特許 7530730 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

   H01L 21/3205 20060101ALI20240801BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

C23C14/35 C

H01L21/88 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020061332

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021161450

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-19

(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】齊藤 正一朗

【審査官】山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２３２１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２７５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２５９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／３５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

(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、
前記第１磁極部に対して、前記成膜ロールの軸線および前記ロータリーターゲットの軸線を結ぶ線分に沿う第１方向に直交する第２方向において隣接する第２磁極部とを備え、
前記第１磁極部と前記第２磁極部とのそれぞれは、前記成膜ロールの軸線方向に沿って延びる四角柱形状を有し、
前記第１磁極部と前記第２磁極部とは、前記第２方向に隣接配置し、
前記第１磁極部および前記第２磁極部のそれぞれは、第１領域と、第２領域と、第３領域とを前記第２方向において順に有し、
前記第１領域と、前記第２領域と、前記第３領域とのそれぞれは、磁化方向を前記第１方向および前記第２方向に分解して得られる第１成分および第２成分の少なくとも一方を有し、
前記第１領域では、前記第１成分が、前記第２成分に対して大きく、
前記第２領域では、前記第１成分が、前記第２成分に対して小さく、
前記第３領域では、前記第１成分が、前記第２成分に対して大きく、前記第１領域における前記第１成分と逆向き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。

【請求項2】

前記第１領域と、前記第３領域とのそれぞれは、主として前記第１成分を有し、
前記第２領域は、主として前記第２成分を有することを特徴とする、請求項１に記載のマグネトロンプラズマ成膜装置。

【請求項3】

前記第１領域および前記第２領域は、連続し、
前記第２領域および前記第３領域は、連続し、
前記第１領域において、前記第２領域に向かうに従って、前記第１成分が小さくなり、
前記第３領域において、前記第２領域に向かうに従って、前記第１成分が小さくなることを特徴とする、請求項１に記載のマグネトロンプラズマ成膜装置。

【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プラズマ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、マグネトロンプラズマ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、円筒状のターゲットと、その内部に配置され、互いに隣接する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。）。

【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、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。

【0007】

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。

【0008】

本発明は、高速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】

【0009】

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、前記マグネットユニットは、第１磁極部と、前記第１磁極部に対して、前記成膜ロールの軸線および前記ロータリーターゲットの軸線を結ぶ線分に沿う第１方向に直交する第２方向において隣接する第２磁極部とを備え、前記第１磁極部および前記第２磁極部のそれぞれは、第１領域と、第２領域と、第３領域とを前記第２方向において順に有し、前記第１領域と、前記第２領域と、前記第３領域とのそれぞれは、磁化方向を前記第１方向および前記第２方向に分解して得られる第１成分および第２成分の少なくとも一方を有し、前記第１領域では、前記第１成分が、前記第２成分に対して大きく、前記第２領域では、前記第１成分が、前記第２成分に対して小さく、前記第３領域では、前記第１成分が、前記第２成分に対して大きく、前記第１領域における前記第１成分と逆向きである、マグネトロンプラズマ成膜装置を含む。

【0010】

このマグネトロンプラズマ装置の第１磁極部および第２磁極部のそれぞれでは、磁化方向は、第１領域において第１方向に主に沿い、続いて、第２領域において第２方向に主に沿って第３領域に向かい、第３領域において、第１領域の第１方向と逆向きの第１方向に主に沿う略Ｕ字状の流れを構成する。そのため、第１磁極部のロータリーターゲットの表面においてトンネル形状の磁界が形成され、第２磁極部のロータリーターゲットの表面においてトンネル形状の磁界が形成され、それらを近接させることができる。つまり、スパッタリング角度（後述）を狭くできる。その結果、高速で成膜することができる。

【0011】

本発明（２）は、前記第１領域と、前記第３領域とのそれぞれは、主として前記第１成分を有し、前記第２領域は、主として前記第２成分を有する、（１）に記載のマグネトロンプラズマ成膜装置を含む。

【0012】

このマグネトロンスパッタリング成膜装置では、第１領域と、第３領域とのそれぞれは、主として第１成分を有し、第２領域は、主として第２成分を有するので、第１磁極部および第２磁極部のそれぞれの構成が簡単でありながら、高速で成膜できる。

【0013】

本発明（３）は、前記第１領域および前記第２領域は、連続し、前記第２領域および前記第３領域は、連続し、前記第１領域において、前記第２領域に向かうに従って、前記第１成分が小さくなり、前記第３領域において、前記第２領域に向かうに従って、前記第１成分が小さくなる、（１）に記載のマグネトロンプラズマ成膜装置を含む。

【0014】

このマグネトロンスパッタリング成膜装置では、第１磁極部および第２磁極部のそれぞれにおいて、第１領域と第２領域と第３領域とが連続するため、第１磁極部のロータリーターゲットの表面においてトンネル形状の磁界が確実に形成され、第２磁極部のロータリーターゲットの表面においてトンネル形状の磁界が確実に形成される。上記した２つのトンネル形状の磁界をより近接させることができる。そのため、高速で成膜できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明のマグネトロンプラズマ成膜装置は、高速で成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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拡大図である。

【図4】図４は、磁束密度の接線方向成分と、スパッタリング角度θとの関係を示すグラフである。

【図5】図５は、図３に示すマグネットユニットの変形例であって、磁極部が５つの領域を有する変形例である。

【図6】図６は、図３に示すマグネットユニットの変形例であって、磁極部における磁化方向が図３のそれと逆向きである変形例である。

【図7】図７は、図３に示すマグネットユニットの変形例であって、隣接する２つの領域が連続する変形例である。

【図8】図８は、図７に示す磁極部の変形例であり、その第２方向長さが短い変形例である。

【図9】図９は、比較例のマグネットユニットの拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜マグネトロンプラズマ成膜装置の一実施形態＞
本発明のマグネトロンプラズマ成膜装置の一実施形態を、図１～図４を参照して説明する。なお、図３では、マグネットユニット１８（後述）をハッチング処理せず、第１領域２３～第６領域２８（後述）の磁化方向を矢印で描画している。

【0018】

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１２を搬送しながら、膜１３を基材１２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。

【0019】

搬送部２は、搬送ケーシング４と、送出ロール５と、巻取ロール６と、ガイドロール７と、真空ポンプ８とを備える。

【0020】

搬送ケーシング４は、一方向に長い略箱形状を有する。搬送ケーシング４は、送出ロール５、巻取ロール６およびガイドロール７を収容する。

【0021】

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４内の一方向における一端部および他端部のそれぞれに配置されている。

【0022】

ガイドロール７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７は、基材１２を成膜ロール１０に巻回させるように、配置されている。

【0023】

真空ポンプ８は、搬送ケーシング４に設けられている。

【0024】

成膜部３は、成膜ケーシング９と、成膜ロール１０と、複数のマグネトロンプラズマユニット１１とを備える。

【0025】

成膜ケーシング９は、搬送ケーシング４の一方向中間部に連続する。成膜ケーシング９は、略箱形状を有する。成膜ケーシング９は、複数の隔壁１４を有する。複数の隔壁１４は、成膜ロール１０の周方向において、成膜ケーシング９を複数（３つ）の成膜室に区画するように、成膜ロール１０に向かって延びる。なお、成膜ケーシング９には、図示しないスパッタガス供給機が設けられる。成膜ケーシング９は、成膜ロール１０および複数のマグネトロンプラズマユニット１１を収容する。

【0026】

成膜ロール１０の軸線は、搬送ケーシング４の一方向に直交する。

【0027】

複数のマグネトロンプラズマユニット１１のそれぞれは、複数の成膜室のそれぞれに配置され、成膜ロール１０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１１は、成膜ロール１０の周方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。

【0028】

周方向に隣接するマグネトロンプラズマユニット１１は、隔壁１４によって仕切られている。複数のマグネトロンプラズマユニット１１のそれぞれは、プラズマケーシング２０と、第１ユニット１５と、第２ユニット１６とを備える。

【0029】

図２に示すように、プラズマケーシング２０は、成膜ロール１０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２０は、成膜ロール１０の軸線に沿って延びる。プラズマケーシング２０は、第１ユニット１５および第２ユニット１６を収容する。第１ユニット１５および第２ユニット１６は、成膜ロール１０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１５および第２ユニット１６は、プラズマケーシング２０の開口を通して、成膜ロール１０に面している。

【0030】

第１ユニット１５および第２ユニット１６は、ロータリーターゲット１７（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１５を詳説し、第２ユニット１６を簡単に説明する。

【0031】

図３に示すように、第１ユニット１５は、ロータリーターゲット１７と、マグネットユニット１８とを備える。

【0032】

ロータリーターゲット１７は、円筒形状を有しており、成膜ロール１０の軸線と平行する軸線（断面視における中心）を有する。ロータリーターゲット１７は、例えば、成膜ロール１０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１７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１７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１７は、膜１３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）、インジウムガリウム亜鉛複合酸化物（ＩＧＺＯ）、インジウムガリウム複合酸化物（ＩＧＯ）、インジウムスズ複合酸化物（ＩＴＯ）、アンチモンスズ複合酸化物（ＡＴＯ）などが挙げられる。

【0033】

マグネットユニット１８は、ロータリーターゲット１７の径方向内側に収容されている。マグネットユニット１８は、ヨーク１９と、第１磁極部２１と、第２磁極部２２とを備える。

【0034】

ヨーク１９は、成膜ロール１０の軸線方向に延びる幅狭板形状を有する。ヨーク１９は、成膜ロール１０に対向する表面（第１方向一方面、第１主面）を少なくとも有する。ヨーク１９の材料としては、例えば、鉄、ステンレスなどの金属などが挙げられる。
第１方向および第２方向に沿う断面視を意味する。

【0035】

第１磁極部２１と第２磁極部２２とのそれぞれは、成膜ロール１０の軸線方向に沿って延びる四角柱形状を有する。第１磁極部２１と第２磁極部２２とは、ヨーク１９の表面に固定されている。第１磁極部２１と第２磁極部２２とは、第２方向に隣接配置している。第２磁極部２２は、第１磁極部２１の第２方向一方側に位置する。具体的には、第１磁極部２１の第２方向一方側面と、第２磁極部２２の第２方向他方側面とは、互いに接触している。

【0036】

第１磁極部２１は、断面視（成膜ロール１０の軸線およびロータリーターゲット１７の軸線を結ぶ線分に沿う第１方向と、第１方向に直交する第２方向に沿う断面視。以下、断面視は、この定義に従う。）において、第１領域２３と、第２領域２４と、第３領域２５とを、第２方向一方側（第２磁極部２２と隣接する側）に向かって順に有する。第１領域２３と、第２領域２４と、第３領域２５とのそれぞれは、第１方向にわたって存在する。第１領域２３と、第２領域２４と、第３領域２５とは、第２方向において第１磁極部２１が３分割（例えば、３等分割）された分割領域である。第１領域２３と、第２領域２４と、第３領域２５とのそれぞれは、所定の磁化方向を有する。磁化方向は、Ｓ極からＮ極に向かう方向（向き）方向であって、図３における太線で矢印で示されている。

【0037】

第１領域２３と、第２領域２４と、第３領域２５とは、上記した磁化方向を第１方向および第２方向に分解して得られる第１成分および第２成分の少なくとも一方を有する。本実施形態では、第１領域２３および第３領域２５は、主として第１成分を有し、第２領域２４は、主として第２成分を有する。

【0038】

第１領域２３における磁化方向は、第１方向他方側に向く。つまり、第１領域２３の磁化方向は、成膜ロール１０と反対側に向く。第１領域２３における磁化方向を第１方向および第２方向に分解して得られる成分（以下、分解成分という）は、主として第１成分であり、第２成分はほとんどない。但し、第１領域２３におけるわずかな第２成分の存在は許容される。第１領域２３における第１成分は、第１方向他方側に向く。

【0039】

第２領域２４における磁化方向は、第２方向一方側に向く。つまり、第２領域２４の磁化方向は、第３領域２５に向く。第２領域２４における磁化方向の分解成分は、主として第２成分であり、第１成分はほとんどない。但し、第２領域２４におけるわずかな第１成分の存在は許容される。第２領域２４における第２成分は、第２方向一方側に向く。

【0040】

第３領域２５における磁化方向は、第１方向一方側に向く。つまり、第１領域２３の磁化方向は、成膜ロール１０に向く。第３領域２５における磁化方向の分解成分は、主として第１成分であり、第２成分はほとんどない。但し、第３領域２５におけるわずかな第２成分の存在は許容される。第３領域２５における第１成分は、第１領域２３における第１成分と逆向きであり、具体的には、第１方向一方側に向く。

【0041】

第１磁極部２１が、上記した分解成分を有する第１領域２３と第２領域２４と第３領域２５とを有するので、第１磁極部２１では、磁化方向は、第１領域２３において第１方向他方側に主に沿い、続いて、第２領域２４において第２方向一方側に主に沿って第３領域２５に向かい、第３領域２５において第１方向一方側に主に沿う略Ｕ字状の流れを構成する。そのため、第１磁極部２１に対向するロータリーターゲット１７の表面では、トンネル形状の磁界が形成される。この磁界は、第３領域２５に対応する表面から成膜ロール１０に一旦近づいた後、第１領域２３に対応する表面に向かう放物線状である。

【0042】

第１磁極部２１のサイズは、第１磁極部２１に対応する磁束密度の絶対値の最大値が所定範囲（後述）となるように設定され、具体的には、第１方向長さに対する第２方向長さの比が、例えば、０．３以上、好ましくは、０．５以上、より好ましくは、０．７以上である。

【0043】

第１磁極部２１の第２方向長さに対する第１領域２３の第２方向長さの比は、例えば、０．２以上であり、また、例えば、０．４以下である。第１磁極部２１の第２方向長さに対する第２領域２４の第２方向長さの比は、上記と同様である。第１磁極部２１の第２方向長さに対する第３領域２５の第２方向長さの比は、上記と同様である。

【0044】

また、第１磁極部２１の第１方向長さが、例えば、５ｍｍ以上、好ましくは、１０ｍｍ以上であり、また、例えば、１００ｍｍ以下、好ましくは、５０ｍｍ以下である。第１磁極部２１の第２方向長さが、例えば、５ｍｍ以上、好ましくは、１０ｍｍ以上であり、また、例えば、１００ｍｍ以下、好ましくは、５０ｍｍ以下である。第１領域２３と第２領域２４と第３領域２５とのそれぞれの第２方向長さは、例えば、１ｍｍ以上、好ましくは、３ｍｍ以上であり、また、例えば、５０ｍｍ以下、好ましくは、１５ｍｍ以下である。

【0045】

第２磁極部２２は、第１領域の一例としての第４領域２６と、第２領域の一例としての第５領域２７と、第３領域の一例としての第６領域２８とを、第２方向他方側に向かって順に有する。そのため、第４領域２６と、第５領域２７と、第６領域２８とが、第２方向方他方側（第１磁極部２１に隣接する側）に向かって順に配置されている。第４領域２６と、第５領域２７と、第６領域２８とのそれぞれは、第２磁極部２２において、第１方向にわたって存在するが、第２方向において３分割（例えば、３等分割）された分割領域である。第４領域２６と、第５領域２７と、第６領域２８とのそれぞれは、第１磁極部２１および第２磁極部２２の境界線を基準として、第１領域２３と、第２領域２４と、第３領域２５とのそれぞれと線対称な磁化方向を有する。

【0046】

第４領域２６と、第５領域２７と、第６領域２８とは、磁化方向の分解成分である第１成分および第２成分の少なくとも一方を有する。本実施形態では、第４領域２６および第６領域２８は、主として第１成分を有し、第５領域２７は、主として第２成分を有する。

【0047】

第４領域２６における磁化方向は、第１方向他方側に向く。つまり、第１領域２３の磁化方向は、成膜ロール１０と反対側に向く。すなわち、第４領域２６における磁化方向は、第１領域２３における磁化方向と同じである。第４領域２６における磁化方向の分解成分は、主として第１成分であり、第２成分はほとんどない。但し、第４領域２６におけるわずかな第２成分の存在は許容される。第４領域２６における第１成分は、第１領域２３の第１成分と同じ向きであり、第１方向他方側に向く。

【0048】

第５領域２７における磁化方向は、第２方向他方側に向く。つまり、第５領域２７の磁化方向は、第６領域２８に向く。これにより、第５領域２７の磁化方向と、第２領域２４の磁化方向とは、逆である。第５領域２７における磁化方向の分解成分は、主として第２成分であり、第１成分はほとんどない。但し、第５領域２７におけるわずかな第１成分の存在は許容される。第５領域２７における第２成分は、第２領域２４における第２成分と逆向きであり、第２方向他方側に向く。

【0049】

第６領域２８における磁化方向は、第１方向一方側に向く。つまり、第６領域２８の磁化方向は、成膜ロール１０に向く。第６領域２８における磁化方向は、第３領域２５における磁化方向と同じである。第６領域２８における磁化方向の分解成分は、主として第１成分であり、第２成分はほとんどない。但し、第６領域２８におけるわずかな第２成分の存在は許容される。第６領域２８における第１成分は、第３領域２５における第１成分と同じ向きであり、第１方向一方側に向く。

【0050】

第２磁極部２２が、上記した分解成分を有する第４領域２６と第５領域２７と第６領域２８とを有するので、第２磁極部２２に対向するロータリーターゲット１７の表面では、トンネル形状の磁界が形成される。この磁界は、第６領域２８に対応する表面から成膜ロール１０に一旦近づいた後、第４領域２６に対応する表面に向かう放物線状である。

【0051】

第２磁極部２２の寸法は、第１磁極部２１の寸法と同様である。

【0052】

第１磁極部２１および第２磁極部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。

【0053】

図２に示すように、第２ユニット１６は、成膜ロール１０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１７、および、上記したマグネットユニット１８を備える。

【0054】

そして、この一実施形態では、下記で求められるスパッタリング角度θを狭くできる。

【0055】

ロータリーターゲット１７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１７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およびロータリーターゲット１７の中心を結ぶ線分ＬＳ２とが成すスパッタリング角度θを、求める。スパッタリング角度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。

【0056】

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。

【0057】

図３に示すように、第１磁極部２１では、第１領域２３の磁化方向が第１方向他方側に向き、第２領域２４の磁化方向が第２方向一方側に向き、第３領域２５の磁化方向が第１方向一方側に向くので、第１領域２３に対応するロータリーターゲット１７の表面から、第３領域２５に対応するロータリーターゲット１７の表面に向かって、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、磁束密度の最小ＭＩＮ＿Ｐ（つまり、マイナス側における磁界の最強値）が得られる。

【0058】

図３に示すように、第２磁極部２２では、第４領域２６の磁化方向が第１方向他方側に向き、第５領域２７の磁化方向が第２方向他方側に向き、第６領域２８の磁化方向が第１方向一方側に向くので、第６領域２８に対応するロータリーターゲット１７の表面から、第４領域２６に対応するロータリーターゲット１７の表面に向かって、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、磁束密度の最大ＭＡＸ＿Ｐ（つまり、プラス側における磁界の最強値）が得られる。

【0059】

従って、ロータリーターゲット１７の周方向であって、第１領域２３から第４領域２６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、磁束密度の最小ＭＩＮ＿Ｐと最大ＭＡＸ＿Ｐとが順に観察される。

【0060】

第２ユニット１６についても、第１ユニット１５と同様である。

【0061】

なお、磁束密度の最小ＭＩＮ＿Ｐの絶対値は、磁束密度の最大ＭＡＸ＿Ｐと、例えば、近似し、具体的には、同一である。

【0062】

上記したスパッタリング角度θは、例えば、４０度以下、好ましくは、３５度以下、より好ましくは、３０度以下、さらに好ましくは、２５度以下である。スパッタリング角度θが上記した上限以下であれば、ロータリーターゲット１７の径方向外側において、磁束密度の最小ＭＩＮ＿Ｐに対応するプラズマと、磁束密度の最大のＭＡＸ＿Ｐ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１７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、高速で成膜することができる。

【0063】

他方、スパッタリング角度θは、例えば、５度以上である。

【0064】

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、求めることができる。成膜速度は、ダイナミックレートとも称呼される。

【0065】

磁束密度の絶対値の最大値は、例えば、４０ｍＴ以上、好ましくは、８０ｍＴ以上、より好ましくは、１２０ｍＴ以上であり、また、例えば、１０，０００ｍＴ以下である。磁束密度の絶対値の最大値が上記した下限以上であれば、プラズマを安定して維持できる。

【0066】

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１２に膜１３を形成する方法を説明する。

【0067】

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。

【0068】

続いて、長尺の基材１２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１２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。

【0069】

基材１２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１２を送出ロール５に巻回し、続いて、基材１２の長手方向一端部を、複数のガイドロール７でガイドしながら、成膜ロール１０に巻回させて、巻取ロール６に巻き取らせる。

【0070】

続いて、真空ポンプ８を駆動して、搬送ケーシング４内および成膜ケーシング９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機からスパッタガスを成膜ケーシング９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。

【0071】

続いて、送出ロール５から巻取ロール６に向けて、基材１２を連続して搬送しながら、ロータリーターゲット１７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１７から電子が放出される。

【0072】

すると、上記した電子は、第１ユニット１５および第２ユニット１６のそれぞれにおいて、長く保持される。

【0073】

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１７に効率よく衝突し、これによって、ロータリーターゲット１７からその材料の粒子が、成膜ロール１０の外周面上の基材１２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１３が基材１２に形成される。

【0074】

＜一実施形態の作用効果＞
そして、このマグネトロンスパッタリング成膜装置１の第１磁極部２１では、磁化方向は、第１領域２３において第１方向他方側に主に沿い、続いて、第２領域２４において第２方向一方側に主に沿って第３領域２５に向かい、第３領域２５において第１方向一方側に主に沿う略Ｕ字状の流れを構成する。そのため、第１磁極部２１のロータリーターゲット１７の表面においてトンネル形状の磁界が形成される。

【0075】

また、マグネトロンスパッタリング成膜装置１の第２磁極部２２では、磁化方向は、第４領域２６において第１方向他方側に主に沿い、続いて、第５領域２７において第２方向他方側に主に沿って第６領域２８に向かい、第６領域２８において第１方向一方側に主に沿う略Ｕ字状の流れを構成する。そのため、第２磁極部２２のロータリーターゲット１７の表面においてトンネル形状の磁界が形成される。

【0076】

第１磁極部２１のロータリーターゲット１７の表面において形成されるトンネル形状の磁界と、第２磁極部２２のロータリーターゲット１７の表面において形成されるトンネル形状の磁界とが近接できる。つまり、上記したスパッタリング角度θを狭くできる。その結果、第１ユニット１５におけるロータリーターゲット１７から放出される電子の密度が濃い領域と、第２ユニット１６におけるロータリーターゲット１７から放出される電子の密度が濃い領域とを集約することができる。

【0077】

従って、このマグネトロンスパッタリング成膜装置１によれば、膜１３を高速で成膜することができる。

【0078】

また、この一実施形態では、第１領域２３と第３領域２５とのそれぞれは、主として第１成分を有し、第２領域２４は、主として第２成分を有する。第４領域２６と、第６領域２８とのそれぞれは、主として第１成分を有し、第５領域２７は、主として第２成分を有する。そのため、第１磁極部２１および第２磁極部２２のそれぞれの構成が簡単でありながら、高速で成膜できる。

【0079】

＜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。

【0080】

一実施形態では、第１磁極部２１と第２磁極部２２とを別部材で構成しているが、一部材とし、一体的に構成することができる。

【0081】

また、第１磁極部２１において、第１領域２３と第２領域２４と第３領域２５とは、独立する３つの部材から構成されていてもよく、または、例えば、極異方性磁石のような部材を用いて１つの部材から一体的に構成されてもよい。第２磁極部２２において、第４領域２６と第５領域２７と第６領域２８とは独立する３つの部材から構成されていてもよく、または、例えば、極異方性磁石のような部材を用いて１つの部材から一体的に構成されてもよい。

【0082】

一実施形態では、第１磁極部２１を３つの領域（第１領域２３、第２領域２４、第３領域２５）を有するが、領域の数は、特に限定されず、４以上であってもよい。また、一実施形態では、第２磁極部２２を３つの領域（第４領域２６、第５領域２７、第６領域２８）を有するが、領域の数は、特に限定されず、４以上であってもよい。

【0083】

図５は、第１磁極部２１が５つの領域を有し、第２磁極部２２が５つの領域を有する変形例を示す。図５において、第１磁極部２１は、第１主領域３１と、第１補助領域３２と、第２領域２４と、第３補助領域３３と、第３主領域３４とを、第２方向一方側に向かって順に有する。この変形例の第１主領域３１と第１補助領域３２とは、一実施形態の第１領域２３に相当する。変形例の第３補助領域３３と第３主領域３４とは、一実施形態の第３領域２５に相当する。

【0084】

第１主領域３１の磁化方向の分解成分は、第１成分である。第１成分は、第１方向他方側に向く。

【0085】

第１補助領域３２の磁化方向の分解成分は、第１成分と第２成分とである。第１成分は、第１方向他方側に向く。第２成分は、第２方向一方側に向く。第１補助領域３２の第２方向長さは、例えば、第１主領域３１のそれと近似し、具体的には、同じである。そのため、第１主領域３１および第１補助領域３２からなる第１領域２３では、第１成分が、第２成分に対して大きい。

【0086】

第３主領域３４の分解成分は、第１成分である。第１成分は、第１方向一方側に向く。

【0087】

第３補助領域３３の磁化方向の分解成分は、第１成分と第２成分とである。第１成分は、第１方向一方側に向く。第２成分は、第２方向一方側に向く。第３補助領域３３の第２方向長さは、第３主領域３４のそれと近似し、具体的には、同じである。そのため、第３主領域３４および第３補助領域３３からなる第３領域２５では、第１成分が、第２成分に対して大きい。

【0088】

第２磁極部２２は、第４主領域３５と、第４補助領域３６と、第５領域２７と、第６補助領域３７と、第６主領域３８とを、第２方向他方側に向かって順に有する。この変形例の第４主領域３５と第４補助領域３６とは、一実施形態の第４領域２６に相当する。変形例の第６補助領域３７と第６主領域３８とは、一実施形態の第６領域２８に相当する。

【0089】

第４主領域３５の磁化方向の分解成分は、第１成分である。第１成分は、第１方向他方側に向く。

【0090】

第４補助領域３６の磁化方向の分解成分は、第１成分と第２成分とである。第１成分は、第１方向他方側に向く。第２成分は、第２方向他方側に向く。第４補助領域３６の第２方向長さは、例えば、第４主領域３５のそれと近似し、具体的には、同じである。そのため、第４主領域３５および第４補助領域３６からなる第１領域２３では、第１成分が、第２成分に対して大きい。

【0091】

第６主領域３８の分解成分は、第１成分である。第１成分は、第１方向一方側に向く。

【0092】

第６補助領域３７の磁化方向の分解成分は、第１成分と第２成分とである。第１成分は、第１方向一方側に向く。第２成分は、第２方向他方側に向く。第６補助領域３７の第２方向長さは、第６主領域３８のそれと近似し、具体的には、同じである。そのため、第６主領域３８および第６補助領域３７からなる第６領域２８では、第１成分が、第２成分に対して大きい。

【0093】

第１磁極部２１と第２磁極部２２とにおける磁化方向の向きは、ロータリーターゲット１７の表面に上記したトンネル形状の磁界が形成されれば、限定されない。一実施形態における第１領域２３と第２領域２４と第３領域２５と第４領域２６と第５領域２７と第６領域２８との磁化方向のそれぞれが、反転してもよい。具体的には、図６に示すように、第１領域２３および第４領域２６における磁化方向は、第１方向一方側に向く。第２領域２４における磁化方向は、第２方向他方側に向く。第５領域２７における磁化方向は、第２方向一方側に向く。第３領域２５および第６領域２８における磁化方向は、第１方向他方側に向く。図６に示す変形例では、第１磁極部２１に対向するロータリーターゲット１７の表面に形成されるトンネル形状の磁界は、第１領域２３に対応する表面から成膜ロール１０に一旦近づいた後、第３領域２５に対応する表面に向かう放物線状である。第２磁極部２２に対向するロータリーターゲット１７の表面に形成されるトンネル形状の磁界は、第４領域２６に対応する表面から成膜ロール１０に一旦近づいた後、第６領域２８に対応する表面に向かう放物線状である。

【0094】

図７に示す変形例では、第１磁極部２１において、第１領域２３および第２領域２４は、連続し、第２領域２４および第３領域２５は、連続する。

【0095】

第１領域２３において、第２領域２４に向かうに従って、第１成分が小さくなる。つまり、第１領域２３における磁化方向は、第２領域２４に近づくにつれて、次第に（連続的に）第１方向に対する傾斜が強くなる。第１領域２３の第１成分は、第１方向他方側に向く。

【0096】

また、第３領域２５において、第２領域２４に向かうに従って、第１成分が小さくなる。つまり、第３領域２５における磁化方向は、第２領域２４に近づくにつれて、次第に（連続的に）第１方向に対する傾斜が強くなる。第３領域２５の第１成分は、第１方向一方側に向く。

【0097】

第２領域２４において、第１領域２３に近接する一端部領域では、第１成分が、第１方向他方側に向き、微小であり、また、第３領域２５に近接する他端部領域では、第１成分が、第１方向一方側に向き、微小であり、それらの間の中間領域では、分解成分として、実質的に第１成分がなく、第２成分のみとなる。

【0098】

第１磁極部２１における磁化方向は、第１領域２３の第１方向一方面から、第２領域２４の第１方向他方面に一旦近づき、その後、第３領域２５の第１方向一方面に至るような、略放物線を構成する。

【0099】

第２磁極部２２において、第４領域２６および第５領域２７は、連続し、第５領域２７および第６領域２８は、連続する。

【0100】

第４領域２６において、第５領域２７に向かうに従って、第１成分が小さくなる。つまり、第４領域２６における磁化方向は、第５領域２７に近づくにつれて、次第に（連続的に）第１方向に対する傾斜が強くなる。第４領域２６の第１成分は、第１方向他方側に向く。

【0101】

また、第６領域２８において、第５領域２７に向かうに従って、第１成分が小さくなる。つまり、第６領域２８における磁化方向は、第５領域２７に近づくにつれて、次第に（連続的に）第１方向に対する傾斜が強くなる。第６領域２８の第１成分は、第１方向一方側に向く。

【0102】

第５領域２７において第４領域２６に近接する一端部領域では、第１成分が、第１方向他方側に向き、微小であり、また、第５領域２７において第６領域２８に近傍する他端部領域では、第１成分が、第１方向一方側に向き、微小であり、それらの間の中間領域では、分解成分として、実質的に第１成分がなく、第２成分のみとなる。

【0103】

そのため、第２磁極部２２における磁化方向は、第４領域２６の第１方向一方面から、第５領域２７の第１方向他方面に一旦近づき、その後、第６領域２８の第１方向一方面に至るような、略放物線を構成する。

【0104】

図７に示すマグネトロンスパッタリング成膜装置１では、第１磁極部２１において、第１領域２３と第２領域２４と第３領域２５とが連続するため、放物線状の磁化方向を構成する。そのため、第１磁極部２１に対応するロータリーターゲット１７の表面において、トンネル形状の磁界が確実に形成される。

【0105】

第２磁極部２２では、第４領域２６と第５領域２７と第６領域２８とが連続するため、放物線状の磁化方向を構成する。そのため、第２磁極部２２に対応するロータリーターゲット１７の表面において、トンネル形状の磁界が確実に形成される。

【0106】

上記した２つのトンネル形状の磁界がより近接でき、第１ユニット１５におけるロータリーターゲット１７から放出される電子の密度が濃い領域と、第２ユニット１６におけるロータリーターゲット１７から放出される電子の密度が濃い領域とをより集約することができる。従って、高速で成膜できる。

【0107】

図８は、図７に示す第１磁極部２１および第２磁極部２２のそれぞれの第２方向長さが過度に短い変形例である。

【0108】

この変形例でも、第１磁極部２１は、上記した第１領域２３と第２領域２４と第３領域２５とを有する。第２磁極部２２は、上記した第４領域２６と第５領域２７と第６領域２８とを有する。

【実施例】

【0109】

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、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（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値（「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値（「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。

【0110】

実施例１
図１～３に示す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についてシミュレーションした。
第１磁極部２１および第２磁極部２２の寸法は、表１に記載の通りである。

【0111】

実施例２
第１領域２３～第６領域２８の磁化方向のそれぞれを反転させた以外は、実施例１と同様に、図６に示すマグネトロンスパッタリング成膜装置１についてシミュレーションした。

【0112】

実施例３
図７に示すように、第１磁極部２１の磁化方向が放物線を構成するように、第１領域２３と第２領域２４とを連続させ、第２領域２４と第３領域２５とを連続させ、また、第２磁極部２２の磁化方向が放物線を構成するように、第４領域２６と第５領域２７とを連続させ、第５領域２７と第６領域２８とを連続させた以外は、実施例１と同様にして、図７に示すマグネトロンスパッタリング成膜装置１についてシミュレーションした。

【0113】

実施例４
第１磁極部２１および第２磁極部２２のそれぞれの第２方向長さを２０ｍｍから８ｍｍに変更した以外は、実施例３と同様にして、図８に示すマグネトロンスパッタリング成膜装置１についてシミュレーションした。

【0114】

比較例１
第１磁極部２１が、第１領域２３を有さず、また、第２磁極部２２が、第４領域２６を有さず、また、寸法を表２の通りに変更した以外は、実施例１と同様にして、図９に示すマグネトロンスパッタリング成膜装置１についてシミュレーションした。

【0115】

＜評価＞
マグネトロンスパッタリング成膜装置１について、下記の項目を評価した。それらの結果を表３に記載する。

【0116】

（１）スパッタリング角度θおよび
実施例１～実施例４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に関し、スパッタリング角度θ、磁束密度の最大値および最小値を、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。

【0117】

ソフトウェア名：ＪＭＡＧ（ＪＳＯＬ社製）
計算手法：有限要素法

【0118】

（２）成膜速度
実施例１～実施例３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の成膜速度を、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３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。

【0119】

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

【0120】

【表1】

【0121】

【表2】

【0122】

【表3】

【符号の説明】

【0123】

１ マグネトロンスパッタリング成膜装置
１０ 成膜ロール
１１ マグネトロンプラズマユニット
１３ 膜
１７ ロータリーターゲット
１８ マグネットユニット
２１ 第１磁極部
２２ 第２磁極部
２３ 第１領域
２４ 第２領域
２５ 第３領域
２６ 第４領域
２７ 第５領域
２８ 第６領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】