JPH06507943A - 自立性亜鉛合金ターゲットを持つ回転円筒マグネトロン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 自立性亜鉛合金ターゲットを持つ回転円筒マグネトロン構造発明の分野 本発明は一般にスパッタリングによる基材製品の被覆に関するものであり、更に 詳しくは、このような被覆操作に使用される回転円筒マグネトロンの改良された 構造上の特徴に関する。

発明の背景 建築用ガラス、自動車の風よけ等の如き大面積の基材の被覆は、平面状マグネト ロンの使用を含むスパッタリング方法によりかなり長い同行われていた。このよ うな被覆物として、商用のビルディングの窓に広く使用されている多層のソーラ ーコントロール被覆物が挙げられる。典型的なソーラーコントロール被覆物は、 低放射率、ヒートミラー（ソーラーコントロール）、または加熱（デフロスタ− ）用途に使用し得る３層、５層、または７層の金属−誘電体フィルムの積み重ね を含む。酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、またはこれらの混合物が、この ようなフィルムに使用される普通の誘電体である。１９８９年２月２１日に発行 されたギラリイ（Ｇｉ　１ｌｅｒｙ）の米国特許第４．８０６．２２１号；　１ ９８９年９月６日に発行されたベルカインド（Ｂｅｌｋｔｎｄ）らの米国特許第 ４．７６９．２９１号；　１９８６年９月９日に発行されたギラリイの米国特許 第４．６１０．７７１号、　１９８５年１０月２２日に発行されたディートリッ チ（Ｄｉｅｔｒｉｃｈ）らの米国特許第４．５４８．６９１号、　１９８４年８ 月２１日に発行されたシーワード（Ｓｉｅｗｅｒｔ）らの米国特許第４．４６６ 、９４０号、　１９７７年５月ｌＯ日に発行されたグルツブ（Ｇｒｕｂｂ）らの 米国特許第４．０２２．９４７号；及び１９７６年８月３１日に発行されたトン レイ（Ｄｏｎｌｅｙ）の米国特許第３．９７８．２７２号を参照のこと。

最近、回転円筒マグネトロンが誘電層を付着するのに使用されていた。幾つかの 回転円筒マグネトロンにおいて、カソードターゲット集成体はターゲット材料か ら製造された長いソリッドチューブの形態である。しかしながら、従来の自立ソ リッドターゲットは高融点を有する比較的硬質の金属または合金、例えば、ステ ンレス鋼、銅、及びチタンのみから製造し得る。その他の円筒マグネトロンにお いて、ターゲット集成体は、スパッタリングすべきその外表面に適用されるター ゲット材料の層を有する非磁性の支持チューブを含む。プラズマ技術及び液体金 属噴霧技術がターゲット材料を支持チューブに適用するのにしばしば使用されて いる。幾つかのその他の場合には、金属ターゲット材料がステンレス鋼支持体の 上に鋳造される。金属ターゲット材料に関して、それからスパッタリングされた 金属イオンは酸素の如き反応性ガスと反応して特別な基材の上に付着される金属 酸化物を生成し得る。しかしながら、こうして加工されたカソード集成体・ソト はしばしば有効ではなく、かつ不十分である。一つの問題は、支持チューブとタ ーゲット材料の間の不十分な結合力坏十分な熱接触及び不十分な冷却をもたらす ことである。更に、支持体とターゲット材料の熱膨張の相違がまたタープ・ソト 劣化の原因になる。これらの問題が亜鉛のような軟質のタープ・ソト材料につい て特に深刻である。

発明の要Ｖ２ 本発明の主目的は、延長された大規模な工業上のスパッタリング適用を可能にす る改良された回転円筒マグネトロン構造を提供することである。

また、本発明の目的は、ターゲット材料が自立性であるような改良された回転円 筒マグネトロン構造を提供することである。

本発明の別の目的は、スパッタリング誘電フィルム及び金属フィルムに特に適し た回転円筒マグネトロン構造を提供することである。

これらの目的及び付加的な目的が、個々に、または組み合わせて使用し得る本発 明の種々の構造上の技術及び特徴により達成される。

本発明は、成る種の亜鉛をベースとする合金が自立円筒ターゲットを加工するの に使用し得るという発見に一部基いている。本発明の合金は、亜鉛と、下記の１ ２の元素ニアルミニウム、ビスマス、セリウム、ガドリニウム、ハフニウム、ニ オブ、ケイ素、タンタル、チタン、バナジウム、イツトリウム、及び／またはジ ルコニウムの一種以上を含む。更に、主金属へのこれらの１２の金属のいずれか の添加は、これらの自立ターゲットによる反応スパッタリングにより生成される 合金酸化物フィルムの機械的性質または光学的性質に悪影響しない。一つの好ま しい実施態様において、約２重量％のアルミニウムを含む亜鉛合金が自立円筒タ ーゲット（これから、透明、非吸収性、かつ光学上機能性のフィルムが製造され る）をつくるのに使用される。このようなフィルムは多層のソーラーコントロー ル被覆物に使用される。

本発明の一つの局面は、内部に磁石集成体を備えた自立円筒ターゲットチューブ を含むカソードを使用する亜鉛をベースとするフィルムを基材に付着する方法で ある。ターゲットが排気可能な室内でその長さ方向の軸のまわりに回転される間 に、ターゲットがスパッタリングされ、それにより亜鉛をベースとするフィルム を基材の表面に付着する。ターゲットは、亜鉛から生成された合金とその合金の 凝固中に添加された充分な量の結晶粒微細化剤とからつくられ、その結果、合金 の主として唯一の相が凝固後に存在する。

本発明の別の局面は、亜鉛をベースとするフィルムを基材にスパッタリングする ための装置からなる。その装置は、内部に磁石集成体を有する自立円筒ターゲッ トチューブを含み、このチューブは排気可能な室中に配置され、そしてその長さ 方向の軸のまわりに回転される。更に、ターゲットは、約１％より大きいが、約 ７％より少ないアルミニウム、ビスマス、セリウム、ガドリニウム、ハフニウム 、ニオブ、ケイ素、タンタル、チタン、バナジウム、イツトリウム、及びジルコ ニウムからなる群から選ばれた一種以上の元素を含む合金（その残部は亜鉛であ る）からつくられる（全ての％は重量基準である）。

本発明の種々の局面の付加的な目的、利点及び特徴は、その好ましい実施態様の 以下の詳細な説明から明らかになり、その説明は添付図面と併せて理解されるべ きである。

図面の簡単な説明 図１は、本発明が有利に利用される型の回転円筒マグネトロンスパッタリング系 の略図である。

図２は、図１の系に使用される型の円筒スパッタリングターゲットの中央の断面 図を示す。

図３は、本発明のターゲットに関する電流対電圧のグラフである。

図４は、本発明のターゲットに関する圧力対電圧のグラフである。

図５は、種々のターゲットに関する動的付着速度対電力のグラフである。

図６は、本発明のターゲットに関する動的付着速度対電力のグラフである。

図７は、本発明のカソードに関する動的付着速度対被覆帯域圧力のグラフである 。

図８は、本発明のターゲットに関する動的付着速度対日数のグラフである。

図９は、種々のターゲットに関する電圧対電力のグラフである。

図１０は、電圧対アルミニウム含量のグラフである。

図１１は、種々のターゲットの酸化亜鉛ＤＤＲ対電力のグラフである。

図１２は、亜鉛−アルミニウム合金の微小構造の顕微鏡写真である。

図１３は、亜鉛−アルミニウム合金の微小構造の顕微鏡写真である。

図１４は、亜鉛−アルミニウム合金の微小構造の顕微鏡写真である。

図１５は、亜鉛−アルミニウム合金の微小構造の顕微鏡写真である。

図１６は、亜鉛−アルミニウム合金の微小構造の顕微鏡写真である。

図１７は、亜鉛−アルミニウム合金の微小構造の顕微鏡写真であり、かつ図１８ は亜鉛−アルミニウム状態図である。

好ましい実施態様の説明 本発明は、亜鉛への少量のアルミニウムの添加が自立円筒マグネトロンターゲッ トを加工するのに使用し得る合金を生成するという発見に一部基いている。チュ ーブを自立性にすることは、支持チューブの必要をなくす。更に、亜鉛へのアル ミニウムの添加は、反応スパッタリング中に形成される酸化物フィルムの性質に 有害な効果を有しない。詳しくは、透明、非吸収性かつ光学上機能性のフィルム 、即ち、充分な反射性及び透過性のフィルムが製造し得る。これらの金属酸化物 は、誘電層の厚さに対するごくわずかな変更でもって多層のソーラーコントロー ル被覆物に使用し得る。加えて、被覆物の接着性、耐磨耗性、及び環境抵抗性、 例えば、耐腐食性が強化し得る。

最初に図１に、本発明の改良が利用される型のスパッタリング系が一般に記載さ れる。プラズマが密閉反応室１０内で形成され、その反応室中で、基材が室１０ を移動する際に材料の薄いフィルムを基材１２に付着する目的で、真空が維持さ れる。

基材１２は、フィルムがその上に付着されることを許すようなものであればどの 様なものでもよく、通常、成る種の真空適合性の材料、例えば、金属、ガラス、 及び幾つかのプラスチックである。また、フィルムは、前もって基材表面に形成 されたその他のフィルムまたは被覆物の上に付着し得る。

カソード集成体１４は、一般に、反応室１０中に取付けられ、かつターゲット表 面２０を有する長い回転可能な円筒チューブ１６を含む。長い磁石集成体１８が チューブ１６の下部内に運ばれ、それと共に回転しない。チューブ１６の内部は 、その系を高電力レベルで運転させるために一般に水冷されている。チューブ１ ６は水平位置に支持され、駆動系２２によりその長さ方向の軸のまわりに一定の 速度で回転される。

チューブ１６は以下に述べるターゲット材料からつくられた壁を有する。

長い磁石１８は、チューブ１６内に長さ方向に配置された集成体を含む。その集 成体は、回転円筒ターゲット１４の底部で維持される円筒の周囲付近で三つの交 番磁極２４．２６及び２８を生じるように設計される。図１に示された配置は、 磁石の“Ｔ形状（断面）である。後記される交互の配置は“Ｕ”字形の断面形状 である。いずれの場合にも、磁石は、それらの磁力線が一つの極からチューブを 通って流りそしてチューブ中を曲線を描いて隣接の極に戻るようにチューブ１６ に対して配置される。この配置は、隣接の極の間に“磁気トンネル”と称される ものを生じ、これはスパッタリング速度を増大させるだけでなく、ターゲット材 料２０をトンネル内、特にその中央で速く取り出させる。

スパッタリングを生じさせるのに充分なカソード電位が、電源３０から通常の電 気ブラシによりチューブ１６とのすり接点３４を有する電力線３２を介して管状 ターゲット２０に供給される。電源３０は記載されている例では直流型のもので あるが、交流電源がまたこのような構造中に使用し得る。反応室１０の囲いは導 電性であり、電気的に接地されている。それはスパッタリング方法でアノードと して利用できる。別個のアノードが必要により使用され、小さい正電圧に保たれ てもよい。被覆操作が行われるのに必要な低圧を得るために、反応室ＩＯは真空 ポンプ３８と通じている出口管３６を備えている。

室１０に被覆操作に必要なガスを与えるために、ガス供給系が含まれている。第 一ガス供給管４０が不活性ガスの源４２から被覆室ＩＯに延びている。入口管４ ０に連結されたノズル４４が回転カソード１４の上の領域中で不活性ガスを分配 する。ターゲット表面２０と接地された室の囲いの間に確立された電界の影響下 で電気的に帯電されたイオンに分解するのは、不活性ガスである。陽イオンは、 それらが磁場（主として二つの平行なストリップ中にあり、一つは磁石集成体１ ８に向かい合った、その底部の円筒１４の長さに沿って、対向する磁極の夫々の 間にある）により案内される領域中でターゲット表面２０に引きつけられ、その 表面を衝撃する。

第二ガス供給管４６が反応性ガス源４８から室ｌＯに延びている。入口管４６に 連結されたノズル５０が、被覆される基材１２に近く、しかもその幅を横切る領 域中で反応体ガスを分配する。反応性ガスの分子が、イオン衝撃の結果として、 ターゲット表面からスパッタリングされた分子と化合して、基材１２の上表面に 付着される所望の分子を生成する。

示されたガス供給系の多くの変化が同様に実用的である。源４ｚ及び４Ｂからの 不活性ガス及び反応性ガスが合わされて、共通の管及び一対のノズルを通して室 ｌＯに送り出される。これが行われる場合、送出管は回転ターゲットチューブ１ ６の側に沿って、その長さ方向の軸と平行に配置されることが好ましい。二つの このような管が使用でき、一つがターゲットチューブ１６の夫々の側にあり、そ の長さ方向の軸と平行であり、夫々が不活性ガス及び反応性ガスの同じ組み合わ せを送出する。また、一種より多い反応性ガスが、付着されるフィルムに応じて 、同時に供給し得る。

図２では、好ましい回転円筒ターゲット構造及び幾つかの関連部材の断面図が示 される。図２の集成体は、図１の全体の略図に一般に示されたスパッタリング系 における利用に好ましい。電気的に接地された金属フレーム５１がその中に真空 室５３を形成する。周囲の室温及び圧力がエンケーシング（ｅｎｃａｓ　ｉｎｇ ）壁５１の外部に実在する。例えば、ガラスシートのようなもので、被覆されつ つある基材５５は、複数の支持ローラー、例えば、ローラー５７により紙面に垂 直な方向に、回転円筒マグネトロン構造を通り過ぎて進められる。

所望のターゲット材料から完全に形成された円筒５９は表面６１を含む。円筒５ ９は、支持集成体６５により支持されるスピンドルシャフト６３に取り付けられ ている。同様に、円筒５９の他端は、支持集成体９０に固定されるブラケット７ １に収容されたトラニオン６９により支持されるスピンドルシャフト６７により 支持される。両方のスピンドルはステンレス鋼からつくることができる。支持集 成体及びブラケットは所望の回転可能な位置に円筒ターゲット５９を一緒に保持 し、それをその長さ方向の中央の軸のまわりに回転させ、冷却液の源を与え、温 かい液をそれから排出し、大きいｄ、　ｃ、電圧へのそれの電気接続をブラシ集 成体５８により与える。

端部プレート７５は水を源（図示されていない）から開口部７７を通って運ぶ。

長い管７９は、その中心の軸が回転円筒５９の軸と一致するように導管部材７５ の壁で固定されている。管７９の目的は、水を円筒５９を通してその反対の端部 （そこで水が開口部８１を通って流出される）に運ぶことである。その管のその 端部から逃げる水は円筒５９の内部中を逆流し、それによりターゲット表面を冷 却し、そして導管７８を通って流出する。

円筒５９は、その間に配置された適当な静止Ｏリングシール１０２で半月形クラ ンプ１０１に一端で取り付けられている。半月形クランプは、順に、スピンドル と円筒の間に良好な電気接点を与えるようにスクリュー１０３によりスピンドル ６３に連結されている。この実施態様において、電気ブラシはスピンドル６７と 接触している。同様に、ターゲットの他端で、円筒５９はその間に配置された適 当な静止Ｏリングシール１０６で半月形クランプ１０５に取り付けられている。

その半月形クランプはスクリュー１０７によりスピンドル６７に連結されている 。

記載されている構造は、交流または直流によるスパッタリングに利用し得る。

両方が異なる用途に利用されるが、直流の実施態様が通常工業上の用途（この場 合、基材へのフィルムの付着速度が最大にされることが所望される）に好ましい 。

多くの用途に関して、単一の回転円筒ターゲットが満足である。しかしながら、 高付着速度の大規模の商用の被覆系に関して、二つ以上のこのようなターゲット 集成体を一緒に接近してタンデムに配置することがしばしば望ましい。

単一の回転円筒マグネトロン集成体が所定の設備で利用される場合、磁気集成体 ７２のＮ極及びＳ極のどのような相対的な配置を取るかは問題ではない。しかし 、二つ以上のターゲット集成体が互いに隣接して利用される場合、隣接ユニット の交互の極性配向を有することが好ましいことがわかった。隣接タープ・ソト集 成体の一つはＮ’−８−Ｎの順序に配置されたその極性を有し、一方、隣接する 一つは５−Ｎ−５配置を有する。異なる極性配置は、単に磁石をそれらの長さ方 向の軸のまわりに１８０度回転させることにより与えられる。これは、被覆され つつある基材５５の表面付近で生じるプラズマの位置及び形状を望ましいように 調節することがわかった。

亜鉛への少量のアルミニウムの添加は合金を生成し、これから自立円筒ターゲッ トが加工し得る。アルミニウムは鋳造亜鉛合金中で結晶粒微細化剤として作用す る。微粒子構造は、高温でさえも合金の総合の強度に寄与する。一つの実施態様 において、本発明の亜鉛合金は約１〜７重量％のアルミニウムを含む。実験は、 約１％未満のアルミニウムを含む亜鉛合金ターゲットがたわむ傾向にあることを 示す。好ましい実施態様において、本発明の亜鉛合金は約２重量％のアルミニウ ムを含む。この実施態様のターゲットは優れた構造保全性を維持し、そして高品 質の金属酸化物フィルムを生じる。また、自立円筒カソードは、約１〜７重量％ の下記の１２の元素ニアルミニウム、ビスマス、セリウム、ガドリニウム、ノ） フニウム、ニオブ、ケイ素、タンタル、チタン、バナジウム、イ・ソトリウム、 及びジルコニウムの一種以上を含む亜鉛をベースとする合金から形成し得る。こ のような合金のターゲットは、目視て透明な金属酸化物フィルムを反応スノ（・ ツタリングし、または不透明な金属フィルムをスパッタリングするのに使用し得 る。

実験結果 本発明の装置及び方法を利用する実験を、本願出願人の一部門であるアーコ・コ ーティング・テクノロジー（Ａｉｒｃｏ　Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ ｙ）により製造された円筒マグネトロン中で行った。５種の亜鉛合金ソリッドチ ューブ自立タープ・ノドを試験した。これらの合金は亜鉛と下記の量（重量％） のアルミニウムを含んでいた。

１％、２％、４％、８％、及び１２％。その他に、少量の銅及びマグネシウムを 添加して機械加工性を促進した。銅及びマグネシウムの合計量は１重量％未満で あった。これらのターゲットを、連続鋳造方法を使用してコミンコ・メタルズ社 （Ｃｏｍｉｎｃｏ　Ｍｅｔａｌｓ、　０ｎｔａｒｉｏ、　Ｃａｎａｄａ）により 製造した。１２％及び８％のアルミニウム合金力快々商品名ＺＡ−１２（商標） 及びＺＡ−８（商標）として販売されており、４％のアルミニウム合金が４％Ａ Ｉ　ＺＡＭＡＫ３（商標）として知られている。全てのＺＡＭＡＫ３（商標）合 金は４重量％のアルミニウムであり、種々の量の銅及びマグネシウムが種々の鋳 造操作のために添加されている。亜鉛鋳造合金中の銅及びマグネシウムは凝固方 法中のα−プライム相の形成を抑制すると考えられる。α−プライムは合金中の 望ましくないアルミニウムに富む相である。これらの少量のアルミニウム添加は ターゲットの性能に影響しなかった。便宜上、４％アルミニウムＺＡＭＡＫ３（ 商標）ターゲット、ＺＡ−８（商標）ターゲット及びＺＡ−１２（商標）ターゲ ットを、以下、単にそれらのアルミニウム含量、例えば、４％ＡＩにより表す。

スパッタリングの前に、ターゲットを、不活性ガスを使用して状態調節し、次い で所望の分圧に達するまでプロセスガスを添加した。その方法を、安定化される までその点て操作した。次いでガラス基材を被覆帯域に導入し、フィルムを適用 した。本発明の方法は、高速で付着される耐久性の金属をベースとするコンパウ ンド被覆物を与える。

表１は、４％ＡＩターゲットからの５種のフィルム試料の製造の際のプロセスデ ータを示す。夫々の試料に関して、基材はスパッタリング方法中で５０インチ／ 分の速度でプラズマ中を６回通過した。反応スパッタリングの前に、ターゲット を電流−電圧応答及び圧力−電圧応答につき試験した。ターゲットは図３及び図 ４に示されるように正常な応答を示した。

フィルム　Ｏｓ／Ａｒ 厚さ　ＤＤＲ電力　電圧　電流　圧力　ガス流量試料　（人）　（人Ｉ”／Ｊ） 　（ｋＷ）　（ボルト）（アンペア）（ミリトル）　（ｓｅｅｍ）１　１８７２ 　９９０　２０　３２８　６４　２．５６　２１９／３４２　２４３４　８５９ 　３０　３３４　９５　２．５４　２１９／３４３　２０３５　８０８　４０　 ３４０　１２４　２．３６　２１８／３３４　３６０２　７６３　５０　３４０ 　１５５　２．５０　２９０１０に測定した。最初に、フィルムの物理的厚さを 、スロアン・デクタフ（Ｓｌｏａｎ　Ｄｅ−ｋｔａｋ）ＩＩＡプロフィロメータ ー（Ｐｒｏｆｉｌｏｌｌｌｅｔｅｒ）を使用して測定した。フィルムをパーマネ ント・マーカーにより描かれた線の上に付着し、その後、そのフィルムを超音波 アルコール浴中で線の上で離層することにより製造した。次いでスパッター効率 、即ち動的付着速度（ＤＤＲ）を、ワイプ（Ｗａｉｔｓ）により示された等式（ Ｒ，Ｋ。

ワイフ著、　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉ　１ｍ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ、　１５０頁、アカデ ミツク・プレス、ニューヨーク。

１９７８を参照のこと）において物理的厚さ及び付着パラメーターを使用して夫 々のフィルムにつき計算シタ。

ＤＤＲ（人ＭＭｔ／ジュール）　＝（ｄ＄ｃｔｓ）／（Ｐｔｎ）（式中、ｄ−フ ィルムの厚さく人） Ｃ＝ツタ−ットの走行長さく謹） Ｓ＝コンベヤー速度（ｍｍ／秒） Ｐ＝適用電力（ワット） ｎ＝通過数　） アルゴンを最後の二つのデータ点で排除した。何となれば、ターゲットが高い電 力で金属になる傾向があったからである。これは、その他の亜鉛合金を使用する 試験結果に基いて動的速度を約１０％減少すると概算される。

図５は、４％Ａ１ターゲット、８％Ａ１ターゲット、及び１２％ＡＩターゲット に関するＤＤＲ対電力のグラフである。純粋な酸素中の４％ＡＩターゲットに関 する５９ｋＷにおける速度（曲線５０１）は、かなり高速である７０６ＤＤＲで あった。４％ＡＩターゲットに関するＤＤＲは、１２％ＡＩに関するＤＤＲ（曲 線５０２）及び８％ＡＩに関するＤＤＲ（曲線５０３）よりもあらゆる電力で極 めて高く、しかも有利なことに、純粋な亜鉛の平面状のターゲットに関する速度 （これは１０％のアルゴンを含む酸素中で２０．６ｋＷの最大の可能電力で１３ １６０ＤＲと測定された）に匹敵する。

図５から明らかであるように、ＤＤＲは電力が増加するにつれて減少し、これは 円筒ターゲットについて普通の現象であった。対照的に、匹敵するサイズの亜鉛 の平面状のターゲットに関するＤＤＲは、約２５ｋＷの融点までの電力で変化し ない。

図６（これは４％ＡＩターゲットに関するＤＤＲ対電力のグラフである）は、こ れらのターゲットに関するＤＤＲの減少が固有の現象であり、しかも時間依存性 の効果ではないことを示す。ＤＤＲそれ自体は、電力を増加するにつれて軌道を 描き（曲線６０１）、また電力を減少するにつれて軌道を描く（曲線６０２）。

ＤＤＨの変化は、スロアン・デクタフ・プロフィロメーターを使用する厚さの測 定誤差によるものであり、また異なる日数中の操作条件の変動によるものである 。因７及び図８は、夫々、４％ＡＩターゲットに関して、ＤＤＲを系の圧力の関 数として、また一定の操作パラメーターによる時間の関数として示す。圧力また は日数のいずれもが試験範囲にわたって重要な因子ではないことが明らかである 。図８は、高電力密度で長期安定操作（５９ｋＷで６時間）を明らかに示す。

また、操作電圧は、図９（これは４％ＡＩターゲット、８％ＡＩターゲット、及 び１２％ＡＩターゲットに関する電圧対電力のグラフである）により示されるよ うに重要な傾向を示した。２０ｋＷ、３０ｋＷ、及び４０ｋＷの電力に関して、 電圧は試験した３種の亜鉛合金ターゲットに関してほぼ一定であるが、その大き さは異なっていた。

例えば、２０ｋＷでは、電圧は１０％のアルゴンを含む酸素中で純粋な亜鉛（図 示されていない）、４％ＡＩ（曲線９０１）、８％ＡＩ（曲線９０２）、及び！ ２％ＡＩ　（曲線９０３）に関して夫々４８０Ｖ、　３２８Ｖ、及び２９０ｖ、 並びに２７２ｖであった。合金の全てが純粋な亜鉛の平面状のターゲット電圧よ りもかなり下である。これは、更に多くの電子をプラズマに入れるＡｌ２Ｏ，の 更に高い二次の電子放出のためであるかもしれず、これが更に有効なイオン化を 生じ、こうして更に低いインピーダンス及び更に低い操作電圧をもたらす。明ら かであるように、操作電圧はアルミニウム含量が増加するにつれて低下する。こ れは操作に関して非常に重要である。何となれば、低い操作電圧では、電力供給 量がそれらの電流限界に迅速に達し、到達可能電力を制限するからである。操作 電圧は４％以下のアルミニウムを含む亜鉛タープ・ットに関して問題ではない。

誘電層が４％ＡＩターゲットから反応スパッタリングされた亜鉛合金酸化物フィ ルムを含む金属−誘電体フィルムの積み重ねを製造した。中性の低放射率の積み 重ねは下記の一般的な設計構造ニガラス／誘電体／Ａｇ／誘電体を有していた。

フィルムの積み重ねは下記の光学規格値及び電気規格値を有していた。

光源Ｄ６５．１０度のオブザーバ− ％Ｔ＝８８．６　Ｒｆ　＝４．３　Ｒｇ　＝４．９ａ＝ｏ、０５　ａ＝−０，４ ｂ＝−４，２ｂ＝−７，１ 放射率＝０．１０　シート抵抗＝９．５オーム／ｓｑ。

比較として、中性の低放射率の市販のフィルター（上記の設計構造中の誘電層は ＺｎＯ□を含む）は、通常、下記の光学規格値及び電気規格値を有する。

光源Ｄ６５．１０度のオブザーバ− ％Ｔ＝８６±３Ｒｆ＝６±３Ｒｇ＝６±３ａ＝−１，５±２　ａ＝−１，５±２ ｂ＝−４，０±２　ｂ＝−６，０±２ 放射率≦０．１０　シート抵抗≦ｌＯオーム／ｓｑ。

最後に、下記の光学規格値及び電気規格値を、同様の設計構造の中性の低放射率 のフィルター（その誘電層は亜鉛ターゲットを有する平面状マグネトロンで反応 スパッタリングにより形成された酸化亜鉛からなっていた）から測定した。

光源Ｄ６５．１０度のオブザーバ− ％Ｔ＝８５．６　Ｒｆ　＝４．３　Ｒｇ　＝５．７ａ＝−０，５ａ＝−１，３ ｂ＝−５，６ｂ＝−７，４ 放射率＝０．０９　シート抵抗＝９．３オーム／ｓｑ。

明らかであるように、低放射率のフィルター（その誘電層は４％ＡＩから反応ス パッタリングされた酸化物を含む）は、誘電体が実質的に純粋な酸化亜鉛から形 成されるフィルターに匹敵するフィルターを生じた。

ターゲットの加工 夫々的１％のアルミニウムを含む２種の８４インチのターゲットを連続鋳造方法 により加工した。ターゲットを一夜にわたって旋盤の上に配置した。ターゲット は一夜にわたって約ｏ、　ｏｏｓ〜ｏ、ｏｔｏインチたわむことがわかった。１ ％のアルミニウム合金は自立の回転可能なターゲットにおける適用には充分な強 度を有していないことが明らかであった。

表２は、主要な合金元素（ＡＩ、　Ｃｕ、及びＭｇ）及び通常の特定の不純物（ Ｆｅ　、　Ｐｂ、Ｃｄ、及びＳｎＸこれらは“純粋な”亜鉛または亜鉛合金中に 通常見られる）に関する種々の亜鉛合金ターゲットの化学分析の結果を示す。

２％ＡＩ　重力　１．９５　０．１０００．０３００．００３０．００４０．０ ００６　＜０．００５２％ＡＩ　連続　２．０２　０．１０４０．０３１０．０ ０２０．００４０．０００６　＜０．００５４％ＡＩ　連続　４．１０　＜０． ０５０．０３９０．０１３０．００２　＜０．００２　＜０．００２４％ＡＩ　 連続　４．１５　＜０．０５０．０３８０．０１２０．００２　＜０．０００１ 　＜０．００２８％ＡＩ　連続　８．４６　１，０１　０．０２３０．００９０ ，００４０．０００４　＜０．００５１２％ＡＩ　連続　１１．８　０．８８０ ０．０２００．００８０．００３０．０００３　＜０．００５１２％Ａ１　連続 　１１．８　０．８７００．０２２０．００９０．００４０．０００４　＜０． ００５２％のアルミニウムターゲット及び４％のアルミニウムターゲットの物理 的性質の幾つかを測定しく２１℃で）、結果を表３に示す。

降伏強さ　３０，６００　２７，０００　２３．０００（ｐｓｉ） 伸び（％）　１．２　１．８　０．４ 硬度（Ｈａ） ２５０１５／３０　８８．３　９２．０　８２．３２０／２／３０　８５．３　 ８８．２　８２．９密度 ｇ／ｃｃ（２１℃）６．６０”　６．９１　６．８７ボンド／立方インチ（７０ ０Ｆ）　０．２４０　”　０．２５０　０．２４８熱膨張 μインチ／インチ／　’　Ｆ　１５．２”　１５，２　１６．２明らかであるよ うに、連続鋳造方法により製造された２％ターゲットは良好な引張強さ及び降伏 強さを示し、これは自立ターゲットに重ｉである。連続鋳造方法に関連する速い 冷却は更に微細な粒子を含む合金を生じると考えられる。２％アルミニウムター ゲットは本発明の自立ターゲットの好ましい実施態様である。

これは機械的強度と操作特性の折衷である。ターゲット操作電圧及び付着速度は 純粋な亜鉛に関して最高であり、アルミニウム含量が増加されるにつれて迅速に 低下する。これが図１０（電圧対ＡＩ含量）及び図１１（種々のターゲットの酸 化亜鉛ＤＤＲ対電力）に図示される。図１１において、曲線１１０１．１１０２ ．１１０３．１１０４、及び１１０５は、夫々１％、２％、４％、８％、及び１ ２％のアルミニウムターゲットに関する付着速度を表す。約１％以下のアルミニ ウムを含む亜鉛ターゲットが自立性であるのに不十分な強度を有すると仮定する と、２％アルミニウムターゲットは最高の付着速度及び操作電圧を有する自立タ ーゲットを与える。

微小構造の試験 金属組織標本を、鋳造されたままの状態の鋳造材料の小さい切断部分で調製した 。亜鉛合金標本の表面は、２４０グリッド紙、４００グリッド紙及び６００グリ ッド紙の順序の湿式研削を受けた。最終の表面研磨を、２．５ミクロンのダイヤ モンドペーストを使用して研磨ホイールで行った。

標本をアルコールで洗浄し、アルコールで希釈した硝酸（ＮＩＴＡＬ）でエツチ ングした。微小構造を１００倍及び１０００倍の倍率のニコン双眼顕微鏡で調べ た。顕微鏡写真をポラロイドカメラ付属装置で撮影した。図１２及び図１３は、 夫々１００倍及び１０００倍の４％ＡＩ合金（連続鋳造）の微小構造の顕微鏡写 真である。図１４及び図１５は、夫々１００倍及び１０００倍の２％ＡＩ合金（ 連続鋳造）の微小構造の顕微鏡写真であり、そして図１６及び図１７は夫々１０ ０倍及び１０００倍の２％八へ合金（重力鋳造）の微小構造の顕微鏡写真である 。異なる相構造が顕微鏡写真で認められる。

４％ＡＩ合金及び２％ＡＩ合金は基本的には少量の付加的なＣｕ及びＭｇを含む 亜鉛−アルミニウム合金であるので、それらの微小構造は図化（これはハンセン （）Ｉａｎｓ−ｅｎ）及びアンデルコ（Ａｎｄｅｒｃｏ）著、“Ｃｏｎ５ｔｉｔ ｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｉｎａｒｙ　Ａ１１ｏｙｓ”、第２編。

マグロ−ヒル・ブック社（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏ、）、　ニ ューヨーク、１９８９年８月。

１４９頁から抜粋した）に示された２成分の亜鉛−アルミニウム状態図に基いて 検討し得る。両方の合金の凝固が始まる際に、−次相は液体中でデンドライトと して凍結する亜鉛に富む（β）固相であろう。温度が３８２℃に達する時、残っ ている液体はβ−相及びアルミニウムに富むα、−相を含む層状残品マトリック スとして凝固する。冷却が続いて２７５℃に達すると、固体のα１−相は固体反 応により（共析により）アルミニウムに富むα−相と実質的に純粋な亜鉛（β− 相）の混合物に分解するであろう。溶液中に若干過剰の亜鉛を含むアルミニウム に富む相は室温に冷却し、一方、亜鉛に富むβ−相は固溶体からアルミニウムを 沈殿し続ける。カイエ（Ｋａｙｅ）及びストリート（Ｓｔｒｅｅｔ）著、”Ｄｉ ｅ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ″、バターワース・サイエンティフ ィック社（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、ロンドン、英国 、　１９８２．８６−８８頁を参照のこと。

本発明の種々の特徴がその好ましい実施態様に関して記載されたが、本発明は請 求の範囲の全範囲内の保護を受ける権利があることが理解されるであろう。

特表千６−５０７９４３　（７） ＦＩＧ、３゜ ＦＩＧ　４ ＦＩＧ　５ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ　１２゜ ＦＩＧ、１４゜ ＦＩＧ、１６゜ ＲＧ、１７ 国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．内部に磁石集成体を有する自立円筒ターゲットチューブを含むスパッタリン グカソードを排気可能な室中に配置し、基材を前記室に入れ、ターゲットをその 長さ方向の軸のまわりに回転させ、そしてターゲットをスパッタリングし、それ により亜鉛をベースとするフィルムを前記基材の表面に付着する亜鉛をベースと するフィルムを基材に付着する方法であって、ターゲットが、亜鉛から生成され た合金と、その合金の凝固中に添加された充分な量の結晶粒微細化剤とからつく られ、その結果、合金の主として唯一の相が凝固後に存在することを特徴とする 亜鉛をベースとするフィルムを基材に付着する方法。
2. ２．内部に磁石集成体を有する自立円筒ターゲットチューブを含むスパッタリン グカソードを排気可能な室中に配置し、基材を前記室に入れ、ターゲットをその 長さ方向の軸のまわりに回転させ、そしてターゲットをスパッタリングし、それ により亜鉛をベースとするコンパウンドフィルムを前記基材の表面に付着する亜 鉛をベースとするフィルムを基材に付着する方法であって、ターゲットが、１％ より大きいが、約７％より少ないアルミニウム、ビスマス、セリウム、ガドリニ ウム、ハフニウム、ニオブ、ケイ素、タンタル、チタン、バナジウム、イットリ ウム、及びジルコニウムからなる群から選ばれた一種以上の元素を含む合金（そ の残部は亜鉛である）からつくられる（全ての％は重量基準である）ことを特徴 とする亜鉛をベースとするフィルムを基材に付着する方法。
3. ３．ターゲットが、１％より大きいが、約７％より少ないアルミニウム、チタン 、バナジウム、タンタル、及びジルコニウムからなる群から選ばれた一種以上の 元素を含む合金（その残部は亜鉛である）からつくられる（全ての％は重量基準 である）請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．ターゲットが、１％より大きいが、約７％より少ないアルミニウムを含む合 金（その残部は亜鉛である）からつくられる（全ての％は重量基準である）請求 の範囲第３項に記載の方法。
5. ５．ターゲットが、約２％のアルミニウムとその残部の亜鉛を含む合金からつく られる（全ての％は重量基準である）請求の範囲第４項に記載の方法。
6. ６．ターゲットをスパッタリングする工程がターゲットを反応性雰囲気中でスパ ッタリングし、それにより亜鉛をベースとするコンパウンドの薄いフィルムを基 材に付着することを含む上記の請求の範囲のいずれかに記載の亜鉛をベースとす るコンパウンドフィルムを基材に付着する方法。
7. ７．ターゲットをスパッタリングする工程がターゲットを酸素ガス雰囲気中でス パッタリングし、それにより酸化亜鉛の薄いフィルムを基材に付着することを含 む請求の範囲第６項に記載の亜鉛をベースとするコンパウンドフィルムを基材に 付着する方法。
8. ８．前記カソードを排気可能な被覆室に配置する工程が、銅及びマグネシウム（ これらは一緒に前記合金の約１％以下を構成する）を含む合金からつくられたタ ーゲットチューブを用意することを含む請求の範囲第７項に記載のフィルムの付 着方法。
9. ９．内部に磁石集成体を有する自立円筒ターゲットチューブが排気可能な室中に 配置され、その長さ方向の軸のまわりに回転される亜鉛をベースとするフィルム をスパッタリングにより基材に付着する装置であって、ターゲットが、約１％よ り大きいが、約７％より少ないアルミニウム、ビスマス、セリウム、ガドリニウ ム、ハフニウム、ニオブ、ケイ素、タンタル、チタン、バナジウム、イットリウ ム、及びジルコニウムからなる群から選ばれた一種以上の元素を含む合金（その 残部は亜鉛である）からつくられる（全ての％は重量基準である）ことを特徴と する亜鉛をベースとするフィルムをスパッタリングにより基材に付着する装置。
10. １０．ターゲットがその長さ方向の軸を水平にして配置される請求の範囲第９項 に記載の装置。
11. １１．ターゲットが、１％より大きいが、約７％より少ないアルミニウム、ビス マス、セリウム、ガドリニウム、ハフニウム、ニオブ、ケイ素、タンタル、チタ ン、バナジウム、イットリウム、及びジルコニウムからなる群から選ばれた一種 以上の元素を含む合金（その残部は亜鉛であり、全ての％は重量基準である）か らつくられたチューブを含むことを特徴とする亜鉛をベースとするフィルムを基 材にスパッタリングするのに適した円筒ターゲット。