(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルに対し、回転式円筒状マグネトロンターゲットを取り付け、該ターゲットは、広い基板に対してスパッターコーティングを溶着するために用いられる装置であって、以下の構成を備えている；
端面のあるフランジを一端に持つ中空軸を有するスピンドル部材であって、該端面にはＯリング溝に収まったＯリングがあり、フランジ部は直径を有している；
ネジが刻まれた外周面と端面とを有する円筒状ターゲット構造であり、該ターゲット構造は、前記スピンドル部材のフランジ部直径とほぼ等しい直径を有している；
内周面にネジが刻まれたカラーリングであって、該カラーリングは前記スピンドル部材のフランジ部に適合するように形成され、前記円筒状ターゲットの外周面のネジと係合し、前記円筒状ターゲットの端面を前記Ｏリングに接して、前記スピンドル部材の端面へ着脱可能に保持し、
前記カラーリングの内周面は連続螺旋溝を備えており、その表面上で少なくとも二回の周回をしており、
前記円筒状ターゲット構造は、外周面に螺旋溝を備えており、
前記カラーリングの連続螺旋溝と同じで対応する長手方向のピッチを持ち、該円筒状ターゲット構造の螺旋溝は、前記ターゲット外周面上を少なくとも完全に一回の周回をしており、
外周面上に螺旋溝を備えた前記円筒状ターゲット構造は、該ターゲット構造の螺旋溝に差し込まれているが、永久には固定されないバネ部材を備えている、
回転式・円筒状マグネトロンターゲットをスピンドルへ取り付ける装置。
【請求項２】
前記バネ部材は、前記ターゲット構造の螺旋溝に適合した半径方向の面を持った請求項１の装置。
【請求項３】
前記スピンドル部材のフランジ部の円形Ｏリング溝は、前記Ｏリングに対し少なくとも３つの接触面を有している請求項１の装置。
【請求項４】
スピンドルに対し、回転式円筒状マグネトロンターゲットを取り付け、該ターゲットは、広い基板に対してスパッターコーティングを溶着するために用いられる装置であって、以下の構成を備えている；
端面のあるフランジを一端に持つ中空軸を有するスピンドル部材であって、該端面にはＯリング溝に収まったＯリングがあり、フランジ部は直径を有している；
ネジが刻まれた外周面と端面とを有する円筒状ターゲット構造であり、該ターゲット構造は、前記スピンドル部材のフランジ部直径とほぼ等しい直径を有している；
内周面にネジが刻まれたカラーリングであって、該カラーリングは前記スピンドル部材のフランジ部に適合するように形成され、前記円筒状ターゲットの外周面のネジと係合し、前記円筒状ターゲットの端面を前記Ｏリングに接して、前記スピンドル部材の端面へ着脱可能に保持し、
前記スピンドル部材のフランジ部の円形Ｏリング溝は、前記Ｏリングに対し少なくとも３つの接触面を有し、円形Ｏリング溝は、少なくとも一つの面取りされた接触面を備えている、回転式・円筒状マグネトロンターゲットをスピンドルへ取り付ける装置。
【請求項５】
前記円筒状ターゲット構造の端面は、面取りされた表面を備えている請求項４の装置。
【請求項６】
前記ターゲット構造の面取りされた端面は、前記スピンドル部材フランジ部のＯリング溝の面取りされた表面に対して、対向し且つ逆向きの角度を備えている請求項５の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の詳細な説明
技術分野
本発明は、一般的には、回転式円筒状マグネトロンに関するものである。特に、この種の装置に於いて、ターゲットを該装置の支持スピンドルに取り付けるための、改良された方法と装置に関するものである。
従来技術
本発明は、回転式の円筒状のターゲットを用いて、マグネトロンスパッターを行う装置に直接に関係する。円筒状ターゲットは、様々な物質を種々の基板上に溶着させるのに用いられる。通常、その基板はガラス基板だが、それに限定されるわけではない。物質は、真空チャンバー内で反応性ガスとマグネトロンスパッター技法により溶着される。この種の装置の原理及び操作の一例は、ブーゼニィらの米国特許第5,096,562号に詳細に述べられている。その記述は、建築用ガラス板や、自動車の風防などに対するスパッターコーティングに用いられる、大型の円筒状スパッター装置に関するものである。
回転式カソード装置を用いることには、平面状マグネトロンシステムを用いることと比べて、幾つかの利点がある。その利点の中には、平面状マグネトロンと比して、高溶着率、及び、カソードあたりのターゲット物質数（すなわち利用性）の多さ、メンテナンスの必要頻度の低さ、経済効率の高さがある。
平面状ターゲットに比べて、円筒状ターゲットを用いることの、もう一つの重要な利点は、シリコン化合物、例えばSi3N4、SiO2等をスパッターでき、好結果が得られる点である。これらの化合物をスパッターすることは、ウォルフらの米国特許第5,047,131号に示されているように、平面状ターゲットの使用によっては極めて困難である。
以上は、原理上の利点であって、実際に証明されたものではない。かなりな労力が回転式円筒状ターゲットの改良に費やされたが、その利点は未だ実際に確認されてはいない。円筒状カソードによる大型基板へのスパッターに用いられてきた装置は、反応性ガスを用いてSiをスパッターし、Si化合物を生成することのできる例外はあるが、上述の利点のそのほとんどを示すことができなかった。反応性シリコン化合物をスパッターすることは従来より可能であったのだが、しかしながら、円筒状ターゲット装置に関連した信頼性の点で、その利点を曇らせていた。
円筒状ターゲット装置は、ブーゼニィ特許に述べられているように、しばしば機械的な故障を起こし、甚だしい生産時間のロスをきたすため、可能性のある利点が実現されることを妨げている。回転式カソードの故障に共通した原因は、支持スピンドルと円筒状ターゲットとの繋がり部からの水漏れである。回転式カソードがその効率を上げ、必要な冷却機能と磁気装置を達成するためには、円筒状支持スピンドルを着脱可能な形式とし、ターゲットの少なくとも一辺でターゲット構造を支持するようにする事が必要である。支持スピンドルを着脱可能とする理由は、冷却液及び磁気装置への取り扱いと取り外しが、ターゲットの交換の間に可能とするためである。さらには、スピンドル機構を着脱可能とすることで、円筒状ターゲットの製作には、さらに効果的な手段が得られることになるのである。
着脱可能な支持スピンドルの設計に際して考慮すべき重要な点は、この繋がり部が、カソードシステムのうちで最も厳密な密封領域の一つであるということにある。それは、スピンドルとターゲットとの繋がり部に配置されるあらゆる密封材は、密封面の一方は高い真空にさらされ、密封面の他面には高い水圧を受けているという状況があり、それによって、密封の極限状態となっているのである。
着脱可能形式のスピンドルで考慮すべきもう一点は、その構造に於いて使用される密封材の数である。つまりは、密封面を単一の密封材にまで減少させることが望ましいのであり、それにより、真空チャンバにて、水の真空への漏出可能性のある部位を、それが複数箇所ある場合に比して、一カ所にまで減少させることを可能とする。
そして、スピンドルとターゲットの繋がり部に関した今一つの考慮すべき点は、着脱可能形式の支持スピンドルとターゲットの一カ所（あるいは複数箇所）の密封面について、密封材がどこに、そしてどのように配置されるべきか、という点である。真空チャンバ内での水の真空への漏出可能性を最小限にするには、密封材を、この繋がり部のうちでも、作動中や清掃中、ターゲットの交換中に、損傷する可能性の最も低い位置に配置することが望ましい。よって、ターゲットの先端に於いて、平坦な表面上であって、ターゲット表面に対し垂直に密封材を設置することは避けるべきである。同じく、密封材自体は、スピンドルをターゲットに取り付ける間、いかなる動きも起こさないようになされ、しかも、この作業中は均一かつ継続的な力が密封材の圧縮の間負荷されるように、密封材は均一な状態で圧縮されるべきである。
着脱可能形式の支持スピンドルの更なる考慮すべき点は、メンテナンスや修理、そしてターゲットの取り外しの過程に於いて、ターゲットから着脱可能形式のスピンドルの取り外しが、迅速かつ安易に行われるようにすべき点である。しかしながら、スピンドルとターゲットの繋がり部は、軸方向及び半径方向への極めて強い力を受ける事がある。これらの強い力は、複数の要因が関与することによって惹き起こされうるもので、円筒状ターゲットの長さ、重量、剛性、同心性等は、その強い力の発生の原因の幾つかとなる。もう一つの関与する要因は、スパッターの過程に於いてターゲットに加えられる高温であり、これはターゲットの縦方向及び半径方向への熱膨張を惹き起こす。従って、支持スピンドル構造をターゲット構造に取り付けるためには、且つ/あるいは、スピンドルとターゲットの繋がり部の密封材を圧縮するためには、いかなるクランプ構造も円筒状ターゲットの内周に設けられるべきではない。
そして、さらにもう一つの考慮すべき重要な要因は、支持スピンドルは、スパッターの工程に於いて、ターゲットの時計回り、半時計回りのいずれの方向への回転にも適合すべき点である。そして、簡易着脱方式に用いられる体系は、上述の全ての要件を満たしているべきである。
着脱可能形式の支持スピンドルのもう一つの考慮すべき点は、スパッターに使われるターゲット材料の取り付けによく用いられている支持シリンダーの再利用が、経済的で、複雑でない手段で行えるように、取り付け構造が設計されるべきということである。例えば、自身を支えるだけの機械的強度を持たない物質（Si等の物質は非常に柔らかく、かつ、脆い）をスパッターするには、円筒状支持装置を用いなければならない。能率の観点からいって、支持装置は、再利用する事のできる可能性を備えているべきである。このように、この種のシリンダーに支持スピンドルを取り付ける方法を考慮することは、重要な問題となるのである。
目的と利点
ゆえに、本発明の目的は、回転式円筒状ターゲットのスピンドルとターゲットの繋がり部にて、水が真空へ漏出することを防ぐ様々な特長を提供することである。
本発明の更なる目的は、回転式円筒状ターゲットへの支持スピンドルの取り外し及び再設置の速さと簡易さの向上である。
また、本発明の別の目的は、スピンドルとターゲット繋がり部に加えられる極度の機械的な力に、十分抗しうる強度を備えた固定装置を提供することである。
本発明の目的はさらに、種々のスパッター素材の支持にも用いられることのある、円筒状支持装置の再利用に、満足な手段を提供することにある。
その他の目的及び利点は、技術に熟練したものには、本発明に関して後述する部分から明らかとなるであろう。
本発明の説明
本発明の、回転式円筒状マグネトロンターゲットをスピンドルに取り付けるための方法及び装置は、上述の回転式円筒状マグネトロンカソードの信頼性の向上に向けた目的を達成するための種々の構造上の特長と、技術とを備えている。
本発明の特色の一つは、回転式円筒状ターゲットの少なくとも一辺と、支持スピンドル装置との繋がり部に配された、水の真空に対する密封材の巧みな配置と、この場所の密封材の数を単一に限定することにある。この密封材の巧みな配置の効果に関してさらにいえば、真空密封度の完全性を極大とする、構造上の特色を本発明は持っている。
本発明のもう一つの特色は、支持スピンドルを回転式円筒状ターゲットに取り付ける組立の過程に於いて、密封材が動いたり回転したりしないような、また、均一かつ継続的な圧力が密封材の圧縮の過程に於いて加えられるような、構造上の技術を備えていることであり、それによって、支持スピンドルを円筒状ターゲットに取り付ける組立の過程で密封材が損傷することを防止している。
本発明の更なる特色は、円筒状ターゲットに対する支持スピンドルの取り付けが、円筒状ターゲットそれ自身の外周表面の少なくとも一端を用いて達成される固定方式を採用した点にある。この方式を採用することによって、スピンドルとターゲットの繋がり部に加えられる機械的な力に対し、十分な構造的強度を得ることができる。この固定方式の利点をさらにつけ加えると、固定装置を簡便に取り扱うことができることによって、円筒状ターゲットから支持スピンドルを取り外す容易な技術が得られることにある。
また、本発明の別の特色は、円筒状ターゲットの少なくとも一辺に位置する、着脱可能なネジ式機構であり、これは上述の固定装置の一部として機能するものである。着脱可能なネジ式機構の利点は、円筒状ターゲット支持器材を能率的に再利用する方法が得られる点にある。また、ネジが着脱可能であることにより、ネジに使用される素材と、支持スピンドル及び円筒状ターゲット支持器材に使用される素材とを同一でないものにすることが可能となる。この事は、高温であることが通常である真空環境に於いて、同一金属からなるネジ機構が用いられた場合の結果を勘案するときに、重要な要素となる。例えば、このような環境では、ステンレススチールのネジ機構は、しばしば互いに接合してしまい、ねじ込まれた部品は、分離困難もしくは分離不能となる恐れがあり、また、分離の際に部品の損傷を惹き起こす可能性もある。
図の簡単な説明
図１は、回転式円筒状マグネトロンターゲットを、本発明のスピンドルに接続するための装置の分解組立図であり、支持スピンドル、円筒状ターゲット、固定リング、密封材溝、そして着脱可能式ネジの配置を表している。
そして、図２は、本発明の接続機構の側面の横断面図である。
本発明の実施の最良の方式
回転式円筒状マグネトロンターゲットは、単一支持スピンドル方式の場合には、少なくとも一端がスピンドルで支持されており、また、二重支持方式の場合には、両端で支持されている。この説明に於いては、ターゲットの一方の端しか描かれないが、それは両端支持方式の場合、スピンドルとターゲットの両継がり部は対称となっているからである。
検討されるべき円筒状ターゲットには２種類ある。その第１の型は、通過中の基板上へスパッターされ最終的には付着する材料で作られた剛体シリンダー型である。これらシリンダーは、要求される長さにわたって自らを支えることができるだけの強度を持った素材からできている。このタイプのターゲットは「自立」ターゲットとして知られている。「自立」型で用いることができる素材は、例えば、チタンやステンレス、ニオブなどである。ターゲットの第２の型は、ターゲットの要求する長さにわたって自らを支えるための機械的強度を持っていないスパッター素材（たとえばシリコンなど）についてのものである。それゆえ、支持シリンダー、即ち「支えチューブ」は、スパッターされる素材を支えるために使われなければならない。それゆえ、「支えチューブ」は、それ自体と、それが支持するスパッター素材とを支えるだけの十分な機械的強度を持った素材によって構成されることになる。このタイプのターゲットは、「支え式」ターゲットとして知られている。
この開示の目的のためには、「支え式」ターゲットのタイプが議論の対象となる。なぜなら、ターゲットとスピンドルの繋がり部及び密封の条件が、より困難な状況となるからである。「支え式」ターゲットに関わる高度に困難な理由は、「自立」ターゲットとは反対に、「支え式」ターゲットでは、スピンドルのフランジの合わせ面に使用されることもある表面部分が、比較的小さいことである。
スピンドルの目的は、円筒状ターゲットを支え、ターゲットが中心縦軸の周りを回転する間、ターゲットを適正な位置に保つことである。スピンドルはまた、冷却液、通常は水である、がスピンドルとターゲットの繋がり部から漏出しないようにするためのOリング型密封材を加圧するためにも用いられる。スピンドルは、片面にフランジの付いた中空の軸からなる。フランジの付いた軸端は、フランジの外径とターゲット（支えチューブ）の外径がほぼ等しくなるような適切な外径になっているべきで、この事によって、２つの合わせ面（スピンドルのフランジの端と支えチューブの端）の接触面積が最大となる。
スピンドルのフランジ端の表面には、円形のO型リング溝があり、これはO型リングに対し３つの接触面を形成している。O型リング溝の半径方向で外側の表面は、面取りあるいは角度付けされており、それによってO型リングとの接触面積が最大となる。向かいあって、面取り又は角度付けされた表面は、同じく、ターゲットとの接触面となっており、ターゲット端の内側に位置する。その表面はスピンドル表面の角度と向き合い、逆向きに角度づけられている。スピンドルをターゲットに組み合わせると、フランジ内のO型リング溝と、ターゲットの面取りされた部分とが、全体としてO型リング溝を形作る。O型リングがスピンドルのO型リング溝とターゲットの溝の面取り部分へと加圧されると、O型リングは、４つの別々の表面、即ちスピンドルのO型リング溝内の３つの表面と、ターゲットの面取り部分上の一つの表面とに接触する。このような配置は、スピンドルとターゲットによるO型リングへの均一な加圧を可能にし、また、冷却液（水）の圧力がO型リングの均一な加圧をさらに高めることも可能にする。
スピンドルがターゲットに接続される方法は、スピンドルの上方、特にスピンドルのフランジがついた方の端、を滑るネジつきカラーリングを用いることで達成される。スピンドルリングのカラー部は、フランジの外表面と平行な又は略平行な表面を有している。スピンドルリングのカラー部は、推力をスピンドルのフランジにかけるために用いられる。スピンドルリングの内周面には、１条の連続した螺旋状溝があり、それは本発明のより好ましい具体化の為に、その表面上で少なくとも二回まわっている。スピンドルリングの内面にある螺旋状の溝は、スピンドルリングをターゲットの端面上に締め付けるネジ溝の役割を果たす。
ターゲット（又は支えチューブ）の端には、スピンドルリングの溝と等しく且つぴったりと合った長さのピッチを持った、対応し、相手側となる螺旋状溝がある。ターゲットの端にある螺旋状溝は、本発明のより好ましい具体化の為、ターゲットの周りにわずかに２回以上完全に周回せしめる。それから、ターゲットの端に作られた溝の中に、永久的にではないが、バネが差し込まれる。バネの半径面は、ターゲットの端の溝の半径に適合しており、ターゲットの外周を包む。螺旋状溝と、ターゲットの端の螺旋状溝に差し込まれたバネは、一緒になってネジ機構を構成し、スピンドルリング内にあって対応する螺旋溝によって利用される。次に、フランジの端とターゲットが接触するまで、スピンドルリングはターゲットの端の上にネジ込まれ、それによって、スピンドルのターゲットへの固定が完成する。スピンドルリングの確実な締め付けは、スピンドルのターゲットへの固定を完成させ、また、軸方向及び縦方向への十分な強さで、O型リングに均一な加圧を与える。
図についてふれておくと、スピンドル（20）を円筒状ターゲット（10）の端へ取り付けるには、リング（30）をターゲット（10）の外周にネジ込むことにより完成する。締め付けの工程に於いて、スピンドルリング（30）は、スピンドル（20）のフランジ付き表面（22）を、ターゲット（10）端の対応面（12）と同芯になして、引き寄せる。２つの対応面（12）（22）（スピンドル（20）のフランジ付き表面とターゲット（10）の対応面）が接触するとき、O型リング（40）は、O型リング溝（50）中へ、均一に加圧される。溝（56）は３つの接触面（52）（54）（56）を有しており、接触面（56）は、接触面（54）に対して鈍角に形成することによって、Oリングに対し最大限の面積を形成することが望ましい。O型リング溝（50）は、O型リングの加圧しすぎに対応できるだけの十分な深さをしている。締め付けの工程を完了すると、O型リング溝（50）と、ターゲット（10）の端面にある、面取りされた表面（60）は、O型リング（40）を用いた完全な密封面を形成している。
スピンドルリング（30）によって利用されるネジ機構は、ターゲット（10）の外周面に形成された螺旋溝（80）へ、バネ（70）を差し込む事で完成する。溝（80）の螺旋ピッチに添って、バネはスピンドルリング（30）の内周面に対応する溝（90）との相手ネジ面を作る。バネ（70）は、永久的に溝（80）の中に取り付けられるわけではないので、スパッターする素材が消耗してしまって分解する際に、バネ（70）は、ターゲット（10）から取り外すことができ、故に、支えチューブの再利用にとって効率の良い方法となる。
この発明品は、そのより好ましい実施例との関連で説明されてきたが、その中での修正や変更は、発明の精神と範囲から外れることなく、当該技術に熟練した人々であれば為しうることは明らかである。それゆえ、この発明の範囲は、添付の請求範囲とその法的均等物によってのみ制限されるべきである。
【図１】
0003967772.tif 000002
【図２】
0003967772.tif 000003