(57)【要約】【課題】  スパッタリング成膜の膜厚のばらつきを抑えつつ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。【解決手段】  矩形のスパッタリングターゲット１１の外周部に対応して設けられた矩形環状の外側磁極１８と、その内側に外側磁極１８の短辺方向に延在するように配置された内側磁極１９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１０であって、内側磁極１９は外側磁極１８とはそれぞれ異極及び同極の第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂで構成され、第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂは、上記延在方向に略直交する方向であって且つ外側磁極１８の長辺方向に往復動自在であり、該往復動方向に沿って第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂが交互に且つ両端が第１磁極１９ａとなるように配設されている。【選択図】  図４
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【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側磁極と、該外側磁極の内側に外側磁極の短辺方向または長辺方向に延在するように配置された内側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、
前記内側磁極は、前記外側磁極とはそれぞれ異極及び同極の第１磁極及び第２磁極で構成され、これら第１磁極及び第２磁極は、前記延在方向に略直交する方向であって且つ外側磁極の短辺方向または長辺方向に往復動自在であり、該往復動方向に沿って第１磁極及び第２磁極が交互に且つ両端が第１磁極となるように配設され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】
前記第１磁極及び第２磁極は前記外側磁極の長辺方向に往復動自在であり、前記両端に位置する両第１磁極の外側同士の距離が、前記外側磁極の長辺方向の内幅からその短辺方向の内幅を引いた長さの９０％〜１２０％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】
前記交互に配設されている第１磁極及び第２磁極において、隣接する第１磁極と第２磁極との間に一対の補助磁極が前記第１磁極及び第２磁極と共に往復動自在に設けられており、該一対の補助磁極を構成する各磁極は、対向する第１磁極又は第２磁極とは異極となるように配置されてい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】
前記両端に設けられた第１磁極の各々と、これに隣接する前記外側磁極の短辺または長辺との間に、第１磁極の延在方向に略平行に延在する一対の固定補助磁極が設けられており、該一対の固定補助磁極を構成する各磁極は、対向する第１磁極又は外側磁極とは異極となるように固定して配置されていることを特徴とする、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。
【請求項５】
前記第１磁極及び第２磁極はヨーク材に取り付けられており、該ヨーク材がリニアアクチュエータによって往復動することにより前記第１磁極及び第２磁極が往復動することを特徴とする、請求項１〜４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。
【請求項６】
前記第１磁極、第２磁極、補助磁極、及び固定補助磁極は、それぞれ前記スパッタリングターゲットとの離間距離が個別に調整可能であることを特徴とする、請求項１〜５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。
【請求項７】
ロールツーロールで搬送される長尺基板の搬送経路の近傍に、該搬送経路上の長尺基板の表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１〜６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ることを特徴とするスパッタリング成膜装置。
【請求項８】
請求項２に記載のマグネトロンスパッタリングカソードを備えた請求項７に記載のスパッタリング成膜装置を用いて、前記往復動の距離を前記スパッタリングターゲットの短辺の長さの２５％〜１００％にして長尺基板にスパッタリングすることを特徴とするスパッタリング成膜方法。
【請求項９】
前記往復動において往動と復動とが反転する位置が周期的に変化することを特徴とする、請求項８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に接して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】
上記構成のマグネトロンスパッタリングカソードを、スパッタリングターゲットが被成膜用基材面に対向するように配置し、これらの配設空間内を真空にしてからアルゴンガスを導入し、この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れる。
【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、上記した従来の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ほとんど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。このように、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技術が開示されている。また、特許文献２や特許文献３には、磁気回路全体を回転させるか、あるいは往復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成膜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側磁極と、その内側に設けた内側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、これら外側磁極と内側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側磁極と、該外側磁極の内側に外側磁極の短辺方向または長辺方向に延在するように配置された内側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、該内側磁極は、該外側磁極とはそれぞれ異極及び同極の第１磁極及び第２磁極で構成され、これら第１磁極及び第２磁極は、前記延在方向に略直交する方向であって且つ外側磁極の短辺方向または長辺方向に往復動自在であり、該往復動方向に沿って第１磁極及び第２磁極が交互に且つ両端が第１磁極となるように配設され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、第１磁極及び第２磁極は外側磁極の長辺方向に往復動自在であり、両端に位置する両第１磁極の外側同士の距離が、外側磁極の長辺方向の内幅からその短辺方向の内幅を引いた長さの９０％〜１２０％であるのが好ましい。
【００１４】
また、交互に配設されている第１磁極及び第２磁極において、隣接する第１磁極及び第２磁極の間に一対の補助磁極が第１磁極及び第２磁極と共に往復動自在に設けられており、該一対の補助磁極を構成する各磁極は、対向する第１磁極又は第２磁極とは異極となるように配置されているのが好ましい。
【００１５】
また、両端に設けられた第１磁極の各々と、これに隣接する前記外側磁極の短辺または長辺との間に、第１磁極の延在方向に略平行に延在する一対の固定補助磁極が設けられていてもよく、該一対の固定補助磁極を構成する各磁極は、対向する第１磁極又は外側磁極とは異極となるように固定して配置されているのが好ましい。
【００１６】
また、第１磁極及び第２磁極がヨーク材に取り付けられていて、該ヨーク材がリニアアクチュエータによって往復動することにより前記第１磁極及び第２磁極が往復動するのが好ましい。また、第１磁極、第２磁極、補助磁極、及び固定補助磁極は、それぞれスパッタリングターゲットとの離間距離が個別に調整可能であるのが好ましい。
【００１７】
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近傍に、該搬送経路上の長尺基板の表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ることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明のスパッタリング成膜方法は、第１磁極及び第２磁極は外側磁極の長辺方向に往復動自在であり、両端に位置する両第１磁極の外側同士の距離が、外側磁極の長辺方向の内幅からその短辺方向の内幅を引いた長さの９０％〜１２０％であるようなマグネトロン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を用いて成膜する方法であって、往復動の距離を外側磁極の短辺方向の内幅の２５％〜１００％にして長尺基板にスパッタリングす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、往復動において往動と復動とが反転する位置が周期的に変化するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
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】
【００２０】
【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】図４のマグネトロンスパッタリングカソードが具備する磁気発生機構をスパッタリングターゲット側から見た平面図である。
【図６】図５の磁気発生機構のＶＩ−ＶＩの切断面における断面図である。
【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電子の運動の範囲の概略図である。
【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。
【図９】実施例１での銅スパッタリングターゲットのエロージョンの状況を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
なお、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。また、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の間に公知のマスクを配すればよい。そして、矩形状スパッタリングターゲットの長辺と短辺の長さの関係は、長辺は短辺の３倍以上の長さが望ましく、本発明の効果がより発揮できる。
【００２９】
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を長辺方向に切断した断面図である。矩形板状の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。
【００３０】
そしてバッキングプレート１２と冷却板１４の間には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（図示せず）と外部に冷却水を放出する冷却水放出管（図示せず）に導かれて間隙部２２を通過する。また、冷却水供給管と冷却水放出管は、冷却板１４に接続している。なお、後述する運動手段であるリニアアクチュエータ２３より冷却水漏れが発生しないならば、冷却板１４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。
【００３１】
前述したように、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。
【００３２】
上記スパッタリングカソード本体１５の内側に磁界発生機構が格納されている。磁界発生機構は、矩形板状のスパッタリングターゲット１１の外周部に対応して設けられた矩形環状の外側磁極１８と、該外側磁極１８の内側に外側磁極１８の短辺方向に延在するように配置された内側磁極１９とからなる。内側磁極１９は、更に外側磁極１８とは異極の第１磁極１９ａと、外側磁極１８と同極の第２磁極１９ｂで構成される。
【００３３】
これら第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂは、上記した内側磁極１９の延在方向（すなわち外側磁極１８の短辺方向）に略直交する方向であって且つ外側磁極１８の長辺方向に往復動自在である。これにより、スパッタリングターゲットが局所的にほられるのを防ぐことができる。なお、内側磁極１９は外側磁極１８の長辺方向に延在してもよい。この場合は、内側磁極１９は外側磁極１８の短辺方向に往復動自在となる。
【００３４】
図５は、上記した外側磁極１８と内側磁極１９とで構成される磁界発生機構をスパッタリングターゲット側から見た平面図であり、図６は、図５のＶＩ−ＶＩの切断面で磁界発生機構を切断したときの断面図である。これら図５及び図６を参照しながら磁気発生機構の磁極の配置について説明する。第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂは、前述した往復動方向に沿って第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂが交互に且つ両端が第１磁極１９ａとなるように配設されている。
【００３５】
これら第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂは、往復動自在なヨーク材２０のスパッタリングターゲット１１側の面に設けられている。第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂの磁極は、例えば第１磁極１９ａのスパッタリングターゲット１１側をＮ極、外側磁極１８及び第２磁極１９ｂ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のスパッタ表面には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、第１磁極１９ａをＳ極、外側磁極１８及び第２磁極１９ｂをＮ極としてもよい。図４、図５及び図６には、外側磁極１８、第１磁極１９ａ、及び第２磁極１９ｂの磁極の関係を、後述する一対の補助磁極２６ａ、２６ｂ、及び一対の固定補助磁極２７ａ、２７ｂと共にハッチングの向きを変えることで表している。
【００３６】
内側磁極１９の往復動方向の長さ、すなわち両端に位置する両第１磁極１９ａの外側同士の距離は、外側磁極１８の長辺方向の内幅からその短辺方向の内幅を引いた長さの９０％〜１２０％にするのが好ましい。また、内側磁極１９の往復動の距離は、内側磁極１９を外側磁極１８の長辺方向に沿って往復動させる場合は、スパッタリングターゲット１１の短辺の長さの２５％〜１００％とするのが好ましい。
【００３７】
このような往復動ができるように内側磁極１９や外側磁極１８の寸法や磁極間の離間距離を設定すればよい。なお、外側磁極１８の長辺方向（これはスパッタリングターゲット１１の長辺方向に対応する）に往復動させる場合に、スパッタリングターゲット１１の短辺の長さの２５〜１００％とするのは、膜厚分布の幅を小さくするためである。
【００３８】
本発明の一具体例の磁気発生機構は、隣接する第１磁極１９ａと第２磁極１９ｂとの間に一対の補助磁極２６ａ、２６ｂを設けてもよい。これら一対の補助磁極２６ａ、２６ｂは、ヨーク材２０に取り付けられており、第１磁極１９ａと第２磁極１９ｂと共に往復動自在となっている。なお、一対の補助磁極２６ａ、２６ｂを構成する各磁極は、対向する第１磁極１９ａ又は第２磁極１９ｂとは異極となるように配置されている。
【００３９】
たとえば、第１磁極１９ａ、第１磁極１９ａとは反対極の補助磁極２６ａ、第１磁極１９ａと同じ極の補助磁極２６ｂ、第２磁極１９ｂの順番で配される。このように一対の補助磁極２６ａ、２６ｂを配することでスパッタリングターゲット１１表面での磁力線の強度を調整することができ、よってスパッタリングターゲット１１の侵食の範囲（エロージョンの範囲）を調整することができる。
【００４０】
内側磁極１９の第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂ、さらに一対の補助磁極２６ａ、２６ｂは、それぞれ個別にスパッタリングターゲット１１との離間距離を調整可能な磁極距離調整手段を備えていることが望ましい。例えば第１磁極１９ａ及び第２磁極１９ｂとスパッタリングターゲット１１とが離間する距離を調整することで、スパッタリングターゲット１１のスパッタ表面の磁力線の強弱を調整し、スパッタリングターゲットの侵食の範囲をより最適化できる。磁極距離調整手段は、ねじ利用して中心磁極等を移動させることや、ヨーク材２０と第１磁極１９ａ等の間にスペーサの挿入等内によって実現できる。
【００４１】
補助磁極は、外側磁極１８の内側において、往復動する内側磁極１９の外側にも配することができる。例えば、両端に設けられた第１磁極１９ａの各々と、これに隣接する外側磁極１８の短辺との間に、第１磁極１９ａの延在方向に略平行に延在する一対の固定補助磁極２７ａ、２７ｂを設けることができる。この場合は、一対の固定補助磁極２７ａ、２７ｂを構成する各磁極は、対向する第１磁極１９ａ又は外側磁極１８とは異極となるように固定して配置する。このように一対の固定補助磁極２７ａ、２７ｂを配することで磁界の分布や強度を調整することができる。
【００４２】
本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードは、スパッタリング成膜装置５０のような長尺基板を搬送しながら成膜する連続成膜装置のマグネトロンスパッタリングカソードに適している。特に、内側磁極の往復動の方向を、長尺基板などの搬送方向と略直交する方向に配することで、スパッタリングターゲットの使用効率の向上と長尺基板の幅方向の膜厚のばらつきを低減できる。
【００４３】
スパッタリング成膜装置５０では矩形状のスパッタリングターゲットが、長尺基板Ｆの搬送方向と直交する方向（幅方向）に略平行に配される。そのため、本発明に係るマグネトロンスパッタリングカソードは、長手方向がスパッタリングターゲットと同じ方向となる。そして、マグネトロンスパッタリングカソードが格納する内側磁極は、スパッタリングターゲットの略長辺方向に往復動する。これにより、上述したように長尺基板の幅方向の膜厚のばらつきを低減できる。往復動自在なヨーク材は、絶縁プレートを介して運動手段と連結している。運動手段は、リニアアクチュエータを用いることが望ましい。リニアアクチュエータのモータの回転速度や反転のタイミングを適宜調整することで、スパッタリングターゲットの浸食部をより均一にすることができる。
【００４４】
膜厚のばらつき低減のためには、内側磁極の往復動の移動距離は短い方が望ましい。さらに、往復動における反転動作は短時間に行われることが望ましい。また、往復動の反転の前後で回転速度を速くしたり、反転位置を周期的に変化させたりすることは有効な方法である。
【００４５】
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、内側磁極がスパッタリングターゲットの長辺方向に往復動する際の移動距離は、短辺の長さの２５％〜１００％の範囲で中心に対称とするのが望ましい。移動距離が、短辺の長さの２５％未満、スパッタリングターゲットの使用効率が低く、１００％を越えるとでは膜厚のばらつきが大きくなる。また、往復動の反転位置を周期的に変化させる場合の反転位置は、往復動の範囲とすることが望ましい。また、反転位置を周期的に変化させる周期は、膜厚のばらつきやスパッタリングターゲットの使用効率を考慮して適宜定めればよい。
【００４６】
ところで、外側磁極１８、第１磁極１９ａ、及び第２磁極１９ｂ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、図に示すように外側磁極、第１磁極、及び第２磁極によりスパッタリングターゲットの長手方向に複数のトロイダル運動が発生する。電子のトロイダル運動が発生した領域は、プラズマ発生領域（放電領域）に相当し、レーストラック状である。そして、内側磁極の往復動に応じてトロイダル運動が発生する位置もスパッタリングターゲット上を往復動する。
【００４９】
トロイダル運動の発生位置の運動により、スパッタリングターゲット表面のトロイダル運動する範囲が広くなり、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、広い範囲で侵食されるので、より広い範囲でのエロージョンが発生する。内側磁極の周囲に外側磁極が配されているので、トロイダル運動が発生する領域は、スパッタリングターゲット表面全体に広がっている。そのため、幅方向の膜厚分布を小さくできる。
【００５０】
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、スパッタリングターゲット表面の後述の放電領域が時間的に変化するので、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。
【００５１】
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】
【００５２】
［実施例１］
厚さ３８μｍ幅３０ｃｍ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装置５０に設置し、１×１０−４Ｐａまで真空排気した。続いて、Ａｒガスを導入し装置内の圧力を０.３Ｐａに保持した。マグネトロンスパッタリングカソード５８、５９、６０はマグネトロンスパッタリングカソード１０を配し、長さ４０ｃｍ幅１２ｃｍ厚さ１ｃｍの銅スパッタリングターゲットを取り付けた。
【００５３】
長辺方向の長さが３０ｃｍの内側磁極の往復動の距離は中心から３ｃｍ（往復動の範囲は６ｃｍ）とし、往復周期を１秒とし、ポリイミドフィルムを往復搬送しながらスパッタリングを行った。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４７％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／ｃｍ２）でスパッタリングを行い、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。
【００５４】
［実施例２］
内側磁極の往復動の中心からの移動距離を３ｃｍから４ｃｍ（往復動の範囲は６ｃｍから８ｃｍ）に１周期毎に反転位置を０.１ｃｍずつ拡張し、中心からの移動距離が４ｃｍに達したら１周期毎に反転位置を０.１ｃｍずつ縮小した以外は実施例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５５％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／ｃｍ２）でスパッタリングを行い、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。
【００５５】
［比較例］
磁界発生機構が外周磁極と中心磁極からなる従来のマグネトロンカスパッタリングソード１を使用した以外は、実施例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／ｃｍ２）でスパッタリングを行い、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。
【００５６】
［参考例］
内側磁極が中心から１ｃｍ移動（往復動範囲は２ｃｍ）したところで停止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、ＴＤ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１２％であった。
【符号の説明】
【００５７】
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      外側磁極
１９      内側磁極
１９ａ    第１磁極
１９ｂ    第２磁極
２０      ヨーク材
２６ａ、２６ｂ      一対の補助磁極
２７ａ、２７ｂ      一対の固定補助磁極
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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