JP2009161819A

JP2009161819A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP2009161819A
Application number: JP2008001378A
Authority: JP
Inventors: Yuko Nakamata; 祐子仲俣
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2009-07-23

Abstract

【課題】パーティクルの発生を低減した、透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置を提供すること。
【解決手段】スパッタリング装置３００は、基板を保持する基板保持部３０１と、基板保持部３０１とオフアクシスな位置に配置された対向するマグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂと、マグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂを収容するカソードボックス３０３と、マグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂの周囲に配置された防着板３１１および３１２とを備える。マグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂ上には、透明導電材料のターゲットがボンディングされる。基板保持部３０１とマグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂとの間にチムニー３０４が設けられている。本発明に係る防着板３１１および３１２は、ターゲットの透明導電材料と同程度の熱膨張係数を有する材料によりコーティングされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、スパッタリング装置に関し、より詳細には、透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置に関する。

表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」という。）が知られている。有機ＥＬ素子については、１９８７年、イーストマンコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって、高効率の発光を実現する２層積層構造の有機ＥＬ素子が発表されて以来、有機ＥＬ素子の実用化に向けて様々な検討がなされている（非特許文献１参照）。

例えば有機ＥＬディスプレイの分野では、近年、アクティブマトリックス駆動方式の有機ＥＬ素子の開発が盛んに行われている。アクティブマトリックス駆動方式では、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設けた基板の上に複数個の有機ＥＬ素子を形成し、それらの有機ＥＬ素子を光源とすることによってディスプレイを構成している。現状におけるアクティブマトリックス駆動方式のディスプレイでは、ＴＦＴや有機ＥＬ素子の特性のバラツキが大きく、そのバラツキを補正するために様々な駆動回路が必要となる。そして、駆動回路が複雑になると、一画素を駆動するのに必要とされるＴＦＴ数が増加することになる。

ディスプレイに適用される有機ＥＬ素子は、一般に、光をガラス基板面から取り出す、いわゆるボトムエミッション方式の素子（以下、「Ｂｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型素子」という。）として構成する場合が多い。図１にＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型素子の模式的断面図を示す。Ｂｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型素子１００は、ガラス基板１０１と、ガラス基板１０１上のＩＺＯで構成された下部電極１０２と、下部電極１０２上のＥＬ層１０３と、ＥＬ層１０３上の（ＬｉＦ／）Ａｌで構成された上部電極１０４とを備える。このようなＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型素子１００をアクティブマトリックス駆動方式のディスプレイに適用した場合、ＴＦＴの数の増加に伴い、下部電極１０１における光の取り出し面積が小さくなってしまう。

そこで、アクティブマトリックス駆動方式のディスプレイを構成する場合、図１に示したＢｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型素子よりも、光を上部電極側から取り出す「トップエミッション」方式の素子（以下「Ｔｏｐ−Ｅｍ型素子」という。）の方が構造的に有利であり、そのような素子の開発が進められている。図２にＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の模式的断面図を示す。Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子２００は、ガラス基板２０１と、ガラス基板２０１上のＩＺＯで構成された下部電極２０２と、下部電極２０２上のＥＬ層２０３と、ＥＬ層２０３上のＩＺＯで構成された上部電極２０４とを備え、上部電極２０４側から光を取り出す。ガラス基板２０１と下部電極２０２との間に、反射膜２０５が形成されている。

Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子２００において、上部電極２０４は十分な光透過性を有する必要がある。そのため、一般的に可視光に対して透過率が大きく、かつ大きな電気伝導性を示す物質で構成された透明導電性膜を上部電極として使用する。透明導電性膜には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｈなどの金属薄膜（たとえば、膜厚５ｎｍ以下）や、ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｄＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯなどの酸化物半導体薄膜及びそれらの複合材料であるＩＴＯ、ＩＺＯなどの酸化物半導体薄膜がある。ＩＴＯ、ＩＺＯなどで構成された透明導電性膜は、スパッタリングにより形成され、テレビ、透明ヒータ、液晶表示素子などの広い用途で電極として使用されている。

このように、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの酸化物半導体薄膜はＴｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の上部電極として使用しうるが、作製上の問題点がある。スパッタリング装置では、成膜を行うと基板のみならず装置内、特にカソード近辺にもスパッタ粒子が到達し、膜が形成される。通常スパッタ粒子は、ターゲットの周囲に設けられた防着板に付着して膜となり安定化するが、防着板との密着性が不充分であると、その防着板から膜剥離を生じ、パーティクルとなって基板に付着する。パーティクルは、有機ＥＬ素子がリークやショートなどを起こす原因となり、良品率を低下させる。

スパッタリング装置の防着板に関しては、いくつか先行技術がある。特許文献１には、カーボンスパッタ装置において防着板上のカーボン膜が剥離してノジュールが発生するのを抑制するために、防着板上にアルミニウム、アルミ合金、アルミナ等の表面の凹凸が大きなコーティング層を形成することが記載されている。特許文献２には、不純物を含まない良質な薄膜を成膜するために、シリコンをターゲットとし、防着板等の部品をターゲットと同一材料のシリコンまたはその酸化物もしくは窒化物で被膜するスパッタリング装置が記載されている。特許文献３には、金属性酸化膜および金属性窒化膜を成膜するためのスパッタ成膜装置において、成膜欠陥の発生を抑えるために、防着板をモリブデン（熱膨張率３．７×１０^-6）やタンタル（熱膨張率６．３×１０^-6）で形成し、防着板表面をアルミニウム等のスパッタ膜と付着強度の大きい材料でコーティングすることが記載されている。

特開２００１−７３１１５号公報特開２００４−１６５６５５号公報特開平４−２６８０６５号公報 C. W. Tang, S. A. VanSlyke, Appl. Phys. Lett., 51913(1987)

従来の技術では、パーティクルの発生を抑えて良好な素子を作製するのに不充分であり、さらなる改善が望まれている。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パーティクルの発生を低減した、透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置であって、カソード上のターゲットの周囲に配置された防着板と、前記防着板の表面に設けられた、前記ターゲットの材料と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性のコーティング層とを備え、前記カソードは、ＤＣ電源により電圧を印加されることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記コーティング層の材料と前記ターゲットの材料との熱膨張係数の差は、±５０％以内であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記コーティング層は、溶射法により形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、前記コーティング層は、イットリア、チタニア、アルミナ、ジルコニアまたはこれらの複合材料であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置であって、カソード上のターゲットの周囲に配置された防着板を備え、前記防着板は、前記ターゲットの材料と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の材料で形成されており、前記カソードは、ＤＣ電源により電圧を印加されることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記防着板の材料と前記ターゲットの材料との熱膨張係数の差は、±５０％以内であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかにおいて、前記防着板は、ブラスト処理されていることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれかにおいて、前記防着板は、イットリア、チタニア、アルミナ、ジルコニアまたはこれらの複合材料であることを特徴とする。

本発明によれば、防着板の表面に、ターゲットの材料と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性のコーティング層を設け、カソードに対してＤＣ電源により電圧を印加することにより、パーティクルの発生を低減した、透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置を提供することができる。

また、本発明によれば、防着板を、ターゲットの材料と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の材料で形成し、カソードに対してＤＣ電源により電圧を印加することにより、パーティクルの発生を低減した、透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図３は、本発明に係るスパッタリング装置を示している。スパッタリング装置３００は、基板を保持する基板保持部３０１と、基板保持部３０１とオフアクシスな位置に配置された対向するマグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂと、マグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂを収容するカソードボックス３０３と、マグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂの周囲に配置された防着板３１１および３１２とを備える。マグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂ上には、透明導電材料のターゲットがボンディングされる。基板保持部３０１とマグネティックカソード３０２Ａおよび３０２Ｂとの間にチムニー３０４が設けられている。

マグネティックカソード３０２Ａおよび３０２ＢにＤＣ電源から負電圧を印加させると、プラズマ中で発生したイオンがターゲットへ入射する。イオンによりターゲットがスパッタされ、スパッタされた透明導電粒子が基板に付着する。この動作は従来の対向ターゲットスパッタリング装置と同様である。スパッタリングが長時間にわたったり異常放電が生じたりすると、従来の技術では防着板から透明導電膜が剥離してパーティクルになる傾向にあるが、本発明に係る防着板３１１および３１２は、ターゲットの透明導電材料と同程度の熱膨張係数を有する材料によりコーティングされている。これにより、防着板３１１および３１２に形成された透明導電膜のストレスが小さくなって剥離が抑制され、パーティクル数が減少する。コーティング層を形成する代わりに、防着板３１１および３１２自体をターゲットの透明導電材料と同程度の熱膨張係数を有する材料により構成してもよい。

ターゲットに用いる透明導電材料としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ₂（酸化錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＡＺＯ（ＺｎＯにＡｌ₂Ｏ₃ドープ）、ＧＺＯ（ＺｎＯにＧａ₂Ｏ₃ドープ）などが挙げられる。

防着板３１１および３１２は、ステンレス製の箱形とすることができる。材料はステンレスの他に、アルミ（２．３×１０^-5／℃）としてもよい。

コーティング層は、たとえば溶射法を用いて形成することができる。コーティング層は、絶縁体であればよい。絶縁体で防着板を形成すると、ＤＣ電源によるターゲットのスパッタ中にスパッタされず、コンタミにならない。ターゲットをＲＦ電源でスパッタする場合はコンタミになる可能性があるが、本発明ではＤＣ電源を用いる。コーティング層とターゲットとなる透明導電材料の熱膨張係数は、防着板上に形成された透明導電膜のストレスを小さくするために同程度である必要があるが、ここで同程度とは、オーダーが同程度という意味である。特に、コーティング層とターゲットとなる透明導電材料との熱膨張係数の差は、±５０％以内であることが好ましい。ターゲットの材料がＩＴＯまたはＩＺＯであるとき、コーティング層の材料は、チタニア、アルミナ、イットリア、ジルコニアから選択されることが好ましく、また５．０×１０^-6〜１．０×１０^-5／℃程度の熱膨張係数を有する材料とすることが好ましい。

コーティング層にブラスト処理によりＲａ数μｍ程度の凹凸を形成すると、付着力があがり透明導電膜の剥離がさらに抑制される。

実施例
本発明に係るスパッタリング装置を用いて有機ＥＬ素子を作製した。まず、ガラス基板上にＣｒＢを１００ｎｍ形成した。次いでパターニングを行い、１５０℃における乾燥処理ならびに室温および１５０℃におけるＵＶ処理を施すことにより、ＣｒＢで構成された反射電極を形成した。ＣｒＢの成膜はＤＣスパッタリング法に従って、室温においてスパッタリングガスとしてＡｒを用い、３００Ｗのスパッタパワーを印加することにより行った。

次に、反射電極が形成されたガラス基板を蒸着装置に移動し、下部電極およびＥＬ層を順次形成した。成膜は、真空槽内圧は１×１０^-5Ｐａまで減圧し、真空を破らずに行った。ＥＬ層は、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、および正孔注入層を備える。電子注入層は、アルミキレート（Ａｌｑ３）と５０ｍｏｌ％Ｌｉを成膜し、膜厚１０ｎｍとした。電子輸送層は、アルミキレート（Ａｌｑ３）を成膜し、膜厚１０ｎｍとした。発光層としては４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を成膜し、膜厚を３５ｎｍとした。正孔輸送層としては、ｔブチルパーオキシベンゾエート(ＴＢＰＢ)を成膜し、膜厚を１０ｎｍとした。正孔注入層としては銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を成膜し、膜厚７５ｎｍとした。

そして、本発明に係るスパッタリング装置とメタルマスクを用いて、ＥＬ層の上にＩＺＯで構成された上部電極を形成した。マグネティックカソードの周囲に配置された防着板はステンレス製であり、ブラスト処理を施して凹凸を形成した後に、イットリアをガス溶射（ガスフレーム溶射機メテコ１２Ｅ使用）して１００μｍの厚さのコーティング層を設けた。ＩＺＯの成膜は、スパッタリングガスとしてＡｒを用いＤＣ５０Ｗのスパッタパワーを印加することによって２０ｎｍ成膜し、次いでスパッタリングガスとしてＡｒ/３％Ｏ₂を用いてＤＣ２００Ｗのスパッタパワーを印加することによって２００ｎｍを成膜した。ブラスト処理には、エアーブラスト機厚地鉄工ポータブルＡ−３Ｒを使用し、アルミナ（１２ｍａｈｓ）研磨剤を投射材とした。ブラスト粗さは、Ｒａ９μｍであった。

作製した素子は、大気に暴露せずグローブボックス（酸素濃度、水分濃度数ｐｐｍ以下）に移動して、ＵＶ封止を行った。封止内部にはゲッター材を塗布した。

このようにして得られた有機ＥＬ素子（以下「実施例１」という。）を駆動することによってリーク・ショート（良品率）を調べた。この結果を、本発明に係るスパッタリング装置の防着板に対するコーティングの材料やブラスト処理の有無を変えて作製した他の実施例および比較例についての良品率と併せて表１に結果を示す。また、表２に、防着板の母材およびコーティング層に用いた材料の熱膨張係数を示す。

実施例１と比較例１から、コーティング層を設け、ブラスト処理をすることにより大幅に良品率が向上することが分かった。また、実施例１〜５と比較例３から、コーティング層とターゲットの熱膨張係数が同程度であることで良品率が向上することが分かった。また、実施例６〜１０から、防着板とターゲットの熱膨張係数が同程度であることで良品率が向上することが分かった。

Ｂｏｔｔｏｍ−Ｅｍ型素子の模式的断面図を示す図である。Ｔｏｐ−Ｅｍ型有機ＥＬ素子の模式的断面図を示す図である。本発明に係るスパッタリング装置を示す図である。

符号の説明

３００スパッタリング装置
３０１基板保持部
３０２Ａ、３０２Ｂマグネティックカソード
３０３カソードボックス
３０４チムニー
３１１、３１２防着板

Claims

透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置であって、
カソード上のターゲットの周囲に配置された防着板と、
前記防着板の表面に設けられた、前記ターゲットの材料と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性のコーティング層と
を備え、
前記カソードは、ＤＣ電源により電圧を印加されることを特徴とするスパッタリング装置。
前記コーティング層の材料と前記ターゲットの材料との熱膨張係数の差は、±５０％以内であることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
前記コーティング層は、溶射法により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスパッタリング装置。
前記コーティング層は、イットリア、チタニア、アルミナ、ジルコニアまたはこれらの複合材料であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスパッタリング装置。
透明導電性膜を形成するためのスパッタリング装置であって、
カソード上のターゲットの周囲に配置された防着板を備え、
前記防着板は、前記ターゲットの材料と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の材料で形成されており、
前記カソードは、ＤＣ電源により電圧を印加されることを特徴とするスパッタリング装置。
前記防着板の材料と前記ターゲットの材料との熱膨張係数の差は、±５０％以内であることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング装置。
前記防着板は、ブラスト処理されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のスパッタリング装置。
前記防着板は、イットリア、チタニア、アルミナ、ジルコニアまたはこれらの複合材料であることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のスパッタリング装置。