特許 7530724 マグネトロンプラズマ成膜装置

(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】2024-07-31

(45)【発行日】2024-08-08

(54)【発明の名称】マグネトロンプラズマ成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/35 20060101AFI20240801BHJP

【ＦＩ】

C23C14/35 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020041005

(22)【出願日】2020-03-10

(65)【公開番号】P2020164985

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】P 2019057677

(32)【優先日】2019-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003964

【氏名又は名称】日東電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(74)【代理人】

【識別番号】100149607

【弁理士】

【氏名又は名称】宇田 新一

(72)【発明者】

【氏名】森地 健太

(72)【発明者】

【氏名】塘口 直樹

(72)【発明者】

【氏名】谷口 剛志

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４５６２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１４－５００３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５３４３４１（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】

成膜ロールと、
前記成膜ロールと対向配置されるマグネトロンプラズマユニットとを備え、
前記マグネトロンプラズマユニットは、
前記成膜ロールの軸線と同一方向に軸線が延びるロータリーターゲットと、
前記ロータリーターゲットの径方向内側に配置されるマグネットユニットとを備え、
前記マグネットユニットは、第１磁極部と、第２磁極部と、第３磁極部と、第４磁極部とを周方向に沿って順に備え、
前記第２磁極部および前記第３磁極部が、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極を有し、
前記第１磁極部および前記第４磁極部が、他方の磁極を有し、
前記ロータリーターゲットの軸線に直交する断面視において、前記第２磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線と、前記第３磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線とが、前記成膜ロールの中心に近づきながら収束するように交差し、
下記で求められる角度θが３０度以下であることを特徴とする、マグネトロンプラズマ成膜装置。
前記ロータリーターゲットの外周面上において、前記ロータリーターゲットの円周方向の一方向に向かって、前記ロータリーターゲットの磁束密度の接線方向成分を測定する。前記磁束密度の最大の接線方向成分に相当する点および前記ロータリーターゲットの中心を結ぶ線分と、前記磁束密度の最小の接線方向成分に相当する点および前記中心を結ぶ線分とが成す角度θを、求める。

【請求項2】

成膜ロールと、
前記成膜ロールと対向配置されるマグネトロンプラズマユニットとを備え、
前記マグネトロンプラズマユニットは、
前記成膜ロールの軸線と同一方向に軸線が延びるロータリーターゲットと、
前記ロータリーターゲットの径方向内側に配置されるマグネットユニットとを備え、
前記マグネットユニットは、第１磁極部と、第２磁極部と、第３磁極部と、第４磁極部とを周方向に沿って順に備え、
前記第２磁極部および前記第３磁極部が、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極を有し、
前記第１磁極部および前記第４磁極部が、他方の磁極を有し、
前記ロータリーターゲットの軸線に直交する断面視において、前記第１磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線と、前記第４磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線とが、前記成膜ロールから遠ざかりながら収束するように交差し、
下記で求められる角度θが３０度以下であることを特徴とする、マグネトロンプラズマ成膜装置。
前記ロータリーターゲットの外周面上において、前記ロータリーターゲットの円周方向の一方向に向かって、前記ロータリーターゲットの磁束密度の接線方向成分を測定する。前記磁束密度の最大の接線方向成分に相当する点および前記ロータリーターゲットの中心を結ぶ線分と、前記磁束密度の最小の接線方向成分に相当する点および前記中心を結ぶ線分とが成す角度θを、求める。

【請求項3】

成膜ロールと、
前記成膜ロールと対向配置されるマグネトロンプラズマユニットとを備え、
前記マグネトロンプラズマユニットは、
前記成膜ロールの軸線と同一方向に軸線が延びるロータリーターゲットと、
前記ロータリーターゲットの径方向内側に配置されるマグネットユニットとを備え、
前記マグネットユニットは、第１磁極部と、第２磁極部と、第３磁極部と、第４磁極部とを周方向に沿って順に備え、
前記第１磁極部と、前記第２磁極部と、前記第３磁極部と、前記第４磁極部とのそれぞれは、固定部材に固定されており、前記ロータリーターゲットの軸線に直交する断面視において、前記固定部材に固定される固定辺と、前記固定辺と反対側に位置する対辺とを有する略矩形状をなし、
前記対辺の長さＬに対する、前記対辺および前記固定辺間の離間距離Ｄの比（Ｄ／Ｌ）が、１．５以上であり、
下記で求められる角度θが３０度以下であることを特徴とする、マグネトロンプラズマ成膜装置。
前記ロータリーターゲットの外周面上において、前記ロータリーターゲットの円周方向の一方向に向かって、前記ロータリーターゲットの磁束密度の接線方向成分を測定する。前記磁束密度の最大の接線方向成分に相当する点および前記ロータリーターゲットの中心を結ぶ線分と、前記磁束密度の最小の接線方向成分に相当する点および前記中心を結ぶ線分とが成す角度θを、求める。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マグネトロンプラズマ成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、マグネトロンプラズマ成膜装置として、成膜ロールと、それに対向するマグネトロンスパッタユニットとを備えるマグネトロンスパッタリング成膜装置が知られている。

【0003】

このマグネトロンスパッタリング装置では、マグネトロンスパッタユニットによって磁界を生成し、これによって、ターゲットから放出された電子が長く保持されて、スパッタリングの効率が向上される。

【0004】

例えば、筒と、それの内部において、ヨークに保持された４つの磁石とを備えるマグネトロンスパッタリング成膜装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。特許文献１には、４つの磁石のそれぞれは、断面視において、ヨークに固定される固定辺と、その反対側にある対辺とを有する断面矩形状をなす。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１５００８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかるに、特許文献１に開示される構成において、隣接する外側の磁石および内側の磁石に対応するトンネル形状の磁界が生成される。

【0007】

近年、マグネトロンプラズマ成膜装置には、高い成膜速度が求められる。

【0008】

しかし、上記した特許文献１の構成では、高い成膜速度を得るには限界がある。

【0009】

本発明は、高い成膜速度で成膜することのできるマグネトロンプラズマ成膜装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明（１）は、成膜ロールと、前記成膜ロールと対向配置されるマグネトロンプラズマユニットとを備え、前記マグネトロンプラズマユニットは、前記成膜ロールの軸線と同一方向に軸線が延びるロータリーターゲットと、前記ロータリーターゲットの径方向内側に配置されるマグネットユニットとを備え、下記で求められる角度θが３０度以下である、マグネトロンプラズマ成膜装置を含む。

【0011】

前記ロータリーターゲットの外周面上において、前記ロータリーターゲットの円周方向の一方向に向かって、前記ロータリーターゲットの磁束密度の接線方向成分を測定する。
前記磁束密度の最大の接線方向成分に相当する点および前記ロータリーターゲットの中心を結ぶ線分と、前記磁束密度の最小の接線方向成分に相当する点および前記中心を結ぶ線分とが成す角度θを、求める。

【0012】

このマグネトロンプラズマ成膜装置では、上記した角度θが３０度以下と狭いので、ロータリーターゲットの外周面上において、磁束密度において最大の接線方向成分に対応するプラズマと、磁束密度の最小の接線方向成分に対応するプラズマとの、周方向における距離が近く、そのため、ロータリーターゲットから放出される電子の密度が濃い領域を集約することができる。その結果、高い成膜速度で成膜することができる。

【0013】

本発明（２）は、前記マグネットユニットは、第１磁極部と、第２磁極部と、第３磁極部と、第４磁極部とを周方向に沿って順に備え、前記第２磁極部および前記第３磁極部が、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極を有し、前記第１磁極部および前記第４磁極部が、他方の磁極を有し、前記ロータリーターゲットの軸線に直交する断面視において、前記第２磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線と、前記第３磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線とが、前記成膜ロールの中心に近づきながら収束するように交差する、（１）に記載のマグネトロンプラズマ成膜装置を含む。

【0014】

このマグネトロンプラズマ成膜装置によれば、角度θを確実に３０度以下と狭くすることができる。そのため、より一層高い成膜速度で成膜することができる。

【0015】

本発明（３）は、前記マグネットユニットは、第１磁極部と、第２磁極部と、第３磁極部と、第４磁極部とを周方向に沿って順に備え、前記第２磁極部および前記第３磁極部が、Ｎ極およびＳ極のうち一方の磁極を有し、前記第１磁極部および前記第４磁極部が、他方の磁極を有し、前記ロータリーターゲットの軸線に直交する断面視において、前記第１磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線と、前記第４磁極部を通過し、その磁化方向に沿う仮想線とが、前記成膜ロールから遠ざかりながら収束するように交差する、（１）または（２）に記載のマグネトロンプラズマ成膜装置を含む。

【0016】

このマグネトロンプラズマ成膜装置によれば、角度θを確実に３０度以下と狭くすることができる。そのため、より一層高い成膜速度で成膜することができる。

【0017】

本発明（４）は、前記マグネットユニットは、第１磁極部と、第２磁極部と、第３磁極部と、第４磁極部とを周方向に沿って順に備え、前記第１磁極部と、前記第２磁極部と、前記第３磁極部と、前記第４磁極部とのそれぞれは、固定部材に固定されており、前記ロータリーターゲットの軸線に直交する断面視において、前記固定部材に固定される固定辺と、前記固定辺と反対側に位置する対辺とを有する略矩形状をなし、前記対辺の長さＬに対する、前記対辺および前記固定辺間の離間距離Ｄの比（Ｄ／Ｌ）が、１．５以上である、（１）～（３）のいずれか一項に記載のマグネトロンプラズマ成膜装置を含む。

【0018】

このマグネトロンプラズマ成膜装置によれば、２点における磁束密度の最大をより大きく、最小をより小さくすることができる。そのため、電子密度が高いプラズマを生成でき、成膜効率に優れる。

【発明の効果】

【0019】

本発明のマグネトロンプラズマ成膜装置は、高い成膜速度が成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の一実施形態であるマグネトロンスパッタリング成膜装置の断面図である。

【図2】図２は、図１のマグネトロンスパッタリング成膜装置に備えられるマグネトロンプラズマユニットの拡大断面図である。

【図3】図３は、図２に示すマグネットユニットの断面図である。

【図4】図４は、実施例１および比較例１のロータリーターゲットの磁束密度の接線方向成分と、角度θとの関係を示すグラフである。

【図5】図５Ａ～図５Ｂは、第１磁極部および第４磁極部をＮ極にし、第２磁極部および第３磁極部をＳ極にした例であって、図５Ａが、断面図および図５Ｂが、ロータリーターゲットの磁束密度の接線方向成分と、角度θとの関係を示すグラフである。

【図6】図６は、比較例１のマグネットユニットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明のマグネトロンプラズマ成膜装置の一実施形態であるマグネトロンスパッタリング成膜装置を図１～図４を参照して説明する。

【0022】

なお、図３では、第１磁極部３１～第４磁極部３４（後述）の磁化方向（矢印）を明瞭に示すために、マグネットユニット２０（後述）は、ハッチング処理せず、描画している。

【0023】

図１に示すように、マグネトロンスパッタリング成膜装置１は、基材４１を搬送しながら、膜４２を基材４１に対して形成（成膜）する、ロールトゥロール方式の成膜装置である。マグネトロンスパッタリング成膜装置１は、搬送部２と、成膜部３とを備える。

【0024】

搬送部２は、搬送ケーシング１１と、送出ロール５と、巻取ロール６と、ガイドロール２７と、真空ポンプ２６とを備える。

【0025】

搬送ケーシング１１は、搬送方向に沿って延びる略箱形状を有する。搬送ケーシング１１は、送出ロール５、巻取ロール６およびガイドロール２７を収容する。

【0026】

送出ロール５および巻取ロール６のそれぞれは、搬送ケーシング１１内の搬送方向上流側端部および下流側端部のそれぞれに配置されている。

【0027】

ガイドロール２７は、送出ロール５および巻取ロール６の間において、複数配置されている。複数のガイドロール２７は、基材４１を成膜ロール１４に巻回させるように、配置されている。

【0028】

真空ポンプ２６は、搬送ケーシング１１に設けられている。

【0029】

成膜部３は、成膜ケーシング１２、成膜ロール１４および複数のマグネトロンプラズマユニット１５とを備える。

【0030】

成膜ケーシング１２は、搬送ケーシング１１に連続しており、搬送ケーシング１１とともに、真空チャンバーを構成する。成膜ケーシング１２は、略箱形状を有する。成膜ケーシング１２は、複数の隔壁２５を有する。複数の隔壁２５は、成膜ロール１４に向かって延びる。なお、成膜ケーシング１２には、図示しないスパッタガス供給装置が設けられる。成膜ケーシング１２は、成膜ロール１４および複数のマグネトロンプラズマユニット１５を収容する。

【0031】

成膜ロール１４は、その軸線が、基材４１の搬送方向および厚み方向に直交する幅方向に沿う。

【0032】

複数のマグネトロンプラズマユニット１５は、成膜ロール１４の径方向外側に対向配置されている。複数のマグネトロンプラズマユニット１５は、成膜ロール１４の周方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。

【0033】

周方向に隣接するマグネトロンプラズマユニット１５は、隔壁２５によって仕切られている。隔壁２５によって仕切られる空間は、成膜室１０を構成する。成膜室１０は、成膜ケーシング１２内（真空チャンバー）において、複数仕切られている。１つの成膜室１０に、１つのマグネトロンプラズマユニット１５が設けられている。複数のマグネトロンプラズマユニット１５のそれぞれは、プラズマケーシング２３と、第１ユニット２４および第２ユニット２８とを備える。

【0034】

図２に示すように、プラズマケーシング２３は、成膜ロール１４に向かって一側が開口された略箱形状を有する。プラズマケーシング２３は、成膜ロール１４の軸線に沿って延びる。プラズマケーシング２３は、第１ユニット２４および第２ユニット２８を収容する。第１ユニット２４および第２ユニット２８は、成膜ロール１４の周方向に沿って互いに間隔を隔てて隣接配置されている。第１ユニット２４および第２ユニット２８は、プラズマケーシング２３の開口を通して、成膜ロール１４に面している。

【0035】

第１ユニット２４および第２ユニット２８は、ロータリーターゲット１６（後述）の回転方向以外は、同一の構成である。そのため、第１ユニット２４を詳説し、第２ユニット２８を簡単に説明する。

【0036】

図３に示すように、第１ユニット２４は、ロータリーターゲット１６と、マグネットユニット２０とを備える。

【0037】

ロータリーターゲット１６は、円筒形状を有しており、成膜ロール１４の軸線と平行する軸線ＡＬ（断面視における中心）を有する。ロータリーターゲット１６は、例えば、成膜ロール１４の回転方向と逆向きに回転可能（周回移動可能）である。ロータリーターゲット１６は、カソード源（図示しない）と電気的に接続されており、これによって、カソードとして作用できる。また、ロータリーターゲット１６の外周面には、ターゲット材料が積層されており、つまり、ロータリーターゲット１６は、膜４２を形成するための材料を外周面に有する。材料としては、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｗからなる群より選択される少なくとも１種の金属を含む金属酸化物が挙げられる。具体的には、例えば、インジウムスズ複合酸化物（ＩＴＯ）などのインジウム含有酸化物、例えば、アンチモンスズ複合酸化物（ＡＴＯ）などのアンチモン含有酸化物などが挙げられる。

【0038】

マグネットユニット２０は、ロータリーターゲット１６の径方向内側に収容されている。マグネットユニット２０は、固定部材１９と、２つの第１磁石２１と、２つの第２磁石２２とを備える。

【0039】

固定部材１９は、成膜ロール１４の軸線方向に延びる幅狭板形状を有しており、ヨークと称される。固定部材１９は、一方の主面（厚み方向一方面）１７および他方の主面１８（厚み方向他方面）を含む。一方の主面１７および他方の主面１８は、いずれも平坦面である。一方の主面１７は、成膜ロール１４に向かい合う。他方の主面１８は、一方の主面１７に平行する。固定部材１９の材料としては、例えば、鉄などの金属などが挙げられる。

【0040】

２つの第１磁石２１、および、２つの第２磁石２２のそれぞれは、成膜ロール１４の軸線方向に沿って延びる四角柱形状を有する。２つの第１磁石２１および２つの第２磁石２２は、固定部材１９の一方の主面１７に固定されている。２つの第１磁石２１および２つの第２磁石２２は、固定部材１９の幅方向において、隣接配置している。具体的には、２つの第１磁石２１および２つの第２磁石２２は、幅方向において互いに接触している。

【0041】

２つの第１磁石２１と、２つの第２磁石２２とは、固定部材１９の幅方向および厚み方向（ロータリーターゲット１６の軸線に直交する方向に相当）に沿う断面視において、第１磁極部３１と、第２磁極部３２と、第３磁極部３３と、第４磁極部３４とを含む。

【0042】

第１磁極部３１と、第２磁極部３２と、第３磁極部３３と、第４磁極部３４とは、周方向一方向（このロータリーターゲット１６の回転方向）に沿って順に配置されている。第１磁極部３１と、第２磁極部３２と、第３磁極部３３と、第４磁極部３４とは、固定部材１９の幅方向一方側に向かって、互いが接触するように順に配置されている。

【0043】

第２磁極部３２および第３磁極部３３は、２つの第１磁石２１から構成される。これらは、第２磁極部３２および第３磁極部３３は、例えば、Ｎ極を有する。第１磁極部３１および第４磁極部３４は、例えば、第２磁石２２から構成される。第１磁極部３１および第４磁極部３４は、Ｓ極を有する。

【0044】

断面視において、第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４のそれぞれは、同一形状の略矩形状を有する。断面視において、第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４のそれぞれは、固定部材１９の一方の主面１７に固定される固定辺３７と、固定辺３７と反対側に位置する対辺３８と、それらの両端縁を連結する２つの側辺３９とを有する略矩形状を有する。

【0045】

第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４のそれぞれの固定辺３７は、一方の主面１７に配置されている。第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４のそれぞれの対辺３８は、固定部材１９の一方の主面１７に平行する。第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４の対辺３８は、幅方向に沿って連続しており、具体的には、面一である（１つの平坦面を形成する）。

【0046】

また、第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４のそれぞれは、厚み方向長さが幅方向長さより長いサイズを有する。つまり、対辺３８の長さＬに対する、対辺３８および固定辺３７間の離間距離Ｄの比（Ｄ／Ｌ）が、例えば、１超過、好ましくは、１．４以上、より好ましくは、１．５以上、さらに好ましくは、１．６以上、とりわけ好ましくは、１．７以上である。また、上記した比（Ｄ／Ｌ）は、また、例えば、６以下である。比（Ｄ／Ｌ）が上記した下限以上であれば、後述する点ＭＡＸ＿Ｐにおける磁束密度の最大をより大きく、また、後述する点ＭＩＮ＿Ｐにおける磁束密度の最小をより小さくすることができる。これによって、膜４２をより一層高い成膜速度で成膜することができる。

【0047】

断面視において、第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４の磁化方向は、固定部材１９の厚み方向（固定部材１９の一方の主面１７の法線方向に相当）（固定辺３７および対辺３８の対向方向にも相当）に傾斜し、また、固定部材１９の幅方向にも傾斜する。

【0048】

例えば、第２磁極部３２および第３磁極部３３のそれぞれの磁化方向は、固定部材１９の法線方向において、成膜ロール１４から離れるにつれて、固定部材１９の幅方向外側に傾斜する。第１磁極部３１および第４磁極部３４のそれぞれの磁化方向は、固定部材１９の法線方向において、成膜ロール１４の中心に近づくにつれて、固定部材１９の幅方向外側に傾斜する。

【0049】

より具体的には、断面視において、第２磁極部３２を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ２と、第３磁極部３３を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ３とは、成膜ロール１４の中心に近づきながら収束するように交差する。そのため、仮想線ＩＬ２および仮想線ＩＬ３が交差することで、ロータリーターゲット１６の表面の磁束を集中させることができる。それにより、トンネル形状の２つの磁界が互いに近づき、後述する角度θを確実に３０度以下と狭くすることができる。その結果、より一層高い成膜速度で成膜することができる。

【0050】

２つの仮想線ＩＬ２およびＩＬ３の交差点ＣＰ１から第２磁極部３２までの線分と、交差点ＣＰ１から第３磁極部３３までの線分とのなす角度は、例えば、１３５度以下、好ましくは、９０度以下、より好ましくは、８０度以下であり、また、例えば、２０度超過、好ましくは、３０度以上、より好ましくは、４０度以上である。

【0051】

他方、断面視において、第１磁極部３１を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ１と、第４磁極部３４を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ４とは、成膜ロール１４から遠ざかりながら収束するように交差する。そのため、仮想線ＩＬ１および仮想線ＩＬ４が交差することで、ロータリーターゲット１６の表面の磁束を集中させることができる。それにより、トンネル形状の２つの磁界が互いに近づき、後述する角度θを確実に３０度以下と狭くすることができ、より一層高い成膜速度で成膜することができる。

【0052】

２つの仮想線ＩＬ１およびＩＬ４の交差点ＣＰ２から第１磁極部３１までの線分と、交差点ＣＰ２から第４磁極部３４までの線分とのなす角度は、例えば、１３５度以下、好ましくは、９０度以下、より好ましくは、８０度以下であり、また、例えば、２０度超過、好ましくは、３０度以上、より好ましくは、４０度以上である。

【0053】

第１磁石２１および第２磁石２２の材料として、例えば、ネオジム磁石などの永久磁石が挙げられる。

【0054】

図２に示すように、第２ユニット２８は、成膜ロール１４の回転方向と同じ向きに回転可能なロータリーターゲット１６、および、上記したマグネットユニット２０を備える。

【0055】

そして、この一実施形態では、下記で求められる角度θが、３０度以下である。

【0056】

ロータリーターゲット１６の外周面上において、ロータリーターゲットの円周方向の一方向に向かって、磁束密度の接線方向成分を測定する。磁束密度の最大の接線方向成分に相当する点ＭＡＸ＿Ｐおよびロータリーターゲット１６の中心を結ぶ線分ＬＳ１と、磁束密度の最小の接線方向成分に相当する点ＭＩＮ＿Ｐおよび中心を結ぶ線分ＬＳ２とが成す角度θを、求める。角度θは、例えば、市販のソフトウェアを用いる、磁場のシミュレーションによって、求められる。

【0057】

ここで、上記したシミュレーションによって得られる磁束密度の接線方向成分を説明する。

【0058】

図３に示すように、第１ユニット２４では、Ｎ極を有する第２磁極部３２の対辺３８から、Ｓ極を有する第１磁極部３１の対辺３８に向かうトンネル形状の第１磁界ＭＦ１（複数の点で描画）が生成されている。なお、この一実施形態では、第２磁極部３２がＮ極であり、第１磁極部３１がＳ極であることから、ロータリーターゲット１６の周方向であって、第１磁極部３１から第２磁極部３２に向かう一方向に、磁束密度の接線方向成分を測定すれば、磁束密度の最小（つまり、マイナス側における磁界の最強値）が得られる（図４のＭＩＮ＿Ｐ参照）。

【0059】

また、Ｎ極を有する第３磁極部３３の対辺３８から、Ｓ極を有する第４磁極部３４の対辺３８に向かうトンネル形状の第２磁界ＭＦ２（複数の点で描画）が生成されている。この一実施形態では、第３磁極部３３がＮ極であり、第４磁極部３４がＳ極であることから、ロータリーターゲット１６の周方向であって、第３磁極部３３から第４磁極部３４に向かう一方向に、磁束密度の接線方向成分を測定すれば、磁束密度の最大（つまり、プラス側における磁界の最強値）が得られる。（図４のＭＡＸ＿Ｐ参照）。

【0060】

従って、ロータリーターゲット１６の周方向であって、第１磁極部３１から第４磁極部３４に向かう一方向に、磁束密度の接線方向成分を測定すれば、図４に示すように、通常、最小と最大とが順に観察される。

【0061】

第２ユニット２８についても、第１ユニット２４と同様である。

【0062】

なお、磁束密度の、最大の接線方向成分に相当する点ＭＡＸ＿Ｐ、および、最小の接線方向成分に相当する点ＭＩＮ＿Ｐは、磁束密度の接線方向成分の絶対値において、２つの極大に相当する点と同義である。

【0063】

角度θは、上記した２つの線分ＬＳ１およびＬＳ２により形成される角度のうち、成膜ロール１４側の角度である。

【0064】

しかし、上記した角度θが３０度を超える場合には、図４の破線および図６で示されるように、ロータリーターゲット１６の径方向外側において、磁束密度の最大の接線方向成分に対応するプラズマと、磁束密度の最小の接線方向成分に対応するプラズマとの、周方向における距離が遠くなる。そのため、ロータリーターゲット１６から放出される電子の密度が濃い領域が分散してしまう。そのため、高い成膜速度で成膜することには限界がある。

【0065】

対して、この一実施形態では、図３に示すように、上記した角度θが３０度以下と狭いので、ロータリーターゲット１６の径方向外側において、磁束密度の最大の接線方向成分に対応するプラズマと、磁束密度の最小の接線方向成分に対応するプラズマとの、周方向における距離が近くなる。そのため、ロータリーターゲット１６から放出される電子の密度が濃い領域を集約できる。そのため、高い成膜速度で成膜することができる。

【0066】

なお、上記した成膜速度は、実際に、マグネトロンスパッタリング成膜装置１を用いて、基材４１に対して膜４２を形成し、膜４２の厚みと、基材４１の搬送速度とを乗じた値を、ロータリーターゲット１６のカソード電圧で割ることによって、求められる。成膜速度は、ダイナミックレートとも称呼される。成膜速度の単位は、例えば、［ｎｍ・ｍ／秒／ｋＷ］である。また、成膜速度は、市販のソフトウェアを用いる、希薄流体のシミュレーションによって、求めることもできる。

【0067】

好ましくは、上記した角度θが、２７度以下、より好ましくは、２６度以下、さらに好ましくは、２５度以下、とりわけ好ましくは、２３度以下である。また、通常、１０度以上である。角度θが上記した下限以上であれば、磁束密度が過度に低くなることを抑制し、プラズマを持続して発生させることができる。

【0068】

次に、このマグネトロンスパッタリング成膜装置１を用いて、基材４１に膜４２を形成する方法を説明する。

【0069】

まず、図１に示すマグネトロンスパッタリング成膜装置１を準備する。

【0070】

続いて、長尺の基材４１をマグネトロンスパッタリング成膜装置１にセットする。基材４１としては、特に限定されず、例えば、高分子フィルム、ガラスフィルム（薄膜ガラス）などが挙げられる。高分子フィルムとしては、例えば、ポリエステル系フィルム（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムなど）、ポリカーボネート系フィルム、オレフィン系フィルム（ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、シクロオレフィンフィルムなど）、アクリル系フィルム、ポリエーテルスルフォン系フィルム、ポリアリレート系フィルム、メラミン系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリイミド系フィルム、セルロース系フィルム、ポリスチレン系フィルムが挙げられる。

【0071】

基材４１をマグネトロンスパッタリング成膜装置１にセットするには、図１に示すように、基材４１を送出ロール５に巻回し、続いて、基材４１の長手方向一端部を、複数のガイドロール２７でガイドしながら、成膜ロール１４に巻回させて、巻取ロール６に巻き取らせる。

【0072】

続いて、真空ポンプ２６を駆動して、搬送ケーシング１１および成膜ケーシング１２内を真空にする。これとともに、図示しないスパッタガス供給装置からスパッタガスを成膜ケーシング１２内に供給する。スパッタガスとしては、例えば、アルゴンなどの不活性ガス、例えば、さらに酸素を含む反応性ガスなどが挙げられる。

【0073】

続いて、送出ロール５から巻取ロール６に向けて、基材４１を連続して搬送しながら、ロータリーターゲット１６にカソード電圧を印加する。これにより、ロータリーターゲット１６から電子が放出される。

【0074】

すると、上記した電子は、第１ユニット２４および第２ユニット２８のそれぞれにおける第１磁界ＭＦ１および第２磁界ＭＦ２の両方において、長く保持される。

【0075】

すると、スパッタガスに由来する原子（具体的には、アルゴン原子）が、ロータリーターゲット１６に効率よく衝突し、これによって、ロータリーターゲット１６からその材料の粒子が、成膜ロール１４の外周面上の基材４１に付着する。これによって、スパッタリングによって、図１に示すように、膜４２が基材４１に形成される。

【0076】

そして、このマグネトロンスパッタリング成膜装置１では、上記した角度θが３０度以下と狭いので、成膜ロール１４の外側において、磁束密度において最大の接線方向成分に対応するプラズマと、磁束密度の最小の接線方向成分に対応するプラズマとの、周方向における距離が近く、そのため、ロータリーターゲット１６から放出される電子の密度が濃い領域を集約することができる。そのため、高い成膜速度で膜４２を基材４１に形成（成膜）することができる。

【0077】

また、このマグネトロンスパッタリング成膜装置１では、断面視において、第２磁極部３２を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ２と、第３磁極部３３を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ３とが、成膜ロールの中心に近づきながら収束するように交差するので、ロータリーターゲット１６の表面の磁束を集中させることができる。それにより、トンネル形状の２つの磁界が互いに近づき、上記した角度θを確実に３０度以下と狭くすることができる。そのため、より一層高い成膜速度で膜４２を形成することができる。

【0078】

また、このマグネトロンスパッタリング成膜装置１では、断面視において、第１磁極部３１を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ１と、第４磁極部３４を通過し、その磁化方向に沿う仮想線ＩＬ４とが、成膜ロールロータリーターゲット１６から遠ざかるように収束するように交差するので、ロータリーターゲット１６の表面の磁束を集中させることができる。それにより、トンネル形状の２つの磁界が互いに近づき、角度θを確実に３０度以下と狭くすることができる。そのため、より一層高い成膜速度で膜４２を形成することができる。

【0079】

このマグネトロンスパッタリング成膜装置１において、第１磁極部３１～第４磁極部３４において、固定辺３７の長さＬに対する、固定辺３７および対辺３８間の離間距離Ｄの比（Ｄ／Ｌ）が、１．５以上であれば、磁束密度の最大の接線方向成分をより大きく、また、磁束密度の最小の接線方向成分をより小さくすることができ、そのため、より一層高い成膜速度で膜４２を基材４１に効率よく形成することができる。

【0080】

なお、本実施形態では、マグネトロンプラズマユニット１５が、回転可能な円筒形状のロータリーターゲット１６を備えるので、上記した角度θを３０度以下と狭くしても、ロータリーターゲット１６が回転可能であるので、ロータリーターゲット１６において、周方向にわたって均一に薄くなる。そのため、均質なスパッタリングで、かつ、高い成膜速度で膜４２を形成できる。

【0081】

また、一実施形態では、第１磁極部３１、第２磁極部３２、第３磁極部３３および第４磁極部３４のそれぞれの磁化方向を固定部材１９の法線方向および幅方向に対して傾斜させて、磁束密度に関する角度θを３０度以下にしているが、角度θを上記上限以下にする手法は、上記に限定されない。

【0082】

＜変形例＞
以下の各変形例において、上記した一実施形態と同様の部材および工程については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、各変形例は、特記する以外、一実施形態態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、一実施形態およびその変形例を適宜組み合わせることができる。

【0083】

一実施形態では、本発明のマグネトロンプラズマ成膜装置の一例としてマグネトロンスパッタリング成膜装置１を例示したが、例えば、プラズマＣＶＤ成膜装置を例示することもできる。

【0084】

一実施形態では、第２磁極部３２および第３磁極部３３がＮ極を有し、第１磁極部３１および第４磁極部３４は、Ｓ極を有するが、その逆でもよい。

【0085】

つまり、図５Ａに示すように、第１磁極部３１および第４磁極部３４がＮ極であり、第２磁極部３２および第３磁極部３３がＳ極である。すると、磁束密度の接線方向成分をロータリーターゲット１６の周方向において、第１磁極部３１から第４磁極部３４に向かって測定すれば、図５Ｂに示すように、まず、第１磁界ＭＦ１において最大（ＭＡＸ＿Ｐ）が得られ、次いで、第２磁界ＭＦ２において最小（ＭＩＮ＿Ｐ）が得られ、そして、これらから角度θが求められる。この変形例によっても、一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【実施例】

【0086】

以下に実施例、製造例、比較例および比較製造例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例、製造例、比較例および比較製造例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合（割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限（「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限（「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。

【0087】

実施例１
一実施形態に記載のマグネトロンスパッタリング成膜装置１を準備した。

【0088】

第１磁極部３１～第４磁極部３４は、いずれも、表１に記載の断面視サイズを有し、磁化方向は、図３に示し、表１に記載の通りである。

【0089】

実施例２
第１磁極部３１および第２磁極部３２の磁極を入れ替え、また、第３磁極部３３および第４磁極部３４の磁極を入れ替えた以外は、実施例１と同様にして、マグネトロンスパッタリング成膜装置１を準備した。

【0090】

比較例１
第１磁極部３１～第４磁極部３４の断面視サイズを表１に記載の通りに変更した以外は、実施例１と同様に、マグネトロンスパッタリング成膜装置１を準備した。

【0091】

第１磁極部３１～第４磁極部３４は、いずれも、表１に記載の断面視サイズを有し、磁化方向は、図６に示し、表１に記載の通りである。

【0092】

実施例３～実施例７
第１磁極部３１～第４磁極部３４における磁化方向（ＩＬ１～ＩＬ４）および／または断面視サイズを表１に記載の通りに変更した以外は、実施例１と同様に、マグネトロンスパッタリング成膜装置１を準備した。

【0093】

なお、上記した各実施例～比較例における第１磁極部３１～第４磁極部３４では、表１に記載の磁化方向となるように、予め磁化方向が調整されている。

【0094】

製造例１
実施例１のマグネトロンスパッタリング成膜装置１を用い、表２の記載に準拠して、基材４１に対して膜４２を形成した。

【0095】

比較製造例１
比較例１のマグネトロンスパッタリング成膜装置１を用い、表２の記載に準拠して、基材４１に対して膜４２を形成した。

【0096】

＜評価＞
実施例１、２および比較例１のそれぞれのマグネトロンスパッタリング成膜装置１と、製造例１および比較製造例１のそれぞれの成膜物性とについて、下記の項目を評価した。その結果を表１および表３に記載する。

【0097】

（１）角度θ
角度θを、以下のソフトウェアを用いる、有限要素法による磁場のシミュレーションにより求めた。また、磁束密度および角度θの測定における測定方向（周方向一方向）の関係を、図４（実施例１および比較例１）および図５Ｂ（実施例２）に示す。

【0098】

ソフトウェア名：ＪＭＡＧ（ＪＳＯＬ社製）
計算手法：有限要素法
（２）成膜速度Ａ
成膜速度を、以下のソフトウェアを用いる、希薄流体のシミュレーションにより求めた。実施例１～実施例７の成膜速度は、比較例１の成膜速度を１００としたきの比率として求めた。

【0099】

ソフトウェア名：ＤＳＭＣ－Ｎｅｕｔｒａｌｓ（ウェーブフロント社製）
計算手法：Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ（ＤＳＭＣ）法
（３）成膜速度Ｂ
製造例１および比較製造例１の成膜速度（ダイナミックレート）を実測した。成膜速度（ダイナミックレート）は、膜４２の厚みと、基材４１の搬送速度とを乗じた値を、ロータリーターゲット１６のカソード電圧で割ることによって、求めた。比較製造例１の成膜速度に比べて、製造例１の成膜速度は、２７％、高かった。

【0100】

なお、表１および表３から分かるように、実施例１および比較例１の成膜速度Ａ(計算値)と、製造例１および比較製造例１の成膜速度Ｂ(実測値)との成膜速度(さらには、向上の程度）は、幾分ずれている。これは、以下の事由による。

【0101】

すなわち、成膜速度Ａの算出に用いたシミュレーションでは、ロータリーターゲット１６の軸線に直交する方向の断面（いわゆる、２次元断面）においてロータリーターゲット１６から放出された粒子の挙動を近似して計算しており、つまり、軸線方向におけるロータリーターゲット１６から放出された粒子の挙動が考慮されていない。一方、成膜速度Ｂの測定（実測）では、ロータリーターゲット１６の軸線方向の作用が測定値に含まれている（加味されている）。

【0102】

（４）比抵抗
製造例１および比較製造例１のそれぞれの膜４２を加熱によりアニールした。アニール後の膜４２の表面抵抗を四探針法により測定した。比較製造例１の表面抵抗に比べて、製造例１の表面抵抗は、１５％、低かった。つまり、電気伝導性に優れていた。

【0103】

【表1】

【0104】

【表2】

【0105】

【表3】

【符号の説明】

【0106】

１ マグネトロンスパッタリング成膜装置
１４ 成膜ロール
１５ マグネトロンプラズマユニット
１６ ロータリーターゲット
１９ 固定部材
２０ マグネットユニット
３１ 第１磁極部
３２ 第２磁極部
３３ 第３磁極部
３４ 第４磁極部
３７ 固定辺
３８ 対辺
Ｌ 対辺の長さ
Ｄ 離間距離
ＬＳ１ 磁束密度の最大の接線方向成分に相当する点および中心を結ぶ線分
ＬＳ２ 磁束密度の最小の接線方向成分に相当する点および中心を結ぶ線分
ＩＬ１ 交差点から第１磁極部までの線分
ＩＬ２ 交差点から第２磁極部までの線分
ＩＬ３ 交差点から第３磁極部までの線分
ＩＬ４ 交差点から第４磁極部までの線分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】