JP5524185B2 - 高剛性を有する回転可能なスパッタリングマグネトロン - Google Patents

Description

本発明は、大面積を塗布するための装置、例えば、ディスプレイコータ、大面積ガラスコータ、ウエブコータ、または同種の機器内において、回転可能なターゲットと共に用いられるスパッタリングマグネトロンに関する。

スパッタリングによる物理蒸着は、ガラスまたは他の透明材料の特性をカスタマイズするための標準技術になってきている。「スパッタリング」は、負に荷電したターゲットに向かって電場で加速された重い希ガス、通常、アルゴンの正に荷電したイオンによって、ターゲットから被覆材料の原子が衝撃放出されることを指している。正イオンは、低圧ガス相における衝撃イオン化によって形成される。放出された原子は、被覆されることになる基板に高運動エネルギーで衝突し、高密度の十分な付着力を有する被膜を形成することになる。

希ガスのイオン化は、ターゲット内から生じてターゲットの表面にアーク状の閉ループトンネルを呈する磁場によってターゲット表面の近くに閉じ込められ状態で生じることになる。作動中、電子は、閉ループの方にドリフトしながら、磁場線に沿って行ったり来たりし、これによって、希ガス原子の衝撃イオン化が高められる。このとき、暗紫色の成長した閉ループである「レーストラック」が、ターゲットの表面に生じている。

実施が容易な平面静止ターゲットの代わりに、円筒回転ターゲットを用いることを望む場合、技術的な課題が依然として残っている。平面静止ターゲットを用いるとき、冷媒の供給（正イオンの衝撃がターゲットを加熱するので、ターゲットは、冷却されねばならない）および電気エネルギーの供給は、固定されたターゲットアセンブリに対して行うことができる。回転ターゲットを用いるときには、冷媒供給および電源供給は、真空度を維持しながら回転に対応して行われねばならない。しかし、この課題を達成することによる利得は、その努力に見合う価値を有する。何故なら、回転可能なターゲットは、平面ターゲットよりも著しく多くの使用可能なターゲット材料を保持できるからである。また、回転可能なターゲットは、平面ターゲットに付随するアーキングを生じる傾向が少ない。これらの利点は、基板が細長の円筒ターゲットによってターゲットの軸と直交する方向に通過するようになっているインラインコータにおいて、特に価値がある。基板の被膜厚みを均一に維持するには、ターゲットの長さの全体にわたって、ターゲット材料の均一なスパッタ率を保つことが必要である。

直面している技術的な問題の１つは、磁場発生器がターゲット内に含まれていなければならないことである。被覆されることになる基板の方に向けられた磁場発生器は、通常、静止して保持され、円筒ターゲットが、その前方で回転するようになっている。磁場を生成するために、鉄ネオジウムボロン（Ｆｅ−Ｎｄ−Ｂ）合金またはコバルトサマリウム（Ｃｏ−Ｓｍ）合金に基づく高性能永久磁石が用いられている。ターゲットの表面と平行の磁場の成分がプラズマ内への電子の閉込みを決定しているので、この成分がチューブの長さに沿って一定であることが重要である。しかし、残念なことに、この成分の（テスラで表される）磁気誘導は、通常、少なくともその発生器に対する距離の２乗に比例して低下するので、ターゲット表面に対する磁場発生器の位置に対して、極めて鋭敏である。従って、ターゲット表面と磁場発生器との間の距離は、十分に制御されねばならない。何故なら、もし十分に制御されていない場合、プラズマは、局部的な強度変動を示し、その結果、基板を横切る不均一な被膜輪郭が生じることになるからである。以後、これを「距離制御問題」と呼ぶ。

ターゲットに供給されるエネルギーの殆どは、ターゲットの表面に生じる熱に変換される。この熱は、効率的に排出されねばならない。何故なら、もし効率的に排出されないと、ターゲットが過剰に加熱され、磁場発生器の磁石がそれらの高温強度を失い、従って、「冷却問題」をもたらすからである。従って、冷却回路は、一般的には目的に対して調整された水である冷媒を含んでいなければならない。しかし、残念ながら、高性能磁石は、極めて急速に腐食する傾向にあり、従って、冷媒から密封されていなければならない（「密封問題」）。

「冷媒問題」に対する多数の解決策が先行技術に記載されている。例えば、特許文献１は、磁石のみの冷却を記載している。あるいは、特許文献２は、磁石の近傍に冷媒の半径方向出口を設けているシステムを記載している。

前述の３つの問題の少なくとも２つを解消しようとするさらに包括的な設計上の試みとして、特許文献３（ビラテック・シン・フィルムズ社（Viratec thin films Inc.））が挙げられる。この文献では、磁石アレイは、互いにボルト止めされた２つの胴部から作製された磁石ハウジングの密封された磁石空洞部内に密閉されている。ターゲット表面と磁石アレイとの間の距離は、磁石空洞の横に取り付けられてターゲットの内面に対して回動するようになっている１対の調製可能なローラによって制御されている。冷媒は、マグネトロンの一端から中心管を通って他端の方に供給され、磁石ハウジングとターゲット管との間の間隙内を一端に向かって軸方向に沿って戻るようになっている。この手法の欠点は、冷媒が、一端に近づくにつれて徐々に温められ、その結果、ターゲットおよび磁石に温度勾配、従って、蒸着率の勾配をもたらすことである。

他の設計が、特許文献４（ベーカート・アドバンスド・コーティングズ（Bekaert Advanced Coatings））に見出されている。ここでは、距離調整装置の使用が記載されている。この装置は、磁場発生器を支持構造体に対して局部的に偏らせることによって、ターゲットと磁石アレイとの間の距離を設定するようになっている。支持構造体は、供給管およびそれに取り付けられた補強要素から構成されている。この要素には、冷媒内における浮力を高めるために、硬質発泡体が充填されている。磁石アレイは、磁石ハウジングによって、冷媒から密封されている。ハウジングは、磁石システムの剛性を高め、これによって、調整装置を用いて磁石アレイとターゲットとの間の距離を設定するときの支持構造体の応力を高めるようになっている。ここでも、冷媒流は、ターゲットの一端から他端に向かって実質的に軸方向に方向付けされており、その結果、温度勾配が生じることになる。

静止水区域および気泡形成をなくし、冷媒の循環を改良する最近の試みにおいて、一連の米国特許公報（特許文献５，６，７）は、バッフルを用いて乱流をもたらし、羽根を用いて冷却水を循環させる技術を記載している。加えて、磁石アレイの曲げを減少させるために、磁石アレイが取り付けられた矩形状のキャリア管を用いる技術が主張されている。

特許文献８は、回転可能なターゲットの内側に取り付けられるようになっている中心体を開示している。この中心体は、磁石アレイに加えて、ターゲットチューブを支持する手段、チューブを回転させる手段、チューブと電気的に接触する手段、および冷媒および真空からチューブの内側を密封する手段を組み入れている。しかし、磁石アレイは、冷媒から密封されていないし、磁場に適合する調整装置も設けられていない。このマグネトロンの使用は、小規模の設備に制限されている。

米国特許第５，２６２，０３２号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１７８６６２号明細書 米国特許第５，５７１，３９３号明細書 国際出願公開第０３／０１５１２４号パンフレット 米国特許出願公開第２００７／００８９９８２号明細書 米国特許出願公開第２００７／００８９９８５号明細書 米国特許出願公開第２００７／００８９９８６号明細書 国際出願公開第２００５／００５６８２号パンフレット

本発明の第１の態様によれば、前述した３つの問題、すなわち、距離制御問題、冷却問題、および密封問題を解消するスパッタリングマグネトロンが提示されている。

本発明の他の態様は、スパッタリングマグネトロンと協働するように設計されたターゲットに関するものである。

本出願の範囲内において、「マグネトロン」は、ターゲット管内に挿入され、１つまたは２つのエンドブロックによって、エンドブロックに対する定位置に保持される装置として理解されたい。マグネトロンは、少なくとも磁場発生器を備えており、これによって、その名称が付けられている。本発明のマグネトロンは、チューブから構成されており、該チューブ上またはその内部に、全ての必要な機能手段が設けられるようになっている。このチューブの特徴は、該チューブがその実質的に全長にわたって軸方向に配向されているいくつかの区画を有している点にある。これらの区画は、チューブの実質的に全長にわたって延在している多数の内壁によって、互いに分離されている。これらの壁は、優先的に、チューブの曲げ面と平行に配向されている。チューブは、一体品として作製されており、分解可能な部品から組み立てられたものではない。この一体構造および種々の内壁の存在によって、チューブは、軽量でありながら、著しく剛性である。（Ｎｍｍ^２で表される、「剛性」と略されることもある）剛性率εは、機械技術者によく知られている。
ε＝ρ（ｘ）Ｍ（ｘ）＝Ｅ・Ｉ_ｙ
・Ｅ：用いられる材料のヤング率（Ｎ／ｍｍ^２）
・Ｉ_ｙ：曲げの方向ｙにおけるチューブの幾何学的モーメント（ｍｍ^４）、すなわち、
Ｉ_ｙ＝∬ｙ^２ｄＡ
（ただし、積分の範囲は、チューブの直交断面の全体に及ぶものとする）
・Ｍ（ｘ）：チューブの長さに沿った面「ｘ」における局部的な曲げモーメント
・ρ（ｘ）：曲げモーメントＭ（ｘ）によって生じる面「ｘ」の局部的な曲率半径
現在利用可能な最先端技術のＣＡＤソフトウエアによって、剛性率は、極めて正確に数値的に計算されることが可能である。

これらの細長の区画内に、種々の機能手段を取り付けることができる。少なくとも細長の磁場発生器が、前記区画の１つの内に配置されるようになっている。これによって、磁場発生器は、冷媒から遮蔽され、従って、「密封問題」に対処することができる。細長の磁場発生器は、その未加工の形態では、（鉄のような）強磁性材料のバーであり、このバーの上に、高性能磁石が、ターゲットの表面に形成される円弧状の磁場線によって決定される細長の閉鎖レーストラックが生じるように、形成されている。ターゲットの近くに強力な磁場をもたらすために、磁場発生器は、可能な限りターゲットに近い区画内に取り付けられるようになっている。すなわち、区画壁の１つは、チューブの外壁の一部である。１つ以上の他の区画は、冷媒供給通路または冷媒排出通路として、用いられることが可能である。

チューブ自体は、好ましくは、剛性を高めるために、高弾性率の材料から作製されている。好ましくは、チューブは、金属または金属合金から作製されている。しかし、（Ｆｌａｍｅｔｅｃ（商標）ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、Ｋｙｔｅｃ（登録商標）ＰＶＤＦ）またはＥＣＴＦＥ（エチレンとクロロトリフルオロエチレンとのコポリマー）のようないくつかの高性能プラスチック、さらにセラミックも排除されるものではない。付加的に、金属チューブまたはプラスチックチューブは、チューブの内または上に巻き付けられてチューブと一体化された高級繊維によって補強されていてもよい。例えば、この目的のために、炭素繊維が用いられてもよい。繊維の巻角度を調整することによって、熱膨張をチューブの熱膨張に適合させることができる。また、高性能プラスチックが用いられる場合、熱膨張が最小になるように、繊維の巻付けが調整されてもよい。勿論、材料が磁性を有していないこと、または殆ど磁性を有していないこと（相対磁気透過率μ_ｒがほぼ１）が好ましい。何故なら、磁力線は、チューブの外壁を透過しなければならないからである。

チューブは、種々の方法によって、例えば、壁を溶接接合することによって、または、中実片を出発材料として区画をフライス加工またはドリル加工することによって、あるいは、鋳造もしくは押出成形することによって、形成することができる。チューブがアルミニウム合金、例えば、ジュラルミン、すなわち、アルミニウム、銅、マンガン、およびマグネシウムの合金（それぞれの重量比：９５．５／３／１／０．５）の押出成形によって形成されていることが最も好ましい。

磁場発生器の調整可能な取付けによって、磁場発生器と該発生器の区画内のチューブ外壁との間の距離を調整することができる。チューブの剛性がここでは磁場発生器の剛性よりも極めて高いので、チューブを実質的に真っ直ぐに維持しながら、磁場発生器を極めて容易に曲げることができる。加えて、磁場発生器は、既にその区画内において冷媒から保護されているので、どのような保護ハウジングによってその剛性が増大することもなく、極めて柔軟なものとすることができる。従って、チューブと発生器との間の距離の調整は、調整をより困難なものとする大きな曲げ力を伴うことがない。このチューブは、より剛性なので、チューブの外壁に対して、従って、ターゲットの外面に対して、磁場発生器を調整する安定した基部をもたらすことになる。これは、ターゲットの表面における磁場強度を調整するために重要なことである。

数値的に言えば、チューブの剛性が磁場発生器の剛性の少なくとも３倍になっていると好ましい。チューブが少なくとも５倍の剛性を有していると、さらに好ましい。にもかかわらず、磁場発生器は、調整時において、全体的に垂れ下がらないようにまたは過度に柔軟にならないように、十分な剛性を有していなければならない。

チューブの外壁に対する磁場発生器の距離の調整は、チューブの長さの全体に亘って分散配置された個別の支持体で行うことができる。支持体間の距離は、局部的な調整を可能とする個々の条件を決定することになる。３つのみの支持体が（第１の端、中央、および第２の端に）設けられた場合、全体的に滑らかな弓形状のみが、磁場発生器の何れか半分に与えられることになる。より多くの支持体が設けられると、調整をさらに局部的に行うことができるが、これは、多すぎる調整位置をもたらすことがある。

支持体が調整されるとき、いくらかの長手方向の運動、すなわち、磁場発生器と支持体との間でターゲットの軸に平行のいくらかの長手方向の運動が、支持体と磁場発生器との接続点において可能でなければならない。もし可能でなければ、調整がなされるとき、チューブへの曲げ力が増大することになる。

支持体と磁場発生器との間のこのような長手方向の運動に対応する接続は、例えば、ターゲットの軸方向に細長く延びた長孔内に、留め具を挿入し、この留め具を１／４回転させて適所に固定することによって、達成されるようになっている。これによって、角運動のない軸方向運動のみが可能になる（角運動は、マグネトロンチューブの中心に対する接線方向の運動を意味している）。中央支持体は、逆に配置されている。すなわち、長孔はターゲットの軸方向と直交しており、留め具によって係止されたとき、軸方向の運動は生じないことになる（もし軸方向の運動が生じると、発生器が全体として軸方向に移動することになる）。

これは、このような運動を可能とする１つの方法にすぎない。他の可能性として、支持体の両端にヒンジ取付け具を用いる方法が挙げられる。この場合、ヒンジの一端が発生器に接続され、ヒンジの他端がチューブに取り付けられることになる。しかし、このような装置は、より複雑になるので、それほど好ましくない。

チューブ外壁と発生器との間の距離を変化させる調整機構は、簡単なものからより複雑なものまで種々考えられる。機械的システムが簡単である。最も単純な方法は、支持体の全長を延ばすために、支持体を適所に保持しているネジの上にシムまたはワッシャーを導入することである。他の方法は、調整ネジを支持体内に導入することである。この場合、ネジの端は、ネジが内部で自由に回転可能な発生器に接続されたホルダーによって軸方向に保持されており、ネジは、チューブに固定して接続されたネジ部内で回転されるようになっている。代替的に、支持体内のネジ部が発生器に固定され、ネジが、チューブに接続されたホルダーを変位させることなく、回転されるようになっていてもよい。後者が好ましい。何故なら、チューブの外側のネジ突起が、調整時に変化しないからである。他の可能性として、楔スライダーが挙げられる。楔スライダーは、一方向において、大きな線状運動をその運動と直交する小さいが正確な変位に変換するものである。

電磁モータ、圧電モータ、または他の電磁手段のような電気アクチュエータが、好ましくは、機械的な調整手段と組み合わせて用いられてもよい。例えば、圧電モータは、電気制御によって、極めて正確な運動を可能にする。機械的な調整との組み合わせも可能である。例えば、粗調整がワッシャーによって機械的に行われ、微調整が電気機械的に行われてもよい。小型の電磁モータが機械的なネジを駆動するような他の組合せも考えられる。

流体圧または空気圧調整可能アクチュエータが支持体内に配置されることさえ考えられてもよい。このアクチュエータは、チューブシステム内の簡単なピストン、または液体（または空気）作動バネ（本質的には、シリンダ内の小さいバルーン）に基づいている。

調整距離を外側から制御することができると有利である（「外側」は、マグネトロンが作動する圧力容器の外側である）。その結果、マグネトロンは、距離を調整するために、もはや開ける必要がない。選択枝として、磁場発生器の位置の調整は、プロセス状態指標に基づいて行われてもよい。このような状態指標は、例えば、チューブの外壁に対する支持体の位置を示す支持体からのフィードバック信号であってもよいし、またはターゲット面における磁場の測定値に基づいていてもよい。また、状態指標は、例えば、ＰＥＭ（光電子放出監視）によって、マグネトロンの作動中に回収されるようになっていてもよい。

フィードバックは、（プッシュ／プル装置または柔軟シャフト装置を介して）作動ラインを通して機械的に得られてもよいし、（電気ケーブルまたはバスバーを介して）電気的に得られてもよいし、または（配管を介して）油空圧的に得られてもよい。これらの作動ラインは、チューブ内の利用可能な区画の１つを通してマグネトロンの外側に案内可能になっていると好都合である。

多壁構造のチューブマグネトロン設計の他の独創的な特徴は、冷却問題に関連するものである。１つまたは複数の区画、好ましくは、外壁に隣接する区画を利用することによって、冷媒をマグネトロンの長さの全体にわたって供給することができる。（冷媒が最初に端まで流れ、その後、Ｕターンする）既存のシステムと対照的に、このシステムでは、冷媒は、マグネトロンの全長にわたって前記区画内の出口孔を通して、チューブとターゲットとの間の間隙内に噴出されるようになっている。これによって、磁場発生器（熱の殆どを生じ、最も冷却が必要とされる）の前方を通る実質的に接線方向の冷媒流が得られることになる。

出口孔の位置決めは、有効な冷却を得るために変化させることができる多くの自由度を有している。出口孔間の間隔は変更可能であり、角位置は、（勿論、冷却通路区画の角度幅内において）変更可能であり、流量は、例えば、孔の開口を変化させることによって、変更可能であり、噴射方向は、局部的な半径に対して孔の方位を変化させることによって、変更可能である。

出口孔間の間隔は、冷媒が通路に沿って流出するときにラインに生じる圧力降下を考慮するべきである。すなわち、マグネトロンの長さの全体にわたって冷媒の流量を一定に保つために、出口孔間の距離を冷媒の流れ方向において減少させる必要がある。

マグネトロンの中心から見て出口孔と発生器との間の角位置を調整するように他の修正がなされてもよい。これは、冷媒通路によって占有されている角区域の境界内で行うことができる。出口孔は、冷媒が流出するときに発生器の近くを通るように配置されているとよい。または、出口孔は、代替的に発生器の近くに配置されていてもよいし、または遠くに配置されていてもよい。

他の自由度は、孔の開口がマグネトロンの長さの全体にわたって適切な冷媒流を確保するように調整されてもよいことである。これは、マグネトロンの長さの全体にわたって圧力降下を考慮して行われるとよい。直覚的には、開口は、冷媒入口から遠いほど大きくされているべきであると考えられるが、これは、もし出口孔間の距離が状況に合わせて変化されているなら、逆になることもある。

出口孔は、好ましくは、冷却の殆どが必要とされる磁場発生器によって占有されている区画域の近くに位置しているとよい。

孔の出口方位は、例えば、冷媒通路の端に向かうにつれて、ターゲットとチューブとの間の相対運動に従って、より大きく穿孔することによって、変化させてもよい。通常、これらの孔は、チューブの中心から半径方向外方に配向されているとよい。しかし、良好な流れ分布を得るために、出口流れの方位がターゲットとチューブとの間の相対運動に対してわずかに傾斜していると、さらに好ましい。

冷媒が移動しない静止冷媒区域の形成を防ぐために、ターゲットとチューブとの間において冷媒の流れにいくらかの乱流が導入されてもよい。これは、チューブの外面に凹凸形状をもたらすことによって、達成することができる。乱流は、冷媒を十分に混ぜることによっても、生じることになる。

上記の説明において、冷媒は、マグネトロンの一端から冷媒通路区画内に供給され、マグネトロンの全長にわたって、該通路から放出されるようになっている。磁場発生器の前を接線方向に通過した後、冷媒は、冷媒回収エンドブロックに向かって軸方向に流れることになる。この冷媒回収エンドブロックにおいて、冷媒は、マグネトロンから排出されることになる。冷媒の回収は、チューブの他の区画によってなされてもよく、これによって、さらに効果的な排出を達成することができる。これは、例えば、この回収通路の外壁の孔を通して行うことができる。代替的に、チューブは、外壁に長手方向の凹みを備えていてもよい。冷媒は、優先的に、この経路を経て、冷媒回収エンドブロックに達することになる。

多壁構造の１つの中実キャリアチューブの使用によるマグネトロンの強化された剛性によって、該チューブと連携して、ターゲット自体に対するいくつかの他の独創的な態様がもたらされることになる。ターゲットは、通常、ターゲット管（マグネトロンチューブと混同されてはならない）を備えており、その上に、ターゲット材料が堆積されている。これまで、このターゲット管は、かなりの肉厚を有していなければならなかった。何故なら、このターゲット管は、（米国特許第５，５７１，３９３号または国際出願公開第２００４／０６１８９４号による設計におけるように）マグネトロンを内側から支持するように用いられていたからである。「支持する（to carry）」という語句は、重力に反して運動することを意味している。従って、マグネトロンは、その重量をターゲットチューブに伝達していることになる。国際出願公開第０３／０１５１２４号による代替的な設計では、ターゲット管は、その重量を重力によって曲がることがあるマグネトロンに伝達させないために、剛性でなければならず、従って、厚肉でなければならない。この設計では、ターゲット管とマグネトロンとは、互いに接触しないようになっている。

マグネトロンをこのように剛性にすることによって、ターゲット管の厚みを著しく減少させることができ、これによって、実質的に、マグネトロンがターゲットによって支持される代わりに、ターゲット管がマグネトロンによって支持されるようにすることが可能になる。最初、ターゲット全体の剛性は、スパッタ材料の存在によって、マグネトロンの剛性よりも大きいが、この剛性は、スパッタ材料が損耗するにつれて、徐々に減少することになる。最終的に、ターゲットは、弛んでマグネトロンによって支持されるようになる。先行技術の設計では、マグネトロンは、全体的に曲がったターゲットの重量に対処することができないが、本設計は、対処することができる。

換言すれば、本設計は、回転可能なターゲットマグネトロンの作動中にターゲットを支持する全く新規の方法を開示している。すなわち、本設計は、少なくともターゲットの有効寿命の一部において、ターゲット材料を有するターゲット管がマグネトロンによって支持されるようになっており、その逆ではない構造を開示している。好ましくは、ターゲット管がマグネトロンによって支持されるのは、ターゲットの有効寿命の最後においてである。マグネトロンは、ターゲット管およびターゲット材料からなるターゲットを支持することができるのに十分に剛性であれば、十分である。従って、ターゲット管を現在使用されているものよりも著しく薄くすることができる。

ターゲット管がマグネトロンに負荷を掛け始めたときにターゲットチューブの内壁との間に生じる摩擦を低減させるために、軸受手段が、マグネトロンチューブとターゲット管との間に導入されねばならない。これらの軸受手段は、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）または同様の材料から作製された低摩擦スライド片によって、達成される。これらのスライド片がチューブの実質的に全長にわたって延在している場合、マグネトロンチューブ、スライド片、およびターゲット管の内面によって形成された空間内に、冷媒を出口孔を通して噴出させることによって、追加的な摩擦低減が得られる。代替的に、ローラまたはボール軸受が、マグネトロンチューブの外壁に固定されていてもよい。可能であれば、これらのローラは、ターゲット管の内壁とマグネトロンチューブの外壁との間の距離を変化させることができるように、調整可能に取り付けられているとよい。

回転可能なターゲットは、ステンレス鋼のような非磁性材料から作製されたターゲット管と、その上に堆積されたターゲット材料と、を備えている。前述の本発明によって、完全に新規の独創的な回転可能なターゲット設計、すなわち、ターゲット管の肉厚を４ｍｍ以上の肉厚を有する現在用いられている重量のあるターゲット管よりも著しく薄くすることができる回転可能なターゲット設計がもたらされることになる。このようなターゲット管は、７００ＧＮｍｍ^２を超える剛性を容易に有するものである。しかし、実際には、肉厚とターゲット管に用いられる材料との組合せによって、６００ＧＮｍｍ^２未満の剛性、または５００ＧＮｍｍ^２未満の剛性とすることができる。ターゲット管の肉厚は、１ｍ以上の長さに対して、３．８mm未満、例えば、３．５ｍｍまたは３．０ｍｍ、さらに２ｍｍほどの薄さにすることができる。もしターゲットが１ｍよりも短い場合、厚みを１ｍｍまでさらに薄くすることができる。

ターゲット管の肉厚を薄くすることによって、いくつかの利点、すなわち、
−磁石をターゲット表面に接近して配置させることができるので、同じターゲット材料の厚みに対して、ターゲット表面の磁場が増大するという利点、
−管の肉厚が薄いことによって、該管がターゲット材料の熱膨張に対してより容易に応じるので、熱応力が減少するという利点（厚肉の管は、この熱膨張に対して大きな耐性を有しているので、ターゲット材料に過剰な圧縮応力（従って、亀裂）をもたらすかまたはターゲット管からターゲット材料の剥離をもたらすことになる）、および
−冷却されねばならない未使用の材料が少ないので、良好な冷却効率が得られるという利点、
がもたらされることになる。

最初、ターゲット管は、その上に堆積されたスパッタ材料によって、大きな剛性を有している。ターゲット材料が消耗すると、ターゲットの全体的な剛性が減少し、ついには、ターゲットが、全機能を保つのに十分な剛性を有しているマグネトロンによって支持されることになる。従って、本発明のマグネトロンは、このような薄肉のターゲットを用いるのに特に適している。

どのような他の機能手段も取り付けられていない内部が多壁によって仕切られたチューブの断面図である。 同一のチューブであるが、全ての他の機能手段がチューブの内部またはチューブ上に取り付けられている、チューブの断面図である。 ターゲット管がマグネトロンチューブによって支持されている第２の好ましい実施形態を示す図である。 長孔および留め具がいかに適合されているかを示す図である。 区画の他の構成を有する第３の好ましい実施形態を示す図である。

図では、１００番台の数字が図番を表し、ユニットおよび１０番台の数字は、図面の全体を通して対応する特徴部を表している。

図１は、単一の材料片である多壁構造の押出ジュラルミンチューブ１０２を示すチューブ１００の断面図である。この特定の実施形態では、１２５ｍｍの内径を有するターゲット管の内面に嵌合されることになるチューブの直径は、約１１５ｍｍである。マグネトロンチューブの全長に亘って延在するいくつかの区画が明瞭に区別可能になっている。区画１１４は、磁石発生器を収容するものであり、区画１１０は、支持体の調整機構を収容するものである。区画１１２は、支持体自体を保持するためのものである。区画１１８，１１８’，１１６，１１６’は、他の目的、例えば、冷媒供給および冷媒排出、配管の供給溝、ケーブなどのために用いることができる。孔１２２，１２２’，１２２”，１２２’’’は、蓋片（図示せず）を固定するためのネジを受け入れるためのネジ孔である（これらのネジ孔は、チューブの全長にわたって延在しているものではなく、チューブの各端にのみ設けられている）。チューブは、曲げが面ＡＡ’において生じるように取り付けられているべきである。

国際出願公開第０３／０１５１２４号の先行技術による形式のマグネトロンと比較して、チューブの剛性を計算すると、以下のデータが得られる。

「撓み」は、チューブがその両端でのみ支持されたときの磁場発生器を含むチューブの弛みである。アルミニウムのヤング率は、先行技術によるステンレス鋼実施形態のヤング率の１／３にすぎないが、新規のチューブの全体としての剛性は、重量がほぼ同じ場合、殆ど２倍である。これは、チューブの多壁内部構造による断面の幾何学的モーメントの増大によるものである。関連する磁場発生器は、１３１，１０^６Ｎｍｍ^２の剛性を有しており、チューブの剛性と比較して極めて低い。従って、発生器の調整中、チューブは、実質的に真っ直ぐに維持されることになる。

図２は、完成したマグネトロン２００をターゲット管２４１と一緒に示している。磁場発生器は、チューブの区画２１４内に組み込まれている。磁場発生器は、軟鉄バー２２４を備えており、その上に、永久磁石片２２６，２２６’，２２６’’’が取り付けられている。バー２２４の上に、固定片２３８がネジによって固定されている。固定片２３８は、支持体２２８の端の留め具２４２を受けるための長孔２４０を有している。この断面は、マグネトロンの中央におけるものであり、従って、長孔は、チューブの軸方向と直交して配向されている。他の全ての固定片に対して、長孔は、チューブの軸方向に配向されていることに留意されたい。

図４は、長孔および留め具がいかに協働作用しているかを示している。固定片４３８は、凹部４４４内に細長の長孔４４０を有している。支持体４２８の端の留め具４４２は、１／４回転されて係合することになる。マグネトロンの軸方向における支持体４２８と固定片４３８との間の運動を可能にするために、留め具４４２と固定片４３８との間に十分な遊びが設けられている。

磁石２２６，２２６’，２２６”とチューブ２０２の壁との間の距離は、支持体２２８の長さを増減することによって、調整することができる。留め具２４２の反対側の支持体２２８の端において、支持体２２８とボルト２３２によって固定された位置決めブロック２３１との間に、一連のワッシャー２３４を導入することができる。位置決めブロック２３１自体は、２つのネジ（図示せず）によってチューブに固定されており、発生器区画内への冷媒の漏れを防ぐためにＯリングによってシールされたカバー２３０によって、覆われている。このカバーもチューブにネジ止めされている。全体として、約１３個のこのような支持体が、チューブの長さに沿って規則的な距離を隔てて配置されている。

代替的な実施形態（図示せず）では、例えば、ニュー・スケール・テクノロジーズ（New Scale Technologies）から市販されているモデルＳＱ−１１５−Ｎのような圧電モータが支持体２２８内に組み込まれている。圧電モータは、本出願において特に有用である。何故なら、これらの圧電モータは、適度に熱に耐えることができ、著しくガスを放出せず、磁場の影響を受け難いからである。これら圧電モータの主な欠点は、それらが保持することできる力が低いこと（約５Ｎ）であるが、磁気バーの剛性が低いことによって、これは問題ではない。これらのモータは、中心区画１１２を通して導かれるリードによって個々に制御可能である。

冷媒は、区画２１８，２１８’を通してターゲットに供給されるようになっている。出口孔２１７，２１７’が、磁場発生器２２６，２２６’，２２６’’の近くに配置されている。約４０個の出口孔が、マグネトロンの長さの全体にわたって、均一に分布されている。冷媒供給のこの均一な分布によって、マグネトロンの全体にわたる温度差は、磁場発生器の位置において、約５Ｋの範囲内に保持されることが可能である。冷媒の回収は、軸方向において、マグネトロンチューブの長さの全体にわたって延在している（円筒に対して）平坦な凹み１０３，２０３によって、容易になされるようになっている。

マグネトロンチューブがターゲット管の内側に接触するときにマグネトロンチューブの摩耗を阻止するために、ＤｕＰｏｎｔ（商標）から市販されるフッ素樹脂であるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）を用いて作製されたスライド帯片２３６，２３６’，２３６’’，２３６’’’が、外側の凹み内に挿入されている。冷媒出口孔２１７，２１７’は、冷媒をマグネトロンチューブの外壁、ターゲットの内壁、およびスライド帯片２３６’，２３６’’によって形成された空間内に噴出させることになる。冷媒がこの空間内に強制的に送られると、冷媒がスライド帯片とターゲット管との間の間隙内に排出されることによって、付加的な摩擦低減が生じる。代替的に、スライド帯片は、ローラに置き換えられてもよい。このような実施形態によって、ターゲット管２４１は、先行技術によるチューブと比較して著しく薄肉とすることができる。何故なら、マグネトロンは、ターゲットがその使用中に弛み始めたときにターゲット管を支持するのに十分強靭であるからである。

図３に示されている本発明のさらに他の実施形態では、幾何学的形状が逆にされて、マグネトロンが下方を向いている。ローラ（その１つが３５２として示されている）が、磁場発生器３２６，３２６’，３２６’’が配置されている側とは反対側のチューブの壁に取り付けられている。この実施形態の特徴は、ターゲット材料が堆積されるターゲット管３４１を薄くすることができ、そのような薄いターゲット管３４１をローラ３５２によって支持するようになっていることである。種々のローラ組が、垂線に対して互いに異なる角度で取り付けられてもよい。これらのローラもまた調整可能である。冷媒の回収は、孔３２５，３２５’を通して行われ、冷媒回収エンドブロックへの戻りは、通路３１６，３１６’’を通して行われるようになっている。

第３の好ましい実施形態が、図５に示されている。この実施形態は、この断面が区画の別の細区分を示していることにおいて、他の実施形態と異なっている。ここでは、冷媒通路５１８，５１８’は、完全にチューブの周囲に配置されている。区画５１６，５１６’は、他の使用（配線など）に利用可能とされている。この実施形態の利点は、区画が冷却マントルとして作用するので、チューブ自体がより均一に冷却されることである。また、冷却に利用可能な断面が、他の実施形態におけるよりも大きくなっている。加えて、区画の内壁は、曲げ面とより平行になっており、その結果、より高い曲げ剛性が得られることになる。

Claims (15)

1. 回転可能なターゲット内に挿入可能なスパッタリングマグネトロン（１００，２００、３００）であって、１つまたは複数の冷媒通路（２１８，２１８’）と長形の磁場発生器（２２４，２２６，２２６’，２２６”）とを有するチューブ（１０２，２０２）を備え、前記冷媒通路および前記磁場発生器が前記チューブの内側に配設されているものにおいて、
   前記チューブは、その曲げ剛性を増大させるべく全長に亘って延在する複数の区画（１１４，２１４，１１６，１１６’，２１６，２１６’，１１８，１１８’，２１８，２１８’，１１２，２１２）を有する内部多壁構造の単体チューブ（１０２，１０４）からなり、前記区画の１つ（１１４，２１４）の内部に前記磁場発生器が取り付けられ、かつ、前記区画の少なくとも１つ（２１８，２１８’）が冷媒通路を形成していることを特徴とするスパッタリングマグネトロン。
2. 前記チューブは、押出成形、鋳造、フライス加工、または溶接によって形成された単体チューブからなることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングマグネトロン。
3. 前記チューブは、アルミニウム合金の押出成形によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタリングマグネトロン。
4. 前記磁場発生器は、前記チューブよりも低い曲げ剛性を有し、かつ、前記磁場発生器と前記チューブの外壁との間の距離を調整するために、前記磁場発生器が、前記磁場発生器の区画の内側に調整可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスパッタリングマグネトロン。
5. 前記磁場発生器と前記チューブの前記外壁との間の前記距離を調整するために、前記チューブの全長に亘って分散配置された個別の支持体（２２８；３２８）をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリングマグネトロン。
6. 前記支持体は、前記磁場発生器と前記チューブの外壁との間の距離の調整を容易にするために、前記支持体に対する前記磁場発生器の長手方向の変位が許容されるようになっていることを特徴とする請求項５に記載のスパッタリングマグネトロン。
7. 前記支持体は、機械的手段、電気的手段、流体的手段、または空圧的手段によって、調整可能であることを特徴とする請求項５〜６のいずれか一項に記載のスパッタリングマグネトロン。
8. 前記支持体は、調整可能なネジ手段（２３２）、調整可能なスライド手段、またはシムまたはワッシャー（２３４）によって、機械的に調整可能であることを特徴とする請求項７に記載のスパッタリングマグネトロン。
9. 前記支持体は、前記マグネトロンの外側から調整可能であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のスパッタリングマグネトロン。
10. 前記１つまたは複数の冷媒通路（３１８，３１８’，２１８，２１８’，５１８，５１８’）は、前記チューブの外壁に隣接した区画であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のスパッタリングマグネトロン。
11. 前記冷媒通路は、前記ターゲットと前記マグネトロンとの間の摩擦を低減すべく、少なくとも前記磁場発生器の前方で、前記チューブと前記ターゲットとの間に冷媒流を生じさせるように長さ方向に配置された多数の出口孔（２１７，２１７’，３１７，３１７’，５１７；５１７’’）を有することを特徴とする請求項１０に記載のスパッタリングマグネトロン。
12. 冷媒の回収および排出用の戻り通路は、前記チューブ内のさらに他の区画（３１６，３１６’）、または、前記チューブの全長に亘って延在する前記外壁の長手方向凹部（１０３，２０３）によって形成されていることを特徴とする請求項１０〜１１のいずれか一項に記載のスパッタリングマグネトロン。
13. 前記マグネトロンと前記ターゲットとの間の摩擦を低減すべく、前記チューブの外壁に組み込まれた軸受手段（２３６，２３６’，２３６’’，２３６’’’，３５２）をさらに備え、前記ターゲットの使用期間の少なくとも一部において、前記ターゲットが、前記軸受手段を介して支持されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のスパッタリングマグネトロン。
14. 請求項１３に記載のスパッタリングマグネトロンと回転可能なターゲットとを備えた物理蒸着装置であって、前記ターゲットは、ターゲット管（２４１，３４１）と、その上に堆積されたターゲット材料と、を備え、前記ターゲット管は、６００ＧＮｍｍ^２よりも低い曲げ剛性を有していることを特徴とする物理蒸着装置。
15. 前記ターゲット管（２４１，３４１）の厚みは、３．８ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１４に記載の物理蒸着装置。

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