JP4531599B2 - スパッタ源、スパッタ装置 - Google Patents

Description

本発明は有機ＥＬ素子の製造方法および製造装置に関し、特に有機層上にスパッタリングにより電極を形成する有機ＥＬ素子の製造方法および製造装置に関する。

従来では有機層上に電極、特に金属もしくは合金の電極を形成する場合、蒸着法が採用されていた。蒸着法では、電子などがほとんど発生せず有機層に損傷を与えないためである。

しかし、蒸着法では、金属もしくは合金を高温に加熱して蒸発させ有機層が形成された基板に蒸着するため、有機層が高温で損傷しないよう、蒸着源を基板から充分離し、かつ基板を冷却する必要があった。さらに、温度上昇を抑えるため成膜速度も速くできなかった。

さらに、蒸着法では高沸点の金属は使用できないため、使用する金属に制限があった。特に、高沸点の金属化合物等は使用できなかった。
このため、スパッタリングにより有機層上に電極膜を形成する方法が提案されている。

しかし、通常の半導体上などに電極膜を形成するスパッタリング方法では、発生した荷電粒子が有機層に損傷を与える場合がある。有機ＥＬ等で使用される有機層は非常に繊細なため、入射した荷電粒子による損傷で電子もしくはホールの伝達等の機能が消失もしくは著しく低下する場合がある。

このため、基板とターゲットの間に、接地電位もしくは正電位のグリッド電極やアパーチャを設けて基板に衝突する電子を減少させる技術が公開されている（特許文献１）。

さらに、基板とターゲットの間に、基板と平行な磁場を発生させ基板に衝突する電子を減少させる技術が公開されている（特許文献２）。

しかし、上記従来技術では、基板の大型化に伴いグリッド電極やアパーチャの大型化、磁場発生装置の大型化が必要で、実質的に対応が困難である。さらに、大きなグリッド電極やアパーチャを備えると、クリーニングの頻度が大きくなりメンテナンス上不利になる場合もある。さらに、汚れの剥離によるアーキングなどの影響を大きく受ける場合もある。

さらにまた、複数の金属を同時にもしくは順次に成膜する場合に、一の装置で実施できない場合があった。
特開平１０−１５８８２１ 特開平１０−２２８９８１

有機層上にスパッタリングにより金属等のスパッタ膜を形成する場合に、有機層へのダメージを抑えることができる電極膜の形成方法および形成装置を提供する。
さらに、基板が大型化しても対応が容易であるスパッタ膜の形成方法および形成装置を提供する。

さらに、複数の金属を同時もしくは順じ、一の装置で形成できるスパッタによる電極膜の形成装置を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、ターゲットと、前記ターゲットを取り囲む筒状側壁とを有し、前記筒状側壁の筒先端に形成された粒子通路から前記ターゲットのスパッタリング粒子が放出されるように構成されたスパッタ源であって、前記粒子通路に磁力線を形成する磁力線形成部とを有し、前記筒状側壁から該スパッタ源の外部に放出される荷電粒子の飛行方向は、前記磁力線で曲げられるように構成されたスパッタ源である。
また、本発明は、導電性の板に複数の孔が形成されたフィルタが前記筒先端に配置され、前記粒子通路は前記フィルタの孔によって構成されたスパッタ源である。
また、本発明は、前記フィルタは、前記スパッタ源が配置された真空槽と同電位に接続されたスパッタ源である。
また、本発明は、前記磁力線形成部は、前記筒先端に配置された第一のトラップ磁石と、前記第一のトラップ磁石の外側に離間して配置された第二のトラップ磁石を有し、前記粒子通路に形成される磁力線は、前記第一、第二のトラップ磁石の間に形成されるスパッタ源である。
また、本発明は、真空槽内に本発明のスパッタ源が配置され、前記スパッタ源により、前記真空槽内に搬入された成膜対象物に薄膜を形成するように構成されたスパッタ装置である。

本発明は上記のように構成されており、筒状側壁内で生成されたスパッタリング粒子が通る粒子通路を有しており、磁力線形成部が粒子通路に配置する磁力線により、粒子通路を通過する荷電粒子の飛行方向が曲げられ、成膜対象物に到達しないように構成されている。フィルタ板や導電性蓋部が接地電位に接続される場合は、荷電粒子はフィルタ板や蓋部に入射し、粒子通路を通過できない。
成膜対象物には電子や他の荷電粒子は入射しないので、成膜対象物表面の有機薄膜にダメージが生じない。

有機薄膜表面にスパッタ膜を形成する際、電子やイオンが有機薄膜表面に入射しないので、有機薄膜にダメージが生じない。

図１を参照し、符号１０は、本発明のスパッタ装置である。その真空槽５の底壁上には、一乃至複数台の本発明の第一例のスパッタ源１１が配置されている。

真空槽５の天井側には、成膜対象物６が配置されている。真空槽５には真空排気系９が接続されており、真空槽５内を真空排気し、真空槽５の内部と第一例のスパッタ源１１(及び後述する各例のスパッタ源)の内部を真空雰囲気に置けるように構成されている。
スパッタ源１１は、後述するように、真空槽５内にスパッタリング粒子を放出するように構成されている。

成膜対象物６の表面には有機薄膜が形成されている。成膜対象物６は、スパッタ源１１と対向した状態で回転するように構成されており、スパッタ源１１から放出されたスパッタリング粒子は成膜対象物６の有機薄膜表面に均一に到達し、有機薄膜表面に膜厚分布が均一なスパッタ薄膜が形成されるようになっている。

この例ではスパッタ源１１は、二台であり、成膜対象物６は、スパッタ源１１の中央付近の上に配置され、両方のスパッタ源１１から放出されるスパッタリング粒子が成膜対象物６表面に到達するように構成されている。両方のスパッタ源１１から同じ物質のスパッタリング粒子を放出してもよいし、異なる物質のスパッタリング粒子を放出するようにしてもよい。

図２は、第一例のスパッタ源１１の内部概略図であり、図５は、その概略斜視図、図６は分解斜視図である。

このスパッタ源１１は、ターゲット部１１０ａと、該ターゲット部１１０ａを取り囲む筒状側壁１０３とを有しており、筒状側壁１０３の一端である開口部分には、第一のトラップ磁石１２１ａが配置されている。図２の符号１０８は、筒状側壁１０３の開口部分を構成する筒先端を示している。

筒状側壁１０３の外周の側面には、第二のトラップ磁石１２２ａが配置されている。筒状側壁１０３は円筒形や角筒形等の筒形であり、第一、第二のトラップ磁石１２１ａ、１２２ａはリング状である。

第１のトラップ磁石１２１ａは筒状側壁１０３の外部であって、筒状側壁１０３の開口部分上に位置している。第１のトラップ磁石１２１ａは、筒先端１０８よりも小さく、筒先端１０８との間で、後述するスパッタリング粒子中の中性粒子が通過する隙間である粒子通路１３０ａが成されている。

第一のトラップ磁石１２１ａの中央には、蓋部１３５が配置されており、第一のトラップ磁石１２１ａの中央を閉塞しており、スパッタ粒子は第一のトラップ磁石１２１ａよりも内側は通過せず、後述するように、粒子通路１３０ａを通って筒状側壁１０３の外部に放出されるように構成されている。なお、ここでは、蓋部１３５は不図示の部材によって筒先端１０８に取りつけられている。

第二のトラップ磁石１２２ａは、筒状側壁１０３よりも大きく形成されており、筒状側壁１０３の外周に位置し、筒状側壁１０３を取り囲んでいる。
その結果、小さい方の第一のトラップ磁石１２１ａは大きい方の第二のトラップ磁石１２２ａの内側に位置しており、中性粒子が通過する粒子通路１３０ａは第一のトラップ磁石１２１ａと第二のトラップ磁石１２２ａの間に位置している。

第一、第二のトラップ磁石１２１ａ、１２２ａは、粒子通路１３０aを間に挟んで異なる磁極が位置するように構成されており、例えば、第一のトラップ磁石１２１ａの外周がＮ極であれば、第二のトラップ磁石１２２ａの内周側又は上部はＳ極にされている。

従って、第一、第二のトラップ磁石１２１ａ、１２２ａとで粒子通路１３０ａに磁力線が形成されている。符号１２０ａは、第一、第二のトラップ磁石１２１ａ、１２２ａから成る磁力線形成部を示している。

筒状側壁１０３は有底であり、底面部分１０２とで容器状になっている。ここでは筒状側壁１０３は円筒形であり、従って、底面部分１０２は円形である。第一、第二のトラップ磁石１２１ａ、１２２ａは円形リング状である。

ターゲット部１１０ａは、ターゲットホルダ１１２ａを有しており、ターゲットホルダ１１２ａ上にはターゲット１１３ａが配置され、裏面には、マグネトロン磁石１１４ａが配置されている。

ターゲット部１１０ａは、マグネトロン磁石１１４ａ側が底面部分１０２に向けられ、ターゲット１１３ａ側が筒先端１０８に向けられている。従って、筒状側壁１０３の開口部の下にはターゲット１１３ａの表面が露出されている。

真空槽５が接続された電位を接地電位としたとき、ターゲットホルダ１１２ａは、不図示のスパッタ電源に接続され、ターゲット１１３ａにスパッタ電圧(直流の負電圧、交流電圧、又は負のバイアス電圧を含む交流電圧)が印加されるように構成されている。

筒状側壁１０３には、スパッタリングガス導入系１０９が接続されており、真空排気系９によって真空槽５の内部と筒状側壁１０３の内部が真空雰囲気に置かれた後、スパッタリングガス導入系１０９から筒状側壁１０３の内部にスパッタリングガスを導入し、ターゲットホルダ１１２ａにスパッタ電圧を印加すると、ターゲット１１３ａ表面近傍にプラズマが発生する。プラズマは筒状側壁１０３内部に発生する。

そのプラズマにより、ターゲット１１３ａ表面から、ターゲット１１３ａを構成する材料から成るスパッタリング粒子が飛び出す。そのスパッタリング粒子やプラズマ中に含まれる電子は、粒子通路１３０ａを通って筒状側壁１０３の外部に飛び出そうとする。

スパッタリグ粒子には、正のイオン、負のイオン、及び中性粒子が含まれるが、正又は負のイオンや電子が、粒子通路１３０ａを通過する際に磁力線形成部１２０ａが形成する磁力線を横切ろうとすると、磁力線によって飛行方向が曲げられる。

このスパッタ源１１及び後述する各スパッタ源１２〜１７は、粒子通路１３０ａに配置された磁力線は、成膜対象物６の表面に対して略平行になっており、電子や正又は負の荷電粒子は磁力線に巻き付き、移動方向が成膜対象物６とは平行な方向に変更され、その結果、第一又は第二のトラップ磁石１２１ａ、１２２ａが位置する方向に向かって飛行する。

成膜対象物６は、このスパッタ源１１及び後述する各スパッタ源１２〜１７の上方に位置しており、スパッタ源１１〜１７内部から成膜対象物６に向かって飛行する中性粒子には磁力線の影響は少なく、直進して成膜対象物６の有機薄膜表面に入射する。

従って、有機薄膜には電子や正又は負の荷電粒子は入射せず、スパッタ膜は、中性粒子によって形成される結果、有機薄膜に電荷は蓄積されず、ダメージが生じない。

筒状側壁１０３と蓋部１３５は金属製であり、筒状側壁１０３と蓋部１３５の間は絶縁されている。筒状側壁１０３は、真空槽５や他の部材に対して絶縁されている。

この第一例のスパッタ源１１、及び下記の第二、第三例のスパッタ源１２、１３でも、筒状側壁１０３を浮遊電位に置き、蓋部１３５をターゲット１１３ａ、１１３ｂの電位よりも接地電圧に近い電位、接地電位、又は正電位に置き、電子や負の荷電粒子を蓋部１３５に入射させることができる。

その場合、電子や負の荷電粒子は蓋部１３５に入射し、外部に放出されず、有機薄膜に入射されることがない。なお、筒状側壁１０３は絶縁物で構成することもできる。

上記第一例のスパッタ源１１では、第二のトラップ磁石１２２ａが筒状側壁１０３の外周に配置されていたが、本発明のスパッタ源はそれに限定されるものではない。

図３に示した本発明の第二例のスパッタ源１２では、上記第一例のスパッタ源１１と同様に、第一のトラップ磁石１２１ｂは、筒状側壁１０３の外部であって、筒状側壁１０３の一端である開口部分付近に配置されている。
他方、第二のトラップ磁石１２２ｂは、筒状側壁１０３の外周ではなく、筒状側壁１０３の外部であって、筒先端１０８付近に配置されている。

第一、第二のトラップ磁石１２１ｂ、１２２ｂはリング状であり、第一のトラップ磁石１２１ｂは、筒先端１０８よりも小さく、第一のトラップ磁石１２１ｂの外周と筒先端１０８との間は離間されている。

第二のトラップ磁石１２２ｂは第一のトラップ磁石１２１ｂよりも大きく、第一のトラップ磁石１２１ａが位置する平面内に位置し、第一のトラップ磁石１２１ａの外周を取り囲むように配置されている。

従って、小径の第一のトラップ磁石１２１ｂの外周と、第二のトラップ磁石１２２ｂの内周とは向き合っており、中性粒子が通過する粒子通路１３０ｂは、第一、第二のトラップ磁石１２１ｂ、１２２ｂの間に位置している。

第一のトラップ磁石１２１ｂの中央は、蓋部１３５によって閉塞されており、筒状側壁１０３内部で生成されたスパッタリング粒子が筒状側壁１０３の外部に飛び出す際には、第一のトラップ磁石１２１ａよりも内側位置と、第二のトラップ磁石１２２ｂよりも外側位置は通過せず、第一、第二のトラップ磁石１２１ｂ、１２２ｂ間の粒子通路１３０ｂを通過するように構成されている。

第一のトラップ磁石１２１ｂの外周と第二のトラップ磁石１２２ｂの内周には異なる磁極が配置されており、第一、第二のトラップ磁石１２１ｂ、１２２ｂにより、粒子通路１３０ｂに磁力線を形成する磁力線形成部１２０ｂが構成されている。

従って、この第二例のスパッタ源１２でも、第一例と同様に、粒子通路１３０ｂを通過しようとする荷電粒子や電子は磁力線を横切る際に飛行方向が曲げられ、他方、中性粒子は直進して成膜対象物６に到達できる。

上記第一例のスパッタ源１１では、ターゲット１１３ａは平坦な板であり、その表面が筒状側壁１０８の中心軸線に対して垂直であったが、それに限定されない。

図４に示した第三例のスパッタ源１３では、筒状側壁１０３内部に配置されたターゲット部１１０ｂが、筒状側壁１０３の内部に挿入され、筒状側壁１０３の内周に沿って配置された筒状のターゲット１１３ｂを有している。このターゲット１１３ｂの外周には、ターゲットホルダ１１２ｂが配置され、ターゲットホルダ１１２ｂの外周には、ターゲット１１３ｂの外周をを取り囲むリング状のマグネトロン磁石１１４ｂが配置されている。

他の構成は第一例のスパッタ源１１と同じであり、筒状側壁１０３内部のターゲット１１３ｂで囲まれた空間内にプラズマが形成される。

この第三例のスパッタ源１３でも、磁力線形成部１２０ａによって、筒状側壁１０３の先端位置の粒子通路１３０ａに磁力線が配置されており、円筒のターゲット１１３ｂから飛び出したスパッタリング粒子のうちの中性粒子や電荷／質量比の小さな荷電粒子によってスパッタ薄膜が形成されるようになっている。

次に、図７〜図９の第四〜第六例のスパッタ源１４〜１６は、それぞれ本発明の第一〜第三例のスパッタ源１１〜１３の変形例である。第四〜第六例のスパッタ源１４〜１６では、第一のトラップ磁石１２１ａ(又は１２１ｂ)と筒先端１０８との間に第一のフィルタ板１４０ａが配置されている。他の構成は、第四から第六例の各スパッタ源１４〜１６に対応する第一例から第三例のスパッタ源１１〜１３と同じ構成である。

図１２は、第一のフィルタ板１４０ａの平面図である。
第四例〜第六例のスパッタ源１４〜１６では、第一例のフィルタ板１４０ａは他のフィルタ板に交換することができる。

図１３(ａ)は、第一のフィルタ板１４０ａと交換可能な第二のフィルタ板１４０ｂの平面図であり、同図(ｂ)は、その斜視図である。第一、第二のフィルタ板１４０ａ、１４０ｂは、板状の金属や絶縁物から成る遮蔽部材１４１ａ、１４１ｂと、遮蔽部材１４１ａ、１４１ｂに形成された孔１４２ａ、１４２ｂで構成されている。

第一のフィルタ板１４０ａの孔１４２ａは小さい円形や小さい四角形であり、遮蔽部材１４１ａに多数個形成されており、第一のフィルタ板１０４ａが筒先端１０８条に配置された第四〜第六例のスパッタ源１４〜１６では、それら多数の孔１４２ａによって、粒子通路１３０ｂが形成されている。

第二のフィルタ板１４０ｂの孔１４２ｂは、幅狭のリング状であり、孔１４２ｂの内側に第一のトラップ磁石１２１ａ、１２１ｂが配置され、孔１４２ｂの外側に第二のトラップ磁石１２２ａ、１２２ｂが配置されるようになっている。
第二のフィルタ板１４０ｂが筒先端１０８に配置された状態では、第二のフィルタ板１４０ｂの孔１４２ｂによって粒子通路が形成される。

図１４の符号１７は、第四のスパッタ源１４の第一のフィルタ板１４０ａを第二のフィルタ板１４０ｂに交換した第七例のスパッタ源であり、第二のフィルタ板１４０ｂの孔１４２ｂによって粒子通路１３０ｃが形成されている。第五、第六のスパッタ源１５、１６の第一のフィルタ板１４０ａを第二のフィルタ板１４０ｂに交換でき、その場合もリング状の孔１４２ｂによって粒子通路が形成される。

第一又は第二のフィルタ板１４０ａ、１４０ｂを有する第四〜第七例のスパッタ源１４〜１６では、各ターゲット部１１０ａ、１１０ｂのターゲット１１３ａ、１１３ｂから放出されたスパッタリング粒子は、孔１４２ａ、１４２ｂが構成する粒子通路１３０ｂ、１３０ｃを通って外部に飛び出そうとする。

その際、第一、第二のトラップ磁石１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂが粒子通路１３０ｂ、１３０ｃに形成する磁力線により、中性粒子が直進でき、成膜対象物６に到達できる。従って、有機薄膜にダメージを与えずにスパッタ膜を形成することができる。

第一、第二のフィルタ板１４０ａ、１４０ｂは、筒状側壁１０３を浮遊電位に置いた状態で、ターゲット１１３ａ、１１３ｂよりも接地電位に近い負電位、接地電位、又は接地電位を超える正電位に置くことができる。その場合、殆どの電子や負の荷電粒子はフィルタ板１４０ａ、１４０ｂに入射し、粒子通路１３０ｂ、１３０ｃを通過できない。わずかに通過する電子や荷電粒子は磁力線により概ね完全に捕捉することができる

なお、図１のスパッタ装置１０では、真空槽５内に同種の第一例のスパッタ源１１を複数個配置したが、第一例〜第七例のスパッタ源１１〜１７のうちの異なる種類のスパッタ源を複数個配置してもよい。また、他のスパッタ源を一緒に配置することができる。
上記筒状側壁１０３は有底であり、底面部分１０２を有する容器状であったが、底面部分１０２は設けなくてもよい。

本発明のスパッタ装置の一例 本発明の第一例のスパッタ源 本発明の第二例のスパッタ源 本発明の第三例のスパッタ源 本発明の第一例のスパッタ源の概略斜視図 本発明の第一例のスパッタ源の分解斜視図 本発明の第四例のスパッタ源 本発明の第五例のスパッタ源 本発明の第六例のスパッタ源 本発明の第四例のスパッタ源の概略斜視図 本発明の第四例のスパッタ源の分解斜視図 第一例のフィルタ板の平面図 第二例のフィルタ板の、(ａ)：平面図、(ｂ)：斜視図 本発明の第七例のスパッタ源

符号の説明

１０……スパッタ装置
１１〜１７……第一〜第七例のスパッタ源
１０３……筒状側壁
１０８……筒先端
１１３ａ、１１３ｂ……ターゲット
１２０ａ、１２０ｂ……磁力線形成部
１２１ａ、１２１ｂ……第一のトラップ磁石
１２２ａ、１２２ｂ……第二のトラップ磁石
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ……粒子通路
１４０ａ、１４０ｂ……フィルタ板
１４２ａ、１４２ｂ……孔

Claims (5)

1. ターゲットと、
   前記ターゲットを取り囲む筒状側壁とを有し、
   前記筒状側壁の筒先端に形成された粒子通路から前記ターゲットのスパッタリング粒子が放出されるように構成されたスパッタ源であって、
   前記粒子通路に磁力線を形成する磁力線形成部とを有し、
   前記筒状側壁から該スパッタ源の外部に放出される荷電粒子の飛行方向は、前記磁力線で曲げられるように構成されたスパッタ源。
2. 導電性の板に複数の孔が形成されたフィルタが前記筒先端に配置され、前記粒子通路は前記フィルタの孔によって構成された請求項１記載のスパッタ源。
3. 前記フィルタは、前記スパッタ源が配置された真空槽と同電位に接続された請求項２記載のスパッタ源。
4. 前記磁力線形成部は、前記筒先端に配置された第一のトラップ磁石と、
   前記第一のトラップ磁石の外側に離間して配置された第二のトラップ磁石を有し、
   前記粒子通路に形成される磁力線は、前記第一、第二のトラップ磁石の間に形成される請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスパッタ源。
5. 真空槽内に請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のスパッタ源が配置され、
   前記スパッタ源により、前記真空槽内に搬入された成膜対象物に薄膜を形成するように構成されたスパッタ装置。

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