JPWO2018186038A1 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

スパッタリング法によって基板上の層組成を簡便に変更する。
成膜装置は、真空容器と、基板搬送機構と、成膜源と、制御部とを具備する。
上記真空容器は、減圧状態を維持することが可能である。上記基板搬送機構は、上記真空容器内で基板を搬送することが可能である。上記成膜源は、上記基板に対向し上記基板の搬送方向に沿って配置された第１ターゲットと第２ターゲットとを有する。上記第１ターゲットの材料は、上記第２ターゲットの材料と異なる。上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に周波数が長波帯域の交流電圧が印加されることによりプラズマが発生し、上記基板に上記第１ターゲットの上記材料と上記第２ターゲットの上記材料とが混合した層を形成することが可能である。上記制御部は、上記交流電圧のデューティー比を変えることが可能である。

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。

ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層等の透明導電層は、ディスプレイ、太陽電池、タッチパネル等の電子デバイスに利用されている（例えば、特許文献１参照）。透明導電層の成膜方法としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法に代表される化学的作製方法と、スパッタリング法に代表される物理的作製方法とがある。

ＣＶＤ法は、例えば、耐熱性の低い基板への適用が困難な場合があり、排気ガスの処理に手間がかかる場合がある。一方、スパッタリング法は、耐熱性の低い基板への適用が可能であり、真空容器に酸素を導入することで、その組成が最適に調整され得る。さらに、スパッタリング法は、大型基板への適用も可能になる。このため、上記電子デバイスに透明導電層を設ける場合には、スパッタリング法が採用される場合が多い。そして、透明導電層においては、電子デバイスの用途に応じて、組成の変更が求められる場合がある。

特許第５８５５９４８号公報

しかしながら、スパッタリング法を採用した場合、ターゲット材の組成が固定されている。このため、基板上に形成される層の組成は簡便に変更できない。この層の組成を変更するには、それぞれの層組成に対応させたターゲット材を個別に用意する必要がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、スパッタリング法によって基板上に層を形成する場合、この層の組成を簡便に変更することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、真空容器と、基板搬送機構と、成膜源と、制御部とを具備する。上記真空容器は、減圧状態を維持することが可能である。上記基板搬送機構は、上記真空容器内で基板を搬送することが可能である。上記成膜源は、上記基板に対向し上記基板の搬送方向に沿って配置された第１ターゲットと第２ターゲットとを有する。上記第１ターゲットの材料は、上記第２ターゲットの材料と異なる。上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に周波数が長波帯域の交流電圧が印加されることによりプラズマが発生し、上記基板に上記第１ターゲットの上記材料と上記第２ターゲットの上記材料とが混合した層を形成することが可能である。上記制御部は、上記交流電圧のデューティー比を変えることが可能である。
このような成膜装置であれば、上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に印加される交流電圧であって、周波数が長波帯域の上記交流電圧の上記デューティー比を変えることによって、上記層における上記第１ターゲットの材料と上記第２ターゲットの材料との混合比を簡便に変えることできる。

上記の成膜装置においては、上記第１ターゲットの抵抗率は、上記第２ターゲットの抵抗率と異なってもよい。
このような成膜装置であれば、上記層において、抵抗率が異なる上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの混合比を簡便に変えることできる。

上記の成膜装置においては、上記第１ターゲットのスパッタリング率は、上記第２ターゲットのスパッタリング率とは異なってもよい。
このような成膜装置であれば、上記層において、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれのスパッタリング率が異なっても上記デューティー比を変えることにより、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットを満遍なく含む層を形成することができる。

上記の成膜装置においては、上記周波数は、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下であってもよい。
このような成膜装置であれば、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数帯域の上記交流電圧が上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に印加されることよって、上記層における上記第１ターゲットの材料と上記第２ターゲットの材料との混合比を適格に変えることできる。

上記の成膜装置においては、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれは、円筒型に構成されてもよく、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれの中心軸は、上記基板の搬送方向に対して交差してもよく、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれは、それぞれの上記中心軸を軸に回転可能に構成されてもよい。
このような成膜装置であれば、上記基板が大型であっても、上記基板の面内方向における、上記第１ターゲットの材料と上記第２ターゲットの材料との混合比がより均一になる。

上記の成膜装置においては、上記成膜源は、上記第１ターゲットの内部に配置される第１磁気回路と、上記第２ターゲットの内部に配置される第２磁気回路とをさらに有してもよい。上記第１磁気回路が上記第１ターゲットに対向する向き及び上記第２磁気回路が上記第２ターゲットに対向する向きは、可変となるように構成されてもよい。
このような成膜装置であれば、上記磁気回路によって、それぞれの上記ターゲット近傍に補足されるプラズマの位置が可変になり、それぞれの上記ターゲットから放出されるスパッタ粒子の向きを変えることができる。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、第１ターゲットと、上記第１ターゲットとは材料が異なる第２ターゲットとを基板に対向させるとともに、上記基板の搬送方向に沿って上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとを配置することを含む。減圧雰囲気で上記搬送方向に上記基板を搬送しつつ、上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に、周波数が長波帯域であって、デューティー比を変えることが可能な交流電圧が印加され、上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間にプラズマが発生する。上記基板に上記第１ターゲットの材料と上記第２ターゲットの材料とが混合した層が形成される。
このような成膜方法であれば、上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に印加される交流電圧であって、周波数が長波帯域の上記交流電圧の上記デューティー比を変えることによって、上記層における上記第１ターゲットの材料と上記第２ターゲットの材料との混合比を自在に変えることできる。これにより、上記基板上に形成される上記層の組成を簡便に変更することが可能になる。

上記の成膜方法においては、上記第１ターゲットの抵抗率は、上記第２ターゲットの抵抗率と異なってもよい。
このような成膜方法であれば、上記層において、抵抗率が異なる上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの混合比を簡便に変えることできる。

上記の成膜方法においては、上記第１ターゲットのスパッタリング率は、上記第２ターゲットのスパッタリング率とは異なってもよい。
このような成膜方法であれば、上記層において、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれのスパッタリング率が異なっても上記デューティー比を変えることにより、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットを満遍なく含む層を形成することができる。

上記の成膜方法においては、上記周波数は、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下であってもよい。
このような成膜方法であれば、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数帯域の上記交流電圧が上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に印加されることよって、上記層における上記第１ターゲットの材料と上記第２ターゲットの材料との混合比を適格に変えることできる。

上記の成膜方法においては、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれを円筒型に構成し、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれの中心軸を上記基板の搬送方向に対して交差させ、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれをそれぞれの上記中心軸を軸に回転させながら上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に上記プラズマを発生させてもよい。
このような成膜方法であれば、上記基板が大型であっても、上記基板の面内方向における、上記第１ターゲットの材料と上記第２ターゲットの材料との混合比がより均一になる。

上記の成膜方法においては、上記第１ターゲットの内部に第１磁気回路を配置し、上記第２ターゲットの内部に第２磁気回路を配置し、上記第１磁気回路が上記第１ターゲットに対向する向きと、上記第２磁気回路が上記第２ターゲットに対向する向きとを変えて、上記第１ターゲットと上記第２ターゲットとの間に上記プラズマを発生させてもよい。
このような成膜方法であれば、上記磁気回路によって、それぞれの上記ターゲット近傍に補足されるプラズマの位置が可変になり、それぞれの上記ターゲットから放出されるスパッタ粒子の向きを変えることができる。

上記の成膜方法においては、上記第１ターゲット及び上記第２ターゲットのそれぞれの上記スパッタリング率が異なる場合、上記スパッタリング率が低いターゲットに上記交流電圧をより長く印加してもよい。
このような成膜方法であれば、第１ターゲットの材料及び第２ターゲットの材料のそれぞれが万遍なく混合した層を基板上に形成することができる。

以上述べたように、本発明によれば、スパッタリング法によって基板上に形成される層の組成を簡便に変更することが可能な成膜装置及び成膜方法が提供される。

第１実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。 第１実施形態に係る成膜装置のターゲットと基板との配置を示す上面図である。 第１実施形態に係る成膜方法の概略的フローである。 図（ａ）は、第１実施形態に係る成膜装置の動作を示す概略的断面図であり、図（ｂ）、（ｃ）は、第１ターゲットと第２ターゲットとに印加する矩形波交流電圧の時間的変化を示す概略図である。 矩形波交流電圧のデューティー比と、層のシート抵抗との関係を示すグラフ図である。 第１実施形態に係る成膜装置の別の動作を示す概略的断面図である。 第２実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。 第３実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。 第４実施形態に係る成膜装置の概略的上面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。

［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。
図２は、第１実施形態に係る成膜装置のターゲットと基板との配置を示す上面図である。

図１、２に示す成膜装置１０１は、真空容器１０と、基板搬送機構２０と、成膜源３０と、交流電源５０と、制御部６０と、ガス供給源７０とを具備する。

真空容器１０は、減圧状態を維持することが可能な容器である。例えば、真空容器１０内のガスは、排気口１０ｄを通じてターボ分子ポンプ等の排気機構によって外部に排気される。成膜装置１０１は、バッチ式の成膜装置でもよく、連続式の成膜装置でもよい。

成膜装置１０１が連続式（例えば、インライン式）の成膜装置である場合、真空容器１０は、成膜装置１０１における１つの処理室として機能する。例えば、真空容器１０には、基板搬入部１０ａと基板搬出部１０ｂとが設けられている。そして、基板２１Ａが基板搬入部１０ａから真空容器１０内に搬入されると、真空容器１０内で基板２１Ａにスパッタリング成膜等の処理がなされ、この後、基板２１Ａは、基板搬出部１０ｂを通して真空容器１０外に搬出される。基板２１Ａは、例えば、平面形状が矩形のガラス基板を含む。図１の例では、基板２１Ａが成膜源３０に対向する面が成膜面２１ｄになっている。

基板搬送機構２０は、基板２１Ａを真空容器１０内において搬送することができる。例えば、基板搬送機構２０は、ローラ回転機構２０ｒと、フレーム部２０ｆとを有する。ローラ回転機構２０ｒは、フレーム部２０ｆによって支持されている。そして、ローラ回転機構２０ｒ上に、基板２１Ａ及び基板ホルダ２２が載置されると、ローラ回転機構２０ｒが自転することにより、基板２１Ａ及び基板２１Ａを支持する基板ホルダ２２が基板搬入部１０ａから基板搬出部１０ｂに向けてスライド移送される。

成膜源３０は、第１成膜源３１と第２成膜源３２とを有する。第１成膜源３１は、第１ターゲット３１Ｔと、第１バッキングチューブ３１Ｂと、第１磁気回路３１Ｍとを有する。第２成膜源３２は、第２ターゲット３２Ｔと、第２バッキングチューブ３２Ｂと、第２磁気回路３２Ｍとを有する。成膜装置１０１は、いわゆるデュアルターゲットを具備した成膜装置である。

第１ターゲット３１Ｔは、第１バッキングチューブ３１Ｂに支持される。第１磁気回路３１Ｍは、第１ターゲット３１Ｔ内に配置されているとともに、第１バッキングチューブ３１Ｂ内に配置される。第２ターゲット３２Ｔは、第２バッキングチューブ３２Ｂに支持される。第２磁気回路３２Ｍは、第２ターゲット３２Ｔ内に配置されているとともに、第２バッキングチューブ３２Ｂ内に配置される。第１バッキングチューブ３１Ｂ及び第２バッキングチューブ３２Ｂのそれぞれの内部には、冷却媒体が流れる流路（不図示）が設けられてもよい。

第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとは、基板２１Ａに対向する。第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとは基板２１Ａの搬送方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。第１ターゲット３１Ｔの中心軸３１ｃは、第１ターゲット３１Ｔの長手方向に平行である。第２ターゲット３２Ｔの中心軸３２ｃは、第２ターゲット３２Ｔの長手方向に平行である。

第１ターゲット３１Ｔ、第１バッキングチューブ３１Ｂ、第２ターゲット３２Ｔ及び第２バッキングチューブ３２Ｂのそれぞれは、円筒型である。但し、第１ターゲット３１Ｔ、第１バッキングチューブ３１Ｂ、第２ターゲット３２Ｔ及び第２バッキングチューブ３２Ｂのそれぞれは、円筒型に限らず、円板型であってもよい。

第１ターゲット３１Ｔの中心軸３１ｃは、基板２１Ａの搬送方向に対して交差している。第２ターゲット３２Ｔの中心軸３２ｃは、基板２１Ａの搬送方向に対して交差している。例えば、中心軸３１ｃ、３２ｃのそれぞれは、Ｙ軸方向に対して直交し、Ｘ軸方向に延在する。第１ターゲット３１Ｔは、中心軸３１ｃを軸に回転可能に構成されている。第２ターゲット３２Ｔは、中心軸３２ｃを軸に回転可能に構成されている。すなわち、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔは、いわゆるロータリーターゲットである。

成膜装置１０１において、第１ターゲット３１Ｔの材料は、第２ターゲット３２Ｔの材料と異なっている。例えば、第１ターゲット３１Ｔの抵抗率は、第２ターゲット３２Ｔの抵抗率と異なっている。または、第１ターゲット３１Ｔのスパッタリング率は、第２ターゲット３２Ｔのスパッタリング率とは異なっている。基板搬送機構２０と成膜源３０との間には、防着板１１が設けられている。

例えば、第１ターゲット３１Ｔの材料は、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化モリブデンの少なくとも１つを含む。第２ターゲット３２Ｔの材料は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ（酸化スズ含有量１ｗｔ％〜１５ｗｔ％））、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ガリウムの少なくとも１つを含む。但し、ＩＴＯにおける酸化スズ含有量は、一例であり、この値に限らない。

成膜装置１０１において、第１磁気回路３１Ｍの磁石３１ｍｇが第１ターゲット３１Ｔの内部から第１ターゲット３１Ｔの内壁に対向する向きＤ１と、第２磁気回路３２Ｍの磁石３２ｍｇが第２ターゲット３２Ｔの内部から第２ターゲット３２Ｔに対向する向きＤ２とが可変となるように構成されている。例えば、第１磁気回路３１Ｍは、中心軸３１ｃを軸に回転可能に構成され、第２磁気回路３２Ｍは、中心軸３２ｃを軸に回転可能に構成されている。

これにより、磁気回路３１Ｍから第１ターゲット３１Ｔの表面に漏洩する磁力線（第１ターゲット３１Ｔの表面に沿って形成される磁場）の位置が可変となるように構成される。また、磁気回路３２Ｍから第２ターゲット３２Ｔの表面に漏洩する磁力線（第２ターゲット３２Ｔの表面に沿って形成される磁場）の位置が可変となるように構成される。

成膜装置１０１において、真空容器１０内に放電ガスが導入され、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に交流電圧が印加されると、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間で放電ガスが電離し、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間にプラズマが発生する。ここで、交流電圧の周波数は、長波（ＬＦ）帯域である。本実施形態に係る長波帯域には、超長波帯域も含まれる。交流電圧の周波数は、より好ましくは、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。

第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔから放出されるスパッタリング粒子は、基板２１Ａの成膜面２１ｄに到達する。これにより、成膜面２１ｄには、第１ターゲット３１Ｔからスパッタリングされたスパッタリング粒子Ｓ１と、第２ターゲット３２Ｔからスパッタリングされたスパッタリング粒子Ｓ２とが混合した層が形成される。

交流電源５０は、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に交流電圧を供給する。交流電源５０が供給する交流電圧は、例えば、矩形波交流電圧である。この矩形波交流電圧は、例えば、理想的な矩形波交流電圧に限らない。例えば、矩形波交流電圧において、パルスの立ち上がりまたは立ち下りは、時間軸に対して垂直でなくてもよい。

制御部６０は、矩形波交流電圧のデューティー比を変調することができる。例えば、制御部６０は、第１ターゲット３１Ｔに印加されるパルス電圧（マイナス電圧）の長さを第２ターゲット３２Ｔに印加されるパルス電圧（マイナス電圧）の長さより短く設定したり、第１ターゲット３１Ｔに印加されるパルス電圧（マイナス電圧）の長さを第２ターゲット３２Ｔに印加されるパルス電圧（マイナス電圧）の長さより長く設定したりすることができる。

ガス供給源７０は、流量調整器７１とガスノズル７２とを有する。ガス供給源７０によって真空容器１０内に放電ガスが供給される。放電ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム等の希ガス、酸素等である。以下に、成膜装置１０１の動作について説明する。

図３は、第１実施形態に係る成膜方法の概略的フローである。

本実施形態に係る成膜方法においては、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔを基板２１Ａに対向させるとともに、基板２１Ａの搬送方向に沿って第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとが配置される（Ｓ１０）。

次に、減圧雰囲気で搬送方向に基板２１Ａを搬送しつつ、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に、周波数が長波帯域であって、デューティー比を変えることが可能な交流電圧を印加することによって第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間にプラズマを発生させる（Ｓ２０）。

次に、基板２１Ａに第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料とが混合した層が形成される（Ｓ３０）。

図４（ａ）は、第１実施形態に係る成膜装置の動作を示す概略的断面図であり、図４（ｂ）、（ｃ）は、第１ターゲットと第２ターゲットとに印加する矩形波交流電圧の時間的変化を示す概略図である。ここで、横軸は、時間であり、縦軸は、電圧である。図４（ａ）では、図１に例示した真空容器１０、基板搬送機構２０、交流電源５０、制御部６０、ガス供給源７０等が略されている。

真空容器１０内に放電ガスが導入され、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に交流電圧が印加されると、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間で放電ガスが電離する。放電の際、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔは、矢印の方向に回転している。

成膜装置１０１では、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間には、矩形波交流電圧が印加されている。このため、第１ターゲット３１Ｔに＋Ｖｓ電圧が印加されているときには、第２ターゲット３２Ｔに−Ｖｓ電圧が印加され、第１ターゲット３１Ｔに−Ｖｓ電圧が印加されているときには、第２ターゲット３２Ｔに＋Ｖｓ電圧が印加される（図４（ｂ））。ここで、図４（ｂ）、（ｃ）における「ｔ」は、矩形波交流電圧の電圧周期である。「ｔ１」は、第１ターゲット３１Ｔに−Ｖｓが印加される時間である。「ｔ２」は、第２ターゲット３２Ｔに−Ｖｓが印加される時間である。放電の際、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間には、＋Ｖｓ×２の電圧が印加される。

成膜源３０において、第１ターゲット３１Ｔに−Ｖｓ電圧が印加されているときは、放電ガス中の陽イオンによって第１ターゲット３１Ｔがスパッタリングされて、第１ターゲット３１Ｔからスパッタリング粒子Ｓ１が放出する。一方、成膜源３０において、第２ターゲット３２Ｔに−Ｖｓ電圧が印加されているときは、放電ガス中の陽イオンによって第２ターゲット３２Ｔがスパッタリングされて、第２ターゲット３２Ｔからスパッタリング粒子Ｓ２が放出する。

ここで、成膜装置１０１においては、磁気回路３１Ｍの向きＤ１がＺ軸方向から反れてＹ軸方向に傾いている。これにより、第１ターゲット３１Ｔの表面近傍では、Ｚ軸方向とＹ軸方向との間でプラズマが補足されやすくなり、Ｚ軸方向とＹ軸方向との間でプラズマ密度が高くなる。従って、第１ターゲット３１Ｔからは、主に、Ｚ軸方向とＹ軸方向との間からスパッタリング粒子Ｓ１が放出されて、スパッタリング粒子Ｓ１が基板２１Ａに向かって飛遊する。

一方、成膜装置１０１においては、磁気回路３２Ｍの向きＤ２がＺ軸方向から反れてＹ軸方向とは逆の方向（−Ｙ軸方向）に傾いている。これにより、第２ターゲット３２Ｔの表面近傍では、Ｚ軸方向と−Ｙ軸方向との間でプラズマが補足されやすくなり、Ｚ軸方向と−Ｙ軸方向との間でプラズマ密度が高くなる。従って、第２ターゲット３２Ｔからは、主に、Ｚ軸方向と−Ｙ軸方向との間からスパッタリング粒子Ｓ２が放出されて、スパッタリング粒子Ｓ２が基板２１Ａに向かって飛遊する。

これにより、第１ターゲット３１Ｔから放出されたスパッタリング粒子Ｓ１と、第２ターゲット３２Ｔから放出されたスパッタリング粒子Ｓ２とが成膜面２１ｄ下で混合し、成膜面２１ｄには、第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料とが混合した層が形成される。成膜開始後、一例として、スパッタリング粒子Ｓ１、Ｓ２のそれぞれの材料層が基板２１Ａ上に混合して形成されたり、それぞれの材料層が島状に形成されたりする。

ここで、図４（ｂ）に示す条件（ｔ１＞ｔ２）では、第２ターゲット３２Ｔに−Ｖｓ電圧が印加される時間よりも、第１ターゲット３１Ｔに−Ｖｓ電圧が印加される時間のほうが長い。これにより、第２ターゲット３２Ｔから放出されるスパッタリング粒子量よりも、第１ターゲット３１Ｔから放出されるスパッタリング粒子量ほうが多くなる。この結果、成膜面２１ｄには、第２ターゲット３２Ｔの材料よりも第１ターゲット３１Ｔの材料がリッチな層が形成される。この場合、第１ターゲット３１Ｔのスパッタリング率と第２ターゲット３２Ｔのスパッタリング率とは、実質的に同じであるとしている。

一方、図４（ｃ）に示す条件（ｔ１＜ｔ２）では、第１ターゲット３１Ｔに−Ｖｓ電圧が印加される時間よりも、第２ターゲット３２Ｔに−Ｖｓ電圧が印加される時間のほうが長い。これにより、第１ターゲット３１Ｔから放出されるスパッタリング粒子量よりも、第２ターゲット３２Ｔから放出されるスパッタリング粒子量ほうが多くなる。この結果、成膜面２１ｄには、第１ターゲット３１Ｔの材料よりも第２ターゲット３２Ｔの材料がリッチな層が形成される。

このように、成膜装置１０１によれば、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に矩形波交流電圧を印加し、この矩形波交流電圧のデューティー比（ｔ１／ｔまたはｔ２／ｔ）を変えることによって、第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料との混合比を変えて、基板２１Ａ上に形成される層の組成を簡便に変えることができる。

すなわち、本実施形態では、スパッタリング法で基板２１Ａ上に異なる組成の層を形成する場合、それぞれの組成に対応させたターゲットを個別に準備することを要しない。すなわち、本実施形態によれば、材料が異なる２つのターゲットを用いて、基板２１Ａ上に形成される層の組成を簡便に変更することができる。

また、本実施形態に係る成膜装置１０１では、成膜源３０と成膜装置１０１のアース部（真空容器１０、防着板１１、基板搬送機構２０等）との間で放電を起こして成膜をするのではなく、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間で放電を起こして成膜を行う。

スパッタリング装置の中には、ターゲットにＤＣ（Direct Current）電圧またはＲＦ（Radio Frequency）電圧を印加し、ターゲットとアース部との間でプラズマを放電させて、基板に層を形成するものがある。このようなスパッタリング装置の中には、ターゲットを複数配置するものもある。

ここで、スパッタリング装置では、層は、基板だけでなく、アース部にも形成される。従って、ターゲット材が絶縁物等の高抵抗材料である場合、アース部に高抵抗層が堆積し続けると、アース部が厚い高抵抗層で覆われ、ターゲットとアース部との間での安定したプラズマ放電が維持できなくなる可能性がある。このため、ターゲットとアース部との間でプラズマを放電させるスパッタリング装置では、定期的に真空を開放して、アース部から高抵抗材料の取り除くメンテナンス作業が必要になる。

これに対して、本実施形態に係る成膜装置１０１では、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間でプラズマ放電を発生させている。このため、アノード部に高抵抗材料が堆積し続けても、成膜装置１０１内でのプラズマ放電が長期にわたり持続する。すなわち、成膜装置１０１は、量産性に優れる。

また、成膜装置１０１おいては、矩形波交流電圧の周波数帯域が長波帯域であり、より好ましくは、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下に設定される。これにより、基板２１Ａ上に形成される層の組成が適切に変更され得る。

例えば、矩形波交流電圧の周波数が１０ｋＨｚより小さくなると、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔのそれぞれのスパッタリング時間とが長くなり、基板２１Ａ上に、第１ターゲット３１Ｔの材料層と第２ターゲット３２Ｔの材料層とが交互に積層された層が形成されやすくなる。

一方、矩形波交流電圧の周波数が１００ｋＨｚより大きくなると、周期ｔが短くなり過ぎ、デューティー比の分解能が落ちる。これにより、成膜中においては、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔのどちらか一方に充分な電圧が印加されなくなり、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔのどちらか一方の材料が層中に混入されにくくなる。

また、成膜装置１０１おいては、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔのそれぞれがロータリーターゲットであり、基板２１Ａを２つのロータリーターゲットが並ぶ方向（Ｙ軸方向）に移送させながら成膜を行う。これにより、基板２１Ａが大型基板であっても、基板２１Ａの面内方向における、第１ターゲット３２Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料との混合比が均一になる。

また、成膜装置１０１おいては、第１ターゲット３１Ｔ及び第２ターゲット３２Ｔのそれぞれのスパッタリング率が異なる場合、スパッタリング率が低いターゲットに−Ｖｓ電圧をより長く印加することにより、第１ターゲット３１Ｔの材料及び第２ターゲット３２Ｔの材料のそれぞれが万遍なく混合した層を基板２１Ａ上に形成することができる。

図５は、矩形波交流電圧のデューティー比と、層のシート抵抗との関係を示すグラフ図である。

成膜条件は、以下の通りである。
第１ターゲット３１Ｔ：酸化ニオブターゲット
第２ターゲット３２Ｔ：ＩＴＯターゲット（酸化スズ５ｗｔ％）
電力：１ｋＷ／ｍ（ターゲット１個相当）
成膜圧力：０．４Ｐａ
周波数：２０ｋＨｚ
成膜層の厚さ：１０ｎｍ
成膜温度：室温

図５の横軸は、デューティー比（％）である。デューティー比は、ｔ２／ｔが百分率で表されている。図５の縦軸は、層のシート抵抗（Ω／ｓｑ．）である。ここで、酸化ニオブの抵抗率は、ＩＴＯターゲット（酸化スズ５ｗｔ％）の抵抗率よりも高い。

図５に示すように、ｔ２／ｔ（％）が大きくなるにつれ、成膜層のシート抵抗が低くなっている。すなわち、図５の結果は、ｔ２／ｔ（％）を調整することにより、成膜層における、第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料との比率を変化させ、成膜層のシート抵抗を簡便に調整できること示している。

図６は、第１実施形態に係る成膜装置の別の動作を示す概略的断面図である。

成膜装置１０１においては、第１磁気回路３１Ｍが中心軸３１ｃを軸に回転可能に構成されている。また、第２磁気回路３２Ｍは、中心軸３２ｃを軸に回転可能に構成されている。これにより、成膜装置１０１においては、磁気回路３１Ｍによって、第１ターゲット３１Ｔの近傍に補足されるプラズマの位置が自在に変えられ、第１ターゲット３１Ｔから放出されるスパッタリング粒子の進行方向を自在に変えることができる。また、磁気回路３２Ｍによって、第２ターゲット３２Ｔの近傍に補足されるプラズマの位置も自在に変えられ、第２ターゲット３２Ｔから放出されるスパッタリング粒子の進行方向を自在に変えることができる。

例えば、図６の例では、第２磁気回路３２Ｍの磁石３２ｍｇが第１ターゲット３１Ｔに対向している。このような状態で、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に矩形波交流電圧が印加されると、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間で放電ガスが電離する。

ここで、第２磁気回路３２Ｍの磁石３２ｍｇは、第１ターゲット３１Ｔに対向している。このため、第２ターゲット３２Ｔの表面近傍では、第１ターゲット３１Ｔが第２ターゲット３２Ｔに対向する位置においてプラズマが補足されやすくなる。これにより、第２ターゲット３２Ｔからは、第１ターゲット３１Ｔに向かってスパッタリング粒子Ｓ２が放出される。

一方、第１ターゲット３１Ｔにおいては、第１ターゲット３１Ｔの材料とともに、第１ターゲット３１Ｔに付着した第２ターゲット３２Ｔの材料がスパッタリングされる。これにより、第１ターゲット３１Ｔからは、第１ターゲット３１Ｔの材料及び第２ターゲット３２Ｔの材料を含むスパッタリング粒子Ｓ１、Ｓ２が基板２１Ａに向かって飛遊する。この結果、図６の構成においても、基板２１Ａには、第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料とが混合した層が形成される。

図６に示す構成は、例えば、以下に説明する例に適用される。

例えば、ある金属Ｍの酸化物ＭＯ_ｙは、焼結体になりにくいとする。このような酸化物ＭＯ_ｙは、ターゲット材になりにくい。従って、酸化物ＭＯ_ｙについては、スパッタリング法を用いて、層中に混入させることが難しくなる。

このような場合、図６に示す構成において、第１ターゲット３１Ｔとして酸化物Ａのターゲットを用い、第２ターゲット３２Ｔとして金属Ｍのターゲットを用いる。さらに、放電ガスには、酸素を添加する。

放電を開始すると、第２ターゲット３２Ｔからは、金属Ｍのスパッタリング粒子が放出され、この金属Ｍのスパッタリング粒子は、第１ターゲット３１Ｔの表面に付着する。一方、第１ターゲット３１Ｔにおいては、第１ターゲット３１Ｔの酸化物Ａとともに、第１ターゲット３１Ｔに付着した金属Ｍがスパッタリングされる。

これにより、第１ターゲット３１Ｔからは、酸化物Ａ及び金属Ｍを含むスパッタリング粒子が放出され、これらのスパッタリング粒子が基板２１Ａに向けて飛遊する。ここで、放電ガスには、アシストガスとして酸素が添加されている。このため、金属Ｍのスパッタリング粒子は、酸化物粒子（ＭＯ_ｙ）になり、結局、基板２１Ａには、酸化物Ａと酸化物ＭＯ_ｙとが混合した層が形成される。

特に、図６の例では、金属Ｍのスパッタリング粒子を直接、基板２１Ａに向けて放出するのではなく、一旦、第１ターゲット３１Ｔに金属Ｍを付着させ、そこからさらに、基板２１Ａに向けて放出する。このため、金属Ｍのスパッタリング粒子が基板２１Ａに届くまでのパスがより長くなり、金属Ｍのスパッタリング粒子が酸素と接触する機会が増加する。これにより、第２ターゲット３２Ｔから放出された金属Ｍのスパッタリング粒子は、酸化物ＭＯ_ｙになりやすく、確実に酸化物ＭＯ_ｙを層に混在させることができる。または、第１ターゲット３１Ｔの材料を付着させた第２ターゲット３２Ｔからスパッタリング粒子を放出させることにより、成膜面２１ｄに形成される層の厚さ方向における組成がよりばらつきにくくなる。

また、本実施形態において、基板及び基板を搬送する基板搬送機構は、上記の構成に限らず、例えば、下記のような構成でもよい。

［第２実施形態］

図７は、第２実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。図７には、図１に例示した真空容器１０、基板搬送機構２０、交流電源５０、制御部６０、ガス供給源７０等が略されている。

成膜装置１０２は、巻取式成膜装置である。成膜装置１０２では、基板として、所定幅に裁断された長尺状の可撓性基板２１Ｂが用いられる。可撓性基板２１Ｂは、例えば、ポリイミドフィルム等である。成膜装置１０２は、基板搬送機構２３を具備する。基板搬送機構２３は、主ローラ２３Ａ、ガイドローラ２３Ｂ及びガイドローラ２３Ｃを具備する。搬送機構２３は、フィルム走行機構である。主ローラ２３Ａは、成膜源３０に対向する。主ローラ２３Ａと成膜源３０との間に可撓性基板２１Ｂが配置される。

成膜装置１０２においては、可撓性基板２１Ｂの裏面（成膜面２１ｄとは反対側の面）が主ローラ２３Ａのローラ面に接している。可撓性基板２１Ｂの成膜面２１ｄは、成膜源３０に対向する。そして、主ローラ２３Ａ、ガイドローラ２３Ｂ及びガイドローラ２３Ｃの自転によって、可撓性基板２１Ｂが矢印Ｇの方向に連続的に走行する。

成膜装置１０２においても、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に矩形波交流電圧が印加されると、第１ターゲット３１Ｔからスパッタリング粒子Ｓ１が放出し、第２ターゲット３２Ｔからスパッタリング粒子Ｓ２が放出する。これにより、可撓性基板２１Ｂが基板搬送機構２３によって走行されつつ、可撓性基板２１Ｂの成膜面２１ｄには、第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料とが混合した層が形成される。

このような基板搬送機構２３を具備した成膜装置１０２のスパッタリング成膜においても、成膜装置１０１と同じ作用をする。

［第３実施形態］

図８は、第３実施形態に係る成膜装置の概略的断面図である。図８には、図１に例示した真空容器１０、基板搬送機構２０、交流電源５０、制御部６０、ガス供給源７０等が略されている。

成膜装置１０３では、基板として、基板２１Ａに比べて小型の基板２１Ｃが用いられる。基板２１Ｃの平面形状は、矩形状または円形状である。基板２１Ｃは、例えば、ガラス基板、半導体基板等である。成膜装置１０３においては、成膜源３０と基板搬送機構２４との上下の位置が逆であってもよい。さらに、Ｚ軸方向が地面に対して垂直な方向でもよく、Ｘ軸方向が地面に対して垂直な方向でもよい。

成膜装置１０３は、基板回転式の搬送機構を具備する。基板搬送機構２４は、中心軸２４ｃを軸に回転する回転ステージである。基板搬送機構２４は、成膜源３０に対向する。基板搬送機構２４は、外周において複数の基板２１Ｃを支持する。基板２１Ｃは、Ｘ軸方向に複数配置されてもよい。基板搬送機構２４の自転により、複数の基板２１Ｃが回転方向Ｒの方向に回転する。基板搬送機構２４の回転方向には、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとが並ぶ。基板搬送機構２４の中心軸２４ｃ、第１ターゲット３１Ｔの中心軸３１ｃ及び第２ターゲット３２Ｔの中心軸３２ｃのそれぞれは、平行になっている。

成膜装置１０３においても、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に矩形波交流電圧が印加されると、第１ターゲット３１Ｔからスパッタリング粒子Ｓ１が放出し、第２ターゲット３２Ｔからスパッタリング粒子Ｓ２が放出する。これにより、基板２１Ｃが基板搬送機構２４によって回転しつつ、基板２１Ｃの成膜面２１ｄには、第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料とが混合した層が形成される。

このような基板搬送機構２４を具備した成膜装置１０３のスパッタリング成膜においても、成膜装置１０１と同じ作用をする。
［第４実施形態］

図９は、第４実施形態に係る成膜装置の概略的上面図である。図９には、図１に例示した真空容器１０、基板搬送機構２０、交流電源５０、制御部６０、ガス供給源７０等が略されている。成膜装置１０４においては、成膜源３０と基板搬送機構２５との上下の位置が逆であってもよい。

成膜装置１０４は、基板回転式の搬送機構を具備する。基板搬送機構２５は、中心軸２５ｃを軸に回転する回転ステージである。基板搬送機構２５は、成膜源３０に対向する。基板搬送機構２５は、上面側に複数の基板２１Ｃを支持する。基板２１Ｃは、Ｘ軸方向に複数配置されてもよい。図９の例では、複数の基板２１Ｃが放射状に配置されている。

基板搬送機構２５の自転により、複数の基板２１Ｃが回転方向Ｒの方向に回転する。基板搬送機構２５の回転方向には、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとが並ぶ。基板搬送機構２５の中心軸２５ｃは、第１ターゲット３１Ｔの中心軸３１ｃ及び第２ターゲット３２Ｔの中心軸３２ｃのそれぞれに対して直交している。

成膜装置１０４においても、第１ターゲット３１Ｔと第２ターゲット３２Ｔとの間に矩形波交流電圧が印加されると、第１ターゲット３１Ｔからスパッタリング粒子Ｓ１が放出し、第２ターゲット３２Ｔからスパッタリング粒子Ｓ２が放出する。これにより、基板２１Ｃが基板搬送機構２５によって回転しつつ、基板２１Ｃの成膜面２１ｄには、第１ターゲット３１Ｔの材料と第２ターゲット３２Ｔの材料とが混合した層が形成される。

このような基板搬送機構２５を具備した成膜装置１０４のスパッタリング成膜においても、成膜装置１０１と同じ作用をする。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

１０…真空容器
１０ａ…基板搬入部
１０ｂ…基板搬出部
１０ｄ…排気口
１１…防着板
２０、２３、２４、２５…基板搬送機構
２０ｆ…フレーム部
２０ｒ…ローラ回転機構
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ…基板
２１ｄ…成膜面
２２…基板ホルダ
２４ｃ、２５ｃ、３１ｃ、３２ｃ…中心軸
３０…成膜源
３１…第１成膜源
３１Ｔ…第１ターゲット
３１Ｂ…第１バッキングチューブ
３１Ｍ…第１磁気回路
３１ｍｇ…磁石
３２…第２成膜源
３２Ｔ…第２ターゲット
３２Ｂ…第２バッキングチューブ
３２Ｍ…第２磁気回路
３２ｍｇ…磁石
５０…交流電源
６０…制御部
７０…ガス供給源
７１…流量調整器
７２…ガスノズル
１０１、１０２、１０３、１０４…成膜装置
Ｓ１、Ｓ２…スパッタリング粒子

Claims (13)

1. 減圧状態を維持することが可能な真空容器と、
   前記真空容器内で基板を搬送することが可能な基板搬送機構と、
   前記基板に対向し前記基板の搬送方向に沿って配置された第１ターゲットと第２ターゲットとを有し、前記第１ターゲットの材料が前記第２ターゲットの材料と異なり、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に周波数が長波帯域の交流電圧が印加されることによりプラズマを発生させ、前記基板に前記第１ターゲットの前記材料と前記第２ターゲットの前記材料とが混合した層を形成することが可能な成膜源と、
   前記交流電圧のデューティー比を変えることが可能な制御部と
   を具備する成膜装置。
2. 請求項１に記載の成膜装置であって、
   前記第１ターゲットの抵抗率は、前記第２ターゲットの抵抗率と異なる
   成膜装置。
3. 請求項１に記載の成膜装置であって、
   前記第１ターゲットのスパッタリング率は、前記第２ターゲットのスパッタリング率とは異なる
   成膜装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
   前記周波数は、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である
   成膜装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
   前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットのそれぞれは、円筒型に構成され、
   前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットのそれぞれの中心軸は、前記基板の搬送方向に対して交差し、
   前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットのそれぞれは、それぞれの前記中心軸を軸に回転可能に構成されている
   成膜装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
   前記成膜源は、前記第１ターゲットの内部に配置される第１磁気回路と、前記第２ターゲットの内部に配置される第２磁気回路とをさらに有し、
   前記第１磁気回路が前記第１ターゲットに対向する向き及び前記第２磁気回路が前記第２ターゲットに対向する向きが可変となるように構成されている
   成膜装置。
7. 第１ターゲットと、前記第１ターゲットとは材料が異なる第２ターゲットとを基板に対向させるとともに、前記基板の搬送方向に沿って前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとを配置し、
   減圧雰囲気で前記搬送方向に前記基板を搬送しつつ、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に、周波数が長波帯域であって、デューティー比を変えることが可能な交流電圧を印加することによって前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間にプラズマを発生させ、
   前記基板に前記第１ターゲットの材料と前記第２ターゲットの材料とが混合した層を形成する
   成膜方法。
8. 請求項７に記載の成膜方法であって、
   前記第１ターゲットの抵抗率は、前記第２ターゲットの抵抗率と異なる
   成膜方法。
9. 請求項７に記載の成膜方法であって、
   前記第１ターゲットのスパッタリング率は、前記第２ターゲットのスパッタリング率とは異なる
   成膜方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１つに記載の成膜方法であって、
    前記周波数は、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である
    成膜方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか１つに記載の成膜方法であって、
    前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットのそれぞれを円筒型に構成し、
    前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットのそれぞれの中心軸を前記基板の搬送方向に対して交差させ、
    前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットのそれぞれをそれぞれの前記中心軸を軸に回転させながら前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に前記プラズマを発生させる
    成膜方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか１つに記載の成膜方法であって、
    前記第１ターゲットの内部に第１磁気回路を配置し、前記第２ターゲットの内部に第２磁気回路を配置し、
    前記第１磁気回路が前記第１ターゲットに対向する向きと、前記第２磁気回路が前記第２ターゲットに対向する向きとを変えて、前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとの間に前記プラズマを発生させる
    成膜方法。
13. 請求項９〜１２のいずれか１つに記載の成膜方法であって、
    前記第１ターゲット及び前記第２ターゲットのそれぞれの前記スパッタリング率が異なる場合、前記スパッタリング率が低いターゲットに前記交流電圧をより長く印加する
    成膜方法。