JP2022048667A - スパッタ装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットから異物を取り除く作業性を向上させ、かつ、除去時間の短縮化を図ることを可能とするスパッタ装置及び成膜方法を提供する。【解決手段】基板が配されるチャンバ１０と、チャンバ１０内において、ターゲット１１０を基板と対向する対向領域Ｓ２と基板と対向しない非対向領域Ｓ１とに移動させる移動機構移動機構２３０と、ターゲット１１０が非対向領域Ｓ１に配された状態で、ターゲット１１０に堆積された異物を除去する除去部材としての異物除去ローラ３３１，３３２と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリングにより基板に薄膜を形成するスパッタ装置及び成膜方法に関する。

スパッタ装置において、スパッタリング時に回転する円筒状のターゲット（ロータリーカソードとも呼ばれる）を用いてスパッタリングを行う技術が知られている。このような技術においては、ターゲットのうち、スパッタリングに寄与されない部分（通常、両端）である非エロージョン部に経時的に異物が堆積する。このような異物は、異常放電や成膜部に異物が混入してしまうなどの原因となるため、チャンバを開放して、手作業などにより除去する必要がある。従って、異物を取り除く作業に手間と時間を費やしていた。

特開２０１３－２３４３７５号公報 特開２０１９－９４５４８号公報

本発明の目的は、ターゲットから異物を取り除く作業性を向上させ、かつ、除去時間の短縮化を図ることを可能とするスパッタ装置及び成膜方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のスパッタ装置は、
スパッタリングによって、スパッタリング時に回転する円筒状のターゲットの構成原子による薄膜を基板上に形成するスパッタ装置であって、
前記基板が配されるチャンバと、
前記チャンバ内において、前記ターゲットを前記基板と対向する対向領域と前記基板と対向しない非対向領域とに移動させる移動機構と、
前記ターゲットが前記非対向領域に移動した状態で、前記ターゲットに堆積された異物を除去する除去部材と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、除去部材によって、ターゲットに堆積された異物が除去されるので、チャンバを開放することなく、異物の除去が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、ターゲットから異物を取り除く作業性を向上させ、かつ、除去時間の短縮化を図ることができる。

本発明の実施例１に係るスパッタ装置の内部構成を上方から見た概略構成図である。 本発明の実施例１に係るスパッタ装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。 本発明の実施例１に係るスパッタ装置の内部構成を断面的に見た概略構成図である。 本発明の実施例１に係るターゲットユニットの概略構成図である。 本発明の実施例２に係るスパッタ装置の内部構成を断面的に見た概略構成図のうち特徴的な構成を中心に示した図である。 本発明の実施例３に係るスパッタ装置の内部構成を断面的に見た概略構成図のうち特徴的な構成を中心に示した図である。 電子デバイスの一例を示す模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１～図４を参照して、本発明の実施例１に係るスパッタ装置及び成膜方法について説明する。図１は本発明の実施例１に係るスパッタ装置の内部構成を上方から見た概略構成図である。図２は、図１において、矢印Ｖ１方向に見た断面図である。図３は、図１において、矢印Ｖ２方向に見た断面図である。図４は本発明の実施例１に係るターゲットユニットの概略構成図であり、同図（ａ）はターゲットユニットの付近を正面から見た概略構成図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡＡ断面図である。

＜スパッタ装置の全体構成＞
図１～図３を参照して、本実施例に係るスパッタ装置の全体構成について説明する。本実施例に係るスパッタ装置１は、内部が真空雰囲気となるチャンバ１０と、チャンバ１０内に備えられるターゲットユニット１００と、ターゲットユニット１００を移動させる移動機構２３０を有する駆動装置２００とを備えている。

チャンバ１０内には、基板Ｐを保持する基板保持機構１１と、マスクＭを保持するマスク保持機構１２が備えられている。これらの保持機構により、基板ＰとマスクＭは、成膜動作中（スパッタリング動作中）は静止した状態が保たれる。チャンバ１０は気密容器であり、排気ポンプ２０によって、その内部は真空状態（又は減圧状態）に維持される。ガス供給弁３０を開き、チャンバ１０内にガスを供給することで、処理に対する適切なガス雰囲気（又は圧力帯）に適宜変更ができる。チャンバ１０全体は接地回路４０により電気的に接地されている。

駆動装置２００は、大気ボックス２１０と、大気ボックス２１０の移動方向を案内する一対のガイドレール２２１，２２２と、大気ボックス２１０を移動させる移動機構２３０と、大気ボックス２１０の移動に伴って従動する大気アーム２４０とを備えている。大気ボックス２１０は、その内部が空洞により構成されており、大気アーム２４０の内部を通じて、チャンバ１０の外部と連通するように構成されている。そのため、大気ボックス２１０の内部は大気に曝された状態となっている。このような構成が採用されることで、チャンバ１０の外部に設けられた電源５０に接続された配線５１，５２をターゲットユニット１００に接続することができる。なお、ターゲットユニット１００は、大気ボックス２１０に固定されている。

大気ボックス２１０は、移動機構２３０によって、一対のガイドレール２２１，２２２に沿って、往復移動するように構成されている。移動機構２３０は、ボールねじ機構を採用しており、ボールねじ２３１と、ボールねじ２３１を回転させるモータなどの駆動源２３２とを備えている。ただし、大気ボックス２１０を往復移動させるための駆動機構については、ボールねじ機構に限定されることはなく、ラックアンドピニオン機構など、各種
公知技術を採用し得る。移動機構２３０にラックアンドピニオン機構を採用する場合は、搬送ガイド部分に設けることができる。

大気アーム２４０は、移動する大気ボックス２１０の空洞内に、チャンバ１０の外部に設けられた電源５０に接続された配線５１，５２を配するために設けられている。すなわち、大気アーム２４０は、その内部が空洞により構成され、かつ、大気ボックス２１０の移動に追随して動作するように構成されている。より具体的には、大気アーム２４０は、第１アーム２４１と第２アーム２４２とを備えている。第１アーム２４１は、その一端がチャンバ１０の底板に対して回動自在に構成されている。そして、第２アーム２４２は、その一端が第１アーム２４１の他端に対して回動自在に軸支され、その他端が大気ボックス２１０に対して回動自在に軸支されている。

以上のように構成される駆動装置２００により、大気ボックス２１０に固定されたターゲットユニット１００を、大気ボックス２１０と共に往復移動させることが可能となる。これにより、往路及び復路のうちの少なくともいずれか一方の移動中に、ターゲットユニット１００を稼働させることによって、基板Ｐに対して、成膜動作（スパッタリング）を行わすことができる。従って、大型の基板Ｐに成膜を形成する場合であっても、駆動装置２００により、ターゲットユニット１００を移動させながら成膜動作を行わせることで、基板Ｐの一端側から他端側に向かって連続的に薄膜を形成することができる。

＜ターゲットユニット＞
図４を参照して、本実施例に係るスパッタ装置１に適用可能なターゲットユニット１００の一例を説明する。ターゲットユニット１００は、ターゲット１１０と、ターゲット１１０の両端を支持するサポートブロック１２０及びエンドブロック１３０とを備えている。なお、本実施例においては、ターゲット１１０は、２本設けられており、これら２本のターゲット１１０の両端を支持するサポートブロック１２０及びエンドブロック１３０も、２本のターゲット１１０にそれぞれ一つずつ設けられている。ただし、本発明に係るスパッタ装置においては、ターゲットの個数が限定されることはない。ターゲット１１０は、スパッタリング時に回転する円筒状の部材であり、ロータリーカソードとも呼ばれる。サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０は、大気ボックス２１０の上面に固定されている。ターゲット１１０は、円筒状のターゲット本体１１１と、その内周に配される電極であるカソード１１２とを備えている。また、ターゲット１１０は、サポートブロック１２０及びエンドブロック１３０により回転自在に支持されており、エンドブロック１３０内に備えられた不図示のモータなどの駆動源により、スパッタリング時に回転するように構成されている。なお、マグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置の場合には、ターゲット１１０と基板Ｐとの間に磁場（漏洩磁場）を発生させるために、カソード１１２の内部に磁石が設けられる。

以上のように構成されるターゲットユニット１００においては、ターゲット１１０とアノードであるチャンバ１０との間に一定以上の電圧を印加することにより、これらの間にプラズマが発生する。そして、プラズマ中の陽イオンがターゲット１１０に衝突することで、ターゲット１１０（ターゲット本体１１１）からターゲット材料の粒子が放出される。ターゲット１１０から放出された粒子は、衝突を繰り返しながら、放出された粒子のうちターゲット物質の中性の原子が基板Ｐに堆積していく。これにより、基板Ｐには、ターゲット１１０の構成原子による薄膜が形成される。また、マグネトロンスパッタリング方式の場合には、上記の漏えい磁場によって、ターゲット１１０と基板Ｐとの間の所定領域にプラズマを集中させることができる。これにより、効率的にスパッタリングが行われるため、基板Ｐへのターゲット物質の堆積速度を向上させることができる。更に、本実施例に係るターゲットユニット１００においては、スパッタリングの最中にターゲット１１０が回転するように構成されている。これにより、ターゲット１１０の消耗領域（エロ―ジ
ョンによる浸食領域）が一部に集中することはなく、ターゲット１１０の利用効率を高めることができる。

以上のように構成されるターゲット１１０を備えるターゲットユニット１００は、大気ボックス２１０と共に、移動機構２３０を備える駆動装置２００により搬送される。図１中、範囲Ｓ０は、ターゲット１１０の移動範囲を示しており、ターゲット１１０は、チャンバ１０内において、基板Ｐと対向する対向領域Ｓ２から基板Ｐと対向しない非対向領域Ｓ１に至るまで移動するように構成されている。スパッタリングは、ターゲット１１０が対向領域Ｓ２を移動中に行われる。なお、非対向領域Ｓ１と対向領域Ｓ２との境界付近に、例えば、図２に示すように、隔壁６０を設けることで、ターゲット１１０の移動範囲を長くしなくても、非対向領域Ｓ１においてターゲット１１０と基板Ｐとが対向しないようにすることができる。つまり、ターゲット１１０が非対向領域Ｓ１に位置している間は、基板Ｐに薄膜が形成されないようにすることができる。

そして、本実施例に係るスパッタ装置１においては、チャンバ１０内に、ターゲット１１０におけるスパッタに寄与しない非エロージョン部に堆積された異物を除去する除去装置３００が設けられている。この除去装置３００は、モータなどを備える駆動源３１０と、駆動源３１０により一定範囲内で回転するように構成される保持部材３２０と、保持部材３２０により回転自在に軸支される除去部材としての異物除去ローラ３３１，３３２とを備えている。異物除去ローラ３３１，３３２の材料としては、ＰＥＥＫ、セラミック材料、バイトン等のゴム材料、アクリル系の粘着剤などを好適な例として挙げることができる。

以上のように構成される除去装置３００によって、ターゲット１１０が非対向領域Ｓ１に配された状態で、異物除去ローラ３３１，３３２によって、ターゲット１１０における非エロージョン部に堆積された異物を除去することができる。より具体的には、異物除去時には、２本のターゲット１１０がそれぞれ回転した状態で、駆動源３１０によって保持部材３２０が回転し、異物除去ローラ３３１，３３２が２本のターゲット１１０のうちの一方と他方にそれぞれ接触する。異物除去ローラ３３１，３３２は、それぞれのターゲット１１０の回転に従動回転するように構成されており、ターゲット１１０と異物除去ローラ３３１，３３２との接触部分で、ターゲット１１０に堆積された異物がそぎ落とされる。

なお、異物除去ローラ３３１，３３２は、ターゲット１１０の回転から少し遅れて（少し遅い回転速度で）従動回転するように構成することで、異物除去ローラ３３１，３３２の表面とターゲット１１０の表面との間で摩擦を生じさせることができ、効果的に異物を除去することができる。また、異物除去ローラ３３１，３３２については、ターゲット１１０の回転に従動させるのではなく、モータなどを用いて、能動的に回転させる構成を採用することもできる。この場合、ターゲット１１０と異物除去ローラ３３１，３３２との接触部分において、ターゲット１１０が移動する方向と異物除去ローラ３３１，３３２が移動する方向が逆になるようにすることで、異物除去効果を高めることができる。更に、異物除去ローラ３３１，３３２の表面に複数の凹凸を設けることで、異物除去効果を高めることもできる。

異物除去動作後は、駆動源３１０によって保持部材３２０が逆方向に回転して、異物除去ローラ３３１，３３２は２本のターゲット１１０から離れた状態となる。このように、除去装置３００は、異物除去ローラ３３１，３３２をターゲット１１０に対して接離させる接離機構を備える装置である。なお、図１，２においては、ターゲット１１０と異物除去ローラ３３１，３３２について、両者が離間した状態を実線で示し、両者が接した状態を点線にて示している。

本実施例に係るターゲット１１０においては、その回転中心軸線方向の両端が非エロージョン部となっている。異物除去時には、異物除去ローラ３３１，３３２が両端の非エロージョン部に接触することで、これら両端の非エロージョン部に堆積された異物が除去される。

＜成膜方法＞
スパッタ装置１による成膜方法（スパッタリング）について工程順に説明する。まず、チャンバ１０内で、駆動装置２００によって、ターゲット１１０を対向領域Ｓ２内で移動させながらスパッタリングが行われる。そして、異物を除去する際には、駆動装置２００によって、ターゲット１１０を非対向領域Ｓ１に移動させる。その後、非対向領域Ｓ１で、チャンバ１０内に配された除去装置３００に設けられた異物除去ローラ３３１，３３２によって、２本のターゲット１１０におけるスパッタに寄与しない非エロージョン部に堆積された異物が除去される。なお、一連の動作は、スパッタ装置１の動作を制御する制御装置（不図示）により行われる。ただし、除去装置３００における保持部材３２０を回転させる動作等については、チャンバ１０の外部から作業者が手動で行うように構成することもできる。また、異物の除去は、ターゲット１１０が１往復する度に行うようにしてもよいし、所定回数往復する度に行うようにしてもよいし、除去を行う頻度は適宜設定することができる。

本実施例に係るスパッタ装置１によれば、除去部材としての異物除去ローラ３３１，３３２によって、ターゲット１１０における非エロージョン部に堆積された異物が除去される。これにより、チャンバ１０を開放することなく、異物の除去が可能となる。従って、ターゲット１１０から異物を取り除く作業性を向上させ、かつ、除去時間の短縮化を図ることができる。

（実施例２）
図５には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、ターゲット及び除去装置の構成が上記実施例１とは異なる構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

図５は本発明の実施例２に係るスパッタ装置の内部構成を断面的に見た概略構成図のうち特徴的な構成を中心に示した図であり、実施例１と異なる構成を中心に示し、実施例１と同一の構成については、一部の構成を除き、省略して示している。

本実施例に係るスパッタ装置１Ａにおいては、ターゲットユニット１００Ａを構成するターゲット１１０Ａは、その回転中心軸線方向に並ぶように設けられる複数のターゲット片１１１Ａを備えている。

そして、本実施例に係る除去装置３００Ａは、モータなどを備える駆動源３１０Ａと、駆動源３１０Ａにより一定範囲内で回転するように構成される保持部材３２０Ａと、保持部材３２０Ａにより回転自在に軸支される除去部材としての異物除去ローラ３３０Ａとを備えている。異物除去ローラ３３０Ａは、ターゲット１１０Ａの回転中心軸線方向の両端の非エロージョン部に堆積された異物を除去する除去部３３１Ａと、複数のターゲット片１１１Ａにおける隣り合うターゲット片１１１Ａ同士の隙間１１２Ａに堆積する異物を除去する補助除去部３３２Ａを備えている。

以上のように、複数のターゲット片１１１Ａを備えるターゲット１１０Ａが採用される場合には、本実施例で示した異物除去ローラ３３０Ａを採用することで、隣り合うターゲ
ット片１１１Ａ同士の隙間１１２Ａに堆積する異物も除去することができる。なお、本実施例においても、上記実施例１と同様の効果が得られる。

（実施例３）
図６には、本発明の実施例３が示されている。本実施例においては、除去装置の構成が上記実施例１とは異なる構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は適宜省略する。

図６は本発明の実施例３に係るスパッタ装置の内部構成を断面的に見た概略構成図のうち特徴的な構成を中心に示した図であり、実施例１と異なる構成を中心に示し、実施例１と同一の構成については、一部の構成を除き、省略して示している。

上記実施例においては、除去装置３００が、ターゲット１１０の移動範囲Ｓ０の外側に配されて、異物除去ローラ３３１，３３２を保持する保持部材３２０は、ターゲット１１０の回転中心軸線と平行な軸を中心に回転するように構成される場合を示した。これに対して、本実施例に係るスパッタ装置１Ｂにおいては、除去装置３００Ｂは、ターゲット１１０が非対向領域Ｓ１に位置した状態で、ターゲット１１０の両側の位置に設けられるように構成されている。本実施例に係る除去装置３００Ｂにおいても、モータなどを備える駆動源３１０Ｂと、駆動源３１０Ｂにより一定範囲内で回転するように構成される保持部材３２０Ｂと、保持部材３２０Ｂにより回転自在に軸支される除去部材としての異物除去ローラ３３０Ｂとを備えている。本実施例に係る保持部材３２０Ｂは、ターゲット１１０の往復移動方向と平行な軸を中心に回転するように構成されている。

このように構成される除去装置３００Ｂを採用した場合においても、上記実施例１と同様の効果が得られる。

＜電子デバイスの製造装置＞
上記各実施例で示したスパッタ装置１，１Ａ，１Ｂは、電子デバイスを製造するための製造装置として利用可能である。以下、電子デバイスの製造装置、及び、電子デバイスの製造装置により製造される電子デバイスについて、図７を参照して説明する。スパッタ装置１，１Ａ，１Ｂは、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品などの製造において基板Ｐ上（基板Ｐの表面に積層体が形成されているものも含む）に薄膜（有機膜、金属膜、金属酸化物膜など）を堆積形成するために用いることができる。より具体的には、スパッタ装置１，１Ａ，１Ｂは、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどの電子デバイスの製造において好ましく用いられる。中でも、本実施例に係るスパッタ装置１，１Ａ，１Ｂは、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。

電子デバイスの製造装置により製造される有機ＥＬ素子の一例を図７に示している。図示の有機ＥＬ素子は、基板Ｐ上に、陽極Ｆ１、正孔注入層Ｆ２、正孔輸送層Ｆ３、有機発光層Ｆ４、電子輸送層Ｆ５、電子注入層Ｆ６、陰極Ｆ７の順番に成膜されている。本実施例に係るスパッタ装置１，１Ａ，１Ｂは、特に、有機膜上に、スパッタリングによって、電子注入層や電極（陰極や陽極）に用いられる金属膜や金属酸化物等の積層被膜を成膜する際に好適に用いられる。また、有機膜上への成膜に限定されず、金属材料や酸化物材料等のスパッタで成膜可能な材料の組み合わせであれば、多様な面に積層成膜が可能である。

（その他）
上記各実施例においては、異物を除去する除去部材が異物除去ローラの場合を示した。しかしながら、本発明に係る除去部材は、異物除去ローラに限らず、ブラシ状の部材など、各種の構成を採用し得る。

１ スパッタ装置
１０ チャンバ
１００ ターゲットユニット
１１０ ターゲット
２００ 駆動装置
２３０ 移動機構
３００ 除去装置
３３１，３３２ 異物除去ローラ
Ｓ１ 非対向領域
Ｓ２ 対向領域

Claims (8)

1. スパッタリングによって、スパッタリング時に回転する円筒状のターゲットの構成原子による薄膜を基板上に形成するスパッタ装置であって、
   前記基板が配されるチャンバと、
   前記チャンバ内において、前記ターゲットを前記基板と対向する対向領域と前記基板と対向しない非対向領域とに移動させる移動機構と、
   前記ターゲットが前記非対向領域に移動した状態で、前記ターゲットに堆積された異物を除去する除去部材と、
   を備えることを特徴とするスパッタ装置。
2. 異物除去時には、前記ターゲットが回転した状態で、前記除去部材が前記ターゲットに接触していることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ装置。
3. 前記除去部材は、前記ターゲットの回転に従動回転するローラであることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ装置。
4. 前記除去部材を前記ターゲットに対して接離させる接離機構を備ることを特徴とする請求項１，２または３に記載のスパッタ装置。
5. 前記ターゲットにおける回転中心軸線方向の両端が非エロージョン部となっており、異物除去時には、前記除去部材が両端の前記非エロージョン部に接触していることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のスパッタ装置。
6. 前記ターゲットは、前記ターゲットにおける回転中心軸線方向に並ぶように設けられる複数のターゲット片を備えており、
   前記除去部材は、前記複数のターゲット片における隣り合うターゲット片同士の隙間に堆積する異物を除去する補助除去部を備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のスパッタ装置。
7. スパッタリングによって、スパッタリング時に回転する円筒状のターゲットの構成原子による薄膜を基板上に形成する成膜方法であって、
   チャンバ内で、前記ターゲットを前記基板と対向する対向領域内で移動させながらスパッタリングを行う工程と、
   前記チャンバ内で、前記ターゲットを前記基板と対向しない非対向領域に移動させる工程と、
   前記非対向領域で、前記チャンバ内に設けられた除去部材によって、前記ターゲットに堆積された異物を除去する工程と、
   を含むことを特徴とする成膜方法。
8. 前記ターゲットを回転させながら前記除去部材を前記ターゲットに接触させることで、異物を除去することを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。

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