WO2007010798A1 - スパッタリング装置、透明導電膜の製造方法 - Google Patents

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Sadayuki Ukishima
Satoru Takasawa
Hideo Takei
Satoru Ishibashi
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Ulvac, Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to a sputtering technique, and more particularly to a sputtering apparatus and a method for producing a transparent conductive film with little damage on a film formation surface.
  • organic EL elements have attracted attention as display elements.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the structure 201 of the organic EL element.
  • a lower electrode 214, organic layers 217 and 218, and an upper electrode 219 are laminated in this order on a substrate 211, and the lower electrode 214 and the upper electrode 219 are interposed between them.
  • the upper electrode 219 is formed of a transparent conductive film such as an ITO film (indium tin oxide film)
  • the emitted light passes through the upper electrode 219 and is emitted to the outside.
  • the vapor deposition method has poor adhesion to the organic film, which causes a problem that a dark spot is generated or the electrode is peeled off by long-term driving.
  • the problem is that the film thickness distribution is difficult to obtain in a large area due to the point evaporation source, the deterioration of the evaporation boat, and the continuous supply of evaporation material are difficult, so the maintenance cycle is short. , Etc.
  • a sputtering method has been proposed as a method for solving the above problem, but in a parallel plate type sputtering method in which a film formation target is directly opposed to a target, an aluminum upper electrode is formed on the organic layer. If it is formed, there is a problem that the light emission starting voltage is remarkably increased or light is not emitted in the drive test of the organic EL device. This is because in the sputtering method, charged particles (Ar ions, secondary electrons, recoil Ar) in the plasma and sputtered particles with high kinetic energy. Is incident on the organic film, destroying the interface of the organic film and making it impossible to inject electrons.
  • charged particles Ar ions, secondary electrons, recoil Ar
  • the sputtering apparatus 110 includes a vacuum chamber 111.
  • two targets 121a and 121b are attached to the backing plates 122a and 122b on the back surfaces, and the surfaces are constant. Oppositely arranged in parallel with a distance.
  • the magnet members 115a and 115b are placed on the back surfaces of the knocking plates 122a and 122b outside the side wall of the vacuum chamber 111.
  • Ring-shaped magnets 123a and 123b are attached to magnets 115a and 115bi, and yokes 129a and 129b.
  • Each of the magnets 123a and 123b is arranged with one magnetic pole facing the targets 121a and 121b and the other magnetic pole facing away from the target, and the two magnets 123a and 123b The magnetic poles of different polarities are directed to the targets 121a and 121b. In short, when one magnet 123a has the north pole directed to the target 121a, the other magnet 123b has the south pole directed to the target 121b.
  • a sputtering gas is introduced from the gas introduction system 117, and a voltage is applied to the targets 121a and 121b, a space between the targets 121a and 121b is obtained. Sputtering gas plasma is generated, and the surfaces of the targets 121a and 121b are sputtered.
  • a film formation target 113 is disposed on the side of the space between the targets 121a and 121b.
  • the film formation target 113 is obliquely ejected from the targets 121a and 121b and is scattered by the sputtering particles released into the vacuum chamber 111.
  • a thin film is formed on the surface of the film formation target 113.
  • the space where the targets 121a and 121b face each other is surrounded by the magnetic field lines formed by the two magnets 123a and 123b, and the plasma is confined by the magnetic field lines 131. Is not exposed to plasma, and the organic thin film exposed on the surface of the film formation target 1 13 is not damaged.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-255987
  • the film formation surface is directed to the targets 115a and 115b, and the direction of the targets 115a and 115b is changed.
  • a passing film forming method of making and passing may be applied.
  • the inventors of the present invention compare that if the film formation target includes a component formed at a position away from the target. We have found that it increases resistance and decreases transmittance.
  • the thin film formed on the outside between the opposed targets is a porous film with many oblique incident components.
  • the present invention has been created based on the above knowledge, and includes a vacuum chamber, a vacuum exhaust system that evacuates the vacuum chamber, and a sputtering gas introduction system that introduces a sputtering gas into the vacuum chamber. And a first and second target whose surfaces are arranged at predetermined intervals in the vacuum chamber, and a space in which the film formation surface of the film formation object is sandwiched between the first and second targets.
  • a transport mechanism that transports along the transport path in the vacuum chamber so that the film formation target passes through a lateral position of the first and second targets in a state of facing; Sputtering having a second object and a shield having an emission hole that is disposed between the target and the first and second targets and through which sputtered particles flying in the direction of the transport path pass.
  • Sputtering having a second object and a shield having an emission hole that is disposed between the target and the first and second targets and through which sputtered particles flying in the direction of the transport path pass.
  • the present invention is also directed to a sputtering apparatus in which the film formation target is transported in a direction perpendicularly passing through a plane on which the first and second target surfaces are located.
  • the width in the direction along the transport path is the distance between the surfaces of the first and second targets.
  • the present invention is a sputtering apparatus in which the first and second targets are made of a transparent conductive material.
  • a third target is disposed in the vacuum chamber with a surface facing the transport path, and the film formation target passes through a lateral position of the first and second targets.
  • a sputtering apparatus configured to pass through the third target while facing the surface of the third target.
  • this invention is a sputtering device by which said 1st, 2nd, 3rd target was comprised with the transparent conductive material.
  • the present invention is also a sputtering apparatus in which a reaction gas introduction system for introducing oxygen gas is connected to the vacuum chamber.
  • the first and second targets made of a transparent conductive material are disposed in the vacuum chamber with the surfaces spaced apart from each other, and the first and second targets are sputtered.
  • the film formation target is transported along a transport path in the tank, and the film formation target is in a state where the film formation surface of the film formation target faces the space sandwiched between the first and second targets.
  • a transparent conductive film that is transported along a transport path in the vacuum chamber so as to pass through the lateral positions of the first and second targets, and forms a transparent conductive film on the film formation surface of the film formation target.
  • a shielding object is disposed between the first and second targets and the transport path, and sputtered particles emitted from the first and second targets are formed on the shielding object.
  • a third target having a transparent conductive material force is disposed in the vacuum chamber so that a surface thereof faces the transfer path, and the film formation surface of the film formation target is the third target.
  • the first and second target surfaces are positioned on the film formation target.
  • the present invention is also a method for producing a transparent conductive film in which the first and second targets are sputtered while oxygen gas is introduced into the vacuum chamber.
  • a transparent conductive film having a uniform film thickness distribution, a small specific resistance, and a large transmittance can be obtained.
  • a transparent conductive film formed at a high film formation rate can be laminated on the transparent conductive film with little damage formed in the lower layer.
  • a transparent conductive film formed at a high film formation rate can be laminated on the transparent conductive film with little damage formed in the lower layer.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a sputtering apparatus of the present invention and a film forming process.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a sputtering apparatus of the present invention and a film forming process (2)
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a sputtering apparatus of the present invention and a film forming process (3)
  • FIG. 4 (a), (b): diagrams for explaining the lines of magnetic force of the first and second magnet members
  • FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the sputtering apparatus of the present invention.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining the relative positional relationship when the first and second magnet members move on a straight line, and show one cycle of movement.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining the relative positional relationship when the first and second magnet members move on an ellipse and show one-cycle movement.
  • FIG. 9 Schematic cross-sectional view for explaining the structure of an organic EL device
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional sputtering apparatus.
  • FIG. 11 Film thickness distribution in the direction perpendicular to the target of the ITO thin film formed using the sputtering apparatus of the present invention
  • FIG. 12 Parallel to the target of the ITO thin film formed using the sputtering apparatus of the present invention. Film thickness distribution
  • FIG. 13 Resistivity distribution in the direction perpendicular to the target of the ITO thin film formed using the sputtering apparatus of the present invention
  • FIG. 14 Resistivity distribution in the direction parallel to the target of the ITO thin film formed using the sputtering apparatus of the present invention
  • FIG. 15 shows the transmittance distribution in the direction perpendicular to the target of an ITO thin film formed using the sputtering apparatus of the present invention.
  • Reference numeral 10 in FIG. 1 indicates a sputtering apparatus as an example of the present invention.
  • the sputtering apparatus 10 has a vacuum chamber 11. Vacuum chamber 11 is not shown LZ
  • Reference numeral 49 is a gate valve used for carrying out.
  • the LZUL chamber is configured to load and remove a carrier that holds the film formation target.
  • the carrier disposed in the LZUL chamber holds the film formation target, and the LZUL chamber is also equipped with atmospheric force. After shutting off, open the gate valve 39 and place the film formation target together with the carrier into the vacuum chamber. Carry in the inside of 11.
  • Reference numeral 14 in FIG. 1 indicates a transport path along which the carrier is moved by the transport mechanism.
  • the transport path 14 is a straight line
  • reference numeral 13 indicates a carrier located on the transport path 14.
  • the carrier 13 holds the film formation target 5 and is configured to be conveyed straight along the inside of the vacuum chamber 11 along the conveyance path 14.
  • a first sputtering chamber 16 is provided inside the vacuum chamber 11.
  • first and second targets 21a and 21b are arranged.
  • the first and second targets 21a, 21b are plate-like, and the back surfaces are attached to the backing plates 22a, 22b.
  • the first and second targets 21a and 21b are arranged in parallel with the surfaces facing each other with a predetermined interval.
  • First and second magnet members 15a and 15b are arranged on the back surfaces of the targets 21a and 21b, respectively.
  • the first and second magnet members 15a and 15b are positioned outside the vacuum chamber 11, but may be positioned inside the vacuum chamber 11! /.
  • FIG. 6 (a) A plan view of the first and second magnet members 15a and 15b is shown in FIG. 6 (a).
  • the first and second magnet members 15a and 15b shown in FIG. 1 and FIG. 2 and FIG. 3 described later correspond to the cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6 (a).
  • the first and second magnet members 15a and 15b have first and second yokes 29a and 29b, respectively, and ring-shaped on the surfaces of the first and second yokes 29a and 29b.
  • the first and second ring magnets 23a and 23b are located on the inner side of the outer circumferences of the first and second targets 21a and 21b, and on the edges of the first and second targets 21a and 21b. It is arranged along.
  • the first and second targets 21a and 21b are rectangular, and therefore the first and second ring magnets 23a and 23b have a square ring shape.
  • the first and second ring magnets 23a, 23b have different magnetic poles directed toward the first or second target 21a, 21b.
  • Reference numeral 42 in FIG. 4 (a) indicates lines of magnetic force formed by the first and second ring magnets 23a and 23b.
  • Magnetic field lines 42 formed between the first and second ring magnets 23a and 23b surround the surfaces of the first and second targets 21a and 21b, and the first and second targets 21a, When a plasma is formed between 21b, the plasma does not leak out from the space between the first and second targets 21a and 21b.
  • the first and second targets 21a and 21b have the same shape (rectangular shape), and are arranged in parallel to each other so that the contours overlap.
  • first and second targets 21a and 21b are directed to the transport path 14 of the carrier 13.
  • the other long side is directed to the wall surface of the first sputtering chamber 16.
  • a reaction gas introduction system 18 and a sputtering gas introduction system (not shown) are connected to the wall faced by the long side, and the reactive gas and the sputtering gas are connected between the first and second targets 21a and 2 lb. It is configured so that can be introduced.
  • the reactive gas is oxygen gas
  • the sputtering gas is argon gas.
  • the same introduction system power may also be used to introduce reaction gas and sputtering gas.
  • the surfaces of the first and second targets 21a and 21b are arranged perpendicular to the transport path 14 of the carrier 13.
  • a shielding plate 31 is disposed between the first and second targets 21a and 21b and the transport path 14.
  • the shielding plate 31 is formed with a discharge hole 32 penetrating in the thickness direction of the shielding plate 31. Accordingly, the discharge hole 32 is also positioned between the transport path 14 and the first and second targets 21a and 21b. ing.
  • the shielding plate 31 is parallel to the transport path 14, and thus the discharge hole 32 is also parallel to the transport path 14.
  • the edge of the discharge hole 32 has two linear sides 34a34b parallel to each other.
  • the two sides 34a and 34b are located in a plane perpendicular to the conveyance path 14, and one side 34a force is formed on the upstream side of the movement of the deposition target 5, and the other side 34b is located on the downstream side. ing.
  • Symbol W in FIG. 1 indicates the distance between the two sides 34a and 34b, that is, the width of the discharge hole 32.
  • Symbol T in FIG. 1 is the distance between the two planes on which the surfaces of the first and second targets 21a and 21b are located, that is, the distance T between the targets, and symbol 38 is the emission.
  • the space between the discharge hole 32 and the first and second targets 21a, 21b is covered with a cylinder 33, and the shielding plate 31 and the cylinder 33 constitute a shielding object.
  • this shielding object only the sputtered particles that pass through the discharge hole 32 reach the film formation target 5, and the sputtered particles flying in the direction obliquely incident on the film formation target 5 are shielded. Do not reach the point.
  • First and second magnet members 15a and 15b will be described.
  • 15b is connected to a moving device (not shown), and is configured to move relative to the first and second targets 21a, 21b.
  • the movement of the first and second magnet members 15a and 15b is a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first and second targets 21a and 21b (ie, parallel to the short side direction).
  • the erosion area should be as wide as possible!
  • the first and second magnet members 15a and 15b are configured to reciprocate repeatedly within a predetermined range at the same cycle, and the first and second targets 21a and 21b are moved. Is shifted by half a cycle.
  • the second magnet member 15b when the first magnet member 15a comes closest to the transport path 14 of the carrier 13, the second magnet member 15b also moves the force of the transport path 14 of the carrier 13 farthest, Conversely, as shown in FIG. 3, when the first magnet member 15 a is the most distant from the carrier path 14 of the carrier 13, the second magnet member 15 b is closest to the carrier path 14 of the carrier 13.
  • FIGS. 7 (a) to (c) show the relative positional relationship between the first and second magnet members 15a and 15b that are shifted by a half cycle, and reference numeral 45 denotes the first and second magnets. Showing the moving direction of the magnet members 15a and 15b And move periodically on a straight line.
  • the movement range of the first and second magnet members 15a and 15c is a range in which part of the first and second targets 2la and 21b protrudes from the back surface, and the reciprocating distance is mutually Are equal.
  • Figs. 7 (a) to 7 (c) show the relative positional relationship between the first and second magnet members 15a and 15b that are shifted by a half cycle.
  • Reference numeral 45 denotes the first and second magnet members.
  • the moving directions of the magnet members 15a and 15b are shown, and as an example of the movement, a case of periodically moving on a straight line is shown.
  • a process of forming a thin film on the surface of the film formation target 5 using this sputtering apparatus 10 will be described.
  • a target made of a transparent conductive material is used as the first and second targets 21a and 21b and a third target 21c described later.
  • ITO was used as the transparent conductive material.
  • the evacuation system 19 connected to the vacuum chamber 11 is operated, the inside of the vacuum chamber 11 is evacuated to a predetermined pressure, and a reactive gas (oxygen gas) and a sputtering gas (algogo) are contained in the vacuum chamber 11.
  • a reactive gas oxygen gas
  • a sputtering gas algogo
  • FIG. 2 shows the state force of FIG. 1.
  • the film formation target object 5 moves in the downstream direction, a part of the film formation target object 5 on the upstream side faces the discharge hole 32, and the remaining downstream part Does not face the discharge hole 32 but faces the shielding plate 31.
  • the symbol A is located on the downstream side and faces the discharge hole 32
  • the symbol B is located on the upstream side and still faces the discharge hole 32.
  • the distance between the surface of the shielding plate 31 and the surface of the film formation target 5 is configured to be as short as possible. Specifically, the distance is set in the range of 0.5 cm to 10 cm. Has been.
  • the sputtered particles that pass through the discharge hole 32 are incident on the portion of the film formation target 5 that faces the discharge hole 32 and are not substantially incident on the portion that does not face.
  • the lengths of the two sides 34a, 34b perpendicular to the transfer path 14 of the discharge hole 32 are longer than the length of the film formation area of the film formation target 5 in the direction perpendicular to the transfer path 14, While the film formation target object 5 passes through the position facing the discharge hole 32, the sputtered particles reach every corner of the film formation region.
  • Oxygen gas is supplied as necessary.
  • oxygen gas is supplied from the reaction gas introduction system 18, and a transparent conductive film (here, an ITO thin film) is formed on the surface of the film formation target 5 while being supplemented with oxygen.
  • a transparent conductive film here, an ITO thin film
  • the sputtered particles incident on the surface of the film formation target 5 are particles that protrude in the direction of the surface force of the first and second targets 21a and 21b, and their energy is small. A thin film is formed without damaging the surface.
  • the film formation target 5 does not face the discharge hole 32, the sputtered particles do not enter. Therefore, the film formation target 5 has many sputtered particles incident substantially vertically.
  • the plasma and electrons for sputtering the first and second targets 21a and 21b are confined in the space between the first and second targets 21a and 21b, and the film-forming target 5 is plasma.
  • the surface of the film formation target 5 is not damaged by plasma or electrons.
  • the second sputtering chamber 17 is disposed downstream of the position facing the first sputtering chamber 16 in the conveyance path 14 of the film formation target 5, and the film formation is performed.
  • the object 5 passes through the position facing the discharge hole 32, and after the first transparent conductive film (here, ITO thin film) is formed, it moves in the direction of the second sputtering chamber 17.
  • a third backing plate 22c is disposed in the second sputtering chamber 17, and a third target 21c is provided on the surface thereof.
  • a third magnet member 15c is disposed on the back side of the third target 21c.
  • a third ring magnet 23c and a center magnet 24c are arranged on a yoke 29c, and the surface of the third target 21c is connected to the surface of the third target 21c.
  • Magnetic field lines having parallel portions are formed, thereby generating a magnetron discharge, and the surface of the third target 21c is sputtered with high efficiency.
  • the surface of the third target 21c is directed to the transfer path 14, and the surface of the film formation target 5 is configured to pass while facing the surface of the third target 21c in parallel. .
  • a shielding plate 35 is disposed between the third target 21d and the transport path 14.
  • the shielding plate 35 is formed with a discharge hole 36 penetrating in the thickness direction of the shielding plate 35.
  • This shielding plate 35 is also parallel to the transport path 14, and the discharge hole 36 is also located between the transport path 14 and the third target 21 c and is parallel to the transport path 14.
  • the discharge hole 36 is located directly in front of the third target 21c, and the film formation target 5 passes through the position facing the discharge hole 36 as shown in FIG. Sputtered particles that have jumped out vertically from the third target 21c are incident on the object 5 vertically.
  • the first transparent conductive film is formed on the surface of the film formation target 5 by the first and second targets 21a and 21b.
  • the sputtered particles of the third target 21c are incident on the surface of the first transparent conductive film and damage other thin films such as the organic thin film located under the first transparent conductive film.
  • a second transparent conductive film (here, an ITO thin film) is formed without imparting.
  • Oxygen is supplied to the structure of the second transparent conductive film by the oxygen gas introduced into the vacuum chamber 11.
  • the space between the third target 21c and the shielding plate 36 is surrounded by a cylinder 37, and the periphery of the third target 21c is covered with the cylinder 37! /.
  • the upper end of the cylinder 37 is in contact with the shielding plate 35, and the sputtered particles flying in a direction obliquely incident on the surface of the film formation target 5 are shielded by the shielding plate 35 and the cylinder 37, and the film formation target Since it does not enter 5, a transparent conductive film having a small specific resistance and a high transmittance is formed.
  • the sputtered particles that form the second transparent conductive film are particles in which the surface force of the third target 21c also protrudes perpendicularly, and the sputtered particles incident from the first and second targets 21a and 21b.
  • the amount of the second transparent conductive film is higher than that of the first transparent conductive film.
  • the second sputtering chamber 1 When forming the second transparent conductive film with the third target 21c, the second sputtering chamber 1
  • Oxygen gas can be introduced into 7.
  • ITO target is used for the first and second targets 21a and 21b, and the first and second magnet members
  • the "film adhesion amount" in the table was 100% when the film was formed for the same time with the third target composed of ITO.
  • the interval T is preferably set to 40 mm or more and 150 mm or less. This is because when the facing distance T is narrow, the film formation rate is slow, and when the target distance is too large, the magnetic field generated in the facing target space cannot be used effectively.
  • the size of the width W of the emission hole 32 is determined from the characteristics of the ITO thin film formed using the sputtering apparatus 10.
  • a substrate to be a film formation object is disposed at the front position of the space between the first and second targets 21a and 21b, and an ITO thin film is formed on the substrate surface. Formed.
  • the target-to-target distance T is 100mm.
  • the object to be deposited was kept stationary and an ITO thin film was formed.
  • the horizontal axis of FIG. 11 and FIGS. 13 and 15 to be described later indicates that the position facing the center between the first and second targets 21a and 21b on the substrate is zero, and the first and second targets 21a,
  • the horizontal axis of FIG. 12 and FIG. 14 to be described later indicates that the center of the first or second target 21a, 21b in the width direction is zero, and the first and second targets It is the distance in the direction parallel to 21a and 21b.
  • FIG. 11 shows the film thickness distribution in the direction perpendicular to the first and second targets 21a and 2 lb
  • FIG. 12 shows the film thickness distribution in the parallel direction.
  • FIGS. 11 and 12 and FIGS. 13 to 15 to be described later are results when the film is formed with the target interval T set to 100 mm and the substrate stationary without providing the shielding plate 31.
  • the film thickness distribution in the direction parallel to the target is relatively uniform. From Fig. 11, the film thickness distribution in the direction perpendicular to the target is inferior to that in the parallel direction, but there is no problem because the deposition target is deposited while moving in the direction perpendicular to the target. .
  • the specific resistance is small in the range from 60 mm to 60 mm (1.2 times the target-to-target distance T) centered on the zero point.
  • the distance between the targets T is 1.6 times or less in the direction perpendicular to the target around the zero point (more preferably, 1.2 An opening with a size of 2 times or less), and using the opening as the discharge hole 32, sputtering particles are deposited.
  • the transmittance is also in the range where the aperture width W is -80 mm or more + 80 mm or less centering on the zero point (1.6 times the distance T between the targets), and more preferably it is centered on the zero point.
  • the transmittance is high in the range of 60 mm to 60 mm (1.2 times the target distance T). Therefore, it is understood that an ITO thin film having a high transmittance can be formed when only the sputtering particles in this range reach the film formation target 5.
  • the ITO thin film formed with the third target 21c made of ITO was laminated on the ITO thin film formed with the first and second targets 21a and 21b.
  • the resistance value and permeability are shown.
  • the forming temperature is room temperature.
  • first and second magnet members 15a and 15b magnets having the same structure as the third magnet member 15c were used.
  • the first and second targets 21a and 21b and the third target 21c were formed on the organic thin film in this order to form an organic EL device, and the light emission luminance and the light emission start voltage were examined.
  • the upper electrode film is formed by vapor deposition even if the total film thickness is increased to 100, 200, 300A. And the same level.
  • the first and second magnet members 15a and 15b have different magnetic poles facing the back surface of the target, but the present invention is not limited thereto.
  • central magnets 24a and 24b with different magnetic poles facing the back of the target may be arranged in the center of the first and second ring magnets 23a and 23b.
  • FIG. 6 (b) A plan view of the magnet members 15d and 15e is shown in Fig. 6 (b).
  • a magnetic field 42 surrounding the surfaces of the targets 21a and 21b.
  • magnetic fields 41a and 41b having components parallel to the surfaces of the targets 21a and 21b are formed on the surfaces of the targets 21a and 21b, and the targets 21a and 21b are magnetron sputtered.
  • the present invention can also use other magnets.
  • the first and second ring magnets 23a and 23b have a ring shape with the opposite polarity to the back surfaces of the first and second targets 21a and 21b.
  • Central magnets 24c and 24d may be disposed.
  • the other ring-shaped central magnets 25a and 25b are arranged inside the first and second ring magnets 23a and 23b, and the linear center is arranged further inside. Magnets 26a and 26b may be arranged.
  • the first and second magnet members 15a and 15b (and 15d and 15e) are reciprocated at a constant cycle in a direction perpendicular to the long sides of the first and second targets 21a and 21b.
  • the force applied The present invention is not limited thereto, but may include a component in a direction along the long side in addition to a component in the vertical direction on the long side. For example, do circular motion or elliptic motion with respect to the first and second targets 21a and 21b.
  • FIGS. 8A to 8H are diagrams showing the relative positional relationship when the first and second magnet members 15a and 15b move along the elliptical moving direction 46.
  • FIG. 8A to 8H are diagrams showing the relative positional relationship when the first and second magnet members 15a and 15b move along the elliptical moving direction 46.
  • the first and second magnet members 15a and 15b are configured to move repeatedly within the predetermined range at the same cycle. Since the magnet members 15a and 15b are alternately close to the film formation target 5, the amount of sputtering particles incident on the film formation target 5 is averaged, and the film thickness distribution on the surface of the film formation target 5 is uniform. Become.
  • the moving speed of the film formation target 5 is lOcmZ to lOOcmZ. Since the surfaces of the first and second targets 21a and 21b are parallel and the distance between them is about 100 mm, the first and second magnet members 15a and 15b have the film-forming object 5 as the first and second targets. The movement of the first and second magnet members 15a and 15b is shifted by a half cycle due to the movement of two cycles or more while passing between the two targets 21a and 21b. In addition, the change in the deposition rate due to the movement of the first and second magnet members 15a and 15b is averaged.
  • the first and second targets 21a and 21b may have a force angle arranged in parallel, and the film formation target 5 may pass through the vicinity of the side surface with the wider interval.
  • the target of the apparatus of the present invention is not limited to the transparent conductive material, and a silicon oxide film using a silicon target and oxygen gas is formed. It can also be used for forming an insulating film such as a film, a silicon nitride film using a silicon target and nitrogen gas, and a metal film using a metal target such as aluminum.

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Abstract

　抵抗値が小さく、透過率が高く、下層の有機ＥＬ膜にダメージを与えない透明導電膜を形成する。平行に間隔を開けて配置した第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの隙間と、成膜対象物５の搬送経路１４の間に遮蔽板３１を設け、遮蔽板３１に形成した放出孔３２を通過したスパッタリング粒子を成膜対象物５に到達させる。斜めに入射するスパッタリング粒子が遮蔽板３１によって遮蔽され、低比抵抗、高透過率の透明導電膜が形成される。

Description

明 細 書
スパッタリング装置、透明導電膜の製造方法
技術分野
[0001] 本発明はスパッタリング技術にかかり、特に、成膜面のダメージが少ないスパッタリ ング装置と、透明導電膜の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 有機 EL素子は表示素子として近年着目されて ヽる。
図 9は、有機 EL素子の構造 201の構造を説明するための模式的な断面図である。
[0003] この有機 EL素子 201は、基板 211上に、下部電極 214と、有機層 217、 218と上 部電極 219とがこの順序で積層されており、下部電極 214と上部電極 219の間に電 圧を印加すると、有機層 217、 218の内部又は界面で発光する。上部電極 219を IT O膜 (インジウム錫酸化物膜)等の透明導電膜で構成すると、発光光は上部電極 219 を透過し、外部に放出される。
[0004] 上記のような上部電極 219の形成方法は主に蒸着法が用いられている。
[0005] 蒸着法では、蒸着源力 昇華または蒸発によって放出される粒子は、中性の低ェ ネルギー (数 eV程度)粒子であるので、有機 EL素子の陰極や保護膜を形成する場 合は、有機膜にダメージを与えず、良好な界面を形成できるといったメリットがある。
[0006] しかし、蒸着法では有機膜との密着性が悪!、ため、ダークスポットが発生したり長期 駆動により電極が剥離してしまうといった不具合が生じている。
[0007] また、生産性の観点からは、点蒸発源のため大面積では膜厚分布がとりづらいとい つた問題や、蒸発ボートの劣化や蒸発材料の連続供給が困難なため、メンテナンス サイクルが短 、などの問題がある。
[0008] 上記の問題を解決する手法としてスパッタ法が提案されて ヽるが、成膜対象物をタ 一ゲットに正対させる平行平板型のスパッタ法では、有機層上にアルミニウムの上部 電極を形成した場合、有機 ELデバイスの駆動テストで発光開始電圧が著しく高くな つたり、発光しないという不具合が生じている。これはスパッタ法ではプラズマ中の荷 電粒子 (Arイオン、 2次電子、反跳 Ar)や高い運動エネルギーを持ったスパッタ粒子 が有機膜上へ入射するために、有機膜の界面を破壊して、電子の注入がうまく出来 なくなるからである。
[0009] そこで従来技術でも対策が模索されており、図 10に示すようなスパッタ装置 110が 提案されている。
[0010] このスパッタ装置 110は、真空槽 111を有しており、該真空槽 111内には、二台の ターゲット 121a、 121bが裏面をバッキングプレート 122a、 122bに取りつけられ、表 面は互いに一定距離だけ離間して平行に対向配置されている。
[0011] ノ ッキングプレート 122a、 122bの裏面には、真空槽 111の側壁の外側に磁石部 材 115a、 115b力酉己置されて!ヽる。
[0012] 磁石咅材 115a、 115biま、ヨーク 129a、 129bにリング状の磁石 123a、 123b力 S取 りつけられている。
[0013] 各磁石 123a、 123bは、それぞれ一方の磁極をターゲット 121a、 121bに向け、他 方の磁極をターゲットとは反対方向に向けて配置されており、且つ、二個の磁石 123 a、 123bは、異なる極性の磁極がターゲット 121a、 121bに向けられている。要する に、一方の磁石 123aが、ターゲット 121aに N極を向けている場合、他方の磁石 123 bは、ターゲット 121bに S極を向けている。
[0014] 真空排気系 116によって真空槽 111内を真空排気し、ガス導入系 117からスパッタ リングガスを導入し、ターゲット 121a、 121bに電圧を印加すると、ターゲット 121a、 1 21bで挟まれた空間にスパッタリングガスのプラズマが発生し、ターゲット 121a、 121 bの表面がスパッタされる。
[0015] ターゲット 121a、 121bで挟まれた空間の側方には、成膜対象物 113が配置されて おり、ターゲット 121a、 121bから斜めに飛び出し、真空槽 111内に放出されたスパッ タリング粒子によって、成膜対象物 113表面に薄膜が形成される。
[0016] このスパッタ装置 110では、二個の磁石 123a、 123bが形成する磁力線によってタ 一ゲット 121a、 121bが向かい合う空間が取り囲まれており、プラズマは磁力線 131 によって閉じこめられるため、成膜対象物 113はプラズマに曝されず、成膜対象物 1 13表面に露出する有機薄膜がダメージを受けない。
[0017] また、ターゲットから斜め方向に飛び出した小さいエネルギーのスパッタリング粒子 によって成膜されるため、成膜対象物の表面に露出している薄膜へのダメージが少 ないという利点がある。
特許文献 1：特開平 10— 255987号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0018] 上述のスパッタ装置 110を用い、連続的に成膜対象物表面に薄膜を形成しようとす る場合、成膜面をターゲット 115a、 115bに向け、ターゲット 115a、 115bの佃 J方をゆ つくり通過させる通過成膜方法を適用すればよい。
[0019] し力しながら、ターゲット 115a、 115bから離れた位置で成膜された膜、即ち、成膜 対象物に斜めに入射して成膜された膜は抵抗が大きぐ透過率が低!ヽという問題が 発見された。
課題を解決するための手段
[0020] 本発明の発明者等は、ターゲットを対向させて通過成膜によって透明導電膜を形 成する場合、成膜対象物がターゲットから離れた位置で成膜された成分を含むと、比 抵抗の増大や透過率の低下をもたらすことを見 ヽだした。
[0021] これは対向したターゲット間の外側で形成される薄膜は斜めの入射成分が多ぐポ 一ラスな膜だ力 である。
[0022] 本発明は上記知見に基づいて創作されたものであり、真空槽と、前記真空槽内を 真空排気する真空排気系と、前記真空槽内にスパッタリングガスを導入するスパッタ リングガス導入系と、前記真空槽内に表面が所定間隔を開けて配置された第一、第 二のターゲットと、成膜対象物の成膜面が前記第一、第二のターゲットで挟まれた空 間に向いた状態で、前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの側方位置を通 過するように前記真空槽内の搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、前記第一、第 二のターゲットと前記搬送経路の間に配置され、前記第一、第二のターゲットから放 出され、前記搬送経路方向に飛行するスパッタリング粒子が通過する放出孔を有す る遮蔽物とを有するスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲット表面が位置する 平面を垂直に通過する方向に搬送されるスパッタリング装置であって、前記放出孔の 前記搬送経路に沿った方向の幅が、前記第一、第二のターゲットの表面間の距離の
1. 2倍以下であるスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二のターゲットは透明導電材料で構成されたスパッ タリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽内には、第三のターゲットが表面を前記搬送経路に 向けて配置され、前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの側方位置を通 過した後、前記第三のターゲットの表面に対向しながら通過するように構成されたス パッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二、第三のターゲットは透明導電材料で構成された スパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽には、酸素ガスを導入する反応ガス導入系が接続さ れたスパッタリング装置である。
また、本発明は、真空槽内に、透明導電材料から成る第一、第二のターゲットを、 表面が所定間隔を開けて配置して前記第一、第二のターゲットをスパッタリングし、前 記真空槽内の搬送経路に沿って搬送対象物を搬送し、前記成膜対象物の成膜面が 前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間に向いた状態で、前記成膜対象物が前 記第一、第二のターゲットの側方位置を通過するように前記真空槽内の搬送経路に 沿って搬送し、前記成膜対象物の成膜面に透明導電膜を形成する透明導電膜の製 造方法であって、前記第一、第二のターゲットと前記搬送経路の間に遮蔽物を配置 し、前記第一、第二のターゲットから放出されたスパッタリング粒子を、前記遮蔽物に 形成された放出孔を通過させて前記成膜対象物に入射させる透明導電膜の製造方 法である。
また、本発明は、前記真空槽内に透明導電材料力も成る第三のターゲットを、その 表面を前記搬送経路に向けて配置し、前記成膜対象物の前記成膜面が、前記第三 のターゲットの表面に対向しながら通過させ、前記第一、第二のターゲットによって形 成された透明導電膜表面に、前記第三のターゲットによって形成された透明導電膜 を積層させる透明導電膜の製造方法である。
また、本発明は、前記成膜対象物が、前記第一、第二のターゲット表面が位置する 平面を垂直に通過する方向に搬送させる透明導電膜の製造方法であって、前記放 出孔の前記搬送経路に沿った方向の幅を、前記第一、第二のターゲットの表面の距 離の 120%以下にする透明導電膜の製造方法である。
また、本発明は、前記真空槽内に酸素ガスを導入しながら前記第一、第二のター ゲットをスパッタリングする透明導電膜の製造方法である。
発明の効果
[0023] 本発明によれば、膜厚分布が均一で、比抵抗が小さぐ透過率の大きな透明導電 膜が得られる。
[0024] また、下層に形成したダメージの少な 、透明導電膜の上に、高成膜レートで形成し た透明導電膜を積層させることができる。特に、有機薄膜上に ITO薄膜を積層する 場合に有機薄膜のダメージが少なぐ発光量が多ぐ長寿命の有機 EL素子が得られ る。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明のスパッタリング装置と、成膜工程を説明するための図 (1)
[図 2]本発明のスパッタリング装置と、成膜工程を説明するための図 (2)
[図 3]本発明のスパッタリング装置と、成膜工程を説明するための図 (3)
[図 4](a)、（b) :第一、第二の磁石部材の磁力線を説明するための図
[図 5]本発明のスパッタリング装置の他の例を説明するための図
[図 6](a)〜(d)：第一、第二の磁石部材の磁石配置の例
[図 7](a)〜(c)：第一、第二の磁石部材が直線上を移動する場合の相対的な位置関 係を説明するための図であり、一周期の移動を示す
[図 8](a)〜(h) :第一、第二の磁石部材が楕円上を移動する場合の相対的な位置関 係を説明するための図であり、一周期の移動を示す
[図 9]有機 EL素子の構造を説明するための模式的な断面図
[図 10]従来技術のスパッタリング装置を説明するための図
[図 11]本発明のスパッタリング装置を用いて成膜した ITO薄膜のターゲットに垂直な 方向の膜厚分布
[図 12]本発明のスパッタリング装置を用いて成膜した ITO薄膜のターゲットに平行な 方向の膜厚分布
[図 13]本発明のスパッタリング装置を用いて成膜した ITO薄膜のターゲットに垂直な 方向の比抵抗分布
[図 14]本発明のスパッタリング装置を用いて成膜した ITO薄膜のターゲットに平行な 方向の比抵抗分布
[図 15]本発明のスパッタリング装置を用いて成膜した ITO薄膜のターゲットに垂直な 方向の透過率分布
符号の説明
[0026] 5……成膜対象物
10……スパッタリング装置
11……真空槽
14……搬送経路
15a、 15d……第一の磁石部材
15b、 15e……第二の磁石部材
18……反応ガス導入系
21a……第一のターゲット
21b……第二のターゲット
21c……第三のターゲット
31、 33……遮蔽物 (31……遮蔽板、 33……筒）
発明を実施するための最良の形態
[0027] <実施例 >
図 1の符号 10は、本発明の一例のスパッタリング装置を示している。
このスパッタリング装置 10は、真空槽 11を有している。真空槽 11は、不図示の LZ
UL室とゲートバルブ 39を介して接続されている。符号 49は、搬出に使用するゲート バルブである。
[0028] LZUL室は、成膜対象物を保持するキャリアの仕込みと取り出しを行うように構成 されており、 LZUL室内に配置されたキャリアに成膜対象物を保持させ、 LZUL室 を大気力も遮断した後、ゲートバルブ 39を開け、キャリアと共に成膜対象物を真空槽 11の内部に搬入する。
[0029] 真空槽 11の内部には、キャリアを搬送するための搬送機構が取り付けられている。
図 1の符号 14はその搬送機構によってキャリアが移動される搬送経路を示しており、 ここでは搬送経路 14は直線であり、符号 13は、搬送経路 14上に位置するキャリアを 示している。このキャリア 13には、成膜対象物 5が保持されており、搬送経路 14に従 Vヽ、真空槽 11の内部を真っ直ぐ搬送されるように構成されて ヽる。
[0030] 真空槽 11の内部には、第一のスパッタ室 16が設けられている。
第一のスパッタ室 16内には、第一、第二のターゲット 21a、 21bが配置されている。
[0031] 第一、第二のターゲット 21a、 21bは板状であり、裏面はバッキングプレート 22a、 2 2bに取りつけられている。第一、第二のターゲット 21a、 21bは、表面同士が向き合つ て所定間隔を開けて平行に配置されている。
[0032] 各ターゲット 21a、 21bの裏面側には、第一、第二の磁石部材 15a、 15bがそれぞ れ配置されている。ここでは、第一、第二の磁石部材 15a、 15bは真空槽 11の外部 に位置して 、るが、真空槽 11の内部に位置して 、てもよ!/、。
[0033] 第一、第二の磁石部材 15a、 15bの平面図を図 6(a)に示す。図 1及び後述する図 2 、及び図 3に示した第一、第二の磁石部材 15a、 15bは、図 6(a)の A— A線切断面図 に相当する。
[0034] 第一、第二の磁石部材 15a、 15bは、第一、第二のヨーク 29a、 29bを有しており、 該第一、第二のヨーク 29a、 29bの表面に、リング形状の第一、第二のリング磁石 23a
、 23bがそれぞれ配置されている。
[0035] 第一、第二のリング磁石 23a、 23bは、第一、第二のターゲット 21a、 21bの外周より も内側に位置しており、第一、第二のターゲット 21a、 21bの縁に沿って配置されてい る。第一、第二のターゲット 21a、 21bは長方形であり、従って、第一、第二のリング磁 石 23a、 23bは、四角リング形状になっている。
[0036] 第一、第二のリング磁石 23a、 23bは、互いに異なる磁極が第一又は、第二のター ゲット 21a、 21b側に向けられている。
[0037] 図 4(a)の符号 42は、第一、第二のリング磁石 23a、 23bによって形成される磁力線 を示している。 [0038] 第一、第二のリング磁石 23a、 23bの間に形成される磁力線 42は、第一、第二のタ 一ゲット 21a、 21bの表面を取り囲み、第一、第二のターゲット 21a、 21b間にプラズ マが形成されたときに、そのプラズマが、第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空 間から外側に漏出しな 、ようになって!/、る。
[0039] 第一、第二のターゲット 21a、 21bは同じ形状 (長方形)であり、互いに平行に、且つ 、輪郭が重ね合うように配置されている。
[0040] 第一、第二のターゲット 21a、 21bの長辺は、キャリア 13の搬送経路 14に向けられ ている。
[0041] 他方の長辺は第一のスパッタ室 16の壁面に向けられている。その長辺が向けられ た壁面には、反応ガス導入系 18と、不図示のスパッタリングガス導入系とが接続され 、第一、第二のターゲット 21a、 2 lbの間に反応性ガスとスパッタリングガスを導入でき るように構成されている。ここでは反応性ガスは酸素ガスであり、スパッタリングガスは アルゴンガスである。同じ導入系力も反応ガスとスパッタリングガスを導入してもよ 、。
[0042] 第一、第二のターゲット 21a、 21bの表面は、キャリア 13の搬送経路 14に対して垂 直に配置されている。
[0043] 第一、第二のターゲット 21a、 21bと搬送経路 14の間には、遮蔽板 31が配置されて いる。遮蔽板 31には、遮蔽板 31の厚み方向を貫通する放出孔 32が形成されており 、従って、放出孔 32も、搬送経路 14と第一、第二のターゲット 21a、 21bの間に位置 している。
[0044] また、遮蔽板 31は搬送経路 14に対して平行であり、従って、放出孔 32も搬送経路 14と平行になっている。
[0045] 放出孔 32の縁は、互いに平行な二本の直線状の辺 34a34bを有している。その二 辺 34a、 34bは、搬送経路 14に対して垂直な平面内に位置しており、一方の辺 34a 力 成膜対象物 5の移動の上流側、他方の辺 34bが下流側に位置している。
[0046] 図 1の符号 Wは、二辺 34a、 34bの間の距離、即ち、放出孔 32の幅を示している。
[0047] 図 1の符号 Tは、第一、第二のターゲット 21a、 21bの表面がそれぞれ位置する二 平面で挟まれた範囲の距離、即ち、ターゲット間距離 Tであり、符号 38は、放出孔 32 及び、前記二平面で挟まれた範囲の中心線である。 [0048] 後述するように、幅 Wが、 W≤T X 1. 6望ましくは W≤T X 1. 2を満たす場合に、 放出孔 32を通過したスパッタリング粒子によって、膜質のよい透明導電膜を形成する ことができる。
[0049] 放出孔 32と第一、第二のターゲット 21a、 21bの間は、筒 33で覆われており、遮蔽 板 31と筒 33とで遮蔽物が構成されている。この遮蔽物により、放出孔 32を通過する スパッタリング粒子だけが成膜対象物 5に到達し、成膜対象物 5に斜めに入射する方 向に飛行するスパッタリング粒子は遮蔽され、成膜対象物 5に到達しな 、ようになつ ている。
[0050] 放出孔 32を通過したスパッタリング粒子以外の粒子が成膜対象物 5に到達しなけ れば、筒 33を設けなくても同じ効果が得られる。
[0051] 次に、第一、第二の磁石部材 15a、 15bを説明すると、第一、第二の磁石部材 15a
、 15bには不図示の移動装置が接続されており、第一、第二のターゲット 21a、 21b に対して相対的に移動するように構成されて 、る。
[0052] その結果、第一、第二のターゲット 21a、 21bの表面を磁力線が移動し、第一、第 二のターゲット 21a、 21b表面のエロージョン領域が拡大するようになっている。
[0053] 第一、第二の磁石部材 15a、 15bの移動は、第一、第二のターゲット 21a、 21bの 長手方向に対して垂直 (即ち、短辺方向に対して平行)な方向であり、エロージョン領 域ができるだけ広くなるようにされて!、る。
[0054] また、第一、第二の磁石部材 15a、 15bは、所定の範囲を同一周期で繰り返し往復 移動するように構成されており、且つ、第一、第二のターゲット 21a、 21bの移動は、 半周期ずらされている。
[0055] 従って、図 2に示すように、第一の磁石部材 15aがキャリア 13の搬送経路 14に対し て最も近づいたときには第二の磁石部材 15bは、キャリア 13の搬送経路 14力も最も 遠ざかり、その逆に、図 3に示すように、第一の磁石部材 15aがキャリア 13の搬送経 路 14力も最も遠ざ力つたときには第二の磁石部材 15bは、キャリア 13の搬送経路 14 に最も近づく。
[0056] 図 7(a)〜(c)は、半周期ずれた第一、第二の磁石部材 15a、 15bの相対的な位置関 係を示しており、符号 45は、第一、第二の磁石部材 15a、 15bの移動方向を示して おり、直線上を周期的に移動する。
[0057] 第一、第二の磁石部材 15a、 15bの移動により、第一、第二のターゲット 21a、 21b 表面のスパッタ量が多い部分も交互に搬送経路 14に近づくようになり、第一、第二の ターゲット 21a、 21bから飛び出し、放出孔 32を通って搬送経路 14上を移動上の成 膜対象物 5の表面に入射するスパッタリング粒子は、一方のターゲットからの入射量 が多いときは他方のターゲットからの入射量は少なくなり、その結果、成膜対象物 5に 入射するスパッタリング粒子の量が平均化されるようになって 、る。
[0058] ここでは、第一、第二の磁石部材 15a、 15cの移動範囲は第一、第二のターゲット 2 la、 21bの裏面から一部がはみ出す範囲であり、往復移動の距離は、互いに等しく されている。
[0059] 図 7(a)〜(c)は、半周期ずれた第一、第二の磁石部材 15a、 15bの相対的な位置関 係を示しており、符号 45は、第一、第二の磁石部材 15a、 15bの移動方向を示して おり、移動の一例として、直線上を周期的に移動する場合が示されている。
[0060] このスパッタリング装置 10を用い、成膜対象物 5表面に薄膜を形成する工程を説明 する。第一、第二のターゲット 21a、 21b、及び後述する第三のターゲット 21cには、 透明導電材料で構成されたターゲットを用いる。ここでは、透明導電材料として、 ITO を用いた。
[0061] 先ず、真空槽 11に接続された真空排気系 19を動作させ、真空槽 11内部を所定圧 力まで真空排気し、真空槽 11内に反応性ガス (酸素ガス)とスパッタリングガス (ァルゴ ンガス)を導入し、第一のスパッタ室 16の内部が所定圧力で安定した後、第一、第二 のターゲット 21a、 21bに交流電圧又は直流電圧を印加すると、第一、第二のターゲ ット 21a、 21bの間の空間にプラズマが形成される。
[0062] 第一、第二の磁石部材 15a、 15bを上記のように移動させ、第一、第二のターゲット 21a, 21bの表面をスパッタリングすると、スパッタリング粒子の一部は放出孔 32を通 つて成膜対象物 5の搬送経路 14に到達する。
[0063] この状態でキャリア 13を搬送経路 14に沿って移動させる。図 1の状態では、成膜対 象物 5は、放出孔 32に面しておらず、放出孔 32を通過したスパッタリング粒子は成 膜対象物 5には到達できない。 [0064] 図 2は、図 1の状態力 成膜対象物 5が下流側方向に移動し、成膜対象物 5の上流 側の一部が放出孔 32に面し、残りの下流側の部分が放出孔 32に面しておらず、遮 蔽板 31に面している。
[0065] 図 2の符号 Aは下流側に位置し、放出孔 32に面する部分、符号 Bは、上流側に位 置し、放出孔 32と未だ面して ヽな 、部分を示して 、る。
[0066] 遮蔽板 31の表面と成膜対象物 5の表面との距離は可及的に短くなるように構成さ れており、具体的には、 0. 5cm以上、 10cm以下の範囲に設定されている。
[0067] その構成により、放出孔 32を通過するスパッタリング粒子は、成膜対象物 5のうちの 放出孔 32に面する部分に入射し、面しない部分には実質的に入射しない。
[0068] 放出孔 32の搬送経路 14に垂直な二辺 34a、 34bの長さは成膜対象物 5の成膜領 域の、搬送経路 14に垂直な方向の長さよりも長くなつており、成膜対象物 5が、放出 孔 32と面する位置を通過する間に、成膜領域の隅々までスパッタリング粒子が到達 する。
[0069] 酸素ガスは必要に応じて供給される。ここでは、反応ガス導入系 18から酸素ガスが 供給されており、成膜対象物 5表面には、酸素が補充されながら透明導電膜 (ここで は ITO薄膜)が形成される。
[0070] 成膜対象物 5の表面に入射するスパッタリング粒子は第一、第二のターゲット 21a、 21bの表面力 斜め方向に飛び出した粒子であり、そのエネルギーは小さいため、 成膜対象物 5の表面にダメージを与えることなく薄膜が形成される。
[0071] また、成膜対象物 5が放出孔 32と面しないうちは、スパッタリング粒子は入射せず、 従って、成膜対象物 5には、略垂直に入射するスパッタリング粒子が多い。
[0072] また、第一、第二のターゲット 21a、 21bをスパッタリングするプラズマ及び電子は、 第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間に閉じこめられており、成膜対象物 5が プラズマや電子に曝されな 、ので、成膜対象物 5表面がプラズマや電子によってダメ ージを受けない。
[0073] 成膜対象物 5を移動させながら成膜する場合、形成する薄膜の全膜厚分を、対向 する第一、第二のターゲット 21a、 21bで成膜するのは非効率であり、下地膜へのダ メージ回避が目的であれば、成膜の初期だけダメージを回避する方法で成膜し、残 りの膜厚は成膜レートが大きい平行平板型スパッタリング法によって成膜した方が効 率的である。
[0074] このスパッタリング装置 10では、成膜対象物 5の搬送経路 14の第一のスパッタ室 1 6に面する位置よりも下流側には第二のスパッタ室 17が配置されており、成膜対象物 5は、放出孔 32と面する位置を通過し、第一の透明導電膜 (ここでは ITO薄膜)が形 成された後、第二のスパッタ室 17方向に移動する。
[0075] 第二のスパッタ室 17内には第三のバッキングプレート 22cが配置されており、その 表面には第三のターゲット 21cが設けられている。第三のターゲット 21cの裏面側に は、第三の磁石部材 15cが配置されている。
[0076] 第三の磁石部材 15cは、ヨーク 29c上に第三のリング磁石 23cと中心磁石 24cが配 置されており、第三のターゲット 21cの表面に、該第三のターゲット 21cの表面と平行 な部分を有する磁力線が形成され、これによつてマグネトロン放電が生じ、第三のタ 一ゲット 21cの表面は高効率でスパッタされるようになつている。
[0077] 第三のターゲット 21cの表面は搬送経路 14に向けられており、成膜対象物 5の表 面が第三のターゲット 21cの表面と平行に対面しながら通過するように構成されてい る。
[0078] 第一、第二のターゲット 21a、 21bの場合と同様に、第三のターゲット 21dと搬送経 路 14の間には、遮蔽板 35が配置されている。遮蔽板 35には、遮蔽板 35の厚み方 向を貫通する放出孔 36が形成されている。
[0079] この遮蔽板 35も搬送経路 14に対して平行であり、放出孔 36も、搬送経路 14と第 三のターゲット 21cの間に位置し、搬送経路 14と平行になっている。
[0080] 放出孔 36は、第三のターゲット 21cの真正面に位置しており、図 3に示すように、成 膜対象物 5が放出孔 36に面する位置を通過する間に、成膜対象物 5に第三のター ゲット 21cから垂直に飛び出したスパッタリング粒子が垂直に入射する。
[0081] 成膜対象物 5が第三のターゲット 21c上の放出孔 36を通過するときには、成膜対象 物 5の表面には第一、第二のターゲット 21a、 21bによって第一の透明導電膜が形成 されており、第三のターゲット 21cのスパッタリング粒子は、第一の透明導電膜の表面 に入射し、第一の透明導電膜の下層に位置する有機薄膜等の他の薄膜にダメージ を与えることなく第二の透明導電膜 (ここでは ITO薄膜)が形成される。
[0082] 真空槽 11内に導入された酸素ガスにより、第二の透明導電膜の構造に酸素が補 充される。
[0083] 第三のターゲット 21cと遮蔽板 36の間は筒 37で囲われており、第三のターゲット 21 cの周囲は筒 37で覆われて!/、る。
[0084] 筒 37の上端は遮蔽板 35と接触しており、成膜対象物 5の表面に斜めに入射する 方向に飛行するスパッタリング粒子は遮蔽板 35や筒 37で遮蔽され、成膜対象物 5に 入射しないので、比抵抗が小さぐ透過率の高い透明導電膜が形成される。
[0085] 第二の透明導電膜を形成するスパッタリング粒子は、第三のターゲット 21cの表面 力も垂直に飛び出した粒子であり、第一、第二のターゲット 21a、 21bから入射するス ノ ッタリング粒子の量に比べて多量であり、第一の透明導電膜に比べると第二の透 明導電膜の成膜速度は速 ヽ。
[0086] 第三のターゲット 21cで第二の透明導電膜を形成する際には、第二のスパッタ室 1
7内に酸素ガスを導入することができる。
[0087] <実験結果 >
第一、第二のターゲット 21a、 21bの間隔 Tについて実験した。
第一、第二のターゲット 21a、 21bに ITOターゲットを用い、第一、第二の磁石部材
15a、 15bは、第三の磁石部材 15cと同じ構造の磁石を用い、ガラス基板から成る成 膜対象物 5を静止させて ITO薄膜を形成した。成膜対象物 5を静止させてその表面 に ITO薄膜を形成した。実験結果を下記表 1に示す。
[0088] [表 1] 表 1ターゲット間距離と膜付着量
Figure imgf000015_0001
[0089] 表中の「膜付着量」は、 ITOで構成した第三のターゲットで同じ時間だけ成膜した 場合を 100%とした。 [0090] 上記表 1から、間隔 Tは 40mm以上 150mm以下に設定するのが好ましいことが分 かる。対向する間隔 Tが狭いと成膜レートが遅くなり、ターゲット間隔が大きすぎると対 向したターゲット空間中に発生する磁場を有効に使えなくなるためである。
[0091] 次に、上記スパッタリング装置 10を用いて形成した ITO薄膜の特性から、放出孔 3 2の幅 Wの大きさを決定する。
[0092] 遮蔽板 31や筒 33を設けずに、第一、第二のターゲット 21a、 21bの間の空間の正 面位置に成膜対象物となる基板を配置し、基板表面に ITO薄膜を形成した。ターゲ ット間距離 Tは 100mmである。図 11〜図 15では、成膜対象物は静止させて ITO薄 膜を成膜した。
[0093] 先ず、形成した ITO薄膜の膜厚分布を図 11、 12に示す。
図 11、及び後述する図 13、図 15の横軸は、基板上の第一、第二のターゲット 21a 、 21bの間の中央に面する位置をゼロとし、第一、第二のターゲット 21a、 21bに対し て垂直な方向の距離であり、図 12、及び後述する図 14の横軸は、第一又は第二の ターゲット 21a、 21bの幅方向中央をゼロとし、第一、第二のターゲット 21a、 21bに対 して平行な方向の距離である。
[0094] 図 11は、第一、第二のターゲット 21a、 2 lbに対して垂直な方向の膜厚分布であり 、図 12は、平行な方向の膜厚分布である。
[0095] 図 11、図 12のプロットの数値を下記表 2a、 2bに示す。
[0096] [表 2]
ターゲットに垂直な方向（X軸） 表 2b ターゲットに平行な方向（Y軸） 膜厚 膜厚
測定点 (A) 測定点 (A)
180 265 140 927
160 290 120 975
140 355 100 1071
120 478 80 1200
100 813 60 1275
80 946 40 1327
60 1131 20 1367
40 1265 0 1396
20 1399 -20 1365
0 1396 -40 1268
-20 1280 -60 1177
-40 1130 -80 1165
-60 993 -100 1139
-80 813 -120 944
-100 672 -140 890
-120 508
Y軸方向膜厚分布 22.13%
-140 389
-160 277
-180 178
X軸方向膜厚分布 66.95%
成膜条件： AC電源 Power 0.97kw(370V,2.78A)
固定成膜 ,成膜時間： 7min , 02： 3 X 10-5 Torr
[0097] 図 11、 12及び後述する図 13〜15は、ターゲット間隔 Tを 100mmにし、遮蔽板 31 を設けずに基板を静止させて成膜したときの結果である。
[0098] 図 12から、ターゲットに平行な方向の膜厚分布は比較的均一である。図 11から、タ 一ゲットに垂直な方向の膜厚分布は、平行な方向よりも劣るが、成膜対象物はターゲ ットに垂直な方向に移動しながら成膜されるので問題は生じない。
[0099] 次に、比抵抗分布を図 13、図 14に示す。
図 13、 14のプロットの値を、下記表 3、表 4に示す。
[0100] [表 3] 表 3搬送経路に平行な方向の比抵抗等の分布（ X軸方向）
Figure imgf000018_0001
]
表 4 搬送経路に垂直な方向の比抵抗等の分布（ Y軸方向
Figure imgf000019_0001
[0102] 図 13から、ターゲットに垂直な方向の比抵抗は、ゼロ点を中心として、—80mm以 上 + 80mm以下の範囲 (ターゲット間距離 Tの 1. 6倍)よりも遠くなると、急速に大きく なっている。
[0103] より望ましくは、ゼロ点を中心とし、 60mm以上 + 60mm以下の範囲 (ターゲット 間距離 Tの 1. 2倍)が比抵抗が小さい。
[0104] 遮蔽板 31を配置しない場合、成膜対象物 5が第一、第二のターゲット 21a、 21bに 近づいてきたときに、ターゲット間距離 Tの 1. 6倍の範囲よりも外側の領域でもスパッ タリング粒子が到達し、比抵抗の大きな ITO薄膜が形成され、その結果、膜厚方向の 抵抗値が増大してしまう。
[0105] 従って、透明導電膜の比抵抗を小さくするためには、ゼロ点を中心として、ターゲッ トとは垂直方向に、ターゲット間距離 Tの 1. 6倍以下 (より望ましくは、 1. 2倍以下)の 大きさの開口を形成し、その開口を放出孔 32としてスパッタリング粒子を成膜対象物
5に到達させればよい。
[0106] 次に、 ITO薄膜 (膜厚 1500A)の透過率を図 15に示す。図 15のプロットの値を下 記表 5に示す。
[0107] [表 5] 夕一ゲットに垂直な方向の透過率分布
測定点（基板中央からの距離） （Γ 1) 550nmにおける透過率 （％)
-120 31
-100 45
-80 69
-60 86
-40 91
-20 93
0 94
20 92
40 90
60 87
80 65
100 43
120 35
[0108] 透過率についても、ゼロ点を中心として、開口の幅 Wがー 80mm以上 + 80mm以 下の範囲 (ターゲット間距離 Tの 1. 6倍)、より望ましくは、ゼロ点を中心として一 60m m以上 + 60mm以下の範囲 (ターゲット間距離 Tの 1. 2倍)が透過率が高い。従って 、この範囲のスパッタリング粒子だけを成膜対象物 5に到達させると、透過率の高い I TO薄膜を形成できることが分かる。
[0109] 次に、下記表 6に、第一、第二のターゲット 21a、 21bで成膜した ITO薄膜の上に、 I TOカゝら成る第三のターゲット 21cで形成した ITO薄膜を積層した場合の抵抗値と透 過率を示す。形成温度は室温である。
[0110] 第一、第二の磁石部材 15a、 15bは、第三の磁石部材 15cと同じ構造の磁石を用 いた。
[0111] [表 6] 表 6 積層した I T O薄膜の特性 第一、 第二のターゲット As depo As depo 透過率
→第三のターゲッ卜 比抵抗 (基板べ一ス久= 550 n m )
10nm→ 90隱 760 Ω cm 84.5%
20nm 80隱 830 i Q c 85%
30nm→ 70nm 921 i Q c 84.4%
[0112] 合計膜厚が同じであっても第一の透明導電膜の膜厚が薄 、ほど抵抗値が低!、と!/ヽ う結果になった。ダメージについては有機薄膜上へ第一、第二のターゲット 21a、 21 bと、第三のターゲット 21cの順に成膜して有機 EL素子を形成し、発光輝度、発光開 始電圧を調べた。有機層と密着する第一の薄膜を第一、第二のターゲット 21a、 21b で形成した場合、合計膜厚を 100, 200, 300Aと増カロさせても、蒸着で成膜した上 部電極膜と同レベルであった。
[0113] 上記実施例では、第一、第二の磁石部材 15a、 15bは、異なる磁極がターゲット裏 面に向いていたが、本発明はそれに限定されるものではなぐ図 5の第一、第二の磁 石部材 15d、 15eに示すように、第一、第二のリング磁石 23a、 23bの中央に、異なる 磁極がターゲット裏面に向く中央磁石 24a、 24bを配置してもよい。
[0114] この磁石部材 15d、 15eの平面図を図 6(b)に示すと、この磁石部材 15d、 15eでは 、図 4(b)に示すように、ターゲット 21a、 21bの表面を取り囲む磁界 42に加え、ターゲ ット 21a、 21b表面上で、ターゲット 21a、 21bの表面と平行な成分を有する磁界 41a 、 41bが形成され、ターゲット 21a、 21bがマグネトロンスパッタされる。
[0115] また、本発明は、他の磁石も用いることができる。例えば、図 6(c)に示すように、第 一、第二のリング磁石 23a、 23bとは反対の極性の磁極が第一、第二のターゲット 21 a、 21bの裏面に向けられたリング状の中央磁石 24c、 24dを配置してもよい。
[0116] 更に、図 6(d)に示すように、第一、第二のリング磁石 23a、 23bの内側に他のリング 状の中央磁石 25a、 25bと、その更に内側に、直線状の中央磁石 26a、 26bを配置し てもよい。 [0117] 第一、第二の磁石部材 15a、 15b (及び 15d、 15e)については、上記例では、第一 、第二のターゲット 21a、 21bの長辺に垂直な方向に一定周期で往復移動させた力 本発明はそれに限定されるものではなぐ長辺に垂直方向の成分にカ卩え、長辺に沿 つた方向の成分を含んでいてもよい。例えば、第一、第二のターゲット 21a、 21bに対 して円運動ゃ楕円運動をしてもょ 、。
[0118] 図 8(a)〜(h)は、第一、第二の磁石部材 15a、 15bが楕円形状の移動方向 46に沿 つて移動する場合の相対的な位置関係を示す図である。
[0119] この場合も、第一、第二の磁石部材 15a、 15bは、所定範囲内を同じ周期で繰り返 し移動するように構成されており、半周期ずらすと、第一、第二の磁石部材 15a、 15b は、交互に成膜対象物 5に近接するので、成膜対象物 5に入射するスパッタリング粒 子の量が平均化され、成膜対象物 5表面の膜厚分布が均一になる。
[0120] 本発明では、成膜対象物 5の移動速度は、 lOcmZ分〜 lOOcmZ分である。第一 、第二のターゲット 21a、 21bの表面は平行であり、その間隔は 100mm程度である から、第一、第二の磁石部材 15a、 15bは、成膜対象物 5が、第一、第二のターゲット 21a、 21bの間を通過する間に二周期以上の移動が行われるようになっており、これ により、第一、第二の磁石部材 15a、 15bの移動が半周期ずれていることに加え、更 に第一、第二の磁石部材 15a、 15bの移動による成膜速度の変化が平均化されるよ うになつている。
[0121] なお、上記例では第一、第二のターゲット 21a、 21bは平行に配置した力 角度を 付け、間隔が広い方の側面の近傍を成膜対象物 5を通過させてもよい。
[0122] 以上は透明導電膜を成膜する場合について説明したが、本発明装置のターゲット は透明導電材料に限定されるものではなぐシリコンターゲットと酸素ガスを用いたシ リコン酸ィ匕膜の成膜や、シリコンターゲットと窒素ガスを用いたシリコン窒化膜の成膜 等の絶縁膜の成膜や、アルミニウム等の金属ターゲットを用いた金属膜の成膜にも 用!/、ることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 真空槽と、
前記真空槽内を真空排気する真空排気系と、
前記真空槽内にスパッタリングガスを導入するスパッタリングガス導入系と、 前記真空槽内に表面が所定間隔を開けて配置された第一、第二のターゲットと、 成膜対象物の成膜面が前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間に向いた状態 で、前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過するように前 記真空槽内の搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、
前記第一、第二のターゲットと前記搬送経路の間に配置され、前記第一、第二のタ 一ゲットから放出され、前記搬送経路方向に飛行するスパッタリング粒子が通過する 放出孔を有する遮蔽物とを有するスパッタリング装置。
[2] 前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲット表面が位置する平面を垂直に通 過する方向に搬送される請求項 1記載のスパッタリング装置であって、
前記放出孔の前記搬送経路に沿った方向の幅が、前記第一、第二のターゲットの 表面間の距離の 1. 2倍以下であるスパッタリング装置。
[3] 前記第一、第二のターゲットは透明導電材料で構成された請求項 1記載のスパッタ リング装置。
[4] 前記真空槽には、酸素ガスを導入する反応ガス導入系が接続された請求項 3記載 のスパッタリング装置。
[5] 前記真空槽内には、第三のターゲットが表面を前記搬送経路に向けて配置され、 前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過した後、前記 第三のターゲットの表面に対向しながら通過するように構成された請求項 1記載のス パッタリング装置。
[6] 前記第一、第二、第三のターゲットは透明導電材料で構成された請求項 5記載のス パッタリング装置。
[7] 前記真空槽には、酸素ガスを導入する反応ガス導入系が接続された請求項 6記載 のスパッタリング装置。
[8] 真空槽内に、透明導電材料から成る第一、第二のターゲットを、表面が所定間隔を 開けて配置して前記第一、第二のターゲットをスパッタリングし、
前記真空槽内の搬送経路に沿って搬送対象物を搬送し、前記成膜対象物の成膜 面が前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間に向いた状態で、前記成膜対象物 が前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過するように前記真空槽内の搬送経 路に沿って搬送し、
前記成膜対象物の成膜面に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造方法であつ て、
前記第一、第二のターゲットと前記搬送経路の間に遮蔽物を配置し、前記第一、第 二のターゲットから放出されたスパッタリング粒子を、前記遮蔽物に形成された放出 孔を通過させて前記成膜対象物に入射させる透明導電膜の製造方法。
[9] 前記真空槽内に透明導電材料から成る第三のターゲットを、その表面を前記搬送 経路に向けて配置し、前記成膜対象物の前記成膜面が、前記第三のターゲットの表 面に対向しながら通過させ、
前記第一、第二のターゲットによって形成された透明導電膜表面に、前記第三のタ 一ゲットによって形成された透明導電膜を積層させる請求項 8記載の透明導電膜の 製造方法。
[10] 前記成膜対象物が、前記第一、第二のターゲット表面が位置する平面を垂直に通 過する方向に搬送させる請求項 8記載の透明導電膜の製造方法であって、
前記放出孔の前記搬送経路に沿った方向の幅を、前記第一、第二のターゲットの 表面の距離の 120%以下にする透明導電膜の製造方法。
[11] 前記真空槽内に酸素ガスを導入しながら前記第一、第二のターゲットをスパッタリン グする請求項 8記載の透明導電膜の製造方法。
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