WO2025239293A1

WO2025239293A1 - スパッタリング装置

Info

Publication number: WO2025239293A1
Application number: PCT/JP2025/017057
Authority: WO
Inventors: 眞澄西村; 健杉田
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2024-05-14
Filing date: 2025-05-09
Publication date: 2025-11-20
Anticipated expiration: 2026-11-14

Abstract

スパッタリング装置は、基板を保持する基板保持部と、前記基板と対向するようにターゲットを保持し、前記基板保持部との相対的な位置関係が第１方向に可動であるターゲット保持部と、前記ターゲット保持部に隣接する位置に設けられた複数のラジカル照射装置と、を有する。前記複数のラジカル照射装置は、少なくとも前記ターゲットの一部の縁に沿って設けられていてもよい。

Description

スパッタリング装置

　本発明の一実施形態は、スパッタリング装置に関する。特に、本発明の一実施形態は、ラジカル照射装置が備えられたスパッタリング装置に関する。

　スマートフォン等の中小型表示装置において、液晶又はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）が用いられた表示装置が既に製品化されている。特に、自発光型素子であるＯＬＥＤが用いられたＯＬＥＤ表示装置は、液晶表示装置と比べて、高コントラストでバックライトが不要という利点を有する。しかしながら、ＯＬＥＤは有機化合物によって構成されるため、有機化合物の劣化に起因してＯＬＥＤ表示装置の高信頼性を確保することが難しい。

　近年、次世代表示装置として、回路基板の画素内に微小なＬＥＤチップが実装された、いわゆるマイクロＬＥＤ表示装置又はミニＬＥＤ表示装置の開発が進められている。ＬＥＤは、ＯＬＥＤと同様の自発光型素子であるが、ＯＬＥＤと異なり、ＬＥＤはガリウム（Ｇａ）又はインジウム（Ｉｎ）などを含む安定した無機化合物によって構成される。したがって、ＯＬＥＤ表示装置と比較すると、マイクロＬＥＤ表示装置は高信頼性を確保しやすい。さらに、ＬＥＤチップは、発光効率が高く、高輝度を実現することができる。したがって、マイクロＬＥＤ表示装置又はミニＬＥＤ表示装置は、高信頼性、高輝度、及び高コントラストの次世代表示装置として期待されている。

　ところで、マイクロＬＥＤなどで用いられる窒化ガリウム膜は、一般的には、サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又はＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いて８００℃～１０００℃という高温で成膜されている。しかしながら、近年、比較的低温で成膜することができるスパッタリングによって窒化ガリウム膜を成膜する方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１１９５６９号公報

　マイクロＬＥＤを構成する窒化ガリウム層を低温で成膜することができれば、ガラス基板上に直接マイクロＬＥＤを形成することが可能である。一方で、従来のスパッタリング装置を用いて窒化ガリウム層を成膜した場合、窒化ガリウム層に含まれる窒素が欠乏してしまうため、結晶性が高い窒化ガリウム層を形成することができないという問題があった。その結果、窒化ガリウム層を用いたマイクロＬＥＤにおいて十分な性能を得ることが難しかった。

　本発明の一実施形態は、上記問題に鑑み、新たなスパッタリング装置を提供することを目的の一つとする。

　本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置は、基板を保持する基板保持部と、前記基板と対向するようにターゲットを保持し、前記基板保持部との相対的な位置関係が第１方向に可動であるターゲット保持部と、前記ターゲット保持部に隣接する位置に設けられた複数のラジカル照射装置と、を有する。

本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。本発明の一実施形態の変形例に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。

　以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の開示はあくまで一例にすぎない。当業者が、発明の主旨を保ちつつ、実施形態の構成を適宜変更することによって容易に想到し得る構成は、当然に本発明の範囲に含有される。説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、図面における各部の幅、厚さ、形状等は模式的に表される場合がある。しかし、図示された形状はあくまで一例であって、本発明の解釈を限定しない。本明細書及び各図において、既出の図に関して前述した要素と同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

　本発明の各実施の形態において、第１部材から第２部材に向かう方向を上又は上方という。逆に、第２部材から第１部材に向かう方向を下又は下方という。このように、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、例えば、第１部材と第２部材との上下関係が図示と逆に配置されてもよい。以下の説明で、例えば第１部材上の第２部材という表現は、上記のように第１部材と第２部材との上下関係を説明しているに過ぎず、第１部材と第２部材との間に他の部材が配置されていてもよい。上方又は下方は、複数の層が積層された構造における積層順を意味する。第１部材の上方の第２部材と表現する場合、平面視において、第１部材と第２部材とが重ならない位置関係であってもよい。一方、第１部材の鉛直上方の第２部材と表現する場合は、平面視において、第１部材と第２部材とが重なる位置関係を意味する。

　本明細書において「αはＡ、Ｂ又はＣを含む」、「αはＡ、Ｂ及びＣのいずれかを含む」、「αはＡ、Ｂ及びＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ～Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。

　以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。

［１．第１実施形態］
　図１～図２を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０及びスパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法について説明する。

［１－１．スパッタリング装置の構成］
　図１は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。図１に示すように、スパッタリング装置１０は、チャンバ１００、ターゲット部２００、基板保持部３００、ラジカル照射装置４００、及び制御装置６００を有する。図１では、チャンバ１００の一部が示されている。チャンバ１００は閉空間を構成する。図示しないが、チャンバ１００には排気口及びプロセスガス供給口が設けられている。排気口を介してチャンバ１００内を減圧することができる。プロセスガス供給口を介して、スパッタリングに必要なアルゴンや窒素などのガスをチャンバ１００内に供給することができる。

　基板保持部３００に被成膜対象である基板３１０が保持される。図１の例では、基板３１０は、その主面（成膜面）がＸ軸方向及びＺ軸方向に拡がるように基板保持部３００に保持される。換言すると、基板３１０は縦置きの状態で基板保持部３００に保持される。Ｘ軸方向を「第１方向」という場合がある。本実施形態では、上記のように、基板３１０の主面がＸ軸方向及びＺ軸方向に拡がるように基板３１０が配置される構成を例示したが、この構成に限定されない。当該主面がＸ軸方向及びＹ軸方向に拡がるようにターゲット部２００及び基板３１０が配置されてもよい。

　ターゲット部２００は、基板保持部３００と対向して配置されている。ターゲット部２００は、ターゲット２１０、バッキングプレート２２０、中央磁石２４０、周辺磁石２５０、及びヨーク２６０を含む。これらの部材は、チャンバ１００内に設けられており、Ｚ軸方向に長手を有する形状である。詳細は後述するが、ターゲット２１０はＺ軸方向に長手を有する平板型ターゲットである（図２参照）。

　ターゲット２１０は、基板３１０の成膜面に形成される薄膜と同じ組成、又は当該薄膜に含まれる元素を含む材料で構成される。例えば、当該成膜面に窒化ガリウム（ＧａＮ）薄膜を形成する場合、ターゲット２１０は、ＧａＮ又はガリウム（Ｇａ）によって構成される。ターゲット部２００において基板保持部３００と対向する側を前面といい、ターゲット部２００においてラジカル照射装置４００と対向する側を背面という。ターゲット２１０は、例えばインジウム等によってバッキングプレート２２０の前面に固定されている。バッキングプレート２２０を「ターゲット保持部」という場合がある。この場合、ターゲット保持部は、基板３１０と対向するようにターゲット２１０を保持するということができる。

　ターゲット２１０として、上記のＧａＮ、Ｇａの他に、アルミニウム、窒化アルミニウム、インジウム、窒化インジウム、シリコン、及び窒化シリコン等の材料が用いられる。ターゲット２１０として、上記の材料に対して不純物（ドーパント）が導入された材料が用いられてもよい。例えば、窒化ガリウムに対してマグネシウム又はシリコンがドーパントとして導入された材料が用いられてもよい。マグネシウムをドーパントとして含む窒化ガリウムはＰ型半導体として機能する。シリコンをドーパントとして含む窒化ガリウムはＮ型半導体として機能する。

　チャンバ１００の内壁の上にヨーク２６０が固定されている。ヨーク２６０は、取付部材等を介してチャンバ１００に取り付けられる。中央磁石２４０及び周辺磁石２５０は、ヨーク２６０の前面に固定されている。中央磁石２４０及び周辺磁石２５０を特に区別しない場合、これらを単に「磁石」という場合がある。中央磁石２４０は周辺磁石２５０と異なる極性を有する。つまり、これらの磁石によって、中央磁石２４０から周辺磁石２５０に向かう（又はその逆に向かう）磁場がターゲット２１０の前面側に形成される。この磁場によってプラズマ中の電子が閉じ込められるため、ターゲット２１０の前面側には高濃度のプラズマ領域が形成される。当該プラズマ領域では、プロセスガスがイオン化される。例えばアルゴンがプロセスガスとして用いられ、イオン化されたアルゴンは、プラズマ領域とターゲット２１０との間に形成されたシース領域においてターゲット２１０に向かって加速される。このように加速されたアルゴンイオンがターゲット２１０に衝突することで、ターゲット材料がスパッタリングされる。

　基板保持部３００は、ターゲット部２００との相対的な位置関係がＸ軸方向に可動である。図１の例では、Ｘ軸方向において、ターゲット部２００の位置が固定され、基板保持部３００が移動する。Ｘ軸方向における基板保持部３００の移動は、揺動（Ｘ軸における正方向及び負方向の往復又は繰り返し）であってもよく、一方向の通過であってもよい。ただし、Ｘ軸方向において、基板保持部３００の位置が固定され、ターゲット部２００が移動してもよく、ターゲット部２００及び基板保持部３００の両方が上記の相対的な位置関係を満たすように移動してもよい。ターゲット部２００がＸ軸方向に移動する場合、ターゲット部２００とともにラジカル照射装置４００がＸ軸方向に移動してもよく、ラジカル照射装置４００はチャンバ１００に固定されていてもよい。

　ラジカル照射装置４００は、チャンバ１００の側壁に設けられている。本実施形態では、ラジカル照射装置４００は、ラジカル照射装置４１０、ラジカル照射装置４２０、及びラジカル照射装置４３０を含む。ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は、いずれもターゲット部２００に対してＸ軸方向に隣接する位置に設けられ、基板３１０の成膜面にラジカルを照射するように配置されている。Ｘ軸方向において、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０によるラジカル照射位置は異なる。詳細は後述するが、ラジカル照射装置４１０、ラジカル照射装置４２０、及びラジカル照射装置４３０は、それぞれ複数設けられている。複数のラジカル照射装置４１０は、Ｚ軸方向に配列されている。同様に、複数のラジカル照射装置４２０及び複数のラジカル照射装置４３０も、それぞれＺ軸方向に配列されている。

　ラジカル照射装置４１０は、ラジカル発生器４１１、配管４１２、及びラジカル放出口４１３を含む。ラジカル照射装置４２０は、ラジカル発生器４２１、配管４２２、及びラジカル放出口４２３を含む。ラジカル照射装置４３０は、ラジカル発生器４３１、配管４３２、及びラジカル放出口４３３を含む。ラジカル発生器４１１、４２１、４３１は、チャンバ１００の外部に設けられている。配管４１２、４２２、４３２は、それぞれラジカル発生器４１１、４２１、４３１に接続され、それぞれチャンバ１００の側壁を貫通している。ラジカル放出口４１３、４２３、４３３は、それぞれ配管４１２、４２２、４３２に接続され、チャンバ１００内に設けられている。

　ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０にプロセスガスが供給された状態で、ラジカル発生器４１１、４２１、４３１に設けられたプラズマ電源（例えば、マイクロ波電源）がオン状態に制御されることで、ラジカル発生器４１１、４２１、４３１内でプラズマが発生し、プロセスガスに関連するラジカルが発生する。このプラズマ電源に供給される電力を制御することで、ラジカル発生量を調整することができる。

　ラジカル発生器４１１、４２１、４３１で発生したラジカルは、配管４１２、４２２、４３２を通ってチャンバ１００内に誘導され、ラジカル放出口４１３、４２３、４３３からチャンバ１００内に放出される。

　図２は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。図２は、スパッタリング装置１０をＹ軸方向に見た図である。図２に示すように、ターゲット部２００は略矩形である。ターゲット部２００の角部はラウンド形状である。ただし、ターゲット部２００はこの形状に限定されない。ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は、それぞれターゲット部２００の縁に沿って設けられている。具体的には、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は、それぞれターゲット部２００の長辺に沿って設けられている。

　ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０に供給されるプロセスガスは、例えば水素（Ｈ_２）ガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガスである。例えば、ラジカル照射装置４１０にアンモニアガスが供給されることでアンモニアラジカルがチャンバ１００内に供給される。アンモニアラジカルが基板３１０の成膜面に成膜された薄膜に到達することで、当該薄膜が窒化される。ラジカル照射装置４００に供給されるガスとして、上記の混合ガス又は上記以外のガスが用いられてもよい。

　ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は、個別にラジカル発生量を調整することができる装置である。ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は、同じ種類のラジカルを基板３１０に照射してもよく、少なくとも一部のラジカル照射装置が他のラジカル照射装置とは異なる種類のラジカルを基板３１０に照射してもよい。この場合、当該一部のラジカル照射装置には、他のラジカル照射装置とは異なるガスが供給される。

　例えば、基板３１０の成膜面にＧａＮ層を形成する場合、ラジカル照射装置４１０にアンモニアガスを供給し、ラジカル照射装置４２０にシランガスを供給することによって、ドーパントとしてシリコンを含むＧａＮ層を形成することができる。又は、ラジカル照射装置４１０にアンモニアガスを供給し、ラジカル照射装置４２０にＣｐ_２Ｍｇガスを供給することによって、ドーパントとしてマグネシウムを含むＧａＮ層を形成することができる。

　本実施形態では、複数のラジカル照射装置４１０、複数のラジカル照射装置４２０、及び複数のラジカル照射装置４３０がＸ軸方向に揃っている。例えば、Ｚ軸方向において、最も上に配置されたラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は同じ位置に設けられている。同様に、Ｚ軸方向において、上から二番目に配置されたラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は同じ位置に設けられている。ただし、この構成に限定されない。複数のラジカル照射装置４１０、複数のラジカル照射装置４２０、及び複数のラジカル照射装置４３０のうち、少なくとも一部はＸ軸方向に揃っていなくてもよい。例えば、Ｚ軸方向において、最も上に配置されたラジカル照射装置４１０、４２０、４３０のうち、少なくとも１つは異なる位置に設けられてもよい。換言すると、Ｚ軸方向において、隣接する２つのラジカル照射装置４１０の間の位置かつＸ軸方向に隣接する位置にラジカル照射装置４２０が設けられてもよい。

　複数のラジカル照射装置４１０は、それぞれ個別にラジカル発生量を調整してもよい。複数のラジカル照射装置４２０は、それぞれ個別にラジカル発生量が調整してもよい。複数のラジカル照射装置４３０は、それぞれ個別にラジカル発生量が調整してもよい。ラジカル発生量の調整は制御装置６００によって行われる。

　本実施形態では、ラジカル放出口の形状が円形であるラジカル照射装置４１０、４２０、４３０が、Ｚ軸方向に配列された構成を例示したが、この構成に限定されない。ラジカル放出口の形状がＺ軸方向に長手を有していてもよい。この場合、Ｚ軸方向におけるラジカル放出口の長さは、ターゲット部２００の長さと略同一であってもよい。

［１－２．スパッタリング装置の変形例］
　図３は、本発明の一実施形態の変形例を示すスパッタリング装置の概要に係る上面図である。図１では、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０のラジカル放出口４１３、４２３、４３３が、それぞれＹ軸方向を向いている構成（Ｙ軸方向と平行である構成）を例示したが、図３では、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０のラジカル放出口４１３、４２３、４３３が、それぞれＹ軸方向に対して傾斜した方向を向いている。当該変形例におけるラジカル放出口４１３、４２３、４３３以外の構成は図１に示す構成と同様なので、これらの説明を省略する。図３において、説明の便宜上、図１に示された中央磁石２４０、周辺磁石２５０、及びヨーク２６０は省略されている。

　図３に示すラジカル放出口４１３、４２３、４３３の構成によって、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０は、それぞれ図３のラジカル放出口４１３、４２３、４３３から延びる点線４１４、４２４、４３４の方向にラジカルを放出する。換言すると、ターゲット２１０の表面に対する法線２１１（ターゲット２１０の表面から基板３１０に向かって延びる点線）と、ターゲット部２００に隣接するラジカル照射装置４１０、４２０、４３０がラジカルを放出する放出方向（点線４１４、４２４、４３４）とは非平行である。換言すると、例えば、ラジカル照射装置４１０の放出方向は、ラジカル放出口４１３から、ラジカル照射装置４１０に隣接するターゲット２１０の法線２１１に向かう方向である。より詳細に説明すると、ターゲット２１０の中心から延びる法線２１１は、当該ターゲット２１０に隣接するラジカル照射装置４１０の放出方向（点線４１４）と、基板３１０の表面で交差する。ただし、ターゲット２１０から延びる法線２１１は、ターゲット２１０の中心から延びる法線に限定されず、ターゲット２１０の表面に任意の点から延びる法線であってもよい。法線２１１及び点線４１４は、必ずしも基板３１０の表面で交差する必要はない。

　以上のように、本実施形態に係るスパッタリング装置１０によると、例えば、ＧａＮ層を基板３１０に成膜する場合、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０からアンモニアラジカルを放出しながら成膜を行うことで、ＧａＮ層における窒素の欠乏を抑制することができるため、結晶性が高いＧａＮ層を形成することができる。又は、ＧａＮ層にシリコンやマグネシウムなどのドーパントを導入することができるため、Ｎ型半導体又はＰ型半導体を形成することができる。

［２．第２実施形態］
　図４～図５を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法について説明する。本実施形態で用いられるスパッタリング装置１０の構成は、図３に示すスパッタリング装置１０の構成と類似する。以下の説明において、図３に示すスパッタリング装置１０と同様の構成について説明を省略し、当該スパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。図４において、説明の便宜上、図１に示された中央磁石２４０、周辺磁石２５０、及びヨーク２６０は省略されている。

［２－１．スパッタリング装置の構成］
　図４は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。図４に示すように、ラジカル照射装置４００は、ラジカル照射装置４１０、ラジカル照射装置４２０、ラジカル照射装置４３０、及びラジカル照射装置４４０を含む。ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０のラジカル放出口４１３、４２３、４３３、４４３は、それぞれＹ軸方向に対して傾斜した方向を向いている。

　図４に示すラジカル放出口４１３、４２３、４３３、４４３の構成によって、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０は、それぞれ図４のラジカル放出口４１３、４２３、４３３、４４３から延びる点線４１４、４２４、４３４、４４４の方向にラジカルを放出する。換言すると、ターゲット２１０の表面に対する法線２１１と、ターゲット部２００に隣接するラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０がラジカルを放出する放出方向（点線４１４、４２４、４３４、４４４）とは非平行である。換言すると、例えば、ラジカル照射装置４１０の放出方向は、ラジカル放出口４１３から、ラジカル照射装置４１０に隣接するターゲット２１０の法線２１１に向かう方向である。同様に、ラジカル照射装置４２０の放出方向は、ラジカル放出口４２３から、ラジカル照射装置４１０に隣接するターゲット２１０の法線２１１に向かう方向である。ラジカル照射装置４１０、４３０を「第１ラジカル照射装置」という場合がある。ラジカル照射装置４２０、４４０を「第２ラジカル照射装置」という場合がある。

　Ｘ軸方向において、ラジカル照射装置４１０の放出方向は、ラジカル照射装置４２０の放出方向と反対である。より詳細に説明すると、ターゲット２１０の中心から延びる法線２１１は、当該ターゲット２１０に隣接するラジカル照射装置４１０、４２０の放出方向（点線４１４、４２４）と、基板３１０の表面で交差する。ただし、ターゲット２１０から延びる法線２１１は、ターゲット２１０の中心から延びる法線に限定されず、ターゲット２１０の表面に任意の点から延びる法線であってもよい。法線２１１及び点線４１４は、必ずしも基板３１０の表面で交差する必要はない。同様に、法線２１１及び点線４２４は、必ずしも基板３１０の表面で交差する必要はない。

　ラジカル照射装置４３０の構成はラジカル照射装置４１０の構成と同様なので、その説明を省略する。ラジカル照射装置４４０の構成はラジカル照射装置４２０の構成と同様なので、その説明を省略する。

　図５は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。図５は、スパッタリング装置１０をＹ軸方向に見た図である。ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０は、それぞれターゲット部２００の縁に沿って設けられている。具体的には、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０は、それぞれターゲット部２００の二つの長辺に沿って設けられている。換言すると、ターゲット部２００は、複数のラジカル照射装置４１０（第１ラジカル照射装置）と複数のラジカル照射装置４２０（第２ラジカル照射装置）との間に設けられている。

　ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０に供給されるプロセスガスは、例えば水素（Ｈ_２）ガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガスである。

　例えば、基板３１０の成膜面にＧａＮ層を形成する場合、ラジカル照射装置４１０、４２０にアンモニアガスを供給することで、ＧａＮ層における窒素の欠乏を抑制することができる。又は、ラジカル照射装置４１０にアンモニアガスを供給し、ラジカル照射装置４２０にシランガスを供給することによって、ドーパントとしてシリコンを含むＧａＮ層を形成することができる。又は、ラジカル照射装置４１０にアンモニアガスを供給し、ラジカル照射装置４２０にＣｐ_２Ｍｇガスを供給することによって、ドーパントとしてマグネシウムを含むＧａＮ層を形成することができる。

　複数のラジカル照射装置４１０に対して異なるガスを供給してもよい。例えば、複数のラジカル照射装置４１０のうち、Ｚ軸方向において、上から奇数番目のラジカル照射装置４１０にアンモニアガスを供給し、上から偶数番目のラジカル照射装置４１０にシランガスを供給してもよい。複数のラジカル照射装置４２０、４３０、４４０を上記と同様に制御してもよい。複数のラジカル照射装置４２０のうち、Ｚ軸方向において、上から奇数番目のラジカル照射装置４２０にシランガスを供給し、上から偶数番目のラジカル照射装置４２０にアンモニアガスを供給してもよい。

　本実施形態では、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０がラジカルを放出する放出方向（点線４１４、４２４、４３４、４４４）がＹ軸方向に対して傾斜する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、当該放出方向（点線４１４、４２４、４３４、４４４）がＹ軸方向と平行であってもよい。

　本実施形態では、複数のラジカル照射装置４１０、複数のラジカル照射装置４２０、複数のラジカル照射装置４３０、及び複数のラジカル照射装置４４０がＸ軸方向に揃っている。例えば、Ｚ軸方向において、最も上に配置されたラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０は同じ位置に設けられている。同様に、Ｚ軸方向において、上から二番目に配置されたラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０は同じ位置に設けられている。ただし、この構成に限定されない。複数のラジカル照射装置４１０、複数のラジカル照射装置４２０、複数のラジカル照射装置４３０、及び複数のラジカル照射装置４４０のうち、少なくとも一部はＸ軸方向に揃っていなくてもよい。例えば、Ｚ軸方向において、最も上に配置されたラジカル照射装置４１０、４２０、４３０、４４０のうち、少なくとも１つは異なる位置に設けられてもよい。換言すると、Ｚ軸方向において、隣接する２つのラジカル照射装置４１０の間の位置かつＸ軸方向に隣接する位置にラジカル照射装置４２０が設けられてもよい。同様に、Ｚ軸方向において、隣接する２つのラジカル照射装置４３０の間の位置かつＸ軸方向に隣接する位置にラジカル照射装置４４０が設けられてもよい。

　以上のように、本実施形態に係るスパッタリング装置１０によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［３．第３実施形態］
　図６～図７を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法について説明する。本実施形態で用いられるスパッタリング装置１０の構成は、図１に示すスパッタリング装置１０の構成と類似する。以下の説明において、図１に示すスパッタリング装置１０と同様の構成について説明を省略し、当該スパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。図６において、説明の便宜上、図１に示された中央磁石２４０、周辺磁石２５０、及びヨーク２６０は省略されている。

［３－１．スパッタリング装置の構成］
　図６は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。図６に示すように、スパッタリング装置１０には、ターゲット部２００、２０２が設けられている。ラジカル照射装置４００は、ラジカル照射装置４１０、ラジカル照射装置４２０、及びラジカル照射装置４３０を含む。

　図６に示すように、ターゲット部２００、２０２及びラジカル照射装置４２０は、ラジカル照射装置４１０とラジカル照射装置４３０との間に設けられている。ターゲット部２０２に隣接する位置にラジカル照射装置４２０が設けられている。ターゲット部２０２は、ターゲット部２００と同様に、基板保持部３００と対向して配置されている。ターゲット部２０２は、ターゲット２１２、バッキングプレート２２２、中央磁石、周辺磁石、及びヨークを含む。本実施形態では、中央磁石、周辺磁石、及びヨークは省略されている。これらの部材は、チャンバ１００内に設けられており、Ｚ軸方向に長手を有する形状である。詳細は後述するが、ターゲット２１２はＺ軸方向に長手を有する平板型ターゲットである（図７参照）。

　バッキングプレート２２０を「第１ターゲット保持部」という場合がある。この場合、第１ターゲット保持部は、基板３１０と対向するようにターゲット２１０を保持するということができる。同様に、バッキングプレート２２２を「第２ターゲット保持部」という場合がある。この場合、第２ターゲット保持部は、基板３１０と対向するようにターゲット２１２を保持するということができる。

　ターゲット２１０、２１２として、ＧａＮ、Ｇａ、アルミニウム、窒化アルミニウム、インジウム、窒化インジウム、シリコン、及び窒化シリコン等の材料が用いられる。ターゲット２１０、２１２として、上記の材料に対して不純物（ドーパント）が導入された材料が用いられてもよい。例えば、窒化ガリウムに対してマグネシウム又はシリコンがドーパントとして導入された材料が用いられてもよい。ドーパントとしてマグネシウムを含む窒化ガリウムはＰ型半導体として機能する。ドーパントとしてシリコンを含む窒化ガリウムはＮ型半導体として機能する。

　本実施形態において、ターゲット２１０は、ターゲット２１２とは異なる材料によって構成されたターゲットである。例えば、ターゲット２１０としてＧａＮが用いられ、ターゲット２１２としてアルミニウムが用いられる。この場合、基板３１０には、窒化アルミニウムガリウム層（ＡｌＧａＮ層）が成膜される。ただし、ターゲット２１０が、ターゲット２１２と同じ材料であってもよい。

　ラジカル照射装置４１０に供給されるガスは、ラジカル照射装置４２０に供給されるガスと異なる。ラジカル照射装置４３０に供給されるガスは、ラジカル照射装置４１０に供給されるガスと同じである。例えば、ラジカル照射装置４１０、４３０にアンモニアガスが供給され、ラジカル照射装置４２０にシランガスが供給される。この場合、ラジカル照射装置４１０、４３０から放出されるアンモニアラジカルによって、基板３１０の成膜面に成膜されたＡｌＧａＮ層に窒素が供給される。ラジカル照射装置４２０から放出されるシランラジカルによって、当該ＡｌＧａＮ層にシリコンが導入される。したがって、基板３１０にはシリコンがドーパントとして導入されたＡｌＧａＮ層が成膜される。

　ラジカル照射装置４１０を「第１ラジカル照射装置」という場合がある。ラジカル照射装置４２０を「第２ラジカル照射装置」という場合がある。この場合、複数の第１ラジカル照射装置（ラジカル照射装置４１０）は、複数の第２ラジカル照射装置（ラジカル照射装置４２０）とは異なる種類のラジカルを放出する、ということができる。上記の場合、複数の第１ラジカル照射装置（ラジカル照射装置４１０）はアンモニアラジカルを放出する。複数の第２ラジカル照射装置（ラジカル照射装置４２０）はシランラジカルを放出する。アンモニアラジカルを、窒素を含むラジカルという場合がある。シランラジカルを、シリコンを含むラジカルという場合がある。

　ラジカル照射装置４２０にシランガスが供給される代わりにＣｐ_２Ｍｇガスが供給されてもよい。その場合、複数の第２ラジカル照射装置（ラジカル照射装置４２０）はマグネシウムを含むラジカルを放出する。

　図７は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。図７は、スパッタリング装置１０をＹ軸方向に見た図である。ラジカル照射装置４１０は、ターゲット部２００の縁に沿って設けられている。具体的には、ラジカル照射装置４１０は、ターゲット部２００の一つの長辺に沿って設けられている。ラジカル照射装置４２０は、ターゲット部２０２の縁に沿って設けられている。具体的には、ラジカル照射装置４２０は、ターゲット部２０２の一つの長辺に沿って設けられている。ラジカル照射装置４３０は、ラジカル照射装置４２０に沿って設けられている。

　本実施形態では、ラジカル照射装置４２０がターゲット部２０２とラジカル照射装置４３０との間に設けられた構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、ラジカル照射装置４３０がラジカル照射装置４２０よりターゲット部２０２に近い位置に設けられていてもよい。

　本実施形態では、ラジカル照射装置４１０、４２０、４３０がラジカルを放出する放出方向がＹ軸方向と平行である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、当該放出方向（点線４１４、４２４、４３４）がＹ軸方向に対して傾斜してもよい。

　以上のように、本実施形態に係るスパッタリング装置１０によると、第１実施形態と同様の効果に加え、ＧａＮ層におけるドーパント濃度を調整することができる。

［４．第４実施形態］
　図８～図９を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法について説明する。本実施形態で用いられるスパッタリング装置１０の構成は、図１に示すスパッタリング装置１０の構成と類似する。以下の説明において、図１に示すスパッタリング装置１０と同様の構成について説明を省略し、当該スパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。図８において、説明の便宜上、図１に示された中央磁石２４０、周辺磁石２５０、及びヨーク２６０は省略されている。

［４－１．スパッタリング装置の構成］
　図８は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す上面図である。図８に示すように、スパッタリング装置１０には、ターゲット部２００、２０２、２０４が設けられている。ラジカル照射装置４００は、ラジカル照射装置４１０及びラジカル照射装置４２０を含む。

　図８に示すように、ターゲット部２００、２０２、２０４は、ラジカル照射装置４１０とラジカル照射装置４２０との間に設けられている。ターゲット部２００に隣接する位置にラジカル照射装置４１０が設けられている。ターゲット部２０４に隣接する位置にラジカル照射装置４２０が設けられている。ターゲット部２０２、２０４は、ターゲット部２００と同様に、基板保持部３００と対向して配置されている。ターゲット部２０２は、ターゲット２１２、バッキングプレート２２２、中央磁石、周辺磁石、及びヨークを含む。ターゲット部２０４は、ターゲット２１４、バッキングプレート２２４、中央磁石、周辺磁石、及びヨークを含む。本実施形態では、中央磁石、周辺磁石、及びヨークは省略されている。これらの部材は、チャンバ１００内に設けられており、Ｚ軸方向に長手を有する形状である。詳細は後述するが、ターゲット２１２、２１４はＺ軸方向に長手を有する平板型ターゲットである（図９参照）。バッキングプレート２２４を「第３ターゲット保持部」という場合がある。

　ターゲット２１０、２１２、２１４として、ＧａＮ、Ｇａ、アルミニウム、窒化アルミニウム、インジウム、窒化インジウム、シリコン、及び窒化シリコン等の材料が用いられる。ターゲット２１０、２１２、２１４として、上記の材料に対して不純物（ドーパント）が導入された材料が用いられてもよい。例えば、窒化ガリウムに対してマグネシウム又はシリコンがドーパントとして導入された材料が用いられてもよい。ドーパントとしてマグネシウムを含む窒化ガリウムはＰ型半導体として機能する。ドーパントとしてシリコンを含む窒化ガリウムはＮ型半導体として機能する。

　本実施形態において、ターゲット２１０、２１２、２１４は、それぞれ異なる材料によって構成されたターゲットである。例えば、ターゲット２１０としてＧａＮが用いられ、ターゲット２１２としてアルミニウムが用いられ、ターゲット２１４としてドーパントとしてシリコン又はマグネシウムが導入されたＧａＮが用いられる。この場合、基板３１０には、ドーパントとしてシリコン又はマグネシウムが導入された窒化アルミニウムガリウム層（ＡｌＧａＮ層）が成膜される。

　ラジカル照射装置４１０、４２０にアンモニアガスが供給される。この場合、ラジカル照射装置４１０、４２０から放出されるアンモニアラジカルによって、基板３１０の成膜面に成膜されたＡｌＧａＮ層に窒素が供給される。したがって、基板３１０にはドーパントとしてシリコン又はマグネシウムが導入されたＡｌＧａＮ層が成膜される。

　上記の構成において、ターゲット部２００に対してプラズマを発生させる電力とターゲット部２０４に対してプラズマを発生させる電力との比率を両性することで、基板３１０に形成される薄膜に含まれるドーパントの濃度を調整することができる。ターゲット部２００に供給する電力に対してターゲット部２０４に供給する電力を相対的に小さくすることで、基板３１０に形成されるＧａＮ層におけるドーパント濃度を低くすることができる。一方、ターゲット部２００に供給する電力に対してターゲット部２０４に供給する電力を相対的に大きくすることで、基板３１０に形成されるＧａＮ層におけるドーパント濃度を高くすることができる。例えば、ターゲット２１４の材料に含まれるドーパント濃度は、基板３１０に成膜される薄膜に含まれるドーパント濃度の１倍以上２０倍以下であってもよい。

　図９は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。図９は、スパッタリング装置１０をＹ軸方向に見た図である。ラジカル照射装置４１０は、ターゲット部２００の縁に沿って設けられている。具体的には、ラジカル照射装置４１０は、ターゲット部２００の一つの長辺に沿って設けられている。ラジカル照射装置４２０は、ターゲット部２０４の縁に沿って設けられている。具体的には、ラジカル照射装置４２０は、ターゲット部２０４の一つの長辺に沿って設けられている。

　本実施形態では、ラジカル照射装置がターゲット部の長辺のみに沿って設けられた構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、ラジカル照射装置４１０とラジカル照射装置４２０とを繋ぐように、ターゲット部２００、２０２、２０４の短辺に沿ってラジカル照射装置が設けられていてもよい。

　以上のように、本実施形態に係るスパッタリング装置１０によると、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

［５．第５実施形態］
　図１０を参照して、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置１０を用いたスパッタリング方法について説明する。本実施形態で用いられるスパッタリング装置１０の構成は、図５に示すスパッタリング装置１０の構成と類似する。以下の説明において、図５に示すスパッタリング装置１０と同様の構成について説明を省略し、当該スパッタリング装置１０と相違する構成について説明する。

［５－１．スパッタリング装置の構成］
　図１０は、本発明の一実施形態に係るスパッタリング装置の概要を示す側面図である。図１０に示すように、ターゲット部２００の形状が略矩形であり、ターゲット部２００の長辺及び短辺の両方に沿ってラジカル照射装置４１０、４２０が設けられている。換言すると、ラジカル照射装置４１０、４２０は、それぞれターゲット部２００の周囲を囲むように設けられている。

　本実施形態では、ターゲット部２００の形状が略矩形である場合の構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、ターゲット部２００の形状が円形又は楕円形であってもよい。ターゲット部２００が円形である場合、ラジカル照射装置は円弧に沿って設けられる。例えば、ラジカル照射装置が円形ターゲットの中心として９０°毎に設けられていてもよい。

　上記の実施形態では、ターゲット２１０として、平板型ターゲットが例示されているが、この構成に限定されない。例えば、ターゲット２１０として円筒型ターゲットが用いられてもよい。

　本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、又は工程の追加、省略、もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

　上述した各実施形態の態様によってもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１０：スパッタリング装置、　１００：チャンバ、　２００、２０２、２０４：ターゲット部、　２１０、２１２、２１４：ターゲット、　２１１：法線、　２２０、２２２、２２４：バッキングプレート、　２４０：中央磁石、　２５０：周辺磁石、　２６０：ヨーク、　３００：基板保持部、　３１０：基板、　４００、４１０、４２０、４３０、４４０：ラジカル照射装置、　４１１、４２１、４３１：ラジカル発生器、　４１２、４２２、４３２：配管、　４１３、４２３、４３３、４４３：ラジカル放出口、　４１４、４２４、４３４、４４４：点線、　６００：制御装置

Claims

　基板を保持する基板保持部と、
　前記基板と対向するようにターゲットを保持し、前記基板保持部との相対的な位置関係が第１方向に可動であるターゲット保持部と、
　前記ターゲット保持部に隣接する位置に設けられた複数のラジカル照射装置と、を有するスパッタリング装置。
　前記複数のラジカル照射装置は、少なくとも前記ターゲットの一部の縁に沿って設けられている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記ターゲットは略矩形であり、
　前記複数のラジカル照射装置は、前記ターゲットの長辺に沿って設けられている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記複数のラジカル照射装置は、前記ターゲットの周囲を囲むように設けられている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記ターゲットの表面に対する法線と、前記ターゲット保持部に隣接する前記ラジカル照射装置がラジカルを放出する放出方向とは非平行である、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記放出方向は、前記ラジカル照射装置のラジカル放出口から前記法線に向かう方向である、請求項５に記載のスパッタリング装置。
　前記複数のラジカル照射装置は、複数の第１ラジカル照射装置及び複数の第２ラジカル照射装置を含み、
　前記ターゲット保持部は、前記複数の第１ラジカル照射装置と前記複数の第２ラジカル照射装置との間に設けられている、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記第１ラジカル照射装置がラジカルを放出する放出方向は、前記第１ラジカル照射装置のラジカル放出口から前記ターゲットの表面に対する法線に向かう方向であり、
　前記第２ラジカル照射装置がラジカルを放出する放出方向は、前記第２ラジカル照射装置のラジカル放出口から前記ターゲットの表面に対する法線に向かう方向である、請求項７に記載のスパッタリング装置。
　前記ターゲット保持部は、第１ターゲット保持部及び第２ターゲット保持部を含み、
　前記複数のラジカル照射装置は、複数の第１ラジカル照射装置及び複数の第２ラジカル照射装置を含み、
　前記複数の第１ラジカル照射装置は、前記複数の第２ラジカル照射装置とは異なる種類のラジカルを放出するように構成される、請求項１に記載のスパッタリング装置。
　前記複数の第１ラジカル照射装置は、窒素を含むラジカルを放出し、
　前記複数の第２ラジカル照射装置は、シリコンを含むラジカルを放出する、請求項９に記載のスパッタリング装置。
　前記複数の第１ラジカル照射装置は、窒素を含むラジカルを放出し、
　前記複数の第２ラジカル照射装置は、マグネシウムを含むラジカルを放出する、請求項９に記載のスパッタリング装置。
　前記ターゲット保持部は、第３ターゲット保持部をさらに含む、請求項９に記載のスパッタリング装置。