(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内の同一平面内に一列に並んで配置され、スパッタ面が同一方向に向けられた４個の絶縁体のターゲットと、
同一周波数の交流電圧をそれぞれ出力する前記ターゲットと同数の交流電源と、
を有し、
各前記スパッタ面と対面する基板には、各前記スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子が到達するスパッタリング装置であって、
各前記交流電源が出力した前記交流電圧は、入力電圧の位相を所定の位相変化量だけ変化させる移相器に入力され、前記移相器により、前記ターゲットの列の一端と他端の前記ターゲットには第一の位相の前記交流電圧が印加され、他の二個の前記ターゲットには前記第一の位相とは１８０°異なる第二の位相の前記交流電圧が印加されるように構成されたスパッタリング装置。
【請求項２】
真空槽内の同一平面内に一列に並んで配置され、スパッタ面が同一方向に向けられた複数の絶縁体のターゲットにそれぞれ交流電圧を印加して、各前記スパッタ面をスパッタし、各前記スパッタ面から放出されたスパッタ粒子を各前記スパッタ面と対面する基板に到達させ、前記基板に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、
前記ターゲットの数は４個であり、
前記ターゲットと同数の交流電源から同一周波数の前記交流電圧を出力させ、入力電圧の位相を所定の位相変化量だけ変化させて出力する移相器にそれぞれ入力させ、
前記移相器により、前記ターゲットの列の一端と他端の前記ターゲットには第一の位相の前記交流電圧を印加し、他の二個の前記ターゲットには前記第一の位相とは１８０°異なる第二の位相の前記交流電圧を印加する絶縁膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置、絶縁膜の形成方法に係り、特に交流電源を用いて複数の絶縁体のターゲットをスパッタリングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄膜リチウム二次電池（以下、薄膜電池という）は、全固体型であるため安全性に優れ、また薄膜・軽量・フレキシブルといった特徴があり、小型電子機器、医療機器等の様々な応用分野で期待されている。
【０００３】
図５は薄膜電池１４０の内部構成図である。薄膜電池１４０は、基板１４１と、基板１４１上に配置された正極集電体１４２と、正極１４３（例えばＬｉ）と、固体電解質薄膜（絶縁膜）１４４と、負極１４５（例えばＬｉＣｏＯ2）と、負極集電体１４６とを有している。符号１４７は封止膜を示している。
【０００４】
この薄膜電池１４０は、３．０Ｖ〜４．２Ｖの間で可逆的に電池として成り立つこと、正極１４３、負極１４５のＬｉイオンの挿入、脱離のメカニズムや、正極１４３、負極１４５の種類を変えることで、固体薄膜電池１４０の電気容量、放電電圧が変化することが知られている。
通常、固体電解質薄膜（絶縁膜）１４４は、交流（ＲＦ）電源を用いたスパッタリング法により成膜されている（例えば、特許文献１の段落００３８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−００９９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数の絶縁体のターゲットを用いることで、絶縁膜の生産性の向上を狙うのであるが、ターゲット間で電気的な干渉が起こることにより、成膜速度が低下し、膜厚分布のバラツキが発生してしまう。これが最終的に、絶縁膜の生産性の悪化、性能のバラツキにつながるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、ターゲット間の電気的干渉を制御して、絶縁膜の成膜速度を向上でき、膜厚分布を改善できるスパッタリング装置と絶縁膜の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、真空槽と、前記真空槽内の同一平面内に一列に並んで配置され、スパッタ面が同一方向に向けられた４個の絶縁体のターゲットと、同一周波数の交流電圧をそれぞれ出力する前記ターゲットと同数の交流電源と、を有し、各前記スパッタ面と対面する基板には、各前記スパッタ面からスパッタされたスパッタ粒子が到達するスパッタリング装置であって、各前記交流電源が出力した前記交流電圧は、入力電圧の位相を所定の位相変化量だけ変化させる移相器に入力され、前記移相器により、前記ターゲットの列の一端と他端の前記ターゲットには第一の位相の前記交流電圧が印加され、他の二個の前記ターゲットには前記第一の位相とは１８０°異なる第二の位相の前記交流電圧が印加されるように構成されたスパッタリング装置である。
本発明は、真空槽内の同一平面内に一列に並んで配置され、スパッタ面が同一方向に向けられた複数の絶縁体のターゲットにそれぞれ交流電圧を印加して、各前記スパッタ面をスパッタし、各前記スパッタ面から放出されたスパッタ粒子を各前記スパッタ面と対面する基板に到達させ、前記基板に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、前記ターゲットの数は４個であり、前記ターゲットと同数の交流電源から同一周波数の前記交流電圧を出力させ、入力電圧の位相を所定の位相変化量だけ変化させて出力する移相器にそれぞれ入力させ、前記移相器により、前記ターゲットの列の一端と他端の前記ターゲットには第一の位相の前記交流電圧を印加し、他の二個の前記ターゲットには前記第一の位相とは１８０°異なる第二の位相の前記交流電圧を印加する絶縁膜の形成方法である。
【発明の効果】
【０００９】
絶縁膜の成膜速度が増加することにより、絶縁膜の生産性が向上する。絶縁膜の膜厚分布のバラツキが低減することにより、絶縁膜の性能の均一化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のスパッタリング装置の一例の内部構成図
【図２】実施例１の条件で形成された絶縁膜の測定結果を示すグラフ
【図３】比較例１の条件で形成された絶縁膜の測定結果を示すグラフ
【図４】比較例２の条件で形成された絶縁膜の測定結果を示すグラフ
【図５】薄膜電池の内部構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜スパッタリング装置の構造＞
本発明のスパッタリング装置の構造を説明する。
図１は本発明のスパッタリング装置１０の一例の内部構成図である。
【００１２】
本発明のスパッタリング装置１０は、真空槽１１と、真空槽１１内の同一平面内に一列に並んで配置され、スパッタ面が同一方向に向けられた複数の絶縁体のターゲット２１1〜２１4と、各ターゲット２１1〜２１4にそれぞれ同一周波数の交流電圧を印加する電源部１５とを有している。
【００１３】
本実施形態では、各ターゲット２１1〜２１4の形状は細長であり、長手方向をターゲット２１1〜２１4の列が延びる方向に対して直角に向けられて互いに平行に配置されている。隣り合う二つのターゲット２１1〜２１4は互いに離間されている。
【００１４】
各ターゲット２１1〜２１4のスパッタ面とは逆の裏面にはそれぞれ異なるカソード電極２２1〜２２4が裏面に密着して配置されている。隣り合う二つのカソード電極２２1〜２２4は互いに離間されている。
【００１５】
本実施形態では、電源部１５は交流電圧を出力する複数の交流電源１６1〜１６4を有している。交流電源１６1〜１６4の数とカソード電極２２1〜２２4の数は同一であり、各交流電源１６1〜１６4はそれぞれ異なるカソード電極２２1〜２２4に電気的に接続され、各交流電源１６1〜１６4から出力された交流電圧は、それぞれ異なるカソード電極２２1〜２２4を介して、それぞれ異なるターゲット２１1〜２１4に印加されるようになっている。
【００１６】
なお、本発明の電源部１５は各ターゲット２１1〜２１4に同一周波数の交流電圧を印加できるならば上記構成に限定されず、交流電源の数がカソード電極の数より少なく、複数のカソード電極に同一の交流電源が電気的に接続されていてもよい。
【００１７】
真空槽１１は接地電位に置かれている。
真空槽１１には、真空槽１１内を真空排気する真空排気部１２と、真空槽１１内にスパッタガスを供給するスパッタガス供給部１３とがそれぞれ接続されている。ここでは真空排気部１２はロータリーポンプとクライオポンプとを有している。
【００１８】
真空排気部１２により真空槽１１内が真空排気されながら、スパッタガス供給部１３から真空槽１１内にスパッタガスが供給され、電源部１５から各ターゲット２１1〜２１4に交流電圧が印加されると、各ターゲット２１1〜２１4と真空槽１１との間で放電が生じて、スパッタガスが電離され、プラズマが生成されるようになっている。
【００１９】
本実施形態では、各カソード電極２２1〜２２4のターゲット２１1〜２１4側とは逆の裏面側には不図示の磁石装置がそれぞれ配置され、各ターゲット２１1〜２１4のスパッタ面上にはそれぞれ磁場が形成され、生成されたプラズマは磁場に閉じこめられてスパッタ面上に位置するようになっている。
【００２０】
本発明のスパッタリング装置１０は、各ターゲット２１1〜２１4に印加される交流電圧のターゲット２１1〜２１4間の位相差を決定する位相差決定部１７を有している。
【００２１】
本実施形態では、位相差決定部１７は、入力電圧の大きさを維持しながら所定の位相変化量だけ位相を変化させて出力する複数の移相器１８1〜１８4を有している。ここでは移相器１８1〜１８4はオールパスフィルタである。
【００２２】
各移相器１８1〜１８4の入力端子はそれぞれ異なる交流電源１６1〜１６4に電気的に接続され、出力端子はそれぞれ異なるカソード電極２２1〜２２4に電気的に接続されており、各交流電源１６1〜１６4からそれぞれ出力された交流電圧は、各移相器１８1〜１８4でそれぞれ所定の位相変化量だけ位相が変化されて、各ターゲット２１1〜２１4に印加されるようになっている。
【００２３】
すなわち、位相差決定部１７の各移相器１８1〜１８4の位相変化量によって各ターゲット２１1〜２１4間の位相差が決定され、電源部１５は、位相差決定部１７の決定した位相差で、各ターゲット２１1〜２１4に交流電圧を印加するように構成されている。
【００２４】
＜絶縁膜の形成方法＞
本発明の絶縁膜の形成方法を、上述のスパッタリング装置１０を用いて説明する。
【００２５】
（準備工程）
ここではターゲット２１1〜２１4にはＬｉ3ＰＯ4を用いる。なお、本発明のターゲット２１1〜２１4は絶縁体であればＬｉ3ＰＯ4に限定されない。
各移相器１８1〜１８4の位相変化量をそれぞれ調整して、各ターゲット２１1〜２１4に印加される交流電圧の各ターゲット２１1〜２１4間の位相差を決定する。
【００２６】
ここでは、ターゲット２１1〜２１4の数は４個であり、ターゲット２１1〜２１4の列の一端と他端のターゲット２１1、２１4には第一の位相で交流電圧が印加され、他の二個のターゲット２１2、２１3には第一の位相とは１８０°異なる第二の位相で交流電圧が印加されるように各ターゲット２１1〜２１4間の位相差を決定する。
【００２７】
具体的には、各交流電源１６1〜１６4とカソード電極２２1〜２２4との間の導線の長さを同一に揃え、符号１８1、１８4の移相器の位相変化量を第一の値にし、符号１８2、１８3の移相器の移相変化量を第一の値とは１８０°異なる第二の値にする。第一の値と第二の値のいずれか一方はゼロでもよい。
【００２８】
なお、各導線の長さを同一に揃えずに、第一又は第二の値から導線間の長さの差に相当する位相変化量だけ増加又は減少した値を、移相器１８1〜１８4の位相変化量としてもよい。
【００２９】
（成膜工程）
真空排気部１２により真空槽１１内を真空排気し、真空雰囲気を形成する。以後、真空排気部１２による真空排気を継続し、真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。
【００３０】
本実施形態では、スパッタリング装置１０は、基板３０ａ〜３０ｄを保持する基板保持部３１と、基板３０ａ〜３０ｄを基板保持部３１と一緒に移動させ、各ターゲット２１1〜２１4のスパッタ面と対面する成膜位置を通過させる基板移動部３２とを有している。
【００３１】
基板移動部３２により、基板保持部３１に保持された基板３０ａ〜３０ｄを基板保持部３１と一緒に移動させ、成膜位置で静止させる。
真空槽１１内にスパッタガス供給部からスパッタガス（ここではＡｒガスとＮ２ガスとの混合ガス）を供給し、各交流電源１６1〜１６4から同時に同一周波数の交流電圧を、ここでは同一位相で出力させると、交流電圧は移相器１８1〜１８4によりそれぞれ所定の位相変化量（ゼロを含む）だけ位相変化され、ターゲット２１1〜２１4の列の一端と他端のターゲット２１1、２１4には第一の位相で交流電圧が印加され、他の二個のターゲット２１2、２１3には第一の位相とは１８０°異なる第二の位相で交流電圧が印加される。
【００３２】
接地電位に置かれた真空槽１１とターゲット２１1〜２１4との間では放電が生じて、スパッタガスがプラズマ化され、ターゲット２１1〜２１4のスパッタ面は接地電位に対して負の電位にバイアスされ、プラズマ中のイオンはスパッタ面に入射してスパッタし、スパッタ面から放出されたスパッタ粒子はＮ2ガスと反応して基板３０ａ〜３０ｄの表面に到達し、もしくは基板３０ａ〜３０ｄの表面に到達してからＮ2ガスと反応し、基板３０ａ〜３０ｄの表面に絶縁膜（ここではＬｉＰＯＮ膜）が形成される。
【００３３】
本発明では、ターゲット２１1〜２１4の列の一端と他端のターゲット２１1、２１4には第一の位相で交流電圧が印加され、他の二個のターゲット２１2、２１3には第一の位相とは１８０°異なる第二の位相で交流電圧が印加されており、各ターゲット２１1〜２１4間の電気的な干渉が抑制され、もしくは電気的な干渉が巧みに利用され、基板３０ａ〜３０ｄに形成される絶縁膜の成膜速度が増加し、膜厚分布のバラツキが低減する。
【００３４】
各基板３０ａ〜３０ｄに所望の膜厚の絶縁膜を形成した後、各交流電源１６1〜１６4からターゲット２１1〜２１4への電圧印加を停止してプラズマを消失させる。
基板移動部３２により、基板３０ａ〜３０ｄを基板保持部３１と一緒に成膜位置の外側に移動させ、成膜済みの基板３０ａ〜３０ｄを回収する。
【００３５】
なお、上述の説明では基板３０ａ〜３０ｄを成膜位置に静止させた状態で各ターゲット２１1〜２１4をスパッタし、静止した基板３０ａ〜３０ｄに絶縁膜を形成したが、各ターゲット２１1〜２１4のスパッタ面をスパッタしながら、基板３０ａ〜３０ｄを移動させて成膜位置を通過させ、成膜位置を通過中に基板３０ａ〜３０ｄに絶縁膜を形成してもよい。
また、上述の説明ではターゲット２１1〜２１4の数が４個であったが、本発明ではターゲット２１1〜２１4の数は４個に限定されず、２個以上であればよい。
【００３６】
例えば、ターゲットの数が３個の場合には、位相差決定部１７は、各ターゲットには、互いに１２０°異なる位相差で交流電圧が印加されるように構成されているのが好ましい。３個のターゲットに同時に互いに１２０°異なる位相差で交流電圧を印加すると、各ターゲット間の電気的な干渉が抑制され、もしくは電気的な干渉が巧みに利用され、基板に形成される絶縁膜の成膜速度が増加し、膜厚分布のバラツキが低減する。
【実施例】
【００３７】
真空槽内を真空排気しながら、真空槽内にＡｒガスと５０ｓｃｃｍのＮ2ガスを供給し、０．２５Ｐａの不活性ガス雰囲気を形成し、真空槽内の同一平面内に一列に並んで配置され、スパッタ面が同一方向に向けられた４個のＬｉ3ＰＯ4からなるターゲット（１１０ｍｍ×１０４０ｍｍ×６ｍｍ厚）に、下記実施例１、比較例１、比較例２のうちいずれか一つの条件で、１３．５６ＭＨｚの同一周波数の交流電圧を３．０ｋＷの同一電力でそれぞれ印加して、各ターゲットのスパッタ面をスパッタし、各ターゲットのスパッタ面から放出されたスパッタ粒子を各ターゲットのスパッタ面と１２０ｍｍの間隔を空けて対面するガラス基板に到達させて、ガラス基板にＬｉＰＯＮからなる絶縁膜を形成した後、各ターゲットと対面する位置での絶縁膜の膜厚を測定した。
【００３８】
（実施例１）
各ターゲットで同時に１時間、ターゲットの列の一端と他端のターゲットには第一の位相で交流電圧を印加し、他の二個のターゲットには第一の位相とは１８０°異なる第二の位相で交流電圧を印加した。
【００３９】
（比較例１）
各ターゲットで同時に１時間、各ターゲットに同一位相で交流電圧を印加した。
（比較例２）
各ターゲットに一つずつ順番に１時間ずつ交流電圧を印加した。
【００４０】
上記実施例１、比較例１、比較例２の条件で形成された絶縁膜の測定結果を図２、３、４にそれぞれ示す。図２、３、４の図面上では、ＣＡ１、ＣＡ４はターゲットの列の一端と他端のターゲットをそれぞれ示し、ＣＡ２、ＣＡ３は他の二個のターゲットをそれぞれ示す。
【００４１】
実施例１の測定結果（図２参照）を比較例１の測定結果（図３参照）と比較すると、実施例１ではＣＡ１、ＣＡ３、ＣＡ４のターゲットと対面する位置での絶縁膜の膜厚が比較例１より増加し、すなわち絶縁膜の成膜速度が増加したことが分かる。また、実施例１では各ターゲットと対面する位置での絶縁膜のターゲット間の膜厚差が比較例１より減少し、すなわち絶縁膜の膜厚分布のバラツキが低減したことが分かる。
【００４２】
実施例１の測定結果（図２参照）を比較例２の測定結果（図４参照）と比較すると、実施例１ではＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ４のターゲットと対面する位置での絶縁膜の膜厚が比較例２より増加し、すなわち成膜速度が増加したことが分かる。ＣＡ３のターゲットと対面する位置での絶縁膜の膜厚は減少しているが、その理由は導線の長さの違いに起因し、導線の長さを揃えれば、この膜厚も増加すると考えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１０……スパッタリング装置
１１……真空槽
１５……電源部
１７……位相差決定部
２１1〜２１4……ターゲット
３０ａ〜３０ｄ……基板 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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