の領域２４および第２の領域２６に配置される。この配置下において、Ａｒ雰囲気６Ｐａ、基板温度２５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス製の基体３０上にＺｎＳ：Ｍｎ，Ｔｂ硫化物蛍光体薄膜をＭｎ及びＴｂ含有量を基体３０上の長手方向（ｄ）に連続的に変化させた薄膜を形成することができる。膜中のＭｎ含有量はターゲットホルダー２２内のＺｎＳ：Ｍｎ側からＺｎＳ：Ｔｂ側に移動するに従ってほぼリニアに減少し、Ｔｂ含有量はターゲットホルダー２２内のＺｎＳ：Ｍｎ側からＺｎＳ：Ｔｂ側に移動するに従ってほぼリニアに増加した。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製したＺｎＳ：Ｍｎ，Ｔｂ不純物傾斜型硫化物蛍光体薄膜に、Ａｒ雰囲気中、８００℃で１時間熱処理を施すことにより、エレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分して、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。Ｔｂ含有量の増加に伴って、発光色が橙色から緑色へと変化した。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスでＺｎＳ：Ｍｎ，Ｔｂ傾斜型硫化物蛍光体薄膜ＥＬ素子の色度調整の最適化ができた。

（実施例９）
マグネトロンスパッタリング装置１０内に設置したステンレス製のターゲット２０の任意に分割された領域に複数の粉末固体原料を充填する。具体的には、蛍光体粉末であるＹ_２Ｏ_３：Ｅｕ（２ａｔ．％）及びＹ_２Ｓ_３：Ｅｕ（２ａｔ．％）が、図２に示す第１の領域２４および第２の領域２６に配置される。基体３０の材料としてセラミックス板をターゲット２０の表面に対向して配置する。この配置下において、Ａｒ雰囲気６Ｐａ、基板温度２５０℃、高周波投入電力１４０Ｗの成膜条件下でセラミックス製の基体３０上に（Ｙ_２Ｏ_３）_１−_Ｘ−（Ｙ_２Ｓ_３）_Ｘ：Ｅｕ（２ａｔ．％）複合硫酸化物蛍光体薄膜を酸素及び硫黄含有量を基体３０上の長手方向（ｄ）に連続的に変化させた薄膜を形成することができる。膜中の酸素含有量はＹ_２Ｏ_３：Ｅｕ側からＹ_２Ｓ_３：Ｅｕ側に移動するに従ってほぼリニアに減少し、硫黄含有量はターゲットホルダー２２内のＹ_２Ｏ_３：Ｅｕ側からＹ_２Ｓ_３：Ｅｕ側に移動するに従ってほぼリニアに増加した。

上記のようにセラミックス製の基体３０上に作製した（Ｙ_２Ｏ_３）_１−_Ｘ−（Ｙ_２Ｓ_３）_Ｘ：Ｅｕ複合硫酸化物蛍光体薄膜に、Ａｒ雰囲気中、８００℃で１時間熱処理を施すことにより、エレクトロルミネッセンス素子用発光層としての機能を付与した。この後、蛍光体薄膜上を５ｍｍ間隔に区分して、それぞれに直径４ｍｍのＡｌ添加ＺｎＯ透明導電膜を高周波マグネトロンスパッタ法で形成し、セラミックスの裏面にＡｌ背面電極を真空蒸着法により形成して薄膜エレクトロルミネッセンス素子を作製した。硫黄含有量の増加に伴って、発光色が橙色から赤色へと変化した。したがって、本実施例のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、１回の成膜プロセスで（Ｙ_２Ｏ_３）_１−_Ｘ−（Ｙ_２Ｓ_３）_Ｘ：Ｅｕ複合硫酸化物蛍光体薄膜の色度調整の最適化ができた。

以上説明したように、ターゲットを任意に分割して、それぞれの区画された領域に異なるターゲット材料を配置し、基体はターゲット表面に対向して配置してなる任意のマグネトロンスパッタリング装置を用いることにより、構成元素及び添加不純物の両方もしくは一部が基体上で変化する薄膜を基体表面に形成でき、１回の成膜プロセスで薄膜の構成元素並びに添加不純物の含有量の最適化が可能となると言う顕著な効果が得られた。特に、ターゲットとして粉末材料を使用することにより、その生産性は飛躍的に向上する効果があり、蛍光体に代表されるような、複数の構成元素を含有する各種機能性複合系薄膜作製条件の最適化プロセスの省力化において、その効果は絶大である。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

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示す図である。ターゲットの一例の平面図である。実施例１に係るマグネトロンスパッタリング装置で使用されるターゲットならびに基体、および作製された薄膜の幾何学的な位置関係を示す図である。実施例１のターゲットを用いて成膜した薄膜におけるＧｅ含有量Ｘの基体位置依存性を示すグラフである。Ｚｎ_２Ｓｉ_１−ＸＧｅ_ＸＯ_４：Ｍｎ（２ａｔ．％）多元系酸化物蛍光体薄膜エレクトロルミネッセンス素子の１ｋＨｚ正弦波駆動時の最高輝度のＧｅ含有量依存性を示すグラフである。実施例２のターゲットならびに基体および作製された薄膜の幾何学的な位置関係を示す図である。実施例２におけるＺｎ_２Ｓｉ_０．６Ｇｅ_０．４Ｏ_４：Ｍｎ薄膜のＭｎ含有量の基体位置依存性を示す図である。実施例４で用いられるターゲットの構成を示す平面図である。

符号の説明

１０マグネトロンスパッタリング装置、２０ターゲット、２２ターゲットホルダー、３０基体、４０電力供給手段。

Claims

薄膜が堆積される基体と、
前記基体と対向して配置されたターゲットと、
前記ターゲットの表面に磁界を発生させる磁界発生手段と、
を備え、
前記ターゲットは、領域が複数に分割され、分割された領域ごとに組成の異なる複数の材料を有することを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料が、金属、合金、酸化物、硫化物、窒化物からなる群より選ばれた材料であることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料が、複合酸化物を構成する酸化物であることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料が、複合窒化物を構成する窒化であることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料が、複合硫化物を構成する硫化物であることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料が、複合酸窒化物を構成する酸化物および窒化物であることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料が、複合硫酸化物を構成する硫化物および酸化物であることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料における組成の違いが各材料中の不純物の種類または不純物の濃度に起因していることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。
前記ターゲットが有する複数の材料が、傾斜型材料を構成する材料であることを特徴とする請求項２に記載のマグネトロンスパッタリング装置。