特許 7328744 成膜装置、および、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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-08

(45)【発行日】2023-08-17

(54)【発明の名称】成膜装置、および、電子デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/35 20060101AFI20230809BHJP

   C23C 14/00 20060101ALI20230809BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230809BHJP

【ＦＩ】

C23C14/35 Z

C23C14/00 B

H05H1/46 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018143576

(22)【出願日】2018-07-31

(65)【公開番号】P2020019989

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-07-28

【前置審査】

(73)【特許権者】

【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】菅原 洋紀

(72)【発明者】

【氏名】青沼 大介

【審査官】篠原 法子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０５５５８７５０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２３５５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２１４５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２０９１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２８４０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２２５９９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１５１１７８４５（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

Ｈ０５Ｈ １／００－ １／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

成膜対象物および円筒形のターゲットが内部に配置されるチャンバと、
前記ターゲットの内部に設けられ、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、
前記ターゲットを回転駆動するターゲット駆動手段と、を備え、前記ターゲットと対向して配置される前記成膜対象物に成膜を行う成膜装置であって、
前記チャンバの内部に、前記成膜対象物に成膜するためのスパッタを行う第１の空間と、前記ターゲットの外表面をクリーニングするためのスパッタを行う第２の空間と、が設けられており、
前記磁場発生手段は、前記ターゲットの前記第１の空間側の外表面から漏洩する第１の漏洩磁場を発生させる第１の磁石ユニットと、前記ターゲットの前記第２の空間側の外表面から漏洩する第２の漏洩磁場を発生させる第２の磁石ユニットと、を有し、
前記第１の磁石ユニットは前記成膜対象物に対向して配置され、前記第２の磁石ユニットは、前記第１の磁石ユニットに対し１８０°反対側の位置から前記ターゲットの回転方向で下流側に片寄せて配置され、
前記第２の漏洩磁場の強度が、前記第１の漏洩磁場の強度よりも低く、
前記チャンバの内部にスパッタガスを供給するためのガス供給手段を備え、
前記ガス供給手段によるガス供給口が、前記成膜対象物の成膜対象面の法線に垂直で、かつ、前記ターゲットの回転軸を含む平面の近傍に位置して、前記ガス供給口から前記第１の空間および前記第２の空間の両方にガスを供給し、前記ターゲットの前記第２の空間においてクリーニングされた部分は前記ターゲット駆動手段による回転により送り込まれた前記第１の空間において前記スパッタが行われることを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記第２の磁石ユニットと前記ターゲットとの間には、磁性板が配置されることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記磁性板は、前記ターゲットの長手方向と直交する断面形状が円弧状の磁性板であることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記第２の磁石ユニットは、前記第１の磁石ユニットよりも磁力の弱い磁石ユニットであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記第２の空間は、前記ターゲットの回転軸を挟んで前記第１の空間の反対側にあることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記第１の空間におけるスパッタと、前記第２の空間におけるスパッタと、を同時に行うモードを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記磁場発生手段を有し、前記ターゲットが、前記磁場発生手段がその内部に配置されるようにそれぞれ配置されるカソードユニットを、前記チャンバ内に複数有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の成膜装置。

【請求項8】

成膜対象物をチャンバ内に配置し、前記成膜対象物と対向して配置された円筒形のターゲットから飛翔するスパッタ粒子を堆積させて成膜するスパッタ成膜工程を含む電子デバイスの製造方法であって、
前記ターゲットの内部に配置された磁場発生手段によって、前記ターゲットから前記成膜対象物に向かう第１の方向と、前記成膜対象物から離れる方向の第２の方向と、の両方に前記ターゲットの外表面から漏洩する漏洩磁場を発生させ、
前記磁場発生手段は、前記第１の方向の漏洩磁場を発生させる第１の磁石ユニットと、前記第２の方向の漏洩磁場を発生させる第２の磁石ユニットと、を有し、前記第１の磁石ユニットは前記成膜対象物に対向して配置され、前記第２の磁石ユニットは、前記第１の磁石ユニットに対し１８０°反対側の位置から前記ターゲットの回転方向で下流側に片寄せて配置され、
前記第２の方向における漏洩磁場の強度は、前記第１の方向における漏洩磁場の強度よりも低く、
前記第１の方向における漏洩磁場によってプラズマを集中させてスパッタを行う本スパッタ工程と、
前記第２の方向における漏洩磁場によってプラズマを集中させてスパッタを行うプリスパッタ工程と、を行い、
前記成膜対象物の成膜対象面の法線に垂直で、かつ、前記ターゲットの回転軸を含む平面の近傍に位置するガス供給口から前記第１の方向の前記チャンバの内部の空間と前記第２の方向の前記チャンバの内部の空間の両方にガスが供給され、前記ターゲットの前記プリスパッタ工程においてスパッタが行われた部分は、前記本スパッタ工程においてスパッタが行われることを特徴とする電子デバイスの製造方法。

【請求項9】

前記プリスパッタ工程は、前記ターゲットの外表面を清浄にする工程であることを特徴とする請求項８に記載の電子デバイスの製造方法。

【請求項10】

前記本スパッタ工程と前記プリスパッタ工程とを同時に行うことを特徴とする請求項９に記載の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、成膜装置、および、電子デバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板や基板上に形成された積層体などの成膜対象物に、金属や金属酸化物などの材料からなる薄膜を形成する方法として、スパッタ法が広く知られている。スパッタ法によって成膜を行うスパッタ装置は、真空チャンバ内において、成膜材料からなるターゲットと成膜対象物とを対向させて配置した構成を有している。ターゲットに負の電圧を印加するとターゲットの近傍にプラズマが発生して電離した不活性ガス元素によってターゲット表面がスパッタされ、放出されたスパッタ粒子が成膜対象物に堆積して成膜される。また、ターゲットの背面（円筒形のターゲットの場合にはターゲットの内側）にマグネットを配置し、発生する磁場によってカソード近傍の電子密度を高くしてスパッタする、マグネトロンスパッタ法も知られている。

【0003】

従来のこの種の成膜装置においては、例えば、ターゲットを交換した後や、チャンバ内を大気開放した後、あるいは成膜処理を連続して行わずターゲットがプラズマに曝されない期間が長い場合などには、ターゲットの表面が酸化あるいは変質している場合がある。このようにターゲットの表面が酸化あるいは変質した場合や、ターゲット表面に異物が付着した場合などには、成膜対象物に対してスパッタする前に、成膜対象物以外に対してスパッタを行い、ターゲットの表面を清浄にするプリスパッタが行われている（特許文献１）。

【0004】

ターゲットを回転させながらスパッタを行うロータリーカソード（ＲＣ；回転カソード、ローテータブルカソードとも称する）におけるプリスパッタとしては、例えば、特許文献２に記載のような方法がある。特許文献２に記載のスパッタ装置では、ＲＣの内部に設けられたマグネット（磁石アセンブリ）を回転させることで、次の３つの状態をとることができる。
（１）プラズマが基板（成膜対象物）の反対側を向いている状態
（２）プラズマが横（基板の成膜面に水平な方向）を向いている状態
（３）プラズマが基板を向いている状態

【0005】

すなわち、（１）の状態でプラズマを発生させて（１）または（２）の状態で維持することで基板にスパッタすることなくプリスパッタを行うことができる。プリスパッタが完了した後には、マグネットを回転させて（３）の状態にすれば、基板やＲＣを移動させることなく、プリスパッタから本スパッタに移行することもできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－２０４７０５号公報

【文献】特表２０１５－５１９４７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献２に記載のようにマグネットを回転させる方法では、成膜対象物が大型化してＲＣが長尺になった場合に、マグネットが重くなり、回転させることが困難になる。

【0008】

また、プリスパッタをしても、本スパッタまでに磁石アッセンブリを半周させている間にターゲット表面状態が変わる可能性があった。
その他の方法として、ＲＣ全体をプリスパッタのための位置まで移動させてプリスパッタする方法も考えられるが、移動距離が長くなり、生産性が低下してしまう。

【0009】

本発明の目的は、プリスパッタを生産性良く、簡便に行うことができる成膜装置および電子デバイスの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一側面としての成膜装置は、成膜対象物および円筒形のターゲットが内部に配
置されるチャンバと、前記ターゲットの内部に設けられ、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、前記ターゲットを回転駆動するターゲット駆動手段と、を備え、前記ターゲットと対向して配置される前記成膜対象物に成膜を行う成膜装置であって、前記チャンバの内部に、前記成膜対象物に成膜するためのスパッタを行う第１の空間と、前記ターゲットの外表面をクリーニングするためのスパッタを行う第２の空間と、が設けられており、前記磁場発生手段は、前記ターゲットの前記第１の空間側の外表面から漏洩する第１の漏洩磁場を発生させる第１の磁石ユニットと、前記ターゲットの前記第２の空間側の外表面から漏洩する第２の漏洩磁場を発生させる第２の磁石ユニットと、を有し、前記第１の磁石ユニットは前記成膜対象物に対向して配置され、前記第２の磁石ユニットは、前記第１の磁石ユニットに対し１８０°反対側の位置から前記ターゲットの回転方向で下流側に片寄せて配置され、前記第２の漏洩磁場の強度が、前記第１の漏洩磁場の強度よりも低く、前記チャンバの内部にスパッタガスを供給するためのガス供給手段を備え、前記ガス供給手段によるガス供給口が、前記成膜対象物の成膜対象面の法線に垂直で、かつ、前記ターゲットの回転軸を含む平面の近傍に位置して、前記ガス供給口から前記第１の空間および前記第２の空間の両方にガスを供給し、前記ターゲットの前記第２の空間においてクリーニングされた部分は前記ターゲット駆動手段による回転により送り込まれた前記第１の空間において前記スパッタが行われることを特徴とする。

【0012】

本発明のさらに別の一側面としての電子デバイスの製造方法は、成膜対象物をチャンバ内に配置し、前記成膜対象物と対向して配置された円筒形のターゲットから飛翔するスパッタ粒子を堆積させて成膜するスパッタ成膜工程を含む電子デバイスの製造方法であって、前記ターゲットの内部に配置された磁場発生手段によって、前記ターゲットから前記成膜対象物に向かう第１の方向と、前記成膜対象物から離れる方向の第２の方向と、の両方に前記ターゲットの外表面から漏洩する漏洩磁場を発生させ、前記磁場発生手段は、前記第１の方向の漏洩磁場を発生させる第１の磁石ユニットと、前記第２の方向の漏洩磁場を発生させる第２の磁石ユニットと、を有し、前記第１の磁石ユニットは前記成膜対象物に対向して配置され、前記第２の磁石ユニットは、前記第１の磁石ユニットに対し１８０°反対側の位置から前記ターゲットの回転方向で下流側に片寄せて配置され、前記第２の方向における漏洩磁場の強度は、前記第１の方向における漏洩磁場の強度よりも低く、前記第１の方向における漏洩磁場によってプラズマを集中させてスパッタを行う本スパッタ工程と、前記第２の方向における漏洩磁場によってプラズマを集中させてスパッタを行うプリスパッタ工程と、を行い、前記成膜対象物の成膜対象面の法線に垂直で、かつ、前記ターゲットの回転軸を含む平面の近傍に位置するガス供給口から前記第１の方向の前記チャンバの内部の空間と前記第２の方向の前記チャンバの内部の空間の両方にガスが供給され、前記ターゲットの前記プリスパッタ工程においてスパッタが行われた部分は、前記本スパッタ工程においてスパッタが行われることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、プリスパッタを生産性良く、簡便に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（Ａ）は実施形態１の成膜装置の構成を示す模式図、（Ｂ）は実施形態１の成膜装置の側面図。

【図2】（Ａ）は磁性板の斜視図、（Ｂ）は第１磁石ユニットの斜視図。

【図3】（Ａ）はターゲット駆動機構の一例を示す斜視図、（Ｂ）はターゲット駆動機構の一例を示す断面図。

【図4】実施形態２の成膜装置の構成を示す模式図。

【図5】（Ａ）は実施形態３の成膜装置の構成を示す模式図、（Ｂ）は実施形態３の仕切板の斜視図。

【図6】実施形態４の成膜装置の構成を示す模式図。

【図7】有機ＥＬ素子の一般的な層構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、以下の実施形態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およびソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に特定的な記載がない限りは、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。

【0017】

［実施形態１］
まず、図１（Ａ）を参照して、実施形態１の成膜装置１の基本的な構成について説明する。

【0018】

本実施形態に係る成膜装置１は、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品など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、成膜装置１は、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどの電子デバイスの製造において好ましく用いられる。中でも、本実施形態に係る成膜装置１は、有機ＥＬ（ＥｒｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池など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。

【0019】

図７は、有機ＥＬ素子の一般的な層構成を模式的に示している。図７に示すとおり、勇気ＥＬ素子は、基板に陽極、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極の順番に成膜される構成が一般的である。本実施形態に係る成膜装置１は、有機膜上に、スパッタリングによって、電子注入層や電極（陰極）に用いられる金属や金属酸化物等の積層被膜を成膜する際に好適に用いられる。また、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、多様な面に積層成膜が可能である。

【0020】

成膜装置１は、ガス導入口（供給口）７aおよび不図示の排気口を備え、内部を真空に
維持することができるチャンバ１０を有する。チャンバ１０の内部には、ガス導入口７a
１を介して不図示のガス導入手段によってアルゴン等の不活性ガスや反応性ガスが供給される。ここでは、ガス導入口７aは、チャンバ１０の内部に配置されたガス配管７の先端
に設けられている。チャンバ１０の内部からは、不図示の排気口を介して不図示の排気手段によって真空排気が行われる。

【0021】

チャンバ１０内には、成膜装置１によって成膜処理を行う対象である成膜対象物６と、成膜対象物６と対向して円筒形のターゲット２と、が配置される。チャンバ１０内にターゲット２が配置された状態で、成膜対象物６が不図示の搬送手段によってターゲット２と対向するチャンバ１０内の領域である成膜エリアに搬送され、成膜処理が行われてもよい。成膜対象物６は、成膜エリア内で成膜対象物６の成膜面に平行な方向に不図示の成膜対象物駆動手段によって移動させられつつ、成膜処理が行われてもよい。ターゲット２の内部には、磁場発生手段としての磁石ユニット３が設けられる。ターゲット２は、駆動手段としてのターゲット駆動装置１１によって、ターゲット２の円筒中心軸を回転の軸として回転駆動される。磁石ユニット３は密閉されたケース４内に装着され、ターゲット２と共にロータリーカソード８を構成している。

【0022】

ターゲット２は、成膜対象物６に成膜を行う成膜材料の供給源として機能する。ターゲット２の材質は特に限定はされないが、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉなどの金属ターゲットとその合金材が挙げられる。ターゲット２は、これらの成膜材料が形成された層の内側に、バッキングチューブのような別の材料からなる層が形成されていてもよい。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状のものであればよい。

【0023】

磁石ユニット３は、ターゲット２の外表面から漏洩する漏洩磁場を発生する磁場発生手段である。磁石ユニット３は、ターゲット２の外表面の成膜対象物６と対向する第１の領域Ａ１から漏洩する第１の漏洩磁場Ｍ１と、ターゲット２の外表面の成膜対象物６と対向しない第２の領域Ａ２から漏洩する第２の漏洩磁場Ｍ２と、を発生させる。すなわち、磁石ユニット３によって、ターゲット２と成膜対象物６との間の空間である第１の空間Ｓ１には第１の漏洩磁場Ｍ１が生成され、ターゲット２の外表面から離れる方向で、かつ、成膜対象物６から離れる方向にある第２の空間Ｓ２には第２の漏洩磁場Ｍ２が生成される。ここで、第１の空間Ｓ１は、成膜対象物６に対する成膜を行うためのスパッタを行うための空間であり、第２の空間Ｓ２は後述するようにターゲットの外表面をクリーニングするためのスパッタを行う空間である。第２の空間Ｓ２は、図示例では、チャンバ底面とターゲット２の間の空間である。第１および第２の漏洩磁場Ｍ１、Ｍ２によって、ターゲット２の外周近傍にはプラズマＰ１、Ｐ２が集中し、効率的にスパッタが行われる。なお、第１の空間Ｓ１は第１の領域Ａ１と面しており、第２の空間Ｓ２は第２の領域Ａ２と面している。

【0024】

第１の磁石ユニット３Ａと第２の磁石ユニット３Ｂの配置については、下記のように表現することもできる。ターゲット２の長手方向に垂直な断面において、ターゲット２の外周上の点であって、成膜対象物６と対向して配置されたときに成膜対象物６との距離が最も短くなる点を第１の点Ｘ１とする。そして、同じ断面において、第１の点Ｘ１とターゲット２の回転軸上の点ｎと、を結ぶ直線を第１の直線Ｌ１とする。さらに、同じ断面において、ターゲット２の回転軸上の点ｎを通り、第１の直線Ｌ１と垂直な直線を第２の直線Ｌ２とする。このとき、ターゲット２を、第２の直線Ｌ２を含み、かつターゲット２の長
手方向に平行な平面で分割して２つの部分に分割する。この２つの部分を、第１の部分、第２の部分とする。図１（Ａ）の場合、第１の点Ｘ１はターゲット２の外周のうち最も上に位置する点であり、第１の直線Ｌ１は第１の点Ｘ１を通り、成膜対象物６に垂直な直線であり、第２の直線Ｌ２はターゲット２の中心（点ｎ）を通り成膜対象物６と平行な直線である。したがって、図１（Ａ）の場合、ターゲット２は成膜対象物６側の半円（半円筒）と、その反対側の半円（半円筒）とに分割される。このとき、第１の磁石ユニット３Ａは第１の部分の外表面の少なくとも一部から漏洩する第１の漏洩磁場Ｍ１を発生させ、第２の磁石ユニット３Ｂは第２の部分の外表面の少なくとも一部から漏洩する第２の漏洩磁場Ｍ２を発生させるように配置されている。

【0025】

ターゲット２の内部には、ターゲット２の内周と磁石ユニット３との間に、磁石ユニット３によって生成され、ターゲット２の外表面へと漏洩する漏洩磁場の強度を弱める磁性板５が配置されている。本実施形態では、磁性板５は、第２の漏洩磁場Ｍ２の強度を、第１の漏洩磁場Ｍ１の強度よりも弱める機能を有する。これにより、第２の空間Ｓ２におけるターゲット２の近傍のプラズマＰ２の密度を、第１の空間Ｓ１におけるターゲット２の近傍のプラズマＰ１の密度よりも低下させ、第２の空間Ｓ２における放電を第１の空間Ｓ１における放電よりも微弱にすることができる。

【0026】

磁性板５の形状は、図２（Ａ）に示すように、円筒状のケース４の内周に沿ったアーチ状の板状部材で、ケース４の内周に固定されている。図示例では、磁性板５は、ケース４の半周分を覆う構成となっており、半円筒形状を有している。磁性板５の固定は、ケース４の内周に張り付けてもよいし、ねじ等の締結部材によって固定してもよいし、場合によっては、ケース４自体の材質を、該当部分について磁性部材によって構成してもよい。

【0027】

磁性板５の材質は磁束を吸収して内部に集中しやすい材料、すなわち、高い比透磁率を有する材料であれば特に限定はされない。磁気遮蔽板５を構成する材料の比透磁率は５００以上であることが好ましく、１０００以上であることが好ましく、３０００以上であることがより好ましい。なお、磁気遮蔽板５を構成する材料の比透磁率の上限は特に限定はされず、例えば、１０００００００以下であってもよいし、１００００００以下であってもよい。より具体的には、磁気遮蔽板５を構成する材料としては、強磁性体であることが好ましく、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉやその合金、パーマロイやミューメタル等を用いることができる。

【0028】

ターゲット２にはバイアス電圧を印加する電源１３が接続され、制御装置１４によって、ターゲット駆動装置１１および電源１３が制御される。なお、チャンバ１０は接地されている。すなわち、ターゲット２を回転させながら、電源１３に印加することで、成膜対象物６側の第１の空間Ｓ１と成膜対象物６と反対側（裏側）の第２の空間Ｓ２にプラズマを発生させ、裏面側で微弱放電させてプリスパッタを行う。同時に、第１の空間Ｓ１では密度の高いプラズマを発生させて本スパッタを行い、成膜対象物６にスパッタ粒子を堆積させて成膜するようになっている。

【0029】

図１（Ｂ）に示すように、成膜対象物６は、図示例では、真空チャンバ１０の天井側に、ロータリーカソード８の回転軸と平行、すなわち、水平に配置され、両側縁が基板ホルダによって保持されている。成膜対象物６は、例えば、チャンバ１０の側壁に設けられた不図示の入口ゲートから搬入され、成膜エリア内の成膜位置まで移動して成膜され、成膜後、不図示の出口ゲートから排出される。成膜装置１は、上述のように、成膜対象物６の成膜面が重力方向下方を向いた状態で成膜が行われる、いわゆるデポアップの構成であってもよい。ただし、これに限定はされず、成膜対象物６がチャンバ１０の底面側に配置されてその上方にロータリーカソード８が配置され、成膜対象物６の成膜面が重力方向上方を向いた状態で成膜が行われる、いわゆるデポダウンの構成であってもよい。あるいは、
成膜対象物６が垂直に立てられた状態、すなわち、成膜対象物６の成膜面が重力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。

【0030】

ロータリーカソード８は、チャンバ１０の上下方向ほぼ中央に配置され、両端がサポートブロック３００とエンドブロック２００を介して回転自在に支持されている。ガスの配管７は、図１（Ａ）に示すように、ロータリーカソード８に対して、図中左右２か所に設けられ、チャンバ１０の底面側から上向きに延びる。ガスの配管７のチャンバ１０内の開口部であるガス導入口７aの位置（ガス供給位置）は、ロータリーカソード８の中心軸Ｎ
の高さで、円筒形状のターゲット２の左右側面に向けて屈曲し、ターゲット２の左右側面に対向して開口している。

【0031】

ガス導入口７aの位置は特に限定はされないが、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２との
間が好ましい。すなわち、ガス導入口７aの位置は、成膜対象物６の成膜対象面の法線に
垂直で、かつ、ターゲット２の回転軸を含む平面の近傍とすることが好ましい。これにより、１つのガス導入口７aから、第１の空間Ｓ１および第２の空間Ｓ２の両方に、ガスを
供給するこができる。

【0032】

（磁石ユニット３の配置構成）
磁石ユニット３は、成膜対象物６に向かう方向（第１の方向Ｄ１）に磁場を形成する第１磁石ユニット３Ａと、成膜対象物２とは離れる方向である第２の方向Ｄ２に磁場を形成する第２磁石ユニット３Ｂによって構成されている。なお、本実施形態では第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２は１８０°逆向き、すなわち第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角が１８０°としているが、これに限定はされない。第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角は９０°以上１８０°以下であればよく、１２０°以上１８０°以下であることが好ましい。第１磁石ユニット３Ａと第２磁石ユニット３Ｂは背面合わせで重ねられており、磁力の強さは同じに設定されている。なお、第１磁石ユニット３Ａと第２磁石ユニット３Ｂとの間には空間が設けられていてもよい。第１磁石ユニット３Ａと第２磁石ユニット３Ｂは、基本的に同じ構成であり、第１磁石ユニット３Ａを例にとって、その構成を説明する。

【0033】

第１磁石ユニット３Ａは、図２（Ｂ）に示すように、ロータリーカソード８の回転軸と平行方向に延びる中心磁石３１と、中心磁石３１を取り囲む中心磁石３１とは異極の周辺磁石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，３２ｂと、直線部３２ａ，３２ｂの両端を連結する転回部３２ｃ、３２ｃとによって構成されている。第２磁石ユニット３Ｂも同一の構成である。

【0034】

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，３２ａ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の長手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。

【0035】

（ケースの構成）
ケース４は円筒形状の密閉されたボックスで、磁石ユニット３がケース４内に配置される。ケース４の中心軸線とターゲットの中心軸はロータリーカソード８の中心軸線Ｎと同軸的に組付けられている。また、磁石ユニット３のヨーク板３３は、中心軸線Ｎを通る水平面上に位置し、第１磁石ユニット３Ａと第２磁石ユニット３Ｂの中心磁石３１、３１の中心を通る垂直面が、中心軸線を通るように配置されている。

【0036】

（ターゲットの駆動機構）
図３（Ａ）は、ターゲット駆動機構１１の一例を示す概略斜視図であり、図３（Ｂ）はロータリーカソード８の回転軸に沿った断面図である。図３（Ａ）は、ロータリーカソード８の基本的な構成、図３（Ｂ）は、回転軸受とシールの配置構成を主として記載している。

【0037】

まず、図３（Ａ）を参照して、ターゲット駆動機構１１について説明する。ターゲット２に動力を伝達する動力伝達軸２１は円筒状の中空軸でエンドブロック２００に突出しており、この動力伝達軸２１の中空穴を通じてケース４の固定軸４１がターゲット２の動力伝達軸２１から突出している。ターゲット２の動力伝達軸２１は、ターゲット２の端部に固定される端板２２の中央に突設され、ケース４の固定軸４１は、ケース４の端板４２の中央に突設されている。

【0038】

ターゲット２の動力伝達軸２１は、駆動伝達機構としてのベルト伝達機構１１０を介して、駆動源であるモータ１３０に接続され、回転駆動力が伝達されるようになっている。すなわち、モータ１３０の回転駆動力が、ベルト伝達機構１１０、動力伝達軸２１を介してターゲット２に伝達され、ターゲット２が回転駆動される。ベルト伝達機構１１０は、図示例では、ベルトおよびプーリは、歯付きタイプのものが使用されているが、これに限定されない。

【0039】

一方、サポートブロックの端部は、ターゲット２の端部に設けられた従動側回転軸２４が、サポートブロック３００に回転自在に支持されている。エンドブロック側と異なり、互いに回転自在に支持されればよいので、ターゲット２の従動側回転軸２４をケース４の固定軸４４が貫通しなくもよい。

【0040】

次に、図３（Ｂ）を参照して、回転部分の軸受とシールを中心に説明する。

【0041】

（エンドブロック側の構成）
固定軸４１とターゲット２の動力伝達軸２１との間には、一対の軸受Ｂが設けられ、固定軸４１に対してターゲット２の動力伝達軸２１が回転自在となっており、固定軸４１とターゲット２の動力伝達軸２１との環状隙間に真空シールに適した密封装置２７０が装着されている。この密封装置２７０は、固定軸４１とターゲット２の動力伝達軸２１との相対的な回転を可能としつつ、環状隙間を封止する機能を有している。また、ケース４と磁石ユニット３は連結されており、ターゲット２が回転しても、ケース４および内部の磁石ユニット３は回転することはない。すなわち、成膜装置１は、ケース４および内部の磁石ユニット３がエンドブロック２００に対して固定された状態のまま、ターゲット２を回転させることができる。

【0042】

さらに、ターゲット２の動力伝達軸２１と、エンドブロック２００に設けられた円形の開口部２０１との間にも軸受Ｂが設けられ、エンドブロック２００に対してターゲット２の動力伝達軸２１が回転自在となっており、さらに、ターゲット２の動力伝達軸２１と開口部２０１との環状隙間が密封装置２７０によってシールされている。なお、図示例では、駆動力伝達軸２１は、ターゲット２の開口端を塞ぐ端板２２に設けられた構成で、ターゲット２は、クランプなどの締結部材２９０によって外周側の端部が締結され、ターゲット２の内周と端板２２との嵌合部はガスケットＧによって封止されている。これにより、ケース４内を低圧力状態に維持している。

【0043】

（サポートブロック３００側の構成）
ターゲット２の従動側回転軸２４は中空ではなく、動力伝達軸２１と同軸的に設けられ、サポートブロック３００に設けられた軸穴３０１に軸受Ｂを介して回転自在に支持されている。この軸受部には特に密封装置は不要である。

【0044】

従動側回転軸２４は、ターゲット２の開口端を塞ぐ端板２５に設けられた構成で、端板２５の内側の端面には未貫通の軸受穴２６が設けられており、この軸受穴２６にケース４の固定軸４４が、軸受Ｂを介して回転自在に支持されている。なお、ターゲット２のサポートブロック３００側の端部も、クランプなどの締結部材２９０によって外周側の端部が締結され、ターゲット２の内周と端板との嵌合部はガスケットＧによって封止され、ターゲット１００の内部空間を低圧力状態に維持している。

【0045】

なお、ここではサポートブロック３００はチャンバ１０の内部に配置され、エンドブロック２００はチャンバ１０の外部に配置されるものとしたが、これに限定はされず、エンドブロック２００もチャンバ１０の内部に配置されてもよい。この場合、モータ１３０等もエンドブロック２００の内部に配置されてもよい。エンドブロック２００およびサポートブロック３００をチャンバ１０の内部に配置して、ロータリーカソード８と共に成膜対象物６の成膜面に対して平行に移動可能な構成としてもよい。この構成にすれば、ロータリーカソード８を回転駆動させつつ、ロータリーカソード８を成膜対象物６の成膜面に対して平行に駆動させることができる。

【0046】

次に、成膜装置１の作用について説明する。

【0047】

成膜装置１は、制御部１４によって、駆動源のモータ１３０、ターゲット駆動機構１１を制御し、ターゲット２を回転させて、成膜対象物６に成膜する。ターゲット２を回転させながら、電源１３からターゲット２にバイアス電圧を印加すると、磁石ユニット３によって生成される漏洩磁場によって、ターゲット２の外側の空間にプラズマが発生する。より具体的には、成膜対象物６側の第１の空間Ｓ１には磁力の高い第１の漏洩磁場Ｍ１によって高密度のプラズマＰ１が生成され、成膜対象物６と反対側の第２の空間Ｓ２には、磁力の低い第２の漏洩磁場Ｍ２によって低密度のプラズマＰ２が生成される。

【0048】

ターゲット２の外表面のうち、第２の領域Ａ２に相当する部分は、第２の空間Ｓ２における低密度のプラズマＰ２の荷電粒子によってターゲット２がスパッタされて表面がクリーニングされる（プリスパッタ）。ターゲット２は回転駆動されているため、ターゲット２の外表面のうち、プリスパッタによってクリーニングされる部分はターゲット２の外表面を移動していく。すなわち、ターゲット２を回転させつつプリスパッタすることで、ターゲット２の外表面の全周についてクリーニングを行うことができる。ターゲット２の外表面のうち、プリスパッタによってクリーニングされた部分は、回転によって第１の領域Ａ１に送り込まれる。第１の領域Ａ１では、第１の空間Ｓ１における高密度のプラズマＰ１の荷電粒子によって清浄なターゲット表面がスパッタされる（本スパッタ）。これにより、不純物が低減されたスパッタ粒子が成膜対象物６に堆積し、均一な被膜が成膜される。

【0049】

なお、本スパッタとプリスパッタは、時間的に間隔をあけて順番に実施してもよいし、連続して順番に実施してもよいし、同時に実施してもよい。本実施形態では、本スパッタとプリスパッタは同時に実施される。本スパッタとプリスパッタを同時に実施するなどして、第２の領域Ａ２でクリーニングされたターゲット２の表面を直ちに本スパッタするようにすることで、本スパッタが行われる第１の領域Ａ１では、ターゲット２の表面を常に清浄な状態に保つことができる。これにより、純度の高い均質な成膜層を得ることができる。

【0050】

また、本実施形態では、成膜対象物６から離れる方向にある第２の空間Ｓ２においてプリスパッタを行う。すなわち、ターゲット２の外表面のうち、成膜対象物６と対向していない部分をスパッタすることで、プリスパッタを行う。これにより、プリスパッタによっ
て飛散するスパッタ粒子は、成膜対象物６とは反対側のチャンバ１０の内壁面等に付着するため、プリスパッタによる成膜対象物６または成膜対象物６に形成されている膜への影響を低減させることができる。さらに、第２の領域Ａ２から漏洩して形成される第２の漏洩磁場Ｍ２は第１の漏洩磁場Ｍ１よりも磁場強度が弱く、第２の空間Ｓ２で生成されるプラズマＰ２はプラズマＰ１よりも低密度である。そのため、プリスパッタにおいては本スパッタよりも微弱な放電によってスパッタされるので、プリスパッタによるターゲット２の消費量の抑制を図ることもできる。

【0051】

次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下の説明では実施形態１と、主として異なる点についてのみ説明し、同一の構成部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0052】

［実施形態２］
図４は、本発明の実施形態２に係る成膜装置１０１を示している。実施形態１では、磁性板５によって、第２の領域Ａ２から漏洩する第２の漏洩磁場Ｍ２の強度を、第１の領域Ａ１から漏洩する第１の漏洩磁場Ｍ１の強度よりも低く設定していた。一方、実施形態２では、第２磁石ユニット３Ｂ自体の磁力を、成膜対象物６側の第１磁石ユニット３Ａの磁力より弱くする。これにより、第２の領域Ａ２から漏洩する第２の漏洩磁場Ｍ２の強度を、第１の領域Ａ１から漏洩する第１の漏洩磁場Ｍ１の強度よりも低く設定する。このようにすれば、磁性板５を用いることなく、第２の領域Ａ２側の漏洩磁場を弱めて微弱放電が可能となり、第１の領域Ａ１における本スパッタと、第２の領域Ａ２におけるプリスパッタと、を効率的に行うことができる。

【0053】

［実施形態３］
図５は、本発明の実施形態３に係る成膜装置１０２を示している。実施形態３では、チャンバ１０の内部を、成膜対象物６に成膜するための第１の空間Ｓ１と、第２の空間Ｓ２と、に仕切るための仕切り部材４００を設けたものである。

【0054】

第１の空間Ｓ１は、上記した通り、本スパッタの際の高密度のプラズマＰ１が生成される領域であり、第２の空間Ｓ２はプリスパッタの際に低密度のプラズマＰ２が生成される領域である。成膜装置１０２は、第１の空間Ｓ１にガスを導入するための第１のガス導入口７１と、第２の空間Ｓ２にガスを導入するための第２のガス導入口７２と、を有しており、それぞれのガス導入口７１，７２は別のガス供給源に接続されていてもよい。それぞれのガス導入口７１，７２からは別種のガスが供給されてもよい。

【0055】

仕切り部材４００は、ロータリーカソード８の中心軸Ｎを通る水平面に沿って、ロータリーカソード８の左右に一対の水平板部４０１と、水平板部４０１を支持する垂直方向に延びる支持板部４０２とを備えたＬ字形状に屈曲した板材によって構成される。支持板部４０２はチャンバ１０の内壁面に固定され、水平板部４０１のロータリーカソード８側の端部が、ターゲット２の側面に対して微小な隙間を介して対向するように構成される。なお、水平板部４０１が直接チャンバ１０の壁に固定された構成でもよい。このように第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２を仕切ることで、プリスパッタ時の酸化物等の飛散粒子が成膜対象物側に付着する等の影響を抑制することできる。

【0056】

［実施形態４］
図６は、本発明の実施形態４に係る成膜装置１０３を示している。実施形態４では、磁石ユニット３を、成膜対象物６側の第１の領域Ａ１に対向させて１つ設け、第２の領域Ａ２１，Ａ２２に対向させて２つ設けている。すなわち、成膜装置１０３は、第１の領域Ａ１から漏洩磁場を発生させるために配置される第１の磁石ユニット３Ａと、第２の領域Ａ２１，Ａ２２から漏洩磁場Ｍ２１，Ｍ２２を発生させるために配置される２つの第２の磁
石ユニット３Ｂ１,３Ｂ２と、を有する。第２の磁石ユニット３Ｂ１,３Ｂ２は、ターゲットの回転方向に沿って上流側と下流側に配置される構成で、第１の磁石ユニット３Ａと合わせて３角形状の配置となっている。

【0057】

このようにすれば、第２の領域Ａ２に、２つの第２の磁石ユニット３Ｂ１,３Ｂ２によ
って、２つの磁場Ｍ２１、Ｍ２２によって複数のプラズマＰ２１,Ｐ２２が生成され、裏
面側の放電エリアを広くすることができ、クリーニングの表面均一性を向上させることができる。なお、第２の磁石ユニットは複数設ければよく、２つに限定されず、３つ以上でもよい。

【0058】

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の構成を採用することができる。

【0059】

例えば、実施形態１～３では、磁石ユニット３は、成膜対象物と対向する第１磁石ユニット３Ａに対して、１つの第２磁石ユニット３Ｂを１８０°反対側に配置しているが、１つの第２の磁石ユニット３Ｂを、実施形態４の２つの第２の磁石ユニットの下流側の磁石ユニット３Ｂ２のように、回転方向下流側に片寄せて配置するような構成としてもよい。このようにすれば、ターゲット２を本スパッタの直前でクリーニングすることができ、クリーニングの効果が高い。

【0060】

また、上記各実施形態では、磁性板５を磁石ユニット３と共にケース４内に配置した場合について説明したが、ケース４の外周とターゲット２の内周の間の隙間に配置する構成としてもよい。

【0061】

また、磁性板のサイズとしては、上記実施形態ではほぼ断面半円形状となっており、円筒状のターゲットの１８０°の範囲を覆うサイズとなっているが、１８０°に限定されるものではない。円筒状のターゲットの９０°以上２７０°以下の範囲を覆うサイズとすることが好ましく、１５０°以上２１０°以下の範囲を覆うサイズとすることがより好ましい。

【0062】

また、上記実施形態では、磁性板５を１枚の磁性板で構成しているが、２枚重ねた構成としてもよいし、１枚には限定されない。

【0063】

また、上記実施形態では、ロータリーカソード８が１つの場合を例示したが、ロータリーカソード８がチャンバ１０の内部に複数配置された成膜装置にも適用可能である。より具体的には、異種材料のターゲット２をそれぞれ有する複数のロータリーカソード８が配置され、成膜対象物６上に異種材料の積層構造の成膜層を形成する成膜装置にも適用可能である。複数のロータリーカソード８で異種材料を成膜する場合、１つのロータリーカソード８のターゲット２に、別のロータリーカソード８のターゲット２からスパッタされた異種材料からなるスパッタ粒子が付着してしまうことがある（コンタミ）。このように、コンタミが生じると、成膜対象物６に成膜される膜の組成比が、意図した比率から変わる恐れがある。このような場合でも、上述の各実施形態のように、裏面側で常に微弱放電しておけば、付着した異種材料は常にクリーニングされて除去され、成膜層の組成比を維持することができる。

【符号の説明】

【0064】

１ 成膜装置
２ ターゲット
３ 磁石ユニット（磁場発生手段）
６ 成膜対象物
１０ チャンバ
１１ ターゲット駆動装置（ターゲット駆動手段）
Ａ１ 第１の領域
Ａ２ 第２の領域
Ｍ１ 第１の漏洩磁場
Ｍ２ 第２の漏洩磁場

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】