(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状ターゲットの中空部に冷却媒体を供給・排出することで円筒状ターゲットを内部冷却し得る構造を備えるアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源において、前記円筒状ターゲットが、円筒状ターゲット材と、その円筒状ターゲット材の中空部内に挿入された金属管と、円筒状ターゲット材の中空部内周面と前記金属管の外周面との間に介在された伸縮可能な伝熱特性に優れる支承部材とを備え、前記金属管の外周面に筒軸方向の溝が形成され、該溝が前記金属管の端部近傍に対応する部分で円筒状ターゲットの外部に連通されてなることを特徴とするアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源。
【請求項２】
円筒状ターゲットの中空部に冷却媒体を供給・排出することで円筒状ターゲットを内部冷却し得る構造を備えるアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源において、前記円筒状ターゲットが、円筒状ターゲット材と、その円筒状ターゲット材の中空部内に挿入された金属管と、円筒状ターゲット材の中空部内周面と前記金属管の外周面との間に介在された伸縮可能な伝熱特性に優れる支承部材とを備え、前記支承部材が、両端部を残す円筒状部に、筒軸方向の複数のスリットを有すると共に円弧状の膨大部を備えてなる金属製バネであることを特徴とするアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源。
【請求項３】
金属管の外周面に筒軸方向の溝が形成され、該溝が前記金属管の端部近傍に対応する部分で円筒状ターゲットの外部に連通されてなる請求項２に記載のアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源。
【請求項４】
円筒状ターゲット材が、短尺な円筒状ターゲット材を複数個筒軸方向に連ねたものである請求項１乃至３の何れかに記載のアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源。
【請求項５】
金属管が、一端が閉塞されており、この一端近傍の外周にフランジが形成されているとともに、前記フランジと他端との間で円筒状ターゲット材を締付け可能に構成されてなる請求項１乃至４の何れかに記載のアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークイオンプレーティング（以下、ＡＩＰと称する）用ロッド形蒸発源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロッド形蒸発源を用いたＡＩＰ装置は、例えばピストンリングへの成膜用として汎用されている。
【０００３】
このロッド形蒸発源を用いたＡＩＰ装置では、真空チャンバの中に蒸発源であるロッド形ターゲット（陰極）を縦長に配置し、その周りに陽極を設け、陽極の外側にワーク（例えばピストンリング）がセットされる。そして、成膜に際しては、真空チャンバ内を排気して真空（例えば１０-4Ｐａ程度）にした後、真空容器内に窒素ガスや不活性ガスなどのプロセスガスを導入し、そのプロセスガス雰囲気内で、ロッド形ターゲット（陰極）と陽極に直流電源をつなぎ、両極間でアーク放電を行う。このアーク放電によって、ロッド形ターゲット表面のターゲット材が蒸発し、負のバイアス電圧が印加されたワークに成膜が行われる。
【０００４】
ロッド形蒸発源を用いたＡＩＰ装置によるＡＩＰプロセスは大要上記の通りであるが、このＡＩＰプロセスにおいて用いられるロッド形蒸発源は、特開平６−３４０９６８号公報に説明されているように、中空円筒に形成された比較的長尺な（例えば外径８０ｍｍ×長さ８００ｍｍ程度）ターゲット材と、このターゲット材の中空内部に設けられた管材とを備えて構成され、この管材はターゲット材の中空内部に冷媒を供給するための流路となるとともに、ターゲット材を保持するための心棒としての役目も兼ねたものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＡＩＰプロセスでは成膜速度を確保するため例えば１０００Ａ程度の大電流放電を行う。この大電流投入による発熱で長尺なターゲット材内部に温度ムラが起こり、しばしばクラックが発生する。クラックが発生すると、管材から供給された冷媒が漏れたり、アークスポットがクラックに入り込み集中放電となり、ＡＩＰプロセスの中断を余儀なくされたり、ワークや装置の損傷を招くことになる。
【０００６】
このクラックに対処する１つの方法として、特開平５−３９５６６号公報に提案されているような、ターゲット材の内周側に円筒状の心金を入れることも考えられるが、高温、高圧で固めるＨＩＰ処理による製造方法では、ターゲット材と心金のなじみ（接合性）によりその適用対象は限定される。例えば、Ｃｒターゲット材の心金に銅系材やステンレス材を用いた場合、接合ができない。このため、ターゲット材と心金との間に中間材を入れ接合強度を上げる試みもあるが、完全なものは無く、製造コストも高くなる。また、製造できたとしても長尺なためターゲット材と心金の熱膨張率の違いからターゲット材に割れなどが生じることが懸念される。
【０００７】
一方、ＡＩＰで比較的投入電流が少ない場合や、元々電流の少ないスパッタ装置用のロッド形ターゲットでは、ターゲット内部を直接水などの冷媒で冷却するのではなく、ターゲットの中空内部に挿入した冷却パイプの内部を冷却し、輻射によって間接的に冷却することがある。このように構成した場合、ターゲット材にクラックが生じてもクラックからの冷媒の漏れは無いが、ターゲットの冷却が必ずしも十分とはならないため、ターゲットへの熱負荷が少ない場合に限られる。
【０００８】
本発明は、上述の如き事情に鑑みなしたものであって、その目的は、大電流を投入しても温度ムラが起こりにくくクラックが発生しにくい上に、万一クラックが発生しても水などの冷媒漏れが生じることの無い、アークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）に係るアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源は、円筒状ターゲットの中空部に冷却媒体を供給・排出することで円筒状ターゲットを内部冷却し得る構造を備えるアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源において、前記円筒状ターゲットが、円筒状ターゲット材と、その円筒状ターゲット材の中空部内に挿入された金属管と、円筒状ターゲット材の中空部内周面と前記金属管の外周面との間に介在された伸縮可能な伝熱特性に優れる支承部材とを備え、前記金属管の外周面に筒軸方向の溝が形成され、該溝が前記金属管の端部近傍に対応する部分で円筒状ターゲットの外部に連通されてなるものである。
【００１０】
上記の構成では、円筒状ターゲットが、円筒状ターゲット材の中空部内周面と金属管の外周面との間に伸縮可能な伝熱特性に優れる支承部材を介在させているので、円筒状ターゲット材を金属管の外周面にしっかりと取付けることができる。また、この取付けと相俟って、成膜の際、アーク放電によって昇温したターゲット材は、金属管内に供給された水などの冷却媒体によって伝熱特性に優れる支承部材を介して直接的に効果的に冷却される。これにより、ターゲット材を冷却ムラを起こすことなく均一に冷却し得るので、冷却ムラによるクラックの発生を防止できる。また更に、金属管とターゲット材の熱膨張率の違いによる不具合は支承部材によって吸収されるので、直接密着させた場合に生じる熱膨張率の差によるクラックの発生の懸念も無い。また、金属管の外周面から伝熱特性に優れる支承部材を介してターゲット材へ給電することができるので、大電流の給電が安全且つ容易にできる。また、金属管の外周面に筒軸方向の溝を形成することで、真空引きする際に金属管と円筒状ターゲット材の間のガス溜まりを無くし、真空排気を確実なものとすることができる。
【００１１】
そして、本発明（請求項２）に係るアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源は、円筒状ターゲットの中空部に冷却媒体を供給・排出することで円筒状ターゲットを内部冷却し得る構造を備えるアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源において、前記円筒状ターゲットが、円筒状ターゲット材と、その円筒状ターゲット材の中空部内に挿入された金属管と、円筒状ターゲット材の中空部内周面と前記金属管の外周面との間に介在された伸縮可能な伝熱特性に優れる支承部材とを備え、前記支承部材が、両端部を残す円筒状部に、筒軸方向の複数のスリットを有すると共に円弧状の膨大部を備えてなる金属製バネである。円弧状の膨大部をターゲット材の内周面に、両端部を金属管の外周面にそれぞれ接触させて取付けることでバネとして取付けることができ、上記作用効果のうち溝に係るもの以外の作用効果を効果的に享受することができる。
【００１２】
また、金属管の外周面に筒軸方向の溝が形成され、該溝が前記金属管の端部近傍に対応する部分で円筒状ターゲットの外部に連通されてあってもよい（請求項３）。このような溝を形成することで、真空引きする際に金属管と円筒状ターゲット材の間のガス溜まりを無くし、真空排気を確実なものとすることができる。
【００１３】
また、円筒状ターゲット材は、短尺な円筒状ターゲット材を複数個筒軸方向に連ねたものであってもよい（請求項４）。このように構成することにより、複数個の短尺な円筒状ターゲット材の内の、消耗した部分の短尺な円筒状ターゲット材のみを交換することができる。これにより、円筒状ターゲット材を経済的に効率よく使用できる。また、短尺ターゲットを連ねることで長大なターゲットを容易に作成することができる。
【００１４】
また、金属管は、一端が閉塞されており、この一端近傍の外周にフランジが形成されているとともに、前記フランジと他端との間で円筒状ターゲット材を締付け可能に構成されたものであってもよい（請求項５）。締付けを外して、ターゲットのみの交換が可能であり、特に請求項４のように短尺な円筒状ターゲットを複数個筒軸方向に重ねたものでは部分的にターゲット材を容易に交換できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源の断面図であって、金属管が締結ロッドを兼ねる場合の例である。図において、１は円筒状ターゲット、２は金属管、３は金属製バネ（支承部材）である。
【００１６】
円筒状ターゲット１は、４本の短尺な円筒状ターゲット材４を筒軸方向に連ねた構成のものであって、内径は金属管２の外周に挿入し得る大きさに形成されている。
【００１７】
金属管２は、一本の長尺な金属管であって、一端が閉塞端に構成されるとともに外周にフランジ５を有し、多端の外周には締結ナット６を取付ける雄ネジが設けられている。また、円筒状ターゲット１に対応する外周面には、後記する板状の金属製バネ３を装着するための周方向の溝と、円筒状ターゲット１の内周面側のガス置換を容易にするための長手方向の溝２ａとが設けられている。
【００１８】
金属製バネ３は、伝熱性、導電性更にバネ特性に優れる例えばベリリウム銅合金などを用いて図２に示すような形態に構成される。すなわち、板状金属材７の両端部８、９を除く中央部にスリット１０を形成し、スリット１０を筒軸方向として円筒状に形成するとともに、スリット１０を有する円筒状部１１が円弧状の膨大部１２に形成されたものである。
【００１９】
上記部材（円筒状ターゲット１、金属管２、金属製バネ３）を用いたＡＩＰ用ロッド形蒸発源の組立ては、金属管２のフランジ５側にリング状のフランジ１３を装着し、次いで周方向の溝に金属製バネ３を装着するとともに、この金属製バネ３の外周側に円筒状ターゲット１を装着する。円筒状ターゲット１を装着後、更に絶縁スリーブ１４、１５及びコイルバネ１６を順に装着したあと、締結ナット６を締付けて組立てられる。なお、ＡＩＰ装置への取付けは、絶縁スリーブ１４と１５の間でチャンバ１７を挟み付けて取付けられる。この場合、絶縁スリーブ１４と１５のいずれか一方又は両者は、チャンバ１７内を真空に保持するための図示省略するＯリングなどのシール材を備える。また、フランジ１３には、上記金属管２のガス置換を容易にするための長手方向の溝２ａに連通する連通孔１３ａが設けられている。なお、この連通孔１３ａは、絶縁スリーブ１４側に設けてもよいし、あるいは両方に設けてあってもよい。また、フランジ１３も電気的な絶縁材を用いて構成してもよい。また、コイルバネ１６は、締結ナット６の締付け力を調整することで、円筒状ターゲット１の熱膨張を吸収するとともに初期の締付け力を保持することができる。
【００２０】
上記構成のＡＩＰ用ロッド形蒸発源は、ＡＩＰ操業時には、金属管２の内部に冷媒を供給するインナパイプ１８が装着され、上部のアダプタ（図示せず）から冷媒が供給、排出される。従って、円筒状ターゲット１の熱は金属製バネ３、更に金属管２へと直接伝熱されて冷媒へと抜熱されるので、ＡＩＰ操業時（成膜時）に円筒状ターゲット１に大電流を投入しても温度ムラが起こりにくくクラックが発生しにくい。また、万一円筒状ターゲット１にクラックが発生しても、金属管２を介しているため水などの冷媒が漏れ出ることが無い。また、円筒状ターゲット１は、金属製バネ３により金属管２の外周面にしっかりと取付けることができる。
【００２１】
図３は、本発明に係るアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源の別の実施形態の断面図であって、締結ロッドを用いる場合の例である。図において、２１は円筒状ターゲット、２２は金属管、２３は金属製バネであるが、円筒状ターゲット２１と金属製バネ２３は、上記円筒状ターゲット１と金属製バネ３の構成とそれぞれ同構成のものであり、説明を省略する。
【００２２】
金属管２２は、両端が開放された一本の長尺な金属管であって、外周面の両端部２５、２６にはＯリング２７を設ける溝が設けられるとともに、円筒状ターゲット２１に対応する外周面には、板状の金属製バネ２３を装着するための周方向の溝と、円筒状ターゲット２１の内周面側のガス置換を容易にするための長手方向の溝とが設けられている。
【００２３】
上記部材（円筒状ターゲット２１、金属管２２、金属製バネ２３）を用いたＡＩＰ用ロッド形蒸発源の組立ては、金属管２２の外周面の両端部２５、２６にＯリング２７を設け、次いで周方向の溝に金属製バネ２３を装着するとともに、この金属製バネ２３の外周側に、４本の短尺な円筒状ターゲット材２４からなる円筒状ターゲット２１を装着する。円筒状ターゲット２１を装着後、一方の端２５の側のＯリング２７によるシール部分に、他の金属をロー付けなどで補強した短尺な円筒状ターゲット２８を装着して組立てられる。なお、ＡＩＰ装置への取付けは、他方の端２６の側の金属管２２端にシール材２９を介してプラグ３０を設け、そのプラグ３０を金属管２２内を挿通させた締結ロッド３１に固定するとともに、締結ロッド３１を真空チャンバ（図示せず）に取付けて行われる。また、この短尺な円筒状ターゲット２８には、図示省略したが、金属管２２のガス置換を容易にするための長手方向の溝に連通する孔が設けられている。
【００２４】
なお、上記円筒状ターゲット２８は、他方の端２６の側のＯリング２７によるシール部分にも装着してもよい。また、上記円筒状ターゲット２１が割れやすい材料の場合、放電部分から外れたところに短尺な円筒状ダミーターゲットを用いることがあるが、その円筒状ダミーターゲットを、一方の端２５の側の円筒状ターゲット２８の位置に装着することもできる。
【００２５】
上記構成のＡＩＰ用ロッド形蒸発源は、ＡＩＰ操業時には、金属管２２の内部に冷媒を供給するインナパイプ３２が装着され、上部のアダプタ（図示せず）から冷媒が供給、排出される。従って、円筒状ターゲット２１の熱は金属製バネ２３、更に金属管２２へと直接伝熱されて冷媒へと抜熱されるので、ＡＩＰ操業時（成膜時）に円筒状ターゲット２１に大電流を投入しても温度ムラが起こりにくくクラックが発生しにくい。また、万一円筒状ターゲット２１にクラックが発生しても、金属管２２を介しているため水などの冷媒が漏れ出ることが無い。また、円筒状ターゲット２１は、金属製バネ２３により金属管２２の外周面にしっかりと取付けることができる。更に、放電不要部がある場合は、その部分にダミーターゲットを装着してもよい。
【００２６】
なお、上記の例においては、金属製バネ３、２３を、図２に示す板状の金属製バネを例に説明したが、請求項１に係る本発明は、例えば伝熱性、導電性更にバネ特性に優れる金属細線（例えば線径：０．３〜１ｍｍ程度）を、図４に示すようなコイル状（例えばコイル外径：３〜５mm程度）に形成した金属製バネ３３であってもよい。このコイル状金属製バネ３３の場合には金属管２、２２の外周に形成した周方向の溝内に所望間隔または密に寄せて巻きつけることでバネ力を得る事ができる。また、バネである必要は無く、伸縮可能で伝熱特性に優れたものであればよい。
【００２７】
また、上記の例では、円筒状ターゲット１、２１を、４本の短尺な円筒状ターゲット材４を筒軸方向に連ねた構成を例に説明したが、１本の長尺な円筒状ターゲット材としてもよい。
【００２８】
また、上記の例では、ターゲットより若干短い金属管を用いたが、この金属管をターゲットから突出するようにしてもよい。更に、円筒状ターゲットの端面を平面としているが、オスメスの円錐台やテーパ形状であってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源によれば、大電流を投入しても温度ムラが起こりにくくクラックが発生しにくい上に、万一クラックが発生しても水などの冷媒漏れが生じることが無く、大電流の給電が安全且つ容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源の説明図であって、ａは全体断面図、ｂはａのＡ部拡大図、ｃはａのＢ−Ｂ断面図、ｄはａのＣ−Ｃ断面図である。
【図２】本発明に係る板状の金属製バネの斜視図である。
【図３】本発明に係るアークイオンプレーティング用ロッド形蒸発源の別の実施形態の断面図である。
【図４】本発明に係るコイル状の金属製バネの斜視図である。
【符号の説明】
１：円筒状ターゲット    ２：金属管              ３：金属製バネ
４：円筒状ターゲット材  ５：フランジ            ６：締結ナット
７：板状金属材          ８，９：両端部        １０：スリット
１１：円筒状部          １２：円弧状の膨大部    １３：リング状のフランジ
１４，１５：絶縁スリーブ                        １６：コイルバネ
１７：チャンバ          １８：インナパイプ      ２ａ：長手方向の溝
１３ａ：連通孔          ２１：円筒状ターゲット  ２２：金属管
２３：金属製バネ        ２４：円筒状ターゲット材
２５，２６：両端部      ２７：Ｏリング          ２８：円筒状ターゲット
２９：シール材          ３０：プラグ            ３１：締結ロッド
３２：インナパイプ      ３３：コイル状の金属製バネ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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