JP6067300B2 - マグネトロンスパッタ成膜装置およびマグネトロンスパッタ成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、低圧下で高密度のプラズマを生成可能なマイクロ波プラズマ生成装置を用いたマグネトロンスパッタ成膜装置、マグネトロンスパッタ成膜方法、およびそれを用いて製造されるフィルム部材に関する。

機能性樹脂フィルムを用いたタッチパネル、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイス、薄膜太陽電池等のフレキシブルエレクトロニクスの開発が進んでいる。機能性樹脂フィルムを用いた製品には、軽量、薄型、フレキシブルといった利点があるが、従来のガラス基板品と比較して、寿命が短いという課題もある。機能性樹脂フィルムは、基材の樹脂フィルムに機能性薄膜を積層して構成される。このため、空気中の酸素や水蒸気が、基材を通して機能性薄膜へ進入したり、基材に含まれるガスや揮発性成分がアウトガスとして出てくることにより、機能性薄膜が劣化しやすい。例えば、フレキシブル有機ＥＬデバイスにおいて、空気中の酸素や水蒸気が、基材を通ってホール輸送層、電子輸送性発光層へ進入すると、ホール輸送層や電子輸送性発光層が劣化する。これにより、輝度が低下したり、発光しなくなるおそれがある。したがって、基材と陽極との間にガスバリア膜を介装させて、基材を通過した酸素や水蒸気が、ホール輸送層や電子輸送性発光層へ進入することを抑制している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２９７６９４号公報 特開２００５−１９７３７１号公報 特開平７−６９９８号公報 特開２００３−３０１２６８号公報 特開平５−２５６２５号公報 特開２００２−６９６３７号公報 特開２００７−１６９７０５号公報

ガスバリア膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜等が知られている。しかしながら、従来のガスバリア膜のガスバリア性（酸素、水蒸気およびアウトガスの低透過性）は、充分ではない。このため、機能性薄膜の劣化を抑制できていない。

通常、ガスバリア膜は、スパッタやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により、形成される。スパッタによる成膜方法としては、二極スパッタ法や、マグネトロンスパッタ法等がある。なかでも、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタ法（ＤＣパルス方式を含む）が、成膜速度等の観点から多用されている。しかし、ＤＣマグネトロンスパッタ法には、ターゲットに一定の高電圧を印加しないと、プラズマが安定しなかったり、プラズマが生成しないという不具合がある。このため、通常は、ターゲットに数百ボルトの高電圧を印加する。印加電圧が高いと、ターゲットから、クラスター粒子のような粒子径の非常に大きな粒子が飛び出す頻度が高くなる。粒子径が大きく、そのばらつきも大きい粒子が基材に付着すると、形成される膜の表面に大きな凹凸が生じてしまう。ガスバリア膜の凹凸が大きいと、凹部に酸素や水分等が吸着したり、凸部に電解が集中することにより、機能性薄膜を劣化させてしまう。したがって、機能性樹脂フィルムにおいて、実用に耐えられる製品寿命を達成するためには、ガスバリア膜の性能の向上および表面の凹凸の低減が、極めて重要になる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、ガスバリア性に優れ、表面の凹凸が小さい薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法を提供することを課題とする。また、ガスバリア性に優れ、表面の凹凸が小さいガスバリア膜を有するフィルム部材を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置は、基材と、該基材に対向する対向面を有するバッキングプレート、該対向面に配置されるターゲット、および該バッキングプレートを挟んで該ターゲットと反対側に配置される磁石部材を有するマグネトロンスパッタカソードと、該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射するマイクロ波プラズマ生成装置と、を備え、該ターゲットから飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、該マイクロ波プラズマ生成装置は、マイクロ波を伝送する矩形導波管と、該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過するスロットを有するスロットアンテナと、該スロットアンテナの該スロットを覆うように配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、を備え、該基材と該ターゲットとの間のプラズマ密度は、該基材付近よりも該ターゲット付近で大きく、該ターゲットの表面において電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が生じることを特徴とする。

本発明者は、ＤＣマグネトロンスパッタ法による成膜について鋭意研究を重ねた結果、マグネトロンスパッタを、マイクロ波プラズマを照射しながら行えば、ターゲットから飛び出した粒子にエネルギーを与えることにより、粒子径を微細化し、かつ整えることができるため、膜の表面の凹凸を小さくできるという見地に至った。しかしながら、通常、マグネトロンスパッタは、不純物の侵入を抑制して膜質を維持するために、マグネトロンプラズマ（マグネトロン放電で生成するプラズマ）が安定な一定の低圧下で行われる。成膜時の圧力としては、０．５〜１．０Ｐａ程度が望ましい。一方、一般的なマイクロ波プラズマ生成装置は、５Ｐａ以上の比較的高圧下でマイクロ波プラズマを生成する（例えば、特許文献２参照）。このため、従来のマイクロ波プラズマ生成装置を用いた場合、マグネトロンスパッタを行う１Ｐａ以下の低圧下では、マイクロ波プラズマを生成することが難しい。この理由は、次のように考えられる。

図１２に、従来のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。図１２に示すように、マイクロ波プラズマ生成部９は、導波管９０と、スロットアンテナ９１と、誘電体部９２と、を有している。スロットアンテナ９１は、導波管９０の前方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ９１は、導波管９０の前壁を形成している。スロットアンテナ９１には、複数の長孔状のスロット９１０が形成されている。誘電体部９２は、スロット９１０を覆うように、スロットアンテナ９１の前面（チャンバー側）に配置されている。導波管９０の右端から伝送されたマイクロ波は、図中前後方向の白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット９１０を通過して、誘電体部９２に入射する。誘電体部９２に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Ｙ２で示すように、誘電体部９２の前面９２０に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマＰが生成される。

ここで、スロット９１０から誘電体部９２へ入射するマイクロ波の入射方向（矢印Ｙ１）と、誘電体部９２の前面９２０と、は直交する。このため、誘電体部９２に入射したマイクロ波は、生成したマイクロ波プラズマＰに遮られ、進行方向を９０°変えて、誘電体部９２の前面９２０を伝播する（矢印Ｙ２）。このように、生成したマイクロ波プラズマＰに対して垂直にマイクロ波が入射するため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰに伝播しにくい。このため、低圧下でのプラズマ生成が難しいと考えられる。

そこで、本発明者は、生成するマイクロ波プラズマに対するマイクロ波の入射方向に着目し、１Ｐａ以下の低圧下でもマイクロ波プラズマを生成することができるマイクロ波プラズマ生成装置を開発した。図４に、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。図４は、マイクロ波プラズマ生成部の一実施形態を示す図である。図４は、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を、何ら限定するものではない。

図４に示すように、マイクロ波プラズマ生成部４０は、導波管４１と、スロットアンテナ４２と、誘電体部４３と、誘電体部固定板４４と、を有している。導波管４１の左端後方には、マイクロ波を伝送する管体部５１が接続されている。スロットアンテナ４２は、導波管４１の上方開口部を塞ぐように配置されている。すなわち、スロットアンテナ４２は、導波管４１の上壁を形成している。スロットアンテナ４２には、複数の長孔状のスロット４２０が形成されている。誘電体部４３は、スロット４２０を覆うように、スロットアンテナ４２の上面に配置されている。

管体部５１から伝送されたマイクロ波は、図中上下方向の白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット４２０を通過して、誘電体部４３に入射する。誘電体部４３に入射したマイクロ波は、図中左右方向の白抜き矢印Ｙ２で示すように、主に誘電体部４３の前面４３０に沿って伝播する。これにより、マイクロ波プラズマＰ１が生成される。ここで、スロット４２０から誘電体部４３に入射するマイクロ波の入射方向は、誘電体部４３の前面４３０（プラズマ生成領域側の表面）に平行である。生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波が入射するため、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマＰ１に伝播しやすい。このため、１Ｐａ以下の低圧下においてもプラズマ生成が可能になると考えられる。

このように、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させることにより、１Ｐａ以下の低圧下においても、マイクロ波プラズマを生成することができる。したがって、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を用いると、低圧下でマイクロ波プラズマを照射しながら、マグネトロンスパッタによる成膜を行うことが可能になる。これにより、印加電圧を下げることができるため、クラスター粒子のような粒子径の大きな粒子のターゲットからの飛び出しが、抑制される。また、低圧下でマグネトロンスパッタを行うことにより、不純物の侵入を抑制すると共に、ターゲット粒子の平均自由行程を長くすることができる。これにより、形成される薄膜の膜質が向上する。

また、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、基材付近のプラズマ密度よりも、ターゲット付近のプラズマ密度が大きく、ターゲットの表面において電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が生じる。また、マイクロ波プラズマをターゲット上に照射することにより、ターゲット表面の電子密度が高くなる。ターゲット表面にＥＣＲを生成させることにより、ターゲット表面の電子密度が高くなると共に電子の運動エネルギーが大きくなり、スパッタエネルギーが大きくなる。これにより、ターゲットから飛び出すスパッタ粒子の数が増え、粒子径も大きくなる。その結果、成膜速度が大きくなる。そして、生成したスパッタ粒子は、基材とターゲットとの間に照射されるマイクロ波プラズマにより、微細化され、粒子径が整い、比較的平坦な膜となる。したがって、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い薄膜を高速に形成することができる。また、ターゲット表面にＥＣＲが生成しない場合と比較して、スパッタエネルギーが大きくなるため、成膜速度が格段に大きくなる。また、ターゲット付近よりも基材付近のプラズマ密度を小さくすることで、プラズマによる基材の損傷を小さくして、基材の熱変形等を抑制することができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記マイクロ波プラズマ生成装置は、さらに、前記誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、該支持板の裏面に配置され前記プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、を備え、該誘電体部から該磁場中に伝播する前記マイクロ波によりＥＣＲを発生させながらマイクロ波プラズマを照射する構成とする方がよい。

本構成のマイクロ波プラズマ生成装置においては、プラズマ生成領域側の面を「表面」とし、表面に背向する面を「裏面」と称する。本構成においては、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させる（上記（１）の構成）と共に、ＥＣＲを発生させながらマイクロ波プラズマを照射する。以下に、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の一例を説明する。

図５に、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。図５中、図４と対応する部材は、同じ符号で示す。図５は、マイクロ波プラズマ生成部の一実施形態を示す図である（後述する実施形態参照）。説明の便宜上、ここでは、後述する実施形態において誘電体部の表面側に配置されるスリット板を、省略して示す。図５は、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置を、何ら限定するものではない。

図５に示すように、マイクロ波プラズマ生成部４０は、導波管４１と、スロットアンテナ４２と、誘電体部４３と、支持板４５と、永久磁石４６と、を有している。誘電体部４３の後方には、支持板４５を介して、永久磁石４６が八個配置されている。八個の永久磁石４６は、いずれも前側がＮ極、後側がＳ極である。各々の永久磁石４６から前方に向かって、磁力線Ｍが生じている。これにより、誘電体部４３の前方（プラズマ生成領域）には、磁場が形成されている。

生成したマイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数ω_ｃｅに従って、磁力線Ｍ方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波と呼ばれる右回りの円偏波を励起する。電子サイクロトロン波が前方に伝播し、その角周波数ωがサイクロトロン角周波数ω_ｃｅに一致すると、電子サイクロトロン波が減衰し、波動エネルギーが電子に吸収される。すなわち、ＥＣＲが生じる。例えば、マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、磁束密度８７．５ｍＴで、ＥＣＲが生じる。ＥＣＲによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Ｍに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ＥＣＲにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、誘電体部４３の前方に、高密度のＥＣＲプラズマＰ１_ＥＣＲが生成される。

このように、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ＥＣＲを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、１Ｐａ以下の低圧下、さらには０．０１Ｐａ以下の極低圧下においても、プラズマを生成することができる。したがって、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置を用いると、低圧下あるいは極低圧下でＥＣＲプラズマを照射しながら、マグネトロンスパッタによる成膜を行うことが可能になる。これにより、ターゲット表面のプラズマ密度を高めることができる。また、ターゲットから飛び出したスパッタ粒子は、基材とターゲットとの間に照射される高密度のＥＣＲプラズマにより、微細化される。したがって、本構成のマグネトロンスパッタ成膜装置によると、より緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い薄膜を形成することができる。

なお、上記特許文献３には、マイクロ波によりＥＣＲを発生させるマイクロ波プラズマ生成装置が開示されている。特許文献３のマイクロ波プラズマ生成装置においては、空芯コイルにより磁場を形成している。しかしながら、空芯コイルを用いると、コイル径等に規制されるため、長尺状の広範囲にプラズマを生成することができない。この点、本構成のマイクロ波プラズマ生成装置によると、長尺状の矩形導波管を用いて、長手方向にスロットを配置することにより、長尺状のＥＣＲプラズマを生成することができる。したがって、マグネトロンスパッタ成膜装置に組み込むことにより、大面積の薄膜を形成することができる。

また、上記特許文献４には、ＥＣＲを利用したマグネトロンスパッタ成膜装置が開示されている。特許文献４のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、成膜する基材の裏側に、磁石を配置して、基材の表面近傍にＥＣＲプラズマを生成している。しかしながら、基材の裏側に磁石を配置すると、形成される薄膜の厚さにばらつきが生じやすい。加えて、薄膜が着色しやすいという問題もある。また、特許文献４のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、ヘリカルアンテナからマイクロ波を放射している。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しにくい。また、磁場による、アンテナからプラズマ生成領域への指向性もない。さらに、ターゲット付近のプラズマ密度を大きくすることができないため、ターゲットの表面にＥＣＲは生じない。

この点、本発明のマイクロ波プラズマ生成装置においては、誘電体部の裏面側に永久磁石を配置して、マイクロ波を誘電体部の表面に沿って伝播させる。つまり、基材の近傍には、永久磁石を配置しない。したがって、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置により形成される薄膜においては、厚さのばらつきや着色の問題は生じにくい。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に次式（Ｉ）を満たす磁場を形成する構成とする方がよい。
Ｂ≧ｆ・２πｍ／ｅ ・・・（Ｉ）
［Ｂ：磁束密度（Ｔ）、ｆ：マイクロ波の周波数（Ｈｚ）、ｍ：電子の質量（ｋｇ）、ｅ：電子の電荷（Ｃ）］
本構成によると、ターゲットの表面において、確実にＥＣＲを生成することができる。

（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に磁束密度が８７．５ｍＴ以上の磁場を形成する構成とする方がよい。

マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、上記式（Ｉ）を満足する磁束密度は、８７．５ｍＴ以上になる。したがって、本構成によると、ターゲットの表面において、確実にＥＣＲを生成することができる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記スロットアンテナは、前記矩形導波管のＨ面に配置される構成とする方がよい。

スロットアンテナには、スロットが形成される。矩形導波管のＥ面にスロットを設けても、マイクロ波放射エネルギーの制御が難しい。本構成によると、矩形導波管のＨ面の特定位置にスロットが設けられるため、マイクロ波放射エネルギーの制御がしやすく、高密度のプラズマを生成することができる。

（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記マイクロ波プラズマ生成装置は、さらに、前記誘電体部の前記表面側に配置されスリットを有するスリット板を備え、該誘電体部の該表面で生成したマイクロ波プラズマは、該スリットを通過して照射される構成とする方がよい。

本構成によると、スリットの大きさや形成する位置を調整することにより、マイクロ波プラズマ（ＥＣＲプラズマを含む）の照射方向を調整することができる。すなわち、スリットの大きさや形成する位置を調整して、基材付近のプラズマ密度よりもターゲット付近のプラズマ密度が大きくなるように、マイクロ波プラズマを照射することができる。これにより、基材の熱変形等を抑制しつつ、ターゲットの表面に効率良くＥＣＲを生成することができる。

（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記磁石部材は、前記バッキングプレートの中央部に配置される中央部磁石と、該中央部磁石を囲むように該バッキングプレートの周縁部に配置される周縁部磁石と、を有し、該中央部磁石のターゲット側端部の極性はＮ極であり、該周縁部磁石のターゲット側端部の極性はＳ極である構成とする方がよい。

マイクロ波プラズマ生成装置から照射されるマイクロ波プラズマは、マグネトロンスパッタカソードに配置される磁石部材のＳ極に引きつけられる。マグネトロンスパッタカソードにおいて、周縁部磁石は、中央部磁石を囲むように配置される。このため、周縁部磁石の方が、中央部磁石よりも、マイクロ波プラズマ生成装置に近い。ここで、マイクロ波プラズマは、ターゲット表面近傍に照射される。したがって、周縁部磁石のターゲット側端部の極性をＳ極にすると、マイクロ波プラズマをターゲット方向に引き寄せやすくなり、ターゲット表面におけるＥＣＲの生成を促進することができる。

（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に平衡磁場を形成する構成とする方がよい。

磁石部材によりターゲット表面に形成される磁場は、平衡状態でも非平衡状態でもよい。平衡状態の場合、ターゲット表面で磁場が閉じているため、生成したプラズマは、ターゲット表面に留まりやすい。一方、非平衡状態の場合、磁力線の一部が基材の方向に延びることにより、ターゲット表面のプラズマが、磁力線に沿って基材近傍まで拡散しやすくなる。その結果、プラズマにより、基材が損傷を受けるおそれがある。この点、本構成によると、プラズマによる基材の損傷を小さくして、基材の熱変形等を抑制することができる。

（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記基材への成膜は、０．０１Ｐａ以上５Ｐａ以下の圧力下で行われる構成とする方がよい。

上述したように、マイクロ波プラズマ生成装置によると、１Ｐａ以下の低圧下でも安定したプラズマを生成することができる。また、マイクロ波プラズマを照射することにより、ターゲット近傍の強磁場中においても、低圧下で安定したプラズマが生成される。後の実施例で示すように、低圧下でスパッタ成膜を行うことにより、ガスバリア性が高い薄膜を、大きな成膜速度で形成することができる。

（１０）本発明のマグネトロンスパッタ成膜方法は、上記（１）ないし（９）のいずれかの構成のマグネトロンスパッタ成膜装置を用い、該マグネトロンスパッタ成膜装置のチャンバー内を所定の真空度に保持する減圧工程と、該チャンバー内にガスを導入し、所定の圧力下で、前記ターゲットの表面に生成されるＥＣＲプラズマで該ターゲットをスパッタすることにより、前記基材の表面に薄膜を形成する成膜工程と、を有することを特徴とする。

本発明のマグネトロンスパッタ成膜方法によると、ターゲット表面にＥＣＲを生成させて、ＥＣＲプラズマでターゲットをスパッタすることにより、緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い薄膜を形成することができる。また、ターゲット表面にＥＣＲが生成しない場合と比較して、スパッタエネルギーが大きくなるため、ガスバリア性が高い薄膜を、大きな成膜速度で形成することができる。また、ターゲット付近よりも基材付近のプラズマ密度が小さいため、プラズマによる基材の損傷を小さくして、基材の熱変形等を抑制することができる。

（１１）本発明のフィルム部材は、樹脂フィルムからなる基材と、該基材の表裏少なくとも一方側に配置されるガスバリア膜と、を有し、該ガスバリア膜は、上記（１０）の構成のマグネトロンスパッタ成膜方法により形成されることを特徴とする。

本発明のフィルム部材は、ガスバリア性に優れ、表面の凹凸が小さい。したがって、本発明のフィルム部材を用いると、例えば有機ＥＬデバイスにおいて、ホール輸送層や電子輸送性発光層への酸素、水蒸気およびアウトガスの進入を、抑制することができる。また、表面の凹凸が少ないため、電解の集中等が生じにくく、ホール輸送層や電子輸送性発光層の劣化を抑制することができる。その結果、製品寿命を延ばすことができる。

ガスバリア膜は、基材の表裏両側のうち、一方だけに配置されてもよく、両側に配置されてもよい。ガスバリア膜を基材の表裏両側に配置すると、酸素および水蒸気の低透過性を、より向上させることができる。例えば、基材の表裏両側にガスバリア膜を配置する場合には、基材の表面および裏面に対して、上記マグネトロンスパッタ成膜を各々一回ずつ行えばよい。また、基材とガスバリア膜との間には、中間層が配置されてもよい。

本発明の第一実施形態であるマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図である。 同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図である。 マグネトロンスパッタカソードにおける磁石部材の上面図である。 マイクロ波プラズマ生成装置における第一のマイクロ波プラズマ生成部の斜視図である。 マイクロ波プラズマ生成装置における第二のマイクロ波プラズマ生成部の斜視図である。 比較例１のＡｌＯＮ膜のＳＰＭ写真である。 実施例１のＡｌＯＮ膜のＳＰＭ写真である。 実施例１、２および比較例２の成膜速度を示すグラフである。 実施例１、２および比較例２の各フィルム部材における成膜時間とガス透過比率との関係を示すグラフである。 実施例１のフィルム部材における、反応圧力とガス透過比率および成膜速度との関係を示すグラフである。 実施例１のフィルム部材における、マイクロ波プラズマの出力とガス透過比率との関係を示すグラフである。 従来のマイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図である。

以下、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置、マグネトロンスパッタ成膜方法、およびフィルム部材の実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
［マグネトロンスパッタ成膜装置］
まず、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の構成について説明する。図１に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置の左右方向断面図を示す。図２に、同マグネトロンスパッタ成膜装置の前後方向断面図を示す。図３に、マグネトロンスパッタカソードにおける磁石部材の上面図を示す。前出図５に、マイクロ波プラズマ生成装置におけるマイクロ波プラズマ生成部の斜視図を示す。説明の便宜上、各々の図面中、部材の厚さや長さを誇張して示す。また、図３においては、磁石部材にハッチングを施して示す。

図１、図２に示すように、マグネトロンスパッタ成膜装置１は、チャンバー８と、基材２０と、基材支持部材２１と、マグネトロンスパッタカソード３と、マイクロ波プラズマ生成装置４と、を備えている。

チャンバー８は、アルミニウム製であって、直方体箱状を呈している。チャンバー８の左壁には、キャリアガス供給孔８０が穿設されている。キャリアガス供給孔８０には、アルゴン（Ａｒ）ガスをチャンバー８内に供給するためのガス供給管（図略）の下流端が接続されている。チャンバー８の右壁には、第一ガス供給孔８１および第二ガス供給孔８２が穿設されている。第一ガス供給孔８１には、窒素（Ｎ_２）ガスをチャンバー８内に供給するためのガス供給管（図略）の下流端が接続されている。同様に、第二ガス供給孔８２には、酸素（Ｏ_２）ガスをチャンバー８内に供給するためのガス供給管（図略）の下流端が接続されている。チャンバー８の下壁には、排気孔８３が穿設されている。排気孔８３には、チャンバー８の内部のガスを排出するための真空排気装置（図略）が接続されている。

基材支持部材２１は、テーブル部２１０と一対の脚部２１１とを有する。テーブル部２１０は、ステンレス鋼製であって、中空の長方形板状を呈している。テーブル部２１０の内部には、冷却液が充填されている。テーブル部２１０は、冷却液が循環することにより、冷却されている。一対の脚部２１１は、テーブル部２１０の上面に、左右方向に離間して配置されている。一対の脚部２１１は、各々、ステンレス鋼製であって、円柱状を呈している。一対の脚部２１１の外周面は、絶縁層で被覆されている。テーブル部２１０は、一対の脚部２１１を介して、チャンバー８の上壁に取り付けられている。

基材２０は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムであり、長方形状を呈している。基材２０は、テーブル部２１０の下面に貼り付けられている。

マグネトロンスパッタカソード３は、ターゲット３０と、バッキングプレート３１と、磁石部材３２と、ケース３３と、アースシールド３４と、を備えている。

ケース３３は、ステンレス鋼製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。ケース３３の左右方向長さは１０００ｍｍ、前後方向長さは１００ｍｍである。ケース３３は、直流パルス電源３５に接続されている。

バッキングプレート３１は、銅製であって、長方形板状を呈している。バッキングプレート３１の厚さは、１０ｍｍである。バッキングプレート３１は、ケース３３の上部開口を覆うように配置されている。バッキングプレート３１の上面は、基材２０に対向する対向面に含まれる。バッキングプレート３１の下面には、磁石部材３２の上端部が収容される溝部３１０が形成されている。溝部３１０の深さは、５ｍｍである。

ターゲット３０は、アルミニウム製であり、長方形薄板状を呈している。ターゲット３０の厚さは６ｍｍである。ターゲット３０は、バッキングプレート３１の上面に配置されている。ターゲット３０は、基材２０と対向して配置されている。ターゲット３０から基材２０までの距離は、１００ｍｍである。

磁石部材３２は、ケース３３の内側に配置されている。磁石部材３２は、図３に示すように、１８個の中央部磁石３２０と、３８個の周縁部磁石３２１と、を有している。中央部磁石３２０および周縁部磁石３２１は、いずれもネオジム磁石である。中央部磁石３２０は、各々、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの直方体状を呈している。中央部磁石３２０は、ケース３３の中央部において、左右方向に連なる直線状に配置されている。中央部磁石３２０の各々の上端部は、バッキングプレート３１の下面に形成された溝部３１０に収容されている。中央部磁石３２０の上端部の極性はＮ極、下端部の極性はＳ極である。周縁部磁石３２１は、各々、幅１５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの直方体状を呈している。周縁部磁石３２１は、ケース３３の周縁部にリング状に配置されている。周縁部磁石３２１は、中央部磁石３２０を囲むように配置されている。周縁部磁石３２１の各々の上端部は、バッキングプレート３１の下面に形成された溝部３１０に収容されている。周縁部磁石３２１の上端部の極性はＳ極、下端部の極性はＮ極である。

中央部磁石３２０および周縁部磁石３２１により、ターゲット３０の上面に平衡磁場Ｍ１が形成されている。ターゲット３０の上面における磁束密度は、中央部が３２０ｍＴ、周縁部が１９０ｍＴである。

アースシールド３４は、ケース３３、ターゲット３０、およびバッキングプレート３１の周囲を囲うように配置されている。ケース３３の下面周縁部とチャンバー８の下壁との間には、アースシールド３４が介在している。

マイクロ波プラズマ生成装置４は、マイクロ波プラズマ生成部４０と、マイクロ波伝送部５０と、を備えている。マイクロ波伝送部５０は、管体部５１と、マイクロ波電源５２と、マイクロ波発振器５３と、アイソレータ５４と、パワーモニタ５５と、ＥＨ整合器５６と、を有している。マイクロ波発振器５３、アイソレータ５４、パワーモニタ５５、およびＥＨ整合器５６は、管体部５１により連結されている。管体部５１は、チャンバー８の後壁に穿設された導波孔を通って、マイクロ波プラズマ生成部４０の導波管４１の後側に接続されている。

マイクロ波プラズマ生成部４０は、導波管４１と、スロットアンテナ４２と、誘電体部４３と、支持板４５と、永久磁石４６と、スリット板４７と、を有している。図５に示すように、導波管４１は、アルミニウム製であって、上方に開口する直方体箱状を呈している。導波管４１は、左右方向に延在している。導波管４１は、本発明における矩形導波管に含まれる。スロットアンテナ４２は、アルミニウム製であって、長方形板状を呈している。スロットアンテナ４２は、導波管４１の開口部を上方から塞いでいる。すなわち、スロットアンテナ４２は、導波管４１の上壁を形成している。スロットアンテナ４２は、導波管４１のＨ面に配置されている。スロットアンテナ４２には、スロット４２０が四つ形成されている。スロット４２０は、左右方向に延びる長孔状を呈している。スロット４２０は、電界が強い位置に配置されている。

誘電体部４３は、石英製であって、直方体状を呈している。誘電体部４３は、スロットアンテナ４２の上面前側に配置されている。誘電体部４３は、スロット４２０を上方から覆っている。前述したように、誘電体部４３の前面４３０は、スロット４２０から入射するマイクロ波の入射方向Ｙ１に対して平行に配置されている。前面４３０は、誘電体部におけるプラズマ生成領域側の表面に含まれる。

支持板４５は、ステンレス鋼製であって、平板状を呈している。支持板４５は、スロットアンテナ４２の上面において、誘電体部４３の後面（裏面）に接するように配置されている。支持板４５の内部には、冷媒通路４５０が形成されている。冷媒通路４５０は、左右方向に延在するＵ字状を呈している。冷媒通路４５０の右端は、冷却管４５１に接続されている。冷媒通路４５０は、冷却管４５１を介して、チャンバー８の外部において、熱交換器およびポンプ（共に図略）に接続されている。冷却液は、冷媒通路４５０→冷却管４５１→熱交換器→ポンプ→冷却管４５１→再び冷媒通路４５０という経路を循環している。冷却液の循環により、支持板４５は冷却されている。

永久磁石４６は、ネオジム磁石であり、直方体状を呈している。永久磁石４６は、支持板４５の後面（裏面）に八個配置されている。八個の永久磁石４６は、左右方向に連続して直列に配置されている。八個の永久磁石４６は、いずれも前側がＮ極、後側がＳ極である。各々の永久磁石４６から前方に向かって、磁力線Ｍが生じている。これにより、誘電体部４３の前方のプラズマ生成領域に、磁場が形成されている。

スリット板４７は、ステンレス鋼製であって、左右方向に延在する平板状を呈している。スリット板４７は、誘電体部４３の前方を覆うように、配置されている。スリット板４７は、導波管４１の前壁および取付部材４８により、支持されている。スリット板４７の中央付近には、左右方向に延びるスリット４７０が形成されている。スリット４７０は、幅２５ｍｍの長孔状を呈している。

［マグネトロンスパッタ成膜方法］
次に、マグネトロンスパッタ成膜装置１による成膜方法について説明する。本実施形態においては、ＰＥＮフィルム（基材）の表面に、ガスバリア膜としての酸窒化アルミ膜（ＡｌＯＮ膜）を成膜する。本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜方法は、減圧工程と成膜工程とを有している。減圧工程においては、真空排気装置（図略）を作動させて、チャンバー８の内部のガスを排気孔８３から排出し、チャンバー８の内部を約０．００８Ｐａの減圧状態にする。

成膜工程においては、まず、キャリアガスのＡｒガスをチャンバー８内へ供給する。続いて、原料ガスのＮ_２ガスをチャンバー８内へ供給する。これにより、チャンバー８内の圧力を、約０．４Ｐａにする。また、必要に応じて、原料ガスのＯ_２ガスをチャンバー８内へ供給する。

次に、マイクロ波電源５２をオンにする。マイクロ波電源５２をオンにすると、マイクロ波発振器５３が、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。発生したマイクロ波は、管体部５１内を伝播する。ここで、アイソレータ５４は、マイクロ波プラズマ生成部４０から反射されたマイクロ波が、マイクロ波発振器５３に戻るのを抑制する。パワーモニタ５５は、発生したマイクロ波の出力と、反射したマイクロ波の出力と、をモニタリングする。ＥＨ整合器５６は、マイクロ波の反射量を調整する。管体部５１内を通過したマイクロ波は、導波管４１の内部を伝播する。導波管４１の内部を伝播するマイクロ波は、スロットアンテナ４２のスロット４２０に進入する。そして、図５中白抜き矢印Ｙ１で示すように、スロット４２０を通過して、誘電体部４３に入射する。誘電体部４３に入射したマイクロ波は、同図中白抜き矢印Ｙ２で示すように、主に誘電体部４３の前面４３０に沿って伝播する。このマイクロ波の強電界により、アルゴンガスが電離して、誘電体部４３の前方にマイクロ波プラズマが生成される。生成したマイクロ波プラズマは、スリット４７０を通過して前方およびターゲット３０方向に照射される。

マイクロ波プラズマ中の電子は、サイクロトロン角周波数に従って、磁力線Ｍ方向に対して右回りの旋回運動を行う。一方、マイクロ波プラズマ中を伝播するマイクロ波は、電子サイクロトロン波を励起する。電子サイクロトロン波の角周波数は、磁束密度８７．５ｍＴで、サイクロトロン角周波数に一致する。これにより、ＥＣＲが生じる。ＥＣＲによりエネルギーが増大した電子は、磁力線Ｍに拘束されながら、周辺の中性粒子と衝突する。これにより、中性粒子が次々に電離する。電離により生じた電子も、ＥＣＲにより加速され、さらに中性粒子を電離させる。このようにして、ＥＣＲプラズマが生成される。

次に、直流パルス電源３５をオンにして、マグネトロンスパッタカソード３に電圧を印加する。ターゲット３０の上面における磁束密度は、中央部が３２０ｍＴ、周縁部が１９０ｍＴである。これにより、ターゲット３０の上面には、マグネトロン放電および照射されたマイクロ波プラズマによりＥＣＲが生じ、ＥＣＲプラズマＰ２が生成する。ＥＣＲプラズマＰ２の密度は、基材２０付近よりもターゲット３０付近で大きい。生成したＥＣＲプラズマＰ２（アルゴンイオン）によりターゲット３０をスパッタして、ターゲット３０からスパッタ粒子を叩き出す。ターゲット３０から飛び出したスパッタ粒子は、Ｎ_２ガスおよびＯ_２ガスと反応しながら基材２０に向かって飛散して、基材２０の下面に付着する。基材２０に向かう間においても、スパッタ粒子にＥＣＲプラズマが照射される。このようにして、基材２０の下面に、ＡｌＯＮ膜を形成する。基材２０（ＰＥＮフィルム）とＡｌＯＮ膜とからなるフィルム部材は、本発明のフィルム部材に含まれる。

［作用効果］
次に、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、マグネトロンスパッタ成膜方法、およびフィルム部材の作用効果について説明する。

本実施形態のマイクロ波プラズマ生成装置４において、誘電体部４３の前面４３０は、スロットアンテナ４２に対して垂直に配置されている。これにより、スロット４２０から誘電体部４３へ入射するマイクロ波の入射方向Ｙ１が、誘電体部４３の前面４３０に対して平行になる。この場合、マイクロ波は、生成するマイクロ波プラズマに沿うように入射される。したがって、プラズマソースであるマイクロ波がマイクロ波プラズマに伝播しやすい。

また、誘電体部４３の前方には、磁場が形成されている。磁力線Ｍは、誘電体部４３から前方に延びている。誘電体部４３からマイクロ波が磁場中に伝播することにより、ＥＣＲが発生する。これにより、誘電体部４３の前方に、ＥＣＲプラズマが生成される。このように、マイクロ波プラズマ生成装置４によると、生成するマイクロ波プラズマに沿ってマイクロ波を入射させると共に、ＥＣＲを利用してプラズマ密度を大きくすることにより、０．４Ｐａ程度の低圧下においても、ＥＣＲプラズマを生成することができる。

マグネトロンスパッタ成膜装置１によると、ターゲット３０の上面においてＥＣＲが生じている。このため、ターゲット３０上面の電子密度が高くなると共に電子の運動エネルギーが大きくなり、スパッタエネルギーが大きくなる。これにより、粒子径が比較的大きく、かつ粒子径のばらつきが小さいスパッタ粒子が生成される。そして、生成したスパッタ粒子は、基材２０とターゲット３０との間に照射されるＥＣＲプラズマにより、微細化される。したがって、マグネトロンスパッタ成膜装置１によると、緻密で凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高いＡｌＯＮ膜を形成することができる。また、ターゲット３０上面にＥＣＲが生成しない場合と比較して、スパッタエネルギーが大きくなるため、成膜速度を大きくすることができる。また、ターゲット３０付近のプラズマ密度よりも、基材２０付近のプラズマ密度の方が小さい。したがって、プラズマによる基材２０の損傷が小さく、基材２０の熱変形等が抑制される。

ターゲット３０の上面には、中央部磁石３２０および周縁部磁石３２１により、平衡磁場Ｍ１が形成されている。この場合、ターゲット３０上面に生成したＥＣＲプラズマＰ２は、基材２０方向に拡散しにくい。したがって、プラズマによる基材２０の熱変形等を抑制することができる。ターゲット３０の上面の磁束密度は、中央部が３２０ｍＴ、周縁部が１９０ｍＴである。マイクロ波プラズマ生成装置４にて使用するマイクロ波周波数は、２．４５ＧＨｚである。したがって、ターゲット３０の上面に、確実にＥＣＲが生成される。マイクロ波プラズマ生成装置４に近い周縁部磁石３２１の上端部の極性は、Ｓ極である。よって、マイクロ波プラズマ生成装置４から照射されるマイクロ波プラズマを、ターゲット３０方向に引き寄せることができる。これにより、ＥＣＲの生成を促進することができる。

マイクロ波プラズマ生成部４０において、誘電体部４３の前方には、スリット板４７が配置されている。スリット板４７には、幅２５ｍｍの長孔状のスリット４７０が、形成されている。誘電体部４３の前面４３０で生成したマイクロ波プラズマを、スリット４７０を通過させることにより、ＥＣＲプラズマを、基材２０方向ではなくターゲット３０方向に照射することができる。これにより、ターゲット３０付近のプラズマ密度を、基材２０付近のプラズマ密度よりも大きくすることができる。その結果、基材２０の熱変形等を抑制しつつ、ターゲット３０の上面に効率良くＥＣＲを生成させることができる。

マイクロ波プラズマ生成装置４において、導波管４１は、左右方向に延びる長尺の箱状を呈している。スロット４２０は、左右方向に直列に配置されている。したがって、マイクロ波プラズマ生成装置４によると、長尺状のＥＣＲプラズマを生成することができる。よって、マグネトロンスパッタ成膜装置１によると、長尺状の大面積のＡｌＯＮ膜を形成することができる。また、八個の永久磁石４６は、誘電体部４３の後方に配置されている。そして、誘電体部４３の前方に形成された磁場中に、マイクロ波を伝播させる。このため、マイクロ波が、プラズマ生成領域の全体に均一に伝播しやすい。また、八個の永久磁石４６は、支持板４５の後面に配置されている。支持板４５の内部には、冷媒通路４５０が形成されている。冷却液が冷媒通路４５０を通って循環することにより、支持板４５は冷却されている。このため、永久磁石４６の温度が上昇しにくい。したがって、温度上昇により、永久磁石４６の磁性が低下するおそれは小さい。よって、プラズマ生成時においても、安定した磁場が形成される。

本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜方法により形成されたＡｌＯＮ膜は、緻密で表面の凹凸が小さく、ガスバリア性が極めて高い。したがって、製造されたフィルム部材は、有機ＥＬデバイス等に好適である。

＜第二実施形態＞
本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置と第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置との相違点は、中央部磁石の幅を小さくして磁力を弱めることにより、ターゲットの上面に非平衡磁場を形成した点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

本実施形態のマグネトロンスパッタカソードにおいても、第一実施形態と同様に、磁石部材は、１８個の中央部磁石と、３８個の周縁部磁石と、を有している（前出図３参照）。本実施形態においては、中央部磁石として、幅１５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの直方体状のネオジム磁石を用いた。これにより、ターゲットの上面に非平衡磁場が形成される。ターゲットの上面における磁束密度は、中央部が２４０ｍＴ、周縁部が１８０ｍＴである。

本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法は、構成が共通する部分については、第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法と同様の作用効果を有している。また、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、中央部磁石と周縁部磁石との磁力バランスを崩すことにより、ターゲット上面に非平衡状態を形成した。この場合、磁力線の一部が基材の方向に延びるため、ターゲット表面に生成したプラズマが、磁力線に沿って基材近傍まで拡散する。したがって、本実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法によると、成膜速度をより大きくすることができる。

＜その他＞
以上、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法の実施形態について説明した。しかしながら、マグネトロンスパッタ成膜装置、およびマグネトロンスパッタ成膜方法の実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、上記実施形態においては、マグネトロンスパッタカソードにおける磁石部材を、中央部磁石および周縁部磁石により構成した。しかし、磁石部材は、ターゲットの表面にＥＣＲが生成される磁場を形成できればよく、磁石部材の構成、配置形態、使用する磁石の種類、数、大きさ等は、特に限定されない。例えば、磁石として、ネオジム磁石ではなく、サマリウムコバルト磁石を用いてもよい。上記実施形態においては、中央部磁石のターゲット側端部の極性をＮ極に、周縁部磁石のターゲット側端部の極性をＳ極にした。しかし、中央部磁石と周縁部磁石とを、各々、極性を反対にして配置してもよい。また、マイクロ波の周波数に応じて、ターゲット表面の磁束密度を変更してもよい。上記実施形態においては、マイクロ波プラズマの生成に、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いた。しかし、マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚ帯に限定されるものではなく、３００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯であれば、いずれの周波数帯を用いてもよい。この範囲の周波数帯としては、例えば、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ等が挙げられる。

上記実施形態においては、マイクロ波プラズマ生成部の誘電体部の前方にスリット板を配置した。この場合、スリット幅は、上記実施形態に限定されない。スリット幅を調整することにより、マイクロ波プラズマ（ＥＣＲプラズマ）の照射方向を調整すればよい。また、スリット板を配置しなくてもよい。例えば、マイクロ波プラズマ生成部の角度を変えるなどして、マイクロ波プラズマを、ターゲット方向に照射してもよい。

上記実施形態においては、誘電体部の裏面側に永久磁石を配置して、ＥＣＲを発生させながらマイクロ波プラズマを照射した。しかし、前出図４に示したように、永久磁石を備えないマイクロ波プラズマ生成部を用いて、ＥＣＲを発生させずにマイクロ波プラズマを照射してもよい。

スロットアンテナの材質、スロットの数、形状、配置等は、特に限定されない。例えば、スロットアンテナの材質は、非磁性の金属であればよく、アルミニウムの他、ステンレス鋼や真鍮等でも構わない。また、スロットは、一列ではなく、二列以上に配置されていてもよい。スロットの数は、奇数個でも偶数個でもよい。また、スロットの配置角度を変えて、ジグザグ状に配置してもよい。誘電体部の材質、形状についても、特に限定されない。誘電体部の材質としては、誘電率が低く、マイクロ波を吸収しにくい材料が望ましい。例えば、石英の他、酸化アルミニウム（アルミナ）等が好適である。

誘電体部の前方（プラズマ生成領域）に磁場を形成する永久磁石は、ＥＣＲを発生させることができれば、その形状、種類、個数、配置形態等は特に限定されない。例えば、永久磁石を一つだけ配置してもよく、複数個を二列以上に配置してもよい。

永久磁石は、支持板を介して誘電体部の裏面側に配置される。このため、プラズマを生成する際、永久磁石の温度が上昇しやすい。永久磁石の温度がキュリー温度以上になると、磁性が失われてしまう。このため、上記実施形態においては、永久磁石の温度上昇を抑制するため、支持板の冷却手段として、冷媒通路および冷却液を配置した。しかし、支持板の冷却手段の構成は、特に限定されない。支持板の材質や形状も、特に限定されない。また、支持板は、冷却手段を有さなくてもよい。

上記実施形態においては、ターゲットとしてアルミニウムを用い、チャンバー内にＡｒガス、Ｎ_２ガス、およびＯ_２ガスを導入して、ＡｌＯＮ膜を成膜した。しかし、形成する薄膜の種類は、特に限定されない。ターゲットの材料およびガス組成についても、形成する薄膜の種類に応じて、適宜選択すればよい。例えば、ターゲットに酸化インジウム−酸化錫の複合酸化物（ＩＴＯ）を用い、チャンバー内にＡｒガスを導入すると、ＩＴＯ膜を成膜することができる。上記実施形態においては、約０．４Ｐａの圧力下で成膜を行った。しかし、成膜時の圧力は、特に限定されない。成膜は、プラズマの安定生成と、成膜速度等を考慮して、適宜最適な圧力下で行えばよい。

基材についても、用途に応じて適宜選択すればよい。上記実施形態のＰＥＮフィルムの他、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、ポリアミド（ＰＡ）６フィルム、ＰＡ１１フィルム、ＰＡ１２フィルム、ＰＡ４６フィルム、ポリアミドＭＸＤ６フィルム、ＰＡ９Ｔフィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、フッ素樹脂フィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）フィルム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、シクロオレフィンポリマー等のポリオレフィンフィルム等を使用することができる。

チャンバー、基材支持部材、マグネトロンスパッタカソードにおけるバッキングプレート、ケースの材質や形状についても、特に限定されない。例えば、チャンバーは金属製であればよく、なかでも導電性の高い材料を採用することが望ましい。基材支持部材のテーブル部は、冷却されなくてもよい。バッキングプレートには、非磁性の導電性材料を用いればよい。なかでも、導電性および熱伝導性が高い銅等の金属材料が望ましい。ケースには、ステンレス鋼の他、アルミニウム等の金属を用いることができる。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

＜ＡｌＯＮ膜の表面状態＞
（１）実施例１
上記第一実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いて、ＰＥＮフィルムの表面にＡｌＯＮ膜を形成した。以下、部材の符号は、前出図１〜図３および図５に対応している。ＰＥＮフィルムとしては、帝人デュポンフィルム（株）製「テイジン（登録商標）テトロン（登録商標）フィルムＱ６５ＦＡ（厚さ２００μｍ）」を使用した。

まず、減圧工程において、真空排気装置（図略）を作動させて、チャンバー８の内部のガスを排気孔８３から排出し、チャンバー８内を約０．００８Ｐａの減圧状態にした。次に、成膜工程において、Ａｒガスを供給し、チャンバー８の内部圧力を０．７Ｐａとした後、基材２０の下面のクリーニング等のため、マイクロ波発振器５３の出力を１．２ｋＷにして、マイクロ波プラズマ処理を０．５分間行った。その後、一旦、マイクロ波発振器５３の出力をＯＦＦにし、Ｎ_２ガスおよびＯ_２ガスを流量調整しながら供給して、チャンバー８の内部圧力を０．４２Ｐａにした。そして、マイクロ波発振器５３の出力を１．２ｋＷとしてＥＣＲプラズマを照射すると共に、直流パルス電源３５（日本ＭＫＳ（株）製「ＲＰＧ−１００、Ｐｕｌｓｅｄ ＤＣ Ｐｌａｓｍａ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」）の出力２ｋＷ、周波数１００ｋＨｚ、パルス幅３０５６ｎｓの条件にてマグネトロンスパッタカソード３に電圧を印加して、スパッタ成膜を行った。

（２）比較例１
マグネトロンスパッタカソード３の構成を変更し、かつ、ＥＣＲプラズマを照射せずにＡｌＯＮ膜を成膜した。実施例１で使用したマグネトロンスパッタカソード３との相違点は、次の通りである。まず、磁石部材３２として、上記実施形態よりも磁力の低い磁石を使用した。次に、バッキングプレート３１の下面に溝部３１０を形成しないことにより、上記実施形態よりも、磁石部材３２を５ｍｍ下方に配置した。こうすることにより、ターゲット３０上面に、中央部の磁束密度が５０ｍＴ、周縁部の磁束密度が２０ｍＴの平衡磁場を形成した。そして、成膜時の圧力を０．７Ｐａにして、上記実施例１と同じ条件でマグネトロンスパッタカソード３に電圧を印加して、５分間、スパッタ成膜を行った。

（３）表面状態の評価
実施例１および比較例１のＡｌＯＮ膜の表面を、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）で観察した。図６に、比較例１のＡｌＯＮ膜のＳＰＭ写真を示す。図７に、実施例１のＡｌＯＮ膜のＳＰＭ写真を示す。

図６、図７を比較すると、実施例１のＡｌＯＮ膜（図７）の方が、比較例１のＡｌＯＮ膜（図６）よりも、膜質がきめ細やかで均一であることがわかる。具体的には、実施例１のＡｌＯＮ膜の粒子径は、６５〜１１０ｎｍ程度であった。また、表面粗さを測定したところ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）、Ｒａ＝１．８ｎｍ、Ｒｚ＝１５．８ｎｍであった。一方、比較例１のＡｌＯＮ膜の粒子径は、１００〜３５０ｎｍ程度とばらつきが大きかった。表面粗さについては、Ｒａ＝２．７ｎｍ、Ｒｚ＝５３．０ｎｍであった。

＜成膜速度＞
実施例１に加えて、さらに次の方法でＡｌＯＮ膜を成膜し、各々の成膜速度を比較した。

（１）実施例２
非平衡磁場が形成されるマグネトロンスパッタカソードを備える上記第二実施形態のマグネトロンスパッタ成膜装置を用いた以外は、上記実施例１と同様にして、ＰＥＮフィルムの表面にＡｌＯＮ膜を形成した。なお、成膜時間は、３分間とした。

（２）比較例２
実施例１で使用したマグネトロンスパッタ成膜装置において、マグネトロンスパッタカソード３の構成を変更し、かつ、マイクロ波プラズマ生成部４０のスリット４７０の幅を５ｍｍに変更して、ＡｌＯＮ膜を成膜した。実施例１で使用したマグネトロンスパッタカソード３との相違点は、上記比較例１と同じである。本構成のマグネトロンスパッタ成膜装置においては、ターゲット３０の上面に、ＥＣＲは生じない。供給するＮ_２ガスおよびＯ_２ガスの流量を調整し、成膜時の圧力を０．７Ｐａにして、上記実施例１と同様に、５分間、スパッタ成膜を行った。

実施例１、２および比較例２の成膜条件等を、表１に示す。

（３）成膜速度の評価
成膜されたＡｌＯＮ膜の厚さと成膜時間とから、成膜速度を算出した。図８に、実施例１、２および比較例２の成膜速度をグラフで示す。図８に示すように、比較例２と比較して、実施例１、２の成膜速度は、大幅に大きくなった。これは、実施例１、２においては、ターゲット上面にＥＣＲが生成されるため、スパッタエネルギーが大きくなったためと考えられる。なお、実施例２においては、成膜速度は大きいが、基材の熱変形が若干認められた。

＜ガスバリア性＞
実施例１、２および比較例２の成膜方法で得られたフィルム部材（ＰＥＮフィルム／ＡｌＯＮ膜）のガス透過率を測定した。なお、実施例１、比較例２については、成膜時間を変更して、種々のＡｌＯＮ膜を成膜した。ガス透過率の測定は、ＪＩＳ Ｋ７１２６−１：２００６、附属書２に準じて行った。測定には、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを使用し、ＰＥＮフィルム側からＨｅガスを供給した。図９に、各々のフィルム部材における成膜時間とガス透過比率との関係を示す。ここで、「ガス透過比率」とは、ＰＥＮフィルムの透過率を１００％とした時の各フィルム部材の透過比率である。ガス透過比率の値が小さいほど、ガスバリア性が高いことを示す。

図９に示すように、実施例１と比較例２とにおいて、同等のガス透過比率が達成されているフィルム部材同士を比較すると、実施例１は比較例２よりも、成膜時間が約１／５に短縮されることがわかる。また、同じ成膜時間のフィルム部材同士を比較すると、実施例１は比較例２よりも、ガス透過比率が約１／４になった。つまり、実施例１の成膜方法によると、比較例２の成膜方法と比較して、ＡｌＯＮ膜のガスバリア性が大幅に向上していることがわかる。同様に、実施例２と比較例２とを比較すると、実施例２の成膜方法において、成膜時間の短縮とガスバリア性の向上が実現されることがわかる。以上より、本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置およびマグネトロンスパッタ成膜方法によると、ガスバリア性に優れるＡｌＯＮ膜を短時間で形成できることが確認された。

＜成膜時の圧力の影響＞
実施例１の成膜方法において、成膜時の圧力（反応圧力）を変更してＡｌＯＮ膜を成膜し、フィルム部材のガス透過比率および成膜速度に対する圧力の影響を調べた。結果を図１０に示す。

図１０に示すように、０．４Ｐａ、０．５Ｐａ、０．７Ｐａの圧力において比較すると、圧力が０．７Ｐａになると、成膜速度が低下し、ガス透過比率が大きくなる（つまりガスバリア性が低下する）ことが確認された。

＜マイクロ波プラズマの出力の影響＞
実施例１の成膜方法において、マイクロ波プラズマの出力を１．４ｋＷに変更し、成膜時間を２分間にして、ＡｌＯＮ膜を成膜し、フィルム部材のガス透過比率に対するマイクロ波プラズマの出力の影響を調べた。結果を図１１に示す。

図１１に示すように、マイクロ波プラズマの出力を大きくすると、ガス透過比率は小さくなった。つまり、マイクロ波プラズマの出力を大きくすると、ＡｌＯＮ膜のガスバリア性が向上することが確認された。

本発明のマグネトロンスパッタ成膜装置およびマグネトロンスパッタ成膜方法は、例えば、タッチパネル、ディスプレイ、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明、太陽電池、電子ペーパー等に用いられる機能性樹脂フィルムにおける、ガスバリア膜、透明導電膜等の形成に有用である。

１：マグネトロンスパッタ成膜装置。
２０：基材、２１：基材支持部材、２１０：テーブル部、２１１：脚部。
３：マグネトロンスパッタカソード、３０：ターゲット、３１：バッキングプレート、３２：磁石部材、３３：ケース、３４：アースシールド、３５：直流パルス電源、３１０：溝部、３２０：中央部磁石、３２１：周縁部磁石。
４：マイクロ波プラズマ生成装置、４０：マイクロ波プラズマ生成部、４１：導波管（矩形導波管）、４２：スロットアンテナ、４３：誘電体部、４４：誘電体部固定板、４５：支持板、４６：永久磁石、４７：スリット板、４８：取付部材、４２０：スロット、４３０：前面、４５０：冷媒通路、４５１：冷却管、４７０：スリット。
５０：マイクロ波伝送部、５１：管体部、５２：マイクロ波電源、５３：マイクロ波発振器、５４：アイソレータ、５５：パワーモニタ、５６：ＥＨ整合器。
８：チャンバー、８０：キャリアガス供給孔、８１：第一ガス供給孔、８２：第二ガス供給孔、８３：排気孔。
Ｍ：磁力線、Ｍ１：平衡磁場、Ｐ１：マイクロ波プラズマ、Ｐ１_ＥＣＲ：ＥＣＲプラズマ、Ｐ２：ＥＣＲプラズマ。

Claims (10)

1. 基材と、
   該基材に対向する対向面を有するバッキングプレート、該対向面に配置されるターゲット、および該バッキングプレートを挟んで該ターゲットと反対側に配置される磁石部材を有するマグネトロンスパッタカソードと、
   該基材と該ターゲットとの間にマイクロ波プラズマを照射するマイクロ波プラズマ生成装置と、
   を備え、該ターゲットから飛び出したスパッタ粒子を該基材の表面に付着させて薄膜を形成するマグネトロンスパッタ成膜装置であって、
   該マイクロ波プラズマ生成装置は、
   一方向に直線状に延在し、マイクロ波を伝送する矩形導波管と、
   該矩形導波管の一面に配置され、該マイクロ波が通過する複数のスロットを有する板状のスロットアンテナと、
   該スロットを覆うように該スロットアンテナに積層して配置され、プラズマ生成領域側の表面は該スロットから入射する該マイクロ波の入射方向に平行である誘電体部と、
   を備え、
   該基材と該ターゲットとの間のプラズマ密度は、該基材付近よりも該ターゲット付近で大きく、該ターゲットの表面において電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が生じることを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜装置。
2. 前記マイクロ波プラズマ生成装置は、さらに、前記誘電体部の裏面に配置され該誘電体部を支持する支持板と、
   該支持板の裏面に配置され前記プラズマ生成領域に磁場を形成する永久磁石と、
   を備え、
   該誘電体部から該磁場中に伝播する前記マイクロ波によりＥＣＲを発生させながらマイクロ波プラズマを照射する請求項１に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
3. 前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に次式（Ｉ）を満たす磁場を形成する請求項１または請求項２に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
   Ｂ≧ｆ・２πｍ／ｅ ・・・（Ｉ）
   ［Ｂ：磁束密度（Ｔ）、ｆ：マイクロ波の周波数（Ｈｚ）、ｍ：電子の質量（ｋｇ）、ｅ：電子の電荷（Ｃ）］
4. 前記マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に磁束密度が８７．５ｍＴ以上の磁場を形成する請求項３に記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
5. 前記スロットアンテナは、前記矩形導波管のＨ面に配置される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
6. 前記マイクロ波プラズマ生成装置は、さらに、前記誘電体部の前記表面側に配置されスリットを有するスリット板を備え、
   該誘電体部の該表面で生成したマイクロ波プラズマは、該スリットを通過して照射される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
7. 前記磁石部材は、前記バッキングプレートの中央部に配置される中央部磁石と、該中央部磁石を囲むように該バッキングプレートの周縁部に配置される周縁部磁石と、を有し、該中央部磁石のターゲット側端部の極性はＮ極であり、該周縁部磁石のターゲット側端部の極性はＳ極である請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
8. 前記磁石部材は、前記ターゲットの表面に平衡磁場を形成する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
9. 前記基材への成膜は、０．０１Ｐａ以上５Ｐａ以下の圧力下で行われる請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ成膜装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ成膜装置を用い、
    該マグネトロンスパッタ成膜装置のチャンバー内を所定の真空度に保持する減圧工程と、
    該チャンバー内にガスを導入し、所定の圧力下で、前記ターゲットの表面に生成されるＥＣＲプラズマで該ターゲットをスパッタすることにより、前記基材の表面に薄膜を形成する成膜工程と、
    を有することを特徴とするマグネトロンスパッタ成膜方法。