JP5026087B2 - スパッタリング装置、透明導電膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はスパッタリング技術にかかり、特に、成膜面のダメージが少ないスパッタリング装置と、透明導電膜の製造方法に関する。

有機ＥＬ素子は表示素子として近年着目されている。
図９は、有機ＥＬ素子の構造２０１の構造を説明するための模式的な断面図である。

この有機ＥＬ素子２０１は、基板２１１上に、下部電極２１４と、有機層２１７、２１８と上部電極２１９とがこの順序で積層されており、下部電極２１４と上部電極２１９の間に電圧を印加すると、有機層２１７、２１８の内部又は界面で発光する。上部電極２１９をＩＴＯ膜(インジウム錫酸化物膜)等の透明導電膜で構成すると、発光光は上部電極２１９を透過し、外部に放出される。

上記のような上部電極２１９の形成方法は主に蒸着法が用いられている。

蒸着法では、蒸着源から昇華または蒸発によって放出される粒子は、中性の低エネルギー（数ｅＶ程度）粒子であるので、有機ＥＬ素子の陰極や保護膜を形成する場合は、有機膜にダメージを与えず、良好な界面を形成できるといったメリットがある。

しかし、蒸着法では有機膜との密着性が悪いため、ダークスポットが発生したり長期駆動により電極が剥離してしまうといった不具合が生じている。

また、生産性の観点からは、点蒸発源のため大面積では膜厚分布がとりづらいといった問題や、蒸発ボートの劣化や蒸発材料の連続供給が困難なため、メンテナンスサイクルが短いなどの問題がある。

上記の問題を解決する手法としてスパッタ法が提案されているが、成膜対象物をターゲットに正対させる平行平板型のスパッタ法では、有機層上にアルミニウムの上部電極を形成した場合、有機ＥＬデバイスの駆動テストで発光開始電圧が著しく高くなったり、発光しないという不具合が生じている。これはスパッタ法ではプラズマ中の荷電粒子（Ａｒイオン、２次電子、反跳Ａｒ）や高い運動エネルギーを持ったスパッタ粒子が有機膜上へ入射するために、有機膜の界面を破壊して、電子の注入がうまく出来なくなるからである。

そこで従来技術でも対策が模索されており、図１０に示すようなスパッタ装置１１０が提案されている。

このスパッタ装置１１０は、真空槽１１１を有しており、該真空槽１１１内には、二台のターゲット１２１ａ、１２１ｂが裏面をバッキングプレート１２２ａ、１２２ｂに取りつけられ、表面は互いに一定距離だけ離間して平行に対向配置されている。

バッキングプレート１２２ａ、１２２ｂの裏面には、真空槽１１１の側壁の外側に磁石部材１１５ａ、１１５ｂが配置されている。

磁石部材１１５ａ、１１５ｂは、ヨーク１２９ａ、１２９ｂにリング状の磁石１２３ａ、１２３ｂが取りつけられている。

各磁石１２３ａ、１２３ｂは、それぞれ一方の磁極をターゲット１２１ａ、１２１ｂに向け、他方の磁極をターゲットとは反対方向に向けて配置されており、且つ、二個の磁石１２３ａ、１２３ｂは、異なる極性の磁極がターゲット１２１ａ、１２１ｂに向けられている。要するに、一方の磁石１２３ａが、ターゲット１２１ａにＮ極を向けている場合、他方の磁石１２３ｂは、ターゲット１２１ｂにＳ極を向けている。

真空排気系１１６によって真空槽１１１内を真空排気し、ガス導入系１１７からスパッタリングガスを導入し、ターゲット１２１ａ、１２１ｂに電圧を印加すると、ターゲット１２１ａ、１２１ｂで挟まれた空間にスパッタリングガスのプラズマが発生し、ターゲット１２１ａ、１２１ｂの表面がスパッタされる。

ターゲット１２１ａ、１２１ｂで挟まれた空間の側方には、成膜対象物１１３が配置されており、ターゲット１２１ａ、１２１ｂから斜めに飛び出し、真空槽１１１内に放出されたスパッタリング粒子によって、成膜対象物１１３表面に薄膜が形成される。

このスパッタ装置１１０では、二個の磁石１２３ａ、１２３ｂが形成する磁力線によってターゲット１２１ａ、１２１ｂが向かい合う空間が取り囲まれており、プラズマは磁力線１３１によって閉じこめられるため、成膜対象物１１３はプラズマに曝されず、成膜対象物１１３表面に露出する有機薄膜がダメージを受けない。

また、ターゲットから斜め方向に飛び出した小さいエネルギーのスパッタリング粒子によって成膜されるため、成膜対象物の表面に露出している薄膜へのダメージが少ないという利点がある。
特開平１０−２５５９８７号公報

上述のスパッタ装置１１０を用い、連続的に成膜対象物表面に薄膜を形成しようとする場合、成膜面をターゲット１１５ａ、１１５ｂに向け、ターゲット１１５ａ、１１５ｂの側方をゆっくり通過させる通過成膜方法を適用すればよい。

しかしながら、ターゲット１１５ａ、１１５ｂから離れた位置で成膜された膜、即ち、成膜対象物に斜めに入射して成膜された膜は抵抗が大きく、透過率が低いという問題が発見された。

本発明の発明者等は、ターゲットを対向させて通過成膜によって透明導電膜を形成する場合、成膜対象物がターゲットから離れた位置で成膜された成分を含むと、比抵抗の増大や透過率の低下をもたらすことを見いだした。

これは対向したターゲット間の外側で形成される薄膜は斜めの入射成分が多く、ポーラスな膜だからである。

本発明は上記知見に基づいて創作されたものであり、真空槽と、前記真空槽内を真空排気する真空排気系と、前記真空槽内にスパッタリングガスを導入するスパッタリングガス導入系と、前記真空槽内に表面が所定間隔を開けて配置された第一、第二のターゲットと、成膜対象物の成膜面が前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間に向いた状態で、前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過するように前記真空槽内の搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、前記第一、第二のターゲットと前記搬送経路の間に配置され、前記第一、第二のターゲットから放出され、前記搬送経路方向に飛行するスパッタリング粒子が通過する放出孔を有する遮蔽物とを有し、前記第一、第二のターゲットは透明導電材料で構成され、前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの表面が位置する平面を垂直に通過する方向に搬送され、前記成膜対象物の成膜面に透明導電膜を形成するスパッタリング装置であって、前記放出孔の前記搬送経路に沿った方向の幅が、前記第一、第二のターゲットの表面間の距離の１．２倍以下であるスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽には、酸素ガスを導入する反応ガス導入系が接続されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽内には、第三のターゲットが表面を前記搬送経路に向けて配置され、前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過した後、前記第三のターゲットの表面に対向しながら通過するように構成されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記第一、第二、第三のターゲットは透明導電材料で構成されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、前記真空槽には、酸素ガスを導入する反応ガス導入系が接続されたスパッタリング装置である。
また、本発明は、真空槽内に、透明導電材料から成る第一、第二のターゲットを、表面が所定間隔を開けて配置して前記第一、第二のターゲットをスパッタリングし、前記真空槽内の搬送経路に沿って成膜対象物を搬送し、前記成膜対象物の成膜面が前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間に向いた状態で、前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過するように前記真空槽内の搬送経路に沿って搬送し、前記成膜対象物の成膜面に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造方法であって、前記第一、第二のターゲットと前記搬送経路の間に遮蔽物を配置し、前記第一、第二のターゲットから放出されたスパッタリング粒子を、前記遮蔽物に形成された放出孔を通過させ、前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの表面が位置する平面を垂直に通過するように搬送させ、前記スパッタリング粒子を前記成膜対象物に入射させる透明導電膜の製造方法において、前記放出孔の前記搬送経路に沿った方向の幅を、前記第一、第二のターゲットの表面間の距離の１．２倍以下にする透明導電膜の製造方法である。
また、本発明は、前記真空槽内に透明導電材料から成る第三のターゲットを、その表面を前記搬送経路に向けて配置し、前記成膜対象物の前記成膜面が、前記第三のターゲットの表面に対向しながら通過させ、前記第一、第二のターゲットによって形成された透明導電膜表面に、前記第三のターゲットによって形成された透明導電膜を積層させる透明導電膜の製造方法である。
また、本発明は、前記真空槽内に酸素ガスを導入しながら前記第一、第二のターゲットをスパッタリングする透明導電膜の製造方法である。

本発明によれば、膜厚分布が均一で、比抵抗が小さく、透過率の大きな透明導電膜が得られる。

また、下層に形成したダメージの少ない透明導電膜の上に、高成膜レートで形成した透明導電膜を積層させることができる。特に、有機薄膜上にＩＴＯ薄膜を積層する場合に有機薄膜のダメージが少なく、発光量が多く、長寿命の有機ＥＬ素子が得られる。

本発明のスパッタリング装置と、成膜工程を説明するための図(１) 本発明のスパッタリング装置と、成膜工程を説明するための図(２) 本発明のスパッタリング装置と、成膜工程を説明するための図(３) (ａ)、(ｂ)：第一、第二の磁石部材の磁力線を説明するための図 本発明のスパッタリング装置の他の例を説明するための図 (ａ)〜(ｄ)：第一、第二の磁石部材の磁石配置の例 (ａ)〜(ｃ)：第一、第二の磁石部材が直線上を移動する場合の相対的な位置関係を説明するための図であり、一周期の移動を示す (ａ)〜(ｈ)：第一、第二の磁石部材が楕円上を移動する場合の相対的な位置関係を説明するための図であり、一周期の移動を示す 有機ＥＬ素子の構造を説明するための模式的な断面図 従来技術のスパッタリング装置を説明するための図 本発明のスパッタリング装置を用いて成膜したＩＴＯ薄膜のターゲットに垂直な方向の膜厚分布 本発明のスパッタリング装置を用いて成膜したＩＴＯ薄膜のターゲットに平行な方向の膜厚分布 本発明のスパッタリング装置を用いて成膜したＩＴＯ薄膜のターゲットに垂直な方向の比抵抗分布 本発明のスパッタリング装置を用いて成膜したＩＴＯ薄膜のターゲットに平行な方向の比抵抗分布 本発明のスパッタリング装置を用いて成膜したＩＴＯ薄膜のターゲットに垂直な方向の透過率分布

符号の説明

５……成膜対象物
１０……スパッタリング装置
１１……真空槽
１４……搬送経路
１５ａ、１５ｄ……第一の磁石部材
１５ｂ、１５ｅ……第二の磁石部材
１８……反応ガス導入系
２１ａ……第一のターゲット
２１ｂ……第二のターゲット
２１ｃ……第三のターゲット
３１、３３……遮蔽物(３１……遮蔽板、３３……筒)

＜実施例＞
図１の符号１０は、本発明の一例のスパッタリング装置を示している。
このスパッタリング装置１０は、真空槽１１を有している。真空槽１１は、不図示のＬ／ＵＬ室とゲートバルブ３９を介して接続されている。符号４９は、搬出に使用するゲートバルブである。

Ｌ／ＵＬ室は、成膜対象物を保持するキャリアの仕込みと取り出しを行うように構成されており、Ｌ／ＵＬ室内に配置されたキャリアに成膜対象物を保持させ、Ｌ／ＵＬ室を大気から遮断した後、ゲートバルブ３９を開け、キャリアと共に成膜対象物を真空槽１１の内部に搬入する。

真空槽１１の内部には、キャリアを搬送するための搬送機構が取り付けられている。図１の符号１４はその搬送機構によってキャリアが移動される搬送経路を示しており、ここでは搬送経路１４は直線であり、符号１３は、搬送経路１４上に位置するキャリアを示している。このキャリア１３には、成膜対象物５が保持されており、搬送経路１４に従い、真空槽１１の内部を真っ直ぐ搬送されるように構成されている。

真空槽１１の内部には、第一のスパッタ室１６が設けられている。
第一のスパッタ室１６内には、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂが配置されている。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは板状であり、裏面はバッキングプレート２２ａ、２２ｂに取りつけられている。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは、表面同士が向き合って所定間隔を開けて平行に配置されている。

各ターゲット２１ａ、２１ｂの裏面側には、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂがそれぞれ配置されている。ここでは、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは真空槽１１の外部に位置しているが、真空槽１１の内部に位置していてもよい。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの平面図を図６(ａ)に示す。図１及び後述する図２、及び図３に示した第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、図６(ａ)のＡ−Ａ線切断面図に相当する。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、第一、第二のヨーク２９ａ、２９ｂを有しており、該第一、第二のヨーク２９ａ、２９ｂの表面に、リング形状の第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂがそれぞれ配置されている。

第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂは、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの外周よりも内側に位置しており、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの縁に沿って配置されている。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは長方形であり、従って、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂは、四角リング形状になっている。

第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂは、互いに異なる磁極が第一又は、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ側に向けられている。

図４(ａ)の符号４２は、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂによって形成される磁力線を示している。

第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの間に形成される磁力線４２は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面を取り囲み、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ間にプラズマが形成されたときに、そのプラズマが、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間から外側に漏出しないようになっている。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは同じ形状(長方形)であり、互いに平行に、且つ、輪郭が重ね合うように配置されている。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの長辺は、キャリア１３の搬送経路１４に向けられている。

他方の長辺は第一のスパッタ室１６の壁面に向けられている。その長辺が向けられた壁面には、反応ガス導入系１８と、不図示のスパッタリングガス導入系とが接続され、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間に反応性ガスとスパッタリングガスを導入できるように構成されている。ここでは反応性ガスは酸素ガスであり、スパッタリングガスはアルゴンガスである。同じ導入系から反応ガスとスパッタリングガスを導入してもよい。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面は、キャリア１３の搬送経路１４に対して垂直に配置されている。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂと搬送経路１４の間には、遮蔽板３１が配置されている。遮蔽板３１には、遮蔽板３１の厚み方向を貫通する放出孔３２が形成されており、従って、放出孔３２も、搬送経路１４と第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間に位置している。

また、遮蔽板３１は搬送経路１４に対して平行であり、従って、放出孔３２も搬送経路１４と平行になっている。

放出孔３２の縁は、互いに平行な二本の直線状の辺３４ａ３４ｂを有している。その二辺３４ａ、３４ｂは、搬送経路１４に対して垂直な平面内に位置しており、一方の辺３４ａが、成膜対象物５の移動の上流側、他方の辺３４ｂが下流側に位置している。

図１の符号Ｗは、二辺３４ａ、３４ｂの間の距離、即ち、放出孔３２の幅を示している。

図１の符号Ｔは、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面がそれぞれ位置する二平面で挟まれた範囲の距離、即ち、ターゲット間距離Ｔであり、符号３８は、放出孔３２及び、前記二平面で挟まれた範囲の中心線である。

後述するように、幅Ｗが、Ｗ≦Ｔ×１．６ 望ましくはＷ≦Ｔ×１．２ を満たす場合に、放出孔３２を通過したスパッタリング粒子によって、膜質のよい透明導電膜を形成することができる。

放出孔３２と第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間は、筒３３で覆われており、遮蔽板３１と筒３３とで遮蔽物が構成されている。この遮蔽物により、放出孔３２を通過するスパッタリング粒子だけが成膜対象物５に到達し、成膜対象物５に斜めに入射する方向に飛行するスパッタリング粒子は遮蔽され、成膜対象物５に到達しないようになっている。

放出孔３２を通過したスパッタリング粒子以外の粒子が成膜対象物５に到達しなければ、筒３３を設けなくても同じ効果が得られる。

次に、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂを説明すると、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂには不図示の移動装置が接続されており、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して相対的に移動するように構成されている。

その結果、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面を磁力線が移動し、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面のエロージョン領域が拡大するようになっている。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの長手方向に対して垂直(即ち、短辺方向に対して平行)な方向であり、エロージョン領域ができるだけ広くなるようにされている。

また、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、所定の範囲を同一周期で繰り返し往復移動するように構成されており、且つ、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの移動は、半周期ずらされている。

従って、図２に示すように、第一の磁石部材１５ａがキャリア１３の搬送経路１４に対して最も近づいたときには第二の磁石部材１５ｂは、キャリア１３の搬送経路１４から最も遠ざかり、その逆に、図３に示すように、第一の磁石部材１５ａがキャリア１３の搬送経路１４から最も遠ざかったときには第二の磁石部材１５ｂは、キャリア１３の搬送経路１４に最も近づく。

図７(ａ)〜(ｃ)は、半周期ずれた第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの相対的な位置関係を示しており、符号４５は、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動方向を示しており、直線上を周期的に移動する。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動により、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ表面のスパッタ量が多い部分も交互に搬送経路１４に近づくようになり、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂから飛び出し、放出孔３２を通って搬送経路１４上を移動上の成膜対象物５の表面に入射するスパッタリング粒子は、一方のターゲットからの入射量が多いときは他方のターゲットからの入射量は少なくなり、その結果、成膜対象物５に入射するスパッタリング粒子の量が平均化されるようになっている。

ここでは、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｃの移動範囲は第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの裏面から一部がはみ出す範囲であり、往復移動の距離は、互いに等しくされている。

図７(ａ)〜(ｃ)は、半周期ずれた第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの相対的な位置関係を示しており、符号４５は、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動方向を示しており、移動の一例として、直線上を周期的に移動する場合が示されている。

このスパッタリング装置１０を用い、成膜対象物５表面に薄膜を形成する工程を説明する。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂ、及び後述する第三のターゲット２１ｃには、透明導電材料で構成されたターゲットを用いる。ここでは、透明導電材料として、ＩＴＯを用いた。

先ず、真空槽１１に接続された真空排気系１９を動作させ、真空槽１１内部を所定圧力まで真空排気し、真空槽１１内に反応性ガス(酸素ガス)とスパッタリングガス(アルゴンガス)を導入し、第一のスパッタ室１６の内部が所定圧力で安定した後、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに交流電圧又は直流電圧を印加すると、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間にプラズマが形成される。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂを上記のように移動させ、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面をスパッタリングすると、スパッタリング粒子の一部は放出孔３２を通って成膜対象物５の搬送経路１４に到達する。

この状態でキャリア１３を搬送経路１４に沿って移動させる。図１の状態では、成膜対象物５は、放出孔３２に面しておらず、放出孔３２を通過したスパッタリング粒子は成膜対象物５には到達できない。

図２は、図１の状態から成膜対象物５が下流側方向に移動し、成膜対象物５の上流側の一部が放出孔３２に面し、残りの下流側の部分が放出孔３２に面しておらず、遮蔽板３１に面している。

図２の符号Ａは下流側に位置し、放出孔３２に面する部分、符号Ｂは、上流側に位置し、放出孔３２と未だ面していない部分を示している。

遮蔽板３１の表面と成膜対象物５の表面との距離は可及的に短くなるように構成されており、具体的には、０．５ｃｍ以上、１０ｃｍ以下の範囲に設定されている。

その構成により、放出孔３２を通過するスパッタリング粒子は、成膜対象物５のうちの放出孔３２に面する部分に入射し、面しない部分には実質的に入射しない。

放出孔３２の搬送経路１４に垂直な二辺３４ａ、３４ｂの長さは成膜対象物５の成膜領域の、搬送経路１４に垂直な方向の長さよりも長くなっており、成膜対象物５が、放出孔３２と面する位置を通過する間に、成膜領域の隅々までスパッタリング粒子が到達する。

酸素ガスは必要に応じて供給される。ここでは、反応ガス導入系１８から酸素ガスが供給されており、成膜対象物５表面には、酸素が補充されながら透明導電膜(ここではＩＴＯ薄膜)が形成される。

成膜対象物５の表面に入射するスパッタリング粒子は第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面から斜め方向に飛び出した粒子であり、そのエネルギーは小さいため、成膜対象物５の表面にダメージを与えることなく薄膜が形成される。

また、成膜対象物５が放出孔３２と面しないうちは、スパッタリング粒子は入射せず、従って、成膜対象物５には、略垂直に入射するスパッタリング粒子が多い。

また、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂをスパッタリングするプラズマ及び電子は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間に閉じこめられており、成膜対象物５がプラズマや電子に曝されないので、成膜対象物５表面がプラズマや電子によってダメージを受けない。

成膜対象物５を移動させながら成膜する場合、形成する薄膜の全膜厚分を、対向する第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで成膜するのは非効率であり、下地膜へのダメージ回避が目的であれば、成膜の初期だけダメージを回避する方法で成膜し、残りの膜厚は成膜レートが大きい平行平板型スパッタリング法によって成膜した方が効率的である。

このスパッタリング装置１０では、成膜対象物５の搬送経路１４の第一のスパッタ室１６に面する位置よりも下流側には第二のスパッタ室１７が配置されており、成膜対象物５は、放出孔３２と面する位置を通過し、第一の透明導電膜(ここではＩＴＯ薄膜)が形成された後、第二のスパッタ室１７方向に移動する。

第二のスパッタ室１７内には第三のバッキングプレート２２ｃが配置されており、その表面には第三のターゲット２１ｃが設けられている。第三のターゲット２１ｃの裏面側には、第三の磁石部材１５ｃが配置されている。

第三の磁石部材１５ｃは、ヨーク２９ｃ上に第三のリング磁石２３ｃと中心磁石２４ｃが配置されており、第三のターゲット２１ｃの表面に、該第三のターゲット２１ｃの表面と平行な部分を有する磁力線が形成され、これによってマグネトロン放電が生じ、第三のターゲット２１ｃの表面は高効率でスパッタされるようになっている。

第三のターゲット２１ｃの表面は搬送経路１４に向けられており、成膜対象物５の表面が第三のターゲット２１ｃの表面と平行に対面しながら通過するように構成されている。

第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの場合と同様に、第三のターゲット２１ｄと搬送経路１４の間には、遮蔽板３５が配置されている。遮蔽板３５には、遮蔽板３５の厚み方向を貫通する放出孔３６が形成されている。

この遮蔽板３５も搬送経路１４に対して平行であり、放出孔３６も、搬送経路１４と第三のターゲット２１ｃの間に位置し、搬送経路１４と平行になっている。

放出孔３６は、第三のターゲット２１ｃの真正面に位置しており、図３に示すように、成膜対象物５が放出孔３６に面する位置を通過する間に、成膜対象物５に第三のターゲット２１ｃから垂直に飛び出したスパッタリング粒子が垂直に入射する。

成膜対象物５が第三のターゲット２１ｃ上の放出孔３６を通過するときには、成膜対象物５の表面には第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂによって第一の透明導電膜が形成されており、第三のターゲット２１ｃのスパッタリング粒子は、第一の透明導電膜の表面に入射し、第一の透明導電膜の下層に位置する有機薄膜等の他の薄膜にダメージを与えることなく第二の透明導電膜(ここではＩＴＯ薄膜)が形成される。

真空槽１１内に導入された酸素ガスにより、第二の透明導電膜の構造に酸素が補充される。

第三のターゲット２１ｃと遮蔽板３６の間は筒３７で囲われており、第三のターゲット２１ｃの周囲は筒３７で覆われている。

筒３７の上端は遮蔽板３５と接触しており、成膜対象物５の表面に斜めに入射する方向に飛行するスパッタリング粒子は遮蔽板３５や筒３７で遮蔽され、成膜対象物５に入射しないので、比抵抗が小さく、透過率の高い透明導電膜が形成される。

第二の透明導電膜を形成するスパッタリング粒子は、第三のターゲット２１ｃの表面から垂直に飛び出した粒子であり、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂから入射するスパッタリング粒子の量に比べて多量であり、第一の透明導電膜に比べると第二の透明導電膜の成膜速度は速い。

第三のターゲット２１ｃで第二の透明導電膜を形成する際には、第二のスパッタ室１７内に酸素ガスを導入することができる。

＜実験結果＞
第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間隔Ｔについて実験した。
第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂにＩＴＯターゲットを用い、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、第三の磁石部材１５ｃと同じ構造の磁石を用い、ガラス基板から成る成膜対象物５を静止させてＩＴＯ薄膜を形成した。成膜対象物５を静止させてその表面にＩＴＯ薄膜を形成した。実験結果を下記表１に示す。

表中の「膜付着量」は、ＩＴＯで構成した第三のターゲットで同じ時間だけ成膜した場合を１００％とした。

上記表１から、間隔Ｔは４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に設定するのが好ましいことが分かる。対向する間隔Ｔが狭いと成膜レートが遅くなり、ターゲット間隔が大きすぎると対向したターゲット空間中に発生する磁場を有効に使えなくなるためである。

次に、上記スパッタリング装置１０を用いて形成したＩＴＯ薄膜の特性から、放出孔３２の幅Ｗの大きさを決定する。

遮蔽板３１や筒３３を設けずに、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の空間の正面位置に成膜対象物となる基板を配置し、基板表面にＩＴＯ薄膜を形成した。ターゲット間距離Ｔは１００ｍｍである。図１１〜図１５では、成膜対象物は静止させてＩＴＯ薄膜を成膜した。

先ず、形成したＩＴＯ薄膜の膜厚分布を図１１、１２に示す。
図１１、及び後述する図１３、図１５の横軸は、基板上の第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間の中央に面する位置をゼロとし、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して垂直な方向の距離であり、図１２、及び後述する図１４の横軸は、第一又は第二のターゲット２１ａ、２１ｂの幅方向中央をゼロとし、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して平行な方向の距離である。

図１１は、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して垂直な方向の膜厚分布であり、図１２は、平行な方向の膜厚分布である。

図１１、図１２のプロットの数値を下記表２ａ、２ｂに示す。

図１１、１２及び後述する図１３〜１５は、ターゲット間隔Ｔを１００ｍｍにし、遮蔽板３１を設けずに基板を静止させて成膜したときの結果である。

図１２から、ターゲットに平行な方向の膜厚分布は比較的均一である。図１１から、ターゲットに垂直な方向の膜厚分布は、平行な方向よりも劣るが、成膜対象物はターゲットに垂直な方向に移動しながら成膜されるので問題は生じない。

次に、比抵抗分布を図１３、図１４に示す。
図１３、１４のプロットの値を、下記表３、表４に示す。

図１３から、ターゲットに垂直な方向の比抵抗は、ゼロ点を中心として、−８０ｍｍ以上＋８０ｍｍ以下の範囲(ターゲット間距離Ｔの１．６倍)よりも遠くなると、急速に大きくなっている。

より望ましくは、ゼロ点を中心とし、−６０ｍｍ以上＋６０ｍｍ以下の範囲(ターゲット間距離Ｔの１．２倍)が比抵抗が小さい。

遮蔽板３１を配置しない場合、成膜対象物５が第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに近づいてきたときに、ターゲット間距離Ｔの１．６倍の範囲よりも外側の領域でもスパッタリング粒子が到達し、比抵抗の大きなＩＴＯ薄膜が形成され、その結果、膜厚方向の抵抗値が増大してしまう。

従って、透明導電膜の比抵抗を小さくするためには、ゼロ点を中心として、ターゲットとは垂直方向に、ターゲット間距離Ｔの１．６倍以下(より望ましくは、１．２倍以下)の大きさの開口を形成し、その開口を放出孔３２としてスパッタリング粒子を成膜対象物５に到達させればよい。

次に、ＩＴＯ薄膜(膜厚１５００Å)の透過率を図１５に示す。図１５のプロットの値を下記表５に示す。

透過率についても、ゼロ点を中心として、開口の幅Ｗが−８０ｍｍ以上＋８０ｍｍ以下の範囲(ターゲット間距離Ｔの１．６倍)、より望ましくは、ゼロ点を中心として−６０ｍｍ以上＋６０ｍｍ以下の範囲(ターゲット間距離Ｔの１．２倍)が透過率が高い。従って、この範囲のスパッタリング粒子だけを成膜対象物５に到達させると、透過率の高いＩＴＯ薄膜を形成できることが分かる。

次に、下記表６に、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで成膜したＩＴＯ薄膜の上に、ＩＴＯから成る第三のターゲット２１ｃで形成したＩＴＯ薄膜を積層した場合の抵抗値と透過率を示す。形成温度は室温である。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、第三の磁石部材１５ｃと同じ構造の磁石を用いた。

合計膜厚が同じであっても第一の透明導電膜の膜厚が薄いほど抵抗値が低いという結果になった。ダメージについては有機薄膜上へ第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂと、第三のターゲット２１ｃの順に成膜して有機ＥＬ素子を形成し、発光輝度、発光開始電圧を調べた。有機層と密着する第一の薄膜を第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂで形成した場合、合計膜厚を１００，２００，３００Åと増加させても、蒸着で成膜した上部電極膜と同レベルであった。

上記実施例では、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、異なる磁極がターゲット裏面に向いていたが、本発明はそれに限定されるものではなく、図５の第一、第二の磁石部材１５ｄ、１５ｅに示すように、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの中央に、異なる磁極がターゲット裏面に向く中央磁石２４ａ、２４ｂを配置してもよい。

この磁石部材１５ｄ、１５ｅの平面図を図６(ｂ)に示すと、この磁石部材１５ｄ、１５ｅでは、図４(ｂ)に示すように、ターゲット２１ａ、２１ｂの表面を取り囲む磁界４２に加え、ターゲット２１ａ、２１ｂ表面上で、ターゲット２１ａ、２１ｂの表面と平行な成分を有する磁界４１ａ、４１ｂが形成され、ターゲット２１ａ、２１ｂがマグネトロンスパッタされる。

また、本発明は、他の磁石も用いることができる。例えば、図６(ｃ)に示すように、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂとは反対の極性の磁極が第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの裏面に向けられたリング状の中央磁石２４ｃ、２４ｄを配置してもよい。

更に、図６(ｄ)に示すように、第一、第二のリング磁石２３ａ、２３ｂの内側に他のリング状の中央磁石２５ａ、２５ｂと、その更に内側に、直線状の中央磁石２６ａ、２６ｂを配置してもよい。

第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂ(及び１５ｄ、１５ｅ)については、上記例では、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの長辺に垂直な方向に一定周期で往復移動させたが、本発明はそれに限定されるものではなく、長辺に垂直方向の成分に加え、長辺に沿った方向の成分を含んでいてもよい。例えば、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂに対して円運動や楕円運動をしてもよい。

図８(ａ)〜(ｈ)は、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂが楕円形状の移動方向４６に沿って移動する場合の相対的な位置関係を示す図である。

この場合も、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、所定範囲内を同じ周期で繰り返し移動するように構成されており、半周期ずらすと、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、交互に成膜対象物５に近接するので、成膜対象物５に入射するスパッタリング粒子の量が平均化され、成膜対象物５表面の膜厚分布が均一になる。

本発明では、成膜対象物５の移動速度は、１０ｃｍ／分〜１００ｃｍ／分である。第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの表面は平行であり、その間隔は１００ｍｍ程度であるから、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂは、成膜対象物５が、第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂの間を通過する間に二周期以上の移動が行われるようになっており、これにより、第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動が半周期ずれていることに加え、更に第一、第二の磁石部材１５ａ、１５ｂの移動による成膜速度の変化が平均化されるようになっている。

なお、上記例では第一、第二のターゲット２１ａ、２１ｂは平行に配置したが、角度を付け、間隔が広い方の側面の近傍を成膜対象物５を通過させてもよい。

以上は透明導電膜を成膜する場合について説明したが、本発明装置のターゲットは透明導電材料に限定されるものではなく、シリコンターゲットと酸素ガスを用いたシリコン酸化膜の成膜や、シリコンターゲットと窒素ガスを用いたシリコン窒化膜の成膜等の絶縁膜の成膜や、アルミニウム等の金属ターゲットを用いた金属膜の成膜にも用いることができる。

Claims (8)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内を真空排気する真空排気系と、
   前記真空槽内にスパッタリングガスを導入するスパッタリングガス導入系と、
   前記真空槽内に表面が所定間隔を開けて配置された第一、第二のターゲットと、
   成膜対象物の成膜面が前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間に向いた状態で、前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過するように前記真空槽内の搬送経路に沿って搬送する搬送機構と、
   前記第一、第二のターゲットと前記搬送経路の間に配置され、前記第一、第二のターゲットから放出され、前記搬送経路方向に飛行するスパッタリング粒子が通過する放出孔を有する遮蔽物とを有し、
   前記第一、第二のターゲットは透明導電材料で構成され、
   前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの表面が位置する平面を垂直に通過する方向に搬送され、前記成膜対象物の成膜面に透明導電膜を形成するスパッタリング装置であって、
   前記放出孔の前記搬送経路に沿った方向の幅が、前記第一、第二のターゲットの表面間の距離の１．２倍以下であるスパッタリング装置。
2. 前記真空槽には、酸素ガスを導入する反応ガス導入系が接続された請求項１記載のスパッタリング装置。
3. 前記真空槽内には、第三のターゲットが表面を前記搬送経路に向けて配置され、
   前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過した後、前記第三のターゲットの表面に対向しながら通過するように構成された請求項１記載のスパッタリング装置。
4. 前記第一、第二、第三のターゲットは透明導電材料で構成された請求項３記載のスパッタリング装置。
5. 前記真空槽には、酸素ガスを導入する反応ガス導入系が接続された請求項４記載のスパッタリング装置。
6. 真空槽内に、透明導電材料から成る第一、第二のターゲットを、表面が所定間隔を開けて配置して前記第一、第二のターゲットをスパッタリングし、
   前記真空槽内の搬送経路に沿って成膜対象物を搬送し、前記成膜対象物の成膜面が前記第一、第二のターゲットで挟まれた空間に向いた状態で、前記成膜対象物が前記第一、第二のターゲットの側方位置を通過するように前記真空槽内の搬送経路に沿って搬送し、
   前記成膜対象物の成膜面に透明導電膜を形成する透明導電膜の製造方法であって、
   前記第一、第二のターゲットと前記搬送経路の間に遮蔽物を配置し、前記第一、第二のターゲットから放出されたスパッタリング粒子を、前記遮蔽物に形成された放出孔を通過させ、
   前記成膜対象物は、前記第一、第二のターゲットの表面が位置する平面を垂直に通過するように搬送させ、前記スパッタリング粒子を前記成膜対象物に入射させる透明導電膜の製造方法において、
   前記放出孔の前記搬送経路に沿った方向の幅を、前記第一、第二のターゲットの表面間の距離の１．２倍以下にする透明導電膜の製造方法。
7. 前記真空槽内に透明導電材料から成る第三のターゲットを、その表面を前記搬送経路に向けて配置し、前記成膜対象物の前記成膜面が、前記第三のターゲットの表面に対向しながら通過させ、
   前記第一、第二のターゲットによって形成された透明導電膜表面に、前記第三のターゲットによって形成された透明導電膜を積層させる請求項６記載の透明導電膜の製造方法。
8. 前記真空槽内に酸素ガスを導入しながら前記第一、第二のターゲットをスパッタリングする請求項６記載の透明導電膜の製造方法。

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