JPS593545B2 - スパッタリングタ−ゲットの有効寿命を延ばす方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、消耗性金属カソード組立体の部分的にに消耗
した成分を修復して組立体を再生する方法１５に係る。

本発明の消耗性カソード組立体は、このカソードの金属
を、その他の金属、ガラス、プラスチック等の工うな適
当な基体物質の上に薄いフイルムとしてスパツタ或いは
蒸着するために用いられる形式のものである。

このカソード組立体が組み込まれる機構は、プレーナマ
グネトロンとして知られる形式のものであシ、このプレ
ーナマグネトロンに訃いてぱ、このカソードは、アルゴ
ンのような酸化防止ガスが導入される真空室に配置され
る。このカソード組立体間には磁界が発生され、そして
ガス原子をイオン化しそしてそれをカソート−と進め、
カソードの金属を気化せしめ、そしてこれをカソード組
立体のすぐ近くに置かれた基体にフイルムとして蒸着さ
せるに十分な負の電圧がこのカソード組立体に印加され
る。このようにカソード金属を基体に蒸着さｔる工程に
おいては、カソード組立体がトラフ状て侵食１され、こ
のトラフの形状はブレーナマグネトロン機構によつて発
生される取シ巻かれたすなわち環状の磁界に対応してい
る。

このトラフの深さが金属カソードの元の厚さにまで達す
ると、たとえそのカソードのほんの一部のみが消耗され
ているに冫過ぎなくとも、そのカソード組立体を交換す
ることが必要である。従来は、このようなカソード組立
体は、カソード金属のわずか２０％〜３０％の李が消耗
された時に交換せねばならなかつた。例えば、純クロム
で作られ、幅１１（３０ｃｍ）、２長さ２ｆ（７２．５
ｃｍ）、厚さ『（２．５ｍ）の典型的な長方形のカソー
ド組立体のコストは約６．５００ドルである。既に述べ
たように、過去においては、このような組立体は、たと
えカソードの７０％〜８０％がまだ消耗されていなくと
も交換されなけ３ればならなかつた。使用者の立場から
すれば、このような生産性の悪いことは望ましくなく、
まして、金、プラチナ、銀、パラジウムなどの価格の高
いカソード物質をスパタリングまたは蒸着工程に使用し
た場合には、さらに好ましくない。 ３．本発明の
目的は、スパタリングまたは蒸着工程に使用される消耗
性カソード組立体の有効寿命を相当に延ばすことにあり
１元のカソード組立体成分を交換することなく、蒸着に
利用できるようにその組立体のまだ消耗されていない金
属部分の向４（きを変え直すことによつて寿命を延ばす
ことにある。特に、本発明は、消耗性カソード組立体に
係ク、且つ蒸着に利用できる金属カソード物質の量を―
般的に２倍にし、それゆえ消耗性金属のコストを一般的
に半分に減らすようなカソード組立体再生方法に係る。
上記のように、本発明の消耗性金属カソード組立体が用
いられる蒸着機構の一形式がプレーナマグネトロンであ
る。

この機構は、アルゴンのような酸化防止ガスが導入恣れ
る真空室に配置？れた消耗性金属カソードを含んでおり
、この真空室の中には、カソード金属の薄いフイルムを
蒸着させられる基体物質が置かれる。カソード組立体の
すぐ後ろに環状磁気コイルが配置されており、この磁気
コイルは閉ループ磁界をカソード物質問に生じさせるた
めに付勢される。この磁界は、酸化防止ガスをイオン化
し、その荷電された原子を磁界内で加速し、そしてこの
加速された原子を真空室内でカソード金属の面に衝突さ
せそれによつてその面を気化させる。気化されたカソー
ド金属はカソード組立体から離れてまつすぐ進んで、そ
の近くに配置された基体物質上で平らに分布されたフイ
ルムとして磯縮する。カソード組立体の侵食領域の幅及
び長さは、上記環状磁界ど一般的に対応して卦り、その
幅はカソード組立体を横切つてその表面と―般的に平行
である磁力線によつて定められる。

カソート−の侵食の深さは、カソードにわたる電流密度
によつて決められ、ある一定期間を過ぎると、カープし
たＶ字形すなわち２重の凸状の断面を持つ侵食されたト
ラフが生じる。この侵食したトラフの底がカソードの元
の厚さまでに達した時には、たとえそのカソードが２０
％〜３０％しか消耗されていなかつたとしてもカソード
組立体を交換することが必要である。すなわち、従来は
、交換が必要となつた時点では、元のカソードがわずか
に１Ａ以下しか消耗されていない。本発明によるカソー
ド組立体は、連続的に取り巻いた或る長さの消耗性金属
を形成する様に端と端を接した関係での複数個の個々の
ターゲツトタイルを配置したもので形成される。

特に、個々のターゲツトタイルは２対の末端ターゲツト
を含み、この末端ターゲツトは隣接したターゲツトの２
つの長手方向の列を横方向に接続し、これらすべてのタ
ーゲツトによつて消耗性金属の連続した閉ループを形成
し、これは発生された磁界と重畳される。使用中に個々
のターゲツトは侵食され、力ーブしたＶ字形すなわち２
重の凸状の断面を持つ連続的な環状トラツクすなわちト
ラフを形成し、このトラフの最も深い部分は一般的に各
ターゲツトタイルの幅の中間に位置される。連続的且つ
環状に侵食されたトラフは、２列の長手方向タイルを通
して形成された線状のつまりまつすぐな区分と、末端タ
イルを通して形成された曲線状すなわち弧状の区分とを
含む。トラフの最も深い部分がターゲツトタイルの元の
厚さにまで到達した時には、カソード組立体を交換しな
ければならない。しかし、本発明によれば、長手方向列
の各ターゲツトタイルを、トラフの最も深い部分に溢つ
て切断し、そしてこの切断されたターゲツトセグメント
の最も厚い部分、つまり最も侵食されていない部分を横
に隣接関係にする様に組み立て直す。それと同時に、４
つの末端タイルのそれぞれを、その底面に訃いて１８♂
回転させ、その浸食されていない部分を、上記切断され
組み立て直されたターゲツトの最端部と隣接関係に配置
する。こうして、切断され組み立て直されたタイル及び
回転させられたタイルは、新しいカソード組立体を形成
する。この新たなカソード組立体では、実際上、侵食さ
れたトラフの容積を埋める様に各ターゲツトタイルの最
も厚い部分すなわち最も侵食されていない部分の向きが
変え直され、新しい一続きの閉ループの侵食されていな
いカソード金属が作られる。この様にして、消耗性カソ
ード組立体の有効寿命が２倍にされ、このような組立体
の交換コストも一般的に半分に減らされる。以下、添付
図面を参照して本発明を詳細に説明する。

プレーナマグネトロン機構１０が第１図に概略的に示さ
れて卦り、これは本発明の金属カソード組立体を用いる
ことのできるエネルギー発生機構の１例である。

このマグネトロン機構は第一ー・ウジング１２を含んで
おり、この中に環状磁気コイル１４が装着される。この
コイルによつて熱が発生するために、磁気コイル１４と
ガスケツト２６は、そこを通して循環する水によつて適
度に冷やされる。第二ハウジング１６が上部ハウジング
１２に適当に固定されている。金属カソード組立体が、
参照番号１８で一般的に示されて卦虱これは適当なクラ
ンプ部材２４によつて上部ハウジング１２に適当に固定
された複数個の消耗性金属ターゲツトタイル２０及び２
２を含んでいる。銅ガスケツト即ちプレート２６は、タ
ーゲツト２０及び２２並びにクランプ装置２４と、上記
・・ウジング部材１２との間に配置されている。又、ハ
ウジング１６はＯリングシール部材２８を受けるために
その上周に凹所が設けられておわ、０リングシール部材
は銅ガスケツト２６の外縁に接している。上部・・ウジ
ング１２と下部一・ウジング１６は真空室３０を形成し
、この真空室内では、基体部材３２が支持構造体３４の
上に適当に配置されている。基体３２は、一般的にター
ゲツトタイルの下面からｊないしＦｆ（１０（−ｍない
し１５？）のところに位置して卦り、上記基体の上面は
、金属の薄いフイルムで被着されるべき面であり、そし
てこの金属は、ターゲツトタイル２０及び２２から侵食
されて放出される。第２図は、プレーナマグネトロンに
用いられる電気系統の回路図である。

第２図に示されているように、カソード組立体１８は電
源３６のマイナス側に接続されておジ、そのプラス側は
アノード３８に接続されている。一方、基体支持手段３
４は、並列抵抗回路を通つてアースに接続されている。
アノード３８はカソード組立体１８に接近して配置され
ており、大きい電流が基体３２に衝撃を与えて過度のカ
口熱や損傷を引き起こさないようにするために使用され
る。この構成によつて、アースへの電流がゼロ化され、
従つて基体への電流もゼロ化される。このようにして、
基体３２から見た熱に対する主な作用は、タイル２０及
び２２から基体に蒸着される金属フイルムの蒸気凝縮に
よるものだけとなる。例えば、柔軟性プラスチツク基体
でも、このようにして変形することなく被着される。第
３図は、磁気コイル１４によつてカソード組立体１８を
介して発生された環状磁界の略図である。

第３図には、磁界の磁力線が４０で示されておべその磁
力線がカソード部材から出てゆくところが４２で示され
ている。一方このような磁力線が再び入るところが４４
で示されている。カソードの侵食領域は４６で示されて
おわ、これは環状の連続的な領域であり、これは磁気コ
イル１４の領域の形状に一致している。上部ケーシング
１２は、４２と４４に磁界を向けるための磁極片でもあ
る。第４図は侵食されていない新しいカソード組立体を
示し、そしてそのターゲツトタイル２０及び２２はマグ
ネトロン機構１０内に装着するために、端と端を接した
関係で配列されている。

第５図は、使用された即ち侵食されたカソード組立体を
示しており、ターゲツトタイルは侵食されて環状のトラ
フを生じ、これは＝般的にカーブしたＶ字形、すなわち
２重凸状断面を有している。

長手方向に侵食した個々のタイル２０が第６図に示され
ている。ターゲツト２０及び２２のこの侵食経路は磁気
コイル１４によつて発生された磁界によつて生じた電流
密度の高いところに一般的に対応して卦り、その磁界の
中央程侵食の程度が大きい。マグネトロン装置１０にお
ける消耗性金属ターゲツトのスパツタリング乃至蒸着に
ついて以下に説明する。

真空室３０は、約１×１０−４ｔ０ｒｒの真空状態にさ
れる。

この真空状態が確立されると、真空室１３０はアルゴン
のような、１〜５ミクロンの酸化防止ガスが満たされる
。それから、カソード組立体１８と、アノード３８との
間に電圧が印力ｕされ、それによりターゲツトタイル２
０と２２の前方にグロー放電が生じる。たとえぱ、カソ
ード電位は約４００−７００ボルトでありこの場合コイ
ル１４に流れる電流は６〜３６アンペアである。これに
よつて、ターゲツト２０と２２の侵食領域４６に対して
約２００−３００ガウスの環状磁界が生じる。これらの
条件のもとで、アルゴン原子はイオン化される。しかし
ながら、このアルゴンイオンは磁界に捕えられ、そこで
力Ｄ速され、ターゲットタールの露出面へと押しやられ
、そして、そのターゲツトタイルの面が気化せしめられ
る。ターゲツト物質から蒸発された金属粒子は、ターゲ
ツトから離れて進められて、基体３２の土面に当た勺そ
してそこで薄いフイルムとして凝縮する。．アノード３
８の位置を考えれば、大きな電流が基体３２に衝撃を与
えるのが防止され、さもなくばこの大電流によつて基体
物質の過度の加熱や損傷が引き起こされよう。従つて、
基体の加熱に対する主な作用はターゲツトタイル２０及
び２２か・らの金属の蒸気凝縮によるものだけである。
こうして、基体３２は、数百度Ｆという非常に低い温度
となる。例えば、本機構を用いて、１５秒で２，０００
オングストロームに及ぶ金属を柔軟性プラスチツクに被
着したが、プラスチツクは変形しなかつた。

本機構の重要な使用目的は、ガラス基体にクロムを被着
し、そのガラス面に薄い反射フイルムを作り、それによ
つて、鏡要素を作ることである。再び第５図を参照する
と、これまでは、ターゲツトタイル２０及び２２の侵食
した環状トラフ５０がそのターゲツトの元の厚さに近い
深さに到達した時、このようなカソード組立体を交換す
る必要があつた。しかしこの場合、カソードのターゲツ
トタイルの量は、わずか２０％〜３０％ほどしか消耗さ
れていない。つまり、従来は、この交換が必要となつた
時には、その力ソートターゲットタールの７０％〜８０
％は消耗されていず、利用されていない。本発明は、カ
ソード組立体に係ジ、且つそのカソード組立体の有効寿
命を２倍にすることができ、言いかえれば、新らしいカ
ソード組立体が必要となるまでに、４０％〜６０％のカ
ソード金属を消耗させることのできるカソード組立体を
製造する方法に係る。

これは、端と端が接した複数個の個々のタイル部材２０
と２２でカソード組立体を初めに形成することによつて
達成され、これらのタイル部材は第４図に示されている
ように、取ｖ巻かれた連続的な金属面を形成する。

第４図は、使用される前のカソード組立体を示している
。一般にカソード組立体の全体の形は、磁気コイル１４
の形に対応している。例えば、第４図に示されているカ
ソード組立体は、幅約１ｉ（３０（：７！１）、全長２
ｇ（７２．５ｃｒｒ１）であり、各タイルは、約１″（
２．５ｃｍ）の厚さを持つている。組み立てと装着を簡
単にするために、個々のターゲツトタイルは適当なクラ
ンプ部材２４によつて土部ハウジング１２に装着される
。上記のように、第５図は、第一の使用期間後のカソー
ド組立体を示して｝り、種々のタイル部材全体に亘ｖ本
質的に完全に侵食したトラフ５０を示している。

そしてこの侵食は、カソード組立体が交換されなければ
ならないところまで既に進行してしまつている。これま
では、カソードがわずか２０〜３０％しか消耗されてい
ない時にカソード組立体全体を交換することが必要であ
つたが、本発明は、ターゲントタイルの向きを変え直し
、部分的に消耗した組立体から、事実上新らしいカソー
ド組立体を作り出すために、ターゲツトタイルを組み立
て直すことを可能にするものである。

従つて、第６図から第９図に最も良く示されているよう
に、長手方ｊ向タイル２０の各々を、その組立体から外
し、そしてトラフの最も深い部分の長さに沿つて切断し
、２０ａと２０ｂという２つの個々のターゲツト要素を
作る。各ターゲツト要素ぱ、平らな下面５４，平らな端
面５６、平らな側面５８（これは、下面１５４及び端面
５６に対して一般的に直角である。）、及び凸状の上面
６０（これは、側面５８の上縁から延び、ほぼ下面５４
で終わつている）を？んでいる切断された後、２０ａと
２０ｂの各要素ぱ、第１８図に示されているように、向
きを反対にし、組み立て直しして新らしいターゲツト要
素２０７を形成する。

新たなカソード組立体にするための処理や組み立て直し
を容易にするために、ターゲツト要素２０ａと２０ｂは
、図示されていないネジ 闘等によつて、銅プレート５
２に固定されてもよい。ターゲツト要素が組み立て直さ
れると、側面５８は、接触関係となり、その最も厚い部
分は、新らしいターゲツト２σの中央に配置される。組
み立て直されると、新たなターゲツト２σは、一般的二
に対称的で且つ連続的な凸状の上面を持つことになる。
向きを変え直したカソード組立体を、クランプ部材２４
によつて上部一・ウジング１２に装着するのを容易にす
るために、タイル２０／に平らな長手．゛方向外縁すな
わちリツプ６２を力Ｄ工又は整形することが通常は望ま
しい、タイルのリツプ６２と、クランプ部材２４との相
互作用は、第９図の右下の破断断面で最も良く示されて
いる。

カソード組立体の方向転換を完了するために、第９図に
最も良く示されているように、末端のタイル２２をその
平らな下面に対して１８♂回転させ、そして、その侵食
されていない主部分を長手方向タイル２σの最も端に接
触関係にする。

切断され組み立て直された長手方向タイル２０′と、こ
・の回転した末端タイル２２は、本質的に新らしいカソ
ード組立体を作るように組み立て直されて第９図に示さ
れている。このようにして、個々のタイル要素は、切断
され、組み立て直され、回転させられて、実際には元の
組立体の既に浸食したトラフと、一部消耗されたターゲ
ツトのまだ侵食していない部分とが取り換えられる。

本発明によつて教示されたように、カソード組立体の有
効寿命は本質的に２倍となり、このような組立体の交換
コストが半分に減少されたことが明らかである。

比較的コストの高い金属の薄いフイルムを蒸着させるた
めにスパタリング乃至蒸着プロセスがしばしば用いられ
る場合には、この金属をかなり純度の高い状態で用いな
ければならないことから、本発明によつて実現可能とな
るコスト節約は、多大である。既に述べられているよう
に、幅１グ（３０ｃｍ）、長？２Ｚ（６０ｃｍ）、厚さ
（１（２．５ｃＴｎ）の大きさを持つ純クロムカソード
組立体は、約６．５００ドルである。このような組立体
の有効寿命を２倍にすることは、このようなスパタリン
グプロセスを用いて製品を製造する場合には相当のコス
トの節約となることは明らかである。さらに、金、銀、
パラジウムなどの外国産の金属を多く使用する場合には
、被着コストの節約はさらに大きくなることは明らかで
ある。本発明の範囲内でいろいろの変更がなされ得るこ
とが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図及び２図は、カソード組立体を組み込んだプレー
ナマグネトロン機構の略図、第３図は、本発明のカソー
ド組立体に誘起された磁界の略図、第４図は、新らしい
侵食されていないカソード組立体の斜視図、第５図は、
侵食した環状トラフを持つカソード組立体を示す図、第
６図及び７図は、切断される前と後の侵食した長手方向
タイルターゲツトを示す図、第８図は、切断され、組み
立て直された長手方向ターゲツトタイルを示す図、そし
て第９図は、向きを変えられて組み立て直されたカソー
ド組立体を示す図である。 １０・・・ブレーナマグネトロン機構、１２・・・第１
ハウジング、１４・・・磁気コイル、１６・・・第２−
・ウジング、１８・・・カソード組立体、２０，２２・
・・ターゲツトタイル、２０ａ，２０ｂ・・・ターゲツ
ト要素、２０′・・・新しいターゲツト、２４・・・ク
ランプ部材、２６・・・銅ガスケツト、３０・・・真空
室、３２・・・基体部材、５０・・・侵食されたトラフ
、５４・・ζ下面、５６・・・端面、５８・・・側面、
６０・・・凸状の上面、６２・・・リップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 初め内実で且つ長方形である複数個の金属ターゲッ
   トを接触関係で導電性ベースプレート上に装着して、閉
   じた連続長さの消耗性金属体を形成したものより成る形
   式の部分的に消耗した金属カソード組立体を修復する方
   法であつて、上記組立体は２組の末端ターゲートを備え
   、この末端ターゲートは２列の整列及び接触された中間
   ターゲットを横方向に結合し、上記組立体は使用中に侵
   食されて上記ターゲットを通して延びる連続した楕円状
   の狭い溝を生じており、上記中間ターゲット列の溝はま
   つすぐであつて、２重の凸状断面をしており、上記溝の
   最も深い部分は上記中間ターゲットの巾の一般的に中央
   にあり、上記末端ターゲットの溝も２重の凸状断面のも
   ので、上記まつすぐの溝部分を結ぶ様にカーブしており
   、上記方法は、上記ターゲットを上記ベースプレートか
   ら切り離し、各中間ターゲットを上記溝の最も深い部分
   に沿つて切断して１対のターゲット要素を形成し、上記
   要素の最も厚い部分を接触させる様に上記ターゲット要
   素を反対向きにして上記ベースプレートに取り付け直し
   、一般的に対称的で且つ連続的な凸状上面を有する各タ
   ーゲットを作り、そして各末端ターゲットをその底面に
   おいて１８０°回転させてその最も厚い部分を最も端に
   ある中間ターゲットに対して接触関係に配置し、それに
   より上記切断された及び配置し直されたターゲットの最
   も厚い部分を、上記侵食された溝が初めにあつた領域に
   配置する様にしたことを特徴とする方法。 ２ 各要素の上記反対向きにされる溝領域の最も深い部
   分の付近に長手方向に延びるリップを形成し、上記要素
   の最も厚い部分が接触する様に上記ターゲット要素を上
   記ベースプレートに取り付け直して、一般的に対称的で
   且つ連続的な凸状の上面を有する各ターゲットを作り、
   該上面は外方に配置されたリップで終わる特許請求の範
   囲第１項に記載の部分的に消耗した金属カソード組立を
   修復する方法。