JP2008525645A - 円筒形揺動シールドターゲットアセンブリおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、円筒形ターゲットと、円筒形ターゲットを揺動させるよう適合されたモータアセンブリと、シールドと、マグネットアセンブリとを含む円筒形揺動シールドターゲットアセンブリに関する。本発明の実施形態はまた、外面が複数の分割された区分を含む円筒形ターゲットを含み、該区分は、ターゲットの周囲に長手方向に配置されて、ターゲットの長手方向にわたって延びる帯状部を形成する。各区分は、ガラスのような基材上に別のコーティングとして施されるよう意図された、銀、チタンまたはニオブのような単一のスパッタリング材料を含む。

Description

本発明は、円筒形ターゲットと、円筒形ターゲットを揺動させるよう適合されたモータアセンブリと、シールドと、マグネットアセンブリとを含む円筒形揺動シールドターゲットアセンブリに関する。さらに、本発明のさまざまな実施形態は、揺動用に適合された多区分円筒形ターゲットを有する円筒形揺動シールドターゲットに関する。

円筒形ターゲットは、基材上に薄いコーティングまたは薄膜を蒸着するためのマグネトロンスパッタリングシステムにおいて広く用いられている。マグネトロンスパッタリングプロセスは、通常、アルゴンのような少量のイオン化可能気体を含む真空チャンバ内で行われる。該真空チャンバ筐体か別のアノードのいずれかに対して、円筒形ターゲットに印加された電圧は、ターゲット内に位置する固定マグネットによりターゲットのスパッタリング区域に沿って集中するプラズマを生成する。被スパッタリング材料を含む円筒形ターゲットは、プラズマ内に存在するイオンにより衝撃されることにより、ターゲット材料の原子が外れ、次いで、被コーティング基材上に膜として蒸着される。概して、コーティングされている基材は、ターゲットの長軸を横切る方向にターゲットに対して、連続的、または、間欠的に移送される。スパッタリング区域は、円筒形スパッタリングターゲットの全長に実質的に沿って位置し、かつ、その周りの周方向（半径方向）の狭い範囲にのみ延在するマグネットにより生成されることは理解されるだろう。

先に説明したようなプロセスにおいて、円筒形ターゲットを回転させることは、概して有利である。ターゲットの回転により、いくつかの利益が得られる。第一に、円筒形ターゲットを回転させると、ターゲットを固定したままにしておく場合より、はるかに大きな表面領域に分布してターゲットを消費できる。具体的には、円筒形ターゲットの回転は、マグネトロンスパッタリングプロセスの利用時に固定平面ターゲットに刻み込まれる可能性のある「競技トラック」形パターンの防止に役立つ。それに応じて、より多くのターゲットが利用でき、かつ、円筒形ターゲットをより均一に消費できる。

ターゲットの回転により得られる別の利益として、回転は、望ましくない膜の蓄積および凝縮の防止や除去に役立つ。システムの真空チャンバ内のターゲット表面およびその他の表面上にコーティング材料が蒸着および蓄積されることにより、不要なスパッタリング材料の洗浄に無駄な時間およびコストがかかる。さらに、マグネトロンスパッタリングシステムの表面領域上にコーティング材料が蒸着および蓄積されると、アーク発生によりシステムのさまざまな部品が損傷する可能性がある。アーク発生が望ましくないのは、通常、プラズマを生成する電源に対する過負荷を生じ、これにより、プラズマ発生を妨害し、コーティングが不均一となり、生産の停止、および／または、設備の損傷が起こるからである。最後に、オーバーコーティング、とりわけ、チタンターゲット上の酸化チタンのようなターゲット上の酸化スパッタリング材料の堆積物は、ターゲットの消費が不均一となり、かつ、ターゲット上の消費パターンがさらに強調される一因となる可能性がある。したがって、ターゲットの回転は、スパッタリングを意図していない領域上のスパッタリング材料の堆積物に伴う「オーバーコーティング」とそれに続く「アーク発生」に付随する多数の問題の防止に役立つ。

従来の回転円筒形ターゲットは、以前利用されていた固定平面ターゲットよりも多くの利点を提供するが、依然として不都合な点が多くある。例えば、既存の円筒形ターゲットの表面は、典型的に、単一のコーティング材料しか含まない。したがって、単一の基材上に多数のコーティングを施したいときは、単一のコーティング材料をその上に有する現在のターゲットでは、（１）単一のチャンバにおいてターゲット全体を取り替えること、（２）単一の真空チャンバ内に多数の円筒形ターゲットアセンブリを設けること、および／または、（３）対応した真空チャンバを各々有する多数の円筒形ターゲットを設けることが必要である。これらの選択肢の各々には、付随する欠点がある。単一のアセンブリにおいてターゲット全体を取り替えることは、例えば、コーティングガラスの商業生産においては、時間と手間がかかりすぎる。そのうえ、チャンバ内で安定しているスパッタリング雰囲気に対する制御を失うことなく、スパッタリングチャンバにおいてターゲットを取り替えることは、困難であるかもしれない。単一のチャンバ内に多数のターゲットを設けるためには、各ターゲット間に障壁を設ける必要があるかもしれない。各ターゲットを別々のチャンバに収容すると、繰り返し洗浄コストのような空間コストがかかる。用いられる方法に関わらず、単一のコーティング材料を有するターゲットを用いて基材に多数の膜コーティングを施そうとすると、最終的には、時間および／または費用が無駄になる結果となる。

本発明の実施形態は、消費の分散および自己洗浄という円筒形ターゲットアセンブリの利点を保持する。これに加えて、本発明は、先行技術の円筒形回転可能ターゲットアセンブリの先に述べた不都合な点に対処する。

概して、本発明は、円筒形ターゲットと、円筒形ターゲットを揺動させるよう適合されたモータアセンブリと、任意のシールドアセンブリと、マグネットアセンブリとを含む円筒形揺動シールドターゲットアセンブリに関する。本発明の実施形態は、外面が複数の区分に分割された円筒形ターゲットを含み、該区分は、ターゲットの周囲に長手方向に配置されて、ターゲットの長手方向にわたって延びる帯状部を形成する。各区分は、ガラスのような基材上に別個のコーティングとして施されるよう意図された、銀、チタンまたはニオブのような単一のスパッタリング材料を含む。その結果、例えば、単一の円筒形ターゲットは、銀、チタン、ニオブまたはそれらの誘導体の個別層を有する多層コーティングスタックを生成し得る、銀の２区分、チタンの１区分およびニオブの１区分の４つの区分から作ることができる。

通常、円筒形ターゲットは、所望のコーティングを十分かつ効率的に提供するために基材の距離内の真空チャンバに近接した指定位置に保たれている。本発明のさまざまな実施形態は、独特な揺動の特徴を教示する。スパッタリング中に、ターゲットを、長軸を中心として定められた円弧内で揺動させる。この揺動により、スパッタリングプロセス中に、円筒形ターゲットの各区分のより大きな表面領域を消費することが可能となる。ターゲットのより大きな表面領域を利用すると、ターゲット上の消費の「競技トラック」形パターンの防止に役立つ。さらに、円筒形ターゲットの揺動により、より多くのターゲット表面領域がプラズマに直接接触するようになり、これが、オーバーコーティングによるターゲット表面上のコーティング材料の凝縮の防止に役立つ。したがって、ターゲットの外面上に蓄積したスパッタリング材料は、揺動中にプラズマを通過する際にスパッタリングにより取り除かれるかもしれない。円筒形揺動ターゲットアセンブリのこの自己洗浄の特徴により、ターゲットの小領域がより際立って消費されるという問題が軽減される。

本発明の円筒形揺動シールドターゲットアセンブリの実施形態はまた、ターゲットを駆動するためのモータアセンブリを含む。モータアセンブリは、電子制御システムにより制御されているモータ源を含む。この制御システムは、マグネトロンスパッタリングプロセス中に、モータ源を管理し、かつ、規制して、ターゲットを揺動させる。また、モータ源および制御システムにより、別のコーティング材料のスパッタリングを望む際、異なる区分を露出させる位置へターゲットを容易に回転させることができる。

説明されている実施形態において、円筒形揺動シールドターゲットアセンブリはまた、円筒形ターゲットのほぼ全体を取り囲む円筒形シールドを含む。シールドは、先に説明した分割された区分のうちの１つのような円筒形ターゲットの定められた表面領域を露出させるよう設計されたスリット開口を有する。したがって、スパッタリングプロセス中に施される各コーティングに対して単一の区分を露出させることもできる。任意に、シールド開口は、スパッタリングのために開き、不使用時にオーバーコーティングからターゲットを保護するために閉じる、開閉位置を有するシャッターにより覆われていてもよい。

さらに、円筒形揺動シールドターゲットアセンブリは、概して固定位置において円筒形ターゲットに近接して位置しているマグネットアセンブリをも含んでいてもよい。好適な実施形態において、マグネットアセンブリは、冷却導管と、任意のマグネット留めと、極性が交互になっているマグネットとを含む。マグネットは、円筒形ターゲット表面の長さに沿って延在し、かつ、その周りの周方向範囲にも沿って延在する磁界区域またはスパッタリング区域を生成する。

先に示唆したように、本発明の円筒形ターゲットの実施形態は、単一の円筒形ターゲット上に多数のスパッタリング材料を備える。その結果、２層以上のコーティングを施すためにターゲットを取り替えたり、多数の円筒形ターゲットを設けたりする必要がなくなる。これにより、多数層のコーティング材料を含む基材の製造時に、操作が容易になり、かつ、時間および費用が節約できる。

さらに、本発明は、固定ターゲットで一般的に存在する望ましくない消費、凝縮および汚染の問題の防止に役立つ。ターゲットは、スパッタリング区域を通して揺動させるので、ターゲットのさまざまな部分上に凝縮する可能性のあるスパッタリングされたコーティングの蓄積が、ターゲットのこれらの部分をスパッタリング区域に繰り返し通過させることにより取り除かれ、これにより、自己洗浄機能を生じる。これに加えて、円筒形ターゲットの揺動により、ターゲットが固定されていた場合に一般に形成される競技用トラック形パターンでの消費の発生が低減、かつ、防止される。

本発明のさらなる目的、特徴および利点は、その好適な実施形態の以下に示す説明から明らかとなるだろう。該説明は、図面とともに解釈されるべきである。

図１〜図４は、本発明の円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２の実施形態を含むマグネトロンスパッタリングシステム１０を示す。マグネトロンスパッタリングプロセスは、図１および図２中の想像線で示されている制御雰囲気の真空チャンバ１４内で行われる。一般に、円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２は、マグネトロンスパッタリングシステム１０内に位置し、かつ、円筒形ターゲット１６と、モータアセンブリ１８と、任意のシールドアセンブリ２０と、任意のマグネットアセンブリ２２とを含む（図３参照）。

概して、円筒形ターゲット１６は、ステンレス鋼、アルミニウムまたはその他のあらゆる適切な伝導性材料といった導電性材料からなる管状裏打ち管である。円筒形ターゲット１６の外面は、通常、被加工物または基材上にスパッタリングされるよう意図された１つ以上の材料でコーティングされている。以下、このスパッタリング可能な材料を、「ターゲット材料」ともいう。

図５は、円筒形ターゲット１６が、異なるスパッタリング可能材料の長手方向に分割された複数の区分から構成される本発明の一実施形態を示す。図５に示されている円筒形ターゲット１６は、分割線３０により分離された長手方向に分割された２つの区分２６および区分２８を有する表面２４を含む。当然ながら、本発明にはあらゆる数の区分を用いることができる。一般に、２つの区分２６および区分２８は、異なるスパッタリング可能材料を含む。図５および図６は、２つの区分を分離する（図５において実線、図６において破線により示されている）区分分割線３０を示す。単一の円筒形ターゲット１６はさらに、望ましい場合は、その表面上に２つより多くの区分を有するよう構成されていてもよい。各区分上のターゲット材料は、コーティングの一部として蒸着されるよう意図されたあらゆる材料から形成することができる。円筒形ターゲット１６のそのような区分上に存在していてもよい適切なターゲット材料は、例えば、銀、銅、金、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、錫、インジウム、タンタル、クロム、ビスマス、ケイ素、炭素、ニッケル、ニオブ、および、ステンレス鋼、ＮｉＣｒ、ならびに、これら材料の合金または混合物であるが、これらに限定されない。したがって、マグネトロンスパッタリングプロセスにおいて利用可能なあらゆる所望のスパッタリング可能材料を、円筒形ターゲット１６の区分として含んでもよい。

円筒形ターゲット１６は、一般に、真空チャンバ１４内に位置し、かつ、第１支持アセンブリ３２および任意の第２支持アセンブリ３４により所定の位置に保たれている（ただし、望ましい場合は、円筒形ターゲット１６は、ターゲットの一端において単一の片持ち支持体により保たれていてもよい）。第１および第２支持アセンブリ３２、３４により、円筒形ターゲット１６がスパッタリング位置に固定され、かつ、円筒形ターゲット１６がその長軸３６を中心に揺動可能となる。第１および第２支持アセンブリは、円筒形ターゲット１６を固定位置に固定し続け、かつ、円筒形ターゲット１６の揺動に影響を与えないあらゆる種類のクランプ、ブラケット、枠体、締結具または支持体からなっていてもよい。さまざまな公知のターゲット支持アセンブリを用いることができる。任意に、図２に示されているモータアセンブリ１８は、第１支持アセンブリ３２および第２支持アセンブリ３４として機能し得るクランプ装置またはブラケット装置（図示せず）を含んでいてもよい。そのようなクランプ装置やブラケット装置により、円筒形ターゲット１６をモータアセンブリ１８に動作可能に接合でき、ここで、円筒形ターゲット１６は、１つ以上のプログラム可能なステッパモータ３８に動作可能に接合される。なお、同一の真空チャンバ１４内に多数の円筒形ターゲット１６が配置されていてもよい。

円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２は、円筒形ターゲット１６に接続されたモータアセンブリ１８をさらに含む。モータアセンブリ１８は大まかに、モータ源４０と、動力源４２と、制御システム４４とを含む。モータ源は、例えば、ステッパモータや電気モータであり、典型的に自身の制御システムを備えている。図１に示されているように、本発明のモータアセンブリ１８の一実施形態は、動力源４２および制御システム４４に動作可能に接合されたモータ源４０を必然的に含み、このモータ源４０は、１つ以上のプーリ４６と１つ以上のベルト４８とを含む。プーリ４６およびベルト４８は、作動時に、円筒形ターゲットを円弧状に往復運動させるように円筒形ターゲット１６に動作可能に接続されている。当然ながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の種類のモータ源４０および電子制御システム４４を用いてもよい。

図２は、モータアセンブリ１８がプログラム可能なステッパモータ３８を含む本発明の別の実施形態を示す。プログラム可能なステッパモータ３８は、マグネトロンスパッタリングシステム１０において発生したプラズマを通じてターゲットを揺動させることにより、円筒形ターゲット１６の効率的な使用を最適化するよう構成および／またはプログラムされていてもよい。

モータアセンブリ１８は、スパッタリングプロセスおよび円筒形ターゲット１６の寿命を最適化する、揺動速度および円弧長の変化を生成するよう電子的にプログラムされていてもよい。例えば、電子的にプログラムされた駆動軸マーカーを用いて、起こった揺動の回数を示してもよい。プログラムは、揺動のある回数を数え、指定数に達すると、ターゲットを裏返す。あるいは、一揺動当たり特定の増分で回転するディスクを用いて、マーカー到達まで、揺動回数を機械的に記録してもよい。このマーカー到達を契機として、ターゲットを裏返す。円弧長は、部分的回転往復運動において揺動している際にプラズマに露出される円筒形ターゲット１６の部分的な周方向の長さである。例えば、円筒形ターゲット１６を往復運動で１８０°揺動させた場合、周囲約４０ｃｍの円筒形ターゲットは、約２０ｃｍの円弧長を有してもよい。さらに、モータアセンブリ１８は、円筒形ターゲット１６の分割された各区分２６、２８の縁端において一時停止するようプログラムされていてもよい。該一時停止は、縁端上におけるスパッタリング材料の蓄積の防止に役立つことがあり、かつ、ターゲットのより均一な消費の一因となることがある。

円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２はまた、任意に、円筒形ターゲット１６を取り囲む円筒形シールドアセンブリ２０を含んでいてもよい。概して、円筒形シールドアセンブリ２０は、図７に示されているようにシールド開口５２と任意のシャッター５４とを含むシールド５０を含む。本発明の一実施形態において、円筒形シールドアセンブリ２０は、第１支持アセンブリ３２によって固定されていてもよい。あるいは、図２に示したように、シールドアセンブリ２０は、シールド固定装置５６によりモータアセンブリ１８に動作可能に接合されていてもよい。シールド固定装置５６は、シールドアセンブリ２０をモータアセンブリ１８に十分に固定するクランプ、ボルト、連結器またはその他の類似の固定手段といった当該技術において知られているいかなる装置であってもよい。

本発明の実施形態の多くにおいて、シールドアセンブリ２０の長さは、円筒形ターゲット表面２４の端を超えて延在しており、これにより確実に、円筒形ターゲット１６とターゲット１６を保持しているあらゆる支持アセンブリ３２、３４とを完全に覆っている。さらに、多数のコーティング区分２６、２８を有する円筒形ターゲット１６を利用する際、シールドアセンブリ２０が、円筒形ターゲット１６の周囲に延在し、これによって、円筒形ターゲット１６の１つを除いたすべての区分２６、２８を覆うことが好ましい。すなわち、一度に１つのコーティング区分をシールドアセンブリ２０のシールド開口５２または間隙を通じて露出させることができるように、シールドアセンブリ２０を構成することが好ましい。シールドアセンブリ２０によって覆われない円筒形ターゲット１６の区分の選択は、プラズマが発生している領域にそのような区分が露出するまでターゲットを回転させることにより行ってもよい。シールドアセンブリ２０は、ステンレス鋼、金属箔、アルミニウムまたはその他の適切な材料といったスパッタ収率の低い材料からなることが好ましい。

先に述べたように、円筒形シールドアセンブリ２０は、シールド開口５２を含む。一実施形態において、図６に示すように、シールド開口は、スパッタリング材料の単一の区分を部分的に露出させるのに十分な大きさである。シールド開口５２は、円筒形シールド５０の全長または円筒形ターゲット１６の全長のいずれにも沿って延在している必要はない。ただし、そう望まれる場合は、上記いずれかまたは両方であってもよい。例えば、シールドアセンブリ２０は、円筒形ターゲット１６の各々の端におけるスパッタリング材料の凝縮を少なくとも部分的に防止するために、円筒形ターゲット１６の端を完全に覆っていてもよい。

なお、図６から、円筒形ターゲット１６の外側表面２４と円筒形状のシールドアセンブリ２０の内側表面との間に空間が存在する。円筒形ターゲット１６とシールドアセンブリ２０とはいずれも、断面において、好ましくは３ｃｍ未満、より好ましくは４ｍｍ未満の距離だけ分離されている同心円であることが好ましい。２つの構造体間の空間におけるプラズマ形成を防止するために、分離距離が小さいことが推奨される。

図７〜図９に示されているように、シールドアセンブリ２０は、任意に、シールド開口５２を隠すよう位置させることができる独立したシャッター５４を含むことができる。シャッター５４は、シールド開口５２を効率的に覆ったり開放したりするいかなる手段によってシールド５０に固定されていてもよい。あるいは、シャッター５４は、シールドアセンブリ２０に取り付けずに、固定位置に保ってもよい。ここで、シールド開口５２が露出するようにシールド５０を回転させ、これにより、円筒形ターゲット１６をプラズマに露出させる。シャッター５４の開閉は、モータ源４０により制御されてもよい。モータ源４０はまた、円筒形ターゲット１６の揺動に用いられるものと同じ動力源４２および制御システム４４を利用してもよい。一方、円筒形ターゲット１６の揺動に用いられるもの以外の追加のモータ源４０、動力源４２および制御システム４４を用いて、シャッター５４を操作してもよい。

図８および図９は、シールドアセンブリ２０が、モータ源４０により任意に制御されるスプロケットシステム５８を含む円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２の実施形態を示す。一実施形態において、スプロケットシステム５８を利用して、シールド５０および／またはシャッター５４上に位置する歯車６０および対応する歯６１の動作により、シールド５０かシャッター５４のいずれかを回転させてもよい。シールド５０に適用されるスプロケットシステム５８の描写については図８を、シャッター５４に適用されるスプロケットシステム５８の描写については図９を参照のこと。シールドアセンブリ２０の他の部分と同様に、シャッター５４は、ステンレス鋼、金属箔、アルミニウムまたはその他の適切な材料から製作されてもよい。

最後に、本発明の円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２の実施形態は、任意に、マグネットアセンブリ２２を含む。図３〜図４および図７〜図９に示されているように、マグネットアセンブリ２２の一実施形態は、マグネット６２と、任意の冷却導管６４とマグネット留めシステム６６とを含み、これらはすべて、円筒形ターゲット１６およびシールドアセンブリ２０内に保たれている。マグネット６２は、円筒形ターゲット１６の周りの周方向または半径方向範囲の一部分に延在しつつ、円筒形ターゲット１６の長さに沿って位置している。先に述べたように、マグネット６２は、マグネット留めシステム６６に取り付けられていてもよい。一実施形態において、マグネット留めシステム６６は、円筒形ターゲット１６に近接して位置する複数の円筒形リング６９であってもよい（図８〜図１０参照）。別の実施形態において、円筒形ターゲット１６内に位置する冷却導管６４にマグネット留めシステム６６を動作可能に連結することによって、マグネット６２が、円筒形ターゲット１６内に位置している（図３および図７参照）。マグネット留めシステム６６は、溶接またはクランプのようないかなる固定手段によって冷却導管６４に動作可能に連結されていてもよい。

図３〜図４および図７〜図１０は、円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２内に組み込まれたマグネットアセンブリ２２の実施形態を示す。ここで、交互の極性を有する長尺のマグネット６２を留めシステム６６に搭載し、留めアセンブリを冷却導管６４に隣接して位置させることにより、マグネット６２が円筒形ターゲット１６内に位置している。先に示唆したように、留めシステム６６は、冷却導管６４に取り付けられていても、冷却導管６４から分離されていてもよい。さらに、マグネット６２が円筒形ターゲット１６内の固定位置にとどまるように、マグネット６２を冷却導管６４から分離することも同様に可能である。マグネット６２およびマグネット留めシステム６６が、円筒形ターゲット１６の揺動により移動および／または回転しないように、これらの代わりの構成を使用することにより、固定位置に位置させてもよい。

先に述べたように、マグネットアセンブリ２２はまた、任意に、冷却導管６４を含んでいてもよい。冷却導管６４は、一般に、水のような流体を円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２へ送り出し、ここから取り除くよう機能する１本以上のパイプまたは管である。冷却流体の送出は、揺動ターゲットアセンブリ１２のさまざまな部品の過熱を防止することにより、円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２全体の保護に役立つ。冷却導管６４は、独立した構造として円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２の一部として設けることもでき、これにより、円筒形ターゲット１６の揺動によって回転することがない。あるいは、冷却導管６４は、モータ源４０またはさらなるモータ源（図示せず）に取り付けられてもよく、これにより、冷却導管６４を回転させる。冷却導管６４の回転は、スパッタリングプロセス中の円筒形ターゲット１６の冷却にさらに役立つことがある。

概して、真空チャンバ１４の外側に位置する冷却液体供給排出システム（図示せず）は、冷却導管６４に冷却液を供給し、かつ、冷却導管６４の外側と円筒形ターゲット１６の内部表面との間の空間から加熱された冷却液を排出する。

円筒形ターゲット１６は、当該技術において知られているさまざまな方法を利用することにより作製してもよい。例えば、コーティング材料は、プラズマ溶射により、円筒形ターゲット１６の外面２４全体に蒸着してもよいし、分割された区分上に蒸着してもよい。例えば、多数の区分２６、２８を含む円筒形ターゲット１６の作製は概して、通常ステンレス鋼を含む裏打ち管６８の定められた区分をプラズマの流れに露出することを含む（そのような円筒形ターゲットを図５に示す）。次に、スパッタリング材料を、上記流れ内に注入する。該流れの作用により、スパッタリング材料を溶融し、裏打ち管６８上に進ませるか、または、蒸着する。裏打ち材の所望の区分の各々がコーティングされるまで、異なるコーティング材料を用いてこのプロセスを繰り返す。望ましい場合は、プラズマが溶射されている区分を除く裏打ち管６８のすべての区分を覆って、一度に１つのコーティング区分を隔離してターゲット材料を蒸着する。

ここでは、主にプラズマ溶射に関連して、円筒形ターゲット１６のコーティング方法を説明した。しかしながら、当業者にとって自明であろうように、本発明は、広範な噴霧応用法を利用して製造される装置を提供する。よって、ここでは、プラズマ溶射という語は、対象物上に材料のコーティングを噴霧するのに用いることのできるあらゆる噴霧法の説明に用いられる。例えば、ここでのプラズマ溶射という語の使用は、円筒形ターゲット１６（例えば、回転ターゲットまたは円筒形ターゲット）の裏打ち管６８上または噴霧法によってコーティングされ得るその他のあらゆる物品上にターゲット材料のコーティングを施すのに用いることのできるさまざまな形態の噴霧（例えば、溶射、水プラズマ溶射など）をすべて含むことは理解されねばならない。当業者は、本発明の方法および装置を他の多くの噴霧法に即座に適用することができるであろうし、それらはすべて本発明の範囲内であろう。

あるいは、ホットプレス法を利用することにより、ターゲットを製造してもよい。例えば、コーティング材料をホットプレス（高温／高圧）内で焼成して、本発明において利用される円筒形ターゲット１６を形成してもよい。おおまかに、コーティング材料を作製し、ホットプレス型に充填し、次いで、約８００〜１４００℃に加熱し、約５０〜１００ｋｇ／平方センチメートルでプレスすることにより、成形コーティングを製造する。成形コーティングを作製すると、これを当該技術において知られている方法により裏打ち管６８に接着し、こうして円筒形ターゲット１６を形成する。ホットプレス技術において、例えば、インジウム錫酸化物および二酸化チタンを利用する。スパッタリングターゲットの製造に利用される技術はすべて、成形ターゲット板または屈曲ターゲット板の製造にも利用することができる。

図１１〜図１３は、多数のコーティング区分を含む円筒形ターゲット１６の別の実施形態を示す。本発明のこれらの実施形態は、裏打ち管６８に多数の区分板７０を適用することにより製造してもよい。裏打ち材はまた、個別の区分板７０をそれぞれ裏打ち管６８に固定するための、図１１および図１２に示されているような、複数の取り付け装置７２を含んでいてもよい。取り付け装置７２は、裏打ち管６８から短い距離だけ延在し、これにより、ターゲットのスパッタリング材料が使用中に浸食される際に起こり得る問題を防止することが好ましい。取り付け装置７２は、区分板７０を裏打ち管６８に取り付けるのに有用な、クランプ、フック、ｔフック、ねじ、ありつぎ、もしくは、その他の適切な装置、または、これらのあらゆる組み合わせといったあらゆる種類の固定手段であってもよい。区分板７０はまた、取り付け装置７２のいずれかまたはすべてに区分板を動作可能に接合するための切欠き７４を含んでいてもよい。各区分板７０は、異なるコーティング材料を提供することができ、かつ、他の区分板７０とともに裏打ち管６８に固定できるような大きさおよび形状を有している。当然ながら、複数の区分板に同一のスパッタリング材料を備え、裏打ち管６８上にこれらを離間して配置することが望ましいこともある。プラズマ溶射によりコーティング材料を板状裏打ち材（図示せず）にコーティングすることによって区分板７０を作製してもよいし、ホットプレス技術により区分板７０を作製してもよい。あるいは、該板は、コーティング材料の鋳造物であってもよい。

動作中、図１に示すように、マグネトロンスパッタリングシステム１０は、円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２を用いることによって、１つ以上の基材７６上に１つまたは多数のコーティングを蒸着するために用いることができる。スパッタリングプロセスの準備をするために、真空チャンバ１４内を適切なポンピングシステム７８により真空に引く。次いで、気体供給源８０からアルゴン、窒素および酸素といった１種類以上の気体を、真空チャンバ１４の反対側に位置する孔あき管のような気体送出システム８２により、真空チャンバ１４へ供給する。利用される特定の気体は、主に、基材７６上に蒸着される膜の種類によって決まる。通常、コーティング材料との反応を望まない場合は、スパッタリングプロセス中に真空チャンバ１４へアルゴンのような不活性気体を導入することが好適である。当然ながら、反応性スパッタリングプロセス中には、真空チャンバ１４へ酸素または窒素といった反応性気体を導入してもよい。

動作中に、マグネトロンスパッタリングシステム１０は、真空チャンバ１４内にプラズマを生成する。該プラズマを用いて、円筒形ターゲット１６からコーティング材料をスパッタリングし、基材７６上に蒸着する。概して、真空チャンバの金属枠に印加されているか、または、通例大地電位に接続されている何らかの他の陽極に印加されている正の電圧に対して、円筒形ターゲット１６に動力源４２からの負の電圧を印加することによって、プラズマを生成する。正の電圧および負の電圧の印加により、プラズマが、円筒形ターゲット１６上のスパッタリング区域に隣接して位置する。円筒形ターゲット１６内のマグネット６２の位置により、スパッタリング区域が制御される。

基材コーティング製造作業の動作において、所望のコーティング材料を有する区分がシールド開口５２の上方の（すなわち、隣接した）位置にくるまで、多数の区分を含む円筒形ターゲット１６をモータアセンブリ１８によって回転させる。シャッター５４が存在する場合は、シャッター５４またはシールド５０を回転させて、スパッタリングされるコーティングの所望の区分をあらわにし、これにより、プラズマに露出させる。次に、希望により連続的にまたは間欠的に、搬送構造８４を介して真空チャンバ１４を通過させて１枚または複数枚の基材７６を移送し、円筒形ターゲット１６のコーティング材料でコーティングする。コーティングの厚さは、各基材７６をプラズマによって発生したコーティング材料に露出する時間を変えることにより（例えば、基材速度および／またはスパッタ電力を変化させることにより）変化させてもよい。

本発明の円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２を利用したスパッタリングプロセス中に、モータアセンブリ１８により円筒形ターゲット１６を揺動させる。モータアセンブリ１８は、所定の定められた円弧状経路においてターゲットを揺動させるよう動作する。例えば、２つの分割された区分２６、２８を有する（図５に示したターゲットと同様の）円筒形ターゲット１６は、約３０〜２７０°往復回転揺動させてもよい。なお、円筒形ターゲット１６の揺動中、長軸３６は、固定位置にとどまっている。ターゲットの揺動により、スパッタリングされた区分の分散した均一な消費が可能となり、かつ、マグネトロンスパッタリングに固定ターゲットを用いると一般に刻み込まれる「競技用トラック」形パターンが回避される。結果として得られるむらのない消費により、完全に消費される前にターゲットの取り替えが必要となる可能性が低減され、これにより、より多くの円筒形揺動ターゲットアセンブリ１２を要する場合のコストが低減される。一般に、円筒形ターゲット１６の揺動中は、一度に多区分円筒形ターゲットの単一の区分しか露出されない。また、マグネット６２およびシールド５０のいずれも回転させることなく、円筒形ターゲット１６を、その長軸３６を中心として揺動させることが好ましい。

単一のコーティングが完全に蒸着されると即座に、モータアセンブリ１８によって円筒形ターゲット１６を回転させ、次の所望のターゲット材料の区分を露出させてもよく、次いで、基材７６に別のコーティング材料を施してもよい。シャッター５４および／またはシールド５０を用いる場合、ターゲットを回転させる前に、シールド開口５２を閉じることが好適である。所望の数の層が各基材７６上に蒸着されるまで、このプロセスを繰り返し行ってもよい。

伝統的に、基材上に多数の材料を蒸着するためには、各々が単一のコーティング材料を有する多数のターゲットが必要であった。したがって、基材上に多数のコーティングを蒸着するのに要するターゲットの数を減らすことにより、円筒形ターゲットの洗浄および／または取り替えに要する時間が大幅に短縮される。さらに、１つのコーティング材料しか有さない円筒形ターゲット用のチャンバを無くすことにより、基材をコーティングするための生産ラインの長さが大いに短縮される。最後に、真空チャンバおよびマグネトロンスパッタリングシステムのその他の部品のようなさらなるマグネトロンスパッタリング設備を購入する費用が無くなるか、または、大いに削減される。

以上、本発明をその特定の実施形態とともに説明したが、上記説明を参考に多くの他の選択肢、修正および変形が当業者にとって明らかとなるであろうことは明白である。したがって、本発明は、本発明の精神および広い範囲内のそのような他の選択肢、修正および変形をすべて包含するよう意図されている。

図１は、本発明の実施形態に係るマグネトロンスパッタリングシステム内に含まれる円筒形揺動シールドターゲットアセンブリを示す略図である。 図２は、本発明の別の実施形態に係るマグネトロンスパッタリングシステム内に含まれる円筒形揺動シールドターゲットアセンブリを示す略図である。 図３は、冷却導管に固定されているマグネットを含むマグネトロンスパッタリングシステム内に位置する円筒形揺動シールドターゲットアセンブリの実施形態の断面図である。 図４は、冷却導管に固定されていないマグネットを含むマグネトロンスパッタリングシステム内に位置する円筒形揺動シールドターゲットアセンブリの実施形態を示す断面図である。 図５は、多区分円筒形ターゲットの実施形態を示す斜視図である。 図６は、円筒形シールドターゲットの実施形態を示す斜視図である。 図７は、マグネットアセンブリを含む円筒形シールドターゲットアセンブリの実施形態を示す断面斜視図である。 図８は、シールドと相互作用するスプロケットアセンブリを含む円筒形ターゲットアセンブリの実施形態の断面図である。 図９は、シャッターと相互作用するスプロケットアセンブリを含む円筒形ターゲットアセンブリの実施形態の断面図である。 図１０は、マグネット留めが複数のリングからなる円筒形ターゲットアセンブリの実施形態の断面図である。 図１１は、裏打ち材および区分板の実施形態の斜視図である。 図１２は、ターゲットホルダおよび区分板を含む裏打ち材の実施形態の断面図である。 図１３は、裏打ち材の実施形態の斜視図である。

Claims (29)

1. マグネトロンスパッタリングシステムにおいて用いるための円筒形揺動ターゲットアセンブリであって、
   １以上のコーティング区分を有する表面と円筒形ターゲットの回転揺動の中心となる軸とを含む前記円筒形ターゲットと、
   前記円筒形ターゲットの内部表面に沿って延在し、かつ、前記円筒形ターゲットの周りの周方向範囲に延在する１以上のマグネットを含むマグネットアセンブリと、
   前記円筒形ターゲットに動作可能に接合され、かつ、前記円筒形ターゲットを揺動させるよう適合されたモータアセンブリとを含む円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
2. 前記円筒形ターゲットが複数の区分を含み、各区分が単一のコーティング材料を有し、一区分の前記コーティング材料が、隣接する区分のコーティング材料とは異なる請求項１に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
3. 前記円筒形ターゲットの表面の一部を露出させるよう設計された開口を有するシールドを有するシールドアセンブリをさらに含む請求項１に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
4. 前記シールドが、前記ターゲットの表面に沿って軸の方向に延在して、単一の露出された区分を除くすべての区分を覆っている請求項３に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
5. 前記モータアセンブリが、前記シールドの移動のために前記シールドアセンブリに動作可能に接合されている請求項３に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
6. 前記シールドを回転させるためのスプロケットアセンブリをさらに含む請求項３に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
7. 前記シールドアセンブリが、シャッターをさらに含む請求項３に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
8. 前記シャッターを開閉するためのスプロケットアセンブリをさらに含む請求項７に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
9. 前記円筒形ターゲットが、２つ、３つまたは４つの個別の区分を含む表面を含む請求項１に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
10. 各コーティング区分が、銀、銅、金、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、亜鉛、錫、インジウム、ビスマス、ケイ素、炭素、ニッケル、クロム、ＮｉＣｒ、ステンレス鋼、タンタル、および、ニオブからなる群から選択される単一のコーティング材料または前記コーティング材料の酸化物もしくは窒化物を含む請求項１に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
11. 前記円筒形ターゲットの表面が、チタンの区分およびニオブの区分を含む請求項１に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
12. 前記表面が、銀の２区分、チタンの１区分およびニオブの１区分を含む請求項１に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
13. 前記モータアセンブリが、プログラム可能なステッパモータを含む請求項１に記載の円筒形揺動ターゲットアセンブリ。
14. 各々が単一のコーティング材料を有する複数の区分を有する表面を有する円筒形ターゲットを含む円筒形ターゲットアセンブリを含むマグネトロンスパッタリングシステムを準備する工程と、
    コーティング材料を有する単一のコーティング区分がプラズマに露出される位置にくるまで、前記円筒形ターゲットを回転させる工程と、
    前記マグネトロンスパッタリングシステム内へ基材を移送する工程と、
    前記基材がコーティング材料の層でコーティングされるまで、前記区分をプラズマに露出させる工程とを含む基材のコーティング方法。
15. 前記円筒形ターゲットを前記プラズマに露出させつつ、前記円筒形ターゲットを揺動させる工程をさらに含む請求項１４に記載の基材のコーティング方法。
16. 異なるコーティング材料を有する他の区分がプラズマに露出される位置にくるまで、前記円筒形ターゲットを回転させる工程と、
    前記基材がコーティング材料のさらなる層でコーティングされるまで、前記他の区分をプラズマに露出させる工程とをさらに含む請求項１４に記載の基材のコーティング方法。
17. 裏打ち材と、２つ以上の隣接する区分とを含む多区分円筒形ターゲットであって、各区分が、隣接する区分のコーティング材料とは異なる単一のコーティング材料を有する多区分円筒形ターゲット。
18. 前記区分が、前記裏打ち材と一体である請求項１７に記載の多区分円筒形ターゲット。
19. 前記区分が区分板であり、各区分が単一のコーティング材料を有する請求項１７に記載の多区分円筒形ターゲット。
20. 前記区分板が、コーティング材料の鋳造板である請求項１９に記載の多区分円筒形ターゲット。
21. 前記区分板が、コーティング材料で覆われた板状裏打ち材を含む請求項１９に記載の多区分円筒形ターゲット。
22. 前記裏打ち材が、前記区分板を保持するための取り付け装置を含む請求項１９に記載の多区分円筒形ターゲット。
23. 前記区分板が、前記取り付け装置により前記区分板を接合するための切欠きを含む請求項２２に記載の多区分円筒形ターゲット。
24. 前記取り付け装置がクランプである請求項２２に記載の多区分円筒形ターゲット。
25. 前記区分板が、前記クランプにより前記区分板を接合するための切欠きを含む請求項２４に記載の多区分円筒形ターゲット。
26. 前記取り付け装置がねじである請求項２２に記載の多区分円筒形ターゲット。
27. 前記区分板が、前記ねじにより前記区分板を接合するための切欠きを含む請求項２６に記載の多区分円筒形ターゲット。
28. コーティング材料を裏打ち材の区分に施し、
    コーティング材料に覆われていない区分へ前記裏打ち材を回転させ、
    隣接する区分のコーティング材料とは異なるコーティング材料を前記覆われていない区分に施すことを含む多区分円筒形ターゲットの製造方法。
29. 前記裏打ち材全体がコーティング材料に覆われるまで、前記工程を繰り返す請求項２８に記載の方法。

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