特許 6127652 マグネトロンスパッタリングカソード及びこれを備えたスパッタリング装置並びに該スパッタリング装置を用いたスパッタリング成膜方法

(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】6127652

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】マグネトロンスパッタリングカソード及びこれを備えたスパッタリング装置並びに該スパッタリング装置を用いたスパッタリング成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/35 20060101AFI20170508BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/35 B

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-71986(P2013-71986)

(22)【出願日】2013年3月29日

(65)【公開番号】特開2014-196529(P2014-196529A)

(43)【公開日】2014年10月16日

【審査請求日】2015年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136825

【弁理士】

【氏名又は名称】辻川 典範

(74)【代理人】

【識別番号】100083910

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 正緒

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 寛人

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−１４５９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３３７８７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形板状のスパッタリングターゲットの外周部に対応して設けられた矩形環状の外周磁極と、該外周磁極の内側に外周磁極の長辺方向に延在するように配置された中心磁極とからなる磁界発生機構を備えたマグネトロンスパッタリングカソードであって、前記中心磁極が前記外周磁極の短辺方向に往復動すると共に、前記外周磁極がその長辺方向に往復動し、前記中心磁極が取り付けられている中心磁極往復動手段と前記外周磁極が取り付けられている外周磁極往復動手段とが互いに独立していることを特徴とするマグネトロンスパッタリングカソード。

【請求項2】

前記外周磁極はその長辺方向に沿って敷設された第１リニアガイドにガイドされながら第１クランクの駆動により往復動されるものであり、前記中心磁極は前記外周磁極の短辺方向に沿って敷設された第２リニアガイドにガイドされながら第２クランクの駆動により往復動されるものであることを特徴とする、請求項１に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。

【請求項3】

前記外周磁極の長辺の長さがスパッタリングターゲットの長辺の長さの８５〜９８％であり、前記外周磁極が往復動する移動幅が前記スパッタリングターゲットの長辺の長さの５％以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマグネトロンスパッタリングカソード。

【請求項4】

ロールツーロールで搬送される長尺基板の搬送経路の上方に、該長尺基板の少なくとも一方の面に対向するように設けられたスパッタリングカソードを備えたスパッタリング成膜装置であって、このスパッタリングカソードが請求項１〜３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタリングカソードであり、且つ前記スパッタリングカソードの長辺方向が長尺基板の搬送方向に直交する方向に配されていることを特徴とするスパッタリング成膜装置。

【請求項5】

減圧雰囲気下で矩形板状のスパッタリングターゲットを備えたマグネトロンスパッタリングカソードを用いるスパッタリング成膜方法において、前記マグネトロンスパッタリングカソードが請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリングカソードであることを特徴とするスパッタリング成膜方法。

【請求項6】

前記中心磁極の往復動と前記外周磁極の往復動の周期が異なることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリング成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スパッタリングターゲットの局所的な浸食の発生を抑えるマグネトロンスパッタカソード及びこれを備えたスパッタリング装置並びに該スパッタリング装置を用いたスパッタリング成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のマグネトロンスパッタリングカソードは、図1に示すように、スパッタ粒子を放出するスパッタリングターゲット３１がバッキングプレート３２に固定され、バッキグプレート３２はターゲット押さえ３３により冷却板３４の外周に固定されている。冷却板３４とスパッタリングカソード本体３５で画定される空間に磁気発生機構が格納されている。

【0003】

この磁気発生機構は、棒状の中心磁極３９とこれを囲む外周磁極３８とからなる磁極対から構成されている。そして、外周磁極３８と中心磁極３９の低面はヨーク材４０に接し磁気回路を構成している。また、スパッタリングカソード本体３５は、絶縁層３６の表面に配されており、スパッタリングカソード本体３５の周囲にはアノード３７が配されている。

【0004】

上記構成において、被成膜用基材面にスパッタリングターゲットを対向させ、これらの配設空間を真空下としてアルゴンガスを導入した状態で、スパッタリングターゲットに電圧を印加すると、スパッタリングターゲットから放出された電子によりアルゴンガスがイオン化し、このイオン化されたアルゴンガスがスパッタリングターゲットの表面に衝突してスパッタリングターゲットを構成するターゲット物質がたたき出さる。

【0005】

たたき出されたターゲット物質は被成膜用基材面に堆積し、これにより薄膜が形成される。スパッタリングターゲットからターゲット物質がたたき出されると、ターゲット表面にはエロージョンと呼ばれる局所的な侵食が生じる。この時、電子は、カソードの表面側に漏洩する磁界が電界と直交する領域に集中し、高密度プラズマが生成され、これによって被成膜用基材面に対する成膜が高速で行われる。

【0006】

ところが、このようなマグネトロンスパッタリングカソードの構成では、高速での成膜が可能であるという利点があるものの、スパッタリングターゲットの表面の一部のみから集中してスパッタ粒子がたたき出されるので、図２のターゲットの模式的断面図に示すように、エロージョンが進むとターゲット表面に最深部において傾斜のきつい断面略Ｖ字形状の侵食部が形成される傾向にあった。すなわち、スパッタリングターゲットの使用効率が極めて低いことが問題になっていた。

【0007】

スパッタリングターゲットの使用効率を向上させる方法として、様々な提案がなされている。例えば、特許文献１には中心磁極と外周磁極の間に永久磁極を配する方法が開示されている。また、特許文献２及び特許文献３には、磁気回路全体を回転するか、あるいは往復運動させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平５−０２５６２５号公報

【特許文献2】特開平３−１００１６２号公報

【特許文献3】特開平８−２３２０６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１に示すように磁極の配置を工夫しても、エロージョンの改善には限界があった。一方、特許文献２及び特許文献３の技術では磁気回路全体を回転あるいは往復動させるため、磁気回路はターゲットの有効面積に比べて、偏芯距離あるいは移動距離分だけ小さくする必要があり、瞬時エロージョン面積は小さくなり、実質的な電力密度は大きくなる。しかし、基板を搬送しながら処理処理を行うような連続スパッタリングスパッタ装置（例えば、ロールツーロール方式で長尺基板を搬送しながら成膜を行うスパッタリングウエブコータ）にこのようなカソードを利用すると、例えば長尺基板の幅方向の膜厚にばらつきが生じることがあった。

【0010】

本発明は上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、長尺基板をロールツーロールで搬送するスパッタリング成膜装置においてスパッタリング成膜の膜厚のばらつきを抑えつつスパッタリングターゲットの利用効率を向上させることが可能なマグネトロンスパッタリングカソードを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、矩形板状のスパッタリングターゲットに対応させるべく、該スパッタリングターゲットと略同サイズの長辺と短辺とで形成される矩形環状の外周磁極と、その内側に設けた中心磁極とで構成される磁界発生機構が格納されたスパッタリングカソードを用い、これら外周磁極と中心磁極との相対的な位置関係を変化させることで、膜厚分布の均一性を確保しつつ、ターゲット材の使用効率が向上すること見出し本発明を完成するに至った。

【0012】

すなわち、本発明のマグネトロンスパッタリングカソードは、矩形板状のスパッタリングターゲットの外周部に対応して設けられた矩形環状の外周磁極と、該外周磁極の内側に外周磁極の長辺方向に延在するように配置された中心磁極とからなる磁界発生機構を備えたマグネトロンスパッタリングカソードであって、中心磁極が前記外周磁極の短辺方向に往復動すると共に、外周磁極がその長辺方向に往復動し、前記中心磁極が取り付けられている中心磁極往復動手段と前記外周磁極が取り付けられている外周磁極往復動手段とが互いに独立していることを特徴としている。

【0013】

上記した本発明のマグネトロンスパッタリングカソードにおいては、外周磁極はその長辺方向に沿って敷設された第１リニアガイドにガイドされながら第１クランクの駆動により往復動されるものであり、中心磁極は前記外周磁極の短辺方向に沿って敷設された第２リニアガイドにガイドされながら第２クランクの駆動により往復動されるものであることが好ましい。

【0014】

また、外周磁極の長辺の長さがスパッタリングターゲットの長辺の長さの８５〜９８％であり、外周磁極が往復動する移動幅が前記スパッタリングターゲットの長辺の長さの５％以下であることが好ましい。

【0015】

また、本発明のスパッタリング成膜装置は、ロールツーロールで搬送される長尺基板の搬送経路の上方に、該長尺基板の少なくとも一方の面に対向するように設けられたスパッタリングカソードを備えたスパッタリング成膜装置であって、このスパッタリングカソードは上記したマグネトロンスパッタリングカソードであり、且つ前記スパッタリングカソードの長辺方向が長尺基板の搬送方向に直交する方向に配されていることを特徴としている。

【0016】

また、本発明のスパッタリング成膜方法は、減圧雰囲気下で矩形板状のスパッタリングターゲットを備えたマグネトロンスパッタリングカソードを用いるスパッタリング成膜方法であって、マグネトロンスパッタリングカソードが上記したスパッタリングカソードであることを特徴としている。このスパッタリング成膜方法においては、中心磁極の往復動と外周磁極の往復動の周期が異なることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、膜厚分布の均一性を確保しつつ、スパッタリングターゲットの使用効率を向上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】従来のマグネトロンスパッタリングカソードの模式的な断面図である。

【図2】従来のマグネトロンスパッタリングカソードでスパッタリング成膜した後のスパッタリングターゲットの浸食状態を示す断面図である。

【図3】本発明のマグネトロンスパッタリングカソードが好適に使用されるロールツーロール方式のスパッタリング成膜装置の一具体例の模式的な正面図である。

【図4】本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードの一具体例の模式的断面図である。

【図5】本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードの一具体例の模式的断面図である。

【図6】本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードの外周磁極と中心磁極の位置関係を示す概略図である。

【図7】本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードの外周磁極と中心磁極の位置関係を示す概略図である。

【図8】本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードでスパッタリング成膜した後のスパッタリングターゲットの浸食状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

まず、本発明のマグネトロンスパッタリングカソードが好適に使用されるスパッタリング成膜装置の一具体例として、図３に示すようなロールツーロール方式で搬送される長尺状の基材に対して連続的に成膜を行うスパッタリング成膜装置（スパッタリングウェブコータ）５０を採り上げて説明する。このスパッタリング成膜装置５０は、真空チャンバー５１内において巻出ロール５２から巻取ロール６４に搬送される被成膜基材としての長尺基板Ｆをキャンロール５６に巻き付けて冷却しながらスパッタリング成膜処理を施すものであり、例えば金属膜付耐熱性樹脂フィルムを連続的に作製することができる。

【0020】

具体的に説明すると、真空チャンバー５１には、図示しないドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオコイル等の種々の装置が具備されており、真空チャンバー５１内を到達圧力１０^−４Ｐａ程度まで減圧した後、アルゴンガスや目的に応じて添加される酸素ガスなどのスパッタリングガスを導入して０.１〜１０Ｐａ程度に圧力調整できるようになっている。真空チャンバー５１の形状や材質については、上記減圧状態に耐え得るものであれば特に限定はなく、種々のものを使用することができる。

【0021】

この真空チャンバー５１内に、長尺基板Ｆの搬送経路を画定する各種のロールが設けられている。巻出ロール５２からキャンロール５６までの搬送経路には、巻出ロール５２から巻き出された長尺基板Ｆを案内するフリーロール５３、長尺基板Ｆの張力の測定を行う張力センサロール５４、及び張力センサロール５４から送り出される長尺基板Ｆをキャンロール５６に導入するモータ駆動のフィードロール５５がこの順に配置されている。

【0022】

キャンロール５６から巻取ロール６４までの搬送経路にも、上記と同様に、キャンロール５６の周速度に対する調整を行うモータ駆動のフィードロール６１、長尺基板Ｆの張力測定を行う張力センサロール６２、及び長尺基板Ｆを案内するフリーロール６３がこの順に配置されている。

【0023】

上記巻出ロール５２及び巻取ロール６４では、パウダークラッチ等によりトルク制御が行われており、これにより長尺基板Ｆの張力バランスが保たれている。モータで回転駆動されるキャンロール５６は、熱負荷の掛かるスパッタリング処理により熱せられる長尺基板Ｆを冷却するため、内部に冷媒が循環している。このキャンロール５６の周速度に対して、フィードロール５５、６１の回転数が調整されており、これによりキャンロール５６の外周面に長尺基板Ｆを密着させて搬送することができる。

【0024】

キャンロール５６の外周面に対向する位置には、長尺基板Ｆの搬送経路に沿って４個のマグネトロンスパッタリングカソード５７、５８、５９、６０がこの順に設けられている。これらマグネトロンスパッタリングカソード５７〜６０の各々には、キャンロール５６の外周面に対向する面に矩形板状のスパッタリングターゲット（図示せず）が取り付けられており、これらスパッタリングターゲットから叩き出されたターゲット物質が長尺基板Ｆの表面上に堆積して金属膜の成膜が行われる。

【0025】

矩形板状のスパッタリングターゲットは、その長辺方向が長尺基板の搬送方向と略直交する向き（すなわち、長尺基板の幅方向）となるように配されている。このように、スパッタリングターゲットが矩形板状の場合は、これを使用するマグネトロンスパッタリングカソードも一般にそのターゲット保持側は、スパッタリングターゲットに対応して略相似形の矩形となっている。そして、マグネトロンスパッタリングカソードの長手方向は長尺基板の搬送方向と略直交するように配されることが望ましい。

【0026】

次に、本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードの一具体例を説明する。図４はこの一具体例のマグネトロンスパッタリングカソード１０を短辺方向に切断した断面図（図７におけるＹ−Ｙ線の断面図）であり、図５は長辺方向に切断した断面図（図７におけるＸ−Ｘ線の断面図）である。スパッタリングターゲット１１は、バッキングプレート１２に固着されている。バッキングプレート１２は、ターゲット押さえ１３によりＯリング２１を介して冷却板１４の外周に固定されている。ターゲット押さえ１３は、スパッタリングターゲット１１においてスパッタ粒子が叩き出されるスパッタ表面を露出させるように、枠状に冷却板１４の外周に配されている。

【0027】

そしてバッキングプレート１２と冷却板１４の間の冷却水が流れる間隙部２２が形成されている。冷却水は、マグネトロンスパッタリングカソード外部から冷却水を供給する冷却水供給管Ｐ１と外部に冷却水を放出する冷却水放出管Ｐ２に導かれて間隙部２２を通過する。また、冷却水供給管Ｐ１と冷却水放出管Ｐ２は、冷却板１４に接続している。なお、外周磁極クランク２３や中心磁極クランク２４より冷却水漏れが発生しないならば、冷却板を用いずに、バッキングプレート１２とスパッタリングカソード本体１５により画定される空間に冷却水を導いても良い。

【0028】

この一具体例のマグネトロンスパッタリングカソード１０は、矩形板状のスパッタリングターゲット１１を用いるので、このスパッタリングターゲット１１の形状に対応するように、スパッタリングターゲット１１の保持側はスパッタリングターゲット１１の面と略相似形になっている。具体的には、スパッタリングカソード本体１５の内周側の長辺と短辺は、スパッタリングターゲット１１の長辺と短辺に略一致する。そして、スパッタリングカソード本体１５の外周は、スパッタリングターゲット１１の外周より広くなる。

【0029】

この一具体例のマグネトロンスパッタリングカソード１０は、スパッタリング成膜装置５０に搭載されるとき、長尺基板Ｆの搬送方法と略直交する向き（長尺基板Ｆの幅方向）に配される。スパッタリングターゲット１１の長辺の長さは、長尺基板Ｆの幅の１.２倍以上が望ましい。スパッタ粒子を飛散させたくない箇所には、長尺基板Ｆとスパッタリングターゲット１１の間に公知のマスクを配すればよい。なお、使用する矩形状のスパッタリングターゲット１１は、長辺が短辺の３倍以上の長さを有しているのが望ましく、この場合は本発明の効果がより顕著にあらわれる。

【0030】

冷却板１４とスパッタリングカソード本体１５とで画定される空間には磁界発生機構が格納されている。磁気発生機構は、棒状の中心磁極１９とこれを囲む外周磁極１８とからなる磁極対から構成されている。外周磁極１８及び中心磁極１９ともＹ−Ｙ線及びＸ−Ｘ線での断面が略矩形状である。外周磁極１８の底面には外周ヨーク材２０ａが、中心磁極１９の底面には中心ヨーク材２０ｂが配置されている。中心磁極１９のスパッタリングターゲット側をＮ極、外周磁極１８のスパッタリングターゲット側をＳ極とすることで、スパッタリングターゲット１１の表面にはＮ極からＳ極に向けて円弧状の磁力線が形成される。なお、中心磁極１９と外周磁極１８は逆の極でもよく適宜選択できる。

【0031】

この一具体例のマグネトロンスパッタリングカソード１０では、外周磁極１８をスパッタリングターゲット１１の長辺方向に往復動させると共に、中心磁極１９をスパッタリングターゲット１１の短辺方向に往復動させることでスパッタリングターゲット１１が局所的にほられることを防ぐことができる。外周磁極１８の底面に取り付けられた外周ヨーク材２０ａが外周磁極往復動手段に、中心磁極１９の底面に取り付けられた中心ヨーク材２０ｂが中心磁極往復動手段に取り付けられ、外周磁極１８は長辺方向に、中心磁極１９は短辺方向に往復動できるようになっている。

【0032】

より詳しく説明すると、外周磁極１８は、スパッタリングカソード本体１５の短辺方向の両端に長辺に略平行に配された外周磁極リニアガイド（第１リニアガイド）２５と外周磁極クランク（第１クランク）２３を介してスパッタリングカソード本体１５の外部から動力を供給するモータ２８に接続している。外周磁極クランク２３は、モータ２８の回転運動を往復運動に変換することができる。外周磁極１８は、外周磁極リニアガイド２５により短辺方向の位置を変えずに、短辺方向への略平行を維持しつつ長辺方向の往復運動を行う。

【0033】

中心磁極１９は、スパッタリングカソード本体１５の長辺方向の両端に短辺に略平行に配された中心磁極リニアガイド（第２リニアガイド）２６と、中心磁極クランク（第２クランク）２４を介してスパッタリングカソード本体１５の外部から動力を供給するモータ２９に接続している。中心磁極１９は、中心磁極リニアガイド２６により長辺方向の位置を変えずに、長辺方向と略平行を維持して短辺方向の往復運動を行う。外周磁極クランク２３及び中心磁極クランク２４ともベアリング２７を介してスパッタリングカソード本体１５に取り付けられている。

【0034】

図６は中心磁極１９及び外周磁極１８が略中央に位置している状況を示しており、図７は中心磁極１９が短辺方向に移動すると共に外周磁極１８が長辺方向に移動した状況を示している。なお、中心磁極往復動手段と外周磁極往復動手段はクランクに限定されるものではなく、クランクに代えてリニアアクチュエータを用いても良い。

【0035】

中心磁極往復手段と外周磁極往復手段の制御は独立しているのが好ましい。例えば図４及び図５であれば、中心磁極往復移動手段のモータ２９の制御回路と外周磁極往復移動手段のモータ２９の制御回路を別々に設ければよい。このように両者の制御回路が独立していれば、中心磁極１９と外周磁極１８はそれぞれ異なる周期で往復動することが可能になる。それぞれの周期を異にすることでスパッタリングターゲットの局所的な浸食をより確実に防ぐことができる。なお、周期は一定でなく、途中で変化させてもよい。

【0036】

本発明の一具体例のマグネトロンスパッタリングカソード１０は、外周磁極１８の長辺の長さがスパッタリングターゲット１１の長辺の８５〜９８％の長さであり、且つ外周磁極１８の往復動の移動距離がスパッタリングターゲット１１の長辺の５％以下であることが望ましい。なお、外周磁極１８はスパッタリングカソードの外周より外には移動しない。移動距離が大きいほど、スパッタリングターゲット１１の長辺方向での被成膜用基材の膜厚のばらつきは大きくなる。

【0037】

スパッタリングターゲット１１の長辺の５％より大きくなると中心磁極１９との干渉を避けるため、中心磁極１９の長さを短くする必要がある。中心磁極１９の長さが短くなると、膜厚がスパッタリングカソードの長辺方向で中央と端部に大きな差が生じるのである。例えば、スパッタリングターゲット１１の長辺が４０ｃｍであれば、外周磁極１８の往復範囲は２ｃｍ以下である。外周磁極１８の往復動範囲を規定することで、図３に示すようなスパッタリングウエブコータで、スパッタリングターゲット（マグネトロンスパッタリングカソード）の長辺方向を搬送方向と略直交する方向（長尺基板の幅方向）に取り付けた場合、長尺基板（被成膜基材）の幅方向の成膜のバラツキを低減できる。外周磁極１８の往復範囲を限定するには、外周磁極クランク２３の寸法を適宜整合させればよい。

【0038】

この一具体例のマグネトロンスパッタリングカソード１０の中心磁極１９の寸法は、外周磁極１８の往復運動に干渉、すなわち両磁極が接触しない範囲であれば、スパッタリングターゲット１１の長辺−短辺の長さより大きく、長辺の８０％より小さい長さの範囲で適宜選択できる。また、中心磁極１９の往復運動範囲は１ｃｍより大きく、外周磁極との間隙が０.５ｃｍ未満とならない範囲が望ましい。

【0039】

中心磁極１９が外周磁極１８との間隙が０.５ｃｍ未満になる範囲で往復運動をすると、スパッタリングターゲット１１表面の磁場が適切に形成されず放電が不安定になる。一方、中心磁極１９の往復運動範囲が１ｃｍ未満ではスパッタリングターゲット１１が局所的に彫られるため、使用効率が低くなる。

【0040】

ところで、外周磁極１８と中心磁極１９により形成される磁力線はスパッタリングターゲット１１の表面にトンネル状に形成され、この領域を電子がトロイダル運動し、真空チャンバー５１に導入したアルゴンガスをイオン化することで高密度なプラズマが発生させることができる。

【0041】

アルゴンイオンがマイナス数百ボルト印加されたスパッタリングターゲット１１の表面に衝突し、スパッタリングを行う。図１に示すような外周磁極３８と中心磁極３９が固定して配置された従来のマグネトロンスパッタリングカソードでは、スパッタリングターゲット３１の一部が局所的に彫られるため、スパッタリングターゲット３１の使用効率は２５％以下程度である。図２は、かかる従来のマグネトロンスパッタリングカソードでスパッタリング成膜した後のスパッタリングターゲットを長辺方向中央部で短辺方向に切断した模式的断面図である。

【0042】

本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードでは、外周磁極及び中心磁極を往復運動させるとことで磁力線の形成が変化し電子がトロイダル運動する範囲が変化する。外周磁極と中心磁極は直交する方向に異なる周期で往復運動するので、電子がトロイダル運動する範囲は、従来のマグネトロンスパッタリングカソードよりも広い。電子がトロイダル運動する範囲が広くなるとスパッタリングターゲットが局所的に彫られることを防ぎ、広い範囲で彫られる。その結果、本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードでは、使用後のスパッタリングターゲットは図８に示す通り、図２のように局所的に彫られていない。なお、図８の断面位置は図２と略同じである。

【0043】

スパッタリングウエブコータでは外周磁極と中心磁極の往復運動の周期は、スパッタリングターゲットの使用効率や長尺基板の幅方向の成膜の膜厚分布から最良の周期を選択すればよい。外周磁極の往復運動の周期は長尺基板の幅方向の成膜の膜厚分布に影響する。スパッタリング成膜装置により外周磁極と中心磁極の往復運動の周期は異なる。スパッタリング成膜装置ごとに最良の往復運動の周期を選択すればよい。

【0044】

以上、長尺基板を被成膜基材としたスパッタリングウエブコータに使用する場合を例に挙げて本発明のマグネトロンスパッタリングカソードを説明してきたが、本発明のマグネトロンスパッタリングカソードはこれに限定されるものではなく、例えば枚葉式の被成膜基材をトレイ式に搬送する場合でも同様に効果を発揮する。

【実施例】

【0045】

［実施例１］
被成膜基材である長尺基板Ｆに厚さ３８μｍ幅３００ｍｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製、製品名「カプトン１５０ＥＮ」）をロールツーロール方式のスパッタリング成膜装置５０に設置し、フィルム中の水分を除去した後、１×１０^−４Ｐａまで真空排気した。続いて、アルゴンガスを導入し装置内の圧力を０.３Ｐａに保持した。

【0046】

マグネトロンスパッタリングカソード５８、５９、６０には、長さ４０ｃｍ幅１３ｃｍ厚さ１ｃｍの銅スパッタリングターゲットを取り付け、外周磁極１８の往復運動の範囲を２ｃｍ、周期を０.８秒とし、中心磁極１９の往復運動の範囲を４ｃｍ、周期を１秒とした。なお、銅スパッタリングターゲットの長辺方向が、ポリイミドフィルムの幅方向と略平行となるにマグネトロンスパッタリングカソードを配した。

【0047】

ポリイミドフィルムを搬送しながらスパッタリング成膜を行った。ターゲットの最深部の厚さが１ｍｍとなったところでのターゲットの使用効率は５２％であった。また、ポリイミドフィルムを速度１ｍ／ｍｉｎで搬送し、電力６ｋＷ（電力密度１２Ｗ／ｃｍ^２）でスパッタリングを行い、長尺基板の幅方向の膜厚分布を測定したところ、最大値と最小値の差は６％であった。

【0048】

［実施例２］
外周磁極の往復運動の範囲１ｃｍを、中心磁極の往復運動の範囲を６ｃｍにしたこと以外は実施例１と同様の方法でスパッタリングを実施したところ、ターゲットの最深部の厚さが１ｍｍとなったところでのターゲットの使用効率は５１％であった。また、ポリイミドフィルムを速度１ｍ／ｍｉｎで搬送し、電力６ｋＷ（電力密度１２Ｗ／ｃｍ^２）でスパッタリングを行い、長尺基板の幅方向の膜厚分布を測定したところ、最大値と最小値の差は７％であった。

【0049】

［比較例１］
マグネトロンスパッタリングカソード５８、５９、６０に中心磁極を往復動させない従来のマグネトロンスパッタリングカソード１を使用した以外は実施例１と同様にスパッタリングを実施した。ターゲットの最深部の厚さが１ｍｍとなったところでのターゲットの使用効率は２１％であった。また、ポリイミドフィルムを速度１ｍ／ｍｉｎで搬送し、電力６ｋＷ（電力密度１２Ｗ／ｃｍ^２）でスパッタリングを行い、長尺基板の幅方向の膜厚分布を測定したところ、最大値と最小値の差は７％であった。

【0050】

［比較例２］
外周磁極の往復運動の範囲を３ｃｍにし、中心磁極の長さを２ｃｍ短くしたこと以外は実施例１と同様にスパッタリングを実施した。ターゲットの最深部の厚さが１ｍｍとなったところでのターゲットの使用効率は４８％であった。また、ポリイミドフィルムを速度１ｍ／ｍｉｎで搬送し、電力６ｋＷ（電力密度１２Ｗ／ｃｍ^２）でスパッタリングを行い、長尺基板の幅方向の膜厚分布を測定したところ、最大値と最小値の差は１４％であった。

【符号の説明】

【0051】

１０ マグネトロンスパッタリングカソード
１１ スパッタリングターゲット
１２ バッキングプレート
１３ ターゲット押さえ
１４ 冷却板
１５ スパッタリングカソード本体
１８ 外周磁極
１９ 中心磁極
２０ａ、ｂ ヨーク材
５０ 成膜装置
５１ 真空チャンバー
５２ 巻出ロール
５３ フリーロール
５４ 張力センサロール
５５ フィードロール
５６ ガス放出キャンロール
５７、５８、５９、６０ マグネトロンスパッタリングカソード
６１ フィードロール
６２ 張力センサロール
６３ フリーロール
６４ 巻取ロール
Ｆ 長尺樹脂フィルム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】