JP5485077B2 - スパッタリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリングシステムに係り、より詳細には、互いに対向するターゲットを持つスパッタ装置が互いに並列に配され、スパッタ装置間の両側から、ガス供給管によりターゲットの対向する空間にガスが供給されることによって、均一なスパッタリング及び蒸着効果を得ることができるスパッタリングシステムに関する。

金属膜または透明導電膜などの無機膜を成膜する代表的な方法として、スパッタリング方法が知られている。

スパッタリング方法は、真空容器内にＡｒガスなどの希ガスを導入し、スパッタリングターゲットを含むカソードに直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：ＤＣ）電力または高周波（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電力を１５０Ｖ以上の高圧で供給して、グロー放電を通じて成膜する方法である。

このようなスパッタリング方法は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ） ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や、有機電界発光表示装置などの平板表示装置、または各種電子デバイス製作工程の成膜工程で代表的に使われる方法であって、広範囲な応用範囲を持つドライプロセス技術として知られている。

プラズマソースとして使われる不活性ガス（Ａｒなど）がイオン化すれば、ターゲット表面に衝撃を与えて物質を蒸気化させ、リフレクション現象が発生することもある。また、酸化物系列の物質をスパッタリングする時には、酸素の陰イオンなどがカソードでの強い反撥力により、大きいエネルギーを持って蒸着基板に到達することもある。また、スパッタリング方法によれば、粒子が数ｅＶ以上の高いエネルギー状態を持つので、大きい運動エネルギーを持つ粒子が蒸着基板に到達する場合、基板表面を損傷させるか、または基板表面に形成された薄膜をスパッタリングすることもある。

特に、有機電界発光表示装置の上部電極を形成するか、または有機薄膜トランジスタの電極を形成するなどの目的で有機膜上に無機膜をスパッタリングする場合、スパッタリング工程中に発生する１００ｅＶ以上の高いエネルギーを持つ粒子が、前記有機膜と衝突して前記有機膜に損傷を加える。

このような問題点を解決するために、ターゲットと蒸着基板との間に特定レベルの電位を持つグリッドを配することによって、イオンの接近を遮断するか、または蒸着基板にバイアス電圧を印加してプラズマの影響を最小化しようとする試みがあるが、改善の余地があった。

本発明の目的は、基板に薄膜を効果的に蒸着させるスパッタリングシステムを提供するところにある。

本発明の他の目的は、複数の基板に同時に薄膜を蒸着できるスパッタリングシステムを提供するところにある。

本発明のさらに他の目的は、発生する高いエネルギーを持つ粒子の基板衝突を抑制して、基板に形成された有機層のような薄膜層の損傷を防止できるスパッタリングシステムを提供するところにある。

本発明に関するスパッタリングシステムは、互いに対向するように配される第１ターゲット及び第２ターゲット、並びに前記第１ターゲットと第２ターゲットとのそれぞれの背面に配されて磁場を発生させる磁場発生部を備える第１スパッタ装置と、前記第１ターゲットの側方と前記第２ターゲットの側方とにそれぞれ配され、互いに対向するように配される第３ターゲット及び第４ターゲット、並びに前記第３ターゲットと第４ターゲットとのそれぞれの背面に配されて磁場を発生させる磁場発生部を備える第２スパッタ装置と、前記第１ターゲットと第３ターゲットとの間で、前記第２ターゲット及び第４ターゲットに向けてガスを排出する第１ガス供給管と、前記第２ターゲットと第４ターゲットとの間で、前記第１ターゲットと第３ターゲットに向けてガスを排出する第２ガス供給管と、第１蒸着基板を支持し、前記第１ターゲットと第２ターゲットとの外側エッジに向かって配される第１基板支持部と、第２蒸着基板を支持し、前記第３ターゲットと第４ターゲットとの外側エッジに向かって配される第２基板支持部と、を備える。

本発明において、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの配置は、前記第１基板支持部に向かう前記第１ターゲットと第２ターゲットとの外側エッジが最も近く設定され、前記第３ターゲットと前記第４ターゲットとの配置は、前記第２基板支持部に向かう前記第３ターゲットと第４ターゲットとの外側エッジが最も近く設定されるようにしてもよい。

本発明において、前記第１ターゲットと第２ターゲットとは、前記第１基板支持部に向かう方向へ行くほど互いに近づくように傾いて配され、前記第３ターゲットと第４ターゲットとは、前記第２基板支持部に向かう方向へ行くほど互いに近づくように傾いて配されるようにしてもよい。

本発明において、前記磁場発生部は、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットのそれぞれの背面のエッジに配される外側磁石部を備えるようにしてもよい。

本発明において、前記磁場発生部は、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットのそれぞれの背面の中心部位に配される中心磁石部を備えるようにしてもよい。

本発明において、前記外側磁石部は、前記中心磁石部より強い磁場を発生させるようにしてもよい。

本発明において、前記磁場発生部は、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットと、前記外側磁石部との間に配されて、磁場を偏向させるヨークプレートをさらに備えるようにしてもよい。

本発明において、前記ヨークプレートは、前記外側磁石部の前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットの背面に向かう端部を取り囲む凹溝を備えるようにしてもよい。

本発明において、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットは、その表面の傾いた角度を調整できるように配されるようにしてもよい。

本発明において、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットのそれぞれのエッジの前方に配されて、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットに対して放電を引き起こすシールド部をさらに備えるようにしてもよい。

本発明において、前記シールド部は、前記第１蒸着基板及び第２蒸着基板に蒸着される物質と同じ物質を含むようにしてもよい。

本発明において、前記シールド部と、第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットとには、ＤＣ電圧、パルスＤＣ電圧、及びＲＦ電圧からなる群から選択された一つの電圧が印加されるようにしてもよい。

本発明において、前記第１基板支持部及び前記第２基板支持部は複数が並列に配され、前記第１スパッタ装置及び前記第２スパッタ装置に対して移動可能であるようにしてもよい。

本発明において、前記第１基板支持部及び前記第２基板支持部は複数が並列に配され、前記第１スパッタ装置及び前記第２スパッタ装置は、前記第１基板支持部及び前記第２基板支持部に対して移動可能であるようにしてもよい。

本発明のスパッタリングシステムは、互いに対向するターゲットを持つスパッタ装置が並列に配され、スパッタ装置の間の両側からガス供給管によりガスが供給されるので、蒸着基板に均一な蒸着がなされうる。また、スパッタ装置の両側の開口を通じて２つの蒸着基板に対する薄膜蒸着が同時に行われうる。また、プラズマ領域が、ターゲットが互いに対向する空間に限定されうるので、高いエネルギーを持つ粒子の蒸着基板への衝突が抑制され、基板の損傷が大きく低減する。

本発明の一実施形態に関するスパッタリングシステムの構成要素の配置関係を概略的に示した概念図である。 本発明の他の実施形態に関するスパッタリングシステムの構成要素の配置関係を概略的に示した概念図である。 図１及び図２のスパッタリングシステムで、加速粒子がターゲットに衝突する作用を示した説明図である。 本発明に対する比較例として製作されたスパッタリングシステムの磁場配置を示した模式図である。 図１に対応したスパッタリングシステムの磁場配置を示した模式図である。 図２に対応したスパッタリングシステムの磁場配置を示した模式図である。 図４ないし図６のスパッタリングシステムのターゲット表面での磁場サイズを比較したグラフである。 図４ないし図６のスパッタリングシステムのターゲット表面での垂直方向の磁場サイズを比較したグラフである。 図４ないし図６のスパッタリングシステムのターゲット表面での水平方向の磁場サイズを比較したグラフである。 図５及び図６のスパッタリングシステムの対向するターゲット間の中心での磁場のサイズを示したグラフである。 図４ないし図６のスパッタリングシステムのターゲットに対する磁場入射角度を示したグラフである。 本発明のさらに他の実施形態に関するスパッタリングシステムの構成要素の配置関係を概略的に示した概念図である。

以下、添付図面の実施形態を通じて、本発明に関するスパッタリングシステムの構成と作用を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に関するスパッタリングシステムの構成要素の配置関係を概略的に示した概念図である。

図１に示した実施形態に関するスパッタリングシステムは、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０及び磁気力発生部３５を備える第１スパッタ装置１と、第３ターゲット３０、第４ターゲット４０及び磁気力発生部３５を備える第２スパッタ装置２と、第１ガス供給管５０と、第２ガス供給管６０と、第１基板支持部７０と、第２基板支持部８０とを備える。

前述したスパッタリングシステムは、図面に図示されていないが、外部空気と遮断されたチャンバー内に配されうる。チャンバーは、第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２、並びに第１基板支持部７０及び第２基板支持部８０の構成要素の外郭を取り囲んで真空ポンプ（図示せず）と連結されることによって、その内部が真空状態に維持されうる。

第１スパッタ装置１は、互いに対向するように配される第１ターゲット１０及び第２ターゲット２０と、第１ターゲット１０及び第２ターゲット２０のそれぞれの背面に配されて磁場を発生させる磁場発生部３５とを備える。

第２スパッタ装置２は第１スパッタ装置１と同じ構成を持つが、互いに対向するように配される第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０と、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０のそれぞれの背面に配されて磁場を発生させる磁場発生部３５を備える。第３ターゲット３０は第１ターゲット１０の側方に配され、第４ターゲット４０は第２ターゲット２０の側方に配される。

第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０は、第１蒸着基板７１及び第２蒸着基板８１に蒸着される物質を含む。例えば、有機発光ディスプレイ装置の製造に当たっては、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０は、有機発光ディスプレイ装置の薄膜トランジスタのソースもしくはドレイン電極、またはゲート電極などを形成するためのアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの多様な金属やこれらの合金を含むことができ、有機発光膜のアノード電極または共通電極などの成膜材料であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＴＺＯ（Ｔｉｎ−Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ、ＧＺＯなどを含むこともできる。

第１ガス供給管５０は、第１ターゲット１０と第３ターゲット３０との間に配されて、供給ノズル５１を通じて第２ターゲット２０及び第４ターゲット４０に向けてガスを排出する。第２ガス供給管６０は、第２ターゲット２０と第４ターゲット４０との間に配されて、供給ノズル６１を通じて第１ターゲット１０及び第３ターゲット３０に向けてガスを排出する。

第１ガス供給管５０及び第２ガス供給管６０により供給されるガスは、Ｋｒ、Ｘｅ、Ａｒ、またはＡｒとＯ_２との混合ガスを含むことができる。

第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０のエッジの前方にはシールド部９１が配されうる。シールド部９１は接地されてアノードの機能を果たす。第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０は、それぞれ電源部５の負（−）の電圧を印加されることでカソードの機能を果たす。シールド部９１はスパッタ物質と同じ物質を含むことができ、これによって汚染を防止する。

図面には、電源部５にＤＣ電源が使われると図示されたが、本発明はこれに限定されず、ＲＦ電源またはＤＣパルス電源などを使用してもよい。

第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２は、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０のそれぞれの背面に配されて磁場を発生させる磁場発生部３５を備える。磁場発生部３５は、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０のそれぞれの背面のエッジに配される外側磁石部３１を備えることができる。

外側磁石部３１は、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０（以下では、これらの構成要素をターゲット１０、２０、３０、４０と称することができる）のそれぞれの背面のエッジを取り囲むリング状に製造できる。

磁場発生部３５は、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０のそれぞれの背面の中心部位に配される中心磁石部３２をさらに備えることができる。中心磁石部３２は、例えば、棒磁石状に製造されうる。外側磁石部３１は、中心磁石部３２より強い磁力を持つように製造されうる。

外側磁石部３１及び中心磁石部３２の磁極配置方向は、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０の表面に対して概略垂直な方向に設定される。また第１ターゲット１０の背面に配された磁場発生部３５と、第２ターゲット２０の背面に配された磁場発生部３５との磁極配置方向は、第１ターゲット１０と第２ターゲット２０とを連結する磁界を形成するように互いに逆の方向に設定される。

図１に図示されたように、第１ターゲット１０の背面の外側磁石部３１及び中心磁石部３２は、図面の下側に向かう方向がＮ極を持ち、第２ターゲット２０の背面の外側磁石部３１及び中心磁石部３２は、図面の上側に向かう方向がＳ極を持つ。

これと同様に、第３ターゲット３０の背面に配された磁場発生部３５と、第４ターゲット４０の背面に配された磁場発生部３５との磁極配置方向は、第３ターゲット３０と第４ターゲット４０とを連結する磁界を形成するように互いに逆の方向に設定される。

磁場発生部３５は、ヨークプレート３３をさらに備えることができる。ヨークプレート３３は板状であり、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０のそれぞれと外側磁石部３１との間に配される。ヨークプレート３３は、外側磁石部３１及び中心磁石部３２により磁性を帯びることができる物質からなることが望ましい。すなわち、ヨークプレート３３は、鉄、コバルト、ニッケル及びこれらの合金のうちいずれか一つを含んで強磁性体になりうる。

ヨークプレート３３は、外側磁石部３１及び中心磁石部３２により形成された磁場の方向を、ターゲットの表面に垂直な方向になるように偏向させて磁場を均一にする機能を果たす。ヨークプレート３３の作用により、第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０の表面に対して垂直に形成された磁場の配置形態は後述する。

ヨークプレート３３は、外側磁石部３１の第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０の背面に向かう端部を取り囲む凹溝３３ａを備えることができる。このように、ヨークプレート３３がターゲット１０、２０、３０、４０の端部を取り囲むことによって、ターゲット１０、２０、３０、４０のエッジ部分での磁界が強く形成されるので、プラズマ領域をターゲット１０、２０、３０、４０の間の空間に制限できる。

外側磁石部３１及び中心磁石部３２は、フェライト系、ネオジム系（例えば、ネオジム、鉄、ホウ素など）磁石やサマリウムコバルト系磁石などの強磁性体からなりうる。

ターゲット１０、２０、３０、４０と磁場発生部３５とシールド部９１とは、一側に開口部が形成されたケース９２により取り囲まれうる。ターゲット１０、２０、３０、４０は、ケース９２の開口部を通じて外部に露出されるように配され、ケース９２の前面ではターゲット１０、２０、３０、４０のエッジの前方にシールド部９１が配されうる。

第１スパッタ装置１の外側には、第１ターゲット１０及び第２ターゲット２０の外側エッジに向かうように第１基板支持部７０が配される。第１基板支持部７０は、第１蒸着基板７１を支持する。

第２スパッタ装置２の外側にも、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０の外側エッジに向かうように第２基板支持部８０が配される。第２基板支持部８０は、第２蒸着基板８１を支持する。

カソードのターゲット１０、２０、３０、４０に電源部５の負電圧を印加して放電させれば、放電により生成された電子がＡｒガスと衝突することによって、Ａｒ^＋イオンを生成してプラズマが発生する。プラズマは、磁場発生部３５により発生した磁界により、第１ターゲット１０と第２ターゲット２０との間の空間及び第３ターゲット３０と第４ターゲット４０との間の空間内に制限されうる。プラズマは、γ−電子、陰イオン、陽イオンなどを含むことができる。

第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２で発生したプラズマ内の電子は、対向するターゲット１０、２０、３０、４０の間の磁気力線に沿って回動しつつ高密度プラズマを形成させると同時に、ターゲット１０、２０、３０、４０にかかった負の電圧により往復動しつつ高密度プラズマを維持できる。

プラズマ内で形成されるか、または印加された電圧によって形成されたあらゆる電子やイオンは、磁気力線に沿って回動し、同様にγ−電子、陰イオン、陽イオンなどの電荷を帯びたイオン粒子も磁気力線に沿って往復動するため、１００ｅＶ以上の高いエネルギーを持つ電荷を帯びた粒子は反対側ターゲットに加速されて、ターゲット１０、２０、３０、４０間の空間内に形成されたプラズマ内に制限される。

この時、ターゲット１０、２０、３０、４０のうちいずれか一つのターゲットでスパッタリングされた粒子のうち高いエネルギーを持つ粒子は、反対側ターゲットに加速されて第１蒸着基板７１及び第２蒸着基板８１上に影響を与え難く、比較的低いエネルギーを持つ中性粒子の拡散によって薄膜形成が行われうる。

第１スパッタ装置１と第２スパッタ装置２との間で、第１ターゲット１０と第３ターゲット３０との間に配された第１ガス供給管５０と、第２ターゲット２０と第４ターゲット４０との間に配された第２ガス供給管６０とにより、ターゲット１０、２０、３０、４０が取り囲む空間に向かってガスが均一に供給されるので、プラズマ形成が均一になって、第１蒸着基板７１及び第２蒸着基板８１で良好な蒸着結果を得ることができる。

したがって、従来のスパッタリング装置を利用する場合に比べてプラズマによる損傷、すなわち、高いエネルギーを持つ粒子の衝突による基板の損傷を防止すると共に、基板上に良質の薄膜を形成できる。

また第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２をいずれも駆動することで、２つの蒸着基板７１、８１に対する薄膜形成工程を同時に行えるので、生産速度が大きく向上するという長所がある。

図２は、本発明の他の実施形態に関するスパッタリングシステムの構成要素の配置関係を概略的に示した概念図である。

図２に示した実施形態に関するスパッタリングシステムに備えられた構成要素は図１のスパッタリングシステムと同一であるので、同じ符号を利用して図示した。

図２のスパッタリングシステムでは、第１ターゲット１０及び第２ターゲット２０の相対的な配置と、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０の相対的な配置とが変形された。第１基板支持部７０に向かう第１ターゲット１０及び第２ターゲット２０の外側エッジが最も近く設定される。すなわち、第１ターゲット１０及び第２ターゲット２０は、第１基板支持部７０に向かう方向へ行くほど互いに近づくように、第１ターゲット１０と第２ターゲット２０のうち、少なくとも一つが傾いて配される。

第２基板支持部８０に向かう第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０の外側エッジも最も近く設定される。すなわち、第３ターゲット３０と第４ターゲット４０とは第２基板支持部８０に向かう方向へ行くほど互いに近づくように、第３ターゲット３０と第４ターゲット４０のうち、少なくとも一つが傾いて配される。

このように、第１ターゲット１０と第２ターゲット２０とが第１蒸着基板７１の方向へ行くほど互いに近づくように傾き、第３ターゲット３０と第４ターゲット４０とが第２蒸着基板８１の方向へ行くほど互いに近づくように傾くことで、さらに確実にプラズマ領域をターゲット１０、２０、３０、４０の間の空間に制限できる。

第１ターゲット１０、第２ターゲット２０、第３ターゲット３０及び第４ターゲット４０は、その表面の傾いた角度を調整するように配されうる。このために、ターゲット１０、２０、３０、４０を支持するケース９２が、例えば、モータ（図示せず）などの駆動手段により回転可能に配されうる。したがって、ケース９２を回転させることによって、磁場発生部３５により発生する磁場の関係を考慮して、ターゲット１０、２０、３０、４０の傾斜角を最適に調整することができる。

図３は、図１及び図２のスパッタリングシステムで、加速粒子がターゲットに衝突する作用を示した説明図である。

図３の（ａ）部分では、図１のスパッタリングシステムでのように、互いに概略平行に配されたターゲット１０ａに加速粒子がθの入射角で衝突すれば、ターゲット１０ａからターゲット物質の粒子を放出するか、または弾性あるいは非弾性の衝突をして散乱されることによって、ターゲット１０ａの表面に垂直な線に対してｃｏｓθの粒子フローを生成させる。この時、ターゲット１０ａから飛び出す角度がターゲット１０ａの外側に向かうようになるので、蒸着基板側に加速粒子が進む可能性がある。

図３の（ｂ）部分では、図２のスパッタリングシステムのように、蒸着基板に向かう方向である外側に向かっていくほどターゲットが互いに近づくように、ターゲット１０ｂが傾いて配される。ターゲット１０ｂの表面がスパッタ装置の中心に向かうように傾いているので、加速粒子が同じ入射角θをなしてターゲット１０ｂに衝突する場合にも、図３の（ａ）に図示されたターゲット１０ａに衝突した場合に比べてスパッタ装置の中心に向かうように、偏って散乱される。

加速粒子がターゲット１０ｂの表面で大きいエネルギーを持って散乱されるとしても、スパッタ装置から外側に抜け出る確率が大きく低減するので、高いエネルギーを持つ粒子の衝突による基板の損傷をより確実に防止できる。したがって、このような構造を持つ本発明の実施形態に関するスパッタリングシステムを利用する場合、大面積の基板でも損傷を与え難いスパッタリング工法を実現できる。

図４は、本発明に対する比較例として製作されたスパッタリングシステムの磁場配置を示した模式図である。図４の比較例は、図１及び図２に示された実施形態に関するスパッタリングシステムと比較するために製作されたスパッタリングシステムであって、第１スパッタリング装置及び第２スパッタリング装置を並列に配して、２つの蒸着基板に対する薄膜形成工程を進めることができる本発明の実施形態とは異なって一つのスパッタリング装置を利用したシステムである。

互いに対向するターゲット１０１、１０２の間の空間にプラズマ領域を制限するために、ターゲット１０１、１０２の背面に配された磁石１１０、１２０の配列及び磁気力の強度を最適化したとしても、ターゲット１０１、１０２の表面で大きいエネルギーを持って飛び出した粒子は、蒸着基板１０３に到達できる。またターゲット１０１、１０２の間に形成されたプラズマ領域で発生した加速粒子がターゲット１０１、１０２の左右方向に拡散できるため、ターゲット１０１、１０２の全体消耗量のうち一部のみ薄膜の形成に利用されるという制限が存在する。

図５は、図１のスパッタリングシステムの磁場配置を示した模式図である。

図５のスパッタリングシステムでは、第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２を並列に配して、第１ターゲット１０と第２ターゲット２０との間の開口を通じて第１蒸着基板７１に薄膜を形成し、第３ターゲット３０と第４ターゲット４０との間の開口を通じ第２蒸着基板８１に薄膜を形成できる。

このように、２つのスパッタ装置を並列に配して両側の開口を使用すれば、材料の使用効率が理論的に１００％に向上できる。また２枚の蒸着基板に対して同時に蒸着作業を行えるので、設備構成面や製造工程時間（ＴＡＣＴ ＴＩＭＥ）の低減側面でも非常に有利である。

図６は、図２のスパッタリングシステムの磁場配置を示した模式図である。

２つのスパッタ装置を並列に配する時には、隣接する磁石により、スパッタリング装置が隣り合う中央部分で磁束密度が増大して、一つのターゲット表面で磁場の歪みが発生しうる。したがって、このような現象を防止するために磁石の機械的な大きさや磁性の強度を調節せねばならない。

図６は、図２に示された実施形態に関するスパッタリングシステムが、図５のターゲット１０、２０、３０、４０のエッジで発生しうる問題点を補完するということを示す。

ターゲット１０、２０、３０、４０を傾くように配することによって、蒸着基板７１、８１に向かうターゲット１０、２０、３０、４０の外側エッジ部分を互いに近く位置させ、磁石の配列及びサイズを最適化すれば、図６のような磁束密度を得ることができる。

図４や図５のスパッタリングシステムでの磁束密度に比べて、図６では、磁束密度を高めることができる。これによって、プラズマ領域を、スパッタリングシステムのターゲット１０、２０、３０、４０が互いに対向する空間により制限させることができる。

これによってターゲットスパッタ収率を増大させて蒸着率を高めることができる。また、ターゲット１０、２０、３０、４０のエッジでの磁束密度が増大するため、プラズマから流出される加速粒子の流出程度を極小化できる。

また対向するターゲットの表面が平行でないため、ターゲット表面から飛び出した高エネルギーの粒子が蒸着基板７１、８１に影響を与える確率がほぼ０に近い。

図７は、図４ないし図６のスパッタリングシステムのターゲット表面での磁場サイズを比較したグラフであり、図８は、図４ないし図６のスパッタリングシステムのターゲット表面での垂直方向の磁場サイズを比較したグラフであり、図９は、図４ないし図６のスパッタリングシステムのターゲット表面での水平方向の磁場サイズを比較したグラフであり、図１０は、図５及び図６のスパッタリングシステムの対向するターゲット間の中心での磁場サイズを示したグラフである。

図７ないし図１０に示したスパッタリングシステムは、ＮｂＦｅＢ系列の同じ磁石を使用して磁場を測定したものであって、‘Ｓｉｎｇｌｅ’と表示されたグラフは、図４の実験例に対応し、‘Ｄｏｕｂｌｅ’と表示されたグラフは、図５の実施形態に対応する二重構造のスパッタリングシステムであり、‘Ｍｏｄｉｆｉｅｄ’と表示されたグラフは、図６の実施形態に対応する改善された二重構造のスパッタリングシステムである。

図６の実施形態に対応する‘Ｍｏｄｉｆｉｅｄ’スパッタリングシステムでは、エッジに配される外側磁石部のサイズを、中央に位置した中心磁石部のサイズの半分にして最適化した場合である。

図７のグラフを説明すれば、ターゲット表面での磁場のサイズは、図４の実験例のスパッタリングシステムの場合より、図６の実施形態の改善された二重構造のスパッタリングシステムの場合が大きいことが分かる。これは、ターゲットの中央に磁石を追加し、ターゲットを傾くように配して外側エッジの外側磁石部が近づいたためである。

またターゲットを取り囲む磁性体ヨークプレート構造を利用することによって、エッジ部分での垂直成分の磁場サイズを大きくすることができる。そして、図５の実施形態の二重構造のスパッタリングシステムで、ターゲットが平行に配されていないとしても、最適化した磁石配列を設計することによってターゲット表面での磁場を一定に維持できるということが分かり、これから、ターゲットの浸食跡（ｅｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）が全域にわたって発生することが予測できる。

図８を説明すれば、垂直方向の磁場成分が大きいので、図４の実験例の単一構造スパッタリングシステム及び図５の実施形態の二重構造スパッタリングシステムに比べて、図６の実施形態の改善されたスパッタリングシステムでスパッタ率が増大し、その結果、蒸着率も増大すると期待される。

図９は図４ないし図６の場合におけるターゲット表面の水平方向の磁場の大きさを比較したグラフであるが、垂直方向の磁場とは違って、水平方向の磁場は別に差がない。

図１０を説明すれば、図５の実施形態の二重構造スパッタリングシステムに比べて、図６の実施形態の改善されたスパッタリングシステムでの磁場がさらに大きいということが分かる。これは、ターゲットが平行でなく、外側のエッジに向かうほど近づくように配された効果、及びターゲットの中央に磁石をさらに配列することによって得られる結果である。

強い磁場はプラズマ内のイオンを強く拘束できるので、加速されたイオンはターゲットが対向する空間でさらに強く密集されうる。これにより、プラズマの密度をさらに高めることができ、蒸着基板側に流出されるイオンを孤立させることができる。

図１１は、図１及び図２のスパッタリングシステムのターゲットに対する磁場入射角度を示したグラフである。

一般的に、スパッタリング時に加速粒子の入射角が６０°付近である時、スパッタ率が大きくなる。図１１のグラフを通じて分かるように、図４の実験例の単一構造スパッタリングシステムや図５の実施形態の二重構造スパッタリングでは、ターゲットのエッジ領域でスパッタ率が高く、このために不均一な浸食が発生する虞がある。ターゲットのエッジに位置した磁石をターゲットの側面方向ではない背面方向に配する場合には、中央部の浸食率が増大する。

しかし、エッジでの磁束密度を強くしてターゲット中央部にさらに磁石を配列すれば、ターゲットの全域にわたって磁束の入射角を低めることができ、これによりターゲット浸食を全域にわたって均一にすることができるという長所がある。

図１２は、本発明のさらに他の実施形態に関するスパッタリングシステムの構成要素の配置関係を概略的に示した概念図である。

図１２に示した実施形態に関するスパッタリングシステムは、図２の実施形態に関するスパッタリングシステムと全体的な構成が類似しているが、複数の第１基板支持部７０、７３が並列に配され、複数の第２基板支持部８０、８３が並列に配される。第１基板支持部７０、７３及び第２基板支持部８０、８３のそれぞれは、第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２に対して矢印Ａ方向に沿って移動自在に配される。

このような構成によれば、まず第１蒸着基板７１及び第２蒸着基板８１についての成膜工程を行った後、成膜が完了すれば、第１基板支持部７０、７３及び第２基板支持部８０、８３を移動させて、次の第１蒸着基板７２及び第２蒸着基板８２についての成膜工程を行える。したがって、本実施形態に関するスパッタリングシステムは、複数の蒸着基板についての成膜工程を連続的に行えるので、量産が容易な長所がある。

本発明は、前述したように基板支持部７０、７３、８０、８３を移動自在に配する構成により限定されるものではなく、これを変形できる。例えば、複数の第１基板支持部７０、７３を並列に配し、複数の第２基板支持部８０、８３を並列に配するが、基板支持部７０、７３、８０、８３に対して第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２を、矢印Ｂ方向に沿って移動自在に配置できる。

これにより、第１蒸着基板７１及び第２蒸着基板８１についての成膜工程が完了すれば、第１スパッタ装置１及び第２スパッタ装置２を、次の第１蒸着基板７２及び第２蒸着基板８２の位置に移動させて成膜工程を連続的に行える。

また、第１スパッタ装置１と第２スパッタ装置２との全部を同時に駆動させる必要はなく、例えば、第１スパッタ装置１のみに電圧を印加し、第２スパッタ装置２に対する電圧は遮断することによって、一側の蒸着基板７１、７２に対してのみ成膜工程を進めて装備運転の効率性を向上させることができる。

単一構造を持つ従来のスパッタリングシステムでは１方向の開口を活用するため、ターゲットの材料使用率が最大１／２であるが、本発明の二重構造スパッタリングシステムによれば、両方向を使用するので、理論的に１００％に至る材料使用率を期待することができる。また、同時に２個の蒸着基板に対する成膜工程の進行が可能であって、製造にかかる工程時間（ＴＡＣＴ ＴＩＭＥ）を最大半分に短縮できるという長所がある。

また図２などに示された実施形態と同様に、対向するターゲットを平行とならないように一定角度を与えて、蒸着基板に向かうスパッタ装置の開口でターゲットを互いに近づけることで、ターゲットの外側エッジでの磁場を大きくすることができる。これによって、プラズマの領域をスパッタリングシステムの内側に制限させることができて、蒸着基板の損傷を防止できる。したがって、有機膜が蒸着された基板などの損傷を抑制して無機膜及び電極を形成できる。

対向するターゲットの方向がスパッタリングシステムの中心に向かうように傾斜を与えれば、ターゲット表面で高いエネルギーを持って反射される粒子をスパッタリングシステムの内部空間に制限でき、これにより、基板表面の強い衝撃などを防止して損傷が抑制されるスパッタリングを具現できる。

また、傾いて対向するターゲットの配置と共に磁石配列及び磁場のサイズを最適化すれば、磁場の歪みを防止してスパッタリングシステム内部の磁束密度を増大させることができる。これによってプラズマの密度を高めることができるので、良好な蒸着率を得ることができる。

本発明のスパッタリングシステムは、一般的なＦＰＤの電極及び無機膜の形成だけでなく、ＯＬＥＤの電極形成において損傷の抑制された大面積の蒸着工法が可能なため、設備の設計及び配置が容易であり、大型化の実現に適している。また蒸着基板の損傷を抑制するので、有機電界発光素子の薄膜封止工程に活用でき、損傷の抑制されたＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮｘなどのバリアー蒸着に使用でき、よって大面積の薄膜封止の実現が可能である。

本発明は前述した実施形態を参考までに説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲により定められねばならない。

本発明は、スパッタリングシステム関連の技術分野に好適に用いられる。

１ 第１スパッタ装置、
２ 第２スパッタ装置、
５ 電源部、
１０ 第１ターゲット、
１０ａ ターゲット、
１０ｂ ターゲット、
２０ 第２ターゲット、
３０ 第３ターゲット、
３１ 外側磁石部、
３２ 中心磁石部、
３３ ヨークプレート、
３３ａ 凹溝、
３５ 磁気力発生部、
４０ 第４ターゲット、
５０ 第１ガス供給管、
５１ 供給ノズル、
６０ 第２ガス供給管、
６１ 供給ノズル、
７０、７３ 第１基板支持部、
７１、７２ 第１蒸着基板、
８０、８３ 第２基板支持部、
８１、８２ 第２蒸着基板、
９１ シールド部、
９２ ケース、
１０１、１０２ ターゲット、
１０３ 蒸着基板、
１１０、１２０ 磁石。

Claims (14)

1. 互いに対向するように配される第１ターゲット及び第２ターゲット、並びに前記第１ターゲットと第２ターゲットとのそれぞれの背面に配されて磁場を発生させる磁場発生部を備える第１スパッタ装置と、
   前記第１ターゲットの側方と前記第２ターゲットの側方とにそれぞれ配され、互いに対向するように配される第３ターゲット及び第４ターゲット、並びに前記第３ターゲットと第４ターゲットとのそれぞれの背面に配されて磁場を発生させる磁場発生部を備える第２スパッタ装置と、
   前記第１ターゲットと第３ターゲットとの間で、前記第２ターゲット及び第４ターゲットに向けてガスを排出する第１ガス供給管と、
   前記第２ターゲットと第４ターゲットとの間で、前記第１ターゲットと第３ターゲットに向けてガスを排出する第２ガス供給管と、
   第１蒸着基板を支持し、前記第１ターゲットと第２ターゲットとの外側エッジに向かって配される第１基板支持部と、
   第２蒸着基板を支持し、前記第３ターゲットと第４ターゲットとの外側エッジに向かって配される第２基板支持部と、を備える、スパッタリングシステム。
2. 前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの配置は、前記第１基板支持部に向かう前記第１ターゲットと第２ターゲットとの外側エッジが最も近く設定され、前記第３ターゲットと前記第４ターゲットとの配置は、前記第２基板支持部に向かう前記第３ターゲットと第４ターゲットとの外側エッジが最も近く設定されることを特徴とする、請求項１に記載のスパッタリングシステム。
3. 前記第１ターゲットと第２ターゲットとは、前記第１基板支持部に向かう方向へ行くほど互いに近づくように傾いて配され、前記第３ターゲットと第４ターゲットとは、前記第２基板支持部に向かう方向へ行くほど互いに近づくように傾いて配されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスパッタリングシステム。
4. 前記磁場発生部は、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットのそれぞれの背面のエッジに配される外側磁石部を備えることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のスパッタリングシステム。
5. 前記磁場発生部は、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットのそれぞれの背面の中心部位に配される中心磁石部を備えることを特徴とする、請求項４に記載のスパッタリングシステム。
6. 前記外側磁石部は、前記中心磁石部より強い磁場を発生させることを特徴とする、請求項５に記載のスパッタリングシステム。
7. 前記磁場発生部は、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットと、前記外側磁石部との間に配されて、磁場を偏向させるヨークプレートをさらに備えることを特徴とする、請求項４〜６のうちのいずれか１つに記載のスパッタリングシステム。
8. 前記ヨークプレートは、前記外側磁石部の前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットの背面に向かう端部を取り囲む凹溝を備えることを特徴とする、請求項７に記載のスパッタリングシステム。
9. 前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットは、その表面の傾いた角度を調整できるように配されることを特徴とする、請求項２又は３に記載のスパッタリングシステム。
10. 前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットのそれぞれのエッジの前方に配されて、前記第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットに対して放電を引き起こすシールド部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載のスパッタリングシステム。
11. 前記シールド部は、前記第１蒸着基板及び第２蒸着基板に蒸着される物質と同じ物質を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のスパッタリングシステム。
12. 前記シールド部と、第１ターゲット、第２ターゲット、第３ターゲット、及び第４ターゲットとには、直流電圧、パルス直流電圧、及び高周波電圧からなる群から選択された一つの電圧が印加されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のスパッタリングシステム。
13. 前記第１基板支持部及び前記第２基板支持部は複数が並列に配され、前記第１スパッタ装置及び前記第２スパッタ装置に対して移動可能であることを特徴とする、請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載のスパッタリングシステム。
14. 前記第１基板支持部及び前記第２基板支持部は複数が並列に配され、前記第１スパッタ装置及び前記第２スパッタ装置は、前記第１基板支持部及び前記第２基板支持部に対して移動可能であることを特徴とする、請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載のスパッタリングシステム。

Images