JP2005350768A - 回転可能なマグネトロンの大面積アセンブリを有するコーター - Google Patents

Abstract

【課題】過剰散布の材料損失を低く維持しながら、大面積の基板を均等にコーティングする。
【解決手段】コーティング、特に、大面積の基板を陰極スパッタによってコーティングするためのコーターであって、コーティングチャンバを有し、その内部に、スパッタされる材料がコーティングプロセス中に回転するとともに湾曲面を有するターゲット（４）上に配置されている陰極アセンブリ（２）を備え、前記スパッタされる材料は、特に、円筒の横方向表面上に配置されたものにおいて、回転可能な湾曲したターゲット（４）を持つ陰極アセンブリ（２）の少なくとも３つ、好ましくはそれよりも多くが、整合的なコーティング領域のための単一のコーティングチャンバ内に並んで位置決めされることを特徴とする、コーター。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文によるコーターに関する。

陰極スパッタによって基板へコーティングを施すコーターは、以前から周知であり、多岐にわたるコーティング目的のために使用されている。そのようなコーターの設計および技術は、コーティングが満たすべき特定の要件に従って大幅に変化する。例えば、多くのさまざまな種類の陰極があり、例えば平面陰極、マグネトロン陰極、回転可能なマグネトロン等がある。平面陰極では、スパッタされるコーティング材料は平坦な平面ターゲットの形状に構成される一方で、いわゆる回転可能な陰極のターゲット表面は湾曲され、特に、円筒状の管の形態に構成される。コーティングプロセス中に円筒状の管の連続的回転のため、ターゲット材料は均等にスパッタされ、従って局所に集中したスパッタとそれに伴う溝の形成、立ち代わってコーティング品質の低下の可能性を防止する。

いわゆるマグネトロン陰極、つまりマグネトロンの使用により、スパッタターゲットの背後の磁石アセンブリが、ターゲットの前面のプラズマ形成を容易にし、同時にプラズマを安定化し、プラズマを均等にし、同様に、堆積の改善を実現することも可能である。特に、いわゆる回転可能なマグネトロンの使用も公知であり、その場合では磁石または磁石アセンブリが円筒管状ターゲット内に同心円で備えられる。この種類の回転可能なマグネトロンは、例えば、建築用ガラスのコーティングのために連続稼動のインラインコーターに使用される。最新の実施は、通常、そのようなマグネトロンの２つをコーティングチャンバ内で並べて配置している。この配置の欠点は、ほとんど一定のコーティング厚を持つ均等なコーティングが得られる利用可能なコーティング領域が小さいことである。これは、大きい表面、すなわち、大面積の基板をコーティングする場合、基板を移動させることを必要にさせる。

従って、本発明の目的は、大面積の基板が均等にコーティングでき、それに加え、特に、コーティングプロセス中の過剰散布の形態による材料損失を低く維持すべきコーター、特に、陰極アセンブリを提供することである。加えて、コーターは設定および操作が簡単である必要がある。

この目的は、請求項１の特長を有するコーターによって達成される。有用な実施の形態が従属請求項の主題を形成する。

本発明は、大きいコーティング領域を均一な厚さの均等なコーティングで、コーティング材料の大きな損失を考慮することなく提供できるという課題を初めて解決する。換言すれば、本発明は、大面積の基板を静止して、すなわち、基板を移動させることなくコーティングすることを可能にする。驚くべきことに、回転可能な湾曲したターゲット−特に円筒管の形態のターゲット−を有する陰極アセンブリを使用すれば、複数の陰極、特に少なくとも３つ、それより、好ましくは４、５、６つまたはそれより多くの陰極が、相互の横に位置決めでき、従って、湾曲したターゲット表面での特有のスパッタによって均等なコーティングを施すことができ、特に均等で均一なコーティング厚さを、コーティング材料の過剰な損失を我慢する必要なく得ることができる大きなコーティング領域を生成することが分った。この利点は、大部分が湾曲したターゲット表面の故であり、好ましい実施の形態によれば、良好な効果が更に強調または強化される様式で、陰極自体を構成し、多くの陰極を互いに関して組立てることによって、堆積された大面積のコーティングの均等性が、より一層改善され、その一方で材料損失を低く維持することができる。

陰極構成に関しては、ターゲット表面の前面にプラズマを形成し、このプラズマを安定化するために、ターゲットの背後に−円筒形ターゲットの場合では円筒管のコア内部に−磁界アレイを示すマグネトロン陰極を使用することが、ここで有利であると判明した。

磁石アセンブリは、好ましくは、磁石または磁石アセンブリが基板に向かい合うように調節または設定できるように、陰極の長手軸を中心として、すなわち、円筒管状ターゲットの場合では円筒の長手軸を中心として回転可能または旋回可能である。このように磁石または磁石アセンブリを回転または旋回することによって、ターゲット表面上のスパッタ領域は、基板に向けて配向を変更でき、正しい設定により、この配置は、基板上への均等なコーティング堆積、すなわち、コーティングの均等な厚さを許容する。

特に、好ましい実施の形態によれば、コーターは、コーティングプロセス中に、磁石または磁石アセンブリが所定の位置を中心として連続的に揺動し、すなわち、前後に移動するように構成されてもよく、それは同様に、均等なコーティングの堆積という結果を生じる。

加えて、磁石または磁石アセンブリは、磁石アセンブリ内でも旋回可能または変位可能であってもよく、従って、磁界領域を変化させ、順にコーティングの堆積に良好に影響を及ぼすことを可能にする。円筒管状ターゲットの場合、磁石アセンブリは、例えば、円筒管セグメント（扇形部分）内で、陰極の長手軸に沿って基板に向けて配向された２５度のセグメント内に位置決めされてもよい。磁界領域を増大するために、セグメントは、例えば、外側磁石を陰極の長手軸を中心として外向きに変位または旋回することによって拡張できようし、その結果、磁石は、例えば、３５度のセグメント内に組み立てられる。

磁石または磁石アセンブリの位置を中心とした揺動つまり振動（揺れ）の場合、磁石または磁石アセンブリが移動する速度は、異なる方法で追加して規定つまり設定されてもよく、その結果、例えば、ゼロ位置を中心とした磁石または磁石アセンブリの前後の移動中に、絶対速度は位置に基づいて異なる。例えば、反転点で低速度が選択され、その間で高速度が選択されてもよい。

有用な実施形態によると、円筒管状ターゲットつまり陰極では、コーティング領域から離れて向く陰極の側面上でターゲットの端面の近傍に追加の磁石アセンブリまたは磁石を備えることが有利であり、その結果プラズマがターゲット表面の前のこの領域に形成できる。この対策はターゲット上への再堆積を防止する。

堆積プロセスに良好な影響を及ぼすために好適な磁石および磁石アセンブリを持つ回転可能な湾曲したターゲットを有する陰極アセンブリを備えることに加えて、コーティングチャンバ内で並んで備えられる陰極アセンブリを、コーティング領域、すなわち、基板から異なる距離に単一の整合的な大面積のコーティング領域を確実にするよう位置決めすることによって、特にコーティング領域の周りに湾曲する表面上に陰極アセンブリを位置決めすることによって、大面積のコーティング領域上への均一な厚さのコーティングの均等な堆積は、さらに改善および強調されてもよい。

これに関連して、この湾曲面を円筒表面として構成し、その結果、断面から見て、陰極が実質的に円形経路上に、好ましくは互いから等距離に、互いに平行な長手軸を持ち配置されることが良案であると判明した。

別の有用な実施形態では、陰極配列の端部にある２つの陰極が、内向き、更に基板に向けて変位され、および／または隣接する陰極へより近く押されるような方法で、陰極アセンブリは位置決めされてもよい。これは、特にコーティング領域の端部領域で、コーティングの均等な堆積に良好な影響を持つ。

陰極が位置決めされる円形経路の、すなわち、円筒の横方向表面の半径は、陰極と基板つまりコーティング領域との間の距離に比較して非常に大きいように選択されるのが好ましく、その結果陰極が位置決めされる表面は、僅かに湾曲される。

円形経路つまり円筒の横方向表面上に位置決めされた陰極では、マグネトロン陰極の磁石または磁石アセンブリが半径方向にコーティング領域に向けて配向されると、換言すれば、好ましくは全ての陰極の磁石セットを通る中央垂線が、陰極が位置決めされる円形つまり円筒の中心に向けられると、特に有利である。しかし、ここでもまた、この位置を中心とした磁石または磁石アセンブリの旋回または揺動が考えられる。

このコーターまたは陰極アセンブリもしくは陰極構成が、特に、大面積の領域の静止した、すなわち、基板を移動させる必要のないコーティングを許容するとはいえ、勿論、基板を移送装置によって移動することも可能である。この場合においても、また、大きいコーティング領域の利点が活用できる。

コーティング領域自体は、一般的に平面であるけれども、それは湾曲されてもよい。後者の場合、コーティング領域の位置と陰極の配置との間の関係が維持されるように、単に陰極アセンブリの位置を適切に調節することが必要である。

円筒管ターゲットを有する回転可能なマグネトロンは、好ましくは一方の端部、端面、特にコーティングチャンバへそれらを挿入すること、および、そこからそれらを取去ることを容易にする可動キャリッジ上に支持される。

本発明の更なる利点、特性および特徴は、好ましい実施の形態の以下の説明から明らかになる。図は単なる概略である。

図１は、単に概略の断面図において、基板、すなわち、コーティング領域１と、複数の陰極２とを示す。

陰極２は、いわゆる回転可能なマグネトロン陰極であり、円筒形ターゲット４が陰極の長手方向軸を中心として回転可能である。磁石アセンブリの磁石３が、ターゲット表面の直近に形成するプラズマ５を生成および安定化する。コーティングプロセス中のターゲット４の連続的な一貫した回転により、結果としてコーティング材料がターゲットの全表面にわたり均等に除去、すなわち、スパッタされる。

コーティング領域１において基板の最適なコーティングを実現するために、磁石アセンブリは、基板に向けて向かい合って位置決めされ、角度範囲６で示すように、陰極の長手方向軸を中心として所定の角度範囲内で旋回可能であり、従って、ターゲット表面のスパッタ区域が基板に向けて最適に整列されることを確実にする。

磁石アセンブリ３を基板に向かい合う固定位置に固定させることの代替として、基板上のコーティング厚の均等性を改善するために、磁石アセンブリ３をコーティングプロセス中に前後に移動させることも可能である。

特にマグネトロン陰極の最遠部分、すなわち、円筒管状ターゲット４の端面近傍の横方向表面上への再堆積を防止するために、第２の追加磁石アセンブリ７を磁石アセンブリ３の反対側に備えていてもよく、その結果、円筒形マグネトロン陰極の最遠部分でのプラズマの生成によって、再堆積を防止する。

回転可能なマグネトロンは、個々に、終端領域を介して、コーティングチャンバの端部上に支持されてもよい。陰極の交換を容易にするために、回転可能なマグネトロンは、コーティングチャンバから引出すことのできるキャリッジ上に搭載されるのが好ましく、回転可能なマグネトロンは、前記ターゲット管に同心円で係合する支持エレメントによって一方の終端でターゲット管の端面領域において、１つのチャンバ壁上に支持される。この種類の片持ちマグネトロンは、対向するチャンバ壁上に追加して支持される必要がないので有利であるが、この選択も可能である。

図１から同様に明白であるように、陰極２は、単一平面内に配置されるのでなく、コーティング領域１、すなわち、基板から異なる距離の間隔が空けられている。図１に示す実施の形態において、回転可能なマグネトロン陰極２は、特に、回転可能なマグネトロン陰極と基板との間の距離よりもずっと大きな半径ｒを持つ円形経路上に配置されている。これを矢印およびｒで示す。結果としての空間的配置は、図面の紙面に対して直角に延びる円筒管状ターゲット４、すなわち、回転可能なマグネトロン陰極が、半径ｒを持つ円筒の横方向表面上に配置され、それに対して基板、すなわち、コーティング領域１は平坦で平面であり、ある。この空間的配置の効果は、大面積の基板、例えば、１５００×１８００ｍｍ寸法の基板が、基板を移動する必要なく（静止コーティング）均等にコーティングできることである。連続稼動のインラインコーターの場合のように、基板を移動させる場合でも、これは、大きいコーティング領域が均等な厚さのコーティングを持ち提供されるであろうことを意味している。

コーティング領域１に対する陰極の空間的配置はまた、高い収集効率も確実にし、結果として、スパッタされるのに必要な材料の量が低減され、陰極アセンブリの数は最小限にされ得る。

図２は、１８００ｍｍの基板長および９台の回転可能なマグネトロン陰極を持つ図１による陰極アセンブリについての基板長さに対するコーティング厚分布のプロットを示す。図２に示すグラフでは、１に正規化したコーティング厚を基板長さに対してプロットした。図から分るように、最外端部から中央まで、規格化したコーティング厚は、実質的に０．９５から１の範囲内で変化している。

コーティングチャンバ内の陰極および基板の配置構成を示す断面図である。 基板の長さの関数としてプロットした正規化したコーティング厚を示すグラフである。

符号の説明

１…コーティング領域、２…マグネトロン陰極、３…磁石アセンブリ、４…ターゲット、５…プラズマ、６…角度範囲、７…追加磁石アセンブリ。

Claims (13)

1. コーティング、特に、大面積の基板を陰極スパッタによってコーティングするためのコーターであって、コーティングチャンバを有し、その内部に、スパッタされる材料がコーティングプロセス中に回転するとともに湾曲面を有するターゲット（４）上に配置されている陰極アセンブリ（２）を備え、前記スパッタされる材料が、特に、円筒の横方向表面上に配置される前記コーターにおいて、
   回転可能な湾曲したターゲット（４）を持つ陰極アセンブリ（２）の少なくとも３つ、好ましくはそれよりも多くが、整合的なコーティング領域のための単一のコーティングチャンバ内に並んで位置決めされることを特徴とする、コーター。
2. 回転可能な湾曲したターゲット（４）を持つ前記陰極アセンブリが、一方の終端で端面領域において支持されることを特徴とする、請求項１に記載のコーター。
3. 回転可能な湾曲したターゲットを持つ前記陰極アセンブリ（２）が、マグネトロンであることを特徴とする、請求項１または２に記載のコーター。
4. 前記マグネトロン陰極が、特に、陰極の長手軸を中心として回転可能または旋回可能である磁石（３）または磁石アセンブリを有することを特徴とする、請求項３に記載のコーター。
5. 前記磁石アセンブリ、特に端部領域にあるものの前記磁石（３）が、磁界領域（６）を拡張するために、旋回または変位されてもよいことを特徴とする、請求項３に記載のコーター。
6. 前記多数の陰極アセンブリが、前記コーティング領域内に位置決めされるべき前記基板から異なる距離に配置され、前記アセンブリが、特に、前記コーティング領域の周りに湾曲する表面に沿って配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコーター。
7. 前記多数の陰極アセンブリが、互いに間隔を空け、それらの長手軸が互いに平行であるように位置決めされ、前記陰極アセンブリが、特に、等距離にあるように位置決めされ、好ましくは、外側陰極アセンブリだけがそれらの隣接する陰極へより接近して間隔を空けていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のコーター。
8. 前記陰極アセンブリが、前記陰極アセンブリから見て、長手軸が前記コーティング領域内またはその背後にある円筒の横方向表面上に配置され、好ましくは、２つの外側陰極アセンブリだけが前記横方向表面から前記コーティング領域に向けて変位されることを特徴とする、請求項６または７に記載のコーター。
9. 前記円筒の半径が、前記コーティング領域と前記陰極アセンブリとの間の距離と比較して大きいことを特徴とする、請求項８に記載のコーター。
10. 前記陰極アセンブリの前記磁石または磁石アセンブリは、特に、半径方向に前記コーティング領域に向けて配向され、前記磁石または磁石アセンブリは、特に請求項３に従い、この位置を中心として、特に規定の速度で旋回可能であることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか１項に記載のコーター。
11. 追加の磁石または磁石アセンブリが、前記コーティング領域から離れて向く側面上に、特に前記陰極アセンブリの前記端面の近傍に備えられ、その磁石または磁石アセンブリが前記コーティングプロセス中にプラズマを生成することによって再堆積を防止することを特徴とする、請求項３〜１０のいずれか１項に記載のコーター。
12. 前記基板が、前記コーティングプロセス中に移送装置によって移動されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のコーター。
13. 前記コーティング領域が、平面であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のコーター。
    
    

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