(57)【要約】【課題】スパッタ装置の横置きのターゲットの破壊を防止する。【解決手段】チャンバ２内に円筒状のターゲット４を備え、前記ターゲット４が長手方向を軸として回転して基板１９に成膜するスパッタ装置１において、前記ターゲット４は前記軸が地面に沿うように配置され、前記ターゲット４がＡｌ−Ｍｅ合金（ただしＭｅは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ，Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉのうちの１種以上である）であり、Ｍｅの総計が１０ｗｔ％以下であることを特徴とするスパッタ装置。【選択図】  図１
2015157987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に円筒状のターゲットを備え、前記ターゲットが長手方向を軸として回転して基板に成膜するスパッタ装置において、前記ターゲットは前記軸が地面に沿うように配置され、前記ターゲットがＡｌ−Ｍｅ合金（ただしＭｅは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ，Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉのうちの１種以上である）であり、Ｍｅの総計が１０ｗｔ％以下であることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記Ａｌ−Ｍｅ合金にアルカリ土類金属又はアルカリ金属を含むことを特徴とするスパッタ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記Ａｌ−Ｍｅ合金にＭｇを含むことを特徴とするスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機ＥＬ素子の製造工程においては、有機層、金属層の成膜には蒸着装置が用いられる。しかし、例えば金属電極としてＡｌ電極を成膜する場合、１３００℃以上の高温が必要であり、それでも蒸着レートが高くなく、有機ＥＬ素子の製造工ラインにいくつもの蒸着装置を並べなくてはならなくなる。さらに、Ａｌの這い上がりによる蒸着装置の故障の問題も発生し易い。これらの問題を解決するためには、蒸着レートの大きい円筒(ロータリ)スパッタ装置によるＡｌ成膜が有望と考えられる。通常、有機ＥＬ蒸着装置は、上方に基板を配置して蒸発源が下にある上向き成膜方式がとられる。この有機ＥＬ製造ラインに、円筒スパッタ装置を組込む場合、上向き成膜にした方が基板の搬送系を統一できて有利である。円筒スパッタ装置に関連するものとして特開２０１２−１３２０３９号公報（特許文献１）がある。
【０００３】
特許文献１は、円筒状ターゲットの内部のマグネットを支持するマグネット支持部材にマグネット昇降棒を接続し、マグネット昇降棒を昇降させることにより、マグネットと円筒状ターゲット内壁との間隔を変更可能とすることで、スパッタリング装置を停止させることなくマグネット表面と円筒状ターゲット内壁間距離（Ｔ／Ｍ距離）を調整することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３２０３９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、特許文献１のように横置きのターゲットでは、大型基板を成膜するためにターゲットを長くすると、ターゲットは自重でたわみ、応力がかかることで、回転曲げ疲れによる破壊が発生し易くなる課題がある。
本発明の目的は、横置きのターゲットの破壊を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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】
【０００７】
本発明によれば、横置きのターゲットの破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係るスパッタ装置の内部構成を示す図である。
【図２】図1のスパッタ装置を上（Ｄ１）から見た概略図である。
【図３】円筒ターゲットにかかる圧縮応力と引張応力の説明図である。
【図４】図１のターゲット装置３のモデル化図である。
【図５】中央部でたわみδｍａｘを示す図である。
【図６】長さＬ＝２０００ｍｍの場合のδｍａｘの外径Ｄ依存を示す図である。
【図７】外径Ｄ＝６１ｍｍの場合のδｍａｘのターゲット長さＬ依存を示す図である。
【図８】実施例１の有機ＥＬディスプレイ生産工程の一例を示した工程図である。
【図９】実施例２に係るスパッタ装置の概略構成を示す図である。
【図１０】図９のターゲット装置３のモデル化図である。
【図１１（ａ）】実施例５に係るスパッタ装置の構成を示す図である。
【図１１（ｂ）】図１１（ａ）のカバー周辺の斜視図である。
【図１２】実施例５に係るスパッタ装置の変形例の構成を示す図である。
【図１３】実施例６に係るスパッタ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施の形態、実施例および変形例に基づき具体的に説明するが、本発明は、上記実施の形態、実施例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能である。
【実施例１】
【００１０】
＜スパッタ装置の構造＞
図1は実施例１に係るスパッタ装置の内部構成を示す図である。スパッタ装置１は、真空チャンバ２とターゲット装置３を有する。基板成膜時には、基板１９が図示されない支持体によって真空チャンバ２内に配置される。
【００１１】
真空チャンバ２の側壁には支持体Ａ８，支持体Ｂ９が気密に接続されている。支持部Ａ８，支持部Ｂ９には、それぞれ気密に給水管１０と排水管１１が接続されている。
【００１２】
ターゲット装置３は、地面とほぼ水平となるように寝かされた横置きの円筒状ターゲット（ロータリターゲット）４と、ターゲット４の両端部でターゲット４を支持する回転部Ａ５、回転部Ｂ６と、回転部Ａ５をターゲット４、回転部Ｂ６と一緒にターゲット４の中心軸線Ｌを中心に回転させる回転装置７を有している。中心軸線Ｌは水平であり、回転部Ａ５，回転部Ｂ６は、支持部Ａ８，支持部Ｂ９で支持されている。ターゲット４と回転部Ａ５、回転部Ｂ６、および支持部Ａ８，支持部Ｂ９は同軸円筒状である。
【００１３】
真空チャンバ２の外側に配置された回転装置７が回転部Ａ５に接続され、回転装置７から回転部Ａ５に動力が伝達されると、回転部Ａ５が円筒ターゲット４、回転部Ｂ６とともに中心軸線Ｌを中心に回転する。ここでは、回転装置７はモーターである。
【００１４】
円筒ターゲット４には、ターゲット４内部の上方に中心軸線Ｌと平行に細長い形状の磁石１５がターゲット内壁と接しない様に近接して配置されている。磁石１５の磁極から出た磁場はターゲット４の厚み方向に貫通して、ターゲット４の外周面に磁場を形成している。円筒ターゲット４が中心軸線Ｌを中心に回転する際、磁石１５は真空チャンバ２に対して静止している構造となっている。
【００１５】
回転部Ａ５には電源装置１６から電圧が印加されることにより、ターゲット４と回転部Ｂ６に電圧が印加される。真空チャンバ２は接地電位に保持され、ターゲット４には負電圧が印加される。
【００１６】
ガス供給部１８から真空チャンバ２内にスパッタガスが供給される。ターゲット４がスパッタされるとスパッタ部の温度が上昇するため、冷却する必要がある。ターゲット４を冷却するため、給水管１０と排水管１１が設けられ、給水管１０からの冷却水１４が回転部Ａ５に設けられた給水孔１２からターゲット４の円筒内部に入り、回転部Ｂ６に設けられた排水孔１３から排水管１１を経て出て行くことにより、ターゲット４が冷却される。
【００１７】
ここで、図１のスパッタ装置１において、ターゲット４材料としてＡｌ合金を用いる。Ａｌ合金をＡｌ−Ｍｅと表したとき、Ｍｅの総計が１０ｗｔ％以下であるＡｌ−Ｍｅ合金（ただしＭｅは、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ，Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉのうちの１種以上である）である。
【００１８】
これにより、純Ａｌより高強度になるので、 ターゲットのたわみ、変形、疲労による破壊等の問題を解消でき、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。
【００１９】
図２は、図1のスパッタ装置を上（Ｄ１）から見た概略図である。ターゲット支持部２０、マスク２６、給水管１０、排水管１１、冷却水１４、回転装置７、電源装置１６、真空排気部１７、ガス供給部１８等は省略している。図２では構造が分かりやすいように、基板１９を破線で示す。ターゲット装置３（３−１から３−４まで）が真空チャンバ２の側壁に４セット接続されている。複数本ターゲットを備えているのは、基板１９に均一な膜厚で成膜するためである。
＜スパッタ装置の動作＞
本実施例のスパッタ装置１を用いて基板１９にアルミ合金（Ａｌ合金）を成膜する工程について以下説明する。
【００２０】
真空チャンバ２内は、真空排気部１７により２×１０-5Ｐａ程度に真空排気され、真空雰囲気が維持される。基板にＡｌ合金を成膜するので、ターゲット４はＡｌ合金である。いま、Ａｌ合金をＡ５０５２（Ｍｇ２．２−２．８％含む）とする。
【００２１】
真空チャンバ２内に基板１９を搬入し、Ａｌ合金製のターゲット４の外周面のうちスパッタされる部分と対面する位置に配置する。本実施例では、基板１９をターゲット４の上方に水平に（回転軸線Ｌに平行に）配置する。
【００２２】
冷却水１４が給水管１０から給水孔１２を経て円筒ターゲット４の内部に入り、排水孔１３から排水管１１を経て出て行く流れを継続することにより、ターゲット４が冷却され続ける。これにより、ターゲット４がスパッタされることによるスパッタ部の温度上昇を避けることができる。
【００２３】
ターゲット４、回転部Ａ５、回転部Ｂ６が回転しても支持部Ａ８，支持部Ｂ９、給水管１０、排水管１０はチャンバに対して静止している。ターゲット４と回転部Ａ５、回転部Ｂ６は、および給水管１０、排水管１１はそれぞれ図示されないシール部材(たとえばオーリング)で水密に接続され、水漏れしないようになっている。
【００２４】
支持部Ａ８は、回転部Ａ５を支えながら、回転部Ａ５が回転出来るようになっていて、かつ、回転部Ａ５と絶縁されている。すなわち、回転部Ａ５には負電圧が印加されるが、支持部Ａ８とは絶縁された構造を有する。さらに、支持部Ａ８は真空チャンバ２、給水管１０と気密に接続されており、真空チャンバ２が真空漏れすることがないようになっている。ターゲット４のもう一方の端にある支持部Ｂ９も真空チャンバ２、排水管１１と気密に接続されており、真空チャンバ２が真空漏れすることがないようになっている。ターゲット４と支持部Ｂ９の間にはベアリングのような、回転摩擦が小さい構造を有し、ターゲット４、支持部Ａ８、支持部Ｂ９が一体となって抵抗なく回転出来るようになっている。
【００２５】
回転装置７によりターゲット４を中心軸線Ｌを中心に回転させておく。本実施例では１０回転／分で回転させた。ターゲット４を回転させてターゲット４のスパッタされる部分をずらすことにより、回転しない場合に固定面がスパッタされる場合と比べ大幅に温度上昇を抑制することができる。このため、スパッタに大きな電力を投入でき、成膜レートを高くすることができる。
【００２６】
ガス供給部１８から真空チャンバ２内にスパッタガスを供給し、電源装置１６からターゲット４に負電圧を印加すると、スパッタガスはターゲット４の外周面上で電離されてプラズマが生成される。本実施例ではスパッタガスとしてＡｒを圧力０．４〜１．０Ｐａになるように供給し続け、ターゲット４に−５００Ｖ（一般に−４００〜−６００Ｖ）印加した。
【００２７】
ターゲット４内部の上方に中心軸線Ｌと平行にターゲット内壁と接しない様に近接して配置されている細長い形状の磁石１５の磁極から出た磁場が、ターゲット４の厚み方向に貫通して、ターゲット４の外周面上部に磁場を形成している。このため、この磁場にプラズマ中の荷電粒子（おもに電子）が捕捉され増倍されて、電子とＡｒの衝突で生成したＡｒイオンによりターゲット４外周面上部がスパッタされる。
【００２８】
ターゲット４は中心軸線Ｌを中心に回転しており、ターゲット４の外周面は周方向に均等にスパッタされ、ターゲット４の使用効率が高くなる。
【００２９】
ターゲット４の外周面の上部から発生したスパッタ粒子（Ａｌ）は、ターゲット４の上方に配置された基板１９の表面に到達して、基板１９表面に薄膜が形成される。
【００３０】
基板１９表面に所望の膜厚の薄膜を形成した後、ターゲット４への電圧印加を停止し、真空チャンバ２内の真空雰囲気を維持しながら成膜済みの基板１９を真空チャンバ２の外側へ搬出する。
【００３１】
次に、未成膜の基板１９を真空チャンバ２に搬入し上記成膜工程を繰り返す。
＜円筒ターゲットの疲労限度と応力の見積もり＞
本実施例のスパッタ装置１は、円筒ターゲット４のターゲット４材料として、純Ａｌの代わりにＡｌ合金（５０５２）を用いている。ターゲット４材料として純Ａｌを用いた場合と比較して、ターゲット４の疲労限度と応力の見積もりを行う。
【００３２】
ターゲット４は両端に設けられた支持部Ａ８と支持部Ｂ９の上に横置きにされているので、自重と内部の冷却水の重量によりターゲット４は曲げひずみを受ける。このときターゲット４上部は圧縮応力、下部は引張応力を受ける（図３）。ターゲット４は回転しているので、ターゲット４は圧縮応力と引張応力を回転の周期で長時間にわたり受けることになる。これは疲労試験のようなものとなる。したがって、中央部にかかる応力が安全係数を掛けて疲労限度に近くなったり越えたりする場合がある。これを避けるために、ターゲット４材料として純Ａｌの代わりにＡｌ合金（５０５２）を用いる。これにより、疲労限度を大きくすることが出来（高強度にすることが出来）、ターゲット４にかかる最大応力に対して疲労限度以下に抑えることができる。したがって、応力を疲労限度以下に抑えることができるので、回転曲げ疲れによる破壊を防止でき、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。
【００３３】
上記を具体的に検討する。ターゲット４が純アルミ（Ａｌ）の場合の具体的な曲げひずみ、応力、疲労限度の見積りを以下で行う。簡単のため、図１のターゲット装置３を図４のようにモデル化する。ターゲット４の両端が、台３０の上の支持部Ｒ３１、支持部Ｌ３２のみで支持されている。ターゲット４は、長さ２０００ｍｍ、外径Ｄ＝７５〜６１ｍｍ、内径Ｄ２＝５１ｍｍである。外径Ｄ＝７５〜６１ｍｍとは、スパッタが進むとターゲット４の外径Ｄは小さくなっていく。スパッタ前のターゲット外径Ｄが７５ｍｍで、外径Ｄが６１ｍｍにスパッタされるまで使用する、という意味である。
【００３４】
図５に示すように、ターゲット４中央部でのたわみをδｍａｘとする。図４の（内径Ｄ２＝５１ｍｍ、長さＬ＝２０００ｍｍの場合のδｍａｘの外径Ｄ依存を図６に示す。δｍａｘ（自重）は、ターゲット４円筒内に冷却水がない場合、δｍａｘ（自重＋水）はターゲット４円筒内に冷却水が満たされている場合である。これより、スパッタが進んで外径Ｄが小さくなった方が、たわみδｍａｘが大きくなることが分かる。そこで、最もたわみδｍａｘが大きくなるターゲット４の外径Ｄの最小径Ｄ＝６１ｍｍの場合のδｍａｘのターゲット４長さＬ依存を図７に示す。長さＬ＝１０００ｍｍに比べてＬ２０００ｍｍになるとたわみδｍａｘが急に大きくなることが分かる。ここで、
δｍａｘ  ∝  ｗＬ4／ＥＩ
ここで、
ｗ：単位長さ当たりの荷重
Ｌ：円筒長さ
Ｅ：ヤング率
Ｉ：断面２次モーメント
である。
【００３５】
純Ａｌの引張強度は６．９ｋｇ／ｍｍ2である。疲労限度を引張強度の０．５倍とすると、Ａｌの疲労限度は、３．４５ｋｇ／ｍｍ2である。安全係数を１／１０とすると、Ａｌの疲労限度は、０．３４５ｋｇ／ｍｍ2である。ターゲット４中央部で伸びをたわみδｍａｘと仮定する。このとき長さＬのターゲット中央部に働く平均せん断応力σは、ＥＧを縦弾性係数ヤング率とすると、
σ＝ＧＥ×δｍａｘ／（Ｌ/２）
である。ここで、ヤング率（縦弾性係数）をＥ、ポアソン比をｖとすると、
Ｇ＝Ｅ／２（１＋ｖ）
であり、純Ａｌのポアソン比ｖ＝０．３３であるので、
Ｇ＝Ｅ／２．６６
である。したがって、せん断応力σは、
σ＝０．７５Ｅ×δｍａｘ／Ｌ
となる。
Ｌ＝１０００、２０００ｍｍの場合のせん断応力σを計算すると、次のようになる。
【００３６】
Ｌ（ｍｍ）    σ（ｋｇ／ｍｍ２）
１０００      ０．２３２１７８
２０００      １．２６８０．９５１
これより、Ｌ＝１０００ｍｍのときのせん断応力σ＝０．２３２１７８ｋｇ／ｍｍ２は疲労限度０．３４６８ｋｇ／ｍｍ２以下であり、横置きの円筒ターゲットを用いたスパッタ装置として使用の製品として製作可能である。一方、Ｌ＝２０００ｍｍのときの応力σ＝１．２６８０．９５１ｋｇ／ｍｍ２は疲労限度０．３４６８ｋｇ／ｍｍ２以上となるので、横置きの円筒ターゲットを用いたスパッタ装置として使用の製品として製作不可能となる。
【００３７】
これに対して、Ａｌ合金(５０５２)では、以下のように疲労限度が大きくなる。すなわち、純ＡｌをＡｌ合金とすることにより、高強度になる。Ａｌ合金(５０５２)の場合、最大たわみδｍａｘはヤング率Ｅが純Ａｌと同じなので、純Ａｌと同じである。したがって、円筒ターゲット４の長さＬ＝２０００（ｍｍ）の場合、純Ａｌと同じく応力σ＝０．９５１ｋｇ／ｍｍ2である。一方、Ａｌ合金(５０５２)の引張強度は２９ｋｇ／ｍｍ2である。疲労限度を引張強度の０．５倍とすると、Ａｌの疲労限度は、１４．５ｋｇ／ｍｍ2である。安全係数を１／１０とすると、Ａｌの疲労限度は、１．４５ｋｇ／ｍｍ2である。これは、ターゲット４中央部にかかる応力σ＝０．９５１（ｋｇ／ｍｍ2）より大きい。すなわち、長さＬ＝２０００（ｍｍ）の円筒ターゲット４にかかるせん断応力を疲労限度以下とすることができる。
【００３８】
以上のように、円筒ターゲット４のターゲット材料を純ＡｌからＡｌ合金（５０５２）に変えることにより、疲労限度を大きくする（高強度にする）ことが出来、ターゲット４にかかる最大応力を疲労限度以下にすることができる。このように、応力を疲労限度以下にすることができるので、 回転曲げ疲れによる破壊を防止でき、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。
【００３９】
＜有機ＥＬ素子＞
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は表示装置や照明装置に用いられ、有機材料層（有機層）を陰極と陽極で挟んだサンドイッチ構造がガラス板やプラスチック板などの基板上に形成されたものである。この陰極と陽極に電圧を印加することにより各々から電子と正孔が有機層に注入され、それらが再結合して生じる励起子（エキシトン）の失活により発光する。
【００４０】
有機層に低分子材料を用いる場合は、蒸着装置を用いて成膜する。有機ＥＬ素子には、有機層の下にあるＴＦＴ基板を「底」と考え、光を下から取り出すボトムエミッション型と、上から取り出すトップエミッション型とがある。
【００４１】
一般に、電極には、陰極として金属材料、陽極として透明導電材料が用いられる。具体的には、陽極にはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）などが用いられる。陰極には、マグネシウム銀（ＭｇＡｇ）合金、アルミニウム（Ａｌ）などが用いられる。有機層や界面に損傷を与えないため、陰極の成膜装置として蒸着装置を用いる場合が多い。
【００４２】
図８は、有機ＥＬディスプレイ生産工程の一例を示した工程図である。有機層と有機層に流れる電流を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたＴＦＴ基板と、有機層を外部の湿気から保護する封止基板は別々に形成され、封止工程において組み合わされる。
【００４３】
図８のＴＦＴ基板の製造工程において、ウェット洗浄された基板に対してドライ洗浄を行う。ドライ洗浄は紫外線照射による洗浄を含む場合もある。ドライ洗浄されたＴＦＴ基板に先ず、ＴＦＴが形成される。ＴＦＴの上にパッシベーション膜および平坦化膜が形成され、その上に有機ＥＬ層の下部電極が形成される。下部電極はＴＦＴのドレイン電極と接続している。下部電極をアノードとする場合は、例えば、ＩＴＯ膜が使用される。
【００４４】
下部電極の上に有機ＥＬ層が蒸着により形成される。有機ＥＬ層は複数の層から構成される。下部電極がアノードの場合は、下から、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層である。このような有機ＥＬ層は蒸着装置による蒸着によって形成される。
【００４５】
有機ＥＬ層の上には、上部電極が金属蒸着または透明電極スパッタで形成される。有機ＥＬ表示装置がトップエミッションの場合は、上部電極にはＩＴＯ等の透明電極、あるいは、Ａｇ、ＭｇＡｇ等の金属あるいは合金が使用され、有機ＥＬ表示装置がボトムエミッションの場合は、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ等の金属膜が使用される。本実施例では、有機ＥＬ層が蒸着により形成された後、２０ｎｍ程度の薄さで蒸着により、ＡｌまたはＭｇＡｇ等がバッファ層として成膜される。これは、直接スパッタによる有機層へダメージを回避するためである。この後に、本実施例のスパッタ装置を用いて３００ｎｍ程度のＡｌを成膜し、上部電極の成膜が完成する。本実施例のスパッタ装置は、蒸着装置に比べて桁違いに成膜レート高く出来るので、蒸着装置を用いる場合に比べて、桁違いに成膜が速くなり、タクトタイム短縮、製造工程ラインの短縮化が可能となる。
【００４６】
図８の封止基板の製造工程において、ウェット洗浄およびドライ洗浄を行った封止基板に対してデシカント（乾燥剤）が配置される。有機ＥＬ層は水分があると劣化するので、内部の水分を除去するためにデシカントが使用される。
【００４７】
このように、別々に製造されたＴＦＴ基板と封止基板は封止工程において、組み合わされる。ＴＦＴ基板と封止基板をシール材で封止する。シール材に紫外線を照射して、シール材を硬化させ、封止を完了させる。このようにして形成された有機ＥＬ表示装置に対して点灯検査を行う。なお、封止基板が存在しない、いわゆる固体封止の有機ＥＬ表示装置の製造についても、本実施例の蒸着装置を使用できることは言うまでもない。また、本実施例で述べた有機ＥＬディスプレイ生産工程の一例は、以後説明する他の実施例についても適用できる。
【００４８】
本実施例の円筒スパッタ装置を使用することにより、疲労限度を越えていたターゲットにかかる最大応力を疲労限度以下に軽減することができ、 回転曲げ疲れによる破壊を防止できるので、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。それによって、大型基板への成膜を高レートで行うことができ、タクトタイムを短くすることができる効果がある。成膜を高レートで行うことができるので、有機ＥＬ等の成膜ラインの敷設面積を小さくすることが出来る効果もある。
【実施例２】
【００４９】
Ａｌ合金に、Ａｌより仕事関数の小さい材料を添加する。Ａｌの仕事関数[ｅＶ]は４．３ｅＶである。これより仕事関数の小さい添加材料としては、以下のものがある。
（１）アルカリ土類金属 （（）内に仕事関数[ｅＶ]を記す）：
Ｍｇ（３．６）, Ｃａ（２．７）, Ｓｒ（２．５）, Ｂａ（２．５）。
（２）アルカリ金属 
Ｌｉ（２．９）, Ｎａ（２．７）, Ｋ（２．３）, Ｒｂ（２．２）, Ｃｓ（２．１）。
【００５０】
これにより、純Ａｌより高強度になるので、 ターゲットのたわみ、変形、疲労による破壊等の問題を解消でき、 安定なロータリスパッタ装置が得られて、かつＡｌ合金陰極から有機ＥＬ層への電子注入障壁を下げ、有機ＥＬ素子の性能を向上できる効果がある。
【実施例３】
【００５１】
本実施例では、添加材として特にＭｇを添加し、その含有率を０．５ｗｔ％以上２．８ｗｔ％以下とする。Ｍｇは安価で比較的化学的に安定であり、Ａｌ合金としてはＭｇ含有率は０．５〜５ｗｔ％が存在する。Ｍｇの添加量が多いほど高強度になるが、一定以上で応力腐食割れの危険性が生じる。ターゲット４の中には冷却水と接しているので応力腐食割れの可能性がある。例えば、Ａ５０５２（Ｍｇ２．２−２．８ｗｔ％）は中間程度の強度（引張強度は純Ａｌが６８ＭＰａに対し１９５−２９０ＭＰａ）である。Ｍｇ含有率を０．５ｗｔ％以下では強度（引張強度）が小さい。Ａ５０８３（Ｍｇ３．５−４．５ｗｔ％）は高強度であるが、応力腐食割れの危険性がある。そこで、Ｍｇ含有率を０．５ｗｔ％から２．８ｗｔ％とする。これにより、純Ａｌより高強度になるので、 ターゲットのたわみ、変形、疲労による破壊等の問題を解消でき、かつ応力腐食割れの危険性を避けることができるので、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。
【００５２】
また、ＭｇＡｇバッファ層を用いた場合、そこからＡｌへの元素拡散抑制、微細な突起形成の防止、短絡防止、鏡面反射率向上が出来る効果もある。しかもコスト増にならない。
【００５３】
以上のように、Ａｌ合金を用いることにより、高強度な円筒ターゲットが得られるので、ある程度長いターゲットを有する安定な円筒（ロータリ）スパッタ装置が得られる。
【実施例４】
【００５４】
図９は実施例４に係るスパッタ装置の概略構成を示す図である。第１の実施例と異なる部分のみを説明する。
【００５５】
本実施例のスパッタ装置１は、円筒ターゲット４の中央付近にターゲット支持部２０を有する。ここではターゲット４の中間位置でターゲット４の重量を支える場合を示すが、ターゲット４が支持されている２点間（支持部ＡＢ間）のどこかにターゲット支持部２０を備えて、ターゲット４を少なくとも３点で支持すればよい。
【００５６】
ターゲット支持部２０は、ターゲット４の重量を直接支える円柱状の支持ローラ２１と支持ローラの中心に固定され回転軸となる支持ローラ軸２２と、支持ローラを支えるローラ支持部２３と、絶縁板２４を介して真空チャンバ２の底面に固定された高さ調整装置２５を有する。ターゲット４と接触する支持ローラ２１は、ターゲット４の回転を阻害しないために、自由に回転する回転体となっている。高さ調整装置２５はターゲット４がたわまないように、即ちターゲット４の軸が直線状になるように高さを調整するものであり、支持ローラ２１を上下に移動させることができるものであればよい。さらに、支持ローラ２１がターゲット４と接触する部分に、ターゲット４上部を覆うマスク２６を設け、真空チャンバ２と同電位(接地)とする。
＜スパッタ装置の動作＞
実施例１と同様である。
＜ターゲット両端の間の支持部＞
本実施例のスパッタ装置１は、円筒ターゲット４の中央にターゲット支持部２０を有し、ターゲット４の重量を支える。ターゲット支持部２０は、ターゲット４の重量を直接支える円柱状の支持ローラ２１と支持ローラの中心に固定された支持ローラ軸２２、支持ローラを支えるローラ支持部２３と、絶縁板２４を介して真空チャンバ２の底面に固定された高さ調整装置２５を有する。
【００５７】
ターゲット４は横置きであるので、自重と内部の冷却水の重量によりターゲット４は曲げひずみを受ける。このときターゲット４上部は圧縮応力、下部は引張応力を受ける（図３）。ターゲット４は回転しているので、ターゲット４は圧縮応力と引張応力を回転の周期で長時間にわたり受けることになる。これは疲労試験のようなものとなる。したがって、中央部にかかる応力が安全係数を掛けて疲労限度に近くなったり越えたりする場合がある。これを避けるために、ターゲット４中央部をターゲット支持部２０で支えることにより、中央部での曲げひずみを極力抑えるように、高さ調整装置２５を用いて支持ローラ２１のターゲット４外周と接する上面高さを調整する。これにより、最大の応力がかかっていたターゲット４中央部の応力を０に近くすることができる。これにより、疲労限度を越えていたターゲット４にかかる最大応力を疲労限度以下に大幅に軽減することができる。したがって、応力を疲労限度以下に抑えることができるので、回転曲げ疲れによる破壊を防止でき、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。
【００５８】
上記を具体的に検討する。ターゲット４が純アルミ（Ａｌ）の場合の具体的な曲げひずみ、応力、疲労限度の見積りを以下で行う。簡単のため、図１のターゲット装置３を図１０のようにモデル化する。すなわち、(ケース１)では、ターゲット４の両端が、台３０の上の支持部Ｒ３１、支持部Ｌ３２のみで支持されている。(ケース２)では、上記に加えて、ターゲット４の中央部が支持部Ｍ３３で支持されている。ターゲット４は、長さ２０００ｍｍ、外径Ｄ＝７５〜６１ｍｍ、内径Ｄ２＝５１ｍｍである。外径Ｄ＝７５〜６１ｍｍとは、スパッタが進むとターゲット４の外径Ｄは小さくなっていく。スパッタ前のターゲット外径Ｄが７５ｍｍで、外径Ｄが６１ｍｍにスパッタされるまで使用する、という意味である。
【００５９】
図５に示すように、ターゲット４中央部でのたわみをδｍａｘとする。図１０の（ケース１）で、内径Ｄ２＝５１ｍｍ、長さＬ＝２０００ｍｍの場合のδｍａｘの外径Ｄ依存を図６に示す。δｍａｘ（自重）は、ターゲット４円筒内に冷却水がない場合、δｍａｘ（自重＋水）はターゲット４円筒内に冷却水が満たされている場合である。これより、スパッタが進んで外径Ｄが小さくなった方が、たわみδｍａｘが大きくなることが分かる。そこで、最もたわみδｍａｘが大きくなるターゲット４の外径Ｄの最小径Ｄ＝６１ｍｍの場合のδｍａｘのターゲット４長さＬ依存を図７に示す。長さＬ＝１０００ｍｍに比べてＬ２０００ｍｍになるとたわみδｍａｘが急に大きくなることが分かる。ここで、
δｍａｘ  ∝  ｗＬ4／ＥＩ
ここで、
ｗ：単位長さ当たりの荷重
Ｌ：円筒長さ
Ｅ：ヤング率
Ｉ：断面２次モーメント
である。
【００６０】
純Ａｌの引張強度は６．９ｋｇ／ｍｍ2である。疲労限度を引張強さの０．５倍とすると、Ａｌの疲労限度は、３．４５ｋｇ／ｍｍ2である。安全係数を１／１０とすると、Ａｌの疲労限度は、０．３４５ｋｇ／ｍｍ2である。(ケース１)での、ターゲット４中央部で伸びをたわみδｍａｘと仮定する。このとき長さＬのターゲット中央部に働く平均せん断応力σは、ＥＧを縦弾性係数ヤング率とすると、
σ＝ＧＥ×δｍａｘ／（Ｌ/２）
である。ここで、ヤング率（縦弾性係数）をＥ、ポアソン比をｖとすると、
Ｇ＝Ｅ／２（１＋ｖ）
であり、純Ａｌのポアソン比ｖ＝０．３３であるので、
Ｇ＝Ｅ／２．６６
である。したがって、せん断応力σは、
σ＝０．７５Ｅ×δｍａｘ／Ｌ
となる。
Ｌ＝１０００、２０００ｍｍの場合のせん断応力σを計算すると、次のようになる。
【００６１】
Ｌ（ｍｍ）    σ（ｋｇ／ｍｍ２）
１０００      ０．２３２１７８
２０００      １．２６８０．９５１
これより、Ｌ＝１０００ｍｍのときのせん断応力σ＝０．２３２１７８ｋｇ／ｍｍ２は疲労限度０．３４６８ｋｇ／ｍｍ２以下であり、横置きの円筒ターゲットを用いたスパッタ装置として使用の製品として製作可能である。一方、Ｌ＝２０００ｍｍのときの応力σ＝１．２６８０．９５１ｋｇ／ｍｍ２は疲労限度０．３４６８ｋｇ／ｍｍ２以上となるので、横置きの円筒ターゲットを用いたスパッタ装置として使用の製品として製作不可能となる。
【００６２】
これに対して、(ケース２)では、ターゲット４中央部に支持部Ｍ３３を設ける。支持部Ｍ３３の高さは支持部Ｒ３１、支持部Ｌ３２と同じになるように調整する。実際には、図１の高さ調整装置２５を用いて高さ調整する。これにより、ターゲット４中央部（左右両端から１０００ｍｍの位置）でのたわみδｍａｘをほぼ０にすることができる。この場合、最大たわみδｍａｘは支持部Ｌ３２と支持部Ｍ３３の中央部、および支持部Ｍ３３と支持部Ｒ３１の中央部になる。いずれもＬ＝１０００ｍｍの場合のたわみと同等になるので、上記のようにせん断応力σ＝０．１７８ｋｇ／ｍｍ2となり、疲労限度以下とすることができる。
【００６３】
また、マスク２６は接地電位でターゲット４上部を覆っているので、ターゲット４のこの部分はマスクされ、スパッタされない。ゆえに、ターゲット４のこの部分の外径Ｄは初期値のままＤ＝７５ｍｍを維持する。したがって、ターゲット４へのスパッタが進み、他の部分の外径が小さくなっても、この部分の外径が変わらないので、ターゲット支持部２０の支持ローラ２１の高さを時間的に変える必要がない。初期に高さ調整装置２５で正確に高さを調整すれば、ターゲット４を使い終えるまで、高さ調整が不要である効果がある。
【００６４】
以上のように、最大の応力がかかっていたターゲット４中央部の応力を０に近くすることができる。これにより、疲労限度を越えていたターゲット４にかかる最大応力を疲労限度以下に軽減することができる。このように、応力を疲労限度以下に抑えることができるので、 回転曲げ疲れによる破壊を防止でき、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。
【００６５】
上記では、円筒ターゲット４中央部に支持体Ｍ３３を配置する場合を述べたが、これに限らず、両端の間に支持体を複数配置してもよい。例えば同じ外径、内径のＡｌターゲットで長さを３０００ｍｍにした場合、１０００ｍｍおきに２つの支持体を配置する、などである。
【００６６】
また、上記では、円筒ターゲット４のターゲット材料として純Ａｌを用いたが、Ａｌ合金でもよい。ターゲット支持部２０を合わせ持つことにより、より安定な円筒（ロータリ）スパッタ装置が得られるとともに、さらに長く細い円筒ターゲットを実現することもできる効果がある。
【００６７】
上記では、ターゲット４として純Ａｌの場合を述べたが、純Ａｌに限定されない。純Ａｌ以外、例えば無酸素銅などの場合でも、外径Ｄが小さく、薄く、長くなれば、両端のみの支持では疲労限界以上になる場合もあり得る。そのような場合は、上記と同様な方法で、ターゲット両端の間の位置に１個以上の支持体を設けることで、同様な効果を得ることができる。
【００６８】
本実施例の円筒スパッタ装置を使用することにより、疲労限度を越えていたターゲットにかかる最大応力を疲労限度以下に軽減することができ、 回転曲げ疲れによる破壊を防止できるので、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。それによって、大型基板への成膜を高レートで行うことができ、タクトタイムを短くすることができる効果がある。成膜を高レートで行うことができるので、有機ＥＬ等の成膜ラインの敷設面積を小さくすることが出来る効果もある。
【実施例５】
【００６９】
図１１（ａ）は、実施例５に係るスパッタ装置の構成を示す図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のカバー周辺の斜視図である。第４の実施例と異なる部分のみを説明する。ターゲット支持部２０の、支持ローラ２１が回転する部分を覆うようにカバー２７を設けた。図１１（ｂ）に示したように、カバー２７中央部のターゲット４と支持ローラ２１が接する部分には隙間２８が開いている。カバー２７がない場合、ターゲット４がスパッタされる際、何らかの異物が支持ローラ２１に付着して支持ローラ表面がでこぼこになったり、支持ローラ軸２２に付着して支持ローラの回転に不具合が発生したりする可能性がある。カバー２７を設けることにより、上記異物付着によるターゲット支持部の不具合を防止できる効果がある。
【００７０】
また、上記実施例において、ターゲット支持部２０に絶縁板２４を設けて接地電位の真空チャンバ２と絶縁していたが、この絶縁方法は、これに限定されない。例えば、絶縁板２４を無くし、支持ローラ２２を絶縁体としてもよい。また、高さ調整装置２５とローラ支持部２３を別物としていたが、一体物としてもよい。これにより、ターゲット支持部の２０の構造がより簡単になる。
【００７１】
また、図１２に示すように、ターゲット支持部２０の、支持ローラ２１が回転する部分とともに、絶縁板２４をも覆うようにカバー２７を設けてもよい。この場合、カバー２７は高さ調整装置２５に固定され、高さ調整装置２５、真空チャンバ２と同じグランド電位とする。このようなカバー２７を設けることにより、上記異物、スパッタ粒子等の付着によるターゲット支持部の不具合とともに、絶縁板２４表面へのスパッタ膜付着による短絡を防止できる効果がある。
【実施例６】
【００７２】
図１３は実施例６に係るスパッタ装置の概略構成を示す図である。第４の実施例と異なる部分のみを説明する。支持部Ａ８、支持部Ｂ９等は概念的な図に置き換えられ、冷却水の経路等の図は省略されている。本実施例では、１本の長い円筒ターゲットの両端の間に支持体を置いて支えるのではなく、複数本の短いターゲットを縦に配列する。短いターゲットとは、実施例１で説明した疲労限度を超えないターゲットの外径と長さを持った円筒ターゲット４１、４２のことである。ターゲット４１、４２の一端は真空チャンバに接続された支持部Ａ８、支持部Ｂ９により支持されている。ターゲット４１、４２の他端は、それぞれ支持部Ａ８１、支持部Ｂ９１で支持されている。それぞれのターゲット４１、４２は純Ａｌであり、長さＬは１０００ｍｍ、内径Ｄ２＝５１ｍｍ、外径Ｄ＝７５ｍｍから６１ｍｍである（長期にわたるスパッタ前後の外径）。このため、ターゲット４１、４２には疲労限度以下の応力しか働かない。このため、回転曲げ疲れによる破壊を防止でき、安定なロータリスパッタ装置が得られる効果がある。さらに、支持部Ａ８１、支持部Ｂ９１は、実施例４のように高精度に高さ調整する必要がない利点もある。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・スパッタ装置
２・・・真空チャンバ
３・・・ターゲット装置
４・・・ターゲット
５・・・回転部Ａ
６・・・回転部Ｂ
７・・・回転装置
８・・・支持部Ａ
９・・・支持部Ｂ
１０・・・給水管
１１・・・排水管
１２・・・給水孔
１３・・・排水孔
１４・・・冷却水
１５・・・磁石
１６・・・電源措置
１７・・・真空排気部
１８・・・ガス供給部
１９・・・基板
２０・・・ターゲット支持部
２１・・・支持ローラ
２２・・・支持ローラ軸
２３・・・ローラ支持部
２４・・・絶縁板
２５・・・高さ調整装置
２６・・・マスク
２７・・・カバー
２８・・・隙間
【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（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２】
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【図１３】
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