(57)【要約】本発明の一態様は、ビームの中空部分に位置するビーム軸に沿って中空イオンビームを生成するように構成されているイオン源と、少なくとも１つのターゲット表面を画定するターゲット本体を有するスパッタリングターゲットであって、ターゲット本体はスパッタ可能な粒子を含み、ターゲット本体はイオンビームが少なくとも１つのターゲット表面に衝突してターゲット本体から被改質表面に向かって粒子をスパッタするようにイオン源に対して配置されているスパッタリングターゲットとを含むイオンビームスパッタリング装置を提供する。ターゲット本体は、被改質表面に向かってスパッタされた粒子が全体としてスパッタターゲットからビーム軸に対して半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるように形作られ、スパッタ方向は、（ｉ）ビーム軸に向かって延びる方向と（ｉｉ）ビーム軸から離れるように延びる方向の一方である。
2021508786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームスパッタリング装置であって、
中空イオンビームの中空部分に位置するビーム軸に沿って中空イオンビームを生成するように構成されているイオン源と、
少なくとも１つのターゲット表面を画定するターゲット本体を有するスパッタリングターゲットであって、前記ターゲット本体はスパッタ可能な粒子を含み、前記ターゲット本体は前記イオンビームが前記少なくとも１つのターゲット表面に衝突して前記ターゲット本体から対象物の被改質表面に向かって粒子をスパッタするように前記イオン源に対して配置されているスパッタリングターゲットと
を含み、
前記ターゲット本体は、前記被改質表面に向かってスパッタされた粒子が全体として前記スパッタリングターゲットから前記ビーム軸に対して半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるように形作られ、前記スパッタ方向は、（ｉ）前記ビーム軸に向かって延びる方向と（ｉｉ）前記ビーム軸から離れるように延びる方向の一方である、装置。
【請求項２】
前記ターゲット本体は、前記ターゲット本体を通って延びるターゲット通路を有し、前記ターゲット通路は、前記イオンビームのためのイオンビーム入口と、スパッタされた粒子が被改質表面に向かって前記ターゲット通路を出るための粒子出口とを有し、前記少なくとも１つのターゲット表面は、前記通路を少なくとも部分的に画定する前記ターゲット本体の少なくとも表面の形態である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビーム軸に垂直な平面における前記イオンビーム入口の断面積は、前記ビームが前記入口を通過できるように、前記イオンビームの外周に囲まれる断面積よりも実質的に大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記スパッタ方向は、前記ビーム軸に向かって延びる方向である、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記ビーム軸に垂直な平面における前記粒子出口の断面積は、前記イオンビームの中空部分の断面積よりも実質的に小さい、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記イオンビーム入口と前記粒子出口の中間にある前記ターゲット通路の少なくとも一部が、前記粒子出口に向かって先細りになっている、請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
前記ターゲット通路は、前記イオンビーム入口又はその近傍から前記粒子出口又はその近傍まで先細りになっている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記通路は、実質的に一定の割合で先細りになっている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記スパッタ方向は、前記ビーム軸から離れるように延びる方向である、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項１０】
前記中空イオンビームが前記少なくとも１つのターゲット表面に衝突するように、前記ターゲット本体の少なくとも一部の断面積が前記イオン源から離れる方向に増大する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ターゲット本体の少なくとも一部の断面積は、前記中空イオンビームの中空部分の断面積よりも実質的に小さい第１の断面積から前記中空イオンビームの外周の断面積よりも実質的に大きい第２の断面積まで、前記イオン源から離れる方向に増大する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ターゲット本体の外周の断面積が、前記中空イオンビームの方向に実質的に一定の割合で増大する、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ターゲット通路は、前記イオンビームが前記ターゲット表面に衝突することなく前記通路の外側の被改質表面に向かって前記粒子出口を通って前記ターゲット通路を出るのを阻止するように形作られている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビーム軸は、前記イオンビーム入口、前記ターゲット通路及び前記粒子出口と重なる、請求項２から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記ビーム軸は中心ビーム軸であり、前記ターゲット通路は、前記ビーム軸と実質的に同軸である中心通路軸を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ターゲット通路は、前記中心通路軸及び／又は前記ビーム軸に関して概ね対称である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ターゲット本体も、前記中心通路軸及び／又は前記ビーム軸に関して概ね対称である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記イオンビーム入口及び前記粒子出口は、実質的に前記通路軸及び／又は前記ビーム軸を中心とする、請求項２から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記ビーム軸に垂直な平面における前記イオンビーム入口の断面形状が、実質的に円形、長円形、及び丸みを帯びた角を有する長方形からなる群から選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記ビーム軸に垂直な平面における前記粒子出口の断面形状が、実質的に円形、長円形、及び丸みを帯びた角を有する長方形からなる群から選択される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
パターンを画定して前記パターンに従って被改質表面にスパッタされた粒子を堆積させるためのステンシルを前記粒子出口又はその近傍にさらに含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記ステンシルは、前記粒子出口に隣接して配置され、少なくとも部分的に前記粒子出口を横切って延びる、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記スパッタリングターゲットは、それぞれ前記ターゲット本体を通って延びる１つ以上の真空ベント又は開口部を含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記又は各ベントは、前記イオンビーム入口又はその近傍にある前記ターゲット本体の第１の端部又は部分から前記粒子出口の近傍にある前記ターゲット本体の第２の端部又は部分まで前記ターゲット本体を通って延びる、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記通路の外側で前記スパッタリングターゲットの粒子出口に隣接して被改質表面を有する対象物を少なくとも部分的に支持するための支持体を含むか又は前記支持体と関係している、請求項１から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記イオン源及び前記スパッタリングターゲットは、前記通路の外側で前記粒子出口に隣接して配置されている被改質表面を有する対象物に対して実質的に前記ビーム軸に垂直な方向に移動可能である、請求項１から２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記中空イオンビームは、前記イオン源における幅Ｗ及び内径Ｒを有し、前記中空イオンビームがスパッタリングターゲットに向かって進むにつれてビーム幅の増大を示し、前記ビーム幅の増大は、
前記ビーム軸から離れる側のＡのビーム幅の増大と、
前記ビーム軸に向かう側のＢのビーム幅の増大と
を含む、請求項１から２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記スパッタリングターゲットは、ｄ＝（Ａ＋Ｗ＋Ｂ）ｔａｎδによって定義される高さｄを有し、δは、前記中空イオンビームに対する前記スパッタリングターゲットの傾斜を表す、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記スパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットに衝突するときの中空イオンビームの内径Ｒ−Ｂに等しい最大内径ｒを有し、前記最大内径は、ａ≦ｒ≦Ｒ−Ｂによって定義される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記スパッタリングターゲットは、ｈ≧ｄによって定義される最小高さｈを有する、請求項２８又は２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記スパッタリングターゲットは、ｗ≧Ａ＋Ｗ＋Ｂによって定義される最小幅ｗを有する、請求項２７から３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記スパッタリングターゲットは、前記少なくとも１つのターゲット表面が前記スパッタ可能な粒子を提供するように単一の材料から成る、請求項１から３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記スパッタリングターゲットは少なくとも第１の材料と第２の材料とを含み、前記第１の材料は前記第２の材料とは異なる、請求項１から３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記第１の材料及び前記第２の材料は、前記中空イオンビームに対して実質的に同じ入射角に配置される、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記第１の材料は前記中空イオンビームに対して第１の入射角に配置され、前記第２の材料は前記中空イオンビームに対して第２の入射角に配置され、前記第１の入射角は前記第２の入射角とは異なる、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
表面に粒子をスパッタする方法であって、
請求項１又は２に記載のスパッタリング装置の粒子出口に隣接して前記ターゲット通路の外側に前記表面を配置することと、
前記スパッタリング装置と関係しかつ／又は前記スパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、
前記スパッタリング装置のイオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、
前記表面に粒子をスパッタするために前記イオンビーム入口を通して前記中空イオンビームを前記ターゲット通路内に向けることと
を含む方法。
【請求項３７】
円弧状表面の外側表面に粒子をスパッタする方法であって、
請求項４から８のいずれか一項に記載のスパッタリング装置のスパッタリングチャンバの内部に前記表面を配置して前記表面が少なくとも部分的に前記スパッタリングチャンバを横切って延在するようにすることと、
前記スパッタリング装置と関係しかつ／又は前記スパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、
前記イオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、
前記表面に粒子をスパッタするために前記イオンビーム入口を通して前記中空イオンビームを前記スパッタリングチャンバ内に向けることと
を含む方法。
【請求項３８】
円弧状表面の内側表面に粒子をスパッタする方法であって、
スパッタリングターゲットが少なくとも部分的に導管の内部に位置するように請求項１０から１２のいずれか一項に記載のスパッタリング装置を配置することと、
前記スパッタリング装置と関係しかつ／又は前記スパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、
前記イオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、
前記内側表面に粒子をスパッタするために前記中空イオンビームを前記スパッタリングターゲットのターゲット表面に向けることと
を含む方法。
【請求項３９】
被改質表面に粒子をスパッタする方法であって、
少なくとも１つのターゲット表面を画定するターゲット本体を有するスパッタリングターゲットをスパッタリング装置の粒子出口に隣接して配置することと、
前記スパッタリング装置と関係しかつ／又は前記スパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、
前記スパッタリング装置のイオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、
前記中空イオンビームが前記少なくとも１つのターゲット表面に衝突して前記被改質表面に粒子をスパッタするように、イオンビーム入口を通して前記中空イオンビームをターゲット通路内に向けることと
を含み、
前記ターゲット本体は、前記被改質表面に向かってスパッタされた粒子が全体として前記スパッタリングターゲットから前記ビーム軸に対して半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるように形作られ、前記スパッタ方向は、（ｉ）前記ビーム軸に向かって延びる方向と（ｉｉ）前記ビーム軸から離れて延びる方向の一方である、方法。
【請求項４０】
前記イオンビームは、前記粒子出口を通って前記被改質表面に向かって前記ターゲット通路から出ることを阻止される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記スパッタリングターゲットは、前記少なくとも１つのターゲット表面が前記スパッタ可能な粒子を提供するように単一の材料から成る、請求項３６から４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記スパッタリングターゲットは少なくとも第１の材料と第２の材料とを含み、前記第１の材料は前記第２の材料とは異なる、請求項３６から４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
パターンを画定して前記パターンに従って被改質表面にスパッタされた粒子を堆積させるためのステンシルを前記粒子出口又はその近傍に配置することをさらに含む、請求項３６から４２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、表面上に粒子をスパッタするためのイオンビームスパッタリング装置及び方法に関する。
【０００２】
より詳細には、限定されるものではないが、本開示は、平面的な表面に粒子をスパッタするためのイオンビームスパッタリング装置及び方法に関する。
【０００３】
本開示はまた、内側及び／又は外側導管表面上に粒子をスパッタするためのイオンビームスパッタリング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
イオンビームスパッタリングのようなイオンビーム表面改質（ＩＢＳＭ）技術は、表面上に材料の薄膜を堆積するのに用いられる。ＩＢＳＭ技術は、他の既存の表面改質技術に勝るいくつかの実用面での利点を有する。
【０００５】
例えば、とりわけＩＢＳＭ金属被覆は、堆積した原子のエネルギーが表面の化学結合を破壊するのに十分なほど高いため、事前の表面処理を必要としない。他の物理的堆積技術と同様に、それはパターニングを容易にするが、現在はレーザ技術及び複雑な多段階フォトリソグラフィ技術を用いた後処理によってしか、その解像度が改善されない。しかし、コーティングされた基板の温度上昇を最小限に抑えるプロセスであり、可視技術であるため、薄い有機材料のステンシルの使用が可能である。
【０００６】
典型的な従来のスパッタリングシステムは、イオン源又は堆積源と、スパッタリングターゲット（又はスパッタリング源）と、イオン源及びスパッタリングターゲットに対して改質又は被覆される表面を有する基板又は他の対象物を支持するように配置されている支持体とを含む。イオン源、スパッタリングターゲット及び支持体は、アルゴンなどの不活性ガスを含む真空チャンバ内に配置される。イオン源は、プラズマを生成し、プラズマから高エネルギーの正荷電イオンを取り出すように構成されている。イオンはスパッタリングターゲットに衝撃を与え、スパッタリングターゲットから原子サイズの粒子を「スパッタ」又は放出する。スパッタされた粒子は、被改質表面に向けられ、その表面に堆積される。
【０００７】
従来のシステムでは、イオン源は通常、スパッタリングターゲットの概ね平面的な表面に向けられる点イオンビームを提供する。イオンビームの入射角（イオンビームとスパッタリングターゲットの表面との間の入射点におけるイオンビームとスパッタリングターゲットの表面に垂直な線との間の角度である）は、典型的には４５度以上である。すなわち、イオンビーム（入射点におけるイオンビームとスパッタリングターゲットの表面との間の角度である）の視射角は、典型的には４５度以下である。スパッタされた粒子（又は原子や分子）は、様々な角度にわたって表面から放出される。しかしながら、スパッタされた粒子の大部分は通常、スパッタリングターゲットの表面からイオンビームに対して垂直に近い方向に放出される。さらに、真空チャンバ内の圧力が低いため、スパッタされた粒子の大部分は実質的に直線の軌道をたどる。従って、従来のシステムでは、イオン源、スパッタリングターゲット及び被改質表面は通常、チャンバ内で直線でない配置で整列される必要があり、イオン源、スパッタリングターゲット及びソースは、互いに概ね垂直に整列される。実際には、イオン源、スパッタリングターゲット及び被改質表面を収容するために、比較的大きな真空チャンバがしばしば必要とされる。
【０００８】
これまで、ＩＢＳＭは、比較的大きな面積の平面的な表面などの比較的大きな面積の表面を処理するのには適していなかった。ＩＢＳＭは通常、真空環境の内部でスパッタ源の前で被改質表面を移動、例えば回転させるために円形コンベヤを使用することができる高真空環境におけるバッチ処理に制限されている。さらに、マイクロエレクトロニクス産業は別として、ＩＢＳＭは現在、比較的大きく、複雑な真空装置を必要とし、産業上の要求（低コスト及び高スループット）に適合しないので、実験室用途に限定されている。例えば、工業用ポリマーの表面プロセスは通常、比較的大きな面積で大きなスループットで動作することが要求される。
【０００９】
多くの既存のＩＢＳＭ技術は、パイプ、管又はバレルなどの導管の内側又は外側を被覆するのに不適当でありかつ／又は実用的でない。このような円筒形状を被覆するには、物理的堆積技術、及び特にＩＢＳＭは、スパッタ源又はサンプルのいずれかを回転させるか、又はサンプルを取り巻く又はサンプルの周囲の複数のソースを有することを必要とする。
【００１０】
例えば、イオンビームスパッタリングのいくつかの構成は、リング状対象物の第１の側面を同時にコーティングすることを可能にし得るが、第２の側面をコーティングするためにサンプルを裏返す必要がある。さらに、これらの構成はフルビームを使用するので、非常に電力効率が悪い可能性があり、イオンビームのリング上の保護キャップに衝突する部分はスパッタリング収率に寄与しない。
【００１１】
既存のＩＢＳＭ技術の問題の１つは、スパッタリングの幾何学的形状に起因する。通常、かなりの量のスパッタされた材料が、サンプルではなく、真空チャンバの壁及び他の部分に堆積する。これは、スパッタリング材料の浪費及び低収率につながる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の少なくとも好ましい実施形態の目的は、上述の欠点の少なくともいくつかに対処することである。追加の又は代替的な目的は、少なくとも公衆に有用な選択肢を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、イオンビームスパッタリング装置は、中空イオンビームの中空部分に位置するビーム軸に沿って中空イオンビームを生成するように構成されているイオン源と、少なくとも１つのターゲット表面を画定するターゲット本体を有するスパッタリングターゲットであって、ターゲット本体はスパッタ可能な粒子を含み、ターゲット本体はイオンビームが少なくとも１つのターゲット表面に衝突してターゲット本体から対象物の被改質表面に向かって粒子をスパッタするようにイオン源に対して配置されているスパッタリングターゲットとを含む。ターゲット本体は、被改質表面に向かってスパッタされた粒子が全体としてスパッタターゲットからビーム軸に対して半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるように形作られ、スパッタ方向は、（ｉ）ビーム軸に向かって延びる方向と（ｉｉ）ビーム軸から離れるように延びる方向の一方である。
【００１４】
本明細書において使用される「含む」（現在進行形）という用語は、「少なくとも一部を構成する」ことを意味する。「含む」という用語を含む本明細書の各記述を解釈する場合、それ以外の特徴、又はその用語によって前置される特徴も存在する場合がある。「含む」（原形）や「含む」（単数形）などの関連用語も同様に解釈される。
【００１５】
一実施形態において、ターゲット本体は、ターゲット本体を通って延びるターゲット通路を有し、ターゲット通路は、イオンビームのためのイオンビーム入口と、スパッタされた粒子が被改質表面に向かってターゲット通路を出るための粒子出口とを有し、少なくとも１つのターゲット表面は、通路を少なくとも部分的に画定するターゲット本体の少なくとも表面の形態である。
【００１６】
一実施形態において、ビーム軸に垂直な平面におけるイオンビーム入口の断面積は、ビームが入口を通過できるように、イオンビームの外周に囲まれる断面積よりも実質的に大きい。
【００１７】
一実施形態において、スパッタ方向は、ビーム軸に向かって延びる方向である。
【００１８】
一実施形態において、ターゲット通路は、イオンビームがターゲット表面に衝突することなく粒子出口を通ってターゲット通路を出て通路の外側の被改質表面に向かう（又は到達する）のを阻止するように形作られる。
【００１９】
一実施形態において、ビーム軸に垂直な平面における粒子出口の断面積は、イオンビームの中空部分の断面積よりも実質的に小さい。
【００２０】
一実施形態において、ビーム軸は、イオンビーム入口、ターゲット通路及び粒子出口と重なる。一実施形態において、ビーム軸は中心ビーム軸であり、ターゲット通路は、ビーム軸と実質的に同軸である中心通路軸を有する。一実施形態において、ターゲット通路は、中心通路軸及び／又はビーム軸に関して概ね対称である。一実施形態において、ターゲット本体も、中心通路軸及び／又はビーム軸に関して概ね対称である。
【００２１】
一実施形態において、イオンビーム入口と粒子出口の中間にあるターゲット通路の少なくとも一部が、粒子出口に向かって先細りになっている。
【００２２】
一実施形態において、ターゲット通路は、イオンビーム入口又はその近傍から粒子出口又はその近傍まで先細りになっている。一実施形態において、通路は、実質的に一定の割合で先細りになっている。一実施形態において、ターゲット通路は、実質的に切頭円錐形（又は円錐台）の形状を有する。
【００２３】
一実施形態において、（ビーム軸に垂直な平面における）イオンビーム入口の断面形状は、実質的に円形である。代替的に、イオンビーム入口の断面形状は、他の形状であることができ、例えば、実質的に長円形又は丸みを帯びた角を有する長方形であることができる。一実施形態において、（ビーム軸に垂直な平面における）粒子出口の断面形状は、実質的に円形である。代替的に、粒子出口の断面形状は、他の形状であることができ、例えば、実質的に長円形又は丸みを帯びた角を有する長方形であることができる。
【００２４】
一実施形態において、イオンビーム入口は、実質的に通路軸及び／又はビーム軸を中心とする円である。一実施形態において、粒子出口は、実質的に通路軸及び／又はビーム軸を中心とする円である。一実施形態において、イオンビーム入口及び粒子出口は、実質的に通路軸及び／又はビーム軸を中心とする。
【００２５】
一実施形態において、イオンビームスパッタリング装置は、パターンを画定してパターンに従って被改質表面にスパッタされた粒子を堆積させるためのステンシルを粒子出口又はその近傍に含む。一実施形態において、ステンシルは、粒子出口に隣接して配置され、少なくとも部分的に粒子出口を横切って延びる。
【００２６】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、それぞれがターゲット本体を通って延びる１つ以上の真空ベント又は開口部を含む。一実施形態において、その又は各ベントは、イオンビーム入口又はその近傍にあるターゲット本体の第１の端部又は部分から粒子出口の近傍にあるターゲット本体の第２の端部又は部分までターゲット本体を通って延びる。
【００２７】
一実施形態において、スパッタリング装置は、通路の外側でスパッタリングターゲットの粒子出口に隣接して被改質表面を有する対象物を少なくとも部分的に支持するための支持体を含むか又は支持体と関係している。
【００２８】
一実施形態において、イオン源及びスパッタリングターゲットは、通路の外側で粒子出口に隣接して配置されている被改質表面を有する対象物に対して実質的にビーム軸に垂直な方向に移動可能である。
【００２９】
本発明のさらなる態様によれば、表面に粒子をスパッタする方法は、スパッタリング装置の粒子出口に隣接してターゲット通路の外側に表面を配置することと、スパッタリング装置と関係しかつ／又はスパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、イオン源を用いて中空イオンビームを生成（又は提供）することと、表面に粒子をスパッタするためにイオンビーム入口を通してイオンビームをターゲット通路内に向けることとを含む。
【００３０】
一実施形態において、表面は平面的な表面、例えば基板の平面的な表面である。
【００３１】
一実施形態において、方法は、粒子出口に対して被改質表面を移動（又は前進）させることを含む。
【００３２】
一実施形態において、方法は、粒子出口に対して実質的にビーム軸に垂直な方向に被改質表面を移動させることを含む。
【００３３】
本明細書に開示されているのは、スパッタリングチャンバを画定してスパッタリングチャンバの内部に配置されている対象物の被改質表面をスパッタされた粒子で改質するためのターゲット本体であり、ターゲット本体はイオンビームのためのイオンビーム入口（又は開口部又は口）を有し、イオンビーム入口はスパッタリングチャンバに開口し、少なくとも１つのターゲット表面は、チャンバを少なくとも部分的に画定するターゲット本体の少なくとも１つのチャンバ（又は内側）表面の形態である（又はそれによって提供される）。
【００３４】
一実施形態において、（ビーム軸に垂直な平面における）イオンビーム入口の断面積は、イオンビームが入口を通過できるように、イオンビームの外周に囲まれる断面積よりも実質的に大きい。
【００３５】
一実施形態において、スパッタリングチャンバは、被改質表面を有する対象物に向かってスパッタされた粒子が全体としてスパッタリングチャンバ内の中央領域に向かってスパッタされるように形作られている。
【００３６】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは１つ以上のシールド（又はガード）を含み、その又は各シールドは、イオンビームがスパッタリングチャンバ内で被改質表面を有する対象物に衝突する（又は到達する）のを阻止するように配置される。一実施形態において、１つ以上のシールドは、（ビーム軸を基準にして）半径方向及び円周方向に延びる１つ以上のシールドを含む。その又は各シールドは、使用時に、スパッタリングチャンバの内部に少なくとも部分的に配置されている対象物の上流（イオンビームに関して）に配置される。
【００３７】
一実施形態において、ビーム軸は、イオンビーム入口及びスパッタリングチャンバと重なる。一実施形態において、ビーム軸は中心ビーム軸であり、スパッタリングチャンバは、ビーム軸と実質的に同軸である中心チャンバ軸を有する。一実施形態において、スパッタリングチャンバは、中心チャンバ軸及び／又はビーム軸に関して概ね対称である。一実施形態において、ターゲット本体は、中心チャンバ軸及び／又はビーム軸に関して概ね対称である。
【００３８】
一実施形態において、イオンビーム入口とイオンビーム入口の下流（イオンビームに関して）にあるスパッタリングチャンバの端部（又は底部）との中間にあるスパッタリングチャンバの少なくとも一部は、端部に向かう方向に先細りになっている。一実施形態において、スパッタリングチャンバは、イオンビーム入口又はその近傍から端部又はその近傍まで先細りになっている。一実施形態において、通路は、実質的に一定の割合で先細りになっている。一実施形態において、スパッタリングチャンバは、イオンビーム入口と端部との中間に、実質的に円錐形の形状及び／又は実質的に切頭円錐形の形状を有する。
【００３９】
一実施形態において、（ビーム軸に垂直な平面における）イオンビーム入口の断面形状は、実質的に円形（又はリング）である。代替的に、イオンビーム入口の断面形状は、他の形状であることができ、例えば、実質的に長円形又は丸みを帯びた角を有する長方形であることができる。
【００４０】
一実施形態において、スパッタリング装置は、スパッタリングチャンバの内部で被改質表面を有する対象物を少なくとも部分的に支持（又は保持又は保留する）するための支持機構を含むか又は支持機構と関係している。例えば、対象物が少なくとも部分的にスパッタリングチャンバを横切ってスパッタリングチャンバの内部に延びるように、対象物はターゲット本体の開口（又は開口部）を通って延びることができる。
【００４１】
一実施形態において、イオン源及びスパッタリングチャンバは、被改質表面を有する対象物に対して実質的にビーム軸に垂直な方向に移動可能である。例えば、対象物は、ビーム軸に垂直な方向にスパッタリングチャンバを通して供給され得る。
【００４２】
一実施形態において、イオン源及びスパッタリングターゲットは、ビーム軸に垂直な軸を中心にスパッタリングチャンバの内部で被改質表面に対して回転可能である。例えば、表面を含む対象物を回転させることができる。
【００４３】
本発明のさらなる態様によれば、表面に粒子をスパッタする方法は、スパッタリング装置のスパッタリングチャンバの内部に表面を配置して表面が少なくとも部分的にスパッタリングチャンバを横切って延びるようにすることと、スパッタリング装置と関係しかつ／又はスパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、イオン源を用いて中空イオンビームを生成（又は提供）することと、表面に粒子をスパッタするためにイオンビーム入口を通して中空イオンビームをスパッタリングチャンバ内に向けることとを含む。
【００４４】
一実施形態において、表面は円弧状の表面である。一実施形態において、表面は導管、例えばパイプ又は管の外側表面である。代替的に、表面は平面的な表面であることができる。
【００４５】
一実施形態において、方法は、イオンビーム及び／又はスパッタリングチャンバに対して被改質表面を移動（又は前進）させることを含む。
【００４６】
一実施形態において、方法は、イオンビーム及び／又はスパッタリングチャンバに対して実質的にビーム軸に垂直な方向に被改質表面を移動させることを含む。
【００４７】
一実施形態において、方法は、スパッタリングチャンバに対して被改質表面を回転させることを含む。
【００４８】
一実施形態において、スパッタ方向は、ビーム軸から離れるように延びる方向である。
【００４９】
一実施形態において、ターゲット本体は、少なくとも１つのターゲット表面を画定する少なくとも１つの外周面を有する。
【００５０】
一実施形態において、中空イオンビームが少なくとも１つのターゲット表面に衝突するように、ターゲット本体の少なくとも一部の断面積がイオン源から離れる方向に増大する。
【００５１】
一実施形態において、（ビーム軸に垂直な平面における）ターゲット本体の少なくとも一部の外周に囲まれる断面積は、ビーム軸の方向においてイオン源から離れる方向に増大する。
【００５２】
一実施形態において、ターゲット本体の少なくとも一部の断面積は、中空イオンビームの中空部分の断面積よりも実質的に小さい第１の断面積から中空イオンビームの外周の断面積よりも実質的に大きい第２の断面積まで、イオン源から離れる方向に増大する。
【００５３】
一実施形態において、ターゲット本体の外周に囲まれる断面積は、イオン源の近位にあるターゲット本体の第１の端部又はその近傍からイオン源の遠位にありかつイオンビームに関して第１の端部の下流にあるターゲット本体の第２の端部又はその近傍まで増大する。
【００５４】
一実施形態において、ターゲット本体の外周の断面積は、中空イオンビームの方向に実質的に一定の割合で増大する。
【００５５】
一実施形態において、第１の端部と第２の端部の中間のターゲット本体の周囲の少なくとも一部は、実質的に円錐形の形状又は実質的に切頭円錐形の形状を有する。
【００５６】
一実施形態において、スパッタリング装置は、中空の対象物（導管、管、パイプなど）の内部に少なくとも部分的に延びるように構成され、ビーム軸が導管の中心軸（又は縦軸）と概ね一直線である（平行であるか又は同軸である）ようになっている。
【００５７】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、被改質表面を有する対象物に対して実質的にビーム軸に平行な方向に移動可能である。
【００５８】
一実施形態において、少なくともスパッタリングターゲットは、改質される内側表面を有する中空の対象物の内部で実質的にビーム軸に平行な方向に移動可能である。
【００５９】
本発明のさらなる態様によれば、導管の内側表面に粒子をスパッタする方法は、スパッタリングターゲットが少なくとも部分的に導管の内部に配置されるようにスパッタリング装置を配置することと、スパッタリング装置と関係しかつ／又はスパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、イオン源を用いて中空イオンビームを生成（又は提供）することと、内側表面に粒子をスパッタするために中空イオンビームをスパッタリングターゲットのターゲット表面に向けることとを含む。
【００６０】
一実施形態において、表面は円弧状の表面である。一実施形態において、導管はパイプ又は管である。
【００６１】
一実施形態において、方法は、スパッタリングターゲットに対して被改質表面を移動（又は前進）させることを含む。一実施形態において、方法は、スパッタリングターゲットに対して実質的にビーム軸に平行な方向に被改質表面を移動させることを含む。
【００６２】
一実施形態において、ビーム軸に垂直な平面におけるイオンビームの断面形状は、実質的に中空の円又はリングである。イオンビームの外周に囲まれる断面は円である。代替的に、イオンビームの断面形状は、他の形状であることができ、例えば、実質的に中空の長円形又は丸みを帯びた角を有する中空の長方形であることができる。
【００６３】
一実施形態において、イオンビームは、５００Ｖ以上のポテンシャル又は加速エネルギーを有する。一実施形態において、イオンビームは、約１ｋＶから約３０ｋＶの範囲のポテンシャルエネルギー又は加速エネルギーを有する。一実施形態において、イオンビームは、約１５ｋＶから約２５ｋＶの範囲のポテンシャルエネルギー又は加速エネルギーを有する。
【００６４】
一実施形態において、イオンビームの入射角（又は複数の入射角）は、約４５度以上である。すなわち、イオンビームの視射角（入射点におけるイオンビームとスパッタリングターゲットの表面との間の角度）は約４５度以下である。一実施形態において、入射角は約５０度から約８０度の範囲である（イオンビームの視射角は約１０度から約４０度の範囲である）。一実施形態において、入射角は約６０度から約７５度の範囲である。一実施形態において、入射角は約６５度から約７５度の範囲である。一実施形態において、入射角は約７０度である。
【００６５】
一実施形態において、スパッタリング装置は、イオン源及びスパッタリングターゲットのための真空チャンバを少なくとも部分的に画定するハウジングを含むか又はハウジングと関係している。
【００６６】
一体一実施形態において、スパッタリングターゲットは一体部品である。代替的に、スパッタリングターゲットは、連結されかつ／又は一緒に配置されている２つ以上の部品によって形成され得る。
【００６７】
一実施形態において、イオン源はイオン源を冷却するヒートシンクに連結されている。一実施形態において、ヒートシンクは、１つ以上の銅の部品又は本体を含むか又は１つ以上の銅の部品又は本体である。
【００６８】
一実施形態において、ターゲット通路は、イオンビームがターゲット表面に衝突することなく通路の外側の被改質表面に向かって粒子出口を通ってターゲット通路を出るのを阻止するように形作られる。
【００６９】
一実施形態において、ビーム軸は、イオンビーム入口、ターゲット通路及び粒子出口と重なる。
【００７０】
一実施形態において、ビーム軸は中心ビーム軸であり、ターゲット通路は、ビーム軸と実質的に同軸である中心通路軸を有する。
【００７１】
一実施形態において、ターゲット通路は、中心通路軸及び／又はビーム軸に関して概ね対称である。
【００７２】
一実施形態において、ターゲット本体も、中心通路軸及び／又はビーム軸に関して概ね対称である。
【００７３】
一実施形態において、イオンビーム入口及び粒子出口は、実質的に通路軸及び／又はビーム軸を中心とする。
【００７４】
一実施形態において、ビーム軸に垂直な平面におけるイオンビーム入口の断面形状は、実質的に円形、長円形、及び丸みを帯びた角を有する長方形からなる群から選択される。
【００７５】
一実施形態において、ビーム軸に垂直な平面における粒子出口の断面形状は、実質的に円形、長円形、及び丸みを帯びた角を有する長方形からなる群から選択される。
【００７６】
一実施形態において、装置は、パターンを画定してパターンに従って被改質表面にスパッタされた粒子を堆積するためのステンシルを粒子出口又はその近傍にさらに含む。
【００７７】
一実施形態において、ステンシルは、粒子出口に隣接して配置され、少なくとも部分的に粒子出口を横切って延びる。
【００７８】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、それぞれがターゲット本体を通って延びる１つ以上の真空ベント又は開口部を含む。
【００７９】
一実施形態において、その又は各ベントは、イオンビーム入口又はその近傍にあるターゲット本体の第１の端部又は部分から粒子出口の近傍にあるターゲット本体の第２の端部又は部分までターゲット本体を通って延びる。
【００８０】
一実施形態において、装置は、通路の外側でスパッタリングターゲットの粒子出口に隣接して被改質表面を有する対象物を少なくとも部分的に支持するための支持体を含むか又は支持体と関係している。
【００８１】
一実施形態において、イオン源及びスパッタリングターゲットは、通路の外側で粒子出口に隣接して配置されている被改質表面を有する対象物に対して実質的にビーム軸に垂直な方向に移動可能である。
【００８２】
一実施形態において、中空イオンビームは、イオン源における幅Ｗ及び内径Ｒを有し、中空イオンビームがスパッタリングターゲットに向かって進むにつれてビーム幅の増大を示し、ビーム幅の増大は、
ビーム軸から離れる側のＡのビーム幅の増大と、
ビーム軸に向かう側のＢのビーム幅の増大と
を含む。
【００８３】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、ｄ＝（Ａ＋Ｗ＋Ｂ）ｔａｎδによって定義される高さｄを有し、δは、中空イオンビームに対するスパッタリングターゲットの傾斜を表す。
【００８４】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、スパッタリングターゲットに衝突するときの中空イオンビームの内径Ｒ−Ｂに等しい最大内径ｒを有し、最大内径は、ａ≦ｒ≦Ｒ−Ｂによって定義される。
【００８５】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、ｈ≧ｄによって定義される最小高さｈを有する。
【００８６】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、ｗ≧Ａ＋Ｗ＋Ｂによって定義される最小幅ｗを有する。
【００８７】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、少なくとも１つのターゲット表面がスパッタ可能な粒子を提供するように単一の材料から成る。
【００８８】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは少なくとも第１の材料と第２の材料とを含み、第１の材料は第２の材料とは異なる。
【００８９】
一実施形態において、第１の材料及び第２の材料は、中空イオンビームに対して実質的に同じ入射角に配置される。
【００９０】
一実施形態において、第１の材料は中空イオンビームに対して第１の入射角に配置され、第２の材料は中空イオンビームに対して第２の入射角に配置され、第１の入射角は第２の入射角とは異なる。
【００９１】
本発明のさらなる態様によれば、被改質表面に粒子をスパッタする方法は、少なくとも１つのターゲット表面を画定するターゲット本体を有するスパッタリングターゲットをスパッタリング装置の粒子出口に隣接して配置することと、スパッタリング装置と関係しかつ／又はスパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、スパッタリング装置のイオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、中空イオンビームが少なくとも１つのターゲット表面に衝突して被改質表面に粒子をスパッタするように、イオンビーム入口を通して中空イオンビームをターゲット通路内に向けることとを含む。ターゲット本体は、被改質表面に向かってスパッタされた粒子が全体としてスパッタターゲットからビーム軸に対して半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるように形作られ、スパッタ方向は、（ｉ）ビーム軸に向かって延びる方向と（ｉｉ）ビーム軸から離れるように延びる方向の一方である。
【００９２】
一実施形態において、イオンビームは、粒子出口を通って被改質表面に向かってターゲット通路から出ることを阻止される。
【００９３】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、少なくとも１つのターゲット表面がスパッタ可能な粒子を提供するように単一の材料から成る。
【００９４】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは少なくとも第１の材料と第２の材料とを含み、第１の材料は第２の材料とは異なる。
【００９５】
一実施形態において、方法は、パターンを画定してパターンに従って被改質表面にスパッタされた粒子を堆積させるためのステンシルを粒子出口又はその近傍に配置することをさらに含む。
【００９６】
本発明は、一態様においていくつかのステップを含む。このようなステップの１つ以上と他のステップのそれぞれとの関係、構造の特徴を具現化する装置、及びこのようなステップに影響を与えるように適合された要素の組み合わせ及び部品の配置は、すべて以下の詳細な開示において例示される。
【００９７】
本発明が関係する当業者には、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の構造における多くの変更及び広く異なる実施形態及び用途が示唆されるであろう。本明細書の開示及び説明は、純粋に例示的なものであり、いかなる意味でも限定することを意図するものではない。本発明が関係する技術分野において既知の等価物を有する特定の完全体が本明細書に記載されている場合、そのような既知の等価物は、個別に記載されているかのように本明細書に組み込まれているとみなされる。
【００９８】
さらに、本発明の特徴又は態様がマーカッシュグループに関して記載される場合、当業者は、本発明がそれによってマーカッシュグループの任意の個々のメンバー又はメンバーのサブグループに関しても記載されていることを理解するであろう。
【００９９】
本明細書で使用される場合、名詞に続く用語「（ｓ）」は、その名詞の複数形及び／又は単数形を意味する。
【０１００】
本明細書で使用される場合、用語「及び／又は」は、「及び」もしくは「又は」、又は状況が両方を可能にする場合を意味する。
【０１０１】
本明細書に開示されている数字の範囲（例えば、１から１０）への言及は、その範囲内のすべての有理数（例えば、１、１．１、２、３、３．９、４、５、６、６．５、７、８、９、及び１０）及びその範囲内のあらゆる有理数の範囲（例えば、２から８、１．５から５．５、及び３．１から４．７）への言及も含むことが意図されており、したがって、本明細書に明示的に開示されているすべての範囲のすべての部分的な範囲がこれにより明示的に開示されている。これらは、具体的に意図されているものの単なる例にすぎず、列挙された最低値と最高値との間の数値の全ての可能な組み合わせは、本出願において同様に明示的に記載されているとみなされるべきである。
【０１０２】
「上」、「下」、「上部」、「下部」、「下側」、「上側」、「上方」及び「下方」ならびに「水平」及び「垂直」などなどの修飾語句は、本明細書において添付の図面に示される特徴に関して使用される場合、説明の便宜及び明確化のためのものであり、記載されるスパッタリング装置、又はスパッタリング装置及び／又はそのコンポーネントの動作又は使用を、本明細書に記載されかつ／又は添付の図面に示される向きを含むがこれらに限定されない、特定の向きに限定するものと解釈されるべきではない。
【０１０３】
本明細書において、特許明細書、他の外部文書、又は他の情報源が参照されている場合、これは一般に、本発明の特徴を説明するための背景を提供する目的で行われる。特に明記しない限り、そのような外部文書又はそのような情報源への言及は、いかなる法域においても、そのような文書又はそのような情報源が先行技術であるか又は当該技術分野における一般常識の一部を形成することを認めるものと解釈されるべきではない。
【０１０４】
本明細書の記載において、添付の特許請求の範囲内にない主題を参照することができる。その主題は、当業者によって容易に識別可能でなければならず、現在添付されている特許請求の範囲に定義されているように本発明を実施するのを助けることができる。
【０１０５】
本発明は大まかに言って上記の通りであるが、本発明がこれらに限定されないこと、以下の説明が例を与える実施形態も本発明に含まれることを当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
次に、添付の図面を参照して、非限定的な例としてのみ、本開示の実施形態を説明する。
【図１】本開示の第１の実施形態によるイオンビームスパッタリング装置を有するイオンビーム堆積システムの概略断面図を示す。
【図２Ａ】図１のスパッタリング装置のイオン源ハウジングの一部の概略側面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの平面Ａ−Ａで切断されたイオン源ハウジングの断面図を示す。
【図２Ｃ】図２ＡのＢと表示された方向における、図２Ａのイオン源ハウジングの上面図を示す。
【図３Ａ】図１のスパッタリング装置のイオン源の概略斜視図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂのイオン源の分解斜視図を示す。
【図３Ｃ】図３Ａのイオン源の側面図を示す。
【図３Ｄ】図３ＣにおいてＣと表示された方向における図３Ａのイオン源の上面図を示す。
【図３Ｅ】図３ＣにＤと表示された方向における、図３Ａのイオン源の底面図を示す。
【図３Ｆ】図３Ｅの平面Ａ−Ａで切断された図３Ａのイオン源の断面図を示す。
【図４】直線状の角張った端部を有する概ね長方形の開口部を有するイオン源の底面図を示す。
【図５】丸みを帯びた角を有する概ね長方形の開口部を有するイオン源の底面図を示す。
【図６】概ね長円形又は楕円形の開口部を有するイオン源の底面図である。
【図７】図１のスパッタリング装置のイオン源及びスパッタリングターゲットの概略断面側面図を示す。
【図８】平面的な表面に粒子をスパッタするために使用される図１のスパッタリング装置のスパッタリングターゲットの概略断面側面図を示す。
【図９】図１のスパッタリング装置のイオンビーム及びスパッタリングターゲットの一部の部分概略断面側面図を示す。
【図１０Ａ】スパッタリングターゲット内のスパッタリングチャンバ内に少なくとも部分的に吊り下げられた対象物の表面に粒子をスパッタするために使用される、本開示の第２の実施形態によるスパッタリング装置のスパッタリングターゲットの概略上面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの平面Ａ−Ｂで切断された図１０Ａのスパッタリングターゲットの断面側面図を示す。
【図１０Ｃ】図１０Ａの平面Ｃ−Ｄで切断された図１０Ａのスパッタリングターゲットの断面側面図を示す。
【図１１】導管の内側表面に粒子をスパッタするのに使用される、本開示の第２の実施形態によるスパッタリング装置のスパッタリングターゲットの概略断面側面図である。
【図１２】イオンビーム堆積システムの中空ビームの例を示す。
【図１３】ガラス上のスパッタリングシステムの異なる変位速度に対する平均堆積銅厚の変化のグラフを示す。
【図１４】ガラス上のスパッタリングシステムの異なる加速電圧に対する平均堆積銅厚の変化のグラフを示す。
【図１５】ガラス上のスパッタリングシステムの異なる加速電圧に対する平均堆積チタン厚の変化のグラフを示す。
【図１６】ガラス上のスパッタリングシステムの異なる変位速度に対する平均堆積銅厚の変化のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０１０７】
スパッタリング装置（図１−９）
実質的に平面的な表面（又は領域）１２ａに少なくとも１つの材料を堆積するのに適したイオンビーム堆積システム１０が、図１〜図９に概略的に示されている。堆積システム１０は、本開示の第１の実施形態によるイオンビームスパッタリング装置（又はスパッタリングデバイス）１４を含む。
【０１０８】
スパッタリング装置１４は、ハウジング１６と、高エネルギーイオンビーム２０をビーム軸２２に沿って生成又は提供するための高エネルギーイオン源又は堆積源１８と、スパッタ可能な粒子を含むスパッタリングターゲット２４とを含むか又はこれらと関係している。ハウジング１６は、少なくとも部分的に、イオン源１８及びスパッタリングターゲット２４のための真空チャンバ２６を画定し、イオン源１８及びスパッタリングターゲット２４は両方ともハウジング１６内に配置され、保持される。イオン源１８は真空下で動作する。後述するように、イオン源１８は、イオンビーム２０がスパッタリングターゲット２４に衝突して又はぶつかってもしくは衝撃を与えて原子サイズの粒子又は原子もしくは分子をスパッタリングターゲット２４から被改質表面１２ａに向かってスパッタ又は放出するように、スパッタリングターゲット２４に対して相対的に配置される。
【０１０９】
例示的なイオン源１８を図３ａ〜３ｆに示す。イオン源１８の主要なコンポーネントはそれぞれ、ビーム軸２２の周りで概ね円形又は環状であり、ビーム軸２２と同軸である共通の軸中心線を共有する。イオン源１８の主要なコンポーネントは、カソード２８、アノード３０及び磁石３２である。カソード２８は、前部片２８ａ、本体片２８ｂ及び後部片２８ｃによって提供又は形成される。イオン源１８はまた、概ね円形のカソード後部片２８ｃを通ってアノード３０まで延びるアノード電圧のための絶縁体３４と、ガス供給のための絶縁体３６と、カソード後部片２８ｃとアノード３０との間の絶縁体又はバリア３８とを含む。概ね円形のカソード前部片２８ａは、磁石３２の端部に取り付けられる。磁石３２は、１つ以上の永久磁石などの１つ以上の磁石を含み又は１つ以上の磁石で構成され得る。別の実施形態において、磁石は、１つ以上の電磁石を含む。
【０１１０】
一実施形態において、イオン源１８は、薄い中空のイオンビームを生成するためのリング状の開口部４０を有する。中空イオンビームの例は、図８、９、１０Ｂ、１０Ｃ、及び１１において２０で示される。
【０１１１】
一実施形態において、イオンビームは、電場勾配に沿って伝播する同様の電荷のイオンの流れである。中空イオンビームは、形状が概ね円筒形のイオンビームである。それは円形の断面を示し、円筒の中心を通って流れるイオンが少ないか全くなく、円筒の壁を通って流れるイオンの数が最大である。図１２を参照して中空イオンビームを以下でさらに説明する。
【０１１２】
開口部４０は、結果として生じるイオンビーム２０の断面が中空円になるように、実質的に中空円（又はリング）形状である（ビーム軸２２に垂直な平面における）断面形状を有する。カソード本体片２８ｂの外径は約２３ｍｍであることができ、カソード前部片２８ａの内径は約１７ｍｍであることができ、その結果、開口部４０の幅（及び対応するイオンビーム２０の厚さ又は幅２２０）は約３ｍｍである。ビーム軸２２は、イオンビームの中空部分に位置する。ビーム軸は、イオンビームの中空部分の中心と重なる中心ビーム軸である。カソード前部片２８ａ及びカソード本体片２８ｂの円周方向に延びる端部４２、４４は、少なくとも部分的に開口部４０を画定し、それぞれ、例えば、開口部４０においてビーム軸２２と約４５度の角度４６を画定するように面取りされている。
【０１１３】
代替的に、イオン源１８は、他の形状のイオンビームを生成又は提供するための他の形状の開口部を有することができる。
【０１１４】
図４は、例えば、結果として生じるビームの断面が直線状の角張った端部を有する中空の長方形の形状になるように直線状の角張った端部を有する概ね長方形の開口部４０Ａを示す。図５は、結果として生じるビームの断面が丸みを帯びた角を有する中空の長方形の形状になるように丸みを帯びた角を有する概ね長方形の開口部４０Ｂを示す。
【０１１５】
有利なことに、長方形の構成は、細長い表面領域への堆積を容易にする。例えば、米国特許第８１３４２８７号明細書（Ｐｒｉｃｅ）は、丸みを帯びた角又は端部を有する細長い長方形の開口部を有するイオン源を記載し、示している。
【０１１６】
図６は、結果として生じるイオンビームの断面が中空の長円形又は楕円形になるように長円形又は楕円形の開口部４０Ｃを示す。
【０１１７】
スパッタリングターゲット２４は、イオンビーム２０の少なくとも１つのターゲット表面４８を画定するターゲット本体４６を有する。スパッタリングターゲット本体４６は、スパッタ可能な粒子を含む。一実施形態において、スパッタ可能な粒子は、金属、金属酸化物及び／又は半導体を含むが、これらに限定されない。対象となる金属の例は、銅、金、白金、チタン、タングステン、スズ、インジウム、ロジウム、サマリウム、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、亜鉛、及びこれらの金属の合金を含む。対象となる金属酸化物の例は、酸化亜鉛、マグネタイト、酸化チタン、及び酸化タングステンを含む。半導体の例は、酸化亜鉛、酸化タングステン及び酸化インジウムスズなどの酸化物を含む。非酸化物半導体の例は、シリコン及びゲルマニウムならびにガリウムヒ素などの化合物を含む。
【０１１８】
一実施形態において、スパッタリングターゲットは、ビームにさらされた面がスパッタ可能な粒子を提供するように単一の材料で作られている。
【０１１９】
例えば、スパッタリングターゲット本体４６は、（放熱のための）銅及び他の銅以外のスパッタ可能な粒子を含む本体であることができる。一実施形態において、スパッタリングターゲット２４の放熱は、外部環境への熱の直接伝導によって確保される。
【０１２０】
スパッタリングターゲットは、複数の材料で作ることもできる。例えば、スパッタリングターゲットの本体は、アルミニウム又は銅のような熱伝導性材料を含む第１の材料で作ることができる。
【０１２１】
丸みを帯びた端部を有する長方形などの細長い形状の場合、ビームがスパッタリングターゲットに衝突すると予想される第２の材料又はさらなる材料のプレート又はインサートを挿入することができるように、スロットをスパッタリングターゲットの本体から製造することができる。
【０１２２】
一実施形態において、インサートは、スパッタリングターゲットの両側が同じ材料又は異なる材料で作られている。例えば、一方の面は鉄で作られ、他方の面はニッケルで作られている。ビームが両方のインサートに同時に衝突すると、処理中のサンプルに異なるスパッタされた粒子が堆積する。一例は、鉄ニッケルなどの合金層を表面に形成することを含む。
【０１２３】
一実施形態において、インサートはスパッタリングターゲット本体に機械的に押し付けられて、スパッタリングターゲット本体への熱交換を最大化し、放熱を可能にする。
【０１２４】
インサートを使用する実施形態において、スパッタリングターゲットは、汚染を回避するためにスパッタリング収率の低い材料を含む。このようなスパッタリング収率の低い材料の例は、アルミニウム及びグラファイトを含むが、これらに限定されない。
【０１２５】
一実施形態において、第１の材料及び第２の材料は、中空イオンビームに対して実質的に同じ入射角に配置される。
【０１２６】
別の実施形態において、スパッタリング本体は、インサートがイオンビームに対して異なる入射角で存在することができるように、対称的な部分を示さない。第１の材料は、中空イオンビームに対して第１の入射角に配置され、第２の材料は、中空イオンビームに対して第２の入射角に配置される。第１の入射角は第２の入射角とは異なる。
【０１２７】
これにより、インサートを構成する異なる材料のスパッタリング収率を制御することができる。例えば、ＡxＢ1-xの組成を有する堆積層を生成するために、組成物Ａの一方の面は組成物Ｂの他方の面よりも小さい角度を有することができ、ここでｘは、入射エネルギー、各インサートＡの角度、ビームがインサートに衝突する高さ、及びインサートＡ及びＢの組成の関数である。
【０１２８】
材料Ａ及びＢのそれぞれの収率ＹA及びＹBのスパッタリングを計算し、ｘ＝ＹB／ＹAのようなスパッタリング収率の比を計算することによって、ｘの第１の推定値を得ることができる。
【０１２９】
一実施形態において、異なる角度を使用する場合、スパッタリングターゲットは、イオン源とインサートのビームが衝突する部分との間の距離が、インサートＡ及びＢの両方で同じになるように形作られている。これは、ビームの中心軸とインサートＡとの間の距離ｒAが、ビームの中心軸とインサートＢとの間の距離ｒBと異なることを必要とする。
【０１３０】
一実施形態において、ターゲット本体４６は、ターゲット本体４６を通って延びるターゲット通路又は開口部５０を有するか又は画定する。ターゲット通路５０は、イオン源からのイオンビーム２０が通路５０に入るためのイオンビーム入口５２と、スパッタされた粒子が被改質表面１２ａに向かってターゲット通路５０を出るための粒子出口又は出口５４とを有する。
【０１３１】
ターゲット通路５０は、入口５２及び出口５４と重なる中心通路軸５６を有する。ターゲット通路５０は、中心通路軸５６に関して実質的に対称である。ターゲット本体４６も、中心通路軸５６に関して実質的に対称であることができる。
【０１３２】
イオン源１８及びスパッタリングターゲット２４は、入口５２が粒子出口５４の上流（イオンビーム２０に関して）に位置するように、ハウジング１６の内部に又はハウジング１６によって保持される。入口５２は、イオン源１８から遠位又は少なくともより遠くに位置する粒子出口５４よりもイオン源１８の近位又は少なくともより近くに位置する。ビーム軸２２は、入口５２、通路５０及び出口５４と重なる。スパッタリングターゲット２４及びイオン源１８は、通路５０の軸５６がビーム軸２２と実質的に平行であり、好ましくは平行であり、より好ましくは実質的に同軸であり、より好ましくは同軸であるように直線状に配置されている。
【０１３３】
イオンビーム入口５２の（ビーム軸２２に垂直な平面における）断面形状は、実質的に円形である。粒子出口５４の（ビーム軸２２に垂直な平面における）断面形状は、実質的に円形である。イオン入口５２は、実質的にビーム軸２２を中心とする。出口５４は、実質的にビーム軸２２を中心とする。代替的に、イオンビーム入口５２及び粒子出口５４のそれぞれの断面形状は、別の形状、例えば、実質的に長円形、又は丸みを帯びた角を有する長方形であることができる。入口５２の断面形状は、出口５４の断面形状と異なることができる。
【０１３４】
イオンビーム入口５２の（ビーム軸２２に垂直な平面における）断面積は、イオンビームが通路５０に入射するように、イオンビーム２０の外周に囲まれる断面積よりも実質的に大きい。一実施形態において、イオンビーム入口５２の（ビーム軸２２に垂直な平面における）直径は、イオンビーム２０の外周の直径よりも実質的に大きい。
【０１３５】
ターゲット通路５０は、以下で説明するように、イオンビーム２０がターゲット表面４８に衝突することなく、通路５０の外側の被改質表面１２ａに向かって粒子出口５４を通ってターゲット通路５０を出るか又は被改質表面１２ａに到達することを阻止するように形成される。粒子出口５４の（ビーム軸２２に垂直な平面における）断面積は、イオンビーム２０の中空部分の断面積よりも実質的に小さい。一実施形態において、出口５４の（ビーム軸２２に垂直な平面における）直径は、イオンビーム２０の円形の中空部分の直径よりも実質的に小さい。
【０１３６】
ターゲット表面４８は、少なくとも部分的に通路５０を画成するターゲット本体４６の少なくとも１つの通路又は内側表面の形態であるか又は少なくとも１つの通路又は内側表面によって提供される。ターゲット表面４８は、実質的に連続する通路表面である。代替的に、ターゲット表面４８は、隣接して配置されている２つ以上の表面を含むことができる。入口５２と出口５４の中間にあるターゲット通路５０の少なくとも一部は、ターゲット表面４８がビーム軸２２に対して傾斜するように粒子出口５４に向かって先細りになっている（サイズが縮小している）。ターゲット通路５０は、入口５２又はその近傍から出口５４又はその近傍まで先細りになっている。通路５０は、実質的に一定の割合で先細りになっている。代替的に、通路５０は、一定でない割合で先細りになっていることができ、例えば、通路５０は、通路５０が出口５４に近づくにつれてより大きな割合又はより小さな割合で先細りになっていることができる。
【０１３７】
一実施形態において、ターゲット通路５０は、実質的に切頭円錐形（又は円錐台形）の形状などの概ねじょうご状の形状を有する。傾斜したターゲット表面４８と通路軸５６及び／又はビーム軸２２との間に画定される角度５８は、０度から９０度の間である。角度５８は、好ましくは３０度以上、より好ましくは３５度以上である。代替的に、ターゲット通路５０は別の形状を有することができる。
【０１３８】
スパッタリングターゲット２４は、１つ以上の真空ベント６０を含む。その又は各ベント６０は、ターゲット本体４６を通って延びる。その又は各ベント６０は、入口５２又はその近傍にあるターゲット本体４６の第１の端部又は部分６２から出口５４の近傍にあるターゲット本体４６の第２の端部又は部分６４までターゲット本体４６を通って延びる。スパッタリングターゲット２４は、３つのベント６０を有する。ベント６０は、通路軸５８／ビーム軸２２の周りで円周方向に間隔を置いて配置され、好ましくは実質的に等しい距離だけ離れている。ベント６０は、ターゲット本体４６を通って押し出し成形され得る。
【０１３９】
スパッタリング装置１４は、イオン源１８に連結されてイオン源１８からの熱を放散するヒートシンク６６を含む。ヒートシンク６６は、イオン源１８を冷却して、動作温度を磁石３２の強度が低下しかつ／又は不可逆的に損なわれるキュリー温度よりも低く維持する。一実施形態において、ヒートシンク６６は、カソード後部片２８ｃに連結される円形プレート６６ａの形態の第１のコンポーネントと、第１のプレート６６ａから離間してハウジング１６に連結される第２の円形プレート６６ｂの形態の第２のコンポーネントと、第１のプレート６６ａと第２のプレート６６ｂとの間に延びる細長い部材又はロッド６６ｃの形態の第３のコンポーネントとを含む。第１のプレート６６ａの表面は、カソード後部片２８ｃの表面に隣接している。ロッド６６ｃは、カソード後部片２８ｃの開口部６８を通ってカソード後部片２８ｃ内に延びている。ロッド６６ｃは、第１のプレート６６ａ及び／又はカソード後部片２８ｃから第２のプレート６６ｂ及びハウジング１６に熱を取り出すように配置されている。ヒートシンク６６は、例えば、銅を含むか又は銅であることができる。イオン源１８と真空チャンバ２６の外側の環境との間の直接的な熱的接続を実施することによって、イオン源１８の内部の温度が低下する。代替的又は追加的に、ヒートシンク６６は、比較的高い熱伝導率の１つ以上の他の材料を含むことができる。必要に応じて、１つ以上の空気熱交換器又は液熱交換器を用いて、スパッタリング装置１４の外側から追加の冷却を行うことができる。
【０１４０】
ハウジング１６の使用時に表面１２ａの上に（図に示すように）位置する部分１６ａが、図２ａ〜２ｃに示されている。一実施形態のハウジング１６は、真空ポンプ７２を収容する第１の概ね円筒形又は環状の部分７０と、ガス入口又はフィードスルー７６とアノード電圧用のコネクタ７８とを含む第２の概ね円筒形又は環状の部分７４と、ハウジング１６と被改質表面１２ａとの界面におけるシールを容易にするように構成されている第３の少なくとも部分的に概ね円筒形又は環状の部分８０とを含む。一実施形態において、真空ポンプ７２は、例えば、ハウジング１６の内部に真空を確立して維持し、好ましくはハウジングと表面との界面でハウジング１６を表面１２ａに実質的にシールするように配置されているターボ分子ポンプである。ポンプ７２は、ベント６０を通して吸引して、良好な真空度を維持することができる。アノード電圧用のコネクタ７８は、例えば、バヨネットニールコンセルマン（ＢＮＣ）コネクタであることができる。第３の部分８０は、少なくとも真空チャンバ２６のハウジング１６によって画定されている部分の内部の圧力を測定するために使用される真空計のためのフランジ８２を有する。第１及び第２の部分ならびに第２及び第３の部分は、それぞれ、絶縁体８４、８６によって分離されている。
【０１４１】
一実施形態において、イオン源１８及びスパッタリングターゲット２４は、被改質表面１２ａに対して移動可能である。一実施形態において、イオン源１８及びスパッタリングターゲット２４は、処理される動かない表面１２ａ上で、例えばビーム軸２２に対して実質的に垂直な１つ又は複数の方向８８に、作動可能かつ摺動可能である。別の実施形態において、被改質表面１２ａは、静止したイオン源１８及び静止したスパッタリングターゲット２４の下又は前にスライドされる。
【０１４２】
ハウジングと表面との界面でハウジング１６と接触する領域を制限し、被改質表面の両側１２ａ、１２ｂに更なるポンプ機構を配置することによって、木材や革のような粗い基板のような密閉が困難な基板に小さな真空を確立することが可能である。軟らかい基板の表面も、漏れを低減するために真空チャンバ２６の内部で１つ以上のクランプ９０を用いて基板をクランプすることによって処理することができる。ハウジング１６と表面１２ａ、１２ｂを有する基板１２との間の界面の周囲の領域を局所的に加熱することも、真空をより速く達成するのに役立つことが分かっている。
【０１４３】
スパッタリング方法（図８及び９）
図８及び９を参照してスパッタリング装置１４を用いて対象物の被改質表面１２ａに粒子をスパッタする方法を説明する。図１〜９に示す実施形態において、対象物は基板１２であり、表面１２ａは基板の実質的に平面的な表面である。代替的な実施形態において、表面１２ａは、実質的に非平面的であることができる。代替的な実施形態において、対象物は、導管、例えば、出口５４の下で回転され得る円弧状の外側表面を有する管又はパイプであることができる。
【０１４４】
表面１２ａは、スパッタリング装置１４の粒子出口５４に隣接して、ターゲット通路５０の外側に配置される。スパッタリング装置１４の一部でありかつ／又はスパッタリング装置１４と関係しているハウジング１６は、イオン源１８及びスパッタリングターゲット２４のための真空チャンバ２６を少なくとも部分的に画定する。真空チャンバ２６内に、典型的には１０-4ｍｂａｒ未満の部分真空が生成される。一実施形態において、真空チャンバ２６内に生成される部分真空は、約５×１０-6ｍｂａｒから約３×１０-5ｍｂａｒの範囲、好ましくは約５×１０-5ｍｂａｒ未満である。ハウジング１６は、基板の反対の表面１２ａ、１２ｂに対して実質的にシールするように配置される。カソード２８及びアノード３０には、所定の分圧でプラズマ形成を誘発するのに十分なアノード３０とカソード片２８ａ、２８ｂ、２８ｃとの間の電圧差で電圧が印加される。電圧差は、典型的には約５００Ｖから約３ｋＶの範囲、典型的には約１ｋＶから約２ｋＶの範囲である。電圧は、ハウジング１６の外部にある電源から得られる。電圧は、好ましくは接地電位又はグラウンド電位である、スパッタリングターゲット２４を基準にして正の極性を有する。少量のガス、例えばアルゴンのような不活性ガスを含むガスが、入口７６を通して導入される。これらの圧力で、電圧が印加され、カソード２８とアノード３０との間にガスが導入されると、イオン源１８はプラズマを生成する。イオン源１８は、プラズマから正電荷イオンを取り出すことによって、高エネルギーイオンビーム２０を生成又は提供し、正電荷イオンは、ビーム軸２２に沿って、スパッタリングターゲット２４に向かって、高電位差によって開口部４０を通って外側に向けられ又は加速される。一実施形態において、イオンビーム２０は、約５００Ｖ以上、好ましくは約１ｋＶから約３０ｋＶの範囲、より好ましくは約１５ｋＶから約２５ｋＶの範囲のポテンシャルエネルギー又は加速エネルギーを有する。
【０１４５】
薄い中空ビーム２０は、イオンビーム入口５２を通り、イオン源１８の真下に位置するスパッタリングターゲット２４の通路５０に入る。イオンビーム２０は、ターゲット表面４８に衝突して、又はぶつかってもしくは衝撃を与えて、粒子（赤の陰影で概略的に示される）をスパッタリングターゲット２４の本体４６から表面１２ａに向かってスパッタ又は放出する。スパッタリングターゲット２４の本体４６は、徐々に侵食される。表面１２ａに向かってスパッタされた粒子は、スパッタリングターゲット２４の出口５４を通過し、真下に配置されている基板に堆積される。
【０１４６】
一実施形態において、高エネルギー源の円形開口部４０及び円形出口５４は、表面１２ａ上に円盤状の堆積物をもたらす。別の実施形態において、イオン源１８、開口部４０及び結果として生じるビーム２０は、角が丸い長方形の形状を有することができる。この構成により、細長い領域にわたって均一な堆積が可能になる。有利なことに、スパッタリング装置１４は、大きな直線状の形状のためにスケーリングされ、同時に堆積される面積を増大させることができる。
【０１４７】
一部の粒子（全体として符号９２で示される）は、スパッタリングターゲットからイオン源に向かって逆向きにスパッタされるが、表面に向かってスパッタされた粒子（全体として符号９４で示される）は全体として、スパッタリングターゲットから、（ｉ）ビーム軸２２に向かって延びる方向と（ｉｉ）ビーム軸２２から離れるように延びる方向の一方である、ビーム軸２２に対して全体として矢印９６で示される半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされる。図１〜９に示す実施形態において、半径方向に延びるスパッタ方向は、ビーム軸２２に向かって半径方向に延びる方向であり、スパッタリング装置１４は、イオンビーム２０の全周にわたってスパッタリングターゲット２４から粒子をスパッタするように配置されている。
【０１４８】
スパッタリングターゲットからイオン源に向かってバックスパッタされたイオンは、イオン源１８の内部で絶縁体３４、３６を被覆することができる。この再堆積による短絡を回避するために、一実施形態において、絶縁体３４、３６は、あらゆる再堆積の厚さ増加率を制限するべく露出表面積を増大させるように形作られる。絶縁体３４、３６のいくつかの領域は、厚さ増加率を制限するために、再堆積したイオンへの直接の露出からマスクされ得る。
【０１４９】
ターゲット通路５０の形状及び／又は出口５４のサイズは、イオンビーム２０が被改質表面に到達するのを阻止及び／又は防止する。通路５０、入口５２の下流及び出口５４のより小さな直径は、イオンビーム２０が表面１２ａに到達するのを防止する。代わりに、イオンビーム２０は、スパッタリングターゲット２４の傾斜した表面４８に衝突し、傾斜した表面４８は徐々に侵食される。一実施形態において、（イオンビーム２０とターゲット表面４８との間の入射点におけるイオンビーム２０とターゲット表面４８に垂直な線との間の角度である）イオンビームの入射角（又は複数の入射角）は、約４５度以上である。すなわち、（入射点におけるイオンビーム２０とスパッタリングターゲット２４の表面４８との間の角度である）イオンビームの視射角９８は、約４５度以下である。一実施形態において、入射角は約６０度から約８０度の範囲である（イオンビームの視射角は約１０度から約３０度の範囲である）。
【０１５０】
（イオンビーム２０及びスパッタターゲット２４の一部を示す）図９を参照すると、スパッタされた粒子の過半数又はより大きい部分は、スパッタリングターゲット２４の表面４８に垂直な法線軸２０６に対して角度２０４をなす（概ねスパッタされた粒子のビーム２０２の方向に対応する）主方向に投射される。この角度２０４は、一般にイオンビーム２０の入射角２０８に近いか又は入射角２０８とほぼ同じである。
【０１５１】
一実施形態において、粒子出口５４は、スパッタ本体４６の一方の側４６ａにおける入射点２１０（イオンビーム２０の幅２２０の中央に示される）からのスパッタリングの主方向がスパッタ本体４６の他方の側４６ｂによって妨げられないように、十分に大きい必要がある。一実施形態において、例えば、通路軸５８／ビーム軸２２に垂直な方向における粒子出口５４の中心点２１２（又は通路軸５８／ビーム軸２２）の距離２１２は、（ｉ）通路軸５８／ビーム軸２２に垂直な方向における入射点２１０と粒子出口の縁４８との間の距離２１４と、（ｉｉ）通路軸５８／ビーム軸２２に垂直な方向における粒子出口の縁４８と中心点２１２との間の距離２１６との和以上である。
【０１５２】
スパッタ収率は変化し、衝撃を与えるイオンのエネルギーと入射角によって制御することができる。一実施形態において、イオンビーム２０のポテンシャルエネルギー又は加速エネルギー及び／又は入射角（又は代替的に入射点におけるイオンビーム２０とスパッタリングターゲット２４の表面４８との角度９８）は、イオンビームスパッタリング条件から取得されるスパッタリング収率を最適化するように選択される。
【０１５３】
入射イオン種、スパッタリングターゲット材料、及び入射角又は複数の入射角の組み合わせごとに、最大のスパッタリング収率をもたらすエネルギーが存在する。一実施形態において、例えば、約５５度から約７５度の入射角を有する大部分の正荷電アルゴン（Ａｒ+）イオンビームによる最適なスパッタリング収率は、１５ｋｅＶから２０ｋｅＶの間のイオンエネルギーで達成される。
【０１５４】
同様に、入射イオン種、スパッタリングターゲット材料及びビームエネルギーの組み合わせごとに、最大のスパッタリング収率をもたらす入射角が存在する。一実施形態において、例えば、約１５ｋｅＶから約２０ｋｅＶのエネルギーを有する大部分のＡｒ+イオンビームによる最適なスパッタリング収率は、約５５度から約７５度の入射角で達成される。
【０１５５】
イオン化された任意のスパッタ原子に加速電圧を提供するために、スパッタリングターゲット２４と接地との間に更なる高電圧バイアスを印加することができる。電圧バイアスは、スパッタリング装置１４を使用してスパッタリングターゲット２４から表面１２ａ上及び／又は表面１２ａ内に原子及び分子を注入する場合に有利である。一実施形態において、スパッタリングターゲット２４と接地との間に印加される電圧バイアスは、例えば、約１ｋＶから約５０ｋＶの範囲である。この範囲（約１ｋＶから約５０ｋＶ）の電圧バイアスは、大きな追加の電気的絶縁及び放射線遮蔽を必要とせずに加速電圧を提供するのに有利であると理解されている。別の実施形態において、スパッタリングターゲット２４と接地との間に印加される電圧バイアスは、例えば、約１５ｋＶから約２０ｋＶの範囲である。この範囲（約１５ｋＶから約２０ｋＶ）の電圧バイアスは、有機及び無機基板上及び内部にほとんどの金属元素の表面及び表面近くのナノ粒子を生成するのに有利であると理解されている。
【０１５６】
一実施形態において、スパッタリング装置１４は任意選択で、出口５４又はその近傍に、パターンを画定してパターンに従って表面１２ａにスパッタされた粒子を堆積させるためのステンシル１００を含む。一実施形態において、方法は、ステンシル１００が少なくとも部分的に粒子出口５４を横切って延びるようにステンシル１００を粒子出口５４に隣接して配置することを含む。
【０１５７】
一実施形態において、スパッタされた原子の正イオン化を促進するために、スパッタされた原子の出口又はその近傍に電子銃（図示せず）が向けられる。
【０１５８】
一実施形態において、スパッタリング装置１４は、平面的な表面１２ａ、特に大面積の平面的な表面への材料の堆積を容易にする動的真空システムであるか又は動的真空システムの一部を形成している。
【０１５９】
ハウジング１６、イオンビーム源１８及びスパッタリングターゲット２４は、被改質表面１２ａに対して移動可能である。一実施形態において、方法は、例えば（ハウジング１６の外側の）大気圧からハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバ２６内に、スパッタリングターゲット２４からのスパッタされた粒子を伴う堆積ビームの前で表面１２ａを移動させ又は供給することを含む。真空チャンバ２６の動的シールが、イオン源１８と処理される表面１２ａとの間に能動的な圧力勾配を設定することを可能にする。
【０１６０】
一実施形態において、スパッタリング装置１４は、ハウジングと基板の表面１２ａ、１２ｂとの間の界面にシールを形成するための１つ以上の動的シール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを有する。一実施形態において、スパッタリング装置は、（図に見られるように）上側表面１２ａ及び下側表面１２ｂのそれぞれに対して同心円状に配置されている３つのシール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを有する。
【０１６１】
一実施形態において、各シール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、それぞれが低いガス透過性を有する２つの異なるコンポーネントから形成されている。１つのコンポーネントは、テフロン（登録商標）などの剛性材料から形成された低摩擦非圧縮性部材１０４である。第２のコンポーネントは、Ｏリング上などの圧縮性弾性部材１０６から形成される。各シール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、圧力勾配を受ける２つの表面１１０、１２ａの間の領域を囲む。第１の剛性コンポーネント１０４は、ハウジング１６の第１の表面１１０に形成された凹部１０８内に位置する。第２の弾性コンポーネント１０６は、第１の剛性コンポーネント１０４と基板１２の上側表面１２ａ（又は下側表面１２ｂ）の両方と接触している。シール１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、表面１２ａ及び／又は１２ｂが不連続性及び不完全性を含む状況において特によく機能する。
【０１６２】
隣接する同心円リング間の領域を部分的に真空にすることができるため、圧力勾配が形成される。例えば、矢印１１２で示すように、真空ポンプ７２を使用して最も内側のシールの内部に第１の圧力又は一次圧力を生じることができる。矢印１１４で示すように、外側の同心円リングの間にある１つ以上の更なるポンプによって第１の圧力よりも高い第２の圧力を生じることができる。同心リングの外側の過圧（高圧）領域を使用して、真空チャンバ２６を外部環境からさらに隔離することができる。
【０１６３】
有利なことに、一実施形態のスパッタリング装置１４は、被改質表面１２ａを有する対象物１２を、イオンビーム２０に垂直に配置することを必要としない。代わりに、対象物１２は、例えばイオン源１８及びビーム２０の真下に一直線に（直線的に）位置合わせされ得る。その結果、有利なことに、イオン源１８及びスパッタリングターゲット２４のための真空チャンバ２６をより小さくすることができる。その結果、有利なことに、一実施形態のスパッタリング装置１４は、製造がより簡単かつ安価であり得る。
【０１６４】
一実施形態のスパッタリング装置１４は、実質的に下の表面１２ａ全体にわたってパターン化され又は均一なパターン化及び／又は均一薄膜を堆積することを可能にする。この場合も例としてのみ、用途は、電極、異なる濡れ性を有する材料の配列、低放射率層、美的コーティング、反射面、電磁遮蔽層又はフィルム、耐摩耗層又はフィルム、抗菌性表面及び防汚性表面の堆積を含むことができるが、限定されるものではない。
【０１６５】
スパッタリング装置（図１０Ａ〜１０Ｃ）
図１０Ａ〜１０Ｃを参照して本開示の第２の実施形態による代替的なスパッタリング装置１２０を説明する。スパッタリング装置１２０は、上記のように高エネルギーイオンビーム２０を提供するためのイオン源１８と、図１０Ａ〜１０Ｃに概略的に示すスパッタリングターゲット１２２とを含む。イオン源１８（図１０Ａ〜１０Ｃには図示せず）は、この場合も真空下で動作し、この場合も、スパッタリングターゲット１２２のターゲット表面１２４に衝突してスパッタリングターゲット１２２から被改質表面１２６に向かって粒子をスパッタするイオンビーム２０を提供するように、スパッタリングターゲット１２２に対してハウジング（図示せず）内に配置される。
【０１６６】
しかしながら、イオンビーム２０のための通路５０を有するスパッタリングターゲット２４とは異なり、スパッタリングターゲット１２２は、スパッタリングチャンバ１３０を画定してスパッタリングチャンバ１３０の内部に配置されている表面１２６をスパッタされた粒子（概略的に赤い陰影で示される）で改質又は被覆するためのターゲット本体１２８を含む。
【０１６７】
ターゲット本体１２８は、イオンビーム入口１３２、又はイオンビーム２０のための開口部又は口を有する。入口１３２はスパッタリングチャンバ１３０内に開口している。イオンビーム入口１３２の（ビーム軸２２に垂直な平面における）断面形状は、この場合も実質的に円形（又はリング）である。イオンビーム入口１３２は、実質的にビーム軸２２を中心とする。代替的に、イオンビーム入口１３２の断面形状は、この場合も他の形状、例えば、実質的に長円形又は丸みを帯びた角を有する長方形であることができる。イオンビーム入口１３２の（ビーム軸２２に垂直な平面における）断面積は、イオンビーム２０がチャンバ１３０に入るように、イオンビーム２０の外周に囲まれる断面積よりも実質的に大きい。一実施形態において、イオンビーム入口１３２の（ビーム軸２２に垂直な平面における）直径は、イオンビーム２０の外周の直径よりも実質的に大きい。
【０１６８】
ビーム軸２２は、イオンビーム入口１３２及びスパッタリングチャンバ１３０と重なる。スパッタリングチャンバ１３０は、ビーム軸２２と実質的に同軸である中心チャンバ軸１３４を有する。スパッタリングチャンバ１３０は、中心チャンバ軸１３４及び／又はビーム軸２２に関して概ね対称である。ターゲット本体１２８も、中心チャンバ軸１３４及び／又はビーム軸２２に関して概ね対称であることができる。
【０１６９】
スパッタリングチャンバ１３０は、被改質表面１２６を有する対象物１３６に向かってスパッタされた粒子が全体としてスパッタリングチャンバ１３０内の中央領域（被改質表面を配置することができる）に向かってスパッタされるように形成されている。ターゲット表面１２４は、少なくとも部分的にチャンバ１３０を画定するターゲット本体１２８の少なくとも１つのチャンバ又は内側表面の形態であるか又は少なくとも１つのチャンバ又は内側表面によって提供される。一実施形態において、イオンビーム入口１３２と入口１３２の下流（イオンビーム２０に関して）にあるスパッタリングチャンバ１３０の端部又は底部１３６（図１０Ｂ及び１０Ｃに見られるように）との中間にあるスパッタリングチャンバ１３０の少なくとも一部は、ターゲット表面１２４がビーム軸２２に対して傾斜するように、底部１３６に向かう方向に先細りになっている（サイズが縮小している）。スパッタリングチャンバ１３０は、イオンビーム入口１３２又はその近傍から入口１３２の反対側の底部１２６又はその近傍まで先細りになっている。チャンバ１３０は、実質的に一定の割合で先細りになっている。代替的に、通路５０と同様に、チャンバ１３０は、一定でない割合で先細りになっていることができ、例えば、チャンバ１３０は、チャンバ１３０が底部１３６に近づくにつれてより大きな割合又はより小さな割合で先細りになっていることができる。
【０１７０】
一実施形態において、チャンバ１３０は、実質的に切頭円錐形の形状を有する。傾斜したターゲット表面１２４とチャンバ軸１３４及び／又はビーム軸２２との間に画定される角度１３８は、約４５度以下である。角度１３８は、好ましくは約１０度から約３０度の範囲である。代替的に、チャンバ１３０は別の形状を有することができる。
【０１７１】
スパッタリングターゲット１２２は、１つ以上のシールド、又はガード又は形成物１４０を含む。一実施形態において、スパッタリングターゲット１２２は、２つのシールド１４０を含む。その又は各シールドは、イオンビーム２０がスパッタリングチャンバ１３０の内部で被改質表面１２６に衝突する（又は到達する）のを阻止又は防止するように構成されている。シールド１４０は、使用時に、改質中の表面１２６の上流（イオンビーム２０に関して）に少なくとも部分的に配置される。各シールド１４０は、入口１３２を部分的に横切って延び、（ビーム軸２２に関して）半径方向と円周方向の両方に延びて、イオンビーム２０からシールド１４０の下に及び／又はシールド１４０を通って（図１０Ｂ及び１０Ｃに示すように）延びる改質中の表面１２６を遮断又は遮蔽する。ターゲット本体１２８とシールド１４０は一体部品として形成され得る。
【０１７２】
スパッタリングターゲット２４のイオンビーム入口５２と同様に、シールド１４０を含まないイオンビーム入口１３２の（ビーム軸に垂直な平面における）断面形状は、実質的に円形（又はリング）である。代替的に、イオンビーム入口１３２の断面形状は、他の形状であることができ、例えば、実質的に長円形又は丸みを帯びた角を有する長方形であることができる。
【０１７３】
スパッタリング装置１２０は、スパッタリングチャンバ１３０の内部で被改質表面１２６を有する対象物１３６を少なくとも部分的に支持（又は保持又は保留する）するための支持機構を含むか又は支持機構と関係している。一実施形態において、ターゲット本体１２８は、対向する開口又は開口部１４２、１４４を有し、対象物１３６は、対象物１３６が少なくとも部分的にスパッタリングチャンバ１３０を横切ってスパッタリングチャンバの内部に延びるように開口１４２、１４４を通って延びる。開口１４２、１４４は、それぞれのシールド１４０を通って形成され得る。
【０１７４】
一実施形態において、イオン源１８及びスパッタリングチャンバ１３０は、例えば、ビーム軸２２に対して実質的に垂直な方向１４６に被改質表面１２６に対して移動可能である。対象物１３６は、ビーム軸に垂直な方向にスパッタリングチャンバ１３０を通って供給され得る。一実施形態において、イオン源１８及びスパッタリングターゲット１２２は、例えば、ビーム軸に垂直な軸を中心に表面１２６に対して回転可能である。例えば、表面１２６を含む対象物１３６は、矢印１４８で示すように、動かないスパッタリングターゲットに対して回転され得る。
【０１７５】
スパッタリングターゲット１２２を含むスパッタリング装置１２０を用いて対象物１３６の被改質表面１２６に粒子をスパッタする方法を説明する。
【０１７６】
対象物１３６は、表面１２６が少なくとも部分的にスパッタリングチャンバ１３０を横切って延びるようにスパッタリングチャンバ１３０の内部に配置される。一実施形態において、対象物１３６は、ターゲット本体１２８及び又はシールド１４０の開口１４２、１４４を通って延び、スパッタリングチャンバ１３０を横切って延びている。一実施形態において、対象物１３６は、スパッタリングチャンバ１３０の幅を横切って、実質的にビーム軸に垂直な方向に延びている。
【０１７７】
スパッタリング装置１４を参照して上述したように、スパッタリング装置１２０と関係しかつ／又はスパッタリング装置１２０の一部であるハウジング（図示せず）によって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバ内に部分真空が生成される。イオン源１８は、高エネルギーイオンビーム２０を生成又は供給するために部分真空内で動作する。
【０１７８】
中空ビーム２０は、入口１３２を通って、イオン源１８の真下に位置するスパッタリングチャンバ１３０内に向けられる。イオンビーム２０は、チャンバ表面に衝突し、粒子（概略的に赤の陰影で示される）をスパッタリングターゲット１２２の本体１２８から表面１２６に向かってスパッタする。
【０１７９】
一実施形態において、スパッタリングチャンバ１３０は、被改質表面１２６に向かってスパッタされた粒子が全体としてスパッタリングチャンバ１３０内の中央領域に向かってスパッタされるように形作られている。一部の粒子はスパッタリングターゲットからイオン源１８に向かってバックスパッタされるが、表面１２６に向かってスパッタされた粒子は全体として、スパッタリングターゲット１２２から、ビーム軸２２に対して半径方向に延びるスパッタ方向において、ビーム軸２２に向かって延びる方向にスパッタされる。一実施形態において、スパッタリング装置１２０は、イオンビーム２０の全周にわたってスパッタリングターゲット１２２から粒子をスパッタするように配置されている。
【０１８０】
図１０Ａ〜１０Ｃに示す実施形態において、対象物１３６は、円筒形のパイプ又は管の形態の細長い導管である。表面１２６は、円弧状又は円筒形の外側表面である。代替的に、対象物１３６は、例えば、平面的な表面を有する基板であることができる。
【０１８１】
一実施形態において、方法は、被改質表面１２６をイオンビーム２０及び／又はスパッタリングチャンバ１３０に対して移動又は前進させることを含む。表面１２６は、スパッタリングチャンバ１３０に対して、実質的にビーム軸２２に垂直な方向１４６に移動される。一実施形態において、対象物１３６はパイプであり、動かないターゲット本体の開口を通して供給される。別の実施形態において、スパッタリングターゲット１２２（及びイオン源１８）は、動かないパイプに沿って移動される。
【０１８２】
一実施形態において、方法は、対象物の全周にわたって材料をスパッタするためにスパッタリングチャンバ１３０に対して対象物を回転させることを含む。一実施形態において、対象物は、動かないターゲット本体１２８に対して（全体として矢印１４８で示すように）回転される。別の実施形態において、ターゲット本体１２８（及びイオン源１８）は、動かない対象物に対して回転させることができる。
【０１８３】
スパッタリング装置（図１１）
図１１を参照して本開示の第３の実施形態による代替的なスパッタリング装置１５０を説明する。スパッタリング装置１５０は、上記のように高エネルギーイオンビーム２０を提供するイオン源１８と、図１１に概略的に示すスパッタリングターゲット１５２とを含む。イオン源１８（図１１には図示せず）は、この場合も真空下で動作し、この場合も、スパッタリングターゲット１５２のターゲット表面１５４に衝突してスパッタリングターゲット１５２から被改質表面に向かって粒子をスパッタするイオンビーム２０を提供するように、スパッタリングターゲット１５２に対してハウジング（図示せず）内に配置可能である。
【０１８４】
スパッタリングターゲット１５２は、導管の内側表面１５６、例えば、パイプ１５８、管、又はバレルの内側表面に粒子をスパッタし又は堆積させるのに特に有用である。
【０１８５】
表面に向かってスパッタされた粒子が全体としてスパッタリングターゲットからビーム軸に向かって（ビーム軸に対して）半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるスパッタリング装置１４、１２０とは異なり、スパッタリングターゲット１５２を有するスパッタリング装置１５０は全体として、ビーム軸２２から離れる、ビーム軸２２に対して半径方向に延びるスパッタ方向に表面１５６に向かって粒子をスパッタする。
【０１８６】
スパッタリングターゲット１５２は、ターゲット本体１６０からパイプ１５８の内側表面１５６に向かって粒子をスパッタするように構成され又は形作られたターゲット本体１６０を含む。
【０１８７】
ターゲット本体１６０は、少なくとも１つのターゲット表面１５４を画定する少なくとも１つの外周面を有する。
【０１８８】
一実施形態において、第１の端部１６２と第２の端部１６４の中間にある環状のターゲット本体１６０の周囲の少なくとも一部は、ターゲット表面１５４がビーム軸２２に対して傾斜するように、実質的に切頭円錐形の形状を有する。図１１を参照すると、ターゲット本体１６０は、実質的に中空の切頭円錐形の形状を有する。スパッタリングターゲット１５２及びイオン源１８は、ターゲット本体の軸１６６がビーム軸２２と実質的に平行であり、好ましくは平行であり、より好ましくは実質的に同軸であり、より好ましくは同軸であるように直線状に配置されている。傾斜したターゲット表面１５４とターゲット本体の軸１６６及び／又はビーム軸２２との間に画定される角度１６８は、約４５度以下である。角度１６８は、好ましくは約１０度から約３０度の範囲である。代替的に、ターゲット本体１６０は、他の形状、例えば、実質的に円錐形の形状を有することができる。又は、ターゲット本体１６０は、円形断面を有していなくてもよい。代わりに、ターゲット本体１６０は、例えば、実質的に長円形の断面又は丸みを帯びた角を有する長方形の断面を有することができる。
【０１８９】
ターゲット本体１６０は、図１１に概略的に中空体として示されているが、代替的に、ターゲット本体１６０は、実質的に中実体であることができる。
【０１９０】
一実施形態において、（ビーム軸２２に垂直な平面における）ターゲット本体１６０の少なくとも一部の外周に囲まれる断面積は、イオンビーム２０がターゲット表面１５４に衝突するように、ビーム軸２２の方向においてイオン源１８から離れる方向に増大する。外周に囲まれる断面積は、イオンビーム２０の中空部分の断面積よりも実質的に小さい第１の断面積からイオンビーム２０の外周に囲まれる断面積よりも実質的に大きい第２の断面積まで、ビーム軸の方向においてイオン源１８から離れる方向に増大する。一実施形態において、ターゲット本体１６０の外周に囲まれる断面積は、イオン源１８の近位又は少なくともより近くにあるターゲット本体１６０の第１の端部１６２又はその近傍からイオン源１８から遠位又は少なくともより遠くにある（イオンビーム２０を基準として第１の端部１６２の下流の）ターゲット本体１６０の第２の端１６４部又はその近傍まで増大する。一実施形態において、ターゲット本体１６０の外周の直径は、第１の端部１６２又はその近傍から第２の端部１６４又はその近傍まで増大する。
【０１９１】
ターゲット本体１６０の外周に囲まれる断面積は、ビーム２０の方向に実質的に一定の割合で増大する。代替的に、ターゲット本体１６０の周囲によって画定される断面積は、一定でない割合で先細りになっていることができ、例えば、ターゲット本体１６０は、ターゲット本体１６０が第２の端部１６４に近づくにつれてより大きな割合又はより小さな割合で先細りになっていることができる。
【０１９２】
一実施形態において、スパッタリング装置１５０は、パイプ１５８などの中空の対象物の内部に少なくとも部分的に延びるように構成されているので、ビーム軸２２は、パイプの中心軸又は縦軸と概ね一直線である（実質的に平行であるか又は同軸である）。イオン源１８及び／又はスパッタリングターゲット１５２のサイズは、パイプの寸法に基づいて作る（拡大又は縮小する）ことができる。
【０１９３】
一実施形態において、スパッタリングターゲット１５２は、パイプ１５８に対して実質的にビーム軸２２に平行な方向に移動可能である。スパッタリング装置１５０は、少なくともスパッタリングターゲット１５２が、パイプに対して及びパイプの内部で実質的にビーム軸２２に平行な方向に移動可能であるように構成されている。一実施形態において、スパッタリング装置１５０は、イオン源１８とスパッタリングターゲット１５２の両方がパイプに対して及びパイプの内部で実質的にビーム軸２２に平行な方向に移動可能であるように構成されている。代替的に、スパッタリングターゲット１５２は、不動であり得るイオン源１８に対してパイプの内部で移動することができる。
【０１９４】
スパッタ本体１５２を含むスパッタリング装置１５０を用いてパイプ１５８の内側表面１５６に粒子をスパッタする方法について説明する。
【０１９５】
スパッタリングターゲット１５２を有するスパッタリング装置１５０は、スパッタリングターゲット１５２が少なくとも部分的にパイプ１５８の内部に配置されかつ／又はパイプの開口端を通ってパイプ内に延びるように配置される。一実施形態において、スパッタリング装置１５０は、ビーム軸２２がパイプ１５８の中心軸又は縦軸と概ね一直線である（実質的に平行であるか又は同軸である）ように配置される。
【０１９６】
スパッタリング装置１４、１２０を参照して上述したように、スパッタリング装置１５０に関係しかつ／又はスパッタリング装置１５０の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバ内に部分真空が生成される。パイプ１５８の少なくとも一部の内部の圧力が低下する。イオン源１８は、高エネルギーイオンビーム２０を生成又は提供するように動作する。
【０１９７】
中空ビーム２０は、図１１に示すように、イオン源１８に隣接して又はその真下に配置されているスパッタリングターゲット１５２上に向けられる。イオンビームは、ターゲット表面１５４に衝突し、粒子（概略的に赤の陰影で示される）をスパッタリングターゲット１５２の本体からパイプ１５８の内側表面１５６に向かってスパッタする。
【０１９８】
この場合も、一部の粒子はスパッタリングターゲット１５２からイオン源２０に向かって逆向きにスパッタされるが、表面に向かってスパッタされた粒子は全体として、スパッタリングターゲット１５２から、ビーム軸２２に対して半径方向に延びるスパッタ方向において、ビーム軸２２から離れるように延びる方向にスパッタされる。一実施形態において、スパッタリング装置１５０は、イオンビーム２０の全周にわたってスパッタリングターゲット１５２から粒子をスパッタするように構成されている。
【０１９９】
パイプ１５８の内側表面１５６は、円弧状、より具体的には円筒形の表面である。代替的に、スパッタリングターゲット１５２を有するスパッタリング装置１５０を使用して、非円弧状の表面、例えば、概ね平面的な表面に粒子をスパッタし又は堆積させることができる。代替的に、スパッタリングターゲット１５２を有するスパッタリング装置１５０を使用して、パイプ又は他の対象物の外側表面を改質することができる。
【０２００】
一実施形態において、方法は、スパッタリングターゲット１５２に対して被改質表面１５６を移動又は前進させることを含む。表面は、スパッタリングターゲット１５２に対して、実質的にビーム軸２２に平行な方向に移動される。一実施形態において、スパッタリングターゲット１５２は、パイプ１５８の内部で実質的に同軸に支持され、パイプの全長を処理するためにパイプ１５８の全長にわたって横断することができる。一実施形態において、イオン源２０はスパッタリングターゲット１５２と共に移動することができる。別の実施形態において、スパッタリングターゲットは、パイプ１５８の内部で、イオン源から離れて、又はイオン源１８に向かって移動することができる。
【０２０１】
図１２は、中空ビーム２０の一例を示す。上記のように、中空ビームは、円形の断面を有する円筒形のイオンビームであり、円筒の中心を通って流れるイオンが少ないか又は全くなく、円筒の壁を通って流れるイオンの数が最大である。
【０２０２】
中空ビームの軸は、２２で示され、内径Ｒを有する。幅Ｗのイオンの流れが、ターゲット表面４８に向けられる。イオンの流れは、ターゲット表面４８に向かって進むにつれて、ビーム軸２２から離れる側のビーム幅Ａの増大を示す。イオンの流れはまた、ビーム軸２２に向かう側のビーム幅Ｂの増大を示す。
【０２０３】
一実施形態において、中空イオンビーム２０の電流密度の横方向のプロファイルは、中空ビーム２０の直径２Ｒに対応する距離だけ離れている２つのミラーリング非対称ガウスに従う。中空イオンビームが空間を伝播すると、イオンビーム内のクーロン相互作用がビームの広がり及び壁の広がりをもたらす。これは空間電荷効果としても知られている。
【０２０４】
ビームは、イオン源から離れるときに幅Ｗを有する。ビームは、スパッタターゲット４８に向かって距離Ｈだけ進む。スパッタターゲット４８は、角度δ、幅ｗ、高さｈによって定義される形状を有する。一実施形態において、イオンビームの大部分は、基板を直接損傷又は改質しないように、スパッタターゲット４８によって停止される。
【０２０５】
一実施形態において、電流とイオンビーム２０の広がりとの関係は、チャンバの圧力、イオンのエネルギー、イオンの質量、イオンビーム電流密度、及び移動距離Ｈの非線形関数である。
【０２０６】
広がりは、ビーム軸から離れる側のＡのビーム幅の増大と、ビーム軸に向かう側のＢのビーム幅の増大をもたらす。Ａの広がり角はαと示される。Ｂの広がり角をβと示される。
【０２０７】
一実施形態において、対応する広がり角α及びβの推定値は、解析近似又は有限要素モデリングソフトウェアの使用によって得られ、Ａ及びＢを計算するために使用される。
Ａ＝（Ｈ−（（Ｗ＋Ｈｔａｎβ）ｔａｎδ））／（ｔａｎδ＋ｃｏｔα）
Ｂ＝Ｈｔａｎβ
【０２０８】
スパッタターゲット４８の傾斜δは、以下のように、これらの値及びスパッタターゲットの高さに関係している。
ｄ＝（Ａ＋Ｗ＋Ｂ）ｔａｎδ
【０２０９】
スパッタターゲットの最大内径は、ターゲットに衝突するときの中空イオンビームの内径ｒである。
ａ≦ｒ≦Ｒ−Ｂ
【０２１０】
ここで、ａは堆積領域の最小半径（常に正数）である。スパッタリングターゲットの粒子出口は、サイズａの幅又は半径を有する。一実施形態において、この半径はユーザが定義する。
【０２１１】
スパッタターゲットの最小高さｈは、
ｈ≧ｄ
である。
【０２１２】
スパッタターゲット部分の最小幅ｗは、
ｗ≧Ａ＋Ｗ＋Ｂ
である。
【０２１３】
上記の式は、スパッタ方向がビーム軸に向かって延びる図１０Ａ〜１０Ｃに示すスパッタリング装置の実施形態に適している。当然のことながら、同じ式は、スパッタ方向がビーム軸から離れるように延びている図１１に示すスパッタリング装置の実施形態に適している。
【０２１４】
結果として生じる堆積層の組成を制御するために異なる材料を使用する場合など、中心軸の両側でスパッタリングターゲット本体の角度が異なる場合、寸法は全て同じではない。材料Ａ及びＢのスパッタリングターゲットの両側の形状を計算するために、距離ｒは両側で異なる（Ａ側のｒA及びＢ側のｒB）。ｒA及びｒBは、Ａ側及びＢ側それぞれのパラメータｄ及びδに相当する高さｄA及びｄBと勾配δA及びδBとの関数である。
【０２１５】
これらの条件において、中空ビームを使用すると、（Ｗ＋ｒ）＾２／（（Ｗ＋ｒ）＾２−ｒ＾２）の比率で電力を節約できる可能性がある。例えば、Ｗ＝１ｃｍ、ｒ＝１ｃｍの場合、中空ビームを使用すると、同じスパッタリング率でフルビームよりも使用する電力が約３３％少なくなる。さらに、表面は直接ビーム露光の影響を受けない。
【０２１６】
以下に実験結果を示す。すべての実験の運転圧は２〜７×１０-4ｍｂａｒ、ベース圧は約５×１０-6ｍｂａｒであった。
【０２１７】
図１３及び１４は、ガラスへの銅の堆積の例を示す。図８に示したもののような細長いイオン源を、図１及び２Ｂに示したものと同じプロファイルを有する銅ターゲットと共に使用した。
【０２１８】
イオン源の長さは１５．７ｃｍ、中空ビームの幅は２．４ｃｍであった。真空チャンバの全体の設計は、図２Ｂに示したものと同じであった。ターゲットとイオン源との間の距離は１．３５ｃｍであった。スパッタターゲットの底面と改質中のソーダ石灰ガラス基板との間の距離は０．５ｍｍであった。
【０２１９】
イオン源のアノードとカソードに１ｋＶのＤＣ電圧を印加することによりイオン源にプラズマを生成した。スパッタターゲットに向かって正イオンを加速するために７．５、１０、１２、１２．５及び１５ｋＶの電圧を用いた。（±０．１ｍｍ／分の分解能を可能にするギヤードステッピングモータを用いて）１．２５、２．５、５及び７．５ｍｍ／分の走査速度を使用した。様々な組み合わせを試し、オリンパスのポータブル蛍光Ｘ線システムを用いて堆積厚さを測定した。
【０２２０】
原子間力顕微鏡を用いて厚さ測定を較正した。ＡＦＭ測定のために、厚さ測定用の鋭い縁を提供するべく、堆積前にガラス上に除去可能なマスクを置いた。
【０２２１】
図１３は、１０ｋＶの一定加速電圧における異なる走査速度（速度）に対する均一に堆積された基板の１２ｃｍにわたる堆積厚さの変化を示す。図１４は、異なる走査速度（速度）及び５ｍｍ／分の速度における異なる加速電圧に対する均一に堆積された基板の１２ｃｍにわたる堆積厚さの変化を示す。垂直エラーバーは、表面全体の厚さの標準偏差に対応している。
【０２２２】
図１５はガラスへのチタンの堆積の例を示す。
【０２２３】
図８に示したもののような細長いイオン源を、図１及び２Ｂに示したものと同じプロファイルを有するスパッタリングターゲットと共に使用した。
【０２２４】
イオン源の長さは１５．７ｃｍ、中空ビームの幅は２．４ｃｍであった。スパッタターゲットは、この実験用にチタンで作られた、イオンビームにさらされる取り外し可能な面を有していた。真空チャンバの全体の設計は、図２Ｂに示したものと同じであった。ターゲットとイオン源との間の距離は１．３５ｃｍであった。スパッタターゲットの底面と改質中のソーダ石灰ガラス基板との間の距離は０．５ｍｍであった。
【０２２５】
イオン源のアノードとカソードに１ｋＶのＤＣ電圧を印加することによりイオン源にプラズマを生成した。スパッタターゲットに向かって正イオンを加速するために５ｋＶの電圧を用いた。（分解能±０．１ｍｍ／分のギヤードステッピングモータを用いて）２、３、５及び７．５ｍｍ／分の走査速度を使用した。様々な組み合わせを試し、オリンパスのポータブル蛍光Ｘ線システムを用いて堆積厚さを測定した。
【０２２６】
原子間力顕微鏡を用いて測定を較正した。ＡＦＭ測定のために、厚さ測定用の鋭い縁を提供するべく、堆積前にガラス上に除去可能なマスクを置いた。
【０２２７】
図１５は、１０ｋＶの一定加速電圧における異なる走査速度（速度）に対する均一に堆積させた基板の１２ｃｍにわたる堆積厚さの変化を示す。垂直エラーバーは、表面全体の厚さの標準偏差に対応している。
【０２２８】
図１６は、プラスチック管の外側への銅の堆積の例を示す。
【０２２９】
図３Ａに示したもののような円形のイオン源を、図１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃに対応する設計の銅ターゲットと共に使用した。
【０２３０】
イオン源のアノードとカソードに１ｋＶのＤＣ電圧を印加することによりイオン源にプラズマを生成した。スパッタターゲットに向かって正イオンを加速するために１０ｋＶの電圧を用いた。ポータブルの蛍光Ｘ線を用いて、パイプの全長にわたって堆積厚さを確認した。２．５ｍｍ／分及び５ｍｍ／分の引き上げ速度と５ｋＶの加速電圧とで、３９±２５ｎｍ及び４±３ｎｍの厚さが堆積された。
【０２３１】
これらは上記と同じ方法で測定した。プロセスの更なる最適化がより良好な堆積速度及び堆積膜の均一性をもたらすことが予想される。
【０２３２】
本発明の前述の説明は、本発明の好ましい形態を含む。添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、それらを変更することができる。
【図１】
2021508786.tif 000003
【図２Ａ】
2021508786.tif 000004
【図２Ｂ】
2021508786.tif 000005
【図２Ｃ】
2021508786.tif 000006
【図３Ａ】
2021508786.tif 000007
【図３Ｂ】
2021508786.tif 000008
【図３Ｃ】
2021508786.tif 000009
【図３Ｄ】
2021508786.tif 000010
【図３Ｅ】
2021508786.tif 000011
【図３Ｆ】
2021508786.tif 000012
【図４】
2021508786.tif 000013
【図５】
2021508786.tif 000014
【図６】
2021508786.tif 000015
【図７】
2021508786.tif 000016
【図８】
2021508786.tif 000017
【図９】
2021508786.tif 000018
【図１０Ａ】
2021508786.tif 000019
【図１０Ｂ】
2021508786.tif 000020
【図１０Ｃ】
2021508786.tif 000021
【図１１】
2021508786.tif 000022
【図１２】
2021508786.tif 000023
【図１３】
2021508786.tif 000024
【図１４】
2021508786.tif 000025
【図１５】
2021508786.tif 000026
【図１６】
2021508786.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月24日(2020.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームスパッタリング装置であって、
中空イオンビームの中空部分に位置するビーム軸に沿って中空イオンビームを生成するように構成されているイオン源と、
少なくとも１つのターゲット表面を画定するターゲット本体を有するスパッタリングターゲットであって、前記ターゲット本体はスパッタ可能な粒子を含み、前記ターゲット本体は前記イオンビームが前記少なくとも１つのターゲット表面に衝突して前記ターゲット本体から対象物の被改質表面に向かって粒子をスパッタするように前記イオン源に対して配置されているスパッタリングターゲットと
を含み、
前記ターゲット本体は、前記被改質表面に向かってスパッタされた粒子が全体として前記スパッタリングターゲットから前記ビーム軸に対して半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるように形作られ、前記スパッタ方向は前記ビーム軸に向かって延び、
前記ターゲット本体は、前記ターゲット本体を通って延びるターゲット通路を有し、前記ターゲット通路は、前記イオンビームのためのイオンビーム入口と、スパッタされた粒子が被改質表面に向かって前記ターゲット通路を出るための粒子出口とを有し、
前記ビーム軸に垂直な平面における前記粒子出口の断面積は、前記イオンビームの中空部分の断面積よりも実質的に小さい、装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのターゲット表面は、前記通路を少なくとも部分的に画定する前記ターゲット本体の少なくとも表面の形態である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビーム軸に垂直な平面における前記イオンビーム入口の断面積は、前記ビームが前記入口を通過できるように、前記イオンビームの外周に囲まれる断面積よりも実質的に大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記イオンビーム入口と前記粒子出口の中間にある前記ターゲット通路の少なくとも一部が、前記粒子出口に向かって先細りになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ターゲット通路は、前記イオンビーム入口又はその近傍から前記粒子出口又はその近傍まで先細りになっている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記通路は、実質的に一定の割合で先細りになっている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ターゲット通路は、前記イオンビームが前記ターゲット表面に衝突することなく前記通路の外側の被改質表面に向かって前記粒子出口を通って前記ターゲット通路を出るのを阻止するように形作られている、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記ビーム軸は、前記イオンビーム入口、前記ターゲット通路及び前記粒子出口と重なる、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ビーム軸は中心ビーム軸であり、前記ターゲット通路は、前記ビーム軸と実質的に同軸である中心通路軸を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ターゲット通路は、前記中心通路軸及び／又は前記ビーム軸に関して概ね対称である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ターゲット本体も、前記中心通路軸及び／又は前記ビーム軸に関して概ね対称である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記イオンビーム入口及び前記粒子出口は、実質的に前記通路軸及び／又は前記ビーム軸を中心とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記ビーム軸に垂直な平面における前記イオンビーム入口の断面形状が、実質的に円形、長円形、及び丸みを帯びた角を有する長方形からなる群から選択される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビーム軸に垂直な平面における前記粒子出口の断面形状が、実質的に円形、長円形、及び丸みを帯びた角を有する長方形からなる群から選択される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
パターンを画定して前記パターンに従って被改質表面にスパッタされた粒子を堆積させるためのステンシルを前記粒子出口又はその近傍にさらに含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ステンシルは、前記粒子出口に隣接して配置され、少なくとも部分的に前記粒子出口を横切って延びる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記スパッタリングターゲットは、それぞれ前記ターゲット本体を通って延びる１つ以上の真空ベント又は開口部を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記又は各ベントは、前記イオンビーム入口又はその近傍にある前記ターゲット本体の第１の端部又は部分から前記粒子出口の近傍にある前記ターゲット本体の第２の端部又は部分まで前記ターゲット本体を通って延びる、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記通路の外側で前記スパッタリングターゲットの粒子出口に隣接して被改質表面を有する対象物を少なくとも部分的に支持するための支持体を含むか又は前記支持体と関係している、請求項１から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記イオン源及び前記スパッタリングターゲットは、前記通路の外側で前記粒子出口に隣接して配置されている被改質表面を有する対象物に対して実質的に前記ビーム軸に垂直な方向に移動可能である、請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
被改質表面を有する前記対象物は、前記イオン源及び前記スパッタリングターゲットに対して移動可能である、請求項１から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
被改質表面を有する前記対象物は、大気圧から、少なくとも部分真空が存在する真空チャンバ内に移動可能であり、前記真空チャンバは、少なくとも部分的にハウジングによって画定される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記中空イオンビームは、前記イオン源における幅Ｗ及び内径Ｒを有し、前記中空イオンビームがスパッタリングターゲットに向かって進むにつれてビーム幅の増大を示し、前記ビーム幅の増大は、
前記ビーム軸から離れる側のＡのビーム幅の増大と、
前記ビーム軸に向かう側のＢのビーム幅の増大と
を含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記スパッタリングターゲットは、ｄ＝（Ａ＋Ｗ＋Ｂ）ｔａｎδによって定義される高さｄを有し、δは、前記中空イオンビームに対する前記スパッタリングターゲットの傾斜を表す、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記スパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットに衝突するときの中空イオンビームの内径Ｒ−Ｂに等しい最大内径ｒを有し、前記最大内径は、ａ≦ｒ≦Ｒ−Ｂによって定義される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記スパッタリングターゲットは、ｈ≧ｄによって定義される最小高さｈを有する、請求項２４又は２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記スパッタリングターゲットは、ｗ≧Ａ＋Ｗ＋Ｂによって定義される最小幅ｗを有する、請求項２３から２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記スパッタリングターゲットは、前記少なくとも１つのターゲット表面が前記スパッタ可能な粒子を提供するように単一の材料から成る、請求項１から２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記スパッタリングターゲットは少なくとも第１の材料と第２の材料とを含み、前記第１の材料は前記第２の材料とは異なる、請求項１から２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１の材料及び前記第２の材料は、前記中空イオンビームに対して実質的に同じ入射角に配置される、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記第１の材料は前記中空イオンビームに対して第１の入射角に配置され、前記第２の材料は前記中空イオンビームに対して第２の入射角に配置され、前記第１の入射角は前記第２の入射角とは異なる、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
表面に粒子をスパッタする方法であって、
請求項１又は２に記載のスパッタリング装置の粒子出口に隣接して前記ターゲット通路の外側に前記表面を配置することと、
前記スパッタリング装置と関係しかつ／又は前記スパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、
前記スパッタリング装置のイオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、
前記表面に粒子をスパッタするために前記イオンビーム入口を通して前記中空イオンビームを前記ターゲット通路内に向けることと
を含む方法。
【請求項３３】
前記表面を前記スパッタリング装置の下又は前にスライドさせることをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記表面を大気圧から前記真空チャンバ内にスライドさせることをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
円弧状表面の外側表面に粒子をスパッタする方法であって、
請求項１から６のいずれか一項に記載のスパッタリング装置のスパッタリングチャンバの内部に前記表面を配置して前記表面が少なくとも部分的に前記スパッタリングチャンバを横切って延在するようにすることと、
前記スパッタリング装置と関係しかつ／又は前記スパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、
前記イオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、
前記表面に粒子をスパッタするために前記イオンビーム入口を通して前記中空イオンビームを前記スパッタリングチャンバ内に向けることと
を含む方法。
【請求項３６】
被改質表面に粒子をスパッタする方法であって、
少なくとも１つのターゲット表面を画定するターゲット本体を有するスパッタリングターゲットをスパッタリング装置の粒子出口に隣接して配置することと、
前記スパッタリング装置と関係しかつ／又は前記スパッタリング装置の一部であるハウジングによって少なくとも部分的に画定されている真空チャンバの内部に少なくとも部分真空を生成することと、
前記スパッタリング装置のイオン源を用いて中空イオンビームを生成することと、
前記中空イオンビームが前記少なくとも１つのターゲット表面に衝突して前記被改質表面に粒子をスパッタするように、イオンビーム入口を通して前記中空イオンビームをターゲット通路内に向けることと
を含み、
前記ターゲット本体は、前記被改質表面に向かってスパッタされた粒子が全体として前記スパッタリングターゲットから前記ビーム軸に対して半径方向に延びるスパッタ方向にスパッタされるように形作られ、前記スパッタ方向は前記ビーム軸に向かって延び、
前記ビーム軸に垂直な平面における前記粒子出口の断面積は、前記イオンビームの中空部分の断面積よりも実質的に小さい、方法。
【請求項３７】
前記イオンビームは、前記粒子出口を通って前記被改質表面に向かって前記ターゲット通路から出ることを阻止される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記被改質表面を前記イオン源及び前記スパッタリングターゲットの下又は前にスライドさせることをさらに含む、請求項３６又は３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記被改質表面を大気圧から真空チャンバ内にスライドさせることをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記スパッタリングターゲットは、前記少なくとも１つのターゲット表面が前記スパッタ可能な粒子を提供するように単一の材料から成る、請求項３２から３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記スパッタリングターゲットは少なくとも第１の材料と第２の材料とを含み、前記第１の材料は前記第２の材料とは異なる、請求項３２から３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
パターンを画定して前記パターンに従って被改質表面にスパッタされた粒子を堆積させるためのステンシルを前記粒子出口又はその近傍に配置することをさらに含む、請求項３２から４１のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2021508786.tif 000028
2021508786.tif 000029
2021508786.tif 000030