JP2007039712A - スパッタリング装置、成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下層の薄膜にダメージを与えず、エロージョン領域を広くできるスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面を対向させ、裏面に第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂを配置し、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂをマグネトロンスパッタしながら成膜対象物５を第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの側方を通過させ、少ないダメージで成膜した後、第三のターゲット２１ｃと正対する位置を通過させ、大きな堆積速度で薄膜を積層する。第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂを第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの裏面で動かし、エロージョン領域を広くする。
【選択図】 図１

Description

本発明はスパッタリング技術にかかり、特に、成膜面のダメージが少ないスパッタリング装置と成膜方法に関する。

有機ＥＬ素子は表示素子として近年着目されている。

図１０は、有機ＥＬ素子の構造２０１の構造を説明するための模式的な断面図である。
この有機ＥＬ素子２０１は、基板２１１上に、下部電極２１４と、有機層２１７、２１８と上部電極２１９とがこの順序で積層されており、下部電極２１４と上部電極２１９の間に電圧を印加すると、有機層２１７、２１８の内部又は界面で発光する。上部電極２１９をＩＴＯ膜(インジウム錫酸化物膜)等の透明導電膜で構成させると、発光光は上部電極２１９を透過し、外部に放出される。

上記のような上部電極２１９の形成方法は主に蒸着法が用いられている。
蒸着法では、蒸着源から昇華または蒸発によって放出される粒子は、中性の低エネルギー（数ｅＶ程度）粒子であるので、有機ＥＬ素子の陰極や保護膜を形成する場合は、有機膜にダメージを与えず、良好な界面を形成できるといったメリットがある。

しかし、蒸着法では有機膜との密着性が悪いため、ダークスポットが発生したり長期駆動により電極が剥離してしまうといった不具合が生じている。
また、生産性の観点からは、点蒸発源のため大面積では膜厚分布がとりづらいといった問題や、蒸発ボートの劣化や蒸発材料の連続供給が困難なため、メンテナンスサイクルが短いなどの問題がある。

上記の問題を解決する手法としてスパッタ法が考えられる。しかし、成膜対象物をターゲットに正対させる平行平板型のスパッタ法では、有機層上にアルミニウムの上部電極を形成した場合、有機ＥＬデバイスの駆動テストで発光開始電圧が著しく高くなったり、発光しないという不具合が生じている。これはスパッタ法ではプラズマ中の荷電粒子（Ａｒイオン、２次電子、反跳Ａｒ）や高い運動エネルギーを持ったスパッタ粒子が有機膜上へ入射するために、有機膜の界面を破壊して、電子の注入がうまく出来なくなるからである。

そこで従来技術でも対策が模索されており、図１１に示すようなスパッタ装置１１０が提案されている。
このスパッタリングリング装置１１０は、真空槽１１１を有しており、該真空槽１１１内には、ＩＴＯから成る二台のターゲット１２１ａ、１２１ｂが裏面をバッキングプレート１２２ａ、１２２ｂに取りつけられ、表面は互いに一定距離だけ離間して平行に対向配置されている。

バッキングプレート１２２ａ、１２２ｂの裏面には、磁石部材１１５ａ、１１５ｂが配置されている。
磁石部材１１５ａ、１１５ｂは、ヨーク１２９ａ、１２９ｂにリング状の磁石１２３ａ、１２３ｂが取りつけられている。

各磁石１２３ａ、１２３ｂは、それぞれ一方の磁極をターゲット１２１ａ、１２１ｂ向け、他方の磁極をターゲットとは反対方向に向けて配置されており、且つ、二個の磁石１２３ａ、１２３ｂは、異なる極性の磁極がターゲット１２１ａ、１２１ｂに向けられている。要するに、一方の磁石１２３ａが、ターゲット１２１ａにＮ極を向けている場合、他方の磁石１２３ｂは、ターゲット１２１ｂにＳ極を向けている。

真空排気系１１６によって真空槽１１１内を真空排気し、ガス導入系１１７からスパッタリングガスを導入し、ターゲット１２１ａ、１２１ｂに電圧を印加すると、ターゲット１２１ａ、１２１ｂで挟まれた空間にスパッタリングガスのプラズマが発生し、ターゲット１２１ａ、１２１ｂの表面がスパッタされる。

ターゲット１２１ａ、１２１ｂで挟まれた空間の側方には、成膜対象物１１３が配置されており、ターゲット１２１ａ、１２１ｂから斜めに飛び出し、真空槽１１１内に放出されたスパッタリング粒子によって、成膜対象物１１３表面に透明導電性薄膜(ＩＴＯ薄膜)が形成される。

このスパッタリング装置１１０では、図１２に示すように、二個の磁石１２３ａ、１２３ｂが形成する磁力線１３１により、ターゲット１２１ａ、１２１ｂが向かい合う空間が取り囲まれており、プラズマは磁力線１３１によって閉じこめられるため、成膜対象物１１３はプラズマに曝されず、成膜対象物１１３表面に露出する有機薄膜がダメージを受けない。
特開平１０−２５５９８７号公報 特開２００３−３０３６８１号公報

しかしながら、上述のスパッタリング装置１１０では、プラズマは磁力線１２８内に閉じこめられるものの、その強度は弱く、成膜速度が遅いという問題がある。
また、ターゲットのエロージョン領域が狭くターゲットの使用効率が低いという問題もある。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に所定間隔を開けて配置された第一、第二のターゲットとを有し、前記第一、第二のターゲットの間にプラズマを発生させ、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして、前記第一、第二のターゲットの側方の成膜対象物に薄膜が形成されるように構成されたスパッタリング装置であって、前記第一、第二のターゲットの裏面には、第一、第二の磁石部材がそれぞれ配置され、前記第一の磁石部材は、リング形状の第一のリング磁石と、前記第一のリング磁石の内側に配置された第一の中心磁石とを有し、前記第一のリング磁石と前記第一の中心磁石は前記第一のターゲットの裏面に異なる極性の磁極を向けて配置され、前記第二の磁石部材は、リング形状の第二のリング磁石と、前記第二のリング磁石の内側に配置された第二の中心磁石とを有し、前記第二のリング磁石と前記第二の中心磁石は前記第二のターゲットの裏面に異なる極性の磁極を向けて配置され、前記第一のリング磁石と前記第二のリング磁石は異なる極性の磁極が対向するように配置され、前記第一の中心磁石と前記第二の中心磁石も異なる極性の磁極が対向するように配置されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽には反応性ガスを導入するガス導入系が接続され、前記成膜対象物の表面には、前記第一、第二のターゲットの成分と前記反応性ガスの反応生成物の薄膜が形成されるように構成されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記導入孔は、前記第一、第二のターゲットの、前記成膜対象物とは反対側の位置に設けられたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二の磁石部材は前記第一、第二のターゲットに対してそれぞれ相対的に移動しながらスパッタされるように構成されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一の磁石部材の前記第一のターゲットに対する相対的な移動と、前記第二の磁石部材の前記第二のターゲットに対する相対的な移動とは、所定範囲内を同一周期で行われ、前記第一の磁石部材と前記第二の磁石部材の位置は、半周期ずらされたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽には、前記成膜対象物を移動させる移動機構が設けられ、前記成膜対象物を前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過させながら前記薄膜を形成するスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二の中心磁石は細長に形成され、前記第一、第二の中心磁石は前記成膜対象物の移動方向とは垂直な平面内に配置され、前記第一、第二の磁石部材の移動は、それぞれ前記第一、第二の中心磁石の長手方向と垂直な方向の成分を含むスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽内には第三のターゲットが、その表面を前記成膜対象物に向けて配置され、前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過した後、前記第三のターゲットに面する位置を通過するように構成されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、真空槽内に透明導電材料から成る第一、第二のターゲットを離間して配置し、前記第一、第二のターゲットの裏面に配置した第一、第二の磁石部材によって前記第一、第二のターゲット表面に磁場を形成し、前記真空槽内にスパッタリングガスと酸素ガスとを導入し、前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間内にプラズマを形成し、有機薄膜が表面に露出する成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの側方を通過させ、前記有機薄膜表面に透明導電性薄膜を形成する透明導電性薄膜の成膜方法であって、Ｎ極とＳ極のいずれか一方の磁極を第一の磁極、他方を第二の磁極とすると、前記第一、第二の磁石部材にはリング形状に形成された第一、第二のリング磁石と、第一、第二の内側に配置された中心磁石を配置し、前記第一の磁石部材の前記第一の磁極と、前記第二の磁石部材の前記第二の磁極とをリング状にしてそれぞれ前記第一、第二のターゲットの裏面に向け、前記第一の中心磁石の前記第二の磁極と、前記第二の中心磁石の第一の磁極をそれぞれ前記第一、第二のターゲットの裏面に向け、前記第一、第二の磁石部材を前記第一、第二のターゲットに対して相対的に移動させながらスパッタリングを行う成膜方法である。
また、本発明は、前記第一の磁石部材の前記第一のターゲットに対する相対的な移動と、前記第二の磁石部材の前記第二のターゲットに対する相対的な移動とは、所定範囲内を同一周期で行わせ、前記第一の磁石部材と前記第二の磁石部材の位置を半周期ずらす成膜方法である。
また、本発明は、前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの間を通過する間に、前記第一、第二の磁石部材は２周期以上移動させる成膜方法である。
また、本発明は、前記真空槽内に透明導電材料から成る第三のターゲットを配置し、前記成膜対象物を前記第一、第二のターゲット側方を通過させた後、前記第三のターゲットと面する位置を通過させ、前記第一、第二のターゲットによって形成した透明導電性薄膜の表面に、前記第三のターゲットによって形成した透明導電性薄膜を積層させる成膜方法である。

本発明によって形成できる透明導電性薄膜は、ＩＴＯ薄膜、ＳｎＯ₂薄膜、ＺｎＯ_x薄膜、ＩＺＯ薄膜等の種々の透明導電材料の薄膜が含まれる。

本発明は上記のように構成されており、所定間隔で離間された第一、第二のターゲットで挟まれた空間の近傍を、成膜面をその空間に向け、第一、第二のターゲットの側面とは離間した位置を通過させる。ターゲットから斜め方向に飛び出した小さいエネルギーのスパッタリング粒子によって成膜されるため、成膜対象物の表面に露出している薄膜へのダメージが少ない。

第一、第二の磁石部材は、第一、第二のリング磁石と、その内側の第一、第二の中心磁石は、異なる磁極が第一、第二のターゲットの裏面に向いている。従って、第一、第二のターゲットの表面には、ターゲットの表面に対して平行な磁力線が形成され、マグネトロンスパッタが生じるので、第一、第二のターゲットのスパッタリング速度が速くなる。

第一、第二の磁石部材は、第一、第二のターゲットに対して移動させるため、エロージョン領域が広くなる。第一、第二の磁石部材を静止させ、第一、第二のターゲットを移動させてもよい。また、第一、第二の磁石部材と第一、第二のターゲットが相対的に移動するものであれば、磁石とターゲットを異なる方向に一緒に移動させてもよい。

成膜対象物の移動速度をＳ、第一、第二のターゲットの表面間の距離をＷとすると、Ｗ／Ｓの間に、第一、第二の磁石部材は２周期以上移動する。これにより、移動に伴う成膜速度の変動が平均化される。
第一、第二のターゲットには、直流電圧を印加しても交流電圧を印加しても、それらを重畳した電圧を印加してもよい。

エロージョン領域を広げられるのでターゲットの使用効率が高くなる。

磁石部材を移動させても、成膜対象物に入射するスパッタリング粒子の量が平均化されるから、膜厚分布が均一な薄膜が得られる。
下層へのダメージの少ない薄膜の上に、高成膜レートで薄膜を積層させることができる。特に、有機薄膜上に電極膜を積層する場合に有機薄膜のダメージが少なく、発光量が多く、長寿命の有機ＥＬ素子が得られる。

図１の符号１０は、本発明の一例のスパッタリング装置を示している。
このスパッタリング装置１０は、縦型のインターバック式の装置であり、真空槽１１を有している。真空槽１１は、不図示のＬ／ＵＬ室とゲートバルブ４１を介して接続されている。Ｌ／ＵＬ室は、成膜対象物を保持するキャリアの仕込み、取り出しを行うように構成されており、Ｌ／ＵＬ室内のキャリアに成膜対象物を保持させ、ゲートバルブ４１を開け、真空槽１１の内部に搬入する。

真空槽１１の内部には、キャリアを搬送するための搬送機構が取り付けられている。図１の符号１４はその搬送機構によってキャリアが移動される移動経路を示しており、ここでは移動経路１４は直線であり、成膜対象物５を保持したキャリア１３は真空槽１１の内部を真っ直ぐ搬送されるように構成されている。

真空槽１１の内部には、第一のスパッタ室１６が設けられている。
第一のスパッタ室１６内には、透明導電材料から成る第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂが配置されている。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは板状であり、裏面はバッキングプレートに取りつけられている。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは、表面同士が向き合って所定間隔を開けて平行に配置されている。

各ターゲット２１ａ、２１ｂの裏面側には、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂがそれぞれ配置されている。ここでは、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは真空槽１１の外部に位置している。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの平面図を図５(ａ)、(ｂ)にそれぞれ示す。図１及び後述する図２、及び図３、４に示した第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂと第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは、図５(ａ)、(ｂ)のＡ−Ａ線切断面図に相当する。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、第一、第二のヨーク２９ａ、２９ｂを有しており、該第一、第二のヨーク２９ａ、２９ｂの表面には、リング形状の第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂと、細長の第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂがそれぞれ配置されている。

第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂは、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの外周よりも内側に位置しており、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの縁に沿って配置されている。ターゲット２１ａ、２１ｂは長方形であり、従って、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂは、四角リング形状になっている。

第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂは細長の長方形であり、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの内側に配置されている。第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂの長手方向は、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの長手方向に沿って配置されている。

第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの磁極と第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂの磁極は、一方が第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの裏面に向いた位置に形成され、他方がヨーク２９ａ、２９ｂの表面に向いた位置に形成されている。

従って、各磁石２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂの磁極は各磁石２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂの形状が反映され、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの磁極はリング形状であり、第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂの磁極は細長形状になっている。

第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂと第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂの磁極の二種類の極性(Ｎ極、Ｓ極)のうち、いずれか一方の極性の磁極を第一の磁極とし、他方の極性の磁極を第二の磁極とし、第一のターゲット２１ａの裏面に向けられた第一のリング磁石２３ａの磁極を第一の磁極とすると、第一の磁石部材１５ａでは、その内側の第一の中心磁石２４ａは、第二の磁極が第一のターゲット２１ａの裏面に向けられており、第一のリング磁石２３ａの第一の磁極と第一の中心磁石２４ａの第二の磁極の間に形成される磁力線が第一のターゲット２１ａを貫通し、第一のターゲット２１ａの表面に、一部が第一のターゲット２１ａの表面に対して平行な磁力線が生じるようになっている。

他方、第二の磁石部材１５ｂの第二のリング磁石２３ｂでは、第一のリング磁石２３ａとは反対の第二の磁極が第二のターゲット２１ｂの裏面に向けられており、その内側の第二の中心磁石２４ｂでは、第一の磁極が第二のターゲット２１ｂの裏面に向けられている。

従って、第二の磁石部材１５ｂでも、第二のターゲット２１ｂの表面には、第二のリング磁石２３ｂと第二の中心磁石２４ｂの間に形成される磁力線が第二のターゲット２１ｂを貫通し、一部が第二のターゲット２１ｂの表面に、該第二のターゲット２１ｂの表面に対して平行な磁力線が生じるようになっている。
第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面に平行な部分の磁力線は電子をトラップし、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂのスパッタ効率を向上させる。

図２の符号３１ａ、３１ｂは、その磁力線を示している。図２では、第一の磁極が符号Ｎ、第二の磁極が符号Ｓで表されている。
また、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂは、異なる磁極が向き合っているので、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの間に磁力線３２が発生される。この磁力線３２は、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの間に筒状に形成される。この磁力線３２は、荷電粒子が第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ間から外に飛び出すのを抑止する。

また、第一のリング磁石２３ａと第一の中心磁石２４ａの間には磁力線３１ａが発生する。磁力線３１ａは第一のターゲット２１ａに水平な成分を有するので、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間に形成されるプラズマは、主に磁力線３１ａのターゲットと水平の部分に発生する。このプラズマにより第一のターゲット２１ａがスパッタされるので、水平磁場の部分が多くスパッタされ、均一にエロージョン領域が形成されない。第二のターゲット２１ｂについても同様である。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂには、不図示の移動装置が接続されており、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して相対的に移動するように構成されている。
その結果、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面を、磁力線３１ａ、３１ｂが移動することでプラズマが移動するので、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面のエロージョン領域が拡大する。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの長手方向に対して垂直(即ち、短辺方向に対して平行)な方向であり、エロージョン領域ができるだけ広くなるようにされている。

また、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、所定の範囲を同一周期で繰り返し往復移動するように構成されており、且つ、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの移動は、半周期ずらされている。ここでは、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動範囲は第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの裏面からはみ出さない範囲であり、往復移動の距離は、互いに等しくされている。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは、互いに正対しており、その長辺は、キャリア１３の移動経路１４に向けられている。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面は、キャリア１３の移動経路１４に対して垂直にされている。

従って、図３に示すように、第一の磁石部材１５ａがキャリア１３の移動経路１４に対して最も近づいたときには第二の磁石部材１５ｂは、キャリア１３の移動経路１４から最も遠ざかり、その逆に、図４に示すように、第一の磁石部材１５ａがキャリア１３の移動経路１４から最も遠ざかったときには第二の磁石部材１５ｂは、キャリア１３の移動経路１４に最も近づく。

図８(ａ)〜(ｃ)は、半周期ずれた第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの相対的な位置関係を示しており、符号３５は、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動方向を示しており、直線上を周期的に移動する。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂで形成される磁力線が、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面に平行な部分が多くスパッタリングされるが、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは交互に成膜対象物５に近づくため、成膜対象物５に入射するスパッタリング粒子の量の変動は平均化され、成膜対象物５表面の膜厚分布が均一になるように構成されている。

このスパッタリング装置１０を用い、成膜対象物５表面に薄膜を形成する工程を説明する。
先ず、真空槽１１に接続された真空排気系１９を動作させ、真空槽１１内部を所定圧力まで真空排気しておく。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの一長辺は成膜対象物５の移動経路１４に向かい、他の長辺は第一のスパッタ室１６の壁面に向けられており、その壁面には、ガス供給系１８が接続され、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間に反応性ガスとスパッタリングガスを導入できるように構成されている。

反応性ガスとスパッタリングガスを導入し、第一のスパッタ室１６の内部が所定圧力で安定した後、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに交流電圧又は直流電圧を印加すると、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間にプラズマが形成される。プラズマは水平磁場の近傍に発生する。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂを上記のように移動させ、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面をスパッタリングすると、スパッタリング粒子の一部は第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間から成膜対象物５の移動経路１４に向かって飛行する。

この状態でキャリア１３が移動経路１４に沿って移動し、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで挟まれた空間に面する位置に至ると、キャリア１３に保持された成膜対象物５は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間に正対する。従って、成膜対象物５が、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで挟まれた空間に面する位置を通過すると、スパッタリング粒子が成膜対象物５の表面に到達する。

このとき、成膜対象物５の表面に入射するスパッタリング粒子は第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面から斜め方向に飛び出した粒子であり、そのエネルギーは小さいため、成膜対象物５の表面にダメージを与えることなく薄膜が形成される。

また、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂをスパッタリングするプラズマは、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間に閉じこめられており、成膜対象物５がプラズマに曝されないので、成膜対象物５表面がプラズマによってダメージを受けない。
成膜対象物５の移動経路１４の第一のスパッタ室１６に面する位置よりも下流側には第二のスパッタ室１７が配置されている。

第二のスパッタ室１７内には第三のバッキングプレート２２ｃが配置されており、その表面には第三のターゲット２１ｃが設けられている。第三のターゲット２１ｃの裏面側には、第三の磁石部材１５ｃが配置されている。ここでは、第三のターゲットは、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂと同じ物質で構成されている。

第三の磁石部材１５ｃは、ヨーク２９ｃ上に第三のリング磁石２３ｃと第三の中心磁石２４ｃが配置されており、第三のターゲット２１ｃの表面に、該第三のターゲット２１ｃの表面と平行な部分を有する磁力線が形成され、第三のターゲット２１ｃの表面は高効率でスパッタされるようになっている。

第三のターゲット２１ｃの表面は移動経路１４に向けられており、成膜対象物５が第三のターゲット２１ｃと正対する位置を通過するように構成されており、これにより、第三のターゲット２１ｃから垂直に飛び出したスパッタリング粒子が成膜対象物５に到達する。

このとき、成膜対象物５の表面には第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂによって第一の薄膜が形成されており、第三のターゲット２１ｃのスパッタリング粒子は、第一の薄膜の表面に入射し、第一の薄膜の下層の薄膜にダメージを与えることなく第二の薄膜が形成される。ここでは、第一、第二の薄膜はＩＴＯ薄膜から成る透明導電性薄膜である。

そのスパッタリング粒子は、第三のターゲット２１ｃの表面から垂直に飛び出した粒子であり、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂから入射するスパッタリング粒子の量に比べて多量であり、第一の薄膜に比べると第二の薄膜の成膜速度は速い。

なお、実験によると、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの短辺方向の長さ(幅)が９０ｍｍであった場合、短辺と平行な方向に第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂを±１０ｍｍ移動させることにより、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面の非エロージョン部はなくすことが可能であった。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間隔(表面と表面の距離)は、４０〜１５０ｍｍに設定するのが好ましい。対向する間隔が狭いと成膜レートが遅くなり、ターゲット間隔が大きすぎると対向したターゲット空間中に発生する磁場を有効に使えなくなるためであり、上記設定値が有効な範囲であることを、下記表１の実験結果に示す。

実験条件は、成膜対象物５はガラス基板、スパッタリングガスはアルゴンガス、反応性ガスは無添加又はＯ₂ガス、ターゲットはＩＴＯであり、成膜対象物５の表面にＩＴＯ薄膜から成る透明導電性薄膜を形成した。

成膜対象物５を移動させながら成膜する場合、形成する薄膜の全膜厚分を、対向する第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで成膜するのは非効率であり、上記実施例のように、下地膜へのダメージ回避が目的であれば、成膜の初期だけダメージを回避する方法で成膜し、残りの膜厚は成膜レートが大きい平行平板型スパッタリング法によって成膜した方が効率的である。

下記表２に、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで成膜したＩＴＯ薄膜の上に、第三のターゲット２１ｃで形成したＩＴＯ薄膜を積層した場合の抵抗値と透過率を示す。形成温度は室温である。

合計膜厚が同じであっても第一の薄膜の膜厚が薄いほど抵抗値が低いという結果になった。ダメージについては有機薄膜上へ第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂと、第三のターゲット２１ｃの順に成膜してＩＴＯ薄膜を形成し、有機ＥＬ素子を形成し、発光輝度、発光開始電圧を調べた。有機層と密着する第一の薄膜を第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで形成した場合、合計膜厚を１００，２００，３００Åと増加させても、蒸着で成膜した上部電極膜と同レベルであった。

以上は第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂが直線状であったが本発明はそれに限定されるものではない。
例えば、図６の磁石部材１５ｄに示すように、第一、第二の中心磁石２４ｄはリング状であってもよい。この場合、第一、第二の中心磁石２４ｄのリングを長方形にし、長手方向を第一、第二のリング磁石２３ｄの長手方向に合致させ、その中央に配置するとよい。図６の符号２９ｄ、及び下記の図７の符号２９ｅはヨークである。

また、図７の磁石部材１５ｅに示すように、第一、第二のリング磁石２３ｅの中央に、直線状の第一、第二の中心磁石２４ｅを、第一、第二のリング磁石２３ｅの長手方向に合致する方向に配置し、更に、第一、第二のリング磁石２３ｅと、第一、第二の中心磁石２４ｅの間に、リング形状の付加的な磁石２５ｅを配置してもよい。

要するに、本発明の第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、２３ｅと、第一、第二の中心磁石２４ａ、２４ｂ、２４ｄ、２４ｅとを含む他、付加的な磁石２５ｅのような他の磁石が設けられていてもよい。

移動方向については、上記例では第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂを、長辺に垂直な方向に一定周期で往復移動させたが、本発明はそれに限定されるものではなく、長辺に垂直方向の成分に加え、長辺に沿った方向の成分を含んでいてもよい。例えば、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して円運動や楕円運動をしてもよい。

図９(ａ)〜(ｈ)は、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂが楕円形状の移動方向３６に沿って移動する場合の相対的な位置関係を示す図である。

この場合も、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、所定範囲内を同じ周期で繰り返し移動するように構成されており、半周期ずらすと、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、交互に成膜対象物５に近接するので、成膜対象物５に入射するスパッタリング粒子の量が平均化され、成膜対象物５表面の膜厚分布が均一になる。

本発明では、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの側方を通過する成膜対象物５の速度は、１０ｃｍ／分〜１００ｃｍ／分である。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面は平行であり、その間隔は１００ｍｍ程度であり、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動周期は、成膜対象物５が、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間を通過する間に二周期以上の移動が行われるようになっており、これにより、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動が半周期ずれていることに加え、更に第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動による成膜速度の変化が平均化されるようになっている。

なお、上記例では第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは平行に配置したが、角度を付け、間隔が広い方の側面の近傍を成膜対象物５を通過させてもよい。

＜実施例１＞
有機ＥＬ製造装置（アルバック(株)製ＳＡＴＥＬＬＡ）にて、Ａｇ／ＩＴＯ電極がパターニングされたガラス基板の表面をＯ₂プラズマ洗浄し、有機ＥＬの各層を順次蒸着法で形成した。

例えば４，４’−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−N−フェニルアミノ〕ビフェニル（以下ＮＰＢと略す）を正孔輸送層として３５ｎｍの厚さで形成し、さらに例えば８−オキシキノリノアルミニウム錯体（以下Ａｌｑ３と略す）を発光層として５０ｎｍの厚さで形成し、さらに陰極バッファ層としてＬｉＦを蒸着により５ｎｍの厚さで形成した。

有機ＥＬ製造装置に取り付けられている窒素置換のグローブボックス内へ基板を搬送して、密閉容器内へ基板を入れて密閉容器を大気中に取り出した。その後、上記スパッタリング装置１０に取り付けられたＮ₂グローブボックス中へ密閉容器を仕込み、その中で密閉容器を開封して基板を取り出し、Ｌ／ＵＬ室に取り付けられたキャリア１３上へその基板をセットした。
さらに、その基板上にＩＴＯ薄膜を電極として形成するためのマスクを装着して成膜対象物５を構成させた後、Ｌ／ＵＬ室内を真空排気した。

所定の圧力になったところでゲートバルブ４１を開け、成膜対象物５を真空槽１１内へ搬入し、キャリア１３を移動させながら成膜した。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂにより２０ｎｍ、第三のターゲット２１ｃにより８０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。

ＩＴＯ成膜条件は成膜圧力０．６７Ｐａ、導入ガスはＡｒ２００ＳＣＣＭ、酸素２．０ＳＣＣＭである。投入パワーは第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂには、ＡＣ電源９７０Ｗ（１．０８Ｗ／ｃｍ²／ｃａｔｈｏｄｅ）であり、第三のターゲット２１ｃには、ＤＣ電源６２０Ｗ（１Ｗ／ｃｍ²）である。

ダイナミックレートは第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂが２ｎｍ・ｍ／ｍｉｎ、第三のターゲット２１ｃが８ｎｍ・ｍ／ｍｉｎであった。
搬送速度は０．１ｍ／ｍｉｎである。また、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、２０ｍｍ幅、３０回／ｍｉｎ周期で往復運動させた。
透明導電性薄膜の成膜が完了したのち、キャリア１３をＬ／ＵＬ室に戻して、基板を取り出した。

作製した有機ＥＬ素子をＮ₂雰囲気中のチャンバーにセットして、初期輝度３００ｃｄ／ｍ²の条件で連続発光させたところ、５０００ｈ後もダークスポットの発生は認められなかった。電圧上昇は２Ｖであった。蒸着透明導電性薄膜のＥＬ素子を作製と比較して同様な結果が得られたため、本スパッタリング装置１０で作製したスパッタ透明導電性薄膜はスパッタダメージがないことが確認された。

＜実施例２＞
実施例１記載の有機ＥＬ素子作製工程においてＩＴＯから成る第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに、ＡＣ電源の代わりにＤＣ電源を用い、それぞれＤＣパワー４５０Ｗ（１Ｗ／ｃｍ₂）で透明導電性薄膜の成膜を行った。ダイナミックレートは２ｎｍ・ｍ／ｍｉｎであった。それ以外はすべて実施例１と同様なプロセスとした。

作製した有機ＥＬ素子の評価を実施例１に準じて行った。初期輝度３００ｃｄ／ｍ２の条件で連続発光させたところ、５０００ｈ後もダークスポットの発生は認められなかった。

＜実施例３＞
実施例１記載のＥＬ素子基板作製工程においてＩＴＯから成る第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで形成した薄膜の膜厚と、ＩＴＯから成る第三のターゲット２１ｃで形成した薄膜の膜厚を変化させた。第一、第二／第三を、１０ｎｍ／９０ｎｍ、３０ｎｍ／７０ｎｍ、５０ｎｍ／５０ｎｍとした。それぞれの膜厚はキャリア１３の搬送速度を調節することにより変えた。

作製した有機ＥＬ素子の評価を実施例１に準じて行った。初期輝度３００ｃｄ／ｍ２の条件で連続発光させたところ、５０００ｈ後もダークスポットの発生は認められなかった。

＜比較例１＞
実施例１記載のＥＬ素子基板作製工程においてＩＴＯ成膜部分で第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂを使用せず、第三ターゲット２１ｃだけで透明導電性薄膜を形成した。膜厚は１００ｎｍである。それ以外は実施例１と同様のプロセスとした。

作製した有機ＥＬ素子の評価を実施例１に準じて行った。初期輝度３００ｃｄ／ｍ２の条件で連続発光させようとしたが、２０Ｖ印加しても２５０ｃｄ／ｍ２の輝度しか得られず、初期劣化が認められた。

なお、上記の実施例では、ＩＴＯ薄膜を成膜する場合について説明したが、本発明で形成できる透明導電性薄膜はＩＴＯ薄膜に限定されるものではなく、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ_x、ＩＺＯ等の種々の透明導電材料の薄膜を形成することができる。
更に、ＳｉＯ_x、ＳｉＮ_x等の保護膜やアルミニウムなどの金属薄膜の形成にも用いることができる。

本発明のスパッタリング装置を説明するための図 第一、第二の磁石部材が形成する磁力線を説明するための図 第一、第二の磁石部材の移動を説明するための図(１) 第一、第二の磁石部材の移動を説明するための図(２) (ａ)、(ｂ)：第一、第二の磁石部材の磁石配置の一例を説明するための平面図 第一、第二の磁石部材の磁石配置の他の例を説明するための平面図 第一、第二の磁石部材の磁石配置の更に他の例を説明するための平面図 (ａ)〜(ｃ)：第一、第二の磁石部材が直線上を移動する場合の相対的な位置関係を説明するための図であり、一周期の移動を示す (ａ)〜(ｈ)：第一、第二の磁石部材が楕円上を移動する場合の相対的な位置関係を説明するための図であり、一周期の移動を示す 有機ＥＬ素子の構造を説明するための模式的な断面図 従来技術のスパッタリング装置を説明するための図 その磁石部材が形成する磁力線を説明するための図

符号の説明

５……成膜対象物
１０……スパッタリング装置
１１……真空槽
１５ａ……第一の磁石部材
１５ｂ……第二の磁石部材
２１ａ……第一のターゲット
２１ｂ……第二のターゲット
２１ｃ……第三のターゲット
２３ａ……第一のリング磁石
２３ｂ……第二のリング磁石
２３ｄ、２３ｅ……第一、第二のリング磁石
２４ａ……第一の中心磁石
２４ｂ……第二の中心磁石
２４ｄ、２４ｅ……第一、第二の中心磁石

Claims (12)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に所定間隔を開けて配置された第一、第二のターゲットとを有し、
   前記第一、第二のターゲットの間にプラズマを発生させ、前記第一、第二のターゲットをスパッタリングして、前記第一、第二のターゲットの側方の成膜対象物に薄膜が形成されるように構成されたスパッタリング装置であって、
   前記第一、第二のターゲットの裏面には、第一、第二の磁石部材がそれぞれ配置され、
   前記第一の磁石部材は、リング形状の第一のリング磁石と、前記第一のリング磁石の内側に配置された第一の中心磁石とを有し、前記第一のリング磁石と前記第一の中心磁石は前記第一のターゲットの裏面に異なる極性の磁極を向けて配置され、
   前記第二の磁石部材は、リング形状の第二のリング磁石と、前記第二のリング磁石の内側に配置された第二の中心磁石とを有し、前記第二のリング磁石と前記第二の中心磁石は前記第二のターゲットの裏面に異なる極性の磁極を向けて配置され、
   前記第一のリング磁石と前記第二のリング磁石は異なる極性の磁極が対向するように配置され、
   前記第一の中心磁石と前記第二の中心磁石も異なる極性の磁極が対向するように配置されたスパッタリング装置。
2. 前記真空槽には反応性ガスを導入するガス導入系が接続され、
   前記成膜対象物の表面には、前記第一、第二のターゲットの成分と前記反応性ガスの反応生成物の薄膜が形成されるように構成された請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記導入孔は、前記第一、第二のターゲットの、前記成膜対象物とは反対側の位置に設けられた請求項２記載のスパッタリング装置。
4. 前記第一、第二の磁石部材は前記第一、第二のターゲットに対してそれぞれ相対的に移動しながらスパッタされるように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
5. 前記第一の磁石部材の前記第一のターゲットに対する相対的な移動と、前記第二の磁石部材の前記第二のターゲットに対する相対的な移動とは、所定範囲内を同一周期で行われ、
   前記第一の磁石部材と前記第二の磁石部材の位置は、半周期ずらされた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
6. 前記真空槽には、前記成膜対象物を移動させる移動機構が設けられ、前記成膜対象物を前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過させながら前記薄膜を形成する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
7. 前記第一、第二の中心磁石は細長に形成され、前記第一、第二の中心磁石は前記成膜対象物の移動方向とは垂直な平面内に配置され、
   前記第一、第二の磁石部材の移動は、それぞれ前記第一、第二の中心磁石の長手方向と垂直な方向の成分を含む請求項６記載のスパッタリング装置。
8. 前記真空槽内には第三のターゲットが、その表面を前記成膜対象物に向けて配置され、
   前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過した後、前記第三のターゲットに面する位置を通過するように構成された請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のスパッタリング装置。
9. 真空槽内に透明導電材料から成る第一、第二のターゲットを離間して配置し、
   前記第一、第二のターゲットの裏面に配置した第一、第二の磁石部材によって前記第一、第二のターゲット表面に磁場を形成し、
   前記真空槽内にスパッタリングガスと酸素ガスとを導入し、前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間内にプラズマを形成し、
   有機薄膜が表面に露出する成膜対象物を、前記第一、第二のターゲットの側方を通過させ、前記有機薄膜表面に透明導電性薄膜を形成する透明導電材料膜の成膜方法であって、
   Ｎ極とＳ極のいずれか一方の磁極を第一の磁極、他方を第二の磁極とすると、
   前記第一、第二の磁石部材にはリング形状に形成された第一、第二のリング磁石と、第一、第二の内側に配置された中心磁石を配置し、
   前記第一の磁石部材の前記第一の磁極と、前記第二の磁石部材の前記第二の磁極とをリング状にしてそれぞれ前記第一、第二のターゲットの裏面に向け、
   前記第一の中心磁石の前記第二の磁極と、前記第二の中心磁石の第一の磁極をそれぞれ前記第一、第二のターゲットの裏面に向け、前記第一、第二の磁石部材を前記第一、第二のターゲットに対して相対的に移動させながらスパッタリングを行う成膜方法。
10. 前記第一の磁石部材の前記第一のターゲットに対する相対的な移動と、前記第二の磁石部材の前記第二のターゲットに対する相対的な移動とは、所定範囲内を同一周期で行わせ、
    前記第一の磁石部材と前記第二の磁石部材の位置を半周期ずらす請求項９記載の成膜方法。
11. 前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの間を通過する間に、前記第一、第二の磁石部材は２周期以上移動させる請求項１０記載の成膜方法。
12. 前記真空槽内に透明導電材料から成る第三のターゲットを配置し、
    前記成膜対象物を前記第一、第二のターゲット側方を通過させた後、前記第三のターゲットと面する位置を通過させ、
    前記第一、第二のターゲットによって形成した透明導電性薄膜の表面に、前記第三のターゲットによって形成した透明導電性薄膜を積層させる請求項９又は請求項１１のいずれか１項記載の成膜方法。

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