回転管状スパッタターゲット組立体
例えば、マグネトロン蒸着装置に用いられるターゲット組立体が、主張される。ターゲット組立体は、管の軸受、管の回転、電気接点、冷媒シール、及び真空シールのような機能の少なくとも１つが管自体の内部に一体化されていることを特徴としている。このような組立体は、エンドブロックが内蔵される容積を低減させることによって、真空空間をさらに有効に用いるという利点を有している。組立体の小形化によって、現在、平面ターゲット組立体のみしか使用できない小型の設備にも、用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転可能ターゲット管内に中心体を備えるターゲット組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、窓ガラスに薄膜を大面積プラズマ蒸着するのに、回転可能ターゲットの使用が普及している。不活性雰囲気下での金属の蒸着、さらに複合材料の蒸着（反応性ガスが不活性ガスに混合される場合）は、大型のスパッタ蒸着設備によって、工業的規模でなされている。
【０００３】
このプロセスにおける重要な要素の１つは、以下の機能の全てを満たさねばならないターゲット組立体にある。
【０００４】
ターゲット組立体は、磁場源を適所に保持しなければならない。ターゲット管の外側に生じた磁場が、狭い閉鎖ループ行路内に電子を封じ込め、不活性ガス原子のイオン化を増大させている。
【０００５】
組立体は、ターゲット管を回転可能に支持しなければならない。
【０００６】
ターゲット表面は、ターゲット管の各セグメントがプラズマに晒され、これによって、ターゲット管の外側でターゲット材料の全てが均一に侵食され得るように、磁場源の前で回転されなければならない。
【０００７】
ターゲット表面は、チャンバーに対して負電位に維持されなければならない。この電位がプラズマ中の陽イオンをターゲット表面に向けて加速し、これによって、ターゲットから原子をチャンバー内に放出させている。これは、ターゲットの除電をもたらすので、この負電位を維持するために、負電流がターゲットに対して保持されなければならない。
【０００８】
ターゲット組立体は、冷却されねばならない。何故なら、表面の高密度の衝撃が著しい加熱をもたらし、ターゲット組立体の損傷及び／又はターゲット材料の溶融を迅速に生じさせるからである。
【０００９】
ターゲット組立体は、蒸着チャンバーの汚染を防ぎ、ガス組成を維持するために、真空気密でなければならない。
【００１０】
これらの機能の各々を個別に達成するのは比較的簡単であるが、単一の組立体においてこれらの全てを組み合わせることは、それ自体で、技術的な問題を生じさせる。
【００１１】
米国特許第５，０９６，５６２号に記載される組立体は、上記の機能を以下のように分割することによって、この問題を解決している。
【００１２】
取り外し可能なターゲット管内において、磁石は、冷媒が貫流する静止した部分に取り付けられている。
【００１３】
第１エンドブロックは、回転運動の伝達を可能にし、かつ回転冷媒シールによってターゲットへの冷媒の供給と排出を可能にするように、設計されている。
【００１４】
ターゲット管の他端の第２エンドブロックは、電流の回転接続部を含んでいる。
【００１５】
例えば、米国特許第５，２００，０４９号に記載されているような片持ちで取り付けられた回転可能ターゲットは、全ての機能を、チャンバー内に延在する一端とチャンバーの外側に配置された他端を有する１つの軸受ハウジング内で、一体化している。この片持ち軸受ハウジングは、ターゲットの軸と直交する壁に取り付けられていなければならない。
【００１６】
これらの設計は、大きいターゲット管の使用を実用化しているが、エンドブロック又は軸受ハウジングは、それらが、材料の蒸着には利用され得ないが、とにかく、真空排気されねばならないチャンバーのかなりの部分を、占めるという重大な欠点を有している。さらに、それらは、設備の有効な蒸着幅を減少させることになる。片持ちターゲット組立体の場合、もしマグネトロンを取り外し可能なカバー、ドア、又は蓋にその長さに沿って取り付けることが意図される場合、使用がさらに困難になる。
【００１７】
加えて、容積の大きなエンドブロック又は軸受ハウジングは、回転可能ターゲット管を小型の設備内で用いることを妨げることになる。なお、これらの小型設備では、多くの場合、平面ターゲットが用いられるが、この平面ターゲットは、回転可能ターゲット（３〜４週に一回の取換え）と比較して、より頻繁に取り替える必要がある（４〜５日に一回の取換え）という欠点を有している。結果として、既存のエンドブロック又は片持ちハウジングは、例えば、ディスプレー成膜装置のような垂直成膜装置内に取り付けることが、困難となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の一般的な目的は、先行技術の欠点をなくすことにある。本発明の第１目的は、エンドブロックのスペース要求を可能な限り小さくすることにある。従って、現在、先行技術のエンドブロックが用いられている設備において、本発明は、真空空間、特にチャンバー幅をさらに有効に使用することができる。本発明のさらに他の目的は、現在、平面マグネトロンのみが使用可能である小型の設備において、回転ターゲットの使用を可能にすることにある。従って、本発明は、ターゲットの交換率を低下させ、ターゲット材料の使用を改良し、これによって、これらの小型の設備におけるコストと時間を節約することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、請求項１に記載されるような特徴の組合せに関する。この請求項には、回転可能ターゲット管に中心体を備えるターゲット組立体が、記載されている。中心体において、先行技術ではエンドブロックに内蔵されている機能要素の少なくとも１つが、ターゲット管の内側に実装されている。これらの機能要素は、以下の要素、すなわち、
（１）ターゲット管を中心体によって回転可能に支持するための軸受システム、
（２）ターゲット管を回転させるための駆動手段、
（３）ターゲット管を中心体に電気的に接続するための電気接点、
（４）冷媒をターゲット管に供給すると共に、そこから排出するための少なくとも１つの回転可能なガス対冷媒シール、及び
（５）前記ターゲット管の外側を真空に保つことを可能にするための少なくとも１つの回転可能なガス対真空シール、
の少なくとも１つである。
【００２０】
このターゲット組立体がマグネトロン蒸着装置に用いられる場合、容易に理解されるように、磁石アレーがターゲット管内に内蔵されているとよい。
【００２１】
「回転可能なガス対冷媒シール」という用語は、ガス含有空間を冷媒含有空間から物理的に分離すると共に、両方の空間の間での回転運動を可能にするシールを意味している。
【００２２】
同様に、回転可能なガス対真空シールは、ガス含有空間を真空含有空間から物理的に分離すると共に、両方の空間の間の回転運動を可能にするシールである。
【００２３】
通常、ガスは、大気圧又はいくらか低圧（最小で１ｋＰａ）の空気である。代替的に、ガスは、大気圧又は低圧（最小で１ｋＰａ）の窒素又はアルゴンであってもよい。
【００２４】
「ターゲット管の内側」又は「ターゲット管の内部」という用語は、装置のターゲット管を保持する回転可能なターゲット材料によって取り囲まれた空間を意味している。
【００２５】
これらの５つの機能要素の任意の組合せも、本発明の主題であり、これによって、本発明の可能な３１通りの実施形態を生じることになる。
【００２６】
最も好ましく、かつ最も簡単なのは、ガス対冷媒シールとガス対真空シールの両方のみがターゲット管の内側に存在する実施形態である。
【００２７】
また、良好であるのは、ガス対冷媒シールとガス対真空シール以外に、軸受システムもターゲット管の内側に存在する実施形態である。潤滑剤の汚染を避けるために、軸受を配置する最適な箇所は、ガス対冷媒シールとガス対真空シールとの間であるが、軸受がターゲット管の内側に存在する限り、他の配置箇所も排除されるものではない。
【００２８】
また、良好であるのは、ガス対冷媒シール、ガス対真空シール、及び軸受システム以外に、駆動手段がターゲット管の内側に存在する実施形態である。
【００２９】
本発明の他の良好な配置は、ガス対冷媒シールとガス対真空シール以外に、電源とターゲット管との間の電気接点がターゲット管の内側に内蔵されている場合である。
【００３０】
本発明の他の良好な配置は、ガス対冷媒シール、ガス対真空シール、及び電気接点以外に、軸受システムがターゲット管の内側に内蔵されている場合である。
【００３１】
全ての機能要素、すなわち、ガス対冷媒シール、ガス対真空シール、電気接点、軸受システム、及び駆動システムがターゲット管の内側に内蔵される組合せは、余り、好ましくはない。何故なら、これは、（後述するように、不可能ではないが）、最も複雑な実施形態であるからである。
【００３２】
以下、種々の機能要素の実施について、さらに詳細に説明する。
【００３３】
軸受システムは、組立体の全体と関連する負荷を保持するのに適したどのような適当な軸受システムであってもよい。軸受システムは、中心体とターゲット管との間に取り付けられ得るが、好ましくは、中心体内に内蔵されている。この場合、中心体は、チャンバーに接続される静止部分と、ターゲット管と共に回転する回転可能な部分とを備えている。一例として、水平位置で作動されるターゲットが考えられる。ここで、全長がより長い場合、ボール軸受又はローラ軸受がより適している。全長がより短い場合、平軸受がより適している。ターゲットが垂直に取り付けられる場合、上部軸受又は下部軸受として、アキシャル軸受が好ましく、ターゲット管の上側又は下側をそれぞれ支持するのは、ラジアル軸受でも十分である。
【００３４】
「駆動手段」という用語は、どのような形態の非機械的なエネルギーをも機械的な回転に変換させる装置を意味している。駆動手段は、最大で６０回転／分の回転速度を可能にしなければならない。必ずしも必要ではないが、速度が調整可能であると、好ましい。
【００３５】
ＤＣカソード操作の場合、負電荷がターゲット管に連続的に送給されなければならない。これは、本発明によれば、電気接点をターゲット管の内側において中心体とターゲット管との間に設けることによって、達成される。この接点は、例えば、銅充填グラファイト又は当該技術分野において知られているこの目的のための他の材料から成る電気接続ブラシ、ブッシュ、又はスリップリングによって、確保されている。また、良好な電気接点を確実に得るために、ブラシは、バネによって付勢されていてもよい。接点がこのような技術によって得られる場合、電気的接触が乾燥状態下で得られること、すなわち、中心体とターゲット管との間の電気的接触を確実にする材料が冷媒とは接触しないことが、好ましい。逆に、電流の流れが、流体、例えば、冷媒を通して得られる電気接点も、代替的に可能である。この接続によって伝達される最大電流は、設備の大きさに依存している。典型的には、制限はされないが、最大で４００Ａの値である。ターゲットが交互に正と負に帯電されるＡＣ操作、又はＤＣ操作がパターンに応じて中断されるパルスＤＣ操作も、包含されている。ターゲット組立体を、例えば、管素材に材料を被覆するために正に帯電されるアノードとして用いること、又は電子を周期的又は連続的に集める集電子として用いることも、明らかに、本発明に包含されている。
【００３６】
組立体を許容温度レベル（典型的には、４５℃未満）に保つために、冷媒は、ターゲット管の内面に連続的に供給され、かつそこから排出されるようになっている。冷媒の供給路と排出路は、ターゲット管の同一の側に配置されていてもよいし、又は供給路が一方の側に配置され、排出路が他方の側に配置されていてもよい。前者の方が好ましい。何故なら、冷媒の供給と排出が、例えば、同心管を通してなされる場合、１つの回転可能なガス対冷媒シールのみで十分だからである。もし漏れがガス対冷媒シールに生じると、冷媒は、ガス圧区域に漏れるが、装置の真空区域には漏れないことになる。
【００３７】
冷媒は、好ましくは、水である。但し、熱容量、導電率、及び粘性の要求を満たす限り、他の冷媒も想定され得る。冷媒は、典型的には５バールの圧力で、かつ蒸着設備の大きさの関数であるその設備の出力定格に依存する流量で、供給されている。典型的には、当該技術分野でよく知られているリップシールが、ガス対冷媒シールとして用いられている。しかし、一例にすぎないが、機械的な面シール又はラビリンスシールのような他の形式のシールも排除されるものではない。
【００３８】
チャンバー内における真空及び／又は低圧ガス組成を維持するために、ガスは、チャンバー内に漏れてはならない。中心体の静止部分と回転部分との境界部は、回転可能なガス対真空シールによって確保され、これによって、回転を可能にしながら、真空区域をガス雰囲気から分離している。漏れが生じた場合、ガスは、真空区域に漏れることになる。このシールは、組立体のリップシール式及び／又はフェロフルーイディク（ferrofluidic）シール式のいずれかに基づいているとよい。前者は、（冷媒シールの場合のように）、他の回転部分に対する高性能エラストマーの機械的な圧搾を利用している。後者の作用原理は、シャフトとそのシャフトと嵌合する磁極シューとの間の流体リングの生成に基づいている。微細に分散した磁気粒子を含む流体は、磁場によって、シャフトと磁極シューとの間に保持されている。ターゲット管が片持ちで取り付けられるときは、１つのガス対真空シールで十分であろう。ターゲット管がその両端で保持される場合、２つのガス対真空シールが好ましい。
【００３９】
以上、少なくとも１つがターゲット管の内側に内蔵されねばならない機能要素について、個別に説明した。現在では、種々の機能要素の組合せが、１つのパッケージに一体化され得るものである。例えば、軸受も内蔵されるガス対真空シールを得ることが可能である。あるいは、外部液体から絶縁された電気ブラシが、ガス対冷媒シールとしても利用され得る。これらの組合せが、請求項１に提示されるような要件を満たすことは、明らかである。しかし、ガス対冷媒シールとガス対真空シールの１つの組合せ、すなわち、冷媒対真空シールは、好ましくない。何故なら、これは、シールが完全でないときに、問題を生じることが知られているからである。このような欠陥は、真空システム内への冷媒の漏れを生じさせ、その結果、真空機器の高価な取換え又は高価な休止時間をもたらすことがある。
【００４０】
従属請求項において、本発明の種々の実施形態が、規定されている。以下、これらの実施形態について、さらに詳細に説明する。
【００４１】
駆動手段として、電気モータを用いることが可能である（請求項２）。このモータは、好ましくは、固定軸回転ドラム式である（請求項３）。何故なら、これは、モータの取付けを簡単にするからである。
【００４２】
電気モータの代替として、流体回転モータも可能である（請求項４）。さらに好ましいのは、この流体モータ用の推進材として、循環冷媒を使用し、これによって、構成概念をさらに簡素化することである（請求項５）。
【００４３】
上記の説明は、ターゲット組立体それ自体に重点を置いたが、この組立体は、スパッタ装置の壁に固定されることも必要である（独立請求項６及び７）。スパッタ装置の全体が、例えば、真空チャンバーのアクセス・ドア又は蓋に取り付けられることも排除されるものではない。装置への固定は、連結手段によってなされている。これらの連結手段は、扱い易さと相対的な小型化に関して、先行技術のエンドブロックとは異なっている。実際、中心体と連結手段との間の連結は、運動部分を含んでいない。すなわち、連結手段は、チャンバーに固定された中心体の静止部分を維持するにすぎず、かつターゲット表面を帯電させるための電気、冷媒、及び（必要に応じて）駆動手段用の電気が貫流する静止部分をもたらすにすぎない。これらの貫通部が２つの連結手段のどちらに組み込まれるかは、勿論、いかに中心体の内側の機能要素が有機的に機能化されるかによって、影響されることになる。
【００４４】
制限はされないが、一例として、表面を帯電する電気は、冷媒が供給されるのと同じ側において供給され、その一方、（必要に応じて）、駆動手段を励磁する電気は、他の側において供給されてもよい。
【００４５】
全ての供給用貫通部が、例えば、中心体に対する第１連結手段に配置され得るように、中心体が構成された場合、第２連結手段の役割は、中心体自体を保持することに、制限されている。このように制限された場合（請求項７）、この第２連結手段は、第１連結手段の機械的強度がターゲット組立体をその場に維持するのに十分である場合、完全に省略されてもよい。
【００４６】
また、中心体は、互いに機械的に離脱可能な第１及び第２中心体に分離させることも可能である（請求項８）。この場合、２つの中心体は、ターゲット管の両端において、互いに個別に挿入されるとよい。機能要素は、それらの少なくとも１つがターゲット管の内側に内蔵される限り、最も好都合な方法で、両方の中心体に分配され得るものである。第１及び第２中心体は、機械的に互いに連結されていてもよい（請求項９）。これは、例えば、連結手段として、磁石アレーを用いることによって実現される。これらの実施形態も、本発明に含まれる。また、第１及び第２中心体を連結するための連結手段は、マグネトロン装置内に設けられていなければならない（請求項１０）。ターゲット組立体の片側がターゲット管を保持する場合も、包含されている（請求項１１）。
【００４７】
以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４８】
図において、同一の参照番号は、種々の断面における同一の部品を示すのに用いられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
回転可能なターゲット組立体の動作原理は、当該技術分野において一般的に知られているので、ここでは、好ましい第１実施形態が図１に示されている本発明の詳細な説明に、重点を置くこととする。
【００５０】
この実施形態では、請求項１に列挙されるような機能要素の全てが、ターゲット管の内側に内蔵されている。駆動手段は、電気モータである。冷媒の供給と排出、及び表面の帯電は、第１連結手段を介してなされている。電気モータを駆動する電気は、第２連結手段を介して送給されている。
【００５１】
図２は、保持管１００と回転管２００とを示している。回転管２００は、ターゲット材料自体、例えば、アルミニウム管から作製されているとよい。あるいは、ターゲット材料が回転管の外側に蒸着されていてもよい。ターゲット材料は、プラズマトーチ溶射、電解析出、又は当該技術分野で知られている他の技術によって、回転管２００に成膜されるとよい。回転管の全長は、波線００２間の長さを増減することによって、任意に選択され得る。回転管２００の両端から、インサート２１０，２２０を、回転管２００内に滑り込ませることができ、これによって、保持管１００と共に中心体を形成している。便宜上、第１連結手段０１０と連結された側を回転管の第１側と呼び、その反対側を第２側と呼ぶこととする。
【００５２】
保持管１００（図３）は、内管１１４が６つのリブ１１２を介して外管１１０に接続された押出ジュラルミン二重壁管から構成されている。これが主保持構造体であり、この構造体に他の部分が接続されるようになっている。磁石ホルダー１２０が、保持構造体１１０の外側に取り付けられている。多数の永久磁石１２２は、このホルダー１２０に配置されている。適切な磁気配置は、国際特許出願第９９／５４９１１号に記載されている。ターゲット組立体は、二重壁管の中心管１１４の内側に組み込まれた４つの軸受１３０，１３２，１３４及び１３６（図２）によって、回転可能に支持されている。駆動手段、ここでは、回転軸電気モータ１４０が、円筒ハウジング１４２の内側に取り付けられ、この円筒ハウジング１４２は、ターゲット組立体の外側で円形蓋１４４によって蓋をされている。ターゲット管を回転可能に支持するための軸としても作用する貫通片１４６が、モータへの電力リード線１４８を配線するのに用いられている。モータハウジングの他の側において、モータ軸が円形の嵌合片１５０内に嵌入されている。このモータ軸１５４は、インサート２２０の閉鎖片２２２に固定されている。この閉鎖片２２２は、ターゲット管の電位にあるインサート片２２１からモータを電気的に絶縁するために、電気的絶縁材料から作製されている。加えて、始動と停止の衝撃を吸収するための機械的コネクタ１５２と、この設計の機械的な安定性を増大させる軸受１５６が、嵌合片１５０と閉鎖片２２２との間に取り付けられている。また、絶縁ブッシュ２２４が、モータ１４０と第２連結手段０２０とをターゲット電位から絶縁するために、第２インサート２２０と貫通片１４６との間に導入されている。絶縁板０２２をチャンバー壁９９９と第２連結片０２０との間に導入することによって、付加的な電気的絶縁が得られることになる。ターゲット管をターゲット電源に電気的に接続するための電気接点は、第１インサート２１０内に内蔵されている。インサート片２１１は、軸方向管状片１６０を中心として回転するようになっている。電力は、第１連結手段０１０と第１インサート２１０を介して、ターゲット管の残部に送られている。これは、第１連結手段０１０がターゲット管のより高い電位にあることを意味している。従って、絶縁体０１２は、第１連結手段０１０と真空チャンバー壁９９９との間に導入されることになる。電気接点は、回転ブッシュ１６６に対してバネ付勢される静止ブラシ１６４によって、確実に得られるものである。十分な電流容量の電気的経路が第１連結手段０１０とターゲット管２００の表面との間に形成され得るように、種々の部品に用いられる材料は、導体であるべきことが明らかである。印加電圧が負の場合、ターゲット管２００は、例えば、陽イオンをその表面に向けて加速させるためのカソードとして作用している。印加電圧が正の場合、ターゲット管２００は、例えば、電子を集めるアノードとして作用している。
【００５３】
冷媒は、第１連結手段０１０を通して供給されている。一連の矢印００４は、冷媒の進路を示している。図４は、第１インサート２１０に対する第１連結片０１０の断面を示している。冷媒は、第１連結手段の中央の穴０１４を通って、軸方向管状片１６０に同軸に取り付けられた管１６８に送給されるようになっている。ターゲット組立体内を進行する冷えた冷媒は、保持管１００の内管１１４と外管１１０との間に取り付けられたセパレータ１７２によって、ターゲット組立体から戻る暖かい冷媒から分離されることになる。中心送給管１６８は、保持内管１１４内に冷媒を直接的に送給し、この内管１１４において、冷媒は、ターゲット管の第２端に向かってさらに案内されることになる。この第２端において、流れは反転し、冷媒は、ターゲット管の第１端に向かって押し出され、これによって、熱い外側ターゲット管２００を冷却するようになっている。第１端において、流れは再び反転し、出口穴１６９を通って、管１６８と軸方向管状片１６０との間の円筒状の同軸間隙内に導かれることになる。この設計は、リップシールである１つの水シール１７０しか必要としない。暖かい冷媒は、入口穴０１４の側方の穴０１６（図４）内に通されることになる。
【００５４】
真空又は低圧ガス組成を確保するために、真空シールが必要である。この好ましい実施形態において、これは、２対の軸受１３４，１３６及び１３０，１３２間に真空シール１３５，１３１を導入することによって、達成されるものである。実際には、真空シール及び軸受は、予め組み立てられた状態で得ることができる組立体の一部である。
【００５５】
図５は、駆動手段が流体モータによって置き換えられた好ましい第２実施形態を示している。この特別の実施形態は、他の機能要素（軸受システム、電気接点、回転可能な冷媒シール、及び回転可能な真空シール）に関しては、第１実施形態と同じなので、流体モータのみに着目して、図５について説明する。このモータは、冷媒そのものによって、駆動されるようになっている。すなわち、冷媒の流れは、送給穴３１２を通って、流体モータ３１０内に案内されている。モータ内において、流れの運動エネルギーが、回転運動に変換されることになる。冷媒は、出口孔３２２を通って流出すると、ターゲット管２００をさらに冷却するために、そのターゲット管の内側に案内されるようになっている。回転するモータの外側ハウジングは、インサート片２２１に取り付けられ、その一方、モータ軸３１８は、機械的コネクタ３１６内に固定されている。この機械コネクタ３１６は、始動と停止の衝撃を吸収すると共に、モータ軸を中心軸３２０に固定するのを容易にするものである。中心軸３２０は、第２連結手段０２０に固定して取り付けられている。モータの機能は、タービンにおけるような傾斜した案内羽根、軌道モータの原理、逆スクリューポンプ原理、又は当該技術分野に知られている他の原理に基づくことができる。しかし、操作の原理は、本発明の範囲を制限するものではない。
【００５６】
他の実施形態が、図６に示されている。ここでは、軸受システム、ガス対真空シール、及びガス対冷媒シールは、ターゲット管内に内蔵されているが、他の機能要素は、ターゲット管の外側に実装されている。ターゲット管６０２は、２つの連結手段６６８，６７０によって保持され、これらの連結手段６６８，６７０は、スパッタ装置の壁６７２を介して外部に接続されている。ターゲット管６０２上には、スパッタ材料６０４が成膜されている。磁石アレー６０６は、連結手段６６８に固着された静止保持管６６２に取り付けられている。冷媒は、溝６６４と、保持管６６２に対し同軸の管６６０を通して送給されるようになっている。用いられる冷媒は、外管６６２と内管６６０との間の空間内に集められた後、溝６６６を通して排出されることになる。運動は、ウォーム６２２とギア６２４の伝達を介して、シャフト６２０によって、ターゲット管６０２に与えられている。ギア６２４は、インサート６７４とそれに接続されたターゲット管６０２を回転させるものである。電力は、送電ケーブル６３８を介して供給され、この送電ケーブル６３８は、バネ６３４によって付勢されたコネクタ片６３０を介して、グラファイトブラシ６３２に電気的に接続されている。連結手段６７０は、絶縁片６３６，６２６によって、電源から電気的に絶縁されている。２つのインサート６７４，６７６は、ターゲット管６０２の両端内に緊密に嵌合している。インサート６７６の内側には、以下の機能要素が、ターゲット管６０２の内側に配置されるように、内蔵されている。
【００５７】
・ガス対真空シール６５０。シールの品質を改良するために、付加的なガス対真空シール６５１も挿入されている。
・ガス対冷媒シール６４０
・ガス対冷媒シール６４０とガス対真空シール６５０との間に配置されたターゲット管６０２を回転可能に保持するための１つの軸受リング６１０
【００５８】
連結手段６６８は、絶縁リング６７２によって、電気的に絶縁されている。インサート６７４内において、以下の機能要素が、ターゲット管６０２の内側に内蔵されている。
【００５９】
・ターゲット管６０２を回転可能に保持するための１つの軸受リング６１１
・ガス対真空シール６５３と、それに続く、シールの品質を改良するための他のガス対真空シール６５２
【００６０】
ガス対冷媒シールは、こちら側には必要ではない。連結手段６７０は、絶縁リング６７１によって、ターゲット管から電気的に絶縁されている。
【００６１】
他の好ましい実施形態が、図７に示されている。ここでは、ターゲット管７０２に運動を与える機能要素のみが、ターゲット管の外側に配置されている。他の機能要素は、全て、ターゲット管７０２の内側に一体化されている。ターゲット材料７０３が成膜されたターゲット管７０２は、連結手段７０７によって保持され、保持管７０５は、この連結手段７０７に直交して固定されている。組立体は、保持管７０５に取り付けられた磁石アレー７０６をさらに備えている。回転運動は、柔軟シャフト７２２によって、スパッタ装置の外側のモータ（図示せず）からターゲット管に伝達されるようになっている。このような柔軟シャフトは、保護スリーブ７２０の内側で回転している。スリーブ７２０は、保持管７０５の内側に固定して取り付けられた固定具７８０に接続されている。シャフト７２２は、それ自体、電気的絶縁片７７３を介して、インサート７７０に機械的に接続されている。冷却は、冷媒をターゲット管７０２と保持管７０５との間の空間に送給する冷媒送給管７０４によって、行われている。冷媒は、出口管７０８を通して排出されることになる。電気接点は、一連の平行に接続されたリング状グラファイトブラシ７３０，７３０’及び７３０”によって、ターゲット管７０２の内側に確実に得られる。これらのブラシ７３０、７３０’及び７３０”は、回転導電インサート７７０と静止円筒導体７３２との間に配置されている。円筒導体７３２は、導体７３３を介して、電源（図示せず）に接続されている。円筒導体７３２は、絶縁体７３４によって、保持管７０５から絶縁されている。ターゲット管７０２は、ターゲット管７０２の両端に配置された軸受７１２，７１０によって回転可能に支持されている。軸受７１０は、ガス対真空シール７５４，７５６とガス対冷媒シール７４２との間に配置されている。軸受７１２では、ガス対冷媒シール７４０のみが必要とされ、ガス対真空シールは必要とされない。インサート７７０と保持管７０５は、絶縁体７７２によって、互いに絶縁されている。反対側端では、ターゲット管７０２が、絶縁体７５０によって、保持管７０５から絶縁されている。
【００６２】
この設計において、図示されているが、説明されなかった一部の部品があるが、それらの機能は、当業者にとっては明らかである。例えば、必要に応じて、Ｏリングのシールが、この設計の互いに固定された部品間に内蔵されている。他の例として、絶縁されたシールドが、第１及び第２連結手段を保護している。また、例えば、ネジや位置決めピンのような固定手段は、説明を理解し易くするために、詳細には示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】連結手段を備えるターゲット組立体の好ましい第１実施形態の全体を示す、正面図と側面図である。
【図２】図１の面ＡＡ’に沿った好ましい第１実施形態の断面図である。
【図３】図１の線ＢＢ’に沿った断面図である。
【図４】図１の線ＣＣ’に沿った断面図である。
【図５】駆動手段が冷媒によって駆動される流体回転モータである好ましい第２実施形態の断面図である。
【図６】軸受システム、ガス対真空シール、及びガス対冷媒シールがターゲット管の内側に配置され、他の機能要素がターゲット管の外側に実装された好ましい実施形態を示す図である。
【図７】軸受システム、ガス対真空シール、及びガス対冷媒シール、及び電気接点がターゲット管の内側に配置され、他の機能要素がターゲット管の外側に実装された好ましい実施形態を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転可能ターゲット管内に中心体を備えるターゲット組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、窓ガラスに薄膜を大面積プラズマ蒸着するのに、回転可能ターゲットの使用が普及している。不活性雰囲気下での金属の蒸着、さらに複合材料の蒸着（反応性ガスが不活性ガスに混合される場合）は、大型のスパッタ蒸着設備によって、工業的規模でなされている。
【０００３】
このプロセスにおける重要な要素の１つは、以下の機能の全てを満たさねばならないターゲット組立体にある。
【０００４】
ターゲット組立体は、磁場源を適所に保持しなければならない。ターゲット管の外側に生じた磁場が、狭い閉鎖ループ行路内に電子を封じ込め、不活性ガス原子のイオン化を増大させている。
【０００５】
組立体は、ターゲット管を回転可能に支持しなければならない。
【０００６】
ターゲット表面は、ターゲット管の各セグメントがプラズマに晒され、これによって、ターゲット管の外側でターゲット材料の全てが均一に侵食され得るように、磁場源の前で回転されなければならない。
【０００７】
ターゲット表面は、チャンバーに対して負電位に維持されなければならない。この電位がプラズマ中の陽イオンをターゲット表面に向けて加速し、これによって、ターゲットから原子をチャンバー内に放出させている。これは、ターゲットの除電をもたらすので、この負電位を維持するために、負電流がターゲットに対して保持されなければならない。
【０００８】
ターゲット組立体は、冷却されねばならない。何故なら、表面の高密度の衝撃が著しい加熱をもたらし、ターゲット組立体の損傷及び／又はターゲット材料の溶融を迅速に生じさせるからである。
【０００９】
ターゲット組立体は、蒸着チャンバーの汚染を防ぎ、ガス組成を維持するために、真空気密でなければならない。
【００１０】
これらの機能の各々を個別に達成するのは比較的簡単であるが、単一の組立体においてこれらの全てを組み合わせることは、それ自体で、技術的な問題を生じさせる。
【００１１】
米国特許第５，０９６，５６２号に記載される組立体は、上記の機能を以下のように分割することによって、この問題を解決している。
【００１２】
取り外し可能なターゲット管内において、磁石は、冷媒が貫流する静止した部分に取り付けられている。
【００１３】
第１エンドブロックは、回転運動の伝達を可能にし、かつ回転冷媒シールによってターゲットへの冷媒の供給と排出を可能にするように、設計されている。
【００１４】
ターゲット管の他端の第２エンドブロックは、電流の回転接続部を含んでいる。
【００１５】
例えば、米国特許第５，２００，０４９号に記載されているような片持ちで取り付けられた回転可能ターゲットは、全ての機能を、チャンバー内に延在する一端とチャンバーの外側に配置された他端を有する１つの軸受ハウジング内で、一体化している。この片持ち軸受ハウジングは、ターゲットの軸と直交する壁に取り付けられていなければならない。
【００１６】
これらの設計は、大きいターゲット管の使用を実用化しているが、エンドブロック又は軸受ハウジングは、それらが、材料の蒸着には利用され得ないが、とにかく、真空排気されねばならないチャンバーのかなりの部分を、占めるという重大な欠点を有している。さらに、それらは、設備の有効な蒸着幅を減少させることになる。片持ちターゲット組立体の場合、もしマグネトロンを取り外し可能なカバー、ドア、又は蓋にその長さに沿って取り付けることが意図される場合、使用がさらに困難になる。
【００１７】
加えて、容積の大きなエンドブロック又は軸受ハウジングは、回転可能ターゲット管を小型の設備内で用いることを妨げることになる。なお、これらの小型設備では、多くの場合、平面ターゲットが用いられるが、この平面ターゲットは、回転可能ターゲット（３〜４週に一回の取換え）と比較して、より頻繁に取り替える必要がある（４〜５日に一回の取換え）という欠点を有している。結果として、既存のエンドブロック又は片持ちハウジングは、例えば、ディスプレー成膜装置のような垂直成膜装置内に取り付けることが、困難となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の一般的な目的は、先行技術の欠点をなくすことにある。本発明の第１目的は、エンドブロックのスペース要求を可能な限り小さくすることにある。従って、現在、先行技術のエンドブロックが用いられている設備において、本発明は、真空空間、特にチャンバー幅をさらに有効に使用することができる。本発明のさらに他の目的は、現在、平面マグネトロンのみが使用可能である小型の設備において、回転ターゲットの使用を可能にすることにある。従って、本発明は、ターゲットの交換率を低下させ、ターゲット材料の使用を改良し、これによって、これらの小型の設備におけるコストと時間を節約することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、請求項１に記載されるような特徴の組合せに関する。この請求項には、回転可能ターゲット管に中心体を備えるターゲット組立体が、記載されている。中心体において、先行技術ではエンドブロックに内蔵されている機能要素の少なくとも１つが、ターゲット管の内側に実装されている。これらの機能要素は、以下の要素、すなわち、
（１）ターゲット管を中心体によって回転可能に支持するための軸受システム、
（２）ターゲット管を回転させるための駆動手段、
（３）ターゲット管を中心体に電気的に接続するための電気接点、
（４）冷媒をターゲット管に供給すると共に、そこから排出するための少なくとも１つの回転可能なガス対冷媒シール、及び
（５）前記ターゲット管の外側を真空に保つことを可能にするための少なくとも１つの回転可能なガス対真空シール、
の少なくとも１つである。
【００２０】
このターゲット組立体がマグネトロン蒸着装置に用いられる場合、容易に理解されるように、磁石アレーがターゲット管内に内蔵されているとよい。
【００２１】
「回転可能なガス対冷媒シール」という用語は、ガス含有空間を冷媒含有空間から物理的に分離すると共に、両方の空間の間での回転運動を可能にするシールを意味している。
【００２２】
同様に、回転可能なガス対真空シールは、ガス含有空間を真空含有空間から物理的に分離すると共に、両方の空間の間の回転運動を可能にするシールである。
【００２３】
通常、ガスは、大気圧又はいくらか低圧（最小で１ｋＰａ）の空気である。代替的に、ガスは、大気圧又は低圧（最小で１ｋＰａ）の窒素又はアルゴンであってもよい。
【００２４】
「ターゲット管の内側」又は「ターゲット管の内部」という用語は、装置のターゲット管を保持する回転可能なターゲット材料によって取り囲まれた空間を意味している。
【００２５】
これらの５つの機能要素の任意の組合せも、本発明の主題であり、これによって、本発明の可能な３１通りの実施形態を生じることになる。
【００２６】
最も好ましく、かつ最も簡単なのは、ガス対冷媒シールとガス対真空シールの両方のみがターゲット管の内側に存在する実施形態である。
【００２７】
また、良好であるのは、ガス対冷媒シールとガス対真空シール以外に、軸受システムもターゲット管の内側に存在する実施形態である。潤滑剤の汚染を避けるために、軸受を配置する最適な箇所は、ガス対冷媒シールとガス対真空シールとの間であるが、軸受がターゲット管の内側に存在する限り、他の配置箇所も排除されるものではない。
【００２８】
また、良好であるのは、ガス対冷媒シール、ガス対真空シール、及び軸受システム以外に、駆動手段がターゲット管の内側に存在する実施形態である。
【００２９】
本発明の他の良好な配置は、ガス対冷媒シールとガス対真空シール以外に、電源とターゲット管との間の電気接点がターゲット管の内側に内蔵されている場合である。
【００３０】
本発明の他の良好な配置は、ガス対冷媒シール、ガス対真空シール、及び電気接点以外に、軸受システムがターゲット管の内側に内蔵されている場合である。
【００３１】
全ての機能要素、すなわち、ガス対冷媒シール、ガス対真空シール、電気接点、軸受システム、及び駆動システムがターゲット管の内側に内蔵される組合せは、余り、好ましくはない。何故なら、これは、（後述するように、不可能ではないが）、最も複雑な実施形態であるからである。
【００３２】
以下、種々の機能要素の実施について、さらに詳細に説明する。
【００３３】
軸受システムは、組立体の全体と関連する負荷を保持するのに適したどのような適当な軸受システムであってもよい。軸受システムは、中心体とターゲット管との間に取り付けられ得るが、好ましくは、中心体内に内蔵されている。この場合、中心体は、チャンバーに接続される静止部分と、ターゲット管と共に回転する回転可能な部分とを備えている。一例として、水平位置で作動されるターゲットが考えられる。ここで、全長がより長い場合、ボール軸受又はローラ軸受がより適している。全長がより短い場合、平軸受がより適している。ターゲットが垂直に取り付けられる場合、上部軸受又は下部軸受として、アキシャル軸受が好ましく、ターゲット管の上側又は下側をそれぞれ支持するのは、ラジアル軸受でも十分である。
【００３４】
「駆動手段」という用語は、どのような形態の非機械的なエネルギーをも機械的な回転に変換させる装置を意味している。駆動手段は、最大で６０回転／分の回転速度を可能にしなければならない。必ずしも必要ではないが、速度が調整可能であると、好ましい。
【００３５】
ＤＣカソード操作の場合、負電荷がターゲット管に連続的に送給されなければならない。これは、本発明によれば、電気接点をターゲット管の内側において中心体とターゲット管との間に設けることによって、達成される。この接点は、例えば、銅充填グラファイト又は当該技術分野において知られているこの目的のための他の材料から成る電気接続ブラシ、ブッシュ、又はスリップリングによって、確保されている。また、良好な電気接点を確実に得るために、ブラシは、バネによって付勢されていてもよい。接点がこのような技術によって得られる場合、電気的接触が乾燥状態下で得られること、すなわち、中心体とターゲット管との間の電気的接触を確実にする材料が冷媒とは接触しないことが、好ましい。逆に、電流の流れが、流体、例えば、冷媒を通して得られる電気接点も、代替的に可能である。この接続によって伝達される最大電流は、設備の大きさに依存している。典型的には、制限はされないが、最大で４００Ａの値である。ターゲットが交互に正と負に帯電されるＡＣ操作、又はＤＣ操作がパターンに応じて中断されるパルスＤＣ操作も、包含されている。ターゲット組立体を、例えば、管素材に材料を被覆するために正に帯電されるアノードとして用いること、又は電子を周期的又は連続的に集める集電子として用いることも、明らかに、本発明に包含されている。
【００３６】
組立体を許容温度レベル（典型的には、４５℃未満）に保つために、冷媒は、ターゲット管の内面に連続的に供給され、かつそこから排出されるようになっている。冷媒の供給路と排出路は、ターゲット管の同一の側に配置されていてもよいし、又は供給路が一方の側に配置され、排出路が他方の側に配置されていてもよい。前者の方が好ましい。何故なら、冷媒の供給と排出が、例えば、同心管を通してなされる場合、１つの回転可能なガス対冷媒シールのみで十分だからである。もし漏れがガス対冷媒シールに生じると、冷媒は、ガス圧区域に漏れるが、装置の真空区域には漏れないことになる。
【００３７】
冷媒は、好ましくは、水である。但し、熱容量、導電率、及び粘性の要求を満たす限り、他の冷媒も想定され得る。冷媒は、典型的には５バールの圧力で、かつ蒸着設備の大きさの関数であるその設備の出力定格に依存する流量で、供給されている。典型的には、当該技術分野でよく知られているリップシールが、ガス対冷媒シールとして用いられている。しかし、一例にすぎないが、機械的な面シール又はラビリンスシールのような他の形式のシールも排除されるものではない。
【００３８】
チャンバー内における真空及び／又は低圧ガス組成を維持するために、ガスは、チャンバー内に漏れてはならない。中心体の静止部分と回転部分との境界部は、回転可能なガス対真空シールによって確保され、これによって、回転を可能にしながら、真空区域をガス雰囲気から分離している。漏れが生じた場合、ガスは、真空区域に漏れることになる。このシールは、組立体のリップシール式及び／又はフェロフルーイディク（ferrofluidic）シール式のいずれかに基づいているとよい。前者は、（冷媒シールの場合のように）、他の回転部分に対する高性能エラストマーの機械的な圧搾を利用している。後者の作用原理は、シャフトとそのシャフトと嵌合する磁極シューとの間の流体リングの生成に基づいている。微細に分散した磁気粒子を含む流体は、磁場によって、シャフトと磁極シューとの間に保持されている。ターゲット管が片持ちで取り付けられるときは、１つのガス対真空シールで十分であろう。ターゲット管がその両端で保持される場合、２つのガス対真空シールが好ましい。
【００３９】
以上、少なくとも１つがターゲット管の内側に内蔵されねばならない機能要素について、個別に説明した。現在では、種々の機能要素の組合せが、１つのパッケージに一体化され得るものである。例えば、軸受も内蔵されるガス対真空シールを得ることが可能である。あるいは、外部液体から絶縁された電気ブラシが、ガス対冷媒シールとしても利用され得る。これらの組合せが、請求項１に提示されるような要件を満たすことは、明らかである。しかし、ガス対冷媒シールとガス対真空シールの１つの組合せ、すなわち、冷媒対真空シールは、好ましくない。何故なら、これは、シールが完全でないときに、問題を生じることが知られているからである。このような欠陥は、真空システム内への冷媒の漏れを生じさせ、その結果、真空機器の高価な取換え又は高価な休止時間をもたらすことがある。
【００４０】
従属請求項において、本発明の種々の実施形態が、規定されている。以下、これらの実施形態について、さらに詳細に説明する。
【００４１】
駆動手段として、電気モータを用いることが可能である（請求項２）。このモータは、好ましくは、固定軸回転ドラム式である（請求項３）。何故なら、これは、モータの取付けを簡単にするからである。
【００４２】
電気モータの代替として、流体回転モータも可能である（請求項４）。さらに好ましいのは、この流体モータ用の推進材として、循環冷媒を使用し、これによって、構成概念をさらに簡素化することである（請求項５）。
【００４３】
上記の説明は、ターゲット組立体それ自体に重点を置いたが、この組立体は、スパッタ装置の壁に固定されることも必要である（独立請求項６及び７）。スパッタ装置の全体が、例えば、真空チャンバーのアクセス・ドア又は蓋に取り付けられることも排除されるものではない。装置への固定は、連結手段によってなされている。これらの連結手段は、扱い易さと相対的な小型化に関して、先行技術のエンドブロックとは異なっている。実際、中心体と連結手段との間の連結は、運動部分を含んでいない。すなわち、連結手段は、チャンバーに固定された中心体の静止部分を維持するにすぎず、かつターゲット表面を帯電させるための電気、冷媒、及び（必要に応じて）駆動手段用の電気が貫流する静止部分をもたらすにすぎない。これらの貫通部が２つの連結手段のどちらに組み込まれるかは、勿論、いかに中心体の内側の機能要素が有機的に機能化されるかによって、影響されることになる。
【００４４】
制限はされないが、一例として、表面を帯電する電気は、冷媒が供給されるのと同じ側において供給され、その一方、（必要に応じて）、駆動手段を励磁する電気は、他の側において供給されてもよい。
【００４５】
全ての供給用貫通部が、例えば、中心体に対する第１連結手段に配置され得るように、中心体が構成された場合、第２連結手段の役割は、中心体自体を保持することに、制限されている。このように制限された場合（請求項７）、この第２連結手段は、第１連結手段の機械的強度がターゲット組立体をその場に維持するのに十分である場合、完全に省略されてもよい。
【００４６】
また、中心体は、互いに機械的に離脱可能な第１及び第２中心体に分離させることも可能である（請求項８）。この場合、２つの中心体は、ターゲット管の両端において、互いに個別に挿入されるとよい。機能要素は、それらの少なくとも１つがターゲット管の内側に内蔵される限り、最も好都合な方法で、両方の中心体に分配され得るものである。第１及び第２中心体は、機械的に互いに連結されていてもよい（請求項９）。これは、例えば、連結手段として、磁石アレーを用いることによって実現される。これらの実施形態も、本発明に含まれる。また、第１及び第２中心体を連結するための連結手段は、マグネトロン装置内に設けられていなければならない（請求項１０）。ターゲット組立体の片側がターゲット管を保持する場合も、包含されている（請求項１１）。
【００４７】
以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４８】
図において、同一の参照番号は、種々の断面における同一の部品を示すのに用いられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
回転可能なターゲット組立体の動作原理は、当該技術分野において一般的に知られているので、ここでは、好ましい第１実施形態が図１に示されている本発明の詳細な説明に、重点を置くこととする。
【００５０】
この実施形態では、請求項１に列挙されるような機能要素の全てが、ターゲット管の内側に内蔵されている。駆動手段は、電気モータである。冷媒の供給と排出、及び表面の帯電は、第１連結手段を介してなされている。電気モータを駆動する電気は、第２連結手段を介して送給されている。
【００５１】
図２は、保持管１００と回転管２００とを示している。回転管２００は、ターゲット材料自体、例えば、アルミニウム管から作製されているとよい。あるいは、ターゲット材料が回転管の外側に蒸着されていてもよい。ターゲット材料は、プラズマトーチ溶射、電解析出、又は当該技術分野で知られている他の技術によって、回転管２００に成膜されるとよい。回転管の全長は、波線００２間の長さを増減することによって、任意に選択され得る。回転管２００の両端から、インサート２１０，２２０を、回転管２００内に滑り込ませることができ、これによって、保持管１００と共に中心体を形成している。便宜上、第１連結手段０１０と連結された側を回転管の第１側と呼び、その反対側を第２側と呼ぶこととする。
【００５２】
保持管１００（図３）は、内管１１４が６つのリブ１１２を介して外管１１０に接続された押出ジュラルミン二重壁管から構成されている。これが主保持構造体であり、この構造体に他の部分が接続されるようになっている。磁石ホルダー１２０が、保持構造体１１０の外側に取り付けられている。多数の永久磁石１２２は、このホルダー１２０に配置されている。適切な磁気配置は、国際特許出願第９９／５４９１１号に記載されている。ターゲット組立体は、二重壁管の中心管１１４の内側に組み込まれた４つの軸受１３０，１３２，１３４及び１３６（図２）によって、回転可能に支持されている。駆動手段、ここでは、回転軸電気モータ１４０が、円筒ハウジング１４２の内側に取り付けられ、この円筒ハウジング１４２は、ターゲット組立体の外側で円形蓋１４４によって蓋をされている。ターゲット管を回転可能に支持するための軸としても作用する貫通片１４６が、モータへの電力リード線１４８を配線するのに用いられている。モータハウジングの他の側において、モータ軸が円形の嵌合片１５０内に嵌入されている。このモータ軸１５４は、インサート２２０の閉鎖片２２２に固定されている。この閉鎖片２２２は、ターゲット管の電位にあるインサート片２２１からモータを電気的に絶縁するために、電気的絶縁材料から作製されている。加えて、始動と停止の衝撃を吸収するための機械的コネクタ１５２と、この設計の機械的な安定性を増大させる軸受１５６が、嵌合片１５０と閉鎖片２２２との間に取り付けられている。また、絶縁ブッシュ２２４が、モータ１４０と第２連結手段０２０とをターゲット電位から絶縁するために、第２インサート２２０と貫通片１４６との間に導入されている。絶縁板０２２をチャンバー壁９９９と第２連結片０２０との間に導入することによって、付加的な電気的絶縁が得られることになる。ターゲット管をターゲット電源に電気的に接続するための電気接点は、第１インサート２１０内に内蔵されている。インサート片２１１は、軸方向管状片１６０を中心として回転するようになっている。電力は、第１連結手段０１０と第１インサート２１０を介して、ターゲット管の残部に送られている。これは、第１連結手段０１０がターゲット管のより高い電位にあることを意味している。従って、絶縁体０１２は、第１連結手段０１０と真空チャンバー壁９９９との間に導入されることになる。電気接点は、回転ブッシュ１６６に対してバネ付勢される静止ブラシ１６４によって、確実に得られるものである。十分な電流容量の電気的経路が第１連結手段０１０とターゲット管２００の表面との間に形成され得るように、種々の部品に用いられる材料は、導体であるべきことが明らかである。印加電圧が負の場合、ターゲット管２００は、例えば、陽イオンをその表面に向けて加速させるためのカソードとして作用している。印加電圧が正の場合、ターゲット管２００は、例えば、電子を集めるアノードとして作用している。
【００５３】
冷媒は、第１連結手段０１０を通して供給されている。一連の矢印００４は、冷媒の進路を示している。図４は、第１インサート２１０に対する第１連結片０１０の断面を示している。冷媒は、第１連結手段の中央の穴０１４を通って、軸方向管状片１６０に同軸に取り付けられた管１６８に送給されるようになっている。ターゲット組立体内を進行する冷えた冷媒は、保持管１００の内管１１４と外管１１０との間に取り付けられたセパレータ１７２によって、ターゲット組立体から戻る暖かい冷媒から分離されることになる。中心送給管１６８は、保持内管１１４内に冷媒を直接的に送給し、この内管１１４において、冷媒は、ターゲット管の第２端に向かってさらに案内されることになる。この第２端において、流れは反転し、冷媒は、ターゲット管の第１端に向かって押し出され、これによって、熱い外側ターゲット管２００を冷却するようになっている。第１端において、流れは再び反転し、出口穴１６９を通って、管１６８と軸方向管状片１６０との間の円筒状の同軸間隙内に導かれることになる。この設計は、リップシールである１つの水シール１７０しか必要としない。暖かい冷媒は、入口穴０１４の側方の穴０１６（図４）内に通されることになる。
【００５４】
真空又は低圧ガス組成を確保するために、真空シールが必要である。この好ましい実施形態において、これは、２対の軸受１３４，１３６及び１３０，１３２間に真空シール１３５，１３１を導入することによって、達成されるものである。実際には、真空シール及び軸受は、予め組み立てられた状態で得ることができる組立体の一部である。
【００５５】
図５は、駆動手段が流体モータによって置き換えられた好ましい第２実施形態を示している。この特別の実施形態は、他の機能要素（軸受システム、電気接点、回転可能な冷媒シール、及び回転可能な真空シール）に関しては、第１実施形態と同じなので、流体モータのみに着目して、図５について説明する。このモータは、冷媒そのものによって、駆動されるようになっている。すなわち、冷媒の流れは、送給穴３１２を通って、流体モータ３１０内に案内されている。モータ内において、流れの運動エネルギーが、回転運動に変換されることになる。冷媒は、出口孔３２２を通って流出すると、ターゲット管２００をさらに冷却するために、そのターゲット管の内側に案内されるようになっている。回転するモータの外側ハウジングは、インサート片２２１に取り付けられ、その一方、モータ軸３１８は、機械的コネクタ３１６内に固定されている。この機械コネクタ３１６は、始動と停止の衝撃を吸収すると共に、モータ軸を中心軸３２０に固定するのを容易にするものである。中心軸３２０は、第２連結手段０２０に固定して取り付けられている。モータの機能は、タービンにおけるような傾斜した案内羽根、軌道モータの原理、逆スクリューポンプ原理、又は当該技術分野に知られている他の原理に基づくことができる。しかし、操作の原理は、本発明の範囲を制限するものではない。
【００５６】
他の実施形態が、図６に示されている。ここでは、軸受システム、ガス対真空シール、及びガス対冷媒シールは、ターゲット管内に内蔵されているが、他の機能要素は、ターゲット管の外側に実装されている。ターゲット管６０２は、２つの連結手段６６８，６７０によって保持され、これらの連結手段６６８，６７０は、スパッタ装置の壁６７２を介して外部に接続されている。ターゲット管６０２上には、スパッタ材料６０４が成膜されている。磁石アレー６０６は、連結手段６６８に固着された静止保持管６６２に取り付けられている。冷媒は、溝６６４と、保持管６６２に対し同軸の管６６０を通して送給されるようになっている。用いられる冷媒は、外管６６２と内管６６０との間の空間内に集められた後、溝６６６を通して排出されることになる。運動は、ウォーム６２２とギア６２４の伝達を介して、シャフト６２０によって、ターゲット管６０２に与えられている。ギア６２４は、インサート６７４とそれに接続されたターゲット管６０２を回転させるものである。電力は、送電ケーブル６３８を介して供給され、この送電ケーブル６３８は、バネ６３４によって付勢されたコネクタ片６３０を介して、グラファイトブラシ６３２に電気的に接続されている。連結手段６７０は、絶縁片６３６，６２６によって、電源から電気的に絶縁されている。２つのインサート６７４，６７６は、ターゲット管６０２の両端内に緊密に嵌合している。インサート６７６の内側には、以下の機能要素が、ターゲット管６０２の内側に配置されるように、内蔵されている。
【００５７】
・ガス対真空シール６５０。シールの品質を改良するために、付加的なガス対真空シール６５１も挿入されている。
・ガス対冷媒シール６４０
・ガス対冷媒シール６４０とガス対真空シール６５０との間に配置されたターゲット管６０２を回転可能に保持するための１つの軸受リング６１０
【００５８】
連結手段６６８は、絶縁リング６７２によって、電気的に絶縁されている。インサート６７４内において、以下の機能要素が、ターゲット管６０２の内側に内蔵されている。
【００５９】
・ターゲット管６０２を回転可能に保持するための１つの軸受リング６１１
・ガス対真空シール６５３と、それに続く、シールの品質を改良するための他のガス対真空シール６５２
【００６０】
ガス対冷媒シールは、こちら側には必要ではない。連結手段６７０は、絶縁リング６７１によって、ターゲット管から電気的に絶縁されている。
【００６１】
他の好ましい実施形態が、図７に示されている。ここでは、ターゲット管７０２に運動を与える機能要素のみが、ターゲット管の外側に配置されている。他の機能要素は、全て、ターゲット管７０２の内側に一体化されている。ターゲット材料７０３が成膜されたターゲット管７０２は、連結手段７０７によって保持され、保持管７０５は、この連結手段７０７に直交して固定されている。組立体は、保持管７０５に取り付けられた磁石アレー７０６をさらに備えている。回転運動は、柔軟シャフト７２２によって、スパッタ装置の外側のモータ（図示せず）からターゲット管に伝達されるようになっている。このような柔軟シャフトは、保護スリーブ７２０の内側で回転している。スリーブ７２０は、保持管７０５の内側に固定して取り付けられた固定具７８０に接続されている。シャフト７２２は、それ自体、電気的絶縁片７７３を介して、インサート７７０に機械的に接続されている。冷却は、冷媒をターゲット管７０２と保持管７０５との間の空間に送給する冷媒送給管７０４によって、行われている。冷媒は、出口管７０８を通して排出されることになる。電気接点は、一連の平行に接続されたリング状グラファイトブラシ７３０，７３０’及び７３０”によって、ターゲット管７０２の内側に確実に得られる。これらのブラシ７３０、７３０’及び７３０”は、回転導電インサート７７０と静止円筒導体７３２との間に配置されている。円筒導体７３２は、導体７３３を介して、電源（図示せず）に接続されている。円筒導体７３２は、絶縁体７３４によって、保持管７０５から絶縁されている。ターゲット管７０２は、ターゲット管７０２の両端に配置された軸受７１２，７１０によって回転可能に支持されている。軸受７１０は、ガス対真空シール７５４，７５６とガス対冷媒シール７４２との間に配置されている。軸受７１２では、ガス対冷媒シール７４０のみが必要とされ、ガス対真空シールは必要とされない。インサート７７０と保持管７０５は、絶縁体７７２によって、互いに絶縁されている。反対側端では、ターゲット管７０２が、絶縁体７５０によって、保持管７０５から絶縁されている。
【００６２】
この設計において、図示されているが、説明されなかった一部の部品があるが、それらの機能は、当業者にとっては明らかである。例えば、必要に応じて、Ｏリングのシールが、この設計の互いに固定された部品間に内蔵されている。他の例として、絶縁されたシールドが、第１及び第２連結手段を保護している。また、例えば、ネジや位置決めピンのような固定手段は、説明を理解し易くするために、詳細には示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】連結手段を備えるターゲット組立体の好ましい第１実施形態の全体を示す、正面図と側面図である。
【図２】図１の面ＡＡ’に沿った好ましい第１実施形態の断面図である。
【図３】図１の線ＢＢ’に沿った断面図である。
【図４】図１の線ＣＣ’に沿った断面図である。
【図５】駆動手段が冷媒によって駆動される流体回転モータである好ましい第２実施形態の断面図である。
【図６】軸受システム、ガス対真空シール、及びガス対冷媒シールがターゲット管の内側に配置され、他の機能要素がターゲット管の外側に実装された好ましい実施形態を示す図である。
【図７】軸受システム、ガス対真空シール、及びガス対冷媒シール、及び電気接点がターゲット管の内側に配置され、他の機能要素がターゲット管の外側に実装された好ましい実施形態を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なターゲット管と中心体とを備えるターゲット組立体において、
前記管を前記中心体によって回転可能に支持するための軸受システム、
前記管を前記中心体に対して回転させるための駆動手段、
前記中心体と前記管との間の電気接点、
冷媒を前記中心体を通して前記管に供給するか又はそこから排出するための少なくとも１つの回転可能な冷媒シール、及び
前記管の外側を真空に保つことを可能にするための少なくとも１つの回転可能な真空シール、
の少なくとも１つを前記管の内側にさらに備えていることを特徴とするターゲット組立体。
【請求項２】
前記駆動手段は、電気回転モータであることを特徴とする請求項１に記載のターゲット組立体。
【請求項３】
前記電気回転モータは、固定軸回転ドラムモータであることを特徴とする請求項２に記載のターゲット組立体。
【請求項４】
前記駆動手段は、流体回転モータであることを特徴とする請求項１に記載のターゲット組立体。
【請求項５】
前記流体回転モータは、冷媒によって駆動されるようになっていることを特徴とする請求項４に記載のターゲット組立体。
【請求項６】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記チャンバー壁に接続される第１及び第２連結手段をさらに備え、前記中心体を前記第１及び第２連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項７】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記壁に接続される１つの連結手段をさらに備え、前記中心体を前記１つの連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項８】
回転可能なターゲット管と第１及び第２中心体とを備えるターゲット組立体において、
前記管を前記第１又は第２中心体によって回転可能に支持するための軸受システム、
前記管を前記第１又は第２中心体に対して回転させるための駆動手段、
前記管を前記第１又は第２中心体を介して電気的に接続するための前記中心体と前記管との間の電気接点、
冷媒を前記第１又は第２中心体を介して前記管に供給又はそこから排出するための少なくとも１つの回転可能な冷媒シール、及び
前記管の外側を真空に保つことを可能にするための少なくとも１つの回転可能な真空シール、
の少なくとも１つを前記管の内側にさらに備えていることを特徴とするターゲット組立体。
【請求項９】
前記第１及び第２中心体は、互いに連結されていることを特徴とする請求項８に記載のスパッタ組立体。
【請求項１０】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項８あるいは９に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記チャンバー壁に接続される第１及び第２連結手段をさらに備え、前記第１及び第２中心体を前記第１及び第２連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１１】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項８あるいは９に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記チャンバー壁に接続される１つの連結手段をさらに備え、前記第１中心体を前記１つの連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１】
回転可能なターゲット管と中心体とを備えるターゲット組立体において、
前記管を前記中心体によって回転可能に支持するための軸受システム、
前記管を前記中心体に対して回転させるための駆動手段、
前記中心体と前記管との間の電気接点、
冷媒を前記中心体を通して前記管に供給するか又はそこから排出するための少なくとも１つの回転可能な冷媒シール、及び
前記管の外側を真空に保つことを可能にするための少なくとも１つの回転可能な真空シール、
の少なくとも１つを前記管の内側にさらに備えていることを特徴とするターゲット組立体。
【請求項２】
前記駆動手段は、電気回転モータであることを特徴とする請求項１に記載のターゲット組立体。
【請求項３】
前記電気回転モータは、固定軸回転ドラムモータであることを特徴とする請求項２に記載のターゲット組立体。
【請求項４】
前記駆動手段は、流体回転モータであることを特徴とする請求項１に記載のターゲット組立体。
【請求項５】
前記流体回転モータは、冷媒によって駆動されるようになっていることを特徴とする請求項４に記載のターゲット組立体。
【請求項６】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記チャンバー壁に接続される第１及び第２連結手段をさらに備え、前記中心体を前記第１及び第２連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項７】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記壁に接続される１つの連結手段をさらに備え、前記中心体を前記１つの連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項８】
回転可能なターゲット管と第１及び第２中心体とを備えるターゲット組立体において、
前記管を前記第１又は第２中心体によって回転可能に支持するための軸受システム、
前記管を前記第１又は第２中心体に対して回転させるための駆動手段、
前記管を前記第１又は第２中心体を介して電気的に接続するための前記中心体と前記管との間の電気接点、
冷媒を前記第１又は第２中心体を介して前記管に供給又はそこから排出するための少なくとも１つの回転可能な冷媒シール、及び
前記管の外側を真空に保つことを可能にするための少なくとも１つの回転可能な真空シール、
の少なくとも１つを前記管の内側にさらに備えていることを特徴とするターゲット組立体。
【請求項９】
前記第１及び第２中心体は、互いに連結されていることを特徴とする請求項８に記載のスパッタ組立体。
【請求項１０】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項８あるいは９に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記チャンバー壁に接続される第１及び第２連結手段をさらに備え、前記第１及び第２中心体を前記第１及び第２連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【請求項１１】
減圧可能なチャンバーの壁内に配置され、請求項８あるいは９に記載のターゲット組立体を備えるスパッタ装置において、前記チャンバー壁に接続される１つの連結手段をさらに備え、前記第１中心体を前記１つの連結手段に取り外し可能に連結させていることを特徴とするスパッタ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００９−５１３８１８（Ｐ２００９−５１３８１８Ａ）
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１８２００（Ｐ２００６−５１８２００）
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０５１２４７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００５６８２
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（５０５３６０４９８）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０５１２４７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００５６８２
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（５０５３６０４９８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]