(57)【要約】【課題】平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができ、しかも成膜中に発生するダスト等のごみのスパッタリングターゲット上への沈着を抑制することができることによりスパッタリングを安定して行うことができるスパッタリングカソードを提供する。【解決手段】スパッタリングカソードは、横断面形状が互いに対向する一対の長辺部１８ａ、１８ｂを有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０を有し、スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられている。スパッタリングターゲットのうちの一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、一対の長辺部を含む平面または曲面に関して一対の長辺部の一方の長辺部側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有する。【選択図】図２２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記スパッタリングターゲットのうちの前記一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、前記一対の長辺部を含む平面または曲面に関して前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することを特徴とするスパッタリングカソード。
【請求項２】
前記一対の長辺部がそれぞれロータリーターゲットにより構成されていることを特徴とする請求項１記載のスパッタリングカソード。
【請求項３】
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記スパッタリングターゲットのうちの前記一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、前記一対の長辺部を含む平面または曲面に関して前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有するスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項４】
前記スパッタリングカソードとアノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを０Ｖもしくは絶対値が概ね５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルを絶対値が概ね１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項１または２記載のスパッタリングカソード。
【請求項５】
前記スパッタリングカソードと前記アノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを０Ｖもしくは絶対値が概ね５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルを絶対値が概ね１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項３記載のスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパッタリングカソード、スパッタリングカソード集合体およびスパッタリング装置に関し、スパッタリング法により薄膜を成膜する各種のデバイスの製造に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体デバイス、太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの各種のデバイスにおいて電極を形成する工程においては、電極材料の成膜に真空蒸着装置が多く用いられている。しかしながら、真空蒸着法は膜厚分布の制御が空間的にも時間的にも難点を有するため、スパッタリング法による電極材料の成膜が求められている。
【０００３】
従来、スパッタリング装置としては、平行平板マグネトロン式スパッタリング装置、ＲＦ方式スパッタリング装置、対向ターゲット式スパッタリング装置などが知られている。このうち対向ターゲット式スパッタリング装置においては、同じ材料で作られた二つの円形あるいは正方形あるいは矩形の同寸ターゲットを互いに平行に対向させ、それらの間の空間にスパッタリングガスを導入して放電を行わせることによりターゲットをスパッタリングすることにより成膜を行う（例えば、非特許文献１〜３参照。）。この対向ターゲット式スパッタリング装置は、二つのターゲット間に挟まれた空間、すなわちその二つのターゲットと外周に形成された磁力線とで囲まれた空間にプラズマを拘束することでスパッタリング現象を発生させる。本方式のスパッタリングカソードはターゲットが基板に対して垂直を成して配置されているため、被成膜基板表面における中性反射プロセスガス衝撃を防止することができるという利点を有している。
【０００４】
しかしながら、上述の対向ターゲット式スパッタリング装置においては、対向する二つのターゲット間のプラズマ密度が低く、十分に高い成膜速度を得ることができないという欠点がある。
【０００５】
これらの課題を解決するために、本発明者により、横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有するスパッタリングカソードが提案されている（特許文献１参照。）。このスパッタリングカソードによれば、平板状の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６１５１４０１号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J. Vac. Soc. Jpn. Vol.44, No.9, 2001, pp.808-814
【非特許文献２】東京工芸大学工学部紀要 Vol.30 No.1(2007)pp.51-58
【非特許文献３】ULVAC TECHNICAL JOURNAL No.64 2006, pp.18-22
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２によるスパッタリングカソードは、スパッタリングターゲットの使用効率の点では必ずしも十分でなく、改善の余地があった。一方、特許文献２によるスパッタリング装置は、例えば大面積の基板を静止させた状態で基板上に薄膜を成膜する場合には、必ずしも対応が容易であるとは言えなかった。
【０００９】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができ、しかもスパッタリングターゲットの使用効率が高いスパッタリングカソードおよびこのスパッタリングカソードを用いたスパッタリング装置を提供することである。
【００１０】
この発明が解決しようとする他の課題は、平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができ、しかも成膜中に発生するダスト等のごみのスパッタリングターゲット上への沈着を抑制することができることによりスパッタリングを安定して行うことができるスパッタリングカソードおよびこのスパッタリングカソードを用いたスパッタリング装置を提供することである。
【００１１】
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、大面積の被成膜体に成膜を行う場合であっても、成膜中に被成膜体を移動させることなく被成膜体に成膜を行うことができるスパッタリングカソード集合体およびこのスパッタリングカソード集合体を用いたスパッタリング装置を提供することである。
【００１２】
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、平板状の被成膜体を含む各種の被成膜体に十分に高い成膜速度かつ低衝撃で成膜を行うことができるスパッタリングカソード集合体およびこのスパッタリングカソード集合体を用いたスパッタリング装置を提供することである。
【００１３】
前記課題および他の課題は、添付図面を参照した本明細書の記述によって明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記一対の長辺部がそれぞれロータリーターゲットにより構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、ロータリーターゲットは円筒形状を有し、所定の回転機構によりその中心軸の回りに回転可能に設けられる。典型的には、ロータリーターゲットは、内部に磁気回路が設けられ、かつ冷却水が流されるように構成される。磁気回路は、典型的には、ロータリーターゲットの中心軸に平行に設けられ、ロータリーターゲットの半径方向に垂直な長辺を有する長方形の横断面形状を有する。この場合、一方のロータリーターゲットの内部に設けられた磁気回路および他方のロータリーターゲットの内部に設けられた磁気回路は、一方のロータリーターゲットの中心軸および他方のロータリーターゲットの中心軸を含む平面に対する前記の長方形の横断面形状の短辺の傾斜角度が０度以上３６０度未満であり、傾斜角度をその範囲内の任意の角度に設定することにより、成膜速度の向上と低ダメージ性をバランス良く実現することができる。
【００１６】
この発明においては、典型的には、スパッタリングターゲットの互いに対向する一対の長辺部を構成するロータリーターゲットの間の距離は、スパッタリングカソードをスパッタリング装置に取り付けて使用するときに、スパッタリングターゲットの上方の空間に向かうスパッタ粒子の数を十分に確保するとともに、中性反射プロセスガスが被成膜体に衝突して衝撃を与えるのを防止する観点より、好適には、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、より好適には、６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、最も好適には７０ｍｍ以上９０ｍｍ以下である。また、スパッタリングターゲットの一対の長辺部を構成するロータリーターゲットの間の距離に対する長辺部の長さの比は典型的には２以上、好適には５以上である。この比の上限は特に存在しないが、一般的には４０以下である。
【００１７】
スパッタリングターゲットの一対の長辺部を構成するロータリーターゲットは、典型的には互いに平行であるが、これに限定されるものではなく、互いに傾斜してもよい。スパッタリングターゲットの横断面形状は、典型的には、一対の長辺部が互いに平行であり、これらの長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を有する。この場合、スパッタリングターゲットは、横断面形状が矩形の角管状の形状を有する。スパッタリングターゲットの横断面形状は、例えば、長辺部に平行な方向の両端部が外側に向かって凸の互いに対向する一対の曲面部（例えば、半円形部）からなるものであってもよい。横断面形状が矩形の角管状の形状を有するスパッタリングターゲットは、典型的には、一対の長辺部を構成する一対のロータリーターゲットと、長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を構成する二つの平板とからなる。この場合、これらのロータリーターゲットと平板とを別々に作製し、これらを角管状に配置することによりスパッタリングターゲットを組み立てることができる。一対の長辺部を構成するロータリーターゲットは、一般的には、成膜を行う材料と同じ組成の材料により構成されるが、互いに異なる材料により構成されたものであってもよい。例えば、一方のロータリーターゲットを材料Ａにより構成し、他方のロータリーターゲットを材料Ｂにより構成し、一方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束と他方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束とを被成膜体に入射させることにより、ＡとＢとからなる薄膜を成膜することができ、必要に応じて材料Ａ、Ｂとして二元以上の材料を用いることにより、多元系材料からなる薄膜を成膜することができる。より具体的には、例えば、一方のロータリーターゲットを単一元素からなる金属Ｍ1 により構成し、他方のロータリーターゲットを単一元素からなる金属Ｍ2 により構成することにより、Ｍ1 とＭ2 とからなる二元合金薄膜を成膜することが可能である。これは、真空蒸着法における二元蒸着法と同様な成膜法をスパッタリング装置で実現することができることを意味する。さらに、例えば、被成膜体とスパッタリングターゲットとの間に出し入れ可能な遮蔽板を挿入することで、例えば他方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を遮断し、被成膜体を移動させながら、一方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を被成膜体に入射させることにより被成膜体上にまずＡからなる薄膜を成膜し、続いて、一方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を遮断し、被成膜体を逆方向に移動させながら、他方のロータリーターゲットからのスパッタ粒子束を被成膜体に入射させることにより被成膜体上にＢからなる薄膜を成膜することができる。こうすることで、被成膜体上にＡからなる薄膜とその上に形成されたＢからなる薄膜との二層構造の薄膜を成膜することができる。
【００１８】
一般的には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分からのスパッタ粒子束は成膜に積極的に使用しないが、意図しない元素の混入を防止するため、典型的には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分は長辺部と同種の材料により構成される。しかしながら、スパッタリングターゲットの一対の長辺部以外の部分からのスパッタ粒子束を成膜に敢えて使用しない場合には、スパッタリングターゲットの一対の長辺部を構成するロータリーターゲット以外の部分は一対の長辺部を構成するロータリーターゲットと異なる材料により構成されることもある。
【００１９】
スパッタリングターゲットからは、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方だけでなく、下方にもスパッタ粒子束を取り出すことができるため、必要に応じて、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の下方において、別の被成膜体をスパッタリングターゲットに対し、このスパッタリングターゲットの長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、この被成膜体の成膜領域に成膜を行うようにしてもよい。
【００２０】
また、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記スパッタリングターゲットのうちの前記一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、前記一対の長辺部を含む平面または曲面に関して前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することを特徴とするものである。
【００２１】
この発明においては、スパッタリングターゲットのうちの一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方は、一対の長辺部を含む平面または曲面に関して一対の長辺部の一方の長辺部側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して一対の長辺部の他方の長辺部側に延在する途中で鉛直方向あるいはその前後の方向に向くことから、成膜中に発生するごみがスパッタリングターゲット上に沈着するのを防止することができる。一対の長辺部は、それぞれ平板により構成してもよいし、それぞれロータリーターゲットにより構成してもよい。その他のことについては、その性質に反しない限り、前記の発明に関連して説明したことが成立する。
【００２２】
また、この発明は、
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードが複数、並列配置されていることを特徴とするスパッタリングカソード集合体である。
【００２３】
複数のスパッタリングカソードは、一対の長辺部を含む平面に平行な方向（典型的には水平方向）に並列配置されることもあるし、一対の長辺部を含む平面に対して垂直方向（典型的には鉛直方向）に並列配置されることもあり、必要に応じて選ばれる。
【００２４】
各スパッタリングカソードは、典型的には、一対の長辺部を構成する第１平板および第２平板と、長辺部に垂直な互いに対向する一対の短辺部を構成する第３平板および第４平板とからなる。この場合、これらの第１平板〜第４平板を別々に作製し、これらを角管状に配置することによりスパッタリングターゲットを組み立てることができる。一対の長辺部を構成する第１平板および第２平板は、一般的には、成膜を行う材料と同じ組成の材料により構成されるが、互いに異なる材料により構成されたものであってもよい。例えば、第１平板を材料Ａにより構成し、第２平板を材料Ｂにより構成し、第１平板からのスパッタ粒子束と第２平板からのスパッタ粒子束とを被成膜体に入射させることにより、ＡとＢとからなる薄膜を成膜することができ、必要に応じて材料Ａ、Ｂとして二元以上の材料を用いることにより、多元系材料からなる薄膜を成膜することができる。より具体的には、例えば、第１平板を単一元素からなる金属Ｍ1 により構成し、第２平板を単一元素からなる金属Ｍ2 により構成することにより、Ｍ1 とＭ2 とからなる二元合金薄膜を成膜することが可能である。典型的には、互いに隣接する一対のスパッタリングカソードの磁気回路の極性は互いに同一である。すなわち、互いに隣接する一対のスパッタリングターゲット表面のうちの一方の磁気回路がＮ極であるとすると、他方の隣接する磁気回路の対応する部分もＮ極となる。
【００２５】
必要に応じて、一対の長辺部をそれぞれロータリーターゲットにより構成してもよい。また、必要に応じて、各スパッタリングカソードは、スパッタリングターゲットのうちの成膜が行われる空間に面する部分の近傍に補助磁極を有する。その他のことについては、その性質に反しない限り、前記の二つの発明に関連して説明したことが成立する。
【００２６】
また、この発明は，
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記一対の長辺部がそれぞれ円筒形状のロータリーターゲットにより構成されているスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置である。
【００２７】
また、この発明は，
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記スパッタリングターゲットのうちの前記一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、前記一対の長辺部を含む平面または曲面に関して前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有するスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置である。
【００２８】
また、この発明は，
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードが複数、並列配置されているスパッタリングカソード集合体と、
それぞれの前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置である。
【００２９】
ここで、典型的には、並列配置された複数のスパッタリングカソードのうち互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの間には、交流電源が接続され、交流電圧が印加される。こうすることで、互いに隣接する二つのスパッタリングカソードが交互に、負極と正極とを繰り返すことができ、それによって交互にスパッタリングを行うことが可能となり、アノードに絶縁膜が堆積することで発生するアノード消失現象を回避でき、長時間安定した反応性スパッタリング成膜を低ダメージで実現できる。
【００３０】
前記の各スパッタリング装置においては、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方においてスパッタリングターゲットの長辺部よりも幅が狭い成膜領域を有する被成膜体をスパッタリングターゲットに対し、スパッタリングターゲットの長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、あるいは、スパッタリングターゲットに囲まれた空間の上方に静止させた状態で、スパッタリングターゲットの内面に沿って周回するプラズマが発生するように放電を行ってスパッタリングガスにより発生するプラズマ中のイオンによりスパッタリングターゲットの長辺部の内面をスパッタリングすることにより被成膜体の成膜領域に成膜を行う。前記の各スパッタリング装置の発明においては、前記以外のことについては、その性質に反しない限り、前記のスパッタリングカソードの発明に関連して説明したことが成立する。
【００３１】
また、上述のスパッタリングカソード、スパッタリングカソード集合体およびスパッタリング装置の各発明においては、スパッタリングガスにより生成される正イオンが成膜中に被成膜体を衝撃することにより被成膜体および被成膜体上に成膜される薄膜にダメージが発生するのを防止するために、好適には、スパッタリングカソードとアノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを０Ｖもしくは絶対値が概ね５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルを絶対値が概ね１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −とすることで、正の電圧が印加されないようにする。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、スパッタリングカソードのスパッタリングターゲットが横断面形状が互いに対向する一対の長辺部を有する管状の形状、すなわち四方が囲まれた形状を有し、エロージョン面が内側を向いていることにより、スパッタリング装置にこのスパッタリングカソードを取り付けて放電を行ったとき、スパッタリングターゲットのエロージョン面側にスパッタリングターゲットの内面を周回するプラズマを発生させることができる。このため、プラズマ密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマが多く生成される場所はスパッタリングターゲットの表面近傍に限定されるため、プラズマから発光する光が被成膜体に照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限にすることができる。また、特に、一対の長辺部がそれぞれロータリーターゲットにより構成されている場合には、ロータリーターゲットを回転させながらスパッタリングを行うことができるため、スパッタリングターゲットの使用効率が高い。また、特に、スパッタリングターゲットのうちの一対の長辺部以外の二つの部分の少なくとも一方が、一対の長辺部を含む平面または曲面に関して一対の長辺部の一方の長辺部側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することにより、成膜中に発生するごみがスパッタリングターゲットのその部分に沈着するのを防止することができ、それによってスパッタリングを安定して行うことができる。また、特に、スパッタリングカソードが複数、並列配置されているスパッタリングカソード集合体では、一対の長辺部を含む平面に平行な方向、典型的には水平方向に並列配置される場合は、これらのスパッタリングカソード集合体を覆うような大面積の被成膜体であっても成膜を行うことができ、一対の長辺部を含む平面に対して垂直方向、典型的には鉛直方向に並列配置される場合は、複数のスパッタリングターゲットからのスパッタ粒子を同時に使って成膜を行うことができるため、成膜速度を大幅に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソード集合体を示す平面図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置において各スパッタリングターゲットの表面近傍にプラズマが発生した状態を示す縦断面図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置において各スパッタリングターゲットの表面近傍にプラズマが発生した状態を示す平面図である。
【図５】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。
【図６】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。
【図７】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。
【図８】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。
【図９】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置により基板上に薄膜を成膜する方法を示す縦断面図である。
【図１０】この発明の第１の実施の形態によるスパッタリング装置の実施例としてのスパッタリングカソードおよびアノードの構成を示す平面図である。
【図１１】この発明の第２の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードを示す平面図である。
【図１２】この発明の第３の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図１３】この発明の第３の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソード集合体を示す平面図である。
【図１４】この発明の第４の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図１５】この発明の第４の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。
【図１６】図１５のＷ−Ｗ線に沿っての断面図である。
【図１７】この発明の第４の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードのロータリーターゲットの内部に設けられた永久磁石の傾斜角度を説明するための横断面図である。
【図１８】この発明の第５の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。
【図１９】この発明の第６の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図２０】この発明の第６の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードを示す平面図である。
【図２１】この発明の第７の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図である。
【図２２】この発明の第７の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングカソードのスパッタリングターゲットを示す斜視図である。
【図２３】この発明の第８の実施の形態によるスパッタリング装置のパルス電源の電圧パルス波形を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
〈第１の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図１および図２は第１の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード集合体付近の構成を示したものである。図１は図２のＸ−Ｘ線に沿っての断面図である。
【００３６】
図１および図２に示すように、このスパッタリング装置においては、複数のスパッタリングカソードが水平面上に並列配置されており、これらのスパッタリングカソードによりスパッタリングカソード集合体が形成されている。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数は、成膜を行う基板の大きさや成膜の仕方などに応じて適宜選択される。図１および図２においては、一例として、互いに隣接する一対のスパッタリングカソード１、２のみ示されているが、これに限定されるものではない。スパッタリングカソード１、２の間隔は、成膜を行う基板の大きさや成膜の仕方などに応じて適宜選択される。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数が３以上の場合、スパッタリングカソードの間隔は、一般的には等間隔であるが、必ずしも等間隔でなくてもよく、その場合、間隔は必要に応じて選ばれる。
【００３７】
スパッタリングカソード１は、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０と、このスパッタリングターゲット１０の外側に設けられた永久磁石２０と、この永久磁石２０の外側に設けられたヨーク３０とを有する。これらのスパッタリングターゲット１０、永久磁石２０およびヨーク３０によりスパッタリングカソード１が形成されている。このスパッタリングカソード１は、一般的には、電気的に絶縁された状態で真空容器に対して固定される。また、永久磁石２０およびヨーク３０により磁気回路が形成されている。永久磁石２０の極性は図１に示す通りであるが、各々が全く逆の極性でも何ら差し支えない。スパッタリングターゲット１０と永久磁石２０との間には、好適には冷却用のバッキングプレートが設けられ、このバッキングプレートの内部に設けられた流路に例えば冷却水が流される。スパッタリングターゲット１０により囲まれた直方体状の空間の下端の近傍に、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面が露出するようにＬ字型の断面形状を有するアノード４０が設けられている。このアノード４０は、一般的には、接地された真空容器に接続される。また、スパッタリングターゲット１０により囲まれた直方体状の空間の上端の近傍に、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面が露出するようにＬ字型の断面形状を有する光線遮断シールド５０が設けられている。光線遮断シールド５０は導電体、典型的には金属により形成される。光線遮断シールド５０はアノードを兼用し、アノード４０と同様に、一般的には、接地された真空容器に接続される。光線遮断シールド５０とスパッタリングターゲット１０との間には、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面が露出するようにＬ字型の断面形状を有する補助磁極５５が設けられている。補助磁極５５は、永久磁石２０およびヨーク３０により形成された磁気回路により形成される磁力線が、スパッタリングカソード１の上方の、成膜が行われる空間に漏洩するのを防止するためのものであり、スパッタリングカソード１の上方に漏洩する磁力線を相殺するようにその磁極の配置が選ばれる。
【００３８】
スパッタリングカソード２は、永久磁石２０の極性が図１に示す通り、スパッタリングカソード１の永久磁石２０の極性と逆であることを除いて、スパッタリングカソード１と同一であり、向きも同じである。他のスパッタリングカソードがある場合も同様であり、互いに隣接する一対のスパッタリングカソードは永久磁石２０の極性が互いに逆であることを除いて、互いに同一であり、向きも同じである。このように互いに隣接する一対のスパッタリングカソードの永久磁石２０の極性が互いに逆であることにより、永久磁石２０およびヨーク３０により形成された磁気回路により形成される磁力線により、双方のスパッタリングカソードに一対のＡＣスパッタ電力を印加した際は、図１に示すように、隣極へ移動するプラズマがスパッタリングカソード集合体の下方の空間に閉じ込められ、スパッタリングカソード集合体の上方の成膜が行われる空間へのプラズマ漏洩を効果的に防止することができる。さらに、この下方空間に別途補助磁極を用いて、隣接するスパッタリングカソードへのプラズマ移動をより効果的にしてもかまわない。
【００３９】
図２に示すように、スパッタリングカソード集合体を構成する各スパッタリングカソードのスパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部の間の距離をａ、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の短辺部の間の距離をｂとすると、ｂ／ａは２以上に選ばれ、一般的には４０以下に選ばれるが、これに限定されるものではない。ａは一般的には５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に選ばれるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
図１に示すように、このスパッタリング装置においては、スパッタリングカソード集合体の上方の空間において、図示省略した所定の搬送機構に保持された基板Ｓ（被成膜体）に対して成膜を行うようになっている。成膜は、基板Ｓを、各スパッタリングカソードのスパッタリングターゲット１０に対し、スパッタリングターゲット１０の長辺部を横断する方向、典型的にはスパッタリングターゲット１０の上端面に平行かつスパッタリングターゲット１０の長辺部に垂直な方向に、典型的には一定速度で移動させながら行う場合と、基板Ｓをスパッタリングカソード集合体の上方に静止させ、その静止状態で行う場合とがある。スパッタリングターゲット１０の長辺部に平行な方向の基板Ｓの成膜領域の幅は、ｂより小さく選ばれ、成膜時にはスパッタリングターゲット１０の内側の互いに対向する一対の短辺部の間に収まるようになっている。基板Ｓの成膜領域の幅は基板Ｓの全面に成膜を行う場合は基板Ｓの幅と一致する。基板Ｓは、基本的にはどのようなものであってもよく、特に限定されない。基板Ｓは、いわゆるロールツーロールプロセスで用いられるようなロールに巻かれた長尺のフィルム状のものであってもよい。
【００４１】
［スパッタリング装置による成膜方法］
基板Ｓは、成膜前は、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方から十分に離れた位置にある。
【００４２】
真空容器を真空ポンプにより高真空に排気した後、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間にスパッタリングガスとしてＡｒガスを導入し、アノード４０とスパッタリングカソード１、２との間に、所定の電源により、プラズマ発生に必要な交流電圧を印加する。典型的には、アノード４０が接地され、スパッタリングカソード１とスパッタリングカソード２との間に、高電圧の交流電圧（例えば、−４００Ｖ）が印加される。こうすることで、スパッタリングカソード１に負の高電圧が印加される間は、図３および図４に示すように、スパッタリングターゲット１０の表面近傍にこのスパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０が発生する。スパッタリングカソード１に負の高電圧が印加されない間はプラズマ６０は発生しない。また、スパッタリングカソード２に負の高電圧が印加される間は、このスパッタリングカソード２のスパッタリングターゲット１０の表面近傍にこのスパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０が発生する。スパッタリングカソード２に負の高電圧が印加されない間はプラズマ６０は発生しない。図３および図４に示すようにスパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０中のＡｒイオンによりスパッタリングターゲット１０がスパッタリングされる結果、スパッタリングターゲット１０を構成する原子がスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間から上方に飛び出す。このとき、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面のうちプラズマ６０の近傍の部分の至る所から原子が飛び出すが、スパッタリングターゲット１０の内側の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子は、基本的には成膜に使用しない。このためには、スパッタリングターゲット１０の長辺方向の両端部を遮蔽するようにスパッタリングターゲット１０の上方に水平遮蔽板を設けることにより、スパッタリングターゲット１０の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Ｓに到達しないようにすればよい。あるいは、スパッタリングターゲット１０の長手方向の幅ｂを基板Ｓの幅より十分に大きくすることにより、スパッタリングターゲット１０の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Ｓに到達しないようにしてもよい。スパッタリングターゲット１０から飛び出る原子の一部は光線遮断シールド５０により遮られる結果、スパッタリングターゲット１０の長辺部のエロージョン面から、図５に示すようなスパッタ粒子束７０、８０が得られる。スパッタ粒子束７０、８０は、スパッタリングターゲット１０の長手方向にほぼ均一な強度分布を有する。一方、スパッタリングカソード２に負の高電圧が印加される間は、図３および図４に示すと同様に、スパッタリングターゲット１０の表面近傍にこのスパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０が発生し、その結果、スパッタ粒子束７０、８０によるスパッタリングが行われる。スパッタリングカソード１に負の高電圧が印加されない間はプラズマ６０は発生せず、スパッタリングは起きない。すなわち、以上の説明から分かるように、スパッタリングカソード１とスパッタリングカソード２とは交互に使用される。
【００４３】
まず、基板Ｓを移動させながら成膜を行う場合について説明する。
【００４４】
スパッタリングカソード１、２のスパッタリングターゲット１０により安定なスパッタ粒子束７０、８０が得られるようになった時点で、基板Ｓを、スパッタリングカソード１のスパッタリングターゲット１０に対し、スパッタリングターゲット１０の長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、スパッタ粒子束７０、８０により成膜を行う。基板Ｓが、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方に向かって移動すると、まずスパッタ粒子束７０が基板Ｓに入射して成膜が開始する。基板Ｓの先端がスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の中央付近の上方に差しかかった時点の様子を図６に示す。この時点では、スパッタ粒子束８０は成膜に寄与していない。基板Ｓがさらに移動し、スパッタ粒子束８０が入射するようになると、スパッタ粒子束７０に加えてスパッタ粒子束８０も成膜に寄与するようになる。基板Ｓがさらに移動し、スパッタリングカソード２に至ると、スパッタリングカソード２のスパッタリングターゲット１０により得られるスパッタ粒子束７０、８０により同様に成膜が行われる。基板Ｓがさらに移動してスパッタリングカソード集合体の真上に移動した時の様子を図７に示す。図７に示すように、基板Ｓにスパッタリングカソード１、２のスパッタリングターゲット１０により得られるスパッタ粒子束７０、８０が入射して成膜が行われる。こうして成膜を行いながら基板Ｓを移動させる。そして、図８に示すように、基板Ｓが、スパッタリングカソード集合体の上方から十分に離れ、基板Ｓに対してスパッタ粒子束７０、８０が入射しなくなる位置まで移動させる。こうして、基板Ｓ上に薄膜Ｆが成膜される。
【００４５】
次に、基板Ｓを移動させないで成膜を行う場合、すなわち静止成膜を行う場合について説明する。
【００４６】
この場合、図９に示すように、基板Ｓが複数のスパッタリングカソードにまたがる大きさを有するとする。基板Ｓと各スパッタリングカソードとの間の空間には、スパッタ粒子束７０、８０が基板Ｓに入射するのを防止するためのシャッター（図示せず）を挿入することができるようになっている。そして、シャッターを基板Ｓと各スパッタリングカソードとの間の空間に挿入した状態で、各スパッタリングカソードにより安定なスパッタ粒子束７０、８０が得られるようになった時点でシャッターを基板Ｓと各スパッタリングカソードとの間の空間の外部に移動させる。この時点で基板Ｓに対してスパッタ粒子束７０、８０が入射し、成膜が開始する。こうして必要な時間、スパッタリングを行うことにより基板Ｓ上に薄膜Ｆが静止成膜により成膜される。但し、向かい合うターゲット表面間の距離、ターゲット端部と基板間の距離、隣接するカソードの間隔は最適な値に設定されている。
【００４７】
［スパッタリング装置のスパッタリングカソードおよびアノードの実施例］
図１０に示すように、スパッタリングターゲット１０を四つの板状のスパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより形成し、永久磁石２０を四つの板状あるいは棒状の永久磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにより形成し、ヨーク３０を四つの板状のヨーク３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにより形成する。また、スパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと永久磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとの間にそれぞれバッキングプレート９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄを挿入する。スパッタリングターゲット１０ａとスパッタリングターゲット１０ｃとの間の距離は８０ｍｍ、スパッタリングターゲット１０ｂとスパッタリングターゲット１０ｄとの間の距離は２００ｍｍ、スパッタリングターゲット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの高さは８０ｍｍとする。
【００４８】
ヨーク３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの外側には四つの板状のアノード１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを設ける。これらのアノード１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄはアノード４０とともに、接地された真空容器に接続される。
【００４９】
以上のように、この第１の実施の形態によれば、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０を有するスパッタリングカソードが水平面上に複数、並列配置され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石２０の極性が互いに逆であることにより、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、並列配置された複数のスパッタリングカソード１を用いてスパッタリングを行うことができるため、大面積の基板Ｓ上に高速で薄膜Ｆの成膜を行うことができる。また、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面側にこのスパッタリングターゲット１０の内面を周回するプラズマ６０を発生させることができる。このため、プラズマ６０の密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマ６０が多く生成される場所はスパッタリングターゲット１０の表面近傍に限定されるため、光線遮断シールド５０が設けられていることと相まって、プラズマ６０から発光する光が基板Ｓに照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限に抑えることができる。また、永久磁石２０およびヨーク３０により形成される磁気回路により発生する磁力線は、基本的にスパッタリングカソードに拘束され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石２０の極性が互いに逆であり、さらに補助磁極５５が設けられていることにより、磁気回路により発生する磁力線のうち下方に向かう磁力線は図１に示すようにスパッタリングカソード集合体の下方の空間に閉じ込められ、基板Ｓに向かわないため、プラズマ６０や電子線により基板Ｓに損傷が生じるおそれがない。また、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束７０、８０を用いて成膜を行うので、反射スパッタ中性ガスのエネルギーの高い粒子により基板Ｓが衝撃され、損傷が生じるのを最小限に抑えることができる。さらに、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束７０、８０はこの長辺部に平行な方向に均一な強度分布を有するため、基板Ｓをこの長辺部を横断する方向、例えばこの長辺部に垂直な方向に一定速度で移動させながら成膜を行うことと相まって、基板Ｓ上に成膜される薄膜Ｆの膜厚のばらつきを小さくすることができ、例えば膜厚分布を±５％以下にすることができる。このスパッタリング装置は、例えば、半導体デバイス、有機太陽電池、無機太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィルムなどの各種のデバイスの製造において電極材料などの成膜に適用して好適なものである。
【００５０】
〈第２の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
第２の実施の形態によるスパッタリング装置は、スパッタリングターゲット１０として図１１に示すようなものを用いる点が、第１の実施の形態によるスパッタリング装置と異なる。すなわち、図１１に示すように、スパッタリングターゲット１０は、互いに平行に対向する一対の長辺部とこれらの長辺部に連結した半円形部とからなる。スパッタリングターゲット１０の外側に設けられた永久磁石２０も、この永久磁石２０の外側に設けられたヨーク３０も、スパッタリングターゲット１０と同様な形状を有する。このスパッタリング装置のその他の構成は第１の実施の形態によるスパッタリング装置と同様である。
【００５１】
［スパッタリング装置による成膜方法］
このスパッタリング装置による成膜方法は第１の実施の形態と同様である。
【００５２】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００５３】
〈第３の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図１２および図１３は第３の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード集合体付近の構成を示したものである。図１３は図１２のＹ−Ｙ線に沿っての断面図である。
【００５４】
図１２および図１３に示すように、このスパッタリング装置においては、複数のスパッタリングカソードが鉛直面上に並列配置されており、これらのスパッタリングカソードによりスパッタリングカソード集合体が形成されている。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数は、必要な成膜速度などに応じて適宜選択される。図１２および図１３においては、一例として、互いに隣接する一対のスパッタリングカソード１、２のみ示されているが、これに限定されるものではない。スパッタリングカソード１、２の間隔は、スパッタリングカソード集合体の上方の空間において、スパッタリングカソード１だけでなく、スパッタリングカソード２によってもスパッタリングにより成膜を行うことができるように適宜選択される。スパッタリングカソード集合体を構成するスパッタリングカソードの数が３以上の場合、スパッタリングカソードの間隔は、一般的には等間隔であるが、必ずしも等間隔でなくてもよく、その場合、間隔は必要に応じて選ばれる。このスパッタリング装置のその他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
［スパッタリング装置による成膜方法］
真空容器を真空ポンプにより高真空に排気した後、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間にスパッタリングガスとしてＡｒガスを導入し、アノード４０とスパッタリングカソードとの間に、所定の電源によりプラズマ発生に必要な、一般的には直流の高電圧を印加する。一般的には、アノード４０が接地され、スパッタリングカソードに負の高電圧（例えば、−４００Ｖ）が印加される。これによって、図３および図４に示すと同様に、スパッタリングターゲット１０の表面近傍にこのスパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０が発生する。
【００５６】
基板Ｓは、成膜前は、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方から十分に離れた位置にある。
【００５７】
各スパッタリングカソードのスパッタリングターゲット１０の内面に沿って周回するプラズマ６０中のＡｒイオンによりスパッタリングターゲット１０がスパッタリングされる結果、スパッタリングターゲット１０を構成する原子がスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間から上方に飛び出す。このとき、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面のうちプラズマ６０の近傍の部分の至る所から原子が飛び出すが、スパッタリングターゲット１０の内側の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子は、基本的には成膜に使用しない。このためには、スパッタリングターゲット１０の長辺方向の両端部を遮蔽するようにスパッタリングターゲット１０の上方に水平遮蔽板を設けることにより、スパッタリングターゲット１０の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Ｓに到達しないようにすればよい。あるいは、スパッタリングターゲット１０の長手方向の幅ｂを基板Ｓの幅より十分に大きくすることにより、スパッタリングターゲット１０の短辺部のエロージョン面から飛び出す原子が成膜時に基板Ｓに到達しないようにしてもよい。スパッタリングターゲット１０から飛び出る原子の一部は光線遮断シールド５０により遮られる結果、スパッタリングターゲット１０の長辺部のエロージョン面から、図５に示すと同様なスパッタ粒子束７０、８０が得られる。スパッタ粒子束７０、８０は、スパッタリングターゲット１０の長手方向にほぼ均一な強度分布を有する。
【００５８】
各スパッタリングカソードから安定なスパッタ粒子束７０、８０が得られるようになった時点で、基板Ｓを、スパッタリングターゲット１０に対し、スパッタリングターゲット１０の長辺部を横断する方向に一定速度で移動させながら、スパッタ粒子束７０、８０により成膜を行う。基板Ｓが、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方に向かって移動すると、まずスパッタ粒子束７０が基板Ｓに入射して成膜が開始する。基板Ｓの先端がスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の中央付近の上方に差しかかった時点では、スパッタ粒子束８０は成膜に寄与していない。基板Ｓがさらに移動し、スパッタ粒子束８０が入射するようになると、スパッタ粒子束７０に加えてスパッタ粒子束８０も成膜に寄与するようになる。基板Ｓがスパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の真上に移動した時には基板Ｓにスパッタ粒子束７０、８０が入射して成膜が行われる。こうして成膜を行いながら基板Ｓをさらに移動させる。そして、基板Ｓが、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上方から十分に離れ、基板Ｓに対してスパッタ粒子束７０、８０が入射しなくなる位置まで移動させる。こうして、基板Ｓ上に薄膜Ｆが成膜される。
【００５９】
この第３の実施の形態によれば、横断面形状が矩形の角管状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０を有するスパッタリングカソードが鉛直面上に複数、並列配置され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石２０の極性が互いに逆であることにより、次のような種々の利点を得ることができる。すなわち、鉛直面上に並列配置された複数のスパッタリングカソードを用いてスパッタリングを行うことができるため、基板Ｓ上に高速で薄膜Ｆの成膜を行うことができる。また、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面側にこのスパッタリングターゲット１０の内面を周回するプラズマ６０を発生させることができる。このため、プラズマ６０の密度を高くすることができることにより、成膜速度を十分に高くすることができる。また、プラズマ６０が多く生成される場所はスパッタリングターゲット１０の表面近傍に限定されるため、光線遮断シールド５０が設けられていることと相まって、プラズマ６０から発光する光が基板Ｓに照射されることにより損傷が生じるおそれを最小限に抑えることができる。また、永久磁石２０およびヨーク３０により形成される磁気回路により発生する磁力線は、基本的にスパッタリングカソードに拘束され、しかも互いに隣接する二つのスパッタリングカソードの永久磁石２０の極性が互いに逆であり、さらに補助磁極５５が設けられていることにより、磁気回路により発生する磁力線のうち下方に向かう磁力線は図１２に示すようにスパッタリングカソード集合体の近傍の空間に閉じ込められ、基板Ｓに向かわないため、プラズマ６０や電子線により基板Ｓに損傷が生じるおそれがない。また、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束７０、８０を用いて成膜を行うので、反射スパッタ中性ガスのエネルギーの高い粒子により基板Ｓが衝撃され、損傷が生じるのを最小限に抑えることができる。さらに、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部から得られるスパッタ粒子束７０、８０はこの長辺部に平行な方向に均一な強度分布を有するため、基板Ｓをこの長辺部を横断する方向、例えばこの長辺部に垂直な方向に一定速度で移動させながら成膜を行うことと相まって、基板Ｓ上に成膜される薄膜Ｆの膜厚のばらつきを小さくすることができ、例えば膜厚分布を±５％以下にすることができる。このスパッタリング装置は、例えば、半導体デバイス、有機太陽電池、無機太陽電池、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィルムなどの各種のデバイスの製造において電極材料などの成膜に適用して好適なものである。
【００６０】
〈第４の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図１４および図１５は第４の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード付近の構成を示したものである。図１４は図１５のＺ−Ｚ線に沿っての断面図である。また、図１６は図１５のＷ−Ｗ線に沿っての断面図である。
【００６１】
図１４、図１５および図１６に示すように、このスパッタリング装置は、横断面形状が矩形の角管状（あるいは角環状）の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０を有する。スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部はそれぞれ円筒形状のロータリーターゲット１１、１２により構成され、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の短辺部１３、１４はそれぞれ長方形の横断面形状を有する。ロータリーターゲット１１、１２は、図示省略した回転機構により、その中心軸の回りに回転可能に設けられている。具体的には、ロータリーターゲット１１、１２の両端に回転軸１１ａ、１２ａが設けられており、これらの回転軸１１ａ、１２ａが回転機構により回転されることによりロータリーターゲット１１、１２が回転されるようになっている。ロータリーターゲット１１、１２の回転方向は互いに同一であっても逆であってもよく、必要に応じて選ばれる。ロータリーカソード１１、１２の内部には冷却水を流すことができるようになっており、使用時にロータリーカソード１１、１２を冷却することができるようになっている。短辺部１３、１４は、例えば、ロータリーターゲット１１、１２の直径と同程度の高さを有する。短辺部１３、１４は、ロータリーターゲット１１、１２に面する両端部がロータリーターゲット１１、１２の円筒形状に対応して丸く凹んでおり、ロータリーターゲット１１、１２の回転に支障が生じない程度に近接している。ロータリーターゲット１１、１２の内部には、その中心軸に平行にかつ中心軸から半径方向に偏った位置に永久磁石１１１、１１２が設けられている。永久磁石１１１、１１２は長方形の横断面形状を有し、その長辺はロータリーターゲット１１、１２の半径方向に対して垂直である。図１７に示すように、ロータリーターゲット１１、１２の中心軸を含む平面に対する永久磁石１１１、１１２の横断面形状の短辺の傾斜角度をθとすると、θは０度以上３６０度未満であり、成膜速度の向上と低ダメージ性をバランス良く実現することができるようにその範囲内の任意の角度に設定することができる。図１４においては、一例として、θ＝０度である場合が示されている。永久磁石１１１、１１２はロータリーターゲット１１、１２から独立した部材に固定されており、ロータリーターゲット１１、１２が回転しても一緒に回転しないようになっている。永久磁石１１１、１１２の極性は図１４に示す通りであるが、逆であってもよい。スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の短辺部１３、１４の外側には永久磁石２０が設けられ、さらにこの永久磁石２０の外側にヨーク３０が設けられている。永久磁石２０の極性は図１４に示す通りであるが、各々が全く逆の極性でも何ら差し支えない。これらのスパッタリングターゲット１０、永久磁石２０、１１１、１１２およびヨーク３０によりスパッタリングカソードが形成されている。このスパッタリングカソードは、一般的には、電気的に絶縁された状態で真空容器に対して固定される。また、ロータリーターゲット１１、１２の内部に設けられた永久磁石１１１、１１２、永久磁石２０およびヨーク３０により磁気回路が形成されている。短辺部１３、１４と永久磁石２０との間には、好適には冷却用のバッキングプレートが設けられ、このバッキングプレートの内部に設けられた流路に例えば冷却水が流される。スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の下端の近傍に、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面が露出するようにアノード４０が設けられている。このアノード４０は、一般的には、接地された真空容器に接続される。また、スパッタリングターゲット１０により囲まれた空間の上端の近傍に、スパッタリングターゲット１０のエロージョン面が露出するようにＬ字型の断面形状を有する光線遮断シールド５０が設けられている。光線遮断シールド５０は導電体、典型的には金属により形成される。光線遮断シールド５０はアノードを兼用し、アノード４０と同様に、一般的には、接地された真空容器に接続される。その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
［スパッタリング装置による成膜方法］
このスパッタリング装置による成膜方法は、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部を構成するロータリーターゲット１１、１２を回転させながらスパッタリングを行うことを除いて第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部がロータリーターゲット１１、１２により構成されているので、スパッタリングターゲット１０の使用効率が高く、ひいては成膜コストの低減を図ることができるという利点を得ることができる。
【００６４】
〈第５の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図１８に示すように、第５の実施の形態によるスパッタリング装置においては、ロータリーターゲット１１、１２の両端部が面取りされており（面取り角度はロータリーターゲット１１、１２の中心軸に対して例えば４５度）、これに対応して短辺部１３、１４の両端部も同じく角度に面取りされていることが、第４の実施の形態と異なる。その他のことは第４の実施の形態と同様である。
【００６５】
［スパッタリング装置による成膜方法］
このスパッタリング装置による成膜方法は、第４の実施の形態と同様である。
【００６６】
この第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００６７】
〈第６の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図１９および図２０は第６の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図および平面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード付近の構成を示したものである。図１９は図２０のＶ−Ｖ線に沿っての断面図である。
【００６８】
図１９および図２０に示すように、このスパッタリング装置においては、第４の実施の形態によるスパッタリング装置のスパッタリングターゲット１０が二つ、一つのロータリーターゲットを共有して一体になり、三つのロータリーターゲット１５、１６、１７を有するものによりスパッタリングターゲットが構成されている。これらのロータリーターゲット１５、１６、１７の回転方向は互いに同じであっても逆であってもよく、必要に応じて選ばれる。その他のことは第４の実施の形態と同様である。なお、四つのロータリーターゲットを一体化しても良く、更には五つ以上のロータリーターゲットを一体化しても良い。
【００６９】
［スパッタリング装置による成膜方法］
このスパッタリング装置による成膜方法は、第４の実施の形態と同様である。
【００７０】
この第６の実施の形態によれば、第４の実施の形態と同様な利点に加えて、大面積の基板Ｓに対して効率良く成膜を行うことができ、静止成膜も容易に行うことができるという利点を得ることができる。この第６の実施の形態は、特に、例えば、ヘテロジャンクション型シリコン太陽電池や有機ＥＬディスプレイなどのデバイスの製造においてシリコン発電層や有機発電層に隣接した電極膜の成膜に用いて好適なものである。
【００７１】
〈第７の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
図２１は第７の実施の形態によるスパッタリング装置を示す縦断面図であり、スパッタリング装置の真空容器の内部に設けられたスパッタリングカソード付近の構成を示したものである。また、図２２はスパッタリングターゲット１０を示す斜視図である。
【００７２】
図２１および図２２に示すように、このスパッタリング装置は、横断面形状が矩形の角管状（あるいは角環状）の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲット１０を有する。図示は省略するが、このスパッタリングターゲット１０の外側には永久磁石が設けられ、この永久磁石の外側にヨークが設けられる。これらのスパッタリングターゲット１０、永久磁石およびヨークによりスパッタリングカソードが形成されている。スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の長辺部１８ａ、１８ｂは互いに平行な平板状に形成されている。これに対し、スパッタリングターゲット１０の互いに対向する一対の短辺部１８ｃ、１８ｄは、一対の長辺部１８ａ、１８ｂを含む平面または曲面に関して長辺部１８ａ、１８ｂの一方の側からエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、短辺部１８ｃ、１８ｄの中央部Ｃ1 、Ｃ2 では長辺部１８ａ、１８ｂに垂直、言い換えると水平面内に寝た形状となり、さらにエロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら長辺部１８ａ、１８ｂの他方の側に延在した形状を有する。その他のことは第１の実施の形態におけるスパッタリングカソードと同様である。
【００７３】
［スパッタリング装置による成膜方法］
このスパッタリング装置による成膜方法は、第１の実施の形態と同様である。
【００７４】
この第７の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、スパッタリングターゲット１０が上記のような形状に形成されていることにより、短辺部１８ｃ、１８ｄを上下方向に配置して成膜した際、成膜時に発生するごみが短辺部１８ｃ、１８ｄに沈着するのを防止することができるという利点を得ることができる。
【００７５】
〈第８の実施の形態〉
［スパッタリング装置］
第８の実施の形態においては、第１〜第７の実施の形態によるスパッタリング装置においてスパッタリングカソードとアノードとの間にスパッタリングに必要な電圧を印加する電源としてパルス電源が用いられる。このパルス電源の電圧パルス波形を図２３ＡおよびＢに示す。図２３ＡおよびＢに示すように、このパルス電源においては、電圧パルスのハイレベルは０Ｖもしくは絶対値が概ね５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルは絶対値が概ね１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −が印加されるようになっており、正の電圧が印加されないようになっている。なお、スパッタリングカソードに印加する電圧をパルス波形にすることで、スパッタリング時のグロー放電の一部あるいは全部がアーク放電に移行することを抑制できる。
【００７６】
この第８の実施の形態によれば、上記のような波形の電圧パルスを発生するパルス電源を用いていることにより、次のような利点を得ることができる。すなわち、本発明者の知見によれば、電圧パルスのハイレベルが正の電圧であると、スパッタリングガスとして用いられるＡｒガスにより生成されるＡｒ+ が成膜中に基板Ｓを衝撃することにより基板Ｓおよび基板Ｓ上に成膜される薄膜Ｆにダメージが発生しやすいのに対し、電圧パルスのハイレベルが０Ｖもしくは絶対値が概ね５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルは絶対値が概ね１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −となっていて正の電圧が印加されないようにすることにより、そのような問題を解消することができ、ダメージのない高品質の薄膜Ｆの成膜が可能となる。この第８の実施の形態は、特に、例えば、有機太陽電池や有機ＥＬディスプレイなどの有機デバイスの製造において有機膜に隣接した電極膜の成膜に用いて好適なものである。
【００７７】
以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００７８】
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、材料、構造、形状などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状などを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…スパッタリングターゲット、１１、１２、１５〜１７…ロータリーターゲット、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…永久磁石、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ…ヨーク、４０…アノード、５０…光線遮断シールド、５５…補助磁極、６０…プラズマ、７０、８０…スパッタ粒子束、Ｓ…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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月6日(2018.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部および互いに対向する一対の短辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記一対の長辺部は互いに平行な平板状に形成され、
前記一対の短辺部は前記一対の長辺部に連続する板状に形成され、
前記一対の短辺部の少なくとも一方の短辺部が、前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、前記一方の短辺部の中央部では前記一対の長辺部を含む平面に平行な形状となり、さらに前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することを特徴とするスパッタリングカソード。
【請求項２】
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部および互いに対向する一対の短辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記一対の長辺部は互いに平行な平板状に形成され、前記一対の短辺部は前記一対の長辺部に連続する板状に形成され、前記一対の短辺部の少なくとも一方の短辺部が、前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、前記一方の短辺部の中央部では前記一対の長辺部を含む平面に平行な形状となり、さらに前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有するスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
前記スパッタリングカソードとアノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを０Ｖもしくは絶対値が５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルを絶対値が１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項１記載のスパッタリングカソード。
【請求項４】
前記スパッタリングカソードと前記アノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを０Ｖもしくは絶対値が５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルを絶対値が１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月12日(2018.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部および互いに対向する一対の短辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられているスパッタリングカソードにおいて、
前記一対の長辺部は互いに平行な平板状に形成され、
前記一対の短辺部は前記一対の長辺部に連続する板状に形成され、
前記一対の短辺部の少なくとも一方の短辺部が、前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、前記一方の短辺部の中央部では前記一対の長辺部に垂直な形状となり、さらに前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有することを特徴とするスパッタリングカソード。
【請求項２】
横断面形状が互いに対向する一対の長辺部および互いに対向する一対の短辺部を有する管状または環状の形状を有し、エロージョン面が内側を向いているスパッタリングターゲットを有し、前記スパッタリングターゲットに沿って磁気回路が設けられ、前記一対の長辺部は互いに平行な平板状に形成され、前記一対の短辺部は前記一対の長辺部に連続する板状に形成され、前記一対の短辺部の少なくとも一方の短辺部が、前記一対の長辺部の一方の長辺部側から前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲し、前記一方の短辺部の中央部では前記一対の長辺部に垂直な形状となり、さらに前記エロージョン面が捩じれた曲面を形成しながら湾曲して前記一対の長辺部の他方の長辺部側に延在した形状を有するスパッタリングカソードと、
前記スパッタリングターゲットのエロージョン面が露出するように設けられたアノードとを有することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
前記スパッタリングカソードとアノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを０Ｖもしくは絶対値が５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルを絶対値が１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項１記載のスパッタリングカソード。
【請求項４】
前記スパッタリングカソードと前記アノードとの間に印加する電圧がパルス波形であり、前記スパッタリングカソードにおける電圧パルスのハイレベルを０Ｖもしくは絶対値が５０Ｖ以下の負の電圧Ｖ0 −、ローレベルを絶対値が１００Ｖ以上の負の電圧ＶL −とすることで、正の電圧が印加されないことを特徴とする請求項２記載のスパッタリング装置。