特開 2024-92273 成膜装置、成膜方法及び電子デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092273

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】成膜装置、成膜方法及び電子デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/35 20060101AFI20240701BHJP

   H10K 50/10 20230101ALI20240701BHJP

   H10K 50/82 20230101ALI20240701BHJP

   H10K 59/10 20230101ALI20240701BHJP

   H10K 71/16 20230101ALI20240701BHJP

   H10K 85/00 20230101ALI20240701BHJP

   H10K 102/20 20230101ALN20240701BHJP

【ＦＩ】

C23C14/35 B

H10K50/10

H10K50/82

H10K59/10

H10K71/16

H10K85/00

H10K102:20

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022208086

(22)【出願日】2022-12-26

(71)【出願人】

【識別番号】591065413

【氏名又は名称】キヤノントッキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 達哉

(72)【発明者】

【氏名】内田 敏治

【テーマコード（参考）】

3K107

4K029

【Ｆターム（参考）】

3K107AA01

3K107BB01

3K107BB02

3K107CC45

3K107DD28

3K107DD44Y

3K107GG05

3K107GG28

3K107GG32

3K107GG42

3K107GG43

4K029AA24

4K029BA04

4K029BA22

4K029BB02

4K029BC03

4K029BD01

4K029CA05

4K029DA03

4K029DC04

4K029DC13

4K029DC45

4K029EA00

4K029KA01

4K029KA09

(57)【要約】

【課題】２成分以上の合金からなるロータリターゲットを用いてスパッタリングにより成膜対象物に成膜することが可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】２成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、ターゲットの内部に、円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、を有し、ターゲットを回転させながらターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する成膜装置であって、合金薄膜の組成比の情報に基づき、磁場発生手段の角度を制御することを特徴とする成膜装置。
【選択図】図１４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
を有し、
前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する成膜装置であって、
前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御することを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記ターゲットを構成する前記合金の組成比と、前記成膜対象物に成膜する前記合金薄膜の組成比の目標値と、に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記成膜装置によって複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う場合に、先行して成膜が行われた前記成膜対象物の前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項１に記載の成膜装置。

【請求項4】

予め実験的に求められた、複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行った場合の成膜される前記合金薄膜の組成比の時間変化の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項１に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記成膜対象物に成膜された前記合金薄膜の組成比を測定する測定手段を備え、
前記測定手段により測定された組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項１に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記磁場発生手段の角度と、前記成膜対象物に成膜される前記合金薄膜の組成比と、の予め求められた関係に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記成膜装置によって複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う場合に、所定数の前記成膜対象物に対する成膜を行うごとに、前記磁場発生手段の角度の調整を行う請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項8】

前記成膜装置によって複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う場合に、所定時間の成膜を行うごとに、前記磁場発生手段の角度の調整を行う請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項9】

前記合金薄膜の組成比と目標の組成比との差が０．５％以下になるように、前記磁場発生手段の角度を制御する請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項10】

前記ターゲットを構成する前記合金の第１成分はＭｇであり、第２成分はＡｇである請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項11】

前記ターゲットを構成する前記合金の第１成分はＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ、Ｙｂのいずれかであり、第２成分はＡｇ又はＡｌである請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項12】

前記ターゲットを用いて前記成膜対象物に成膜した場合に、前記ターゲットを構成する
前記合金の第１成分の堆積量分布は第２成分の堆積量分布と比較して幅が広くかつピークが低い山形の形状となる請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項13】

前記磁場発生手段は、基準位置からの角度が大きくなるほど前記合金薄膜の前記第１成分の組成比が大きくなるように構成され、
前記合金薄膜の組成比に基づき、前記第１成分の組成比を大きくする場合には前記磁場発生手段の角度を増加させ、前記第１成分の組成比を小さくする場合には前記磁場発生手段の角度を減少させる請求項１０に記載の成膜装置。

【請求項14】

前記磁場発生手段の角度に応じて、前記ターゲットに印加する電圧及び成膜時間の少なくともいずれかを調整する請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項15】

複数の前記成膜対象物に対し連続的に成膜を行う請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項16】

前記合金薄膜は、有機ＥＬ素子の陰極を構成する請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項17】

前記成膜装置は、インライン型の成膜装置である請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項18】

前記成膜装置は、クラスタ型の成膜装置である請求項１～５のいずれか１項に記載の成膜装置。

【請求項19】

２成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
を有する成膜装置を用いた成膜方法であって、
前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する工程と、
前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法。

【請求項20】

請求項１９に記載の成膜方法を用いて電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板にスパッタリングによって成膜を行う成膜装置、成膜方法及び電子デバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板等の成膜対象物に金属や金属酸化物等の薄膜を成膜する成膜装置として、円筒形のターゲット（以下、ロータリターゲット）と基板とを対向させ、ロータリターゲットを回転させながらスパッタリングを行うスパッタ装置がある。ロータリターゲットを用いるスパッタ装置は、平板状のターゲットを用いるプレーナ型スパッタ装置に比べて、ターゲットの表面をより均一にスパッタリングすることができる利点がある。また、ロータリターゲットの内側に磁石を配置し、ロータリターゲットの外部に漏洩するように磁場を形成することで、ロータリターゲットの表面付近のプラズマ密度を増加させることを図ったマグネトロンスパッタリング方式のスパッタ装置がある（特許文献１）。

【0003】

スパッタ装置によって成膜可能な薄膜の一例として有機ＥＬ（エレクトロルミネセント）素子の有機層上に形成される陰極金属膜がある。陰極金属膜の成分としては、有機層への電子注入性の点からはＭｇ等の仕事関数が低いアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はこれらの合金が好ましいが、耐酸化性の観点からはＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の仕事関数の高い金属が好ましい。電子注入性と耐酸化性を両立させるために、Ｍｇ及びＡｇを主成分とする合金により陰極金属膜を構成したものがある（特許文献２）。特許文献２では、チャンバ内にＭｇからなる平板状のターゲットとＡｇからなる平板状のターゲットの２個のターゲットを設置し、両方のターゲットに同時に電圧印加してスパッタリングを行うことでＭｇ－Ａｇ合金からなる層を有機層の上に形成し、次にＡｇターゲットのみ電圧印加してスパッタリングを行うことでＭｇ－Ａｇ合金層の上にＡｇからなる層を形成することで、膜厚方向でＭｇとＡｇの組成比に差がある多層膜からなる陰極金属膜を形成している。

【0004】

特許文献３にはＭｇ－Ａｇ合金からなるロータリターゲットの製造方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－２００５２０号公報

【特許文献2】特開２００４－２０００４７号公報

【特許文献3】特開２０１３－２０４０５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２のスパッタ装置は合金の各成分からなる独立の複数の平板状ターゲットを用いており、合金からなるロータリターゲットを用いたスパッタ装置については記載がない。特許文献３には２成分の合金からなるロータリターゲットの記載はあるが、それを用いたスパッタ装置について記載していない。

【0007】

本発明は、２成分以上の合金からなるロータリターゲットを用いてスパッタリングにより成膜対象物に成膜することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、２成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
を有し、
前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する成膜装置であって、
前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御することを特徴とする成膜装置である。

【0009】

本発明は、２成分以上の合金からなる円筒形のターゲットと、
前記ターゲットの内部に、前記円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、前記ターゲットの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する磁場発生手段と、
を有する成膜装置を用いた成膜方法であって、
前記ターゲットを回転させながら前記ターゲットに対向して配置される成膜対象物にスパッタリングにより合金薄膜を成膜する工程と、
前記合金薄膜の組成比の情報に基づき、前記磁場発生手段の角度を制御する工程と、
を有することを特徴とする成膜方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、２成分以上の合金からなるロータリターゲットを用いてスパッタリングにより成膜対象物に成膜することが可能な成膜装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例の有機ＥＬ素子の構成を示す図。

【図2】実施例のインライン型成膜装置を示す図。

【図3】実施例のクラスタ型成膜装置を示す図。

【図4】実施例の基板搬送型のスパッタ装置の構成を示す模式図。

【図5】実施例の基板搬送型のスパッタ装置の構成を示す模式図。

【図6】実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの構成を示す模式図。

【図7】実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの角度を説明する図。

【図8】実施例の回転カソードユニット移動型のスパッタ装置の構成を示す模式図。

【図9】実施例のツインカソード型のスパッタ装置の構成を示す模式図。

【図10】実施例のツインカソード型のスパッタ装置の構成を示す模式図。

【図11】実施例のツインカソード型のスパッタ装置の磁石ユニットの角度を示す図。

【図12】実施例のツインカソード型のスパッタ装置の磁石ユニットの角度を示す図。

【図13】実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの揺動動作を示す図。

【図14】実施例のスパッタ装置の磁石ユニットの角度とＭｇ組成比の関係を示す図。

【図15】実施例のスパッタ装置における合金の成分による堆積量の相違を示す図。

【図16】実施例２のスパッタ成膜時間とＭｇ組成比の関係を示す図。

【図17】実施例３のスパッタ成膜時間とＭｇ組成比の関係を示す図。

【図18】実施例４の基板におけるデバイス領域と検査領域を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本発明の実施例について詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲をそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状等は、特に記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。実施例には複数の特徴が記載されているが、これらの複
数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一又は同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0013】

本発明に係る成膜装置は、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品等の各種電子デバイスや、光学部品等の製造において基板（基板上に積層体が形成されているものも含む）上に薄膜を堆積形成するために用いられる。より具体的には、本発明の成膜装置は、発光素子や光電変換素子、タッチパネル等の電子デバイスの製造において好ましく用いられる。特に、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の有機発光素子や、有機薄膜太陽電池等の有機光電変換素子の製造において特に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。また、以下の各実施例による成膜装置又は本発明の範囲内で各実施例の成膜装置を変形した成膜装置を用いて基板に薄膜を形成する工程を有する電子デバイスの製造方法も本発明に含まれる。

【0014】

図１は、以下の実施例の成膜装置を用いて製造可能な有機ＥＬ素子の一般的な層構成を模式的に示している。ＯＬＥＤは、基板６に陽極６１、有機発光層６２、陰極６５が積層された構成が一般的である。本発明に係る成膜装置は、有機発光層６２上に陰極６５を成膜する際に好適に用いられる。陰極６５は、２成分の金属材料からなる合金薄膜である。陰極６５を構成する合金の第１成分は、有機発光層６２への電子注入性の観点からＭｇ等の仕事関数が低いアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はこれらの合金を採用し、第２成分は、耐酸化性の観点からＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の仕事関数が高い金属を採用する。以下の実施例では、第１成分はＭｇ、第２成分はＡｇとする。

【0015】

陰極６５は、第１層６３と、第１層６３の上に形成される第２層６４とからなる多層膜により構成することが好ましい。これは、有機発光層６２に近い側ではＭｇ組成比を高くして電子注入性を高くすることが好ましい一方で、外部環境に近い側ではＡｇ組成比を高くして耐酸化性を高くすることが好ましいからである。陰極６５を組成比の異なる多層膜とすることで、電子注入性と耐酸化性を両立させることができる。そこで、第１層６３及び第２層６４はともにＭｇ－Ａｇ合金であるが、第１層６３はＭｇ組成比を第２層６４より大きくするとともに、第２層６４はＡｇ組成比を第１層６３より大きくする。すなわち、陰極６５は、膜厚方向に合金の組成比が異なる（組成比に勾配を有する）多層膜により構成される。

【0016】

なお、陰極６５を構成する合金はこの例に限られず、電子注入性に優れる第１成分と耐酸化性に優れる第２成分とを主成分とするその他の合金でもよい。第１成分としてはＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ、Ｙｂ等を例示できる。第２成分としてはＡｇ、Ａｌ等を例示できる。

【0017】

また、本発明の成膜装置は、ＯＬＥＤの陰極の成膜や膜厚方向に合金の組成比が異なる多層膜の成膜に限らず、２成分以上の合金からなる成膜一般に適用可能である。特に、本発明は、多層膜からなる陰極の成膜に限定されず、単層の合金薄膜からなる陰極の成膜にも適用可能である。また、本発明の成膜装置は、有機膜上への成膜に限定されず、金属材料や酸化物材料等のスパッタで成膜可能な材料の組み合わせであれば、多様な面に成膜が可能である。

【0018】

本発明は、図２に示すようなインライン型の成膜装置と、図３に示すようなクラスタ型の成膜装置と、のいずれにも適用可能である。

【0019】

図２は、複数の成膜室が接続されたインライン型の成膜装置１００の一部を模式的に示す図である。この成膜装置１００は、成膜室１０１、１０２、１０３、１０４を有し、成膜室１０４の後段に検査室１０５を有する。各成膜室では、陽極６１、有機発光層６２、陰極６５の第１層６３、陰極６５の第２層６４が成膜される。成膜室１０４で成膜された基板６は、後段の検査室１０５に搬入される。検査室１０５には合金薄膜のＭｇ組成比を測定可能な検査装置（例えばＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー））が設置されており、成膜室１０４でＭｇ－Ａｇ合金薄膜が成膜された基板６に対して組成分析を行うことができる。なお、１つの成膜室で陰極６５を構成する第１層６３及び第２層６４の両方が成膜される構成としてもよい。

【0020】

図３は、複数の真空チャンバが接続されたクラスタ型の成膜装置１１１の一部を模式的に示す図である。この成膜装置１１１では、第１クラスタＣ１、第２クラスタＣ２、第３クラスタＣ３が直列に接続されている。各クラスタに成膜室１０１～１０４に加えてマスクストッカ等の公知の室を適宜有するがここでは説明を省略する。第２クラスタＣ２と第３クラスタＣ３の間に検査室１０５が設けられる。第２クラスタＣ２で成膜された合金薄膜に対し、検査室１０５で組成分析が行われる。

【0021】

各成膜室には、スパッタリングや蒸着により成膜を行う装置が設けられる。以下、スパッタ装置を設けた例について説明する。

【0022】

（基板搬送型のスパッタ装置）
図４を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の一例を説明する。以下の説明において、スパッタ装置１内を搬送される基板６の搬送方向Ｓに平行な方向をＸ方向、スパッタ装置１に備わる円筒形のターゲット２の回転軸に平行な方向をＹ方向、鉛直上向きをＺ方向とする。図４はＹ方向から見たスパッタ装置１の内部構成を模式的に示す図である。

【0023】

図４に示すスパッタ装置１は、成膜対象物である基板６及びターゲット２が内部に配置されるチャンバ１０と、を有している。スパッタ装置１では、ターゲット２は基板６に対し鉛直方向下方に配置され、基板６の成膜面が鉛直方向下方を向いた状態でデポアップによる成膜が行われる。なお、本発明はこれに限定されず、ターゲット２が基板６に対し鉛直方向上方に配置され、基板６の成膜面が鉛直方向上方を向いた状態でデポダウンによる成膜が行われる構成であってもよい。また、基板６が垂直に立てられ、基板６の成膜面が鉛直方向と平行な状態で成膜が行われる構成であってもよい。

【0024】

回転カソードユニット８は、円筒形のロータリターゲットであるターゲット２と、ターゲット２の内側の中空部に配置されターゲット２の外周に磁場を発生させる磁場発生手段としての磁石ユニット３とを有する。ターゲット２の内側にはバッキングチューブ２ａが設けられる。回転カソードユニット８は、チャンバ１０に対して固定され、ターゲット２は、円筒の中心軸線の回りに回転可能にチャンバ１０に対して支持される。ターゲット２は、ターゲット駆動装置１１の駆動力がギア等の駆動伝達手段によって伝達されることで、矢印Ｒ方向に回転する。矢印Ｒは、図４に示すＹ方向に垂直の断面で時計回り方向である。

【0025】

ターゲット２は、スパッタリングによって基板６に成膜を行うための成膜材料により構成され、成膜材料の供給源として機能する。ここでは、図１に示すＯＬＥＤの陽極６１及び有機発光層６２が既に形成されている基板６にＭｇ－Ａｇ合金からなる陰極６５（上部電極）をスパッタリングにより成膜する場合を例に説明する。したがってターゲット２を構成する材料はＡｇ及びＭｇの２成分の合金である。

【0026】

バッキングチューブ２ａの外側に、ターゲット２における成膜用材料が形成された層が形成されている。バッキングチューブ２ａには、電源１３が接続され、電源１３からマイナスの電圧が印加されるカソードとして機能する。なお、電圧はターゲット２に直接印加してもよく、その場合、バッキングチューブ２ａを有しない構成としてもよい。電源１３はターゲット２の材料に応じてＤＣ電源、ＡＣ電源又は高周波電源が用いられる。チャンバ１０は接地されている。また、ターゲット２は円筒形のターゲットであるが、ここで言う「円筒形」は数学的に厳密な円筒形のみを意味するのではなく、母線が直線ではなく曲線であるものや、中心軸に垂直な断面が数学的に厳密な「円」ではないものも含む。すなわち、本発明におけるターゲット２は、中心軸を軸に回転可能な円筒形のものであればよい。

【0027】

磁石ユニット３によって、ターゲット２の表面側の一部には磁場が形成される。磁石ユニット３は、ターゲット２の内部に、ターゲット２の円筒形の中心軸線と平行な中心軸線の回りの角度が可変に設けられる。磁石ユニット３は、中心軸線に対して回転可能に支持される。磁石ユニット３は、マグネット駆動装置１１０の駆動力がギア等の駆動伝達手段によって伝達されることで、矢印Ｍで示すように、図４に示すＹ方向に垂直の断面で時計回り方向及び反時計回り方向に回転する。磁石ユニット３は、任意の角度で静止することが可能である。ターゲット駆動装置１１によるターゲット２の回転と、マグネット駆動装置１１０による磁石ユニット３の回転とは、独立に制御される。

【0028】

基板６は、チャンバ１０の側壁に設けられた一方のゲートバルブ１７から搬入される。基板６は、搬送部材１２０によってチャンバ１０内で水平方向（矢印Ｓで示す方向）に搬送されつつ、スパッタリングにより成膜が行われる。基板６の成膜対象面の全体に成膜が行われた後、基板６はチャンバ１０の他方の側壁に設けられたゲートバルブ１８から搬出される。

【0029】

チャンバ１０には、ガス導入手段１６及び排気手段１５が接続され、内部を所定の圧力に調節することができる構成となっている。チャンバ１０の内部には、スパッタリングガス（アルゴン等の不活性ガスや酸素や窒素等の反応性ガス）が、ガス導入手段１６により、チャンバ１０に設けられた導入口４１を通じて導入される。また、チャンバ１０の内部からは、排気口５を通じて真空ポンプ等の排気手段１５によって排気が行われる。これにより、チャンバ１０の内部の圧力は所定の圧力に調節される。

【0030】

ガス導入手段１６は導入口４１を有し、不図示のガスボンベ等の供給源と、供給源と導入口４１を接続する配管系と、配管系に設けられる各種真空バルブ、マスフローコントローラ等から構成され、マスフローコントローラの流量制御弁によって、供給量を調節可能である。流量制御弁は、電磁弁等の電気的に制御可能な構成を有する。導入口４１は、チャンバ１０の垂直の側壁に配置される。なお、導入口４１の設置位置は側壁に限定されず、底壁に設けられていてもよいし、天井壁に設けられていてもよい。また、配管がチャンバ１０内に延びて、導入口がチャンバ１０内に開口していてもよい。また、導入口４１は複数設けられ、ターゲット２の回転軸方向に沿って配置される構成とすることもできる。

【0031】

排気手段１５は、真空ポンプと、真空ポンプと排気口５を接続する配管系と、を有し、配管系にはコンダクタンスバルブ等の電気的に制御可能な流量制御弁が設けられ、制御弁によって排気量を調節可能である。排気口５は、チャンバ１０の底壁に設けられる。なお、排気口５の設置位置は、底壁に限定されず、垂直の側壁に設けられていてもよいし、天井壁に設けられていてもよい。また、配管がチャンバ１０内に延びて、排気口５がチャンバ１０内に開口していてもよい。

【0032】

制御部１４は、磁石ユニット３の角度を固定したまま、ターゲット駆動装置１１を制御
してターゲット２を矢印Ｒ方向に駆動回転させるとともに、電源１３を制御してターゲット２にマイナスの電圧を印加する。ターゲット２に電圧が印加されると、磁石ユニット３の生成する磁場が存在する領域が、プラズマが集中して生成されスパッタ粒子が発生するスパッタリング領域Ａとなる。成膜処理中、磁石ユニット３はチャンバ１０に対して静止しているため、スパッタリング領域Ａと基板６の成膜対象面との対向角度は、成膜処理中、一定である。プラズマ中の陽イオン状態の不活性ガスイオンがターゲット２の表面に衝突し、叩き出されたターゲット２を構成する材料の原子や分子がターゲット２から放出される。ターゲット２から放出された成膜材料の粒子は、基板６の成膜対象面に付着し、堆積する。

【0033】

ここで、スパッタリング領域Ａと基板６の成膜対象面との対向角度とは、例えば、ターゲット２の回転軸に垂直な仮想面内で、ターゲット２の円筒表面のうちスパッタリング領域Ａに対応する円弧の中心角を２等分する線分と基板６の成膜対象面を含む仮想面とのなす角度として定義する。

【0034】

基板６が搬送部材１２０によって水平方向（矢印Ｓで示す）に移動することにより、スパッタリング領域Ａと対向する基板６において成膜対象領域が水平方向に移動する。これにより、基板６の成膜対象面には、搬送方向Ｓの下流側端部から上流側端部に向かって順次、成膜が行われる。これにより、基板６の表面全体にわたって均一にスパッタ成膜が行われる。

【0035】

ターゲット２の表面においてスパッタ粒子が放出される領域は、ターゲット２の回転に伴って周方向に移動する。したがって、ターゲット２の表面のある局所的な領域に着目すると、ターゲット２の回転速度によって決まる周期で、間欠的にスパッタリングされることになる。

【0036】

図５はＸ方向から見たスパッタ装置１の内部構成を模式的に示す図である。ターゲット２は、Ｙ方向の端部をサポートブロック２１０及びエンドブロック２２０によって回転可能に支持されている。サポートブロック２１０及びエンドブロック２２０には、回転駆動装置であるターゲット駆動装置１１からの駆動力をターゲット２に伝達する動力伝達機構が設けられる。ターゲット駆動装置１１は、モータ等の駆動源を有し、動力伝達機構を介してターゲット２を回転駆動する。

【0037】

図６はターゲット２の内部に設けられる磁石ユニット３の構成を模式的に示す図である。磁石ユニット３は、ターゲット２の回転軸と平行方向に延びる中心磁石３１と、中心磁石３１とは異極の、中心磁石３１を取り囲む周辺磁石３２と、ヨーク板３３とを備えている。周辺磁石３２は、中心磁石３１と平行に延びる一対の直線部３２ａ及び３２ｂと、当該直線部３２ａ及び３２ｂの両端を連結する転回部３２ｃ及び３２ｄとによって構成されている。磁石ユニット３によって形成される磁場は、中心磁石３１の磁極から、周辺磁石３２の直線部３２ａ及び３２ｂへ向けてループ状に戻る磁力線を有している。これにより、ターゲット２の表面近傍には、ターゲット２の回転軸方向に延びたトロイダル型の磁場のトンネルが形成される。この磁場によって、電子が捕捉され、ターゲット２の表面近傍にプラズマを集中させ、スパッタリングの効率が高められている。この磁石ユニット３の磁場により、高密度のプラズマが形成され、スパッタ粒子が集中的に生じる領域をスパッタリング領域Ａとする。

【0038】

磁石ユニット３は台座３４上に固定されており、台座３４には回転軸３５が固定されている。回転軸３５は円筒形のターゲット２の中心軸線と平行に延び、チャンバ１０に対して台座３４を回転可能に支持するとともに、マグネット駆動装置１１０の駆動力により回転する。これにより磁石ユニット３は中心軸線に対して回転可能に支持され、ターゲット
２の円筒形の中心軸線に平行な回転軸３５の回りの角度が可変に設けられる。磁石ユニット３の回転移動は、マグネット駆動装置１１０の駆動力により行われる。マグネット駆動装置１１０は、磁石ユニット３を任意の角度に回転させ、その角度で静止させることができるように構成される。これにより、成膜処理中は磁石ユニット３を静止させた状態でスパッタリングを行ったり、後述するように成膜処理中に磁石ユニット３を揺動させたり、成膜処理を行っていないときに組成比の制御のために磁石ユニット３の角度を変更したり、といった動作を行うことができる。スパッタ装置１では、回転軸３５の中心軸線はターゲット２の中心軸線と一致する例を説明したが、回転軸３５の中心軸線はターゲット２の中心軸線と平行であればよい。マグネット駆動装置１１０の駆動力は不図示の動力伝達機構を介して回転軸３５に伝達される。マグネット駆動装置１１０は、モータ等の駆動源を有する。

【0039】

図７は、円筒形のターゲット２を用いてターゲット２の上方に配置された基板６の鉛直方向下方の面にデポアップでスパッタ成膜する場合の基板６、ターゲット２、及び磁石ユニット３の位置関係を示す。

【0040】

ターゲット２にマイナスの電圧を印加することにより生成したスパッタリングガスイオン（例えばＡｒ^＋）がターゲット２の表面に衝突すると、ターゲット２を構成する成膜材料の原子や分子がスパッタ粒子としてターゲット２から放出される。スパッタリング時にターゲット２の表面からこれらの放出物（スパッタ粒子）が放出される場所及び放出される方向は、磁石ユニット３によりターゲット２の表面近傍に形成される磁場により設定できる。

【0041】

図７において、ターゲット２の回転中心Ｏと磁石ユニット３の回転軸３５の回転中心とは一致している。磁石ユニット３の回転軸３５の回転中心と、中心磁石３１及び周辺磁石３２の間の位置と、を通る線分Ｄ２、Ｄ３の位置により規定されるスパッタリング領域Ａにスパッタ粒子が集中的に生じる。なお、スパッタリング領域Ａは、磁石ユニット３により形成される磁場の磁束分布に基づいて決まる領域としてもよい。また、磁場強度が一定以上の値を有したターゲット２の表面上の領域としてもよい。また、磁石ユニット３の磁石の配置や構造、スパッタ粒子が集中的に発生する位置、スパッタリング時にターゲット２表面からの放出物が放出される方向として一般的、統計的、経験的、実験的に観察される事象等に基づいて決めてもよい。

【0042】

磁石ユニット３の回転軸３５の回転中心とスパッタリング領域Ａの中心を通る線分Ｄ１の角度θを磁石ユニット３の角度とする。磁石ユニット３の角度θは、線分Ｄ１が基板６の成膜対象面に垂直となる位置（図７で破線で示す位置に磁石ユニット３があるとき）を基準とする角度であり、図７で時計回り方向を正とする。

【0043】

（カソード移動型のスパッタ装置）
図８を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の他の一例を説明する。上記の基板搬送型のスパッタ装置と共通の要素については共通の名称及び符号を用いて詳細な説明を省略する。

【0044】

図８に示すスパッタ装置１Ｘは、基板６をチャンバ１０に固定し、チャンバ１０内で回転カソードユニット８Ｘが往復移動可能なスパッタ装置である。図８は、スパッタ装置１Ｘに備わる円筒形のターゲット２の回転軸に平行な方向（Ｙ方向とする）から見たスパッタ装置１Ｘの内部構成を模式的に示す図である。

【0045】

図４のスパッタ装置１は、チャンバ１０に対して回転カソードユニット８が移動せず、基板６がチャンバ１０に対して移動することによって、基板６の搬送方向下流側の端部か
ら順次、基板６の成膜対象面に成膜が行われた。図８のスパッタ装置１Ｘは、チャンバ１０に対して回転カソードユニット８Ｘが移動し、基板６はチャンバ１０に対して移動せず、回転カソードユニット８Ｘの移動方向上流側の端部から順次、基板６の成膜対象面に成膜が行われる。

【0046】

回転カソードユニット８Ｘは、移動台２３０を有し、移動台２３０には、ターゲット２の周囲に配置された仕切部材２６０が設けられる。仕切部材２６０は、基板６が配置される方向（鉛直上方向）に開口している。

【0047】

移動台２３０は、リニアベアリング等の搬送ガイドを介して一対の案内レール２５０に沿って水平方向（矢印Ｔで示す）に移動自在に支持されている。案内レール２５０はＸ方向に平行に設けられる。移動台２３０は、直線駆動装置１２によって、Ｘ方向に直線駆動される。直線駆動装置１２は、回転モータの回転運動を直線運動に変換するボールねじ等を用いたねじ送り機構、リニアモータ等、公知の種々の直線運動機構を用いることができる。したがって回転カソードユニット８ＸはＸＹ平面内をＸ方向に移動し、ターゲット２はＹ方向に平行な回転軸周りに回転しながらＸＹ平面内をＸ方向に移動する。

【0048】

基板６は、チャンバ１０内に搬入されると、回転カソードユニット８Ｘに対し鉛直方向上方でホルダ６ａによって保持される。成膜処理中、基板６はチャンバ１０に対して移動せず、回転カソードユニット８Ｘが水平方向（矢印Ｔで示す方向）に移動しつつ、スパッタリングにより成膜が行われる。基板６の成膜対象面の全体に成膜が行われた後、基板６はチャンバ１０の他方の側壁に設けられたゲートバルブ１８から搬出される。

【0049】

スパッタ装置１Ｘにおいてスパッタリングによる成膜を行う際には、制御部１４は、ターゲット駆動装置１１を制御してターゲット２を矢印Ｒ方向に回転駆動するとともに、電源１３を制御してターゲット２にマイナスの電圧を印加する。

【0050】

回転カソードユニット８Ｘは直線駆動装置１２によってチャンバ１０に対して矢印Ｔ方向に移動するため、スパッタリング領域Ａはチャンバ１０に対して矢印Ｔ方向に移動する。また、磁石ユニット３は、成膜処理中は、ターゲット２とともに回転しないため、スパッタリング領域Ａと基板６の成膜対象面との対向角度は、成膜処理中、一定である。成膜処理中、基板６はホルダ６ａによって保持されてチャンバ１０に対して移動しない。

【0051】

回転カソードユニット８Ｘが直線駆動装置１２によって水平方向に移動することにより、ターゲット２のスパッタリング領域Ａが、回転カソードユニット８Ｘの移動とともに、基板６の成膜対象面に沿ってチャンバ１０に対して移動する。これにより、基板６の成膜対象面には、回転カソードユニット８Ｘの移動に伴って、回転カソードユニット８Ｘの移動方向Ｔの上流側端部から下流側端部に向かって順次、成膜が行われる。

【0052】

（ツインカソード型のスパッタ装置）
図９、図１０を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の他の一例を説明する。上記のシングルカソード型のスパッタ装置１、１Ｘと共通の要素については共通の名称及び符号を用いて詳細な説明を省略する。

【0053】

図９はスパッタ装置１Ｙに備わる円筒形の第２ターゲット２Ｒの回転軸に平行な方向（Ｙ方向とする）から見たスパッタ装置１Ｙの内部構成を模式的に示す図である。図１０はスパッタ装置１Ｙ内を移動する回転カソードユニット８Ｙの移動方向Ｔに平行な方向（Ｘ方向とする）から見たスパッタ装置１Ｙの内部構成を模式的に示す図である。

【0054】

図９のスパッタ装置１Ｙは、図８のスパッタ装置１Ｘと同様、チャンバ１０に対して回
転カソードユニット８Ｙが移動し、基板６はチャンバ１０に対して移動せず、回転カソードユニット８Ｙの移動方向上流側の端部から順次、基板６の成膜対象面に成膜が行われる。

【0055】

図４のスパッタ装置１の回転カソードユニット８は、円筒形のターゲット２及び磁石ユニット３から構成されていたが、図９のスパッタ装置１Ｙの回転カソードユニット８Ｙは、円筒形の第１ターゲット２Ｌと、第１ターゲット２Ｌの内部に、当該円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、第１ターゲット２Ｌの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する第１磁場発生手段である第１磁石ユニット３Ｌと、円筒形の第２ターゲット２Ｒと、第２ターゲット２Ｒの内部に、当該円筒形の中心軸線に平行な回転軸回りの角度が可変に設けられ、第２ターゲット２Ｒの外周面から漏洩する漏洩磁場を生成する第２磁場発生手段である第２磁石ユニット３Ｒと、から構成されている。第１ターゲット２Ｌ及び第１磁石ユニット３Ｌの構成、並びに、第２ターゲット２Ｒ及び第２磁石ユニット３Ｒの構成は、図４のスパッタ装置１のターゲット２及び磁石ユニット３の構成と同様であるが、ターゲット駆動装置１１Ｙによる回転方向は第１ターゲット２Ｌと第２ターゲット２Ｒとで互いに逆方向である。第１ターゲット２Ｌは矢印Ｌ方向に回転し、第２ターゲット２Ｒは矢印Ｌ方向と逆向きの矢印Ｒ方向に回転する。第１磁石ユニット３Ｌ及び第２磁石ユニット３Ｒは、マグネット駆動装置１１０Ｙの駆動力により矢印ＭＬ、ＭＲで示すように回転する。

【0056】

回転カソードユニット８Ｙがチャンバ１０内で移動可能な構成は図８のスパッタ装置１Ｘと同様である。回転カソードユニット８Ｙは、移動台２３０と、第１ターゲット２Ｌ及び第２ターゲット２Ｒを回転自在に支持するサポートブロック２１０とエンドブロック２２０と、を有する。移動台２３０上で、第１ターゲット２Ｌ及び第２ターゲット２Ｒは回転カソードユニット８Ｙの移動方向Ｔ（Ｘ方向に平行）に並べて配置される。移動台２３０には、第１ターゲット２Ｌ及び第２ターゲット２Ｒを取り囲むように配置された仕切部材２６０が設けられる。なお、図１０では、煩雑さを避けるため仕切部材２６０の記載は省略した。仕切部材２６０は、基板６が配置される方向（鉛直上方向）に開口している。

【0057】

スパッタ装置１Ｙにおいてスパッタリングによる成膜を行う際には、制御部１４は、ターゲット駆動装置１１Ｙを制御して第１ターゲット２Ｌ及び第２ターゲット２Ｒを矢印Ｌ及びＲ方向にそれぞれ回転駆動するとともに、電源１３を制御して第１ターゲット２Ｌ及び第２ターゲット２Ｒにマイナスの電圧を印加する。スパッタリングによる成膜の態様は図８のスパッタ装置１Ｘと同様である。

【0058】

図１１は、図９のスパッタ装置１Ｙの第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒ、第１ターゲット２Ｌ、第２ターゲット２Ｒ、及び基板６の位置関係を示す図である。図１１において、第１ターゲット２Ｌの回転中心Ｏと第１磁石ユニット３Ｌの回転軸３５Ｌの回転中心とは一致している。第１磁石ユニット３Ｌの回転軸３５Ｌの回転中心と、中心磁石３１Ｌ及び周辺磁石３２Ｌの間の位置と、を通る線分Ｄ２Ｌ、Ｄ３Ｌの位置により規定されるスパッタリング領域ＡＬにスパッタ粒子が集中的に生じる。また、第２ターゲット２Ｒの回転中心Ｏと第２磁石ユニット３Ｒの回転軸３５Ｒの回転中心とは一致している。第２磁石ユニット３Ｒの回転軸３５Ｒの回転中心と、中心磁石３１Ｒ及び周辺磁石３２Ｒの間の位置と、を通る線分Ｄ２Ｒ、Ｄ３Ｒの位置により規定されるスパッタリング領域ＡＲにスパッタ粒子が集中的に生じる。

【0059】

第１磁石ユニット３Ｌの回転軸３５Ｌの回転中心とスパッタリング領域ＡＬの中心を通る線分Ｄ１Ｌの角度θＬを第１磁石ユニット３Ｌの角度とする。また、第２磁石ユニット３Ｒの回転軸３５Ｒの回転中心とスパッタリング領域ＡＲの中心を通る線分Ｄ１Ｒの角度θＲを第２磁石ユニット３Ｒの角度とする。第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３
Ｒの角度θＬ、θＲは、線分Ｄ１Ｌ、Ｄ１Ｒが基板６の成膜対象面に垂直となる位置（図１１で破線で示す位置に第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒがあるとき）を基準とする角度であり、図１１で時計回り方向を正とする。

【0060】

第１ターゲット２Ｌ、第２ターゲット２Ｒは同一組成のＭｇ－Ａｇ合金を材料とし、第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒの角度θＬ、θＲは等しい。すなわち、第１磁石ユニット３Ｌの線分Ｄ１Ｌと、第２磁石ユニット３Ｒの線分Ｄ１Ｒは、同じ向きに向く。

【0061】

なお、図１２に示すように、第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒの角度θＬ、θＲを、絶対値が互いに等しく、符号が逆になるように設定してもよい。この場合、第１磁石ユニット３Ｌの線分Ｄ１Ｌと、第２磁石ユニット３Ｒの線分Ｄ１Ｒは、回転カソードユニット８Ｙの移動方向Ｔ（Ｘ方向）で対称の向きとなる。

【0062】

第１ターゲット２Ｌ及び第２ターゲット２Ｒの外径は１４０ｍｍ、第１ターゲット２Ｌ及び第２ターゲット２Ｒの中心間の距離は３００ｍｍとした。

【0063】

なお、図９のツインカソード型のスパッタ装置１Ｙは、回転カソードユニット移動型のスパッタ装置においてカソードを２個備えた構成だが、図４のスパッタ装置１のように基板搬送型のスパッタ装置においてカソードを２個備えたツインカソード型のスパッタ装置にも本発明は適用可能である。

【0064】

（磁石ユニット揺動型のスパッタ装置）
図１３を参照して、本発明を適用可能なスパッタ装置の他の一例を説明する。上記のシングルカソード型のスパッタ装置１と共通の要素については共通の名称及び符号を用いて詳細な説明を省略する。

【0065】

図４のスパッタ装置１では、成膜開始前に磁石ユニット３の角度θを調整し、成膜処理中は、調整後の角度θにおいて磁石ユニット３を静止させる例を示した。これに対し、成膜処理中に、調整後の角度θを中心として前後微小角度の範囲内で磁石ユニット３を揺動させてもよい。

【0066】

図１３は、磁石ユニット３を揺動させる場合の動作を示す図である。図１３において、実線で示す磁石ユニット３は、線分Ｄ１で示すように、成膜開始前に決定した角度θの位置にある。破線で示すように、成膜処理中、磁石ユニット３は、角度θの位置を中心に角度δの範囲内で、線分Ｄ１１で示す第１位置と線分Ｄ１２で示す第２位置との間で揺動（スイング）するように動き続ける。すなわち、成膜処理中、磁石ユニット３の線分Ｄ１は、θ－δ／２度～θ＋δ／２度の範囲で揺動する。これにより、磁石ユニット３を構成する中心磁石３１、周辺磁石３２等の磁石の形状や配置に起因する堆積むらを均一化することができる。

【0067】

なお、後述するように、磁石ユニット３の角度θは成膜される合金薄膜の組成比に影響するため、揺動範囲の角度δは小さい方が好ましい。例えば、揺動範囲は初期の角度θを中心に±５度以内とする。この場合、成膜処理中、磁石ユニット３は、θ－５度～θ＋５度の範囲で揺動する。

【0068】

（Ｍｇ組成比と磁石ユニットの角度との関係）
次に、本発明の特徴である磁石ユニットの角度調整によるＭｇ組成比の制御について説明する。

【0069】

本実施例では、ターゲット２として、ＡｇとＭｇの合金材料からなる円筒形スパッタリングターゲットを用いた。Ｍｇ－Ａｇ合金ターゲットのＭｇの組成比は、おおよそ１０ｖｏｌ．％とした。

【0070】

ターゲット２の製造方法を説明する。純度が９９．９％以上のＡｇと純度９９．９％以上のＭｇを溶解合金化後、坩堝の底から溶湯を落下させアルゴン等の不活性ガスを吹き付けることにより、Ｍｇ－Ａｇ合金アトマイズ粉を作製した。アトマイズ粉の粒径は１μｍ以上１０００μｍ以下とした。このアトマイズ粉を高速の不活性ガスとともにバッキングチューブ２ａに吹き付けることにより、円筒形のＭｇ－Ａｇ合金からなるターゲット２を作製した。バッキングチューブ２ａとしては、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０等）やチタンなどを用いることができる。

【0071】

なお、本実施例では、Ｍｇ－Ａｇ合金ターゲットを用いているが、目的に応じて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等を含む合金又は化合物を採用してもよい。ＯＬＥＤの陰極に用いる場合には第１成分としてはＬｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ、Ｙｂ等を例示できる。また、第２成分としてはＡｇ、Ａｌ等を例示できる。Ｍｇ－Ａｇ合金ターゲットの製造方法は、アトマイズ粉の吹き付けに限らず、鋳造、溶射、焼結などの任意の方法で作製することができる。

【0072】

作製したＭｇ－Ａｇ合金からなる円筒形のターゲット２をスパッタ装置１に設置し、基板６に成膜を行った。ターゲット２の内部（図４のスパッタ装置１ではバッキングチューブ２ａの内部）には、磁石ユニット３が配置されており、この磁石ユニット３の向きを任意の角度に変更できるようになっている。成膜開始前に磁石ユニット３を所定の角度θに調整し、角度を固定したままターゲット２を１０ｒｐｍで回転させた状態でスパッタ成膜を行った。

【0073】

スパッタ成膜時のＡｒガス圧は０．６Ｐａとし、基板６の温度は室温とした。ターゲット２の上方において、基板６を所定の速度で矢印Ｓで示す方向（図７参照）に搬送することで成膜を行った。

【0074】

成膜した合金薄膜に対して蛍光Ｘ線法により組成分析を行った。ここでは蛍光Ｘ線法による組成分析を行ったが、合金薄膜の組成分析方法として、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線）、ＥＤＳ（エネルギー分散Ｘ線分光）、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ質量分析）等を用いることができる。他にも、透過スペクトルや反射スペクトル、発光スペクトル、分光エリプソメトリ等の手法を用いてもよい。

【0075】

本発明者らが鋭意検討する中で、バッキングチューブ２ａ内の磁石ユニット３の角度θをさまざまな角度に変更して成膜を行うと、角度θによって成膜される合金薄膜のＭｇ組成比に変化が生じることを見出した。例えば、磁石ユニット３の角度θを０度に設定して成膜した場合、Ｍｇ組成比は７．９ｖｏｌ．％であった。一方で、磁石ユニット３の角度θを２０度、４０度に傾けて成膜した場合、Ｍｇ組成比はそれぞれ８．４ｖｏｌ．％、９．４ｖｏｌ．％であった。この結果を図１４に示す。図１４において、横軸は磁石ユニット３の角度θを表し、縦軸は成膜された合金薄膜のＭｇ組成比を表す。この結果に示すように、磁石ユニット３の角度θが大きいほど、Ｍｇ組成比の大きいＭｇ－Ａｇ合金薄膜が得られた。すなわち、本実施例の磁石ユニット３は、基準位置（θ＝０度）からの角度が大きくなるほど合金薄膜のＭｇ組成比が大きくなるように構成されている。Ｍｇ－Ａｇ合金薄膜に対して、Ｍｇ組成比がこのような傾向を示すことは本発明者らが鋭意検討をすすめることで得られた新しい知見である。本実施例では、この知見に基づき、磁石ユニット３の角度θを調節することによってＭｇ－Ａｇ合金薄膜のＭｇ組成比を制御することを特
徴とする。

【0076】

磁石ユニット３の角度θと成膜されるＭｇ－Ａｇ合金薄膜のＭｇ組成比との間に、上記のような関係があることについて、本発明者らは以下の観点から検証した。磁石ユニット３の角度θを０度に設定し、円筒形のターゲット２の直上に基板６を静止させてスパッタ成膜し、基板６上のＡｇとＭｇの堆積量分布を調べた。図１５にその結果を示す。図１５において、横軸は基板６において最も堆積量（膜厚）が大きくなる位置（以下、最大膜厚位置という）からの距離を表す。最大膜厚位置は、本実施例では、図７でθ＝０の場合の線分Ｄ１と基板６との交点の位置であり、ターゲット２の回転中心Ｏから最も近い位置である。縦軸は膜厚を最大膜厚位置での膜厚で正規化した値を表す。図１５に示すように、Ｍｇ、Ａｇともに、最大膜厚位置からから離れるにつれて膜厚が小さくなった。また、Ｍｇの方がＡｇに比べて、最大膜厚位置からの距離による膜厚の変化（減少）が緩やかであった。すなわち、Ｍｇの堆積量分布はＡｇの堆積量分布と比較して幅が広くピークが低い山形の形状となる。このことは、広角側の位置（最大膜厚位置から距離が遠い位置）において最大膜厚位置より相対的にＭｇの組成比が大きくなることを示しており、上記のように搬送成膜において磁石ユニット３の角度θを大きくするとＭｇ組成比が大きくなった結果と整合する。

【0077】

このようにＭｇ－Ａｇ合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ成膜においては、磁石ユニット３の角度θを変更することで成膜される合金薄膜のＭｇ組成比を制御することができる。この知見に基づいて、スパッタ装置１やスパッタ成膜プロセスを制御することで、所望のＭｇ組成比を有したＭｇ－Ａｇ合金薄膜を安定して形成することが可能となる。

【0078】

なお、磁石ユニット３の角度θを変更すると、組成比だけでなく膜厚（成膜レート）も変化するが、これに対してはターゲット２の印加電圧や磁石の高さの調整により所望の膜厚を得ることが可能である。

【0079】

以上の知見は、Ｍｇ－Ａｇ合金ターゲットに限らず、図１５に示すように、マグネトロンロータリスパッタ成膜を行った場合に最大膜厚位置からの距離による膜厚の変化の傾向が異なる２種類の材料を主成分とする合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ装置にも適用できる。すなわち、ターゲット２は２成分以上の合金からなり、ターゲット２を用いて成膜対象物に成膜した場合に、第１成分の堆積量分布は第２成分の堆積量分布と比較して幅が広くピークが低い山形の形状となるような２成分の組み合わせであればよい。そして、磁石ユニット３は、基準位置（θ＝０度の位置）からの角度が大きくなるほど合金薄膜の第１成分の組成比が大きくなるように構成されている場合、制御部１４は、合金薄膜の組成比情報に基づき、第１成分の組成比を大きくする場合には磁石ユニット３の角度θを増加させ、第１成分の組成比を小さくする場合には磁石ユニット３の角度θを減少させる。

【0080】

なお、本実施例のように、基準位置からの角度の絶対値が大きくなるほどＭｇ（第１成分）の組成比が大きくなるような磁石ユニット３の構成及び角度θの定義がなされている場合、制御部１４は、合金薄膜の組成比情報に基づき、Ｍｇ（第１成分）の組成比を大きくする場合には磁石ユニット３の角度θの絶対値を増加させ、Ｍｇ（第１成分）の組成比を小さくする場合には磁石ユニット３の角度θの絶対値を減少させる。

【0081】

磁石ユニット３を構成する各磁石の形状、配置、磁気特性、ターゲット２内における磁石ユニット３の配置、ターゲット２を構成する合金の成分、組成比、磁石ユニット３の角度θの定義、ターゲット２と基板６との位置関係等の種々の条件によっては、磁石ユニット３の角度θとＭｇ組成比との関係は図１４に例示した関係と必ずしも同一にならないこ
とも考えられる。そのような場合も、本発明の開示する思想により、実際のスパッタ装置１における磁石ユニット３の角度θとＭｇ組成比との関係を用いて、成膜される合金薄膜の組成比情報に基づき、磁石ユニット３の角度θを調整することで、Ｍｇ組成比を高精度に制御することが可能となる。

【0082】

＜具体的な制御例＞
スパッタ装置１においてスパッタリングによる成膜を行う際には、制御部１４は、組成比取得部１３０から基板６に成膜する合金薄膜の組成比の情報を取得する。組成比取得部１３０が取得する情報としては、基板６に成膜する合金薄膜の目標組成比の情報、ターゲット２を構成する合金材料の組成比の情報、過去にスパッタ装置１において成膜された合金薄膜についてスパッタ装置１の外部に設置される検査装置によって測定された組成比の情報、磁石ユニット３の角度と組成比との関係の情報、長期間の連続成膜を行った場合の時間経過や成膜枚数による組成比の変化の情報等を例示できる。組成比取得部１３０がこれらの組成比に関する情報を取得する方法としては、ユーザによる情報の入力、外部の測定装置や実験装置からの有線又は無線による通信経路を介した情報の取得、記録媒体を介した情報の取得、光学的な識別模様の読み取りによる情報の取得等を例示できる。

【0083】

制御部１４は、このような組成比に関する情報に基づき、成膜開始前に磁石ユニット３の角度を調整する。以下、本発明に特徴的な、磁石ユニット３の角度の調整による組成比の制御方法のいくつかの実施例について説明する。

【0084】

＜実施例１＞
組成比情報に基づく磁石ユニット３の角度制御としては、成膜の目標となるＭｇ組成比とターゲット２のＭｇ組成比とに応じて、磁石ユニット３の角度θを調整する制御が考えられる。磁石ユニット３の角度θとＭｇ組成比との関係は、予め実験等により図１４のように測定された結果を用いることができる。制御部１４は、目標のＭｇ組成比と、ターゲット２のＭｇ組成比と、予め取得した磁石ユニット３の角度θとＭｇ組成比との関係と、に基づき、実際の成膜時の磁石ユニット３の角度θを決定する。

【0085】

例えば、陰極６５の第１層６３のＭｇ－Ａｇ合金薄膜をマグネトロンロータリスパッタ成膜する場合を考える。ターゲット２のＭｇ組成比を１０ ｖｏｌ．％とし、第１層６３のＭｇ組成比の目標値を９ ｖｏｌ．％とする。この場合、図１４のグラフから、磁石ユニット３の角度θを３０度程度に設定して成膜を行うことで、目標のＭｇ組成比を有する第１層６３を形成することができる。

【0086】

また、実際に成膜された第１層６３についてＭｇ組成比を分析測定し、その結果に基づいて磁石ユニット３の角度θを微調整することで、Ｍｇ組成比を目標値に近づける調整をすることもできる。例えば、Ｍｇ組成比の目標値との差が０．５％以下になるように、磁石ユニット３の角度θを調整する。

【0087】

＜実施例２＞
組成比情報に基づく磁石ユニット３の角度制御としては、先行する基板６において成膜された薄膜のＭｇ組成比の情報をフィードバックする制御が考えられる。この制御では、複数の基板６に対して連続成膜を行う場合において、磁石ユニット３の角度θを定期的に調整することで、Ｍｇ組成比を長時間にわたり目標値に維持する。

【0088】

まず、第１の成膜として円筒形のターゲット２内の磁石ユニット３を鉛直上向きに向けた状態（角度θ＝１０度）で成膜を行う。この第１の成膜で形成されたＭｇ－Ａｇ合金薄膜に対して、蛍光Ｘ線法により組成分析を行って第１のＭｇ組成比を測定する。第１のＭｇ組成比と目標とするＭｇ組成比との差分情報を基に、磁石ユニット３の角度θを変更す
る。磁石ユニット３の角度θを変更した後に、第２の成膜を行う。磁石ユニット３の角度θを適切に変更することで、第２の成膜において得られるＭｇ－Ａｇ合金薄膜のＭｇ組成比を目標のＭｇ組成比に近づけることができる。

【0089】

例えば、Ｍｇ組成比の目標値が９ｖｏｌ．％で、第１の成膜で得られた合金薄膜のＭｇ組成比が８．４ｖｏｌ％であった場合には、この測定評価値と目標値との差の情報を基に、例えば、磁石ユニット３の角度θを１０度増やす方向に変更して、第２の成膜を行う。磁石ユニット３の角度θの変更量は、あらかじめ実験等により評価しておいた図１４に示すような磁石ユニット３の角度θとＭｇ組成比との関係に基づいて決定できる。磁石ユニット３の角度θとＭｇ組成比との関係は、関数やテーブルとして制御部１４のメモリに記憶しておく。メモリから読み出した当該関係と、測定により得られた目標値と測定評価値との差と、に基づき、磁石ユニット３の角度θの変更量を求めることができる。このようにして磁石ユニット３の角度θの変更後に行われる第２の成膜で得られる合金薄膜では、Ｍｇ組成比は、目標値に近づく（例えば８．９ｖｏｌ．％となる）。

【0090】

このようにして、成膜、組成分析、磁石ユニット３の角度θの調整を繰り返すことで（すなわち、組成評価情報を基に、磁石ユニット３の角度θをフィードバック制御することで）、目標のＭｇ組成比を有したＭｇ－Ａｇ合金薄膜を得ることができる。長期間（数１００時間）にわたる連続製造工程においては、Ｍｇ組成比が時間とともに変動する場合があるが、このような場合にも、定期的に上記のような磁石ユニット３の角度θの調整を実施することで、目標に近いＭｇ組成比の合金薄膜を長期間にわたり安定して形成することができる。

【0091】

図１６は、長時間にわたる連続製造工程において得られる合金薄膜のＭｇ組成比の時間変化を示す図である。実線のグラフＡは磁石ユニット３の角度θのフィードバック制御を行った場合を示し、破線のグラフＢは磁石ユニット３の角度θを固定した場合を示す。図１６に示すように、磁石ユニット３の角度θをフィードバック制御した場合、Ｍｇ組成比を長期間にわたり安定して維持して、成膜を行うことができる。

【0092】

磁石ユニット３の角度θを調整する間隔は、成膜する基板ごとに調整してもよいし、所定数の基板に成膜するごと（例えば１００枚ごと）に、磁石ユニット３の角度θのフィードバック制御をしてもよい。また、所定時間の成膜を行うごと（例えば５０時間ごと）に、磁石ユニット３の角度θのフィードバック制御をしてもよい。また、磁石ユニット３の角度θを変更する際には、同時に成膜時間や投入電力を調整してもよい。成膜時間や投入電力を調整することで、Ｍｇ組成比だけでなく、膜厚も一定に維持して薄膜を形成することができる。

【0093】

＜実施例３＞
組成比情報に基づく磁石ユニット３の角度制御としては、成膜開始前の成膜試験から得られる組成比変化の情報をフィードフォワードする制御が考えられる。

【0094】

この制御では、円筒形のターゲット２内の磁石ユニット３を所定の角度（例えば、鉛直上向きから５度傾けた状態（角度θ＝５度））で、予め所定時間（例えば、５００時間）の連続成膜試験を行う。この連続成膜試験において、定期的に成膜された合金薄膜のＭｇ組成比を分析する。組成分析には蛍光Ｘ線法等の手法を用いることができる。これにより、Ｍｇ－Ａｇ合金ターゲットを用いた連続成膜においてＭｇ組成比がどのように時間変化するかを事前に把握することができる。
そして、この事前試験の結果を基に、実際の連続成膜において、Ｍｇ組成比の時間変化を予測し、予測されたＭｇ組成比に応じて磁石ユニット３の角度θを調整することができる。例えば、角度θ＝５度、目標Ｍｇ組成比８．０ｖｏｌ％で開始した事前試験において５
０時間経過時に計測されたＭｇ組成比が７．６ｖｏｌ％であった場合は、実際の連続成膜において５０時間経過時に磁石ユニット３の角度θ＝１０度に変更する調整を行う、といった制御を行うことができる。これにより、長時間の連続成膜においてＭｇ組成比が一定した薄膜を形成することができる。

【0095】

図１７は、長時間にわたる連続製造工程において得られる薄膜のＭｇ組成比の時間変化を示す図である。実線のグラフＡは磁石ユニット３の角度θを、事前試験の結果から予測されるＭｇ組成比に基づきフィードフォワード制御した場合を示し、破線のグラフＢは磁石ユニット３の角度θを固定した場合を示す。図１７に示すように、磁石ユニット３の角度θをフィードフォワード制御した場合、Ｍｇ組成比を長期間にわたり安定して維持して、成膜を行うことができる。

【0096】

なお、上記の例では事前試験により連続的なスパッタ成膜の経過時間とＭｇ組成比との関係を調べて実際の成膜時の磁石ユニット３の角度制御にフィードフォワードする例を示したが、事前試験により調べる関係はこれに限らない。例えば、連続的なスパッタ成膜により成膜を行った基板の枚数の積算値とＭｇ組成比との関係を調べて、実際の成膜時の成膜枚数に応じて磁石ユニット３の角度を調整するようにしてもよい。

【0097】

＜実施例４＞
組成比情報に基づく磁石ユニット３の角度制御としては、成膜装置内に設置された測定手段から得られる組成比情報をフィードバックする制御が考えられる。測定手段は、例えば図２に示すインライン型の成膜装置１００の検査室１０５に設けられる。

【0098】

基板６には、図１８に示すように、陰極６５が成膜されるデバイス領域３４０とは別の領域に、組成を評価するための成膜を行う検査領域３３０が設けられている。検査室１０５の検査装置は、基板６の検査領域３３０に成膜された合金薄膜に対して、組成の測定を行う。これにより、デバイス領域３４０に成膜された薄膜に影響を与えずに、成膜室１０４において成膜された合金薄膜のＭｇ組成比の評価を行うことが可能となる。

【0099】

成膜室１０４で成膜した合金薄膜は、真空一貫の生産ライン途中に設けられた検査室１０５で組成分析がなされ、その組成分析結果を基に、成膜室１０４のスパッタ装置１における磁石ユニット３の角度θの調整が行われる。このようにして、薄膜の連続生産プロセスにおいて、成膜された合金薄膜の組成をモニターして、この情報をもとに磁石ユニット３の角度θを調整し、組成をフィードバック制御することができる。この制御により、成膜と磁石ユニット３の角度θの調整のタイムラグを小さくするとともに、長時間の生産にわたり、組成比を一定に維持して成膜を行うことができる。

【0100】

実施例４は、図３に示すようなクラスタ型の成膜装置１１１に適用することも可能である。この場合、検査室１０５におけるＭｇ組成比の測定結果は、第２クラスタＣ２の成膜室１０４のスパッタ装置１の磁石ユニット３の角度θの調整にフィードバックされる。なお、他のクラスタにもスパッタ装置１と同様の設定のスパッタ装置が設けられる場合、それらのスパッタ装置の制御にも検査室１０５におけるＭｇ組成比の測定結果をフィードバックしてもよい。

【0101】

＜実施例５＞
組成比情報に基づく磁石ユニット３の角度制御を、図９に示すツインカソードのスパッタ装置１Ｙに適用した場合について説明する。成膜処理前に、組成比情報に基づき、図１１又は図１２に示す第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒの角度θＬ、θＲを算出し、第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒを回転させる。第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒの角度θＬ、θＲを調整した後、調整後の角度で第１磁石ユニ
ット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒを静止させた状態で、スパッタ成膜が行われる。

【0102】

図１４で説明した磁石ユニット３の角度θと成膜される合金薄膜の組成比との関係は、図４のスパッタ装置１、図８のスパッタ装置１Ｘ、図９のスパッタ装置１Ｙでは、角度θの符号にはよらないため、図１１の設定と図１２の設定では合金薄膜の組成比は変わらない。

【0103】

スパッタ装置１Ｙの構成においても、スパッタ装置１で説明した通り、基板６に成膜された合金薄膜の組成比情報に基づいて円筒形のカソードである第１ターゲット２Ｌ、第２ターゲット２Ｒ内に配置された第１磁石ユニット３Ｌ、第２磁石ユニット３Ｒの角度θＬ、θＲを調整することにより、合金薄膜の組成比を高精度に制御することができる。また、磁石ユニット３の角度θを異ならせて複数回の成膜を行うことで、組成比の異なる多層膜を成膜することができる。

【0104】

以上説明した実施例１～５の制御によれば、２成分以上の合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ成膜において、基板６に成膜された合金薄膜の組成比情報に基づいて円筒形のカソードであるターゲット２内に配置された磁石ユニット３の角度θを調整するため、合金薄膜の組成比を高精度に制御することができる。これにより、長期間にわたるスパッタ成膜を行う場合にも、組成変動が少ない合金薄膜を成膜することができ、デバイス特性の基板間のばらつきを少なくすることができる。生産の歩留まりを高め、長期間にわたり安定してデバイスを作製することができる。

【0105】

なお、実施例１～５で説明した、２成分以上の合金ターゲットを用いたマグネトロンロータリスパッタ成膜において、基板６に成膜された合金薄膜の組成比情報に基づいて磁石ユニット３の角度θを調整する成膜方法や、回転カソードユニット８の磁石ユニット３の角度θを変更して複数回の成膜を行うことで、２成分の合金材料からなるロータリターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングによって膜厚方向で組成比の異なる（組成比の勾配を有する）多層膜を成膜する成膜方法は、図２に示すインライン型の成膜装置１００、図３に示すクラスタ型の成膜装置１１１、図４に示す基板搬送型のスパッタ装置１、図８に示す回転カソードユニット移動型のスパッタ装置１Ｘ、図９に示すツインカソードかつ回転カソードユニット移動型のスパッタ装置１Ｙ、図示しないツインカソードかつ基板搬送型のスパッタ装置、図１３に示す磁石ユニット揺動型のスパッタ装置に適用できる。

【0106】

上記の実施例は本発明の一例を示したものであるが、本発明は上記の実施例の構成に限定されないし、その技術思想の範囲内で適切に変形してもよい。例えば、チャンバ内に固定された回転カソードユニットに対して基板が移動する構成やチャンバ内に固定された基板に対して回転カソードユニットが移動する構成に限らず、例えば、チャンバ内に基板及び回転カソードユニットが固定され、回転カソードユニットを構成するターゲットの数を増やすことで全体としてスパッタリング領域が成膜対象領域全体をカバーする構成や、チャンバ内に固定された回転カソードユニットに対して基板が水平面内で揺動する構成や、チャンバ内に固定された基板に対して回転カソードユニットが水平面内で揺動する構成としてもよい。図９ではターゲットを２個有するツインカソード型のスパッタ装置を例示したが、ターゲットの数は３個以上としてもよい。

【符号の説明】

【0107】

１：スパッタ装置
２：ターゲット
３：磁石ユニット
６：基板
３５：回転軸
１００：成膜装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】