WO2024142858A1 - Film forming device, film forming method, and method for manufacturing electronic device - Google Patents

Film forming device, film forming method, and method for manufacturing electronic device

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WO2024142858A1
WO2024142858A1 PCT/JP2023/044065 JP2023044065W WO2024142858A1 WO 2024142858 A1 WO2024142858 A1 WO 2024142858A1 JP 2023044065 W JP2023044065 W JP 2023044065W WO 2024142858 A1 WO2024142858 A1 WO 2024142858A1
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film forming
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達哉 岩崎
敏治 内田
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キヤノントッキ株式会社
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Provided is a film forming device that is able to form a film on a film forming object by sputtering using a rotary target composed of an alloy of two or more components. This film forming device includes: a cylindrical target composed of an alloy of two or more components; and a magnetic field generating means that is provided inside the target such that the angle about a rotational axis parallel to the center axis of the cylindrical shape is variable, and generates a stray magnetic field that strays from the outer circumferential surface of the target, wherein an alloy thin-film is formed by sputtering onto the film forming object disposed facing the target while the target is rotating. The film forming device is characterized in that the angle of the magnetic field generating means is controlled on the basis of information about the composition ratio of the alloy thin-film.

Description

成膜装置、成膜方法及び電子デバイスの製造方法Film forming apparatus, film forming method, and electronic device manufacturing method
 本発明は、基板にスパッタリングによって成膜を行う成膜装置、成膜方法及び電子デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a film formation apparatus, a film formation method, and a method for manufacturing electronic devices that form a film on a substrate by sputtering.
 基板等の成膜対象物に金属や金属酸化物等の薄膜を成膜する成膜装置として、円筒形のターゲット(以下、ロータリターゲット)と基板とを対向させ、ロータリターゲットを回転させながらスパッタリングを行うスパッタ装置がある。ロータリターゲットを用いるスパッタ装置は、平板状のターゲットを用いるプレーナ型スパッタ装置に比べて、ターゲットの表面をより均一にスパッタリングすることができる利点がある。また、ロータリターゲットの内側に磁石を配置し、ロータリターゲットの外部に漏洩するように磁場を形成することで、ロータリターゲットの表面付近のプラズマ密度を増加させることを図ったマグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置がある(特許文献1)。 As a deposition device for depositing a thin film of metal or metal oxide on a deposition target such as a substrate, there is a sputtering device that places a cylindrical target (hereafter referred to as a rotary target) facing the substrate and performs sputtering while rotating the rotary target. Compared to a planar-type sputtering device that uses a flat target, a sputtering device that uses a rotary target has the advantage that the surface of the target can be sputtered more uniformly. There is also a magnetron sputtering type sputtering device that places a magnet inside the rotary target and forms a magnetic field that leaks out of the rotary target, thereby increasing the plasma density near the surface of the rotary target (Patent Document 1).
 スパッタ装置によって成膜可能な薄膜の一例として有機EL(エレクトロルミネセント)素子の有機層上に形成される陰極金属膜がある。陰極金属膜の成分としては、有機層への電子注入性の点からはMg等の仕事関数が低いアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はこれらの合金が好ましいが、耐酸化性の観点からはAu、Ag、Al等の仕事関数の高い金属が好ましい。電子注入性と耐酸化性を両立させるために、Mg及びAgを主成分とする合金により陰極金属膜を構成したものがある(特許文献2)。特許文献2では、チャンバ内にMgからなる平板状のターゲットとAgからなる平板状のターゲットの2個のターゲットを設置し、両方のターゲットに同時に電圧印加してスパッタリングを行うことでMg-Ag合金からなる層を有機層の上に形成し、次にAgターゲットのみ電圧印加してスパッタリングを行うことでMg-Ag合金層の上にAgからなる層を形成することで、膜厚方向でMgとAgの組成比に差がある多層膜からなる陰極金属膜を形成している。 An example of a thin film that can be formed by a sputtering device is a cathode metal film formed on the organic layer of an organic EL (electroluminescent) element. From the viewpoint of electron injection into the organic layer, alkali metals, alkaline earth metals, or alloys of these metals with low work functions such as Mg are preferable as components of the cathode metal film, but from the viewpoint of oxidation resistance, metals with high work functions such as Au, Ag, and Al are preferable. In order to achieve both electron injection and oxidation resistance, there is a cathode metal film formed of an alloy mainly composed of Mg and Ag (Patent Document 2). In Patent Document 2, two targets, a flat target made of Mg and a flat target made of Ag, are placed in a chamber, and a voltage is applied to both targets simultaneously to perform sputtering, forming a layer made of Mg-Ag alloy on the organic layer, and then a voltage is applied only to the Ag target to perform sputtering, forming a layer made of Ag on the Mg-Ag alloy layer, thereby forming a cathode metal film consisting of a multilayer film with a difference in the composition ratio of Mg and Ag in the thickness direction.
 特許文献3にはMg-Ag合金からなるロータリターゲットの製造方法が記載されている。 Patent document 3 describes a method for manufacturing a rotary target made of an Mg-Ag alloy.
特開2020-200520号公報JP 2020-200520 A 特開2004-200047号公報JP 2004-200047 A 特開2013-204052号公報JP 2013-204052 A
 特許文献2のスパッタ装置は合金の各成分からなる独立の複数の平板状ターゲットを用いており、合金からなるロータリターゲットを用いたスパッタ装置については記載がない。特許文献3には2成分の合金からなるロータリターゲットの記載はあるが、それを用いたスパッタ装置について記載していない。 The sputtering device in Patent Document 2 uses multiple independent flat targets made of each component of the alloy, and there is no mention of a sputtering device using a rotary target made of an alloy. Patent Document 3 describes a rotary target made of a two-component alloy, but does not describe a sputtering device using it.
 本発明は、2成分以上の合金からなるロータリターゲットを用いてスパッタリングにより成膜対象物に成膜することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a film formation device capable of forming a film on an object by sputtering using a rotary target made of an alloy of two or more components.
 本発明は、2成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
 前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
を有し、
 前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する成膜装置であって、
 前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御することを特徴とする成膜装置である。
The present invention includes a cylindrical target made of an alloy of two or more components;
a magnetic field generating means provided inside the target such that an angle around a rotation axis parallel to the central axis of the cylindrical shape can be changed, the magnetic field generating means generating a leakage magnetic field leaking from an outer peripheral surface of the target;
having
A film formation apparatus for forming an alloy thin film by sputtering on a film formation target disposed opposite the target while rotating the target,
The film forming apparatus is characterized in that the angle of the magnetic field generating means is controlled based on information on the composition ratio of the alloy thin film.
 本発明は、2成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
 前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
を有する成膜装置を用いた成膜方法であって、
 前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する工程と、
 前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法である。
The present invention includes a cylindrical target made of an alloy of two or more components;
a magnetic field generating means provided inside the target such that an angle around a rotation axis parallel to the central axis of the cylindrical shape can be changed, the magnetic field generating means generating a leakage magnetic field leaking from an outer peripheral surface of the target;
A film forming method using a film forming apparatus having the following features:
forming an alloy thin film by sputtering on a film-forming object disposed opposite the target while rotating the target;
controlling an angle of the magnetic field generating means based on information on the composition ratio of the alloy thin film;
The film forming method is characterized by having the following features.
 本発明によれば、2成分以上の合金からなるロータリターゲットを用いてスパッタリングにより成膜対象物に成膜することが可能な成膜装置を提供することが可能になる。 The present invention makes it possible to provide a film formation device capable of forming a film on an object by sputtering using a rotary target made of an alloy of two or more components.
実施例の有機EL素子の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an organic EL element according to an embodiment of the present invention. 実施例のインライン型成膜装置を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an in-line type film forming apparatus according to an embodiment. 実施例のクラスタ型成膜装置を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a cluster type film forming apparatus according to an embodiment. 実施例の基板搬送型のスパッタ装置の構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a substrate transport type sputtering apparatus according to an embodiment. 実施例の基板搬送型のスパッタ装置の構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a substrate transport type sputtering apparatus according to an embodiment. 実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a magnet unit of the sputtering apparatus of the embodiment. 実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの角度を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining the angle of a magnet unit of the sputtering apparatus of the embodiment. 実施例の回転カソードユニット移動型のスパッタ装置の構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a rotating cathode unit moving type sputtering apparatus according to an embodiment. 実施例のツインカソード型のスパッタ装置の構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a twin cathode type sputtering apparatus according to the embodiment. 実施例のツインカソード型のスパッタ装置の構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a twin cathode type sputtering apparatus according to the embodiment. 実施例のツインカソード型のスパッタ装置の磁石ユニットの角度を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the angle of a magnet unit of a twin cathode type sputtering apparatus according to an embodiment. 実施例のツインカソード型のスパッタ装置の磁石ユニットの角度を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the angle of a magnet unit of a twin cathode type sputtering apparatus according to an embodiment. 実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの揺動動作を示す図。5A to 5C are diagrams showing the swinging operation of the magnet unit of the sputtering apparatus of the embodiment. 実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの角度とMg組成比の関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the angle of the magnet unit of the sputtering device of the embodiment and the Mg composition ratio. 実施例のスパッタ装置における合金の成分による堆積量の相違を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the difference in deposition amount depending on the alloy components in the sputtering apparatus of the embodiment. 実施例2のスパッタ成膜時間とMg組成比の関係を示す図。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the sputtering deposition time and the Mg composition ratio in Example 2. 実施例3のスパッタ成膜時間とMg組成比の関係を示す図。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the sputtering deposition time and the Mg composition ratio in Example 3. 実施例4の基板におけるデバイス領域と検査領域を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a device region and an inspection region in a substrate according to a fourth embodiment.
 以下に、本発明の実施例について詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲をそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状等は、特に記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。実施例には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一又は同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。 Below, examples of the present invention are described in detail. However, the following examples merely exemplify preferred configurations of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these configurations. Furthermore, unless otherwise specified, the hardware and software configurations, process flows, manufacturing conditions, dimensions, materials, shapes, etc. of the device in the following description are not intended to limit the scope of the present invention to only those. Although multiple features are described in the examples, not all of these multiple features are necessarily essential to the invention, and multiple features may be combined in any desired manner. Furthermore, in the accompanying drawings, the same reference numbers are used for identical or similar configurations, and duplicate explanations are omitted.
 本発明に係る成膜装置は、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品等の各種電子デバイスや、光学部品等の製造において基板(基板上に積層体が形成されているものも含む)上に薄膜を堆積形成するために用いられる。より具体的には、本発明の成膜装置は、発光素子や光電変換素子、タッチパネル等の電子デバイスの製造において好ましく用いられる。特に、OLED(Organic Light Emitting Diode)等の有機発光素子や、有機薄膜太陽電池等の有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置(例えば有機EL(Electro-Luminescence)表示装置)や照明装置(例えば有機EL照明装置)、光電変換素子を備えたセンサ(例えば有機CMOSイメージセンサ)も含むものである。また、以下の各実施例による成膜装置又は本発明の範囲内で各実施例の成膜装置を変形した成膜装置を用いて基板に薄膜を形成する工程を有する電子デバイスの製造方法も本発明に含まれる。 The film forming apparatus according to the present invention is used to deposit and form a thin film on a substrate (including a substrate on which a laminate is formed) in the manufacture of various electronic devices such as semiconductor devices, magnetic devices, and electronic components, and optical components. More specifically, the film forming apparatus according to the present invention is preferably used in the manufacture of electronic devices such as light-emitting elements, photoelectric conversion elements, and touch panels. In particular, it is particularly preferably applicable in the manufacture of organic light-emitting elements such as OLEDs (organic light-emitting diodes) and organic photoelectric conversion elements such as organic thin-film solar cells. The electronic device in the present invention also includes a display device (e.g., an organic EL (Electro-Luminescence) display device) and a lighting device (e.g., an organic EL lighting device) equipped with a light-emitting element, and a sensor (e.g., an organic CMOS image sensor) equipped with a photoelectric conversion element. In addition, the present invention also includes a manufacturing method for an electronic device having a process of forming a thin film on a substrate using a film forming apparatus according to each of the following embodiments or a film forming apparatus obtained by modifying the film forming apparatus of each embodiment within the scope of the present invention.
 図1は、以下の実施例の成膜装置を用いて製造可能な有機EL素子の一般的な層構成を模式的に示している。OLEDは、基板6に陽極61、有機発光層62、陰極65が積層された構成が一般的である。本発明に係る成膜装置は、有機発光層62上に陰極65を成膜する際に好適に用いられる。陰極65は、2成分の金属材料からなる合金薄膜である。陰極65を構成する合金の第1成分は、有機発光層62への電子注入性の観点からMg等の仕事関数が低いアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はこれらの合金を採用し、第2成分は、耐酸化性の観点からAu、Ag、Al等の仕事関数が高い金属を採用する。以下の実施例では、第1成分はMg、第2成分はAgとする。 FIG. 1 shows a typical layer structure of an organic EL element that can be manufactured using the film forming apparatus of the following embodiment. An OLED generally has a structure in which an anode 61, an organic light-emitting layer 62, and a cathode 65 are laminated on a substrate 6. The film forming apparatus of the present invention is preferably used when forming a cathode 65 on the organic light-emitting layer 62. The cathode 65 is an alloy thin film made of two-component metal materials. The first component of the alloy constituting the cathode 65 is an alkali metal or alkaline earth metal with a low work function such as Mg, or an alloy thereof, from the viewpoint of electron injection into the organic light-emitting layer 62, and the second component is a metal with a high work function such as Au, Ag, or Al, from the viewpoint of oxidation resistance. In the following embodiment, the first component is Mg, and the second component is Ag.
 陰極65は、第1層63と、第1層63の上に形成される第2層64とからなる多層膜により構成することが好ましい。これは、有機発光層62に近い側ではMg組成比を高くして電子注入性を高くすることが好ましい一方で、外部環境に近い側ではAg組成比を高くして耐酸化性を高くすることが好ましいからである。陰極65を組成比の異なる多層膜とすることで、電子注入性と耐酸化性を両立させることができる。そこで、第1層63及び第2層64はともにMg-Ag合金であるが、第1層63はMg組成比を第2層64より大きくするとともに、第2層64はAg組成比を第1層63より大きくする。すなわち、陰極65は、膜厚方向に合金の組成比が異なる(組成比に勾配を有する)多層膜により構成される。 The cathode 65 is preferably made of a multilayer film consisting of a first layer 63 and a second layer 64 formed on the first layer 63. This is because it is preferable to increase the Mg composition ratio on the side closer to the organic light-emitting layer 62 to increase electron injection properties, while it is preferable to increase the Ag composition ratio on the side closer to the external environment to increase oxidation resistance. By making the cathode 65 a multilayer film with different composition ratios, it is possible to achieve both electron injection properties and oxidation resistance. Thus, while the first layer 63 and the second layer 64 are both Mg-Ag alloys, the first layer 63 has a higher Mg composition ratio than the second layer 64, and the second layer 64 has a higher Ag composition ratio than the first layer 63. In other words, the cathode 65 is made of a multilayer film with different alloy composition ratios (having a gradient in the composition ratio) in the film thickness direction.
 なお、陰極65を構成する合金はこの例に限られず、電子注入性に優れる第1成分と耐酸化性に優れる第2成分とを主成分とするその他の合金でもよい。第1成分としてはLi、Na、Mg、K、Ca、Cs、Yb等を例示できる。第2成分としてはAg、Al等を例示できる。 The alloy constituting the cathode 65 is not limited to this example, and may be another alloy mainly composed of a first component with excellent electron injection properties and a second component with excellent oxidation resistance. Examples of the first component include Li, Na, Mg, K, Ca, Cs, Yb, etc. Examples of the second component include Ag, Al, etc.
 また、本発明の成膜装置は、OLEDの陰極の成膜や膜厚方向に合金の組成比が異なる多層膜の成膜に限らず、2成分以上の合金からなる成膜一般に適用可能である。特に、本発明は、多層膜からなる陰極の成膜に限定されず、単層の合金薄膜からなる陰極の成膜にも適用可能である。また、本発明の成膜装置は、有機膜上への成膜に限定されず、金属材料や酸化物材料等のスパッタで成膜可能な材料の組み合わせであれば、多様な面に成膜が可能である。 Furthermore, the film forming apparatus of the present invention is not limited to the formation of OLED cathodes or multilayer films in which the alloy composition ratio varies in the thickness direction, but can be generally applied to the formation of films made of alloys of two or more components. In particular, the present invention is not limited to the formation of cathodes made of multilayer films, but can also be applied to the formation of cathodes made of single-layer alloy thin films. Furthermore, the film forming apparatus of the present invention is not limited to the formation of films on organic films, but can form films on a variety of surfaces as long as the combination of materials that can be formed by sputtering, such as metal materials and oxide materials, is used.
 本発明は、図2に示すようなインライン型の成膜装置と、図3に示すようなクラスタ型の成膜装置と、のいずれにも適用可能である。 The present invention can be applied to both an in-line type deposition apparatus as shown in FIG. 2 and a cluster type deposition apparatus as shown in FIG. 3.
 図2は、複数の成膜室が接続されたインライン型の成膜装置100の一部を模式的に示す図である。この成膜装置100は、成膜室101、102、103、104を有し、成膜室104の後段に検査室105を有する。各成膜室では、陽極61、有機発光層62、陰極65の第1層63、陰極65の第2層64が成膜される。成膜室104で成膜された基板6は、後段の検査室105に搬入される。検査室105には合金薄膜のMg組成比を測定可能な検査装置(例えばEPMA(電子線マイクロアナライザー))が設置されており、成膜室104でMg-Ag合金薄膜が成膜された基板6に対して組成分析を行うことができる。なお、1つの成膜室で陰極65を構成する第1層63及び第2層64の両方が成膜される構成としてもよい。 2 is a schematic diagram showing a part of an in-line type film forming apparatus 100 in which multiple film forming chambers are connected. This film forming apparatus 100 has film forming chambers 101, 102, 103, and 104, and has an inspection chamber 105 downstream of the film forming chamber 104. In each film forming chamber, an anode 61, an organic light emitting layer 62, a first layer 63 of a cathode 65, and a second layer 64 of a cathode 65 are formed. The substrate 6 on which the film is formed in the film forming chamber 104 is carried into the downstream inspection chamber 105. The inspection chamber 105 is equipped with an inspection device (e.g., EPMA (electron probe microanalyzer)) capable of measuring the Mg composition ratio of the alloy thin film, and a composition analysis can be performed on the substrate 6 on which the Mg-Ag alloy thin film is formed in the film forming chamber 104. Note that both the first layer 63 and the second layer 64 constituting the cathode 65 may be formed in one film forming chamber.
 図3は、複数の真空チャンバが接続されたクラスタ型の成膜装置111の一部を模式的に示す図である。この成膜装置111では、第1クラスタC1、第2クラスタC2、第3クラスタC3が直列に接続されている。各クラスタに成膜室101~104に加えてマスクストッカ等の公知の室を適宜有するがここでは説明を省略する。第2クラスタC2と第3クラスタC3の間に検査室105が設けられる。第2クラスタC2で成膜された合金薄膜に対し、検査室105で組成分析が行われる。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a part of a cluster-type film formation apparatus 111 in which multiple vacuum chambers are connected. In this film formation apparatus 111, a first cluster C1, a second cluster C2, and a third cluster C3 are connected in series. In addition to the film formation chambers 101 to 104, each cluster has known chambers such as a mask stocker as appropriate, but their description will be omitted here. An inspection chamber 105 is provided between the second cluster C2 and the third cluster C3. A composition analysis is performed in the inspection chamber 105 on the alloy thin film formed in the second cluster C2.
 各成膜室には、スパッタリングや蒸着により成膜を行う装置が設けられる。以下、スパッタ装置を設けた例について説明する。 Each deposition chamber is equipped with a device that deposits films by sputtering or vapor deposition. Below, we will explain an example in which a sputtering device is installed.
(基板搬送型のスパッタ装置)
 図4を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の一例を説明する。以下の説明において、スパッタ装置1内を搬送される基板6の搬送方向Sに平行な方向をX方向、スパッタ装置1に備わる円筒形のターゲット2の回転軸に平行な方向をY方向、鉛直上向きをZ方向とする。図4はY方向から見たスパッタ装置1の内部構成を模式的に示す図である。
(Substrate transport type sputtering device)
An example of a sputtering apparatus to which the present invention can be applied will be described with reference to Fig. 4. In the following description, the direction parallel to the transport direction S of the substrate 6 transported within the sputtering apparatus 1 is defined as the X direction, the direction parallel to the rotation axis of the cylindrical target 2 provided in the sputtering apparatus 1 is defined as the Y direction, and the vertical upward direction is defined as the Z direction. Fig. 4 is a diagram showing a schematic internal configuration of the sputtering apparatus 1 as viewed from the Y direction.
 図4に示すスパッタ装置1は、成膜対象物である基板6及びターゲット2が内部に配置されるチャンバ10と、を有している。スパッタ装置1では、ターゲット2は基板6に対し鉛直方向下方に配置され、基板6の成膜面が鉛直方向下方を向いた状態でデポアップによる成膜が行われる。なお、本発明はこれに限定されず、ターゲット2が基板6に対し鉛直方向上方に配置され、基板6の成膜面が鉛直方向上方を向いた状態でデポダウンによる成膜が行われる構成であってもよい。また、基板6が垂直に立てられ、基板6の成膜面が鉛直方向と平行な状態で成膜が行われる構成であってもよい。 The sputtering apparatus 1 shown in FIG. 4 has a chamber 10 in which a substrate 6, which is a film-forming target, and a target 2 are placed. In the sputtering apparatus 1, the target 2 is placed vertically below the substrate 6, and film formation is performed by deposit-up with the film-forming surface of the substrate 6 facing vertically downward. Note that the present invention is not limited to this, and the target 2 may be placed vertically above the substrate 6, and film formation may be performed by deposit-down with the film-forming surface of the substrate 6 facing vertically upward. Alternatively, the substrate 6 may be set up vertically, and film formation may be performed with the film-forming surface of the substrate 6 parallel to the vertical direction.
 回転カソードユニット8は、円筒形のロータリターゲットであるターゲット2と、ターゲット2の内側の中空部に配置されターゲット2の外周に磁場を発生させる磁場発生手段としての磁石ユニット3とを有する。ターゲット2の内側にはバッキングチューブ2aが設けられる。回転カソードユニット8は、チャンバ10に対して固定され、ターゲット2は、円筒の中心軸線の回りに回転可能にチャンバ10に対して支持される。ターゲット2は、ターゲット駆動装置11の駆動力がギア等の駆動伝達手段によって伝達されることで、矢印R方向に回転する。矢印Rは、図4に示すY方向に垂直の断面で時計回り方向である。 The rotating cathode unit 8 has the target 2, which is a cylindrical rotary target, and a magnet unit 3, which is disposed in the hollow inside the target 2 and serves as a magnetic field generating means for generating a magnetic field around the outer periphery of the target 2. A backing tube 2a is provided inside the target 2. The rotating cathode unit 8 is fixed to the chamber 10, and the target 2 is supported by the chamber 10 so that it can rotate around the central axis of the cylinder. The target 2 rotates in the direction of arrow R as the driving force of the target drive device 11 is transmitted by a drive transmission means such as a gear. Arrow R is the clockwise direction in a cross section perpendicular to the Y direction shown in Figure 4.
 ターゲット2は、スパッタリングによって基板6に成膜を行うための成膜材料により構成され、成膜材料の供給源として機能する。ここでは、図1に示すOLEDの陽極61及び有機発光層62が既に形成されている基板6にMg-Ag合金からなる陰極65(上部電極)をスパッタリングにより成膜する場合を例に説明する。したがってターゲット2を構成する材料はAg及びMgの2成分の合金である。 The target 2 is made of a film-forming material for forming a film on the substrate 6 by sputtering, and functions as a supply source of the film-forming material. Here, an example will be described in which a cathode 65 (upper electrode) made of an Mg-Ag alloy is formed by sputtering on the substrate 6 on which the anode 61 and organic light-emitting layer 62 of the OLED shown in FIG. 1 have already been formed. Therefore, the material that constitutes the target 2 is a two-component alloy of Ag and Mg.
 バッキングチューブ2aの外側に、ターゲット2における成膜用材料が形成された層が形成されている。バッキングチューブ2aには、電源13が接続され、電源13からマイナスの電圧が印加されるカソードとして機能する。なお、電圧はターゲット2に直接印加してもよく、その場合、バッキングチューブ2aを有しない構成としてもよい。電源13はターゲット2の材料に応じてDC電源、AC電源又は高周波電源が用いられる。チャンバ10は接地されている。また、ターゲット2は円筒形のターゲットであるが、ここで言う「円筒形」は数学的に厳密な円筒形のみを意味するのではなく、母線が直線ではなく曲線であるものや、中心軸に垂直な断面が数学的に厳密な「円」ではないものも含む。すなわち、本発明におけるターゲット2は、中心軸を軸に回転可能な円筒形のものであればよい。 A layer of the film-forming material for the target 2 is formed on the outside of the backing tube 2a. The backing tube 2a is connected to a power source 13 and functions as a cathode to which a negative voltage is applied from the power source 13. The voltage may be applied directly to the target 2, in which case the backing tube 2a may not be provided. The power source 13 may be a DC power source, an AC power source, or a high-frequency power source depending on the material of the target 2. The chamber 10 is grounded. The target 2 is a cylindrical target, but the term "cylindrical" does not only mean a mathematically strict cylindrical target, but also includes targets whose generatrix is not a straight line but a curved line, and targets whose cross section perpendicular to the central axis is not a mathematically strict "circle". In other words, the target 2 in the present invention may be a cylindrical target that can rotate around the central axis.
 磁石ユニット3によって、ターゲット2の表面側の一部には磁場が形成される。磁石ユニット3は、ターゲット2の内部に、ターゲット2の円筒形の中心軸線と平行な中心軸線の回りの角度が可変に設けられる。磁石ユニット3は、中心軸線に対して回転可能に支持される。磁石ユニット3は、マグネット駆動装置110の駆動力がギア等の駆動伝達手段によって伝達されることで、矢印Mで示すように、図4に示すY方向に垂直の断面で時計回り方向及び反時計回り方向に回転する。磁石ユニット3は、任意の角度で静止することが可能である。ターゲット駆動装置11によるターゲット2の回転と、マグネット駆動装置110による磁石ユニット3の回転とは、独立に制御される。 The magnet unit 3 creates a magnetic field on a portion of the surface side of the target 2. The magnet unit 3 is provided inside the target 2 with a variable angle around a central axis parallel to the central axis of the cylindrical shape of the target 2. The magnet unit 3 is supported so that it can rotate about the central axis. The driving force of the magnet drive device 110 is transmitted by a drive transmission means such as a gear, and the magnet unit 3 rotates in a clockwise and counterclockwise direction in a cross section perpendicular to the Y direction shown in FIG. 4, as indicated by the arrow M. The magnet unit 3 can be stationary at any angle. The rotation of the target 2 by the target drive device 11 and the rotation of the magnet unit 3 by the magnet drive device 110 are controlled independently.
 基板6は、チャンバ10の側壁に設けられた一方のゲートバルブ17から搬入される。基板6は、搬送部材120によってチャンバ10内で水平方向(矢印Sで示す方向)に搬送されつつ、スパッタリングにより成膜が行われる。基板6の成膜対象面の全体に成膜が行われた後、基板6はチャンバ10の他方の側壁に設けられたゲートバルブ18から搬出される。 The substrate 6 is loaded through one of the gate valves 17 provided on the side wall of the chamber 10. The substrate 6 is transported horizontally (in the direction indicated by the arrow S) within the chamber 10 by the transport member 120 while a film is formed by sputtering. After a film is formed on the entire film-forming surface of the substrate 6, the substrate 6 is loaded through the gate valve 18 provided on the other side wall of the chamber 10.
 チャンバ10には、ガス導入手段16及び排気手段15が接続され、内部を所定の圧力に調節することができる構成となっている。チャンバ10の内部には、スパッタリングガス(アルゴン等の不活性ガスや酸素や窒素等の反応性ガス)が、ガス導入手段16により、チャンバ10に設けられた導入口41を通じて導入される。また、チャンバ10の内部からは、排気口5を通じて真空ポンプ等の排気手段15によって排気が行われる。これにより、チャンバ10の内部の圧力は所定の圧力に調節される。 Gas introduction means 16 and exhaust means 15 are connected to chamber 10, and the pressure inside can be adjusted to a predetermined level. A sputtering gas (an inert gas such as argon or a reactive gas such as oxygen or nitrogen) is introduced into chamber 10 by gas introduction means 16 through an inlet 41 provided in chamber 10. Air is exhausted from the inside of chamber 10 through exhaust port 5 by exhaust means 15, such as a vacuum pump. This allows the pressure inside chamber 10 to be adjusted to a predetermined level.
 ガス導入手段16は導入口41を有し、不図示のガスボンベ等の供給源と、供給源と導入口41を接続する配管系と、配管系に設けられる各種真空バルブ、マスフローコントローラ等から構成され、マスフローコントローラの流量制御弁によって、供給量を調節可能である。流量制御弁は、電磁弁等の電気的に制御可能な構成を有する。導入口41は、チャンバ10の垂直の側壁に配置される。なお、導入口41の設置位置は側壁に限定されず、底壁に設けられていてもよいし、天井壁に設けられていてもよい。また、配管がチャンバ10内に延びて、導入口がチャンバ10内に開口していてもよい。また、導入口41は複数設けられ、ターゲット2の回転軸方向に沿って配置される構成とすることもできる。 The gas introduction means 16 has an inlet 41 and is composed of a supply source such as a gas cylinder (not shown), a piping system connecting the supply source and the inlet 41, and various vacuum valves, mass flow controllers, etc. provided in the piping system, and the supply amount can be adjusted by a flow control valve of the mass flow controller. The flow control valve has an electrically controllable configuration such as an electromagnetic valve. The inlet 41 is disposed on a vertical side wall of the chamber 10. Note that the installation position of the inlet 41 is not limited to the side wall, and it may be disposed on the bottom wall or the ceiling wall. Also, the piping may extend into the chamber 10, and the inlet may open into the chamber 10. Also, a configuration in which multiple inlets 41 are provided and arranged along the rotation axis direction of the target 2 may be used.
 排気手段15は、真空ポンプと、真空ポンプと排気口5を接続する配管系と、を有し、配管系にはコンダクタンスバルブ等の電気的に制御可能な流量制御弁が設けられ、制御弁によって排気量を調節可能である。排気口5は、チャンバ10の底壁に設けられる。なお、排気口5の設置位置は、底壁に限定されず、垂直の側壁に設けられていてもよいし、天井壁に設けられていてもよい。また、配管がチャンバ10内に延びて、排気口5がチャンバ10内に開口していてもよい。 The exhaust means 15 has a vacuum pump and a piping system that connects the vacuum pump and the exhaust port 5. The piping system is provided with an electrically controllable flow control valve such as a conductance valve, and the exhaust volume can be adjusted by the control valve. The exhaust port 5 is provided in the bottom wall of the chamber 10. Note that the installation position of the exhaust port 5 is not limited to the bottom wall, and it may be provided in a vertical side wall or in the ceiling wall. Also, the piping may extend into the chamber 10, and the exhaust port 5 may open into the chamber 10.
 制御部14は、磁石ユニット3の角度を固定したまま、ターゲット駆動装置11を制御してターゲット2を矢印R方向に駆動回転させるとともに、電源13を制御してターゲット2にマイナスの電圧を印加する。ターゲット2に電圧が印加されると、磁石ユニット3の生成する磁場が存在する領域が、プラズマが集中して生成されスパッタ粒子が発生するスパッタリング領域Aとなる。成膜処理中、磁石ユニット3はチャンバ10に対して静止しているため、スパッタリング領域Aと基板6の成膜対象面との対向角度は、成膜処理中、一定である。プラズマ中の陽イオン状態の不活性ガスイオンがターゲット2の表面に衝突し、叩き出されたターゲット2を構成する材料の原子や分子がターゲット2から放出される。ターゲット2から放出された成膜材料の粒子は、基板6の成膜対象面に付着し、堆積する。 The control unit 14 controls the target driving device 11 to drive and rotate the target 2 in the direction of the arrow R while keeping the angle of the magnet unit 3 fixed, and controls the power supply 13 to apply a negative voltage to the target 2. When a voltage is applied to the target 2, the region where the magnetic field generated by the magnet unit 3 exists becomes the sputtering region A where plasma is concentrated and sputtered particles are generated. During the film formation process, the magnet unit 3 is stationary relative to the chamber 10, so the opposing angle between the sputtering region A and the film formation target surface of the substrate 6 is constant during the film formation process. The positive ionized inert gas ions in the plasma collide with the surface of the target 2, and the atoms and molecules of the material that constitutes the target 2 are ejected from the target 2. The particles of the film formation material ejected from the target 2 adhere to and accumulate on the film formation target surface of the substrate 6.
 ここで、スパッタリング領域Aと基板6の成膜対象面との対向角度とは、例えば、ターゲット2の回転軸に垂直な仮想面内で、ターゲット2の円筒表面のうちスパッタリング領域Aに対応する円弧の中心角を2等分する線分と基板6の成膜対象面を含む仮想面とのなす角度として定義する。 Here, the opposing angle between the sputtering area A and the film-forming surface of the substrate 6 is defined as, for example, the angle between a line segment that bisects the central angle of the arc corresponding to the sputtering area A on the cylindrical surface of the target 2, within a virtual plane perpendicular to the rotation axis of the target 2, and a virtual plane that includes the film-forming surface of the substrate 6.
 基板6が搬送部材120によって水平方向(矢印Sで示す)に移動することにより、スパッタリング領域Aと対向する基板6において成膜対象領域が水平方向に移動する。これにより、基板6の成膜対象面には、搬送方向Sの下流側端部から上流側端部に向かって順次、成膜が行われる。これにより、基板6の表面全体にわたって均一にスパッタ成膜が行われる。 As the substrate 6 moves horizontally (indicated by arrow S) by the transport member 120, the film formation target area on the substrate 6 facing the sputtering area A moves horizontally. As a result, a film is formed on the film formation target surface of the substrate 6 sequentially from the downstream end to the upstream end in the transport direction S. As a result, sputtering film formation is performed uniformly over the entire surface of the substrate 6.
 ターゲット2の表面においてスパッタ粒子が放出される領域は、ターゲット2の回転に伴って周方向に移動する。したがって、ターゲット2の表面のある局所的な領域に着目すると、ターゲット2の回転速度によって決まる周期で、間欠的にスパッタリングされることになる。 The area on the surface of the target 2 from which the sputtered particles are emitted moves in the circumferential direction as the target 2 rotates. Therefore, when focusing on a localized area on the surface of the target 2, sputtering occurs intermittently at a period determined by the rotation speed of the target 2.
 図5はX方向から見たスパッタ装置1の内部構成を模式的に示す図である。ターゲット2は、Y方向の端部をサポートブロック210及びエンドブロック220によって回転可能に支持されている。サポートブロック210及びエンドブロック220には、回転駆動装置であるターゲット駆動装置11からの駆動力をターゲット2に伝達する動力伝達機構が設けられる。ターゲット駆動装置11は、モータ等の駆動源を有し、動力伝達機構を介してターゲット2を回転駆動する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the internal configuration of the sputtering apparatus 1 as viewed from the X direction. The Y direction ends of the target 2 are rotatably supported by a support block 210 and an end block 220. The support block 210 and the end block 220 are provided with a power transmission mechanism that transmits the driving force from the target drive device 11, which is a rotation drive device, to the target 2. The target drive device 11 has a drive source such as a motor, and drives the target 2 to rotate via the power transmission mechanism.
 図6はターゲット2の内部に設けられる磁石ユニット3の構成を模式的に示す図である。磁石ユニット3は、ターゲット2の回転軸と平行方向に延びる中心磁石31と、中心磁石31とは異極の、中心磁石31を取り囲む周辺磁石32と、ヨーク板33とを備えている。周辺磁石32は、中心磁石31と平行に延びる一対の直線部32a及び32bと、当該直線部32a及び32bの両端を連結する転回部32c及び32dとによって構成されている。磁石ユニット3によって形成される磁場は、中心磁石31の磁極から、周辺磁石32の直線部32a及び32bへ向けてループ状に戻る磁力線を有している。これにより、ターゲット2の表面近傍には、ターゲット2の回転軸方向に延びたトロイダル型の磁場のトンネルが形成される。この磁場によって、電子が捕捉され、ターゲット2の表面近傍にプラズマを集中させ、スパッタリングの効率が高められている。この磁石ユニット3の磁場により、高密度のプラズマが形成され、スパッタ粒子が集中的に生じる領域をスパッタリング領域Aとする。 Figure 6 is a schematic diagram showing the configuration of the magnet unit 3 provided inside the target 2. The magnet unit 3 includes a central magnet 31 extending parallel to the rotation axis of the target 2, a peripheral magnet 32 that surrounds the central magnet 31 and has a polarity opposite to that of the central magnet 31, and a yoke plate 33. The peripheral magnet 32 is composed of a pair of straight portions 32a and 32b extending parallel to the central magnet 31, and turning portions 32c and 32d that connect both ends of the straight portions 32a and 32b. The magnetic field formed by the magnet unit 3 has magnetic field lines that loop back from the magnetic pole of the central magnet 31 to the straight portions 32a and 32b of the peripheral magnet 32. As a result, a toroidal magnetic field tunnel extending in the direction of the rotation axis of the target 2 is formed near the surface of the target 2. This magnetic field captures electrons and concentrates plasma near the surface of the target 2, thereby increasing the efficiency of sputtering. The magnetic field of this magnet unit 3 creates a high-density plasma, and the area where sputtered particles are concentrated is called sputtering area A.
 磁石ユニット3は台座34上に固定されており、台座34には回転軸35が固定されている。回転軸35は円筒形のターゲット2の中心軸線と平行に延び、チャンバ10に対して台座34を回転可能に支持するとともに、マグネット駆動装置110の駆動力により回転する。これにより磁石ユニット3は中心軸線に対して回転可能に支持され、ターゲット2の円筒形の中心軸線に平行な回転軸35の回りの角度が可変に設けられる。磁石ユニット3の回転移動は、マグネット駆動装置110の駆動力により行われる。マグネット駆動装置110は、磁石ユニット3を任意の角度に回転させ、その角度で静止させることができるように構成される。これにより、成膜処理中は磁石ユニット3を静止させた状態でスパッタリングを行ったり、後述するように成膜処理中に磁石ユニット3を揺動させたり、成膜処理を行っていないときに組成比の制御のために磁石ユニット3の角度を変更したり、といった動作を行うことができる。スパッタ装置1では、回転軸35の中心軸線はターゲット2の中心軸線と一致する例を説明したが、回転軸35の中心軸線はターゲット2の中心軸線と平行であればよい。マグネット駆動装置110の駆動力は不図示の動力伝達機構を介して回転軸35に伝達される。マグネット駆動装置110は、モータ等の駆動源を有する。 The magnet unit 3 is fixed on a base 34, and a rotation shaft 35 is fixed to the base 34. The rotation shaft 35 extends parallel to the central axis of the cylindrical target 2, rotatably supports the base 34 relative to the chamber 10, and rotates by the driving force of the magnet drive device 110. As a result, the magnet unit 3 is supported rotatably relative to the central axis, and the angle around the rotation shaft 35 parallel to the cylindrical central axis of the target 2 is set to be variable. The rotational movement of the magnet unit 3 is performed by the driving force of the magnet drive device 110. The magnet drive device 110 is configured to rotate the magnet unit 3 to any angle and to stop it at that angle. This makes it possible to perform operations such as performing sputtering with the magnet unit 3 stationary during the film formation process, oscillating the magnet unit 3 during the film formation process as described below, and changing the angle of the magnet unit 3 to control the composition ratio when the film formation process is not being performed. In the sputtering device 1, an example has been described in which the central axis of the rotation shaft 35 coincides with the central axis of the target 2, but the central axis of the rotation shaft 35 may be parallel to the central axis of the target 2. The driving force of the magnet driving device 110 is transmitted to the rotation shaft 35 via a power transmission mechanism (not shown). The magnet driving device 110 has a driving source such as a motor.
 図7は、円筒形のターゲット2を用いてターゲット2の上方に配置された基板6の鉛直方向下方の面にデポアップでスパッタ成膜する場合の基板6、ターゲット2、及び磁石ユニット3の位置関係を示す。 Figure 7 shows the relative positions of the substrate 6, target 2, and magnet unit 3 when a cylindrical target 2 is used to perform sputtering film deposition on the vertically lower surface of a substrate 6 placed above the target 2 using a deposition-up method.
 ターゲット2にマイナスの電圧を印加することにより生成したスパッタリングガスイオン(例えばAr)がターゲット2の表面に衝突すると、ターゲット2を構成する成膜材料の原子や分子がスパッタ粒子としてターゲット2から放出される。スパッタリング時にターゲット2の表面からこれらの放出物(スパッタ粒子)が放出される場所及び放出される方向は、磁石ユニット3によりターゲット2の表面近傍に形成される磁場により設定できる。 When sputtering gas ions (e.g., Ar + ) generated by applying a negative voltage to the target 2 collide with the surface of the target 2, atoms and molecules of the film-forming material that constitutes the target 2 are emitted as sputtered particles from the target 2. The location and direction in which these emitted materials (sputtered particles) are emitted from the surface of the target 2 during sputtering can be set by the magnetic field formed in the vicinity of the surface of the target 2 by the magnet unit 3.
 図7において、ターゲット2の回転中心Oと磁石ユニット3の回転軸35の回転中心とは一致している。磁石ユニット3の回転軸35の回転中心と、中心磁石31及び周辺磁石32の間の位置と、を通る線分D2、D3の位置により規定されるスパッタリング領域Aにスパッタ粒子が集中的に生じる。なお、スパッタリング領域Aは、磁石ユニット3により形成される磁場の磁束分布に基づいて決まる領域としてもよい。また、磁場強度が一定以上の値を有したターゲット2の表面上の領域としてもよい。また、磁石ユニット3の磁石の配置や構造、スパッタ粒子が集中的に発生する位置、スパッタリング時にターゲット2表面からの放出物が放出される方向として一般的、統計的、経験的、実験的に観察される事象等に基づいて決めてもよい。 In FIG. 7, the center of rotation O of the target 2 and the center of rotation of the rotation axis 35 of the magnet unit 3 coincide with each other. Sputtered particles are generated in a concentrated manner in the sputtering region A, which is defined by the positions of the line segments D2 and D3 passing through the center of rotation of the rotation axis 35 of the magnet unit 3 and the position between the central magnet 31 and the peripheral magnet 32. The sputtering region A may be an area determined based on the magnetic flux distribution of the magnetic field formed by the magnet unit 3. It may also be an area on the surface of the target 2 where the magnetic field strength has a certain value or higher. It may also be determined based on the arrangement and structure of the magnets of the magnet unit 3, the position where the sputtered particles are generated in a concentrated manner, and phenomena generally, statistically, empirically, or experimentally observed as the direction in which the material is emitted from the surface of the target 2 during sputtering.
 磁石ユニット3の回転軸35の回転中心とスパッタリング領域Aの中心を通る線分D1の角度θを磁石ユニット3の角度とする。磁石ユニット3の角度θは、線分D1が基板6の成膜対象面に垂直となる位置(図7で破線で示す位置に磁石ユニット3があるとき)を基準とする角度であり、図7で時計回り方向を正とする。 The angle θ of the line segment D1 passing through the center of rotation of the rotation axis 35 of the magnet unit 3 and the center of the sputtering area A is defined as the angle of the magnet unit 3. The angle θ of the magnet unit 3 is an angle based on the position where the line segment D1 is perpendicular to the film formation target surface of the substrate 6 (when the magnet unit 3 is located at the position shown by the dashed line in Figure 7), and the clockwise direction in Figure 7 is defined as positive.
(カソード移動型のスパッタ装置)
 図8を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の他の一例を説明する。上記の基板搬送型のスパッタ装置と共通の要素については共通の名称及び符号を用いて詳細な説明を省略する。
(Moving cathode sputtering device)
Another example of a sputtering apparatus to which the present invention can be applied will be described with reference to Fig. 8. Elements common to the above-mentioned substrate conveying type sputtering apparatus will be designated by common names and symbols and detailed description thereof will be omitted.
 図8に示すスパッタ装置1Xは、基板6をチャンバ10に固定し、チャンバ10内で回転カソードユニット8Xが往復移動可能なスパッタ装置である。図8は、スパッタ装置1Xに備わる円筒形のターゲット2の回転軸に平行な方向(Y方向とする)から見たスパッタ装置1Xの内部構成を模式的に示す図である。 The sputtering apparatus 1X shown in FIG. 8 is a sputtering apparatus in which a substrate 6 is fixed to a chamber 10 and a rotating cathode unit 8X can move back and forth within the chamber 10. FIG. 8 is a schematic diagram showing the internal configuration of the sputtering apparatus 1X as viewed from a direction parallel to the rotation axis of a cylindrical target 2 provided in the sputtering apparatus 1X (Y direction).
 図4のスパッタ装置1は、チャンバ10に対して回転カソードユニット8が移動せず、基板6がチャンバ10に対して移動することによって、基板6の搬送方向下流側の端部から順次、基板6の成膜対象面に成膜が行われた。図8のスパッタ装置1Xは、チャンバ10に対して回転カソードユニット8Xが移動し、基板6はチャンバ10に対して移動せず、回転カソードユニット8Xの移動方向上流側の端部から順次、基板6の成膜対象面に成膜が行われる。 In the sputtering apparatus 1 of FIG. 4, the rotating cathode unit 8 does not move relative to the chamber 10, and the substrate 6 moves relative to the chamber 10, so that a film is formed on the target surface of the substrate 6, starting from the downstream end in the transport direction of the substrate 6. In the sputtering apparatus 1X of FIG. 8, the rotating cathode unit 8X moves relative to the chamber 10, and the substrate 6 does not move relative to the chamber 10, so that a film is formed on the target surface of the substrate 6, starting from the upstream end in the movement direction of the rotating cathode unit 8X.
 回転カソードユニット8Xは、移動台230を有し、移動台230には、ターゲット2の周囲に配置された仕切部材260が設けられる。仕切部材260は、基板6が配置される方向(鉛直上方向)に開口している。 The rotating cathode unit 8X has a movable stage 230, and the movable stage 230 is provided with a partition member 260 arranged around the target 2. The partition member 260 opens in the direction in which the substrate 6 is arranged (vertically upward).
 移動台230は、リニアベアリング等の搬送ガイドを介して一対の案内レール250に沿って水平方向(矢印Tで示す)に移動自在に支持されている。案内レール250はX方向に平行に設けられる。移動台230は、直線駆動装置12によって、X方向に直線駆動される。直線駆動装置12は、回転モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ等を用いたねじ送り機構、リニアモータ等、公知の種々の直線運動機構を用いることができる。したがって回転カソードユニット8XはXY平面内をX方向に移動し、ターゲット2はY方向に平行な回転軸周りに回転しながらXY平面内をX方向に移動する。 The movable stage 230 is supported so as to be freely movable in the horizontal direction (indicated by the arrow T) along a pair of guide rails 250 via a transport guide such as a linear bearing. The guide rails 250 are provided parallel to the X direction. The movable stage 230 is linearly driven in the X direction by the linear drive device 12. The linear drive device 12 can be any of a variety of known linear motion mechanisms, such as a screw feed mechanism using a ball screw or the like that converts the rotational motion of a rotary motor into linear motion, or a linear motor. Therefore, the rotating cathode unit 8X moves in the X direction within the XY plane, and the target 2 moves in the X direction within the XY plane while rotating around a rotation axis parallel to the Y direction.
 基板6は、チャンバ10内に搬入されると、回転カソードユニット8Xに対し鉛直方向上方でホルダ6aによって保持される。成膜処理中、基板6はチャンバ10に対して移動せず、回転カソードユニット8Xが水平方向(矢印Tで示す方向)に移動しつつ、スパッタリングにより成膜が行われる。基板6の成膜対象面の全体に成膜が行われた後、基板6はチャンバ10の他方の側壁に設けられたゲートバルブ18から搬出される。 When the substrate 6 is loaded into the chamber 10, it is held by the holder 6a vertically above the rotating cathode unit 8X. During the film formation process, the substrate 6 does not move relative to the chamber 10, and the film is formed by sputtering while the rotating cathode unit 8X moves horizontally (in the direction indicated by the arrow T). After the film is formed on the entire film formation target surface of the substrate 6, the substrate 6 is unloaded through a gate valve 18 provided on the other side wall of the chamber 10.
 スパッタ装置1Xにおいてスパッタリングによる成膜を行う際には、制御部14は、ターゲット駆動装置11を制御してターゲット2を矢印R方向に回転駆動するとともに、電源13を制御してターゲット2にマイナスの電圧を印加する。 When forming a film by sputtering in the sputtering device 1X, the control unit 14 controls the target driving device 11 to rotate the target 2 in the direction of the arrow R, and controls the power supply 13 to apply a negative voltage to the target 2.
 回転カソードユニット8Xは直線駆動装置12によってチャンバ10に対して矢印T方向に移動するため、スパッタリング領域Aはチャンバ10に対して矢印T方向に移動する。また、磁石ユニット3は、成膜処理中は、ターゲット2とともに回転しないため、スパッタリング領域Aと基板6の成膜対象面との対向角度は、成膜処理中、一定である。成膜処理中、基板6はホルダ6aによって保持されてチャンバ10に対して移動しない。 The rotating cathode unit 8X is moved in the direction of arrow T relative to the chamber 10 by the linear drive device 12, so the sputtering area A moves in the direction of arrow T relative to the chamber 10. In addition, the magnet unit 3 does not rotate together with the target 2 during the film formation process, so the opposing angle between the sputtering area A and the film formation target surface of the substrate 6 remains constant during the film formation process. During the film formation process, the substrate 6 is held by the holder 6a and does not move relative to the chamber 10.
 回転カソードユニット8Xが直線駆動装置12によって水平方向に移動することにより、ターゲット2のスパッタリング領域Aが、回転カソードユニット8Xの移動とともに、基板6の成膜対象面に沿ってチャンバ10に対して移動する。これにより、基板6の成膜対象面には、回転カソードユニット8Xの移動に伴って、回転カソードユニット8Xの移動方向Tの上流側端部から下流側端部に向かって順次、成膜が行われる。 As the rotating cathode unit 8X moves horizontally by the linear drive device 12, the sputtering area A of the target 2 moves relative to the chamber 10 along the film-forming surface of the substrate 6 in conjunction with the movement of the rotating cathode unit 8X. As a result, a film is sequentially formed on the film-forming surface of the substrate 6 from the upstream end to the downstream end of the moving direction T of the rotating cathode unit 8X as the rotating cathode unit 8X moves.
(ツインカソード型のスパッタ装置)
 図9、図10を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の他の一例を説明する。上記のシングルカソード型のスパッタ装置1、1Xと共通の要素については共通の名称及び符号を用いて詳細な説明を省略する。
(Twin cathode type sputtering device)
Another example of a sputtering apparatus to which the present invention can be applied will be described with reference to Figures 9 and 10. Elements common to the above-mentioned single cathode type sputtering apparatuses 1 and 1X will be given common names and symbols and detailed descriptions thereof will be omitted.
 図9はスパッタ装置1Yに備わる円筒形の第2ターゲット2Rの回転軸に平行な方向(Y方向とする)から見たスパッタ装置1Yの内部構成を模式的に示す図である。図10はスパッタ装置1Y内を移動する回転カソードユニット8Yの移動方向Tに平行な方向(X方向とする)から見たスパッタ装置1Yの内部構成を模式的に示す図である。 Figure 9 is a schematic diagram showing the internal configuration of sputtering apparatus 1Y as viewed from a direction parallel to the rotation axis of cylindrical second target 2R provided in sputtering apparatus 1Y (Y direction). Figure 10 is a schematic diagram showing the internal configuration of sputtering apparatus 1Y as viewed from a direction parallel to the movement direction T of rotating cathode unit 8Y moving within sputtering apparatus 1Y (X direction).
 図9のスパッタ装置1Yは、図8のスパッタ装置1Xと同様、チャンバ10に対して回転カソードユニット8Yが移動し、基板6はチャンバ10に対して移動せず、回転カソードユニット8Yの移動方向上流側の端部から順次、基板6の成膜対象面に成膜が行われる。 In the sputtering apparatus 1Y of FIG. 9, similar to the sputtering apparatus 1X of FIG. 8, the rotating cathode unit 8Y moves relative to the chamber 10, the substrate 6 does not move relative to the chamber 10, and a film is formed on the target surface of the substrate 6, starting from the upstream end in the direction of movement of the rotating cathode unit 8Y.
 図4のスパッタ装置1の回転カソードユニット8は、円筒形のターゲット2及び磁石ユニット3から構成されていたが、図9のスパッタ装置1Yの回転カソードユニット8Yは、円筒形の第1ターゲット2Lと、第1ターゲット2Lの内部に、当該円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、第1ターゲット2Lの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する第1磁場発生手段である第1磁石ユニット3Lと、円筒形の第2ターゲット2Rと、第2ターゲット2Rの内部に、当該円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、第2ターゲット2Rの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する第2磁場発生手段である第2磁石ユニット3Rと、から構成されている。第1ターゲット2L及び第1磁石ユニット3Lの構成、並びに、第2ターゲット2R及び第2磁石ユニット3Rの構成は、図4のスパッタ装置1のターゲット2及び磁石ユニット3の構成と同様であるが、ターゲット駆動装置11Yによる回転方向は第1ターゲット2Lと第2ターゲット2Rとで互いに逆方向である。第1ターゲット2Lは矢印L方向に回転し、第2ターゲット2Rは矢印L方向と逆向きの矢印R方向に回転する。第1磁石ユニット3L及び第2磁石ユニット3Rは、マグネット駆動装置110Yの駆動力により矢印ML、MRで示すように回転する。 The rotating cathode unit 8 of the sputtering apparatus 1 in Figure 4 was composed of a cylindrical target 2 and a magnet unit 3, while the rotating cathode unit 8Y of the sputtering apparatus 1Y in Figure 9 is composed of a cylindrical first target 2L, a first magnet unit 3L which is a first magnetic field generating means that is arranged inside the first target 2L at a variable angle about a rotation axis parallel to the central axis of the cylinder and generates a leakage magnetic field leaking from the outer peripheral surface of the first target 2L, a cylindrical second target 2R, and a second magnet unit 3R which is a second magnetic field generating means that is arranged inside the second target 2R at a variable angle about a rotation axis parallel to the central axis of the cylinder and generates a leakage magnetic field leaking from the outer peripheral surface of the second target 2R. The configurations of the first target 2L and the first magnet unit 3L, and the configurations of the second target 2R and the second magnet unit 3R are similar to the configurations of the target 2 and the magnet unit 3 of the sputtering device 1 in FIG. 4, but the rotation directions of the first target 2L and the second target 2R by the target driving device 11Y are opposite to each other. The first target 2L rotates in the direction of arrow L, and the second target 2R rotates in the direction of arrow R, which is opposite to the direction of arrow L. The first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R rotate as shown by the arrows ML and MR by the driving force of the magnet driving device 110Y.
 回転カソードユニット8Yがチャンバ10内で移動可能な構成は図8のスパッタ装置1Xと同様である。回転カソードユニット8Yは、移動台230と、第1ターゲット2L及び第2ターゲット2Rを回転自在に支持するサポートブロック210とエンドブロック220と、を有する。移動台230上で、第1ターゲット2L及び第2ターゲット2Rは回転カソードユニット8Yの移動方向T(X方向に平行)に並べて配置される。移動台230には、第1ターゲット2L及び第2ターゲット2Rを取り囲むように配置された仕切部材260が設けられる。なお、図10では、煩雑さを避けるため仕切部材260の記載は省略した。仕切部材260は、基板6が配置される方向(鉛直上方向)に開口している。 The configuration in which the rotating cathode unit 8Y can move within the chamber 10 is the same as that of the sputtering apparatus 1X in FIG. 8. The rotating cathode unit 8Y has a moving stage 230, and a support block 210 and an end block 220 that rotatably support the first target 2L and the second target 2R. On the moving stage 230, the first target 2L and the second target 2R are arranged side by side in the moving direction T (parallel to the X direction) of the rotating cathode unit 8Y. The moving stage 230 is provided with a partition member 260 arranged to surround the first target 2L and the second target 2R. Note that in FIG. 10, the partition member 260 is omitted to avoid complexity. The partition member 260 is open in the direction in which the substrate 6 is arranged (vertically upward).
 スパッタ装置1Yにおいてスパッタリングによる成膜を行う際には、制御部14は、ターゲット駆動装置11Yを制御して第1ターゲット2L及び第2ターゲット2Rを矢印L及びR方向にそれぞれ回転駆動するとともに、電源13を制御して第1ターゲット2L及び第2ターゲット2Rにマイナスの電圧を印加する。スパッタリングによる成膜の態様は図8のスパッタ装置1Xと同様である。 When forming a film by sputtering in the sputtering device 1Y, the control unit 14 controls the target driving device 11Y to rotate the first target 2L and the second target 2R in the directions of the arrows L and R, respectively, and controls the power supply 13 to apply a negative voltage to the first target 2L and the second target 2R. The manner in which a film is formed by sputtering is the same as in the sputtering device 1X of FIG. 8.
 図11は、図9のスパッタ装置1Yの第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3R、第1ターゲット2L、第2ターゲット2R、及び基板6の位置関係を示す図である。図11において、第1ターゲット2Lの回転中心Oと第1磁石ユニット3Lの回転軸35Lの回転中心とは一致している。第1磁石ユニット3Lの回転軸35Lの回転中心と、中心磁石31L及び周辺磁石32Lの間の位置と、を通る線分D2L、D3Lの位置により規定されるスパッタリング領域ALにスパッタ粒子が集中的に生じる。また、第2ターゲット2Rの回転中心Oと第2磁石ユニット3Rの回転軸35Rの回転中心とは一致している。第2磁石ユニット3Rの回転軸35Rの回転中心と、中心磁石31R及び周辺磁石32Rの間の位置と、を通る線分D2R、D3Rの位置により規定されるスパッタリング領域ARにスパッタ粒子が集中的に生じる。 FIG. 11 is a diagram showing the positional relationship of the first magnet unit 3L, the second magnet unit 3R, the first target 2L, the second target 2R, and the substrate 6 of the sputtering device 1Y in FIG. 9. In FIG. 11, the rotation center O of the first target 2L and the rotation center of the rotation axis 35L of the first magnet unit 3L coincide. Sputter particles are generated intensively in the sputtering area AL defined by the positions of the line segments D2L and D3L passing through the rotation center of the rotation axis 35L of the first magnet unit 3L and the position between the central magnet 31L and the peripheral magnet 32L. In addition, the rotation center O of the second target 2R and the rotation center of the rotation axis 35R of the second magnet unit 3R coincide. Sputter particles are generated intensively in the sputtering area AR defined by the positions of the line segments D2R and D3R passing through the rotation center of the rotation axis 35R of the second magnet unit 3R and the position between the central magnet 31R and the peripheral magnet 32R.
 第1磁石ユニット3Lの回転軸35Lの回転中心とスパッタリング領域ALの中心を通る線分D1Lの角度θLを第1磁石ユニット3Lの角度とする。また、第2磁石ユニット3Rの回転軸35Rの回転中心とスパッタリング領域ARの中心を通る線分D1Rの角度θRを第2磁石ユニット3Rの角度とする。第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rの角度θL、θRは、線分D1L、D1Rが基板6の成膜対象面に垂直となる位置(図11で破線で示す位置に第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rがあるとき)を基準とする角度であり、図11で時計回り方向を正とする。 The angle θL of the line segment D1L passing through the center of rotation of the rotation shaft 35L of the first magnet unit 3L and the center of the sputtering area AL is defined as the angle of the first magnet unit 3L. The angle θR of the line segment D1R passing through the center of rotation of the rotation shaft 35R of the second magnet unit 3R and the center of the sputtering area AR is defined as the angle of the second magnet unit 3R. The angles θL and θR of the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R are angles based on the position where the line segments D1L and D1R are perpendicular to the film formation target surface of the substrate 6 (when the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R are at the position shown by the dashed line in Figure 11), and the clockwise direction in Figure 11 is defined as positive.
 第1ターゲット2L、第2ターゲット2Rは同一組成のMg-Ag合金を材料とし、第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rの角度θL、θRは等しい。すなわち、第1磁石ユニット3Lの線分D1Lと、第2磁石ユニット3Rの線分D1Rは、同じ向きに向く。 The first target 2L and the second target 2R are made of an Mg-Ag alloy of the same composition, and the angles θL and θR of the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R are equal. In other words, the line segment D1L of the first magnet unit 3L and the line segment D1R of the second magnet unit 3R face in the same direction.
 なお、図12に示すように、第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rの角度θL、θRを、絶対値が互いに等しく、符号が逆になるように設定してもよい。この場合、第1磁石ユニット3Lの線分D1Lと、第2磁石ユニット3Rの線分D1Rは、回転カソードユニット8Yの移動方向T(X方向)で対称の向きとなる。 As shown in FIG. 12, the angles θL and θR of the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R may be set to have the same absolute value but opposite signs. In this case, the line segment D1L of the first magnet unit 3L and the line segment D1R of the second magnet unit 3R are oriented symmetrically in the movement direction T (X direction) of the rotating cathode unit 8Y.
 第1ターゲット2L及び第2ターゲット2Rの外径は140mm、第1ターゲット2L及び第2ターゲット2Rの中心間の距離は300mmとした。 The outer diameter of the first target 2L and the second target 2R was 140 mm, and the distance between the centers of the first target 2L and the second target 2R was 300 mm.
 なお、図9のツインカソード型のスパッタ装置1Yは、回転カソードユニット移動型のスパッタ装置においてカソードを2個備えた構成だが、図4のスパッタ装置1のように基板搬送型のスパッタ装置においてカソードを2個備えたツインカソード型のスパッタ装置にも本発明は適用可能である。 Note that the twin cathode sputtering apparatus 1Y in FIG. 9 is a rotating cathode unit moving type sputtering apparatus equipped with two cathodes, but the present invention can also be applied to a twin cathode sputtering apparatus equipped with two cathodes in a substrate transport type sputtering apparatus such as the sputtering apparatus 1 in FIG. 4.
(磁石ユニット揺動型のスパッタ装置)
 図13を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の他の一例を説明する。上記のシングルカソード型のスパッタ装置1と共通の要素については共通の名称及び符号を用いて詳細な説明を省略する。
(Swinging magnet unit type sputtering device)
Another example of a sputtering apparatus to which the present invention can be applied will be described with reference to Fig. 13. Elements common to the above-mentioned single cathode type sputtering apparatus 1 will be given the same names and reference numerals and detailed description will be omitted.
 図4のスパッタ装置1では、成膜開始前に磁石ユニット3の角度θを調整し、成膜処理中は、調整後の角度θにおいて磁石ユニット3を静止させる例を示した。これに対し、成膜処理中に、調整後の角度θを中心として前後微小角度の範囲内で磁石ユニット3を揺動させてもよい。 In the sputtering apparatus 1 of FIG. 4, an example is shown in which the angle θ of the magnet unit 3 is adjusted before the start of film formation, and the magnet unit 3 is stationary at the adjusted angle θ during the film formation process. In contrast, the magnet unit 3 may be oscillated within a small angle range forward and backward around the adjusted angle θ during the film formation process.
 図13は、磁石ユニット3を揺動させる場合の動作を示す図である。図13において、実線で示す磁石ユニット3は、線分D1で示すように、成膜開始前に決定した角度θの位置にある。破線で示すように、成膜処理中、磁石ユニット3は、角度θの位置を中心に角度δの範囲内で、線分D11で示す第1位置と線分D12で示す第2位置との間で揺動(スイング)するように動き続ける。すなわち、成膜処理中、磁石ユニット3の線分D1は、θ-δ/2度~θ+δ/2度の範囲で揺動する。これにより、磁石ユニット3を構成する中心磁石31、周辺磁石32等の磁石の形状や配置に起因する堆積むらを均一化することができる。 FIG. 13 is a diagram showing the operation when the magnet unit 3 is oscillated. In FIG. 13, the magnet unit 3 shown by the solid line is at a position of angle θ determined before the start of film formation, as shown by line segment D1. As shown by the dashed line, during the film formation process, the magnet unit 3 continues to move so as to oscillate (swing) between a first position shown by line segment D11 and a second position shown by line segment D12 within a range of angle δ centered on the position of angle θ. In other words, during the film formation process, line segment D1 of the magnet unit 3 oscillates in the range of θ-δ/2 degrees to θ+δ/2 degrees. This makes it possible to uniformize deposition unevenness caused by the shape and arrangement of the magnets such as the central magnet 31 and peripheral magnets 32 that make up the magnet unit 3.
 なお、後述するように、磁石ユニット3の角度θは成膜される合金薄膜の組成比に影響するため、揺動範囲の角度δは小さい方が好ましい。例えば、揺動範囲は初期の角度θを中心に±5度以内とする。この場合、成膜処理中、磁石ユニット3は、θ-5度~θ+5度の範囲で揺動する。 As described below, the angle θ of the magnet unit 3 affects the composition ratio of the alloy thin film that is formed, so it is preferable that the angle δ of the oscillation range is small. For example, the oscillation range is set to within ±5 degrees around the initial angle θ. In this case, during the film formation process, the magnet unit 3 oscillates in the range of θ-5 degrees to θ+5 degrees.
(Mg組成比と磁石ユニットの角度との関係)
 次に、本発明の特徴である磁石ユニットの角度調整によるMg組成比の制御について説明する。
(Relationship between Mg composition ratio and angle of magnet unit)
Next, control of the Mg composition ratio by adjusting the angle of the magnet unit, which is a feature of the present invention, will be described.
 本実施例では、ターゲット2として、AgとMgの合金材料からなる円筒形スパッタリングターゲットを用いた。Mg-Ag合金ターゲットのMgの組成比は、おおよそ10vol.%とした。 In this embodiment, a cylindrical sputtering target made of an alloy material of Ag and Mg was used as target 2. The Mg composition ratio of the Mg-Ag alloy target was approximately 10 vol. %.
 ターゲット2の製造方法を説明する。純度が99.9%以上のAgと純度99.9%以上のMgを溶解合金化後、坩堝の底から溶湯を落下させアルゴン等の不活性ガスを吹き付けることにより、Mg-Ag合金アトマイズ粉を作製した。アトマイズ粉の粒径は1μm以上1000μm以下とした。このアトマイズ粉を高速の不活性ガスとともにバッキングチューブ2aに吹き付けることにより、円筒形のMg-Ag合金からなるターゲット2を作製した。バッキングチューブ2aとしては、ステンレス(SUS304、SUS630等)やチタンなどを用いることができる。 The manufacturing method of target 2 will be explained. After melting and alloying Ag with a purity of 99.9% or more and Mg with a purity of 99.9% or more, the molten metal was dropped from the bottom of the crucible and an inert gas such as argon was sprayed onto it to produce atomized Mg-Ag alloy powder. The particle size of the atomized powder was set to 1 μm or more and 1000 μm or less. The atomized powder was sprayed onto a backing tube 2a together with a high-velocity inert gas to produce a cylindrical target 2 made of Mg-Ag alloy. Stainless steel (SUS304, SUS630, etc.) or titanium can be used for the backing tube 2a.
 なお、本実施例では、Mg-Ag合金ターゲットを用いているが、目的に応じて、Cu、Al、Ti、Mo、Cr、Ag、Au、Ni等を含む合金又は化合物を採用してもよい。OLEDの陰極に用いる場合には第1成分としてはLi、Na、Mg、K、Ca、Cs、Yb等を例示できる。また、第2成分としてはAg、Al等を例示できる。Mg-Ag合金ターゲットの製造方法は、アトマイズ粉の吹き付けに限らず、鋳造、溶射、焼結などの任意の方法で作製することができる。 In this embodiment, an Mg-Ag alloy target is used, but alloys or compounds containing Cu, Al, Ti, Mo, Cr, Ag, Au, Ni, etc. may be used depending on the purpose. When used as an OLED cathode, examples of the first component include Li, Na, Mg, K, Ca, Cs, Yb, etc. Examples of the second component include Ag and Al. The manufacturing method of the Mg-Ag alloy target is not limited to spraying atomized powder, and it can be manufactured by any method such as casting, thermal spraying, sintering, etc.
 作製したMg-Ag合金からなる円筒形のターゲット2をスパッタ装置1に設置し、基板6に成膜を行った。ターゲット2の内部(図4のスパッタ装置1ではバッキングチューブ2aの内部)には、磁石ユニット3が配置されており、この磁石ユニット3の向きを任意の角度に変更できるようになっている。成膜開始前に磁石ユニット3を所定の角度θに調整し、角度を固定したままターゲット2を10rpmで回転させた状態でスパッタ成膜を行った。 The cylindrical target 2 made of the prepared Mg-Ag alloy was placed in the sputtering device 1, and a film was formed on the substrate 6. A magnet unit 3 was placed inside the target 2 (inside the backing tube 2a in the sputtering device 1 in Figure 4), and the orientation of this magnet unit 3 could be changed to any angle. Before starting the film formation, the magnet unit 3 was adjusted to a specified angle θ, and sputtering film formation was performed with the target 2 rotating at 10 rpm while keeping the angle fixed.
 スパッタ成膜時のArガス圧は0.6Paとし、基板6の温度は室温とした。ターゲット2の上方において、基板6を所定の速度で矢印Sで示す方向(図7参照)に搬送することで成膜を行った。 The Ar gas pressure during sputtering deposition was 0.6 Pa, and the temperature of the substrate 6 was room temperature. Film deposition was performed by transporting the substrate 6 above the target 2 at a predetermined speed in the direction indicated by the arrow S (see Figure 7).
 成膜した合金薄膜に対して蛍光X線法により組成分析を行った。ここでは蛍光X線法による組成分析を行ったが、合金薄膜の組成分析方法として、XRF(蛍光X線)、EDS(エネルギー分散X線分光)、EPMA(電子線マイクロアナライザー)、XPS(X線光電子分光)、SIMS(二次イオン質量分析)、GDMS(グロー放電質量分析)、ICP(誘導結合プラズマ質量分析)等を用いることができる。他にも、透過スペクトルや反射スペクトル、発光スペクトル、分光エリプソメトリ等の手法を用いてもよい。 The composition of the deposited alloy thin film was analyzed by X-ray fluorescence. Here, the composition was analyzed by X-ray fluorescence, but other methods for analyzing the composition of alloy thin films can be used, such as XRF (X-ray fluorescence), EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy), EPMA (electron probe microanalyzer), XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), SIMS (secondary ion mass spectrometry), GDMS (glow discharge mass spectrometry), and ICP (inductively coupled plasma mass spectrometry). Other methods that can be used include transmission spectrometry, reflection spectrometry, emission spectrometry, and spectroscopic ellipsometry.
 本発明者らが鋭意検討する中で、バッキングチューブ2a内の磁石ユニット3の角度θをさまざまな角度に変更して成膜を行うと、角度θによって成膜される合金薄膜のMg組成比に変化が生じることを見出した。例えば、磁石ユニット3の角度θを0度に設定して成膜した場合、Mg組成比は7.9vol.%であった。一方で、磁石ユニット3の角度θを20度、40度に傾けて成膜した場合、Mg組成比はそれぞれ8.4vol.%、9.4vol.%であった。この結果を図14に示す。図14において、横軸は磁石ユニット3の角度θを表し、縦軸は成膜された合金薄膜のMg組成比を表す。この結果に示すように、磁石ユニット3の角度θが大きいほど、Mg組成比の大きいMg-Ag合金薄膜が得られた。すなわち、本実施例の磁石ユニット3は、基準位置(θ=0度)からの角度が大きくなるほど合金薄膜のMg組成比が大きくなるように構成されている。Mg-Ag合金薄膜に対して、Mg組成比がこのような傾向を示すことは本発明者らが鋭意検討をすすめることで得られた新しい知見である。本実施例では、この知見に基づき、磁石ユニット3の角度θを調節することによってMg-Ag合金薄膜のMg組成比を制御することを特徴とする。 In the course of intensive research, the inventors found that when the angle θ of the magnet unit 3 in the backing tube 2a was changed to various angles to form a film, the Mg composition ratio of the formed alloy thin film changed depending on the angle θ. For example, when the angle θ of the magnet unit 3 was set to 0 degrees to form a film, the Mg composition ratio was 7.9 vol. %. On the other hand, when the angle θ of the magnet unit 3 was tilted to 20 degrees and 40 degrees to form a film, the Mg composition ratio was 8.4 vol. % and 9.4 vol. %, respectively. The results are shown in FIG. 14. In FIG. 14, the horizontal axis represents the angle θ of the magnet unit 3, and the vertical axis represents the Mg composition ratio of the formed alloy thin film. As shown in the results, the larger the angle θ of the magnet unit 3, the larger the Mg composition ratio of the Mg-Ag alloy thin film was obtained. That is, the magnet unit 3 of this embodiment is configured so that the larger the angle from the reference position (θ = 0 degrees) is, the larger the Mg composition ratio of the alloy thin film becomes. The fact that the Mg composition ratio of the Mg-Ag alloy thin film shows this tendency is a new finding obtained by the inventors through extensive research. Based on this finding, this embodiment is characterized by controlling the Mg composition ratio of the Mg-Ag alloy thin film by adjusting the angle θ of the magnet unit 3.
 磁石ユニット3の角度θと成膜されるMg-Ag合金薄膜のMg組成比との間に、上記のような関係があることについて、本発明者らは以下の観点から検証した。磁石ユニット3の角度θを0度に設定し、円筒形のターゲット2の直上に基板6を静止させてスパッタ成膜し、基板6上のAgとMgの堆積量分布を調べた。図15にその結果を示す。図15において、横軸は基板6において最も堆積量(膜厚)が大きくなる位置(以下、最大膜厚位置という)からの距離を表す。最大膜厚位置は、本実施例では、図7でθ=0の場合の線分D1と基板6との交点の位置であり、ターゲット2の回転中心Oから最も近い位置である。縦軸は膜厚を最大膜厚位置での膜厚で正規化した値を表す。図15に示すように、Mg、Agともに、最大膜厚位置からから離れるにつれて膜厚が小さくなった。また、Mgの方がAgに比べて、最大膜厚位置からの距離による膜厚の変化(減少)が緩やかであった。すなわち、Mgの堆積量分布はAgの堆積量分布と比較して幅が広くピークが低い山形の形状となる。このことは、広角側の位置(最大膜厚位置から距離が遠い位置)において最大膜厚位置より相対的にMgの組成比が大きくなることを示しており、上記のように搬送成膜において磁石ユニット3の角度θを大きくするとMg組成比が大きくなった結果と整合する。 The inventors verified the above-mentioned relationship between the angle θ of the magnet unit 3 and the Mg composition ratio of the Mg-Ag alloy thin film from the following viewpoints. The angle θ of the magnet unit 3 was set to 0 degrees, and the substrate 6 was placed stationary directly above the cylindrical target 2 to perform sputtering, and the deposition amount distribution of Ag and Mg on the substrate 6 was examined. The results are shown in Figure 15. In Figure 15, the horizontal axis represents the distance from the position where the deposition amount (film thickness) is the largest on the substrate 6 (hereinafter referred to as the maximum film thickness position). In this embodiment, the maximum film thickness position is the intersection position of the line segment D1 and the substrate 6 when θ = 0 in Figure 7, and is the position closest to the rotation center O of the target 2. The vertical axis represents the film thickness normalized by the film thickness at the maximum film thickness position. As shown in Figure 15, the film thickness of both Mg and Ag became smaller as it moved away from the maximum film thickness position. In addition, the change (decrease) in film thickness due to the distance from the maximum film thickness position was more gradual for Mg than for Ag. That is, the deposition amount distribution of Mg has a mountain-like shape with a wider width and a lower peak compared to the deposition amount distribution of Ag. This indicates that the composition ratio of Mg is relatively higher at the wide-angle position (position farther away from the maximum film thickness position) than at the maximum film thickness position, which is consistent with the result that the Mg composition ratio increases when the angle θ of the magnet unit 3 is increased during transport and deposition as described above.
 このようにMg-Ag合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ成膜においては、磁石ユニット3の角度θを変更することで成膜される合金薄膜のMg組成比を制御することができる。この知見に基づいて、スパッタ装置1やスパッタ成膜プロセスを制御することで、所望のMg組成比を有したMg-Ag合金薄膜を安定して形成することが可能となる。 In this way, in magnetron rotary sputtering deposition using an Mg-Ag alloy target, the Mg composition ratio of the deposited alloy thin film can be controlled by changing the angle θ of the magnet unit 3. Based on this knowledge, by controlling the sputtering device 1 and the sputtering deposition process, it is possible to stably form an Mg-Ag alloy thin film with the desired Mg composition ratio.
 なお、磁石ユニット3の角度θを変更すると、組成比だけでなく膜厚(成膜レート)も変化するが、これに対してはターゲット2の印加電圧や磁石の高さの調整により所望の膜厚を得ることが可能である。 Note that changing the angle θ of the magnet unit 3 changes not only the composition ratio but also the film thickness (film formation rate), but the desired film thickness can be obtained by adjusting the voltage applied to the target 2 and the height of the magnet.
 以上の知見は、Mg-Ag合金ターゲットに限らず、図15に示すように、マグネトロンロータリスパッタ成膜を行った場合に最大膜厚位置からの距離による膜厚の変化の傾向が異なる2種類の材料を主成分とする合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ装置にも適用できる。すなわち、ターゲット2は2成分以上の合金からなり、ターゲット2を用いて成膜対象物に成膜した場合に、第1成分の堆積量分布は第2成分の堆積量分布と比較して幅が広くピークが低い山形の形状となるような2成分の組み合わせであればよい。そして、磁石ユニット3は、基準位置(θ=0度の位置)からの角度が大きくなるほど合金薄膜の第1成分の組成比が大きくなるように構成されている場合、制御部14は、合金薄膜の組成比情報に基づき、第1成分の組成比を大きくする場合には磁石ユニット3の角度θを増加させ、第1成分の組成比を小さくする場合には磁石ユニット3の角度θを減少させる。 The above findings are not limited to Mg-Ag alloy targets, but can also be applied to magnetron rotary sputtering devices using alloy targets composed mainly of two types of materials that have different tendencies in the change in film thickness depending on the distance from the maximum film thickness position when magnetron rotary sputtering is performed, as shown in FIG. 15. That is, the target 2 is made of an alloy of two or more components, and when a film is formed on a film-forming object using the target 2, the combination of the two components is sufficient so that the deposition amount distribution of the first component has a mountain-shaped shape that is wider and has a lower peak than the deposition amount distribution of the second component. If the magnet unit 3 is configured so that the composition ratio of the first component of the alloy thin film increases as the angle from the reference position (the position of θ=0 degrees) increases, the control unit 14 increases the angle θ of the magnet unit 3 when the composition ratio of the first component is increased, and decreases the angle θ of the magnet unit 3 when the composition ratio of the first component is decreased, based on the composition ratio information of the alloy thin film.
 なお、本実施例のように、基準位置からの角度の絶対値が大きくなるほどMg(第1成分)の組成比が大きくなるような磁石ユニット3の構成及び角度θの定義がなされている場合、制御部14は、合金薄膜の組成比情報に基づき、Mg(第1成分)の組成比を大きくする場合には磁石ユニット3の角度θの絶対値を増加させ、Mg(第1成分)の組成比を小さくする場合には磁石ユニット3の角度θの絶対値を減少させる。 In addition, as in this embodiment, when the magnet unit 3 is configured and the angle θ is defined such that the composition ratio of Mg (first component) increases as the absolute value of the angle from the reference position increases, the control unit 14 increases the absolute value of the angle θ of the magnet unit 3 when the composition ratio of Mg (first component) is to be increased based on the composition ratio information of the alloy thin film, and decreases the absolute value of the angle θ of the magnet unit 3 when the composition ratio of Mg (first component) is to be decreased.
 磁石ユニット3を構成する各磁石の形状、配置、磁気特性、ターゲット2内における磁石ユニット3の配置、ターゲット2を構成する合金の成分、組成比、磁石ユニット3の角度θの定義、ターゲット2と基板6との位置関係等の種々の条件によっては、磁石ユニット3の角度θとMg組成比との関係は図14に例示した関係と必ずしも同一にならないことも考えられる。そのような場合も、本発明の開示する思想により、実際のスパッタ装置1における磁石ユニット3の角度θとMg組成比との関係を用いて、成膜される合金薄膜の組成比情報に基づき、磁石ユニット3の角度θを調整することで、Mg組成比を高精度に制御することが可能となる。 Depending on various conditions such as the shape, arrangement, and magnetic properties of each magnet constituting the magnet unit 3, the arrangement of the magnet unit 3 within the target 2, the components and composition ratio of the alloy constituting the target 2, the definition of the angle θ of the magnet unit 3, and the positional relationship between the target 2 and the substrate 6, it is possible that the relationship between the angle θ of the magnet unit 3 and the Mg composition ratio will not necessarily be the same as the relationship illustrated in FIG. 14. Even in such cases, the idea disclosed in this invention makes it possible to control the Mg composition ratio with high precision by using the relationship between the angle θ of the magnet unit 3 and the Mg composition ratio in the actual sputtering apparatus 1 and adjusting the angle θ of the magnet unit 3 based on the composition ratio information of the alloy thin film to be formed.
<具体的な制御例>
 スパッタ装置1においてスパッタリングによる成膜を行う際には、制御部14は、組成比取得部130から基板6に成膜する合金薄膜の組成比の情報を取得する。組成比取得部130が取得する情報としては、基板6に成膜する合金薄膜の目標組成比の情報、ターゲット2を構成する合金材料の組成比の情報、過去にスパッタ装置1において成膜された合金薄膜についてスパッタ装置1の外部に設置される検査装置によって測定された組成比の情報、磁石ユニット3の角度と組成比との関係の情報、長期間の連続成膜を行った場合の時間経過や成膜枚数による組成比の変化の情報等を例示できる。組成比取得部130がこれらの組成比に関する情報を取得する方法としては、ユーザによる情報の入力、外部の測定装置や実験装置からの有線又は無線による通信経路を介した情報の取得、記録媒体を介した情報の取得、光学的な識別模様の読み取りによる情報の取得等を例示できる。
<Specific control examples>
When forming a film by sputtering in the sputtering apparatus 1, the control unit 14 acquires information on the composition ratio of the alloy thin film to be formed on the substrate 6 from the composition ratio acquisition unit 130. Examples of information acquired by the composition ratio acquisition unit 130 include information on the target composition ratio of the alloy thin film to be formed on the substrate 6, information on the composition ratio of the alloy material constituting the target 2, information on the composition ratio measured by an inspection device installed outside the sputtering apparatus 1 for alloy thin films previously formed in the sputtering apparatus 1, information on the relationship between the angle of the magnet unit 3 and the composition ratio, information on the change in the composition ratio due to the passage of time or the number of films formed when continuous film formation is performed for a long period of time, etc. Examples of methods by which the composition ratio acquisition unit 130 acquires information on these composition ratios include input of information by a user, acquisition of information via a wired or wireless communication path from an external measuring device or experimental device, acquisition of information via a recording medium, acquisition of information by reading an optical identification pattern, etc.
 制御部14は、このような組成比に関する情報に基づき、成膜開始前に磁石ユニット3の角度を調整する。以下、本発明に特徴的な、磁石ユニット3の角度の調整による組成比の制御方法のいくつかの実施例について説明する。 The control unit 14 adjusts the angle of the magnet unit 3 before starting film formation based on information about such composition ratio. Below, we will explain several examples of the method of controlling the composition ratio by adjusting the angle of the magnet unit 3, which is characteristic of the present invention.
<実施例1>
 組成比情報に基づく磁石ユニット3の角度制御としては、成膜の目標となるMg組成比とターゲット2のMg組成比とに応じて、磁石ユニット3の角度θを調整する制御が考えられる。磁石ユニット3の角度θとMg組成比との関係は、予め実験等により図14のように測定された結果を用いることができる。制御部14は、目標のMg組成比と、ターゲット2のMg組成比と、予め取得した磁石ユニット3の角度θとMg組成比との関係と、に基づき、実際の成膜時の磁石ユニット3の角度θを決定する。
Example 1
As an example of angle control of the magnet unit 3 based on the composition ratio information, a control for adjusting the angle θ of the magnet unit 3 according to the target Mg composition ratio for film formation and the Mg composition ratio of the target 2 can be considered. The relationship between the angle θ of the magnet unit 3 and the Mg composition ratio can be a result measured in advance by an experiment or the like as shown in Fig. 14. The control unit 14 determines the angle θ of the magnet unit 3 during actual film formation based on the target Mg composition ratio, the Mg composition ratio of the target 2, and the previously obtained relationship between the angle θ of the magnet unit 3 and the Mg composition ratio.
 例えば、陰極65の第1層63のMg-Ag合金薄膜をマグネトロンロータリスパッタ成膜する場合を考える。ターゲット2のMg組成比を10 vol.%とし、第1層63のMg組成比の目標値を9 vol.%とする。この場合、図14のグラフから、磁石ユニット3の角度θを30度程度に設定して成膜を行うことで、目標のMg組成比を有する第1層63を形成することができる。 For example, consider the case where the Mg-Ag alloy thin film of the first layer 63 of the cathode 65 is deposited by magnetron rotary sputtering. The Mg composition ratio of the target 2 is set to 10 vol. %, and the target value of the Mg composition ratio of the first layer 63 is set to 9 vol. %. In this case, from the graph in Figure 14, it is possible to form the first layer 63 with the target Mg composition ratio by depositing the film with the angle θ of the magnet unit 3 set to about 30 degrees.
 また、実際に成膜された第1層63についてMg組成比を分析測定し、その結果に基づいて磁石ユニット3の角度θを微調整することで、Mg組成比を目標値に近づける調整をすることもできる。例えば、Mg組成比の目標値との差が0.5%以下になるように、磁石ユニット3の角度θを調整する。 In addition, the Mg composition ratio of the first layer 63 that has actually been deposited can be analyzed and measured, and the angle θ of the magnet unit 3 can be fine-tuned based on the results to adjust the Mg composition ratio closer to the target value. For example, the angle θ of the magnet unit 3 can be adjusted so that the difference between the Mg composition ratio and the target value is 0.5% or less.
<実施例2>
 組成比情報に基づく磁石ユニット3の角度制御としては、先行する基板6において成膜された薄膜のMg組成比の情報をフィードバックする制御が考えられる。この制御では、複数の基板6に対して連続成膜を行う場合において、磁石ユニット3の角度θを定期的に調整することで、Mg組成比を長時間にわたり目標値に維持する。
Example 2
A possible method for controlling the angle of the magnet unit 3 based on the composition ratio information is to feed back information on the Mg composition ratio of the thin film formed on the preceding substrate 6. In this control, when performing continuous film formation on a plurality of substrates 6, the angle θ of the magnet unit 3 is periodically adjusted to maintain the Mg composition ratio at a target value for a long period of time.
 まず、第1の成膜として円筒形のターゲット2内の磁石ユニット3を鉛直上向きに向けた状態(角度θ=10度)で成膜を行う。この第1の成膜で形成されたMg-Ag合金薄膜に対して、蛍光X線法により組成分析を行って第1のMg組成比を測定する。第1のMg組成比と目標とするMg組成比との差分情報を基に、磁石ユニット3の角度θを変更する。磁石ユニット3の角度θを変更した後に、第2の成膜を行う。磁石ユニット3の角度θを適切に変更することで、第2の成膜において得られるMg-Ag合金薄膜のMg組成比を目標のMg組成比に近づけることができる。 First, the first film is formed with the magnet unit 3 in the cylindrical target 2 facing vertically upward (angle θ = 10 degrees). The Mg-Ag alloy thin film formed in this first film is subjected to composition analysis using X-ray fluorescence to measure the first Mg composition ratio. The angle θ of the magnet unit 3 is changed based on the difference information between the first Mg composition ratio and the target Mg composition ratio. After changing the angle θ of the magnet unit 3, the second film is formed. By appropriately changing the angle θ of the magnet unit 3, the Mg composition ratio of the Mg-Ag alloy thin film obtained in the second film formation can be made closer to the target Mg composition ratio.
 例えば、Mg組成比の目標値が9vol.%で、第1の成膜で得られた合金薄膜のMg組成比が8.4vol%であった場合には、この測定評価値と目標値との差の情報を基に、例えば、磁石ユニット3の角度θを10度増やす方向に変更して、第2の成膜を行う。磁石ユニット3の角度θの変更量は、あらかじめ実験等により評価しておいた図14に示すような磁石ユニット3の角度θとMg組成比との関係に基づいて決定できる。磁石ユニット3の角度θとMg組成比との関係は、関数やテーブルとして制御部14のメモリに記憶しておく。メモリから読み出した当該関係と、測定により得られた目標値と測定評価値との差と、に基づき、磁石ユニット3の角度θの変更量を求めることができる。このようにして磁石ユニット3の角度θの変更後に行われる第2の成膜で得られる合金薄膜では、Mg組成比は、目標値に近づく(例えば8.9vol.%となる)。 For example, if the target value of the Mg composition ratio is 9 vol. %, and the Mg composition ratio of the alloy thin film obtained by the first film formation is 8.4 vol. %, the angle θ of the magnet unit 3 is changed, for example, in a direction to increase by 10 degrees based on the information on the difference between this measurement evaluation value and the target value, and the second film formation is performed. The amount of change in the angle θ of the magnet unit 3 can be determined based on the relationship between the angle θ of the magnet unit 3 and the Mg composition ratio as shown in FIG. 14, which has been evaluated in advance by experiments, etc. The relationship between the angle θ of the magnet unit 3 and the Mg composition ratio is stored in the memory of the control unit 14 as a function or table. The amount of change in the angle θ of the magnet unit 3 can be calculated based on the relationship read from the memory and the difference between the target value obtained by measurement and the measurement evaluation value. In this way, the Mg composition ratio of the alloy thin film obtained by the second film formation performed after changing the angle θ of the magnet unit 3 approaches the target value (for example, 8.9 vol. %).
 このようにして、成膜、組成分析、磁石ユニット3の角度θの調整を繰り返すことで(すなわち、組成評価情報を基に、磁石ユニット3の角度θをフィードバック制御することで)、目標のMg組成比を有したMg-Ag合金薄膜を得ることができる。長期間(数100時間)にわたる連続製造工程においては、Mg組成比が時間とともに変動する場合があるが、このような場合にも、定期的に上記のような磁石ユニット3の角度θの調整を実施することで、目標に近いMg組成比の合金薄膜を長期間にわたり安定して形成することができる。 In this way, by repeating film formation, composition analysis, and adjustment of the angle θ of the magnet unit 3 (i.e., by feedback-controlling the angle θ of the magnet unit 3 based on composition evaluation information), it is possible to obtain an Mg-Ag alloy thin film with the target Mg composition ratio. In a continuous manufacturing process lasting for a long period of time (several hundred hours), the Mg composition ratio may vary over time, but even in such cases, by periodically adjusting the angle θ of the magnet unit 3 as described above, it is possible to stably form an alloy thin film with an Mg composition ratio close to the target over a long period of time.
 図16は、長時間にわたる連続製造工程において得られる合金薄膜のMg組成比の時間変化を示す図である。実線のグラフAは磁石ユニット3の角度θのフィードバック制御を行った場合を示し、破線のグラフBは磁石ユニット3の角度θを固定した場合を示す。図16に示すように、磁石ユニット3の角度θをフィードバック制御した場合、Mg組成比を長期間にわたり安定して維持して、成膜を行うことができる。 Figure 16 shows the change over time in the Mg composition ratio of an alloy thin film obtained in a long-term continuous manufacturing process. The solid line graph A shows the case where feedback control of the angle θ of the magnet unit 3 is performed, and the dashed line graph B shows the case where the angle θ of the magnet unit 3 is fixed. As shown in Figure 16, when the angle θ of the magnet unit 3 is feedback controlled, the Mg composition ratio can be maintained stably for a long period of time during film formation.
 磁石ユニット3の角度θを調整する間隔は、成膜する基板ごとに調整してもよいし、所定数の基板に成膜するごと(例えば100枚ごと)に、磁石ユニット3の角度θのフィードバック制御をしてもよい。また、所定時間の成膜を行うごと(例えば50時間ごと)に、磁石ユニット3の角度θのフィードバック制御をしてもよい。また、磁石ユニット3の角度θを変更する際には、同時に成膜時間や投入電力を調整してもよい。成膜時間や投入電力を調整することで、Mg組成比だけでなく、膜厚も一定に維持して薄膜を形成することができる。 The interval for adjusting the angle θ of the magnet unit 3 may be adjusted for each substrate on which a film is formed, or the angle θ of the magnet unit 3 may be feedback-controlled every time a film is formed on a predetermined number of substrates (e.g., every 100 substrates). The angle θ of the magnet unit 3 may also be feedback-controlled every time a film is formed for a predetermined period of time (e.g., every 50 hours). When the angle θ of the magnet unit 3 is changed, the film formation time or input power may be adjusted at the same time. By adjusting the film formation time or input power, not only the Mg composition ratio but also the film thickness can be maintained constant when forming a thin film.
<実施例3>
 組成比情報に基づく磁石ユニット3の角度制御としては、成膜開始前の成膜試験から得られる組成比変化の情報をフィードフォワードする制御が考えられる。
Example 3
As an example of controlling the angle of the magnet unit 3 based on the composition ratio information, a control that feeds forward information on the change in the composition ratio obtained from a film formation test before the start of film formation may be used.
 この制御では、円筒形のターゲット2内の磁石ユニット3を所定の角度(例えば、鉛直上向きから5度傾けた状態(角度θ=5度))で、予め所定時間(例えば、500時間)の連続成膜試験を行う。この連続成膜試験において、定期的に成膜された合金薄膜のMg組成比を分析する。組成分析には蛍光X線法等の手法を用いることができる。これにより、Mg-Ag合金ターゲットを用いた連続成膜においてMg組成比がどのように時間変化するかを事前に把握することができる。
そして、この事前試験の結果を基に、実際の連続成膜において、Mg組成比の時間変化を予測し、予測されたMg組成比に応じて磁石ユニット3の角度θを調整することができる。例えば、角度θ=5度、目標Mg組成比8.0vol%で開始した事前試験において50時間経過時に計測されたMg組成比が7.6vol%であった場合は、実際の連続成膜において50時間経過時に磁石ユニット3の角度θ=10度に変更する調整を行う、といった制御を行うことができる。これにより、長時間の連続成膜においてMg組成比が一定した薄膜を形成することができる。
In this control, a continuous film formation test is performed for a predetermined time (e.g., 500 hours) with the magnet unit 3 in the cylindrical target 2 at a predetermined angle (e.g., tilted 5 degrees from the vertical (angle θ=5 degrees)). In this continuous film formation test, the Mg composition ratio of the formed alloy thin film is periodically analyzed. A technique such as X-ray fluorescence analysis can be used for the composition analysis. This makes it possible to know in advance how the Mg composition ratio changes over time in continuous film formation using an Mg-Ag alloy target.
Then, based on the results of this preliminary test, the change in the Mg composition ratio over time can be predicted in the actual continuous film formation, and the angle θ of the magnet unit 3 can be adjusted according to the predicted Mg composition ratio. For example, if the Mg composition ratio measured after 50 hours has elapsed in a preliminary test that started with an angle θ = 5 degrees and a target Mg composition ratio of 8.0 vol%, then in the actual continuous film formation, the angle θ of the magnet unit 3 can be adjusted to θ = 10 degrees after 50 hours have elapsed. This makes it possible to form a thin film with a constant Mg composition ratio in long-term continuous film formation.
 図17は、長時間にわたる連続製造工程において得られる薄膜のMg組成比の時間変化を示す図である。実線のグラフAは磁石ユニット3の角度θを、事前試験の結果から予測されるMg組成比に基づきフィードフォワード制御した場合を示し、破線のグラフBは磁石ユニット3の角度θを固定した場合を示す。図17に示すように、磁石ユニット3の角度θをフィードフォワード制御した場合、Mg組成比を長期間にわたり安定して維持して、成膜を行うことができる。 Figure 17 shows the change over time in the Mg composition ratio of a thin film obtained in a long-term continuous manufacturing process. Graph A, which shows the solid line, shows the case where the angle θ of the magnet unit 3 is feedforward controlled based on the Mg composition ratio predicted from the results of a preliminary test, while graph B, which shows the dashed line, shows the case where the angle θ of the magnet unit 3 is fixed. As shown in Figure 17, when the angle θ of the magnet unit 3 is feedforward controlled, the Mg composition ratio can be maintained stably over a long period of time while the film is formed.
 なお、上記の例では事前試験により連続的なスパッタ成膜の経過時間とMg組成比との関係を調べて実際の成膜時の磁石ユニット3の角度制御にフィードフォワードする例を示したが、事前試験により調べる関係はこれに限らない。例えば、連続的なスパッタ成膜により成膜を行った基板の枚数の積算値とMg組成比との関係を調べて、実際の成膜時の成膜枚数に応じて磁石ユニット3の角度を調整するようにしてもよい。 In the above example, a preliminary test was conducted to investigate the relationship between the elapsed time of continuous sputter deposition and the Mg composition ratio, and the relationship was then fed forward to the angle control of the magnet unit 3 during actual deposition. However, the relationship investigated in the preliminary test is not limited to this. For example, the relationship between the cumulative number of substrates on which films are deposited by continuous sputter deposition and the Mg composition ratio may be investigated, and the angle of the magnet unit 3 may be adjusted according to the number of substrates deposited during actual deposition.
<実施例4>
 組成比情報に基づく磁石ユニット3の角度制御としては、成膜装置内に設置された測定手段から得られる組成比情報をフィードバックする制御が考えられる。測定手段は、例えば図2に示すインライン型の成膜装置100の検査室105に設けられる。
Example 4
As an example of controlling the angle of the magnet unit 3 based on the composition ratio information, a control that feeds back the composition ratio information obtained from a measuring means installed in the film forming apparatus can be considered. The measuring means is provided in the inspection chamber 105 of the in-line type film forming apparatus 100 shown in FIG.
 基板6には、図18に示すように、陰極65が成膜されるデバイス領域340とは別の領域に、組成を評価するための成膜を行う検査領域330が設けられている。検査室105の検査装置は、基板6の検査領域330に成膜された合金薄膜に対して、組成の測定を行う。これにより、デバイス領域340に成膜された薄膜に影響を与えずに、成膜室104において成膜された合金薄膜のMg組成比の評価を行うことが可能となる。 As shown in FIG. 18, the substrate 6 is provided with an inspection area 330 where a film is formed to evaluate the composition, in an area separate from the device area 340 where the cathode 65 is formed. The inspection device in the inspection chamber 105 measures the composition of the alloy thin film formed in the inspection area 330 of the substrate 6. This makes it possible to evaluate the Mg composition ratio of the alloy thin film formed in the film formation chamber 104 without affecting the thin film formed in the device area 340.
 成膜室104で成膜した合金薄膜は、真空一貫の生産ライン途中に設けられた検査室105で組成分析がなされ、その組成分析結果を基に、成膜室104のスパッタ装置1における磁石ユニット3の角度θの調整が行われる。このようにして、薄膜の連続生産プロセスにおいて、成膜された合金薄膜の組成をモニターして、この情報をもとに磁石ユニット3の角度θを調整し、組成をフィードバック制御することができる。この制御により、成膜と磁石ユニット3の角度θの調整のタイムラグを小さくするとともに、長時間の生産にわたり、組成比を一定に維持して成膜を行うことができる。 The alloy thin film deposited in the deposition chamber 104 undergoes composition analysis in the inspection chamber 105 located midway through the integrated vacuum production line, and the angle θ of the magnet unit 3 in the sputtering device 1 in the deposition chamber 104 is adjusted based on the composition analysis results. In this way, in the continuous thin film production process, the composition of the deposited alloy thin film can be monitored and the angle θ of the magnet unit 3 can be adjusted based on this information, allowing feedback control of the composition. This control reduces the time lag between deposition and adjustment of the angle θ of the magnet unit 3, and allows deposition to be performed with a constant composition ratio over long production periods.
 実施例4は、図3に示すようなクラスタ型の成膜装置111に適用することも可能である。この場合、検査室105におけるMg組成比の測定結果は、第2クラスタC2の成膜室104のスパッタ装置1の磁石ユニット3の角度θの調整にフィードバックされる。なお、他のクラスタにもスパッタ装置1と同様の設定のスパッタ装置が設けられる場合、それらのスパッタ装置の制御にも検査室105におけるMg組成比の測定結果をフィードバックしてもよい。 Example 4 can also be applied to a cluster-type film formation apparatus 111 as shown in FIG. 3. In this case, the measurement result of the Mg composition ratio in the inspection chamber 105 is fed back to adjust the angle θ of the magnet unit 3 of the sputtering apparatus 1 in the film formation chamber 104 of the second cluster C2. If sputtering apparatuses with the same settings as the sputtering apparatus 1 are provided in other clusters, the measurement result of the Mg composition ratio in the inspection chamber 105 may also be fed back to control those sputtering apparatuses.
<実施例5>
 組成比情報に基づく磁石ユニット3の角度制御を、図9に示すツインカソードのスパッタ装置1Yに適用した場合について説明する。成膜処理前に、組成比情報に基づき、図11又は図12に示す第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rの角度θL、θRを算出し、第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rを回転させる。第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rの角度θL、θRを調整した後、調整後の角度で第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rを静止させた状態で、スパッタ成膜が行われる。
Example 5
A case will be described in which the angle control of the magnet unit 3 based on the composition ratio information is applied to a twin cathode sputtering apparatus 1Y shown in Fig. 9. Before a film formation process, the angles θL and θR of the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R shown in Fig. 11 or 12 are calculated based on the composition ratio information, and the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R are rotated. After adjusting the angles θL and θR of the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R, sputtering film formation is performed with the first magnet unit 3L and the second magnet unit 3R stationary at the adjusted angles.
 図14で説明した磁石ユニット3の角度θと成膜される合金薄膜の組成比との関係は、図4のスパッタ装置1、図8のスパッタ装置1X、図9のスパッタ装置1Yでは、角度θの符号にはよらないため、図11の設定と図12の設定では合金薄膜の組成比は変わらない。 The relationship between the angle θ of the magnet unit 3 described in FIG. 14 and the composition ratio of the formed alloy thin film does not depend on the sign of the angle θ in the sputtering apparatus 1 in FIG. 4, the sputtering apparatus 1X in FIG. 8, and the sputtering apparatus 1Y in FIG. 9, so the composition ratio of the alloy thin film does not change between the settings in FIG. 11 and FIG. 12.
 スパッタ装置1Yの構成においても、スパッタ装置1で説明した通り、基板6に成膜された合金薄膜の組成比情報に基づいて円筒形のカソードである第1ターゲット2L、第2ターゲット2R内に配置された第1磁石ユニット3L、第2磁石ユニット3Rの角度θL、θRを調整することにより、合金薄膜の組成比を高精度に制御することができる。また、磁石ユニット3の角度θを異ならせて複数回の成膜を行うことで、組成比の異なる多層膜を成膜することができる。 As explained for sputtering apparatus 1, in the configuration of sputtering apparatus 1Y, the composition ratio of the alloy thin film can be controlled with high precision by adjusting the angles θL and θR of the first magnet unit 3L and second magnet unit 3R arranged within the first target 2L and second target 2R, which are cylindrical cathodes, based on the composition ratio information of the alloy thin film deposited on the substrate 6. In addition, by performing deposition multiple times with different angles θ of magnet unit 3, it is possible to deposit multi-layer films with different composition ratios.
 以上説明した実施例1~5の制御によれば、2成分以上の合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ成膜において、基板6に成膜された合金薄膜の組成比情報に基づいて円筒形のカソードであるターゲット2内に配置された磁石ユニット3の角度θを調整するため、合金薄膜の組成比を高精度に制御することができる。これにより、長期間にわたるスパッタ成膜を行う場合にも、組成変動が少ない合金薄膜を成膜することができ、デバイス特性の基板間のばらつきを少なくすることができる。生産の歩留まりを高め、長期間にわたり安定してデバイスを作製することができる。 According to the control of Examples 1 to 5 described above, in magnetron rotary sputtering deposition using an alloy target of two or more components, the angle θ of the magnet unit 3 arranged inside the target 2, which is a cylindrical cathode, is adjusted based on composition ratio information of the alloy thin film deposited on the substrate 6, so that the composition ratio of the alloy thin film can be controlled with high precision. As a result, even when performing sputtering deposition over a long period of time, an alloy thin film with little composition variation can be deposited, and the variation in device characteristics between substrates can be reduced. This increases production yields and enables devices to be manufactured stably over a long period of time.
 なお、実施例1~5で説明した、2成分以上の合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ成膜において、基板6に成膜された合金薄膜の組成比情報に基づいて磁石ユニット3の角度θを調整する成膜方法や、回転カソードユニット8の磁石ユニット3の角度θを変更して複数回の成膜を行うことで、2成分の合金材料からなるロータリターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングによって膜厚方向で組成比の異なる(組成比の勾配を有する)多層膜を成膜する成膜方法は、図2に示すインライン型の成膜装置100、図3に示すクラスタ型の成膜装置111、図4に示す基板搬送型のスパッタ装置1、図8に示す回転カソードユニット移動型のスパッタ装置1X、図9に示すツインカソードかつ回転カソードユニット移動型のスパッタ装置1Y、図示しないツインカソードかつ基板搬送型のスパッタ装置、図13に示す磁石ユニット揺動型のスパッタ装置に適用できる。 In addition, in the magnetron rotary sputtering deposition using an alloy target of two or more components as described in Examples 1 to 5, the deposition method of adjusting the angle θ of the magnet unit 3 based on the composition ratio information of the alloy thin film deposited on the substrate 6, and the deposition method of depositing a multilayer film having different composition ratios (having a composition ratio gradient) in the thickness direction by magnetron sputtering using a rotary target made of an alloy material of two components by changing the angle θ of the magnet unit 3 of the rotating cathode unit 8 and performing deposition multiple times, can be applied to the in-line type deposition apparatus 100 shown in FIG. 2, the cluster type deposition apparatus 111 shown in FIG. 3, the substrate conveying type sputtering apparatus 1 shown in FIG. 4, the rotating cathode unit moving type sputtering apparatus 1X shown in FIG. 8, the twin cathode and rotating cathode unit moving type sputtering apparatus 1Y shown in FIG. 9, the twin cathode and substrate conveying type sputtering apparatus not shown, and the magnet unit swinging type sputtering apparatus shown in FIG. 13.
 上記の実施例は本発明の一例を示したものであるが、本発明は上記の実施例の構成に限定されないし、その技術思想の範囲内で適切に変形してもよい。例えば、チャンバ内に固定された回転カソードユニットに対して基板が移動する構成やチャンバ内に固定された基板に対して回転カソードユニットが移動する構成に限らず、例えば、チャンバ内に基板及び回転カソードユニットが固定され、回転カソードユニットを構成するターゲットの数を増やすことで全体としてスパッタリング領域が成膜対象領域全体をカバーする構成や、チャンバ内に固定された回転カソードユニットに対して基板が水平面内で揺動する構成や、チャンバ内に固定された基板に対して回転カソードユニットが水平面内で揺動する構成としてもよい。図9ではターゲットを2個有するツインカソード型のスパッタ装置を例示したが、ターゲットの数は3個以上としてもよい。 The above embodiment shows one example of the present invention, but the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and may be modified appropriately within the scope of its technical concept. For example, it is not limited to a configuration in which the substrate moves relative to a rotating cathode unit fixed in a chamber, or a configuration in which the rotating cathode unit moves relative to a substrate fixed in a chamber, but may be, for example, a configuration in which the substrate and the rotating cathode unit are fixed in a chamber, and the number of targets constituting the rotating cathode unit is increased so that the sputtering area as a whole covers the entire area to be formed, a configuration in which the substrate oscillates in a horizontal plane relative to the rotating cathode unit fixed in a chamber, or a configuration in which the rotating cathode unit oscillates in a horizontal plane relative to a substrate fixed in a chamber. Although a twin cathode type sputtering device having two targets is illustrated in FIG. 9, the number of targets may be three or more.
1:スパッタ装置
2:ターゲット
3:磁石ユニット
6:基板
35:回転軸
100:成膜装置
1: sputtering device 2: target 3: magnet unit 6: substrate 35: rotating shaft 100: film forming device

Claims (20)

  1.  2成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
     前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
    を有し、
     前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する成膜装置であって、
     前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御することを特徴とする成膜装置。
    A cylindrical target made of an alloy of two or more components;
    a magnetic field generating means provided inside the target such that an angle around a rotation axis parallel to the central axis of the cylindrical shape can be changed, the magnetic field generating means generating a leakage magnetic field leaking from an outer peripheral surface of the target;
    having
    A film formation apparatus for forming an alloy thin film by sputtering on a film formation target disposed opposite the target while rotating the target,
    A film forming apparatus comprising: a control section for controlling an angle of said magnetic field generating means based on information on a composition ratio of said alloy thin film.
  2.  前記ターゲットを構成する前記合金の組成比と、前記成膜対象物に成膜する前記合金薄膜の組成比の目標値と、に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項1に記載の成膜装置。 The film forming apparatus of claim 1, which controls the angle of the magnetic field generating means based on the composition ratio of the alloy constituting the target and the target value of the composition ratio of the alloy thin film to be formed on the film forming object.
  3.  前記成膜装置によって複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う場合に、先行して成膜が行われた前記成膜対象物の前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項1に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein when the film forming apparatus continuously forms films on a plurality of film forming objects, the angle of the magnetic field generating means is controlled based on information on the composition ratio of the alloy thin film of the film forming object on which a film has been formed in advance.
  4.  予め実験的に求められた、複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行った場合の成膜される前記合金薄膜の組成比の時間変化の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項1に記載の成膜装置。 The film forming apparatus of claim 1 controls the angle of the magnetic field generating means based on information obtained experimentally in advance about the time change in the composition ratio of the alloy thin film formed when film formation is performed continuously on multiple film-forming objects.
  5.  前記成膜対象物に成膜された前記合金薄膜の組成比を測定する測定手段を備え、
     前記測定手段により測定された組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項1に記載の成膜装置。
    a measuring means for measuring a composition ratio of the alloy thin film formed on the film-forming target,
    2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the angle of said magnetic field generating means is controlled based on information on the composition ratio measured by said measuring means.
  6.  前記磁場発生手段の角度と、前記成膜対象物に成膜される前記合金薄膜の組成比と、の予め求められた関係に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, which controls the angle of the magnetic field generating means based on a predetermined relationship between the angle of the magnetic field generating means and the composition ratio of the alloy thin film formed on the film forming target.
  7.  前記成膜装置によって複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う場合に、所定数の前記成膜対象物に対する成膜を行うごとに、前記磁場発生手段の角度の調整を行う請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, in which, when the film forming apparatus continuously forms films on a plurality of film forming objects, the angle of the magnetic field generating means is adjusted each time a film is formed on a predetermined number of the film forming objects.
  8.  前記成膜装置によって複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う場合に、所定時間の成膜を行うごとに、前記磁場発生手段の角度の調整を行う請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, in which, when the film forming apparatus continuously forms films on a plurality of film forming objects, the angle of the magnetic field generating means is adjusted every time a film is formed for a predetermined period of time.
  9.  前記合金薄膜の組成比と目標の組成比との差が0.5%以下になるように、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, in which the angle of the magnetic field generating means is controlled so that the difference between the composition ratio of the alloy thin film and the target composition ratio is 0.5% or less.
  10.  前記ターゲットを構成する前記合金の第1成分はMgであり、第2成分はAgである請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the first component of the alloy constituting the target is Mg and the second component is Ag.
  11.  前記ターゲットを構成する前記合金の第1成分はLi、Na、Mg、K、Ca、Cs、Ybのいずれかであり、第2成分はAg又はAlである請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the first component of the alloy constituting the target is Li, Na, Mg, K, Ca, Cs, or Yb, and the second component is Ag or Al.
  12.  前記ターゲットを用いて前記成膜対象物に成膜した場合に、前記ターゲットを構成する前記合金の第1成分の堆積量分布は第2成分の堆積量分布と比較して幅が広くかつピークが低い山形の形状となる請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein when a film is deposited on the deposition target using the target, the deposition amount distribution of the first component of the alloy constituting the target has a mountain-shaped shape that is wider and has a lower peak than the deposition amount distribution of the second component.
  13.  前記磁場発生手段は、基準位置からの角度が大きくなるほど前記合金薄膜の前記第1成分の組成比が大きくなるように構成され、
     前記合金薄膜の組成比に基づき、前記第1成分の組成比を大きくする場合には前記磁場発生手段の角度を増加させ、前記第1成分の組成比を小さくする場合には前記磁場発生手段の角度を減少させる請求項10に記載の成膜装置。
    the magnetic field generating means is configured so that the composition ratio of the first component in the alloy thin film increases as the angle from a reference position increases,
    The film forming apparatus according to claim 10, wherein, based on the composition ratio of the alloy thin film, an angle of the magnetic field generating means is increased when the composition ratio of the first component is increased, and an angle of the magnetic field generating means is decreased when the composition ratio of the first component is decreased.
  14.  前記磁場発生手段の角度に応じて、前記ターゲットに印加する電圧及び成膜時間の少なくともいずれかを調整する請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The deposition device according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the voltage applied to the target and the deposition time is adjusted according to the angle of the magnetic field generating means.
  15.  複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, which performs continuous film formation on a plurality of film forming objects.
  16.  前記合金薄膜は、有機EL素子の陰極を構成する請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the alloy thin film constitutes the cathode of an organic electroluminescence element.
  17.  前記成膜装置は、インライン型の成膜装置である請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the deposition apparatus is an in-line type deposition apparatus.
  18.  前記成膜装置は、クラスタ型の成膜装置である請求項1~5のいずれか1項に記載の成膜装置。 The deposition apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the deposition apparatus is a cluster type deposition apparatus.
  19.  2成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
     前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
    を有する成膜装置を用いた成膜方法であって、
     前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する工程と、
     前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する工程と、
    を有することを特徴とする成膜方法。
    A cylindrical target made of an alloy of two or more components;
    a magnetic field generating means provided inside the target such that an angle around a rotation axis parallel to the central axis of the cylindrical shape can be changed, the magnetic field generating means generating a leakage magnetic field leaking from an outer peripheral surface of the target;
    A film forming method using a film forming apparatus having the following features:
    forming an alloy thin film by sputtering on a film-forming object disposed opposite the target while rotating the target;
    controlling an angle of the magnetic field generating means based on information on the composition ratio of the alloy thin film;
    A film forming method comprising the steps of:
  20.  請求項19に記載の成膜方法を用いて電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 A method for manufacturing an electronic device, comprising the steps of: Manufacturing an electronic device using the film forming method according to claim 19.
PCT/JP2023/044065 2022-12-26 2023-12-08 Film forming device, film forming method, and method for manufacturing electronic device WO2024142858A1 (en)

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