JP2007291524A

JP2007291524A - スパッター源用ターゲット

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Publication number: JP2007291524A
Application number: JP2007114957A
Authority: JP
Inventors: Wolfram Beele; ベーレヴォルフラム; Gerald Eschendorff; エッシェンドルフヘラルド
Original assignee: Sulzer Metco AG
Current assignee: Oerlikon Metco AG
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2007-11-08
Also published as: CN101067198A; RU2007115723A; CA2583982A1; US20070251814A1; EP1849887A1

Abstract

【課題】ターゲット・セグメント中に熱応力が導入されず、また、適切な熱放散が提供されるように、ターゲット保持装置によって冷却系に接続されたターゲット・セグメントを含むターゲットを提供する。
【解決手段】スパッター源用ターゲットは、交換可能な複数のターゲット・セグメント（９）に細分化できる。各ターゲット・セグメント（９）は被覆材料を含み、各ターゲット・セグメント（９）は少なくとも２つのターゲット・セグメント（９’，９”）に隣接し、各ターゲット・セグメントは多くとも１つの固定手段（７，８，１０）によって基体（２，１３，１５）に接続可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、被覆方法で用いるターゲット、および、それと組合わせて用いるターゲット保持具に関するものである。本発明の被覆方法は、特に、基材（具体的には、タービン・ブレード等）に耐高温付着層を付与するガス・スパッタリング法を含む。ターゲットは、特にイオン化された不活性ガスプラズマのイオンによってターゲットからスパッタリングできる被覆材料を含む。ターゲットは、被覆源のハウジング内で、ターゲット保持具に保持されている。ターゲットからスパッタリングされた被覆材料は、イオン化された不活性ガスプラズマ流によって被覆対象である基材に達する。被覆源は、連続してポンプ引きされる閉成された真空チャンバ内に置かれる。イオン化された不活性ガス、および、ターゲットの被着される被覆粒子は、チャンバ内の基材に達するか、または、真空ポンプによって外部に引き出される。ターゲットは、ターゲット保持具上に鑞接されるか、または、ターゲット保持具に直接螺子留めされる。可能な解決策は、ターゲット保持具に盲穴を開け、そこにターゲットを螺子留めする方法である。ターゲットは、作動時に注入される高熱に曝されるが、これは、一方では、カソード効果を生み出す電荷を利用可能にする電流が提供されるためであり、他方では、ガスのプラズマ状態の発生と維持が或る温度および圧力範囲に制限されるためである。この熱は、ターゲット保持具を通じて放出しなければならない。鑞接だけでなく、螺子結合の場合も、４００℃を超える温度範囲で、ターゲットの内部に過熱が生じることがあるが、これは、鑞接または螺子結合の接触面を経由する熱放出ができないためである。この種の過熱の結果、ターゲット内に高い残留応力が発生し、これが亀裂形成の原因になり、またその結果、早期のターゲット不具合につながる可能性がある。

従来技術として、ターゲット基体に１つまたは複数の盲穴を開けることが知られている。ターゲット基体は被覆材料から成るディスクとして形成され、盲穴内部に圧力嵌めによって円筒形ターゲットが導入される。

この種の盲穴は、常に基体（すなわち、単一部分）上で接しているに過ぎない。この従来技術を用いる際の問題は、熱応力差によって、ターゲット基体と円筒形ターゲットとの間の接合を維持できる保証がないことである。この例の別の問題は、ターゲット基体に穴を開ける必要性であり、これは、材料の多大な損失である。希土類、白金、チタンまたは同様の材料を含む被覆材料では、材料コストを無視できない。

また、別の欠点は、円筒形ターゲットを備えた基体は、全体を取り外す他はないことである。

さらに、別の欠点は、基体と円筒形ターゲットの組合せによって、被覆の組成が事実上固定化され、基体および／または円筒形ターゲットを交換することによってのみ組成の変更ができるに過ぎない。

カソード・スパッタリング工程で使用されるスパッタリング・ターゲットがＤＥ４４２６７５１Ａ１に記載されている。スパッタリング・ターゲットの或る面積サイズから、スパッタリング・ターゲットの加熱に伴なうスパッタリング・ターゲットの膨張による長さの伸張変化が生じ、その結果、ターゲット背板に固定されたスパッタリング・ターゲット内に熱応力が発生する。これらの熱応力は、特に大きく広がったスパッタリング・ターゲットの場合、スパッタリング・ターゲットおよび／またはターゲット背板の損傷を招くことがある。この理由から、ＤＥ−４４２６７５１−Ａ１では、非加熱状態で互いに離れていて加熱した状態でのみ互いに接触する個別のセグメント本体からスパッタリング・ターゲットを組み立てる方法が提案されている。この既知の解決策の欠点は、材料の組合せのそれぞれについてセグメント本体の距離を新たに決定しなければならないということである。この解決策の別の欠点は、ターゲット・セグメントあたり複数の固定点を設ける必要があることである。この場合、固定点間の熱応力は、また、特に、ターゲット材料にもろい材料、すなわち、十分な圧縮および／または引っ張り力を持たない焼成または圧縮粉体を使用する場合には、固定点の領域に亀裂や破損が生じることになる。この既知の解決策のさらなる欠点は、ターゲット・セグメントと冷却系に接続されたターゲット・バックプレートとの間の熱交換表面が小さいことである。これは、熱が基本的に螺子接続を介して放散しなければならないためである。一実施形態では、ターゲット・バックプレートを備えたスパッタリング・ターゲットはさらにカソード本体上に「容易に」搭載される。すなわち、スパッタリング・ターゲット表面に平行に変位可能に搭載される。締着から発する熱応力はこの手段によって明らかに低減するが、冷却系内への熱放散も低減する

ターゲット・セグメントの使用に関連する別の問題が、ＤＥ−１９７３８８１５−Ａ１に記載されている。特に、上記の不完全な熱伝達を改良するためにターゲット・セグメントが先にカソード板上に載置されている場合、ターゲット・セグメントの使用は特殊なアセンブリ解決策を必要とする。ＤＥ−１９７３８８１５−Ａ１に提示されたアセンブリ解決策は、また、ターゲット・セグメントの位置決めのための調整ボルトの使用を必要とするのは明らかである。しかし、その結果、ターゲット・セグメントのセンタリングおよび位置決めには調整ボルトしかかかわっていないため、ターゲット・セグメントごとに少なくとも第２の締着の可能性が存在しなければならない。したがって、ターゲット・セグメント中に導入される熱応力に関して、ＤＥ−４４２６７５１−Ａ１に提示されたターゲット・セグメントの配置に関する上記問題と全く同じ問題が生じる。

さらに、ＤＥ−１０２２７０４８−Ａ１から、プリズムの側面を形成する少なくとも４つのターゲットが予見できる複数のターゲットから中空のカソードを製造する方法が知られている。円筒形の中空カソードと比較した場合のこの配置構成の利点は、ターゲット板の製造が容易であることである。これらのターゲット板は中央の螺子で冷却体に固定され、ターゲット板は冷却体の背面全体に接触するが、中央の一点でのみ固定されている。熱交換表面の使用を最適化することがねらいではあるが、螺子のところで熱損失が発生する。この熱損失は、特に微小なターゲットの場合、熱伝達の低下を引き起こすことがある。この文献では電流の流れの制限についても触れていない。電流は螺子を介してターゲットに送達されなければならない。したがって、電力密度は、螺子留めが不完全であるとの前提に立って、螺子の断面または螺子山の支持表面によって制限される。約９００℃の温度と最大５ｋＷ（最大１５Ｗ／ｃｍ^２）の結合電力において、破損した、および／または曲がったターゲットがすでに観察されていることが、ＭＣｒＡｌＹまたはＮｉＡｌターゲットを利用した類似の配置構成による試験で示されている。この場合、ターゲットはクランプ接続で固定されていた。ＤＥ−１０２２７０４８−Ａ１に記載されているように、ターゲットが冷却体に直接螺子留めされていれば、ターゲットは最大１０ｋＷ（最大２１Ｗ／ｃｍ^２）の結合電力で溶融していた。ターゲットの加熱が行過ぎて損傷を招いた。

したがって、本発明の目的は、ターゲット・セグメント中に熱応力が導入されず、また、適切な熱放散が提供されるように、ターゲット保持装置によって冷却系に接続されたターゲット・セグメントを含むターゲットを提供することである。本発明の別の目的は、被覆手順の時間を減らすために、結合電力および電力密度を増加させることである。

上記目的は請求項１の特徴部分によって満足される。スパッター源用ターゲットは、被覆材料を含み各々が少なくとも２つのターゲット・セグメントに隣接する交換可能な複数のターゲット・セグメントに細分化でき、各ターゲット・セグメントは多くとも１つの固定手段によって基体に接続可能であることを特徴とする。

１つのターゲット・セグメントは、特にガス・スパッタリング法などの被覆方法で使用する被覆源内にある被覆材料の一要素を表す。被覆源と被覆対象である基材とを含む被覆装置が、この被覆方法で使用される。被覆源は、すべてのターゲット・セグメントと、各ターゲット・セグメントのターゲット保持装置と、不活性ガス、特にアルゴンまたは反応性ガス、とりわけ酸素含有ガスを含むガスの分配装置とを含む。被覆源は、冷却剤（特に、冷却水）に接続された冷却体と、前記全ての部品を受容するハウジングと、被覆源全体を絶縁する手段とをさらに含む。これらの絶縁手段は、スパッタリング空間からの被覆源の完全な電気的および極めて完全な熱的絶縁を実現する。スパッタリング空間とは、被覆が実行される真空チャンバとして大半が形成された被覆装置の領域を指す用語である。すなわち、被覆対象である１つまたは複数の部品が真空チャンバの、この領域内に位置する。被覆材料はターゲット・セグメント上に配置される。特にガス・スパッタリング法では、被覆源が使用され、この方法については以下、ＧＶ−ＰＶＤ（ガス流物理蒸着法）またはＨＳ−ＰＶＤ（高速物理蒸着法）という略称を用いる。互いに向き合って配置される２つのターゲット・セグメントは大半がガス流スパッタリング法に使用される。サイズと所望のスパッタリング速度とに応じて、これらのターゲット・セグメントは個別の要素として設計でき、または複数の個別のセグメント、すなわち、上記ターゲット・セグメントとして構成できる。したがって、本願では、ターゲットという代わりにターゲット・セグメントという表現は、ターゲット保持装置あたり少なくとも１つのターゲット・セグメントが使用されるということを意味する。ターゲットのセグメント化によって被覆速度と電力の結合が向上する。万一、被覆速度と電力の結合の向上が二次的な重要性しか持たない場合は、スパッタリング法で被覆源の本配置構成を用いてセグメント化することなく作業を実行することもできる。ターゲット・セグメントを用いることで、各ターゲット・セグメントに結合する電力を増強でき、それによってターゲット・セグメントからの層材料のスパッタリングが加速され、その結果、スパッタリング速度が増す。また、ターゲット・セグメントの使用によって、ターゲット・セグメントの耐久性および機械的特性に関連する利点が提供される。各ターゲット・セグメント内の応力は小さいため、被覆材料の亀裂および破損は発生しない。さらに、ターゲット・セグメントの配置構成の耐熱性は増加する。これは熱の放散効率が高まり、その結果、ターゲット・セグメントのいずれにおいても材料の溶融が発生しないためである。ターゲット・セグメントの各々は、特に専用の電力接続を有し、また冷却体への専用接続を有する。冷却体の基本機能は、被覆手順でターゲット・セグメント上に発生する熱を放散させることである。特に、ターゲットあたり最大１５０Ａの電流による電力入力によって、電力密度は特に最大２２０Ｗ／ｃｍ^２に達し、また、ターゲット・セグメントに衝突するガス原子の衝撃エネルギーは放散対象の熱エネルギーを生成する。一方、金属被覆材料による被覆の被覆手順では、不活性ガスを使用でき、特にアルゴンが適していると分かっている。これらのアルゴン原子の衝撃エネルギーによってもまたターゲット・セグメントに熱が導入される。衝撃によって、被覆材料の原子はターゲット表面でその結合から解き放たれる。この間に高温に達する。工程の制御をよりよくするため、被覆チャンバ内で基材および基板層に応じて特に最大１１５０℃の被覆温度を達成するために放射加熱装置による加熱を追加してもよい。反応性ガス・スパッタリング法でも被覆装置を使用できる。不活性ガスの代わりに、またはそれに追加して、反応性ガス、特に酸素を含むガスが加えられ、それにより、ターゲット・セグメントからの放出に続くターゲット・セグメントでの、または気相内のガス分子と被覆材料との反応が発生し、主として発熱により進行する化学反応、特に酸化反応によって温度が上昇する。数時間の被覆期間でのターゲット・セグメントの過熱を防止するため、特に水冷式で各ターゲット・セグメントが冷却される。ターゲット・セグメントで伝達される熱の上昇による高電流結合の場合、被覆装置内で複数の個別のターゲット・セグメントを使用することが有利である、被覆装置内の上記応力を回避するか、ターゲット・セグメント材料の亀裂発生応力レベル以下の程度にまで上記応力を最小限にするために、本発明による以下のターゲット保持装置が使用される。

したがって、被覆源は、１つまたは複数のターゲット・セグメントと、ターゲット・セグメントの各々の電力接続と、冷却剤の供給および取り出しを行う冷却系への各ターゲット・セグメントの接続とを含む。不活性ガスおよび／または反応性ガスの供給は、ガス接続と同じ平均衝撃速度でのガス量の均一分配が全ターゲット・セグメント上で実行されるように配置されたガス分配装置とを介して実行される。装置全体で、各ターゲット・セグメントはターゲット保持装置内に含まれる。ターゲット保持装置は、１つまたは複数の冷却体と、外壁と、ターゲット・セグメントを冷却体および被覆源の外壁に取り付ける接続手段とを含む。

さらなる利点は、被覆材料が消耗した時に修正ステップの範囲内でターゲット・セグメントに被覆材料を再度供給するために、被覆工程の終了後にターゲット・セグメントを個別に取り外すことができる点である。

微小なセグメントを使用する際には、ターゲット・セグメント内の残留応力は限定されているため、もろくて結合が不確実な被覆材料および／または被覆材料の組合せを用いることができる。熱負荷が高まると、寸法が小さいターゲット・セグメントをさらに選択できることにより、固定装置を介して放散可能な熱の割合は増加する。この熱伝達の向上は、固定装置がターゲット・セグメントに対して従来よりも大きい共通の表面を有するため、熱交換表面が従来技術による熱交換表面と比べて大きいという事実に基づく。さらに、熱伝達の制限要因はターゲット・セグメントから冷却体への熱の放散ではなく、熱伝達が冷却体の性能によって制限される程度にまで接点薄板を使用することで熱伝達は改善できる。

別の利点は、ターゲットでの凹凸の接続が保持されるようにターゲットを修復できる（ＨＩＰ、噴霧工程によって）ということである。

微小なセグメントを使用する場合、ターゲット内の残留応力は制限されるので、高電力の入力が可能になる。表面領域の増加によってターゲットでの熱応力は低下する。

ターゲットごとの個別の固定装置の使用は残留応力の低減に寄与するので、もろくて硬い被覆材料の使用が可能である。

本発明の別の有利な実施形態は従属請求項の主題である。

スパッター源用ターゲットの有利な実施形態によれば、固定手段は電気的および／または熱的伝導手段を含み、動作状態では、ターゲット・セグメントの表面全体に均一な電流を分配でき、ターゲット・セグメント上で発生する熱も基体に均一に放散できる。

スパッター源用ターゲットの有利な実施形態によれば、固定手段はプラグ接続を含む。

スパッター源用ターゲットの有利な実施形態によれば、複数のターゲット・セグメントに対してプラグ接続が提供される。

スパッター源用ターゲットの有利な実施形態によれば、基体は各ターゲット・セグメントが電気および熱結合できる冷却体を含む。

スパッター源用ターゲットの有利な実施形態によれば、各ターゲット・セグメントは完全に被覆材料からなる。ターゲット・セグメントは、弾性の接触要素の提供によって熱応力を補償できることで熱応力を受けない。

スパッター源用ターゲットの有利な実施形態によれば、１つのターゲット・セグメントは少なくとも第１の層材料または層材料の第１の組合せを含み、上記層材料または層材料の組合せは第２のターゲット・セグメントの層材料または層材料の組合せとは異なる。

前記実施形態のいずれかによるターゲットは、特にガス・スパッタリング法の被覆源で使用される。

スパッター源、ターゲット、およびスパッタリングされた被覆材料を部品まで搬送するガスを含む部品の被覆方法は、ターゲット表面とのガスの接触ステップと、粒子をターゲット表面から放出するステップと、放出された粒子をガス流で搬送するステップと、ガス流からの粒子で部品を被覆するステップとを含み、上記ガス流は被覆対象である部品について各ターゲット・セグメントから比例して上記粒子を放出する。

上記粒子は、荷電粒子、特にイオンおよび／または中性粒子、特に原子などを含む。

スパッタリング法を実行するために、スパッター源は、上記のターゲット・セグメントを含むターゲットと、衝撃生成手段、言い換えれば特にガス原子および／またはイオンとを含み、移動手段、特にガスの移動流とを必要とする。衝撃生成手段は、投射衝撃生成手段の衝撃エネルギーによりターゲット表面への瞬間力の衝撃によりターゲット表面から粒子を放出するためにターゲットに接触する。移動手段はスパッタリングされた粒子をスパッター源から被覆対象である部品まで移動する役割を果たす。

特に、上記方法によれば、上記部品が、第１のターゲット・セグメントの第１の層材料または第１の層材料の組合せと、第２のターゲット・セグメントの第２の層材料または第２の層材料の組合せとで比例して被覆されるように、部品上の異なる層材料または層材料の組合せの比率が、ターゲット上にそれと対応する層材料または層材料の組合せを備えたターゲット・セグメントの比率に対応するようガス流によって粒子が上記ターゲット・セグメントから放出される。

特に、ガス流によってスパッタリングされた異なる層材料または層材料の組合せの比率は、有利な実施形態では、ターゲットに対して移動可能なガス分配ユニットによって変更される。

上記方法で使用されるガスは、特に不活性ガス、特にアルゴンを含み、および／または準中性プラズマとして形成される。

図１は、被覆源内でターゲット保持具１に固定されたターゲット・セグメント９の配置構成を示す。各ターゲット・セグメント９はＴナット８で冷却体の外壁２に螺子留めされている。Ｔナットは円筒２２とＴ字形の断面を有する追加部２３とを含む。円筒２２は冷却体１３の穴に受容される。Ｔ字形の追加部２３は冷却体２１の内側側面の表面より先に突き出している。低合金銅またはニッケル、特にＣｕＢｅ、ＣｕＣｏＢｅまたはＮｉＢｅ製の接点薄板１０がＴナットに取り付けられ、および／またはガルバニック・コーティングが施される。少なくとも１つのターゲット・セグメント９がＴナット８に差し込まれ、Ｔナットとターゲット・セグメントとは接点薄板１０が配置される中間空間を有する。図１では、ターゲット・セグメント９はＴ字形の追加部２３に差し込まれる。ターゲット・セグメントには溝２４が設けられ、追加部２３の形状にあったＴ字形に広げられている。ターゲット・セグメント９の関連する溝２４に係合するＴ字形の追加部２３は、少なくとも１つのターゲット・セグメント９を受容する働きをすることができる。Ｔ字形の追加部２３が複数のターゲット・セグメント９を受容する働きをする可能な変形例が図１に示されている。ターゲットは、すでに所定位置に差し込まれているターゲット・セグメントと同様に、Ｔ字形の追加部２３上の所定位置に押し込まれる。Ｔナットあたりのターゲット・セグメントの数はセグメントの幅によって決まり、セグメントの幅はスパッター源のサイズと直接に関連する。ターゲット・セグメントはすべてＴナットおよび／または関連する積層接点薄板および／または関連するガルバニック・コーティング上に差し込まれる。ターゲット・セグメント９の各々は、追加部２３の形状に対応する逆の形状に受容される。Ｔ字形の溝が図１に示されている。ただし、Ｔナットおよび／または積層接点薄板を受容できるその他の形態が固定された接続を少なくとも部分的に使用することができる。特に、蟻溝をターゲット・セグメント９内に設けることができる。接点薄板１０は、ターゲット・セグメント９の溝内に配置される。積層接点薄板および／またはガルバニック・コーティングは、そのすぐれた熱伝導特性の結果として、ターゲット・セグメントから冷却系の方向に熱を伝導する。ターゲット・セグメント９から積層接点薄板１０への熱伝達を改善するために、積層接点薄板上にガルバニック・コーティングを施すこともできる。ガルバニック・コーティングは、特に、積層接点薄板がＴナットに保持されている時には、１つまたは複数のターゲット・セグメント９と向かい合う積層接点薄板１０の表面に位置する。接点薄板がターゲット・セグメント８に受容される時、ガルバニック・コーティングはＴナットと向き合う接点薄板の側面上にある。不活性ガスの原子および／またはイオンは、動作時、言い換えれば被覆工程中にターゲット・セグメント９に衝撃を与える。原子はターゲット・セグメント材料からはじき出される。ターゲット・セグメント材料に衝突するイオンの衝撃によって、熱エネルギーがターゲット・セグメント９内に運び込まれ、ターゲット・セグメント９は積層接点薄板１０、Ｔナット８および取着螺子７を介して冷却体１３に伝達される。

図２ａに、図１のターゲット保持具１の断面図が示されている。図２ａでは、取着螺子７は図の上側にのみ示されている。下側では取着螺子７は示されていないが、これは図を見やすくするためである。図２ａの最下部に示す取着螺子は、Ｔナット８の円筒２２が冷却体１３の内部に突き出しているため、冷却体内へのＴナットの位置決めが不要である時の簡単化された変形例を示している。ターゲットがほんの少数のターゲット・セグメントからなるか、ターゲット・セグメントの位置が隣接するターゲット・セグメントによってすでに決定されている時この変形例が使用できる。温度負荷が低すぎて熱膨張が顕著でないか、ターゲット・セグメントが１つの被覆材料または被覆材料の組合せからなる時であって、被覆材料の熱膨張が無視できる場合、すなわち、０．５ｍｍ未満、特に０．１ｍｍ未満、好ましくは０．０５ｍｍ未満である場合には、隣接するターゲット・セグメントは互いに接触できる。図２ａの右下部に示す変形例では、さらに、接点薄板１０を受容するためにターゲット・セグメントが溝２４内に凹部３２を有することが示されている。

所望の電力入力で、ターゲット・セグメントは、ガス流にさらされているターゲット・セグメントの表面を介して入力される可能な最大の熱が制限された状態である程度に長さ、幅、および深さが小さくなるようにターゲット・セグメントのサイズが調整できる。固定装置は、すべての熱が、Ｔナット８または二股プラグ装置１２を介して、および／または取着螺子７とそれに関連する接点薄板３を介して放散されるような寸法になっている。したがって、冷却系１３として設計された冷却体の冷却能力は熱伝達の制限要因になる。

図示された積層接点薄板１０の各々によって、熱伝達表面の拡大によって達成される熱伝達の改善だけでなく温度負荷のあるターゲット・セグメントの熱応力の補償も改善される。接点薄板１０は、その機能が被覆材料の熱膨張効果を弾性的に吸収することからなるばね機構として作用する。これにより、位置決めピンを含む従来技術およびその他の解決策で知られている空隙間隔はもはや必要ない。積層接点薄板１０の使用には、また、冷却体１３による熱放散への接続および送電への接続が被覆工程全体で均一に実行されるという利点がある。送電および熱放散が熱伝導によって時間的に非常に一定した形で実行でき、それによって、送電および熱放散の両方の一貫した条件下で実行されるスパッタリング工程が可能になることが積層接点薄板により保証できる。接点薄板に可撓性箔を用いてもよい。

日常的に入手できる接点薄板は、図２ｂに示すように、効果的に用いることもできる。接点薄板１０はＴナット８の溝３３内に押し込まれ、プレストレスによってこの溝内部に受容でき、および／または固定要素によって軸ずれを起こさないように固定することができる。プレストレスを増加させるため、接点薄板は、接点薄板が占めるＴナットの表面上に搭載状態で支持される第１領域３５と、搭載状態にターゲット・セグメントとの接触を維持する第２領域３６とを含むことができる。さらに、第２領域３６を介した、および／または第１領域３５および溝内部に受容される補強リブ３７を介したターゲット・セグメントからＴナットへの熱伝導によって熱放散が起きる。接点薄板およびＴナットを介した熱伝導はあまりに速く実行されるので、放散される熱の量は冷却体の冷却能力によって制限される。したがって、接点薄板の使用によって、電流をターゲット・セグメントに入力するための均一な接触が実現されるだけでなく、熱伝達も改善される。接点薄板はばね機構として作用するため、接点薄板のデザインに応じて所望のプレストレスを設定できる。一方で、積層接点薄板の壁厚を変更することができ、他方で、第１および第２領域（３５，３６）の比率を変更して正確に規定された再現可能なプレストレスを達成できる。次に、接点薄板は好ましくは弾性領域内で変形されるので、組み立ておよび分解サイクルの繰り返しに使用できる。

図２ａに示すように、特に円筒２２として形成されたＴナット８の部分の内部に雌螺子２５がある。取着螺子の雄螺子は雌螺子２５と係合する。取着螺子は、特に銅または低合金銅、例えば、ＣｕＢｅ、ＣｕＣｏＢｅ、ＣｕＴｅＰなどからなる。図２の最下部に示す２つの固定解決策は上部の修正としてのスリーブ６の取り付けを示す。このスリーブ６は冷却体への熱エネルギーの放散のために追加的に使用され、専門文献では、ねじ込み積層品またはねじ込み積層品スリーブとも呼ばれる。スリーブ６の主要機能は取着螺子７と冷却体１３との間の熱および電気接触を改善することである。スリーブ６は冷却体１３に螺子留めされるか差し込まれるので、特に螺子接続または圧力嵌めとして設計された接続によって良好な熱伝達が保証される。

ターゲット・セグメント９の冷却体への接続をさらに示すために、図２ａを再度参照する。図示していないターゲット・セグメント９の冷却体１３および電源への接続端子への接続は、ここでは、ターゲット・セグメント９と追加部２３のターゲット・セグメント側の表面との間の積層接点薄板を通して、またターゲット・セグメント９の裏面ターゲット・セグメント表面からＴナット８を通して、ＴナットおよびＴナットの円筒２２の雌螺子２５を介して、雌螺子２５内に配置された接点薄板３、そこから取着螺子７へ、取着螺子７から直接冷却体へ、あるいはスリーブ６を介して冷却体１３へと実行される。また取着螺子７から直接冷却体へ、あるいはスリーブ６を介して冷却体１３へと実行される。接点薄板３は、図２ａの上側に示すように取着螺子７の一部であるか、または図２ａの下側に示すようにＴナット８の円筒２２の一部である。図２ａでは、スリーブ６は冷却通路１７を流れる冷却剤に直接接触する。外側への放電に対する被覆源の絶縁は隔離帯１６によって実行される。隔離帯１６は外壁１５にあるが、外壁１５は取着螺子７の螺子頭４のための凹部も含む。

図３および図４による別の実施形態では、冷却体１３および電力端子（図示せず）へのターゲット・セグメント９の接続は、コネクタ２６によって実行される。コネクタ２６は、冷却体側の表面に雌螺子２８を含む。雌螺子２８は、図１または図２ａの実施形態の取着螺子と同様の構造の取着螺子７を受ける働きをする。コネクタ２６は電流および／または熱伝達を増加させる接点薄板２７および／またはガルバニック・コーティングを冷却体側の表面に含む。この配置構成では、接点薄板２７は雌螺子２８に限定される必要はなく、接触表面全体を含むことができる。この利点はコネクタ２６から冷却体２１の内部に熱を直接伝達できる点である。見えない要素として図３に示す冷却剤通路１７は図示された変形例の冷却体側のコネクタ２６の表面およびその接点薄板２７および／またはそのガルバニック・コーティングのすぐそばに位置する。積層接点薄板１１は、ターゲット・セグメント９とターゲット・セグメント側のコネクタ２６の表面との間のスリット状の凹部２９内に提供される。凹部２９は、スリット状の凹部２９に係合するためのターゲット・セグメント９のリブ１４を受容する。

図３に同様に示される代替例では、コネクタ２６が冷却体の全長にわたって延びている。この場合、コネクタ２６が複数の取着螺子７によって冷却体に固定されることが可能である。コネクタ２７および冷却体のために基本的には類似の熱膨張係数の材料を選択するべきである。冷却体の場合とコネクタの場合とで材料には本質的に同じ要求がなされる。すなわち、良好な熱伝導性と良好な導電性である。銅または銅合金はこの目的に特に適していると分かっている。同じまたは同様の熱膨張係数の材料を使用することで、コネクタおよび冷却体は同じ量だけ膨張する。したがって、取着螺子７でもコネクタ２６でも許容できない応力が発生することはない。次に、複数のターゲット・セグメント（９’、９”、９”’など）を１つのコネクタ２６で受けることができる。

図３に示していない別の実施形態では、コネクタ２６も冷却体と一体構造に設計できる。スリット状の凹部２９は冷却体の全内面２１に広がる。この交差接続では、流路状の構造も使用できるので、ターゲット・セグメント９を交差ポイントに取り付けることができる。したがって、簡単なリブ１４の代わりに交差するリブも可能である。これによってターゲット・セグメント９のアセンブリ上でその位置も固定されるという利点が得られる。

第１の実施形態のように、また、ターゲット・セグメント９とスリット状の凹部２９のターゲット・セグメント側の表面との間で、ターゲット・セグメントのリブ１４を介し、雌螺子２８と雌螺子２８内に任意選択で配置された接点薄板３とを介してコネクタ２６を通して取着螺子７へ、また取着螺子７から直接冷却体へ、あるいはスリーブ６を介して冷却体１３へと熱伝達が行われる。接点薄板３は、図４の上側に示すように、取着螺子７の一部であるか、図４の下側に示すように、コネクタ２６の雌螺子２８の一部である。図４に、冷却剤流路１７を流れる冷却剤と直接接触しないスリーブ６が示されている。積層接点薄板１１はスロット状の凹部２９内に配置できるので、ターゲットの加熱で発生する電流伝達および熱伝達の改善と長さの変化の補償が、図１または図２に関して述べた実施形態同様に達成できる。

図４に示すスリーブ６の搭載の変形例も図２の実施形態に適用することができる。スリーブ６は冷却体に螺子留めするか圧入される。このために、取着螺子７および／またはスリーブ６用の穴である受容手段２０が冷却体内に設けられている。代替例として、スリーブは、取着螺子への固定接続、すなわち、螺子留め接続または適合する類似の形状または形態固定接続または圧入接続を有することができる。二股プラグ装置１２も、スリット状の凹部２９内に受容することができる。これについては図５〜図８にしたがって以下の実施形態で説明する。二股プラグ装置１２は、特に内部に積層接点薄板を含むスリット状の凹部を含む。

図５に示す別の例では、ターゲット保持具１が冷却系として同時に形成される。ターゲット保持具１は、溝３０がある冷却体１３を含み、溝３０の各々に少なくとも１つの二股プラグ装置１２が受容できる。冷却体１３は、特に銅または低合金銅などの熱伝導性および導電性にすぐれた材料からなる。二股プラグ装置１２は同様に、特に低合金銅などの熱伝導性および導電性にすぐれた材料からなる積層接点薄板１１を備える。積層接点薄板１１は接触抵抗を減らすためにガルバニック・コーティングすることができる。この種の接触抵抗は、領域接触で互いに隣り合う２つの直接隣接した物体の互いに隣接する表面間にいつでも存在する。特に、この例のターゲット・セグメントとターゲット保持具のように異なる材料で作られた物体の場合にはいつでも存在する。表面の粗さとこれに起因する対向して配置された表面への距離によって、この種の境界表面では熱伝導の効率が落ちる。これはガルバニック・コーティング、すなわち、この表面粗さを埋めることで改善することができる。Ｔナットおよび取着螺子は、本実施例では図６に示すように割愛されている。ターゲット・セグメント９のリブ１４は、図５または図６のターゲット・セグメントの全高にわたって延びてはいない。詳細は示していないが、中間空間内に別の接続手段を備えることが可能である。したがって、二股プラグ装置１２内でターゲット・セグメント９を良好に保持することを保証するため、円錐スライダ、偏心シャフト、プラグ接触による固定装置、引張ばねまたは空気圧で動作する板を使用することができる。別の方法としては、ターゲット・セグメントが冷却体１３自体に取り付けられるように、二股プラグ装置１２の代わりに上記接続手段の１つまたは接続手段の組合せを備えることができる。

２つの隣接するターゲット・セグメント（９，９’）の配置構成の断面図が図６に示されている。各ターゲット・セグメントは、二股プラグ装置１２によって受容されるリブ１４を含み、積層接点薄板１１が二股プラグ装置の側壁に、および／またはベース領域内に備えられている。概略のみを図示した積層接点薄板１１の一部が見える。何故なら、リブ１４は、二股プラグ装置１２が嵌まっている溝３０よりも長手方向寸法が小さいためである。また、熱伝達を改善するために、リブ１４は溝の長手方向寸法が最大である部分を超えて延在することができる。リブ１４は長手方向に邪魔されずに広がることができなければならず、その結果、ターゲット・セグメントへの熱応力の導入が回避される。

上下に配置された一連の溝または互いに隣り合う一列に並んだ溝を組合せて単一の流路としてそこに連続した二股プラグ装置１２を配置する別の例は図示していない。動作様式が接点薄板に対応するばね要素によって、この種の二股プラグ装置は、損失の危険なしに溝３０内に受容でき、また、ばねの張力によって熱膨張も補償される。

図７および図８に示す別の例によれば、ターゲット・セグメントは、直接冷却体１３に差し込むことができる。ある種の材料では、材料除去工程によって機械的または化学的に材料を処理することが困難なために、このことが必要になる。立方体のターゲット・セグメントの形状に圧縮された、またはその後の形状の変更がほとんど不可能な圧縮粉体または焼成粉体を例として挙げることができる。さらに、プラグ接続の設計によって処理コストが低減でき、それによって材料コストが低減でき、設置が簡単化できる。ターゲット・セグメントの冷却体および電源への接続は機械加工されたリブ１４を介して二股プラグ装置１２によって行われる。二股プラグ装置１２の冷却体への取り付けは、前記実施例とは対照的に、冷却体の溝への差し込みではなく、例えば接着結合などの張り合わせ結合によって行われる。積層接点薄板１１、通称二股プラグ積層品は、二股プラグ装置１２内に挿入される。別の方法としては、二股プラグ装置を冷却体に蝋付けするか螺子留めするか、または、フライス加工などのチップ形成加工工程によって冷却体からそれらを切り出すことも可能である。

ターゲット・セグメントはこれらの二股プラグ装置に直接差し込まれ固定される。ターゲット・セグメントは、補強リブが冷却体１３の二股プラグ装置１２内に正確にはまり強固に結合するように、適した機械加工方法（材料に応じた方法：例えば、ＥＤＭ、フライス加工）を用いて加工される。特に機械加工方法としてフライス加工またはＥＤＭ（放電加工）が用いられる。放電加工は材料を切断またはドリル加工する高精度加工工程である。極端に硬い、頑丈な、またはもろいタイプの材料であっても、電極に電位を印加することで、電気物理気化法による加工が可能になる。

幅が１０〜１０００ｍｍ、特に２５〜５００ｍｍ、好ましくは８０〜１４０ｍｍのターゲットに対して、以下の寸法の場合に最良の被覆結果が達成できる。

ターゲット・セグメントの幅は、好ましくは０．０５〜１０ｍｍ、特に０．０５〜５０ｍｍ、特に好ましくは、０．０５〜３０ｍｍの範囲内である。

ターゲットから被覆対象である部品までの距離が１０〜１０００ｍｍ、特に２０〜５００ｍｍ、好ましくは２０〜１５０ｍｍの場合に最適な被覆結果が得られる。

前記実施例のいずれかによれば、ターゲット・セグメント９はターゲット保持装置１に差し込むことができ、再び同様に取り外すことができる。したがって、個別のターゲット・セグメントも、すべてのバージョンで他のターゲット・セグメントから完全に独立して交換することができる。ターゲット・セグメントから二股プラグ装置への領域接触によって大きい有効熱伝達表面が出現する。その結果、ターゲット保持装置は冷却系に直接接続される。次に、ターゲット・セグメント内で発生する熱は簡単に放散できるので、高い冷却率が達成できる。

ターゲット・セグメントの材料として、極めて柔らかい材料、特に純粋なアルミニウムまたはマグネシウムが考慮されるようになってきた。これらの材料では、被覆方法を迅速化するための電力入力の増加に対して、鑞接の困難さが今まで制限要因になっていた。高電流の結合によって、特にＨＳ−ＰＶＤ法での用途においてスパッタリング速度を増加することで層の被覆にかかる時間を短縮できる。

上記の被覆装置の１つと組み合わせたターゲット・セグメントの使用の普遍的な性質が、ＭｃｒＡＩＹなどの極めて硬いかまたはもろい材料でも少なくとも延性がある被覆材料と同じ電力を入力することで通電されるという事実によって示されている。

複数のターゲット・セグメントを含むターゲットが部品の被覆方法で使用される。この方法では、上記ターゲットとスパッタリング被覆材料を上記部品まで搬送するためのガスを含むスパッター源が必要であり、上記方法は、ターゲット表面とのガスの接触ステップと、粒子をターゲット表面から放出するステップと、放出された粒子をガス流で移送するステップと、ガス流に含まれる粒子で部品を被覆するステップとを含み、上記ガス流は被覆対象である部品について各ターゲット・セグメントから比例して上記粒子を放出する。上記粒子は、特にイオンおよび／または特に原子などの中性粒子などの荷電粒子を含む。スパッタリング法を実行するために、スパッター源は上記のターゲット・セグメントを含むターゲットと、衝撃生成手段、言い換えればガス原子および／またはイオンと、移動手段、特にガスの移動流とを必要とする。衝撃生成手段は、投射衝撃生成手段の衝撃エネルギーによりターゲット表面への瞬間力の衝撃によりターゲット表面から粒子を放出するためにターゲットに接触する。移動手段は、スパッタリングされた粒子をスパッター源から被覆対象である部品まで移送する役割を果たす。

特に、上記の方法によれば、部品上の異なる層材料または層材料の組合せの比率が、ターゲット上にそれと対応する層材料または層材料の組合せを備えたターゲット・セグメントの比率に対応するように、ガス流によって粒子が上記ターゲット・セグメントから放出される。したがって、上記部品は、第１のターゲット・セグメントの第１の層材料または第１の層材料の組合せと、第２のターゲット・セグメントの第２の層材料または第２の層材料の組合せとで比例して被覆される。

有利な一実施形態によれば、ガス流によってスパッタリングされた異なる被覆材料または層材料の組合せの比率は、ターゲットに関して移動可能なガス分配ユニットによって変更される。各ターゲット・セグメントからの被覆材料の比例放出は、互いに異なり、さらに数学的に証明されている被覆材料の比率を変える場合の層の構成において実験によって確立されている以下の関係に基づいている。異なる層材料のターゲット・セグメントの配置と被覆された部品上で達成可能な層組成との間の関連は、ターゲットからスパッタリングされた粒子は、一定の距離を移動した後で、部品側のターゲット端部に到達し、上記粒子が被覆対象の部品の表面に堆積するまで、被覆対象の部品から短い距離にあるターゲット・セグメント上に再び堆積するということを考慮した統計解析の結果である。

一定の電力入力で、あるポイント、すなわち、所定の組成を備える第１のターゲット・セグメント上にある粒子がスパッタリングから、第１のターゲット・セグメントの別の場所でも、または第１のターゲット・セグメントと被覆対象である部品との間に配置された第２のターゲット・セグメント上の新たな堆積に至るまで、移動する平均経路は周知である。ターゲット・セグメントから被覆対象である部品まで粒子が移動する総距離と、単一のスパッタリングと堆積シーケンスの時間から、ガス流の速度が一定であるという前提のもとで、各粒子の堆積までの時間が計算できる。

これは、被覆対象である部品からより離れているターゲット・セグメント上にもともとあった粒子が、被覆対象である部品からより近い距離に配置された粒子と比べて、部品上に堆積する時間がより長くかかるということを意味する。したがって、被覆対象である部品からより近いターゲット・セグメント上に配置された被覆対象である部品上には、単位時間あたり、より多くの構成粒子が堆積される。何故なら、それらの粒子のスパッタリングおよび堆積シーケンスの数がより少ないからである。ターゲットの定義されたポイントでの一定の組成の粒子を備えたターゲット・セグメントの配置によって、部品上の被覆の組成は、この事実の知識を利用することで正確に調整できる。

最後の段落で、粒子は荷電粒子を、言い換えればイオンまたは中性粒子、特に、複数の上記グループから形成された、または結晶組織またはアモルファス組織の粒子の原子および／または分子を含むべきである。

ターゲット・セグメントの使用の結果、１つのターゲット上に異なる材料を配置することができる。スパッタリングおよび堆積シーケンスを考慮すると、材料の各々が部品上に堆積される量と速度とを予測することができる。

各被覆工程の終了後に、異なる被覆組成の部品がターゲット・セグメントの位置を変更することで生成できる。したがって、ターゲット・セグメントを使用することで個別の被覆解決策を実現することができる。

別の方法として、または上記解決策と組み合わせて、ガスの速度および／または量を変更することができる。特に、位置を変更できるガス分配装置を提供できる。その位置に応じて、ガス分配装置は、すべてのターゲット・セグメントまたはそれらの一部のみを対象とする。したがって、ターゲットの異なる領域がスパッタリングされる時点を自由に設定できる。この種の変更を特に多層被覆の製造に使用できる。さらに、ガス分配装置の位置は必要なだけ速く変更できるので、極めて薄い層を製造することができる。ある種の層組成の設定に関して可変ガス分配装置および／またはターゲット・セグメントの配置を用いることで、単分子または単原子の層を製造できる。この種の層はナノ範囲の層厚を有し、そのために厚さが数マイクロメートルのＴＧＯ層（熱成長酸化物）が今日使用される金属層からセラミック層への転写層の製造に適している。

第１の実施例によるターゲット保持装置のレイアウトを示す図である。図１のターゲット保持装置の断面図である。接点薄板が押し込まれる溝を備えたＴナットを示し、上側の図は下側の図の矢印ｘが示す線で截断した側断面図である。第２の実施例によるターゲット保持装置のレイアウトを示す図である。図３のターゲット保持装置の断面図である。第３の実施例によるターゲット保持装置のレイアウトを示す図である。図５のターゲット保持装置の断面図である。第４の実施例によるターゲット保持装置のレイアウトを示す図である。図７のターゲット保持装置の断面図である。

符号の説明

１ターゲット保持具
２冷却体の外壁
３接点薄板
４取着螺子の螺子頭
５板ばね
６スリーブ
７取着螺子
８Ｔナット
９ターゲット・セグメント
１０Ｔナット用接点薄板
１１ターゲット・セグメント用接点薄板
１２二股プラグ装置
１３冷却体
１４リブ
１５外壁
１６仕切り装置
１７冷却剤通路
１８冷却剤入口
１９冷却剤出口
２０受容手段
２１冷却体の内側側面
２２Ｔナットの円筒
２３追加部
２４ターゲット・セグメントの溝
２５雌螺子Ｔナット
２６コネクタ
２７接点薄板
２８雌螺子コネクタ
２９スロット状の凹部
３０溝
３１曲面
３２凹部
３３Ｔナットの溝
３４固定素子
３５接点薄板の第１領域
３６接点薄板の第２領域
３７リブ

Claims

スパッター源用ターゲットであって、前記ターゲットが複数の交換可能なターゲット・セグメント（９）に細分化でき、各ターゲット・セグメント（９）が被覆材料を含み、各ターゲット・セグメント（９）が少なくとも２つのターゲット・セグメント（９’，９”）に隣接し、各ターゲット・セグメントが多くとも１つの固定手段（７，８，１０）によって基体（２，１３，１５）に接続することができ、前記ターゲット・セグメント（９）の表面に均一強さの電流が分配され、また前記ターゲット・セグメント上で発生する熱が前記基体に均一に放散できるように、前記固定手段および前記ターゲット・セグメント（９）が電気的および熱的伝導手段（６，１０，１１，１２，２７）が配置された中間空間を有することを特徴とするスパッター源用ターゲット。
前記電気的かつ熱的伝導手段が接点薄板（１０，１１，２７）を含む請求項１に記載されたスパッター源用ターゲット。
前記固定手段（７，８，１０）がプラグ接続を含む請求項１または請求項２に記載されたスパッター源用ターゲット。
複数のターゲット・セグメント（９，９’，９”，９”’，９””）に対してプラグ接続（８，１２）が提供される請求項３に記載されたスパッター源用ターゲット。
前記基体（２，１３，１５）が冷却体（１３）を含み、前記冷却体（１３）上で各ターゲット・セグメント（９）の電気的および熱的結合が可能である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたスパッター源用ターゲット。
各ターゲット・セグメント（９）が完全に被覆材料から構成される請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたスパッター源用ターゲット。
少なくとも１つのターゲット・セグメント（９）が第１の層材料または複数の層材料の第１の組合せを含み、前記第１の層材料または層材料の第１の組合せは、第２のターゲット・セグメント（９’，９”，９”’，９””）の層材料または層材料の組合せとは異なる請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたスパッター源用ターゲット。
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載されたガス流スパッタリング法の被覆源。
スパッター源、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載されたターゲット、およびスパッタリングされた被覆材料を部品まで搬送するガスを含む部品の被覆方法であって、前記ターゲット表面とのガスの接触ステップと、粒子を前記ターゲット表面から放出するステップと、前記放出された粒子を前記ガス流で移送するステップと、前記ガス流からの粒子で前記部品を被覆するステップとを含み、前記ガス流が被覆対象である部品について各ターゲット・セグメントから比例して前記粒子を放出することを特徴とする部品の被覆方法。
前記部品が、第１のターゲット・セグメント（９）の第１の層材料または第１の層材料の組合せと、第２のターゲット・セグメント（９’，９”，９”’，９””）の第２の層材料または第２の層材料の組合せとで比例して被覆されるように、前記部品上の異なる層材料または層材料の組合せの比率が、前記ターゲット上にそれと対応する層材料または層材料の組合せを備えた前記ターゲット・セグメント（９，９’，９”，９”’，９””）の比率に対応するように前記ガス流が粒子を前記ターゲット・セグメントから放出する請求項９に記載された方法。
前記ガス流によってスパッタリングされた異なる層材料または層材料の組合せの比率が、前記ターゲットに関して移動可能なガス分配ユニットによって変更される請求項９または請求項１０に記載された部品の被覆方法。
前記ガスが、不活性ガス、特にアルゴンを含み、および／または前記ガスが準中性プラズマとして形成される請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載された部品の被覆方法。