(57)【要約】【課題】膜厚均一性を向上する。【解決手段】円筒状の複数のロータリターゲットを備えた成膜装置において、成膜される基板と全ての前記ロータリターゲットの前記基板と対向する表面との間隔が等しく、前記ロータリターゲットの長手方向に直交する方向に複数の前記ロータリターゲットを等間隔に配置され、１枚の前記基板を成膜する時間中に、複数の前記ロータリターゲットの１ピッチ分の整数倍だけ前記基板を連続的に移動させる。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の複数のロータリターゲットを備えた成膜装置において、成膜される基板と全ての前記ロータリターゲットの前記基板と対向する表面との間隔が等しく、前記ロータリターゲットの長手方向に直交する方向に複数の前記ロータリターゲットを等間隔に配置され、１枚の前記基板を成膜する時間中に、複数の前記ロータリターゲットの１ピッチ分の整数倍だけ前記基板を連続的に移動させることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
円筒状の複数のロータリターゲットを備えた成膜装置において、成膜される基板と全ての前記ロータリターゲットの前記基板と対向する表面との間隔が等しく、前記ロータリターゲットの長手方向に直交する方向に複数の前記ロータリターゲットを等間隔に配置され、１枚の前記基板を成膜する時間中に、複数の前記ロータリターゲットの１／ｎピッチ分をｎ−１回、またはｍ回折り返してそのｍ×（ｎ−１）回（ｎ、ｍは２以上の整数）前記基板をステップ状に移動させることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記等間隔は、複数の前記ロータリターゲットのそれぞれの中心軸間の距離が、前記基板と前記ロータリターゲットの前記基板と対向する表面との間隔の１．５倍以上であることを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリスパッタターゲットを用いた枚葉式の成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機デバイスが新たな産業分野として注目されている。たとえば表示デバイスや照明デバイスとして有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）が開発されている。特に有機ＥＬは表示デバイスや照明デバイスの大形化とともに、製造基板サイズの大形化の要求があり、製造基板サイズは現状の第４.５世代製造ライン（ガラス基板寸法：７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）から、基板寸法で２.９倍以上となる第５.５〜第６世代（ガラス基板寸法は１３００ｍｍ×１５００ｍｍ〜１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）へ拡大し、さらには第８世代ライン（ガラス基板寸法：２２００ｍｍ×２５００ｍｍ）にも及ぶ見込みである。
【０００３】
例えば特許文献１では、陰極アセンブリが、隣接する陰極アセンブリに対して等距離に配置され、陰極アセンブリの並びの両端にある２つの外側陰極アセンブリのみが隣接する陰極アセンブリに対してより接近していることで、大面積の基板が均一にコーティングでき、材料損失を低くする方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平10-255987号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献のものでは、膜厚の均一性に改良の余地がある。
【０００６】
本発明は、膜厚均一性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、請求項に記載の発明により達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、膜厚均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ロータリターゲットで基板上に成膜されるスパッタリング膜の膜厚分布を計測する実験方法を示す図である。
【図２】ロータリターゲットで基板上に成膜されたスパッタリング膜の膜厚分布の計測結果を示す図である。
【図３】ロータリターゲットで成膜された膜厚分布の実験結果を解析したシミュレーション結果である。
【図４】ロータリターゲットで成膜された平均成膜速度のＴＳ距離（ターゲット表面と基板の距離）依存性を示したものである。
【図５】複数の等間隔に配置されたロータリターゲットと基板を平行に配列した枚葉式のスパッタリング成膜装置の構成を示す図である。
【図６】図５に示した枚葉式のスパッタリング成膜装置で成膜した基板上の膜厚分布のＴＳ距離依存性の解析結果である。
【図７】基板中央部の膜厚分布５％以下を達成できるターゲット-基板間距離とターゲット中心軸間距離の関係を示した図である。
【図８】実施形態１において、１枚の基板を成膜する時間中に基板を移動させて成膜する方法を示す図である。
【図９】実施形態１の装置で成膜した膜厚分布の解析結果である。
【図１０】実施形態１の装置で成膜した膜厚のばらつきの変化を示した図である。
【図１１】実施形態２において、１枚の基板を成膜する時間中に基板を移動させて成膜する方法を示す図である。
【図１２】実施形態２の装置で成膜した膜厚分布の解析結果である。
【図１３】実施形態２の装置で成膜した膜厚のばらつきの変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
＜ロータリターゲットで成膜された基板上の膜厚分布の解析結果に関する実施形態＞
まず始めにロータリターゲットを用いた基板上の膜厚分布に関する実験および解析について説明する。
【００１１】
図１は、ロータリターゲットと基板の配置を示す図である。（ａ）は円筒状のターゲットを１と基板２の前面に配置し、ターゲットの軸方向から見た図である。（ｂ）はその外観斜視図であり、破線はターゲット粒子を示す。ターゲット粒子はターゲットの軸方向の全長にわたって、基板に放出される。ターゲット１と基板２は図示しない真空容器の内部に配置されている。
【００１２】
ここでは直径が７５ｍｍ〜１５０ｍｍの円筒状のロータリターゲット１を２本用いた。ターゲット中心間の距離ｄを２２０ｍｍに固定し、ターゲット表面と基板の最短距離ＴＳを１００ｍｍ〜２００ｍｍとしてスパッタリング膜３の膜厚分布を計測した。何れのターゲット１も基板２との距離は同じである。放電ガス圧は０．４〜１Ｐａとした。単位長さ当たりのターゲット電力密度は１０〜２０ＫＷ/ｍとした。ターゲット１が軸回転し、ターゲット表面と基板との距離がＴＳとなるターゲット表面のある点からスパッタリング粒子が放出角θで放出されるものとした。ターゲット間の中央を基板の基準の位置（＝０ｍｍ）とし、ここでは、ターゲット１の中心位置が＋１１０ｍｍと−１１０ｍｍの位置になるように、２本のターゲットが配置されている。
【００１３】
（ｂ）に示すように、基板２とターゲット１を地面とほぼ垂直に立てて、スパッタリング粒子を横方向（地面とほぼ水平な方向）に飛ばして成膜してもよいし、ターゲット１を地面に寝かせて基板をターゲット１の上方に配置し、スパッタリング粒子を上方向（地面とほぼ垂直な方向）に飛ばして成膜してもよい。これによりスパッタリング膜３が成膜される。
【００１４】
図２は、上記条件のうちロータリターゲット径を７５ｍｍ、放電ガス圧０．４Ｐａとし、ＴＳを１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍとして各々計測したスパッタリング膜の膜厚分布である。ターゲット電力密度は、分布中央の膜厚が同等になるように調整している。ＴＳ＝１００ｍｍではターゲット１と基板２の距離が近いためスパッタリング膜３は二山の膜厚分布を示しているが、ＴＳ＝１５０ｍｍ、２００ｍｍとロータリターゲット１と基板２の距離が長くなるに従い膜厚分布が平坦になってくる。
【００１５】
図３は基板２上のスパッタリング膜３の膜厚分布が図１に示すロータリターゲット１の表面からのスパッタリング粒子の放出角θに対し、基板上の膜厚分布が（cosθ）2分布に従うと仮定したときの膜厚分布のＴＳ依存性を示したものである。図２に示す実験結果をよく再現している。この結果は、ターゲット径、ガス圧、パワー密度を上記範囲で変えても殆ど変わらなかった。
【００１６】
図４はスパッタリング膜３の平均成膜速度のＴＳ距離依存性を示したものである。ＴＳ距離が長くなるに従い、成膜速度が低下する。これはＴＳ距離が長くなるに従いスパッタ粒子と放電ガスの衝突回数が増え、基板２に到達するスパッタ粒子が減るためである。
【００１７】
これらの関係を用いて少ないロータリターゲット１の本数で高い膜厚均一性を実現装置を開発した。以下、順を追って説明していく。
＜枚葉式ロータリスパッタリング装置の膜厚均一化に関する従来の実施形態＞
図５は従来の装置の一例として９本のロータリターゲット１を基板２と水平に等間隔に配列した枚葉式ロータリスパッタリング装置の概略を示す図であり、図６（ａ）〜（ｃ）はその装置において、ターゲット中心軸間の距離をｄ＝２５０ｍｍと固定した際の膜厚分布のＴＳ依存性を示したものである。各ターゲットで成膜された膜厚の合計値で膜厚分布を評価する。ここでは複数本の同じターゲット１を用い、ターゲット１は間隔が均等となるように並べられている。
【００１８】
（ａ）ＴＳ＝１００ｍｍでは各ターゲット位置に相当する部分が周期的に厚くなる膜厚分布を示しているが、（ｂ）ＴＳ＝１５０ｍｍでは（ａ）の場合よりも膜厚分布がやや均一化し、（ｃ）ＴＳ＝２００ｍｍでは膜厚分布の中央部で膜厚ばらつきは小さい。基板位置が−５００ｍｍ〜５００ｍｍの基板中央部の範囲では、（最大膜厚−最小膜厚）/（最大膜厚＋最小膜厚）で定義される膜厚ばらつきは３．２％となり、一般的な成膜装置に求められる膜厚ばらつき５％以下を達成することが可能である。
【００１９】
図７は、複数の等間隔に配置されたロータリターゲットと基板を平行に配置した枚葉式のスパッタリング成膜装置で、上記のような膜厚分布の解析を様々なｄとＴＳに対し行い、基板中央部の膜厚分布５％以下を達成できるターゲット-基板間距離とターゲット中心軸間距離の関係を示した図である。ターゲットの中心軸間の距離を、基板とターゲット間の距離の１．５倍以内とすると、基板中央部で膜厚ばらつき５％以下が実現できることが分かった。
＜本発明の実施形態１＞
図７の関係は、均一な膜厚を得るために必要なロータリターゲットの配列密度を与える。均一な膜厚を得るには、ターゲット１の中心軸間の距離ｄすなわちピッチを縮めて多くのターゲット１と配列するか、基板２とターゲット表面との間の距離ＴＳを長くする必要がある。しかしながらＴＳを必要以上に長くすると、図４で前述したように成膜速度が低下する。また、基板外に向かう放出粒子が増加し、材料利用効率が低下する課題もある。一方、ターゲットを緻密に配列することは、装置コストが増大する。
【００２０】
そこで、本実施形態はターゲット１のピッチを、基板２とターゲット間の距離の１．５倍以上と広くし、ターゲット１の配列本数を減らした場合でも均一な膜厚を実現した。具体的には、図８に示すようにロータリターゲット１を基板２と平行に等間隔に配列したスパッタリング装置において、１枚の基板を成膜する時間中に、基板を等間隔で配置されたロータリターゲットの１ピッチ分（隣り合うターゲット１の間隔分）基板２とロータリターゲット１の間隔を変えずに連続的に移動させる。１ピッチ分だけでなく２ピッチ分以上移動させてもよい。一方向に移動させるだけでなく何度も往復させてもよい。即ち±整数ピッチ分の連続的な移動により膜厚をより平均化することができる。
【００２１】
図９（ａ）〜（ｄ）は一例としてロータリターゲットの中心軸間の間隔ｄを５００ｍｍとし、図６の場合の９本から５本へ減らしたときのスパッタリング膜の膜厚分布を解析した結果である。ＴＳ＝１５０ｍｍである。図９（ａ）に示すように、従来のように基板を静止して成膜した場合、ターゲットの配列位置が−５００ｍｍ〜５００ｍｍの配列中央部の範囲では、（最大膜厚−最小膜厚）/（最大膜厚＋最小膜厚）で定義される膜厚ばらつきは３２．５％と非常に大きい。破線が各ターゲットにより成膜された分の膜厚で、実線は破線を足し合わせたものである。図９（ｂ）は１枚の基板の成膜中にターゲット間隔の１／２ピッチ分、基板を移動させ、図９（ｃ）はターゲット間隔の３／４ピッチ分、基板を移動させたものである。細い実線は（ａ）の実線と同じであり、太い実線が基板を移動させた場合の膜厚分布である。（ｂ）（ｃ）は（ａ）に比べて膜厚分布は改善されるもののまだ２０．９％、１０．１％と大きい。
【００２２】
図９（ｄ）はちょうど１ピッチ分基板を移動させたものである。この場合ロータリターゲット配列に起因する膜厚分布が完全に平均化され２．６％と高い均一性を得ることが可能である。図１０は０〜３ピッチ分基板を動かした際の、膜厚ばらつきを求めたものである。膜厚分布の値が小さいほど膜厚のばらつきが低減されていることを示す。膜厚分布は脈動しながら漸減し、ロータリターゲット１のピッチの整数倍移動させたところで最小値を持つ。従って、高い膜厚均一性を得るには、１枚の基板を成膜する時間中に、±整数ピッチ分、基板を連続的に移動させることが有効である。
【００２３】
なお、図１０に示すように移動量が増加するにつれて、膜厚ばらつきの振動が小さくなり１ピッチの整数倍でなくても膜厚分布は小さくなる。しかし１枚の基板の成膜時間は１分程度であるが、複数回往復させて成膜する場合、折り返し回数が増加するほど基板を高速に移動させる必要があるため、機械的負荷が増加する。従って本実施例のように成膜中の基板の移動は1ピッチまたは折り返して２ピッチ分とするのが好ましい。折り返して２ピッチ分とすれば、成膜終了時に成膜を開始した元の場所（ホームポジション）に戻っており、その後の基板の搬出、搬入処理などの取り扱いが容易になるメリットがある。
＜本発明の実施形態２＞
図１１はロータリターゲットを基板と平行に等間隔に配列したスパッタリング装置において、膜厚を均一化するためのもうひとつの駆動方法を示す図である。すなわち１枚の基板を成膜する時間中に、基板を等間隔で配置されたロータリターゲット１の１／ｎピッチ分をｎ−１回ステップ状に移動させたり、ｍ回折り返してそのｍ×（ｎ−１）回ステップ状に基板２とロータリターゲット１の間隔を変えずに移動させることが有効である。ここでｎ、ｍは２以上の整数であり、同じでも異なっていてもよい。
【００２４】
図１２（ａ）〜（ｃ）は一例としてロータリターゲットの間隔を５００ｍｍとし、基板を１／５ピッチを２回、４回、７回ステップ状に移動させた場合の膜厚分布を示す図である。ＴＳ距離は１５０ｍｍである。図１２（ｂ）に示すように、１／５ピッチを４回ステップ状に移動させた場合、ロータリターゲット１の配列位置が−５００ｍｍ〜５００ｍｍの配列中央部の範囲では、（最大膜厚−最小膜厚）/（最大膜厚＋最小膜厚）で定義される膜厚ばらつきは２．８％と最小になる。これは一例であり、ロータリターゲットの１／ｎピッチ分をｎ−１回ステップ状に移動させれば、それぞれの位置の膜厚分布が重ねあわされ、膜厚分布を平滑化することが可能である。図１３は１ピッチ分移動した後折り返して1ピッチ以上基板をステップ状に動かした際の、膜厚ばらつきの変化を求めたものである。ｍ回折り返してｍ×（ｎ−１）回ステップ状に移動させれば、膜厚分布を最も平滑化することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１・・・ロータリターゲット（ターゲット）、２・・・基板、３・・・スパッタリング膜（膜）
【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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