JP2024506646A - スパッタリングターゲット - Google Patents

Abstract

本発明は、スパッタリングターゲット（１０）、コーティングシステム（３０）、及びコーティング方法に関する。スパッタリングターゲット（１０）は、ベースプレート（１２）と、その上に固定されて表面（１６）及び複数の凹部（１８）を備え第１のスパッタリング材料からなるターゲットプレート（１４）を備える。複数のインサート（２０）が凹部（１８）内に配置される。インサート（２０）の少なくとも幾つかは第２のスパッタリング材料で作られ、第２のスパッタリング材料は第１のスパッタリング材料よりも高いスパッタ率を有する。本発明の目的は、特に均一なコーティングを達成することである。これは、第２のスパッタリング材料で作られたインサート（２０）が、表面（１４）に平行な測定方向にて測定されたインサートの大きさ（Ｄ１，Ｄ２）が表面（１４）からベースプレート（１２）まで深さ方向（Ｔ）に増加するように形成されることで達成される。

Description

本発明は、スパッタリングターゲット、コーティングシステム及びコーティング方法に関する。

スパッタリングターゲットは、スパッタリング技術、特に基材をコーティングするために使用される。このプロセスにおいて、スパッタリングターゲットは、粒子衝突によってスパッタリングされる。スパッタリングされたターゲットの成分は、気相に入り、例えば表面コーティングの材料として使用することができる。

カソードスパッタリングを使用するＰＶＤコーティング方法の場合、スパッタリングターゲットは、コーティングシステムのコーティングチャンバ内にカソードとして接続され、正に帯電した粒子、特にガス及び/又は金属イオンによってスパッタリングされる。

一つだけの材料からなるスパッタリングターゲットに加えて、複数の材料、特に異なる金属からなるスパッタリングターゲットが知られている。これに関連して、特に、スパッタリングターゲットが、第１の材料で作られたプレートを備え、それに穴が設けられ、別の材料からなるプラグがその穴に挿入される、設計が知られている。

例えば、ＵＳ６，８５２，２０１には、ガスイオンの衝突によってスパッタリングが行われ、複数の金属元素を含む層が基材に設けられる、ＰＶＤコーティング方法を実行するためのスパッタリングコンポーネントが開示されている。そのスパッタリングコンポーネントは、チタンベースプレートからなり、アルミニウムプラグが圧入される穴が含まれている。アルミニウムのスパッタリング速度は、チタンよりも大きいため、アルミニウムプラグは、ベースプレートに対して露出面に凹状の湾曲面を備えている。

ＤＥ２９４０３６９Ａ１には、少なくとも二つの異なる金属材料をスパッタリングするためのターゲットが開示されている。スパッタリングされる材料で作られたプレートは、円形の断面を有する連続した穴を備え、その穴の中に、スパッタリングされる第２の材料で作られたボルトが堅牢に嵌合して挿入される。ボルトは、肉厚の端部を備え、この端部は、座ぐり穴として設計された穴の拡大された端部領域に係合する。

ＵＳ６，８５２，２０１ ＤＥ２９４０３６９Ａ１

本発明の目的は、特に均一なコーティングを可能にする、特にカソードスパッタリングで使用するためのスパッタリングターゲットを提案することである。

この目的は、請求項１に記載のスパッタリングターゲット、請求項１４に記載のコーティングシステム、及び請求項１５に記載のコーティング方法によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な実施形態について言及している。

本発明によるスパッタリングターゲットは、ベースプレートと、その上に固定されたターゲットプレートを備える。ターゲットプレートは、ターゲットプレートの表面に形成された凹部に配置された複数のインサートを備える。

ベースプレート及び／又はターゲットプレートは、好ましくは平坦及び／又は長方形（矩形状）である。ベースプレート及びターゲットプレートは、少なくとも実質的に同じサイズであることが好ましい。インサートは、適用可能であれば、表面が凹状に湾曲した窪みを備えた凹部を適切に埋めるような形状であることが好ましい。凹部及びその中に嵌合するインサートは、任意の所望の断面形状、例えば、円形、三角形、長方形、正方形、多角形、楕円形等とすることができる。種々の断面形状のインサートの例を以下に説明する。

ターゲットプレートは、第１のスパッタリング材料からなり、インサートの少なくとも幾つかは、より好ましくはインサートの大部分は、特に好ましくは全てのインサートは、第２のスパッタリング材料からなる。スパッタリング材料とは、スパッタリング法、特にコーティング方法に使用できる固体材料を意味すると理解されたい。金属、特に純金属が好ましいが、炭素などの他の材料も使用できる。スパッタリング材料の例を以下に示す。

ターゲットプレートの材料（材質）とプラグの材料（材質）とは異なる。プラグを構成する第２のスパッタリング材料は、ターゲットプレートを構成する第１のスパッタリング材料よりも高いスパッタ率を有する。例えば、第２のスパッタリング材料は、第１のスパッタリング材料よりも少なくとも２０％、好ましくは少なくとも５０％、さらには１００％高いスパッタ率を有し得る。当業者には知られているように、スパッタ率は、スパッタリングプロセス中において、入射イオンごとに放出されるターゲット原子の平均数を特定する材料依存のパラメータである。結果として、イオンが均一に衝突する領域に関しては、ターゲットプレートと比較して、第２のスパッタリング材料で作られたインサートでのスパッタ浸食速度がより高くなる。

本発明によれば、第２のスパッタリング材料で作られたインサートの少なくとも幾つかは、好ましくはインサートの大部分、そして特に好ましくは全てのインサートは、表面に平行な測定方向において測定された大きさ（拡がり）が、深さ方向において表面からベースプレートまで連続的に増加する形状を有する。これは、所与のインサートにおいて、第１のより浅い深さで測定方向に第１の大きさ（拡がり）を有し、第２のより深い深さで測定方向に第２の大きさ（拡がり）を有し、第２の大きさが常に第１の大きさより大きくなることを意味する、と少なくとも理解されるべきである。したがって、大きさの寸法は、深さに応じて厳密に単調に増加する。好ましくは、インサートのそれぞれの断面積も、深さ方向に対応して増加する。

以下では、インサートの拡大形状に使用される“錐状（錐体）”又は“錐状度（錐度、形状が頂点に向かって先細りになる程度）”という用語が時々使用される。しかしながら、円錐形、或いは楔形、すなわち円形の断面形状及び／又は連続する直線状の輪郭を意味し、後者が好ましいが、これに限定されるものではない。

インサートの円錐形は、それぞれの場合において、スパッタリングターゲットの耐用年数全体に亘って可能な限り均一なスパッタリングされる材料の組成を達成するのに有利であることが証明されている。コーティングシステムで使用すると、生成されるコーティングは、スパッタリングされた材料の成分で構成される。本発明者は、摩耗の程度が進行した円筒形インサートを有する従来のスパッタリングターゲットの場合、ターゲットプレートを形成する第１のスパッタリング材料に対するインサートを形成する第２のスパッタリング材料の割合が減少することを確認した。

本発明のスパッタリングターゲットによって、この傾向が阻止され、第２のスパッタリング材料の相対比率の変化が、好ましくは、少なくとも部分的に又は理想的な場合には少なくとも実質的に完全に補償される。その結果、コーティングシステムで使用すると、スパッタリングターゲットの耐用年数全体を通して、より均一な層組成を達成することができる。

深さ方向に伴って寸法が大きくなるインサートの形状は、種々のデザインで実現され得る。例えば、インサートは、長手方向断面において１つ以上のステップ（階段）を備えていてもよく、そのステップにおいて、インサートの大きさ（拡がり）は、測定方向において急激に増加する。本発明によれば、形状は、深さ方向において連続的なすなわち安定した大きさ（拡がり）の増加を有し、これは好ましくは直線状であり、円形断面の場合、例えば円錐台の形状が少なくとも部分的に得られ、又、長方形又は正方形の断面形状の場合には、角錐台の形状が得られる。しかしながら、深さ方向における大きさが非線形に進行することも考えられる。特に好ましくは、インサートは、連続的な円錐形又は角錐形となるように形成される。

第２のスパッタリング材料で作られた全てのインサートが、同じ形状及び寸法（大きさ）を有することが可能である。しかしながら、異なるインサートの形状、特に錐状度の程度及び寸法が互いに異なることも可能である。対応する実施形態を以下に説明する。

外側輪郭が直線状に伸びる好ましいケースでは、インサートの長手方向断面で視たとき、正方形又は円筒形と比較して、少なくともそれぞれのインサートの一部において、その外側輪郭は、斜めにすなわち少なくともある錐状度の角度で延びていてもよい。錐状度の角度は、例えば、１～２０°の範囲であってもよい。ここで、深さ方向は表面に対して垂直であるため、当該エッジと表面との間に形成される角度は、例えば７０°～８９°となる。錐状度の角度としては、４°～１５°(エッジと表面との間の角度は７５°～８６°に相当)が好ましく、６°～１２°（エッジと表面との間の角度は７８°～８４°）の錐状度の角度が特に好ましい。以下で説明するように、ターゲットの異なるインサートの錐状度の角度は、異なっていてもよい。

インサートの断面積の好ましい拡大は、異なる実施形態では変化してもよい。好ましくは、断面積は、深さ方向に５ｍｍの距離に亘って、４～４０％まで、特に好ましくは１５～３０％まで増加する。円形の断面積を有するインサートの場合、８～３０％、特に好ましくは１５～２５％のやや低い値が好ましい場合がある。

錐状度の程度の上述の仕様は、特に、第２のスパッタリング材料が第１のスパッタリング材料よりも５０％～１５０％高いスパッタ率を有する材料の組み合わせのために有利であることが証明されている。

ベースプレート及びターゲットプレートは、好ましくは、平面的に一方が他方の上に直接重なって置かれる。好ましい実施形態によれば、ベースプレートは、好ましくはターゲットプレートに面するベースプレートの表面に形成されてもベースプレートを完全には貫通しない凹部を備えることができる。第２のスパッタリング材料で作られた幾つかの、より複数の、又は好ましくは全てのインサートは、好ましくはベースプレートの凹部内に突出し、したがって、より好ましくは実質的に完全にそれで満たす（充填する）ことができる。その結果、ベースプレートの材料が著しくスパッタされることなく、スパッタリングターゲットをより長く使用することができるので、ターゲットプレートの材料を改善された方法で利用することができる。

ベースプレートは、一方ではスパッタリングターゲットを機械的に保持して固定する役割をなし、又、好ましくは他方では良好な熱の分布及び放散を保証する役割を担う。好ましくは、ベースプレートは、完全に又は少なくとも大部分が、少なくとも実質的に純粋な銅又は銅合金からなる。ベースプレートは、固定要素、又は固定要素のための係合構造、例えば固定要素と係合するための孔を備えることができる。

第１及び第２のスパッタリング材料は、特に、Ｃ，Ｂ，Ａｌ，Ｓｉ，及びＩＵＰＡＣ（１９８８）による周期表の第４族から第６族の元素を純粋な形で又は化合物，合金，又はそれらの焼結材料として含む群から選択することができる。特に好ましい実施形態では、第１及び第２のスパッタリング材料の材料の組み合わせは、例えば、チタン／アルミニウムであり得る。

ターゲットプレート及び／又はベースプレートは、好ましくは長方形の形状、特に細長い、すなわちその幅の３倍を超える、好ましくは５倍を超える長さを有する。その幅は、例えば５０～２００ｍｍ、好ましくは７０～１５０ｍｍの範囲であってもよい。その長さは、例えば、２００～１０００ｍｍ、好ましくは３００～７００ｍｍの範囲であってもよい。ターゲットプレートの厚さは、その長さ及び幅に比べて比較的薄いことが好ましく、例えば３～３０ｍｍ、特に５～１５ｍｍの範囲内であることが好ましい。

インサートは、ターゲットプレート上の環状領域に、すなわちターゲットプレートの中心を取り囲む閉じたストリップ（帯）に沿って配列され得る。“環状”は、必ずしも円形を意味すると理解される必要はない。実際、ターゲットプレートの好ましい長方形の形状では、インサートの好ましい配列は、楕円形の経路、又はむしろ丸みを帯びた長方形に沿う。

インサートは、好ましくは、ターゲットプレート上に線に沿って配置され、連続するインサートは、いずれの場合も、線の側部の方向にオフセットするように配置される。この配置は、カソードスパッタリング中に負荷を受ける主領域に沿って比較的多数のインサートを許容する（受け入れる）のに有利であることが証明されている。

異なる形状及び/又はサイズのインサートを使用し、それらをターゲットプレート上の異なる位置に配置することが可能である。これは、例えばスパッタリングターゲットがマグネトロンカソードに配置されている場合の磁場強度の違いにより、ターゲットプレート上の位置に応じて異なるスパッタリング条件が生成される場合に特に有利となり得る。このようにして、あらゆる不均一性を補償することができる。例えば、異なる断面積、特に異なる直径のインサート及び／又は多かれ少なかれ顕著な錐状度を有するインサートを使用することができる。例えば、長方形のターゲットプレートの場合、第１のサイズ及び錐状度の第１のタイプのインサートをターゲットプレートの長辺に沿って配列し、第２のタイプを短辺に配列することができる。このようにして、イオンの不均一な衝突の可能性から生じる、位置に依存する異なるスパッタ浸食の影響を、浸食された材料の組成がスパッタリングターゲットの長さに沿ってできるだけ均一になるように補償することができる。このような浸食の不均一な分布は、例えば、ターゲットの負荷の少ない第２の領域よりも錐状度がないか錐状度が低い、ターゲットの特に負荷の高い第１の領域に配置されるインサートによって反応させ得る。

アンバランスマグネトロンカソード上で長方形のターゲットを使用する場合、ターゲットの異なる領域は、電気励起のタイプに応じて異なる量の負荷を受けることが示されている。直流電圧（ＤＣ）で動作させると、短辺でのスパッタ浸食が大きくなり、ＨＩＰＩＭＳ法(高出力インパルスマグネトロンスパッタリング)による動作では、長手方向の中央での浸食が大きくなる。したがって、ＨＩＰＩＭＳ法で使用する場合、例えば、インサートが、例えば１００～３５０ｍｍ、好ましくは２００～３００ｍｍの長さの領域において、例えば、短辺よりも長手方向の辺に沿って中央に配置される、錐状でないか又は錐状度が少ないターゲットを提供することができる。

円形の断面を備えたインサートは知られており、試行及びテストされているが、顕著な錐状度の場合、つまり深さ方向に沿って直径が増加する場合、第２のスパッタリング材料の高い表面割合を得るために、インサートを十分に密に配置することは困難であり得ることが示されている。したがって、好ましい実施形態によれば、特に、ストリップ形状の断面を有するインサートを使用することができる。これは、最大長手方向寸法、すなわち長さが、長さに対して横方向の寸法すなわち幅よりも著しく大きい断面形状を意味する、と理解されるべきである。ストリップ形状（帯状）のインサートの長さは、幅の少なくとも二倍、好ましくは幅の少なくとも三倍に相当することが好ましい。長さ/幅の比が、少なくとも４，５，８，又は１０に相当するさらに長いデザインも好ましいことが証明されている。好ましくは、ストリップの形状は、少なくとも実質的に長方形であり、すなわち、二つの少なくとも実質的に平行な長いエッジ（縁）を有する。その端部は、丸みを帯びていることが好ましい。ストリップ形状のインサートを使用すると、スパッタリングターゲットの表面の比較的大きな部分に第２のスパッタリング材料を容易に設けることができる。

ストリップ形状のインサートは、上側において、例えば５～２０ｍｍ、好ましくは８～１６ｍｍ、特に好ましくは１０～１５ｍｍの幅を有していてもよい。その長さは、長方形のターゲットプレート内の配置に依存し、横配置又は斜め配置の場合には短いインサートが使用され、長手配置の場合には長いインサートが使用され得る。短い変形例では、例えば、長さが２０～１００ｍｍ、好ましくは２５～８０ｍｍ、特に好ましくは３０～５０ｍｍであってもよい。長い変形例では、長さが例えば最大５００ｍｍであってもよい。

ストリップ形状のインサートは、その長さ及び／又は幅が深さ方向に増加する錐状度を備えていてもよい。好ましくは、幅と長さの両方が増加する。

ストリップ形状のインサートは、好ましくは互いに平行に配置され得る。長方形のターゲット表面におけるインサートの斜め、すなわち斜線状の配置が特に有利であることが判明しており、インサートは、長方形のターゲット表面の長手方向及び/又は横方向のエッジに対して、それらの長手軸が、好ましくは２０～７０°、特に好ましくは３０～６０°、特に４５°＋／－１０°の角度で並べられる。このようにして、スパッタリングターゲットの表面上において第１及び第２のスパッタリング材料の分布の良好な均一性が達成され得る。

本発明は、さらに、コーティングチャンバが適切な手段により公知の方法で真空にされ、コーティングされる基材が配置され得る、コーティングシステムに関する。少なくとも一つのカソード、好ましくは複数のカソード、特にマグネトロンカソードが、コーティングチャンバ内に配置される。請求項のいずれか一つに関するスパッタリングターゲットは、少なくともひとつのカソード、好ましくは複数のカソード、又は全てのカソードに取り付けられる。

最後に、本発明は、本発明によるスパッタリングターゲットがカソードスパッタリングによって真空中でスパッタリングされ、スパッタリングターゲットのスパッタされた成分のコーティングが基材に適用されるコーティング方法に関する。

以下に、本発明の実施形態が、図面を参照してより詳細に説明される。

インサートが部分的に挿入されたスパッタリングターゲットの第１実施形態を示す斜視図である。 図１に示すスパッタリングターゲットの平面図である。 図２の線Ａ－Ａに沿ったターゲットの縦断面図である。 図３中の領域Ｂの拡大図であり、スパッタリングターゲットの第１実施形態によるインサートの形状を示す。 コーティングシステムを概略的に示す図である。 インサートが挿入されたスパッタリングターゲットの第２実施形態を示す平面図である。 図６におけるスパッタリングターゲットのインサートを示す図である。 図６におけるスパッタリングターゲットのインサートを示す図である。 図６におけるスパッタリングターゲットのインサートを示す図である。 インサートが挿入されたスパッタリングターゲットの第３実施形態を示す平面図である。 スパッタリングターゲットの浸食に対するスパッタリング材料の割合の推移を示すグラフである。 インサートが挿入されたスパッタリングターゲットの第４実施形態を示す平面図である。 インサートが挿入されたスパッタリングターゲットの第５実施形態を示す平面図である。

図面は、例示的なものであり、必ずしも縮尺通りではないことを理解されたい。

図１は、スパッタリングターゲット１０の第１実施形態を示す。

スパッタリングターゲット１０は、扁平な長方形状をなしている。これは、銅製の長方形のベースプレート１２と、その上に配置された第１のスパッタリング材料、この場合は例えば純チタン製のターゲットプレート１４を備えている。

ターゲットプレートの前側の表面１６には、凹部１８が設けられており、その凹部内に、第２のスパッタリング材料、この場合は一例として純アルミニウムで作られたインサート２０が挿入さている。インサート２０は、プラグとも称される。

図１において、理解を助けるために、スパッタリングターゲット１０の右半分にはインサート２０が挿入されておらず、左半分にはインサート２０が挿入された凹部１８が示されている。実際には、インサート２０は、凹部１８が完全に又は少なくとも大部分が充填されるように、スパッタリングターゲット１０の凹部１８のそれぞれに挿入されている。インサート２０の上側は、それぞれの場合において、ターゲットプレート１４の表面１６と連続した平面を形成するか、又は、表面１６に近接するが、凹状の上部窪み（不図示）を有する。

スパッタリングターゲット１０は、図２において平面図で示されている。凹部１８及びその中に挿入されたインサート２０は、著しく丸いコーナを有する狭くて細長い長方形の形状をなす周縁ストリップに沿って環状配列で表面１６上に配置されている。少なくともスパッタリングターゲット１０の長辺（長手エッジ）に沿って、連続するインサート２０は、互いに対して横方向に交互にオフセットするように配置され、それらのエッジ（縁）がほとんど接触する程度に密に連続して配置される。

コーナ（四隅）において、ターゲットプレート１４は凹部を備え、その下にあるベースプレート１２は、図５に関連して以下に説明するように、スパッタリングターゲット１０をコーティングシステムのカソードに固定するためのネジ孔を備えている。さらに、ターゲットプレート１４及びベースプレート１２は、中央に位置する一列の孔を備え、これらの孔も取り付けのために使用される。

図３は、図２中の線Ａ－Ａに沿ったスパッタリングターゲット１０の長手方向断面における、ベースプレート１２、ターゲットプレート１４及び凹部１８、並びにインサート２０の配置及び形状を示す。図４は、図３中の領域Ｂを拡大して示す。

図示の例では、インサート２０はそれぞれ同じ形状を有する。各インサート２０は、表面１６における小さい上側の直径Ｄ１と、大きい下側の直径Ｄ２を備えた円錐台の形状をしている。したがって、表面１６からベースプレート１２に向かって直角に延びる深さ方向Ｔにおいて、ここで直径として測定される横寸法は、表面１６に平行な測定方向において直径Ｄ１から直径Ｄ２まで直線的に増加する。その結果、それぞれの場合において表面１６に平行に測定されるインサート２０の断面積は、それに応じて増加する。

図４の拡大縦断面図では、図示のインサート２０の輪郭に関して、凹部１８の縁に隣接するインサート２０の側縁が、斜めに、すなわち、垂直に対して錐状度の角度αで、かつ、表面１６に対して角度βで延びていることが理解され得る（ここで、明らかに、β＝９０°－αは合式である）。

図示の好ましい例示的な実施形態では、角度αは約８°であり、したがって、角度βは約８２°である。

また、図４は、インサート２０がターゲットプレート１４の厚さＴ１に相当するよりも深さ方向に、すなわちベースプレート１２の凹部２２内に延在していることを示している。ここで、ベースプレート１２は、厚さＴ２を有し、インサート２０はベースプレート１２内にＴ３の量だけ延びている。

好ましい実施形態では、インサート２０の長さ又は正確には深さ（Ｔ１＋Ｔ３）は、約４～２０ｍｍ、好ましくは約７ｍｍである。インサート２０の上側の直径Ｄ１は、例えば１０～２０ｍｍの範囲であり、好ましくは約１５ｍｍであり、下側の直径Ｄ２は、例えばＤ１より５～２０％大きく、好ましくは約１３％大きい。

図５は、真空チャンバ３２を備えたコーティングシステム３０を概略的に示しており、その中には、一例として、アンバランスマグネトロンとして設計された四つのカソード４０が基材テーブル３８の周りに配置されている。各カソード４０には、それぞれにおいて、一つのスパッタリングターゲット１０が装備されている。

真空を生成するための手段３４（ポンプシステム）と、プロセスガス及び該当する場合には反応性ガスを供給するための手段３６とが、真空チャンバ３２に接続されている。

真空チャンバ３２内に配置された、カソード２０、基材テーブル３８、及びアノード４４は、電力供給システム４２に接続されている。

コーティングシステム３０は、例えば、本出願人の国際公開ＷＯ９８／４６８０７に開示されているように構築されて操作されることができる。この公報の内容は、特に、図示のコーティングシステム３０の要素の電気的構成に関して及びコーティング中のプロセスに関して、ここに組み込まれる。

真空チャンバ３２内において、電力供給システム４２によって電圧を用いてカソード４０とアノード４４との間にプラズマが生成され、スパッタリングターゲット１０がスパッタリングされる。したがって、基材テーブル３８上に配置された基材には、スパッタリングターゲット１０のスパッタされた成分のコーティングが施される。

コーティングシステム１０の動作中、材料は、主に、インサート２０の配列（図２を参照）に沿ってスパッタリングターゲット上に環状に延びる浸食チャネルに沿って、スパッタリングターゲット１０の表面１６から浸食される。材料は、ターゲットプレート１４の関連する露出表面とインサート２０の両方から浸食される。

しかしながら、浸食は均一ではなく、第１のスパッタリング材料、この場合はチタン、第２のスパッタリング材料、この場合はアルミニウムでは、前述の材料のそれぞれのスパッタ率に応じて異なる。

以下に、６００ｅＶでの幾つかの材料のスパッタ率の値が、例として(Ａｒイオンによるスパッタリングのために)示される。
Ａｌ(アルミニウム) １．２４
Ｔｉ(チタン) ０．５８
Ｃｒ(クロム) １．３
Ｓｉ(シリコン) ０．５３
Ｖ(バナジウム) ０．７
Ｔａ（タンタル） ０．６２

したがって、チタン/アルミニウムの好ましい材料の組み合わせの場合、第２のスパッタリング材料のスパッタ率は、第１のスパッタリング材料であるチタンのスパッタ率よりも約１００パーセント高い。

一定の動作時間の後、インサート２０を構成する第２のスパッタリング材料のスパッタ率が高くなることにより、スパッタリング材料の表面１６はもはや平面ではなくなり、むしろインサート２０が凹部のように深くなる。これらの凹部は、衝突するイオンに対する部分的な遮蔽をもたらし、第１及び第２のスパッタリング材料のそれぞれの割合は、上述のスパッタ率を考慮すると、インサート２０の断面及びターゲットプレート１４の表面から直接生じるものではなく、むしろ状況はより複雑である。しかしながら、いずれにせよ、本発明によるものではない円筒形インサート２０の比較例では、真空チャンバ３２内の第２のスパッタリング材料又はむしろ基材上に生成されるコーティングの割合が、スパッタリングターゲット１０の耐用年数全体を通して減少することが示されている。

図３及び図４に示されたインサート２０の円錐形状の場合、インサートは深さ方向においてサイズが増加し、進行性の浸食により徐々に広い領域が露出する。これにより、第２のスパッタリング材料の割合の低下が相殺され、理想的には完全に補償される。

スパッタリングターゲット１０の上述の実施形態では、全てのインサート２０が同じ形状を有するが、同じスパッタリングターゲット１０の個々のインサート２０の形状は互いに異なっていてもよく、特にインサート２０は、異なる錐状度（すなわち、特に、錐状度の異なる角度）を有してもよく、又は、インサート２０は、円筒形状、すなわち錐状度を持たない形状を有していてもよい。

したがって、代替の実施形態（不図示）として、ターゲットプレート１４と同じ形状、及び図示のスパッタリングターゲット１０と同じ数及び配列のインサート２０を有するスパッタリングターゲット１０が提案され、そこでは、円筒形ですなわち錐状形でないインサート２０が、ターゲットプレート１４の長手方向（長辺）に沿って中央に例えば２５０ｍｍの距離に沿って設けられる。この種のターゲットは、ＨＩＰＩＭＳ法による動作に特に適しており、長手方向の中央でより多くの浸食が生じる。

図６及び図７ａ～図７ｃは、好ましい第２実施形態によるスパッタリングターゲット１１０及びそのインサート１２０を示す。第２実施形態によるスパッタリングターゲット１１０は、大部分が第１実施形態によるスパッタリングターゲット１０に対応し、同一の部分には同じ参照符号が付されている。スパッタリングターゲット１０と同様に、スパッタリングターゲット１１０は、その下に配置されたベースプレート１２（図６では視認できない）を有する長方形のターゲットプレート１４を備える。

以下では、両実施形態の間における相違点のみについて言及する。

第２実施形態は、凹部１１８の断面形状が異なり、その中に嵌合されるインサート１２０が異なる点で、第１実施形態とは異なる。当該インサートは、それぞれ、ストリップ形状、すなわち細長い長方形の断面を有するが、丸い端部を有する。

凹部１１８及びインサート１２０は、錐状であり、すなわち深さ方向Ｔにサイズが増加する。表面１６では、インサート１２０は長さＬ_１を有し、下端ではＬ_１よりも大きい長さＬ_２を有する。これを横切る方向において、下端の幅Ｂ_２も表面１６の幅Ｂ_１よりも大きい。長尺形状のため、長さＬ_１，Ｌ_２は、いずれの場合も、関連する幅Ｂ_１，Ｂ_２よりもかなり大きく、この場合において、約１０倍の大きさである。異なるインサート１２２、すなわち短めのインサートは、ターゲットプレート１４の長手方向の端部においてのみ対応する凹部に適切にぴったりと受け入れられる。

第２実施形態によるスパッタリングターゲット１１０の場合、ターゲットプレート１４は、好ましくはチタンで作られ、インサート１２０はアルミニウムで作られる。インサート１２０の幅は、深さ方向Ｔにおいて幅Ｂ_１から幅Ｂ_２まで増加し、インサート１２０を長手方向から視て、側壁は角度β_１で延びる。同時に、インサート１２０の長さは、深さ方向Ｔにおいて長さＬ_１からＬ_２まで増加し、インサート１２０を横方向から視て、側壁は角度β_２で延びる。したがって、インサート１２０の断面積は、表面１６から（表面１４に平行に）深さ方向Ｔにおいて面積Ｌ_１×Ｂ_１から面積Ｌ_２×Ｂ_２まで増加する（ここで、丸み部分はこの計算において考慮されていない）。

サイズＬ_１，Ｌ_２，Ｂ_１，Ｂ_２，β_１，β_２の寸法は、異なる実施形態では異なる場合がある。特に、Ｌ_１＝Ｌ_２又はＢ_１＝Ｂ_２が可能であり、すなわち、インサート１２０は、例えば、長手方向又は横方向にのみ錐状であってもよい。特に、横方向の錐状度の影響はいずれにせよより顕著であるため、製造の観点からみると、長手方向ではなく横方向の錐状度のみを提供する（つまり、Ｌ_１＝Ｌ_２）方が簡単であることが判明するかもしれない。

好ましい例示的な実施形態では、インサート１２０は、例えば、以下の値によって特徴付けることができる。
Ｌ_１＝９５ｍｍ
Ｌ_２＝９５ｍｍ（５ｍｍの深さＴにおいて）
Ｂ_１＝１５ｍｍ
Ｂ_２＝１８ｍｍ（５ｍｍの深さＴにおいて）
β_１＝７３．３°
β_２＝９０°

これにより、表面１６に比べて深さ５ｍｍでは、断面積が約２０％増加する。

図６の実施形態によれば、長尺なインサート１２０は、ターゲットプレート１４のエッジ（縁）に対して斜めに整列して表面１６上で互いに平行に延在し、この場合、約４５°の角度で延在する。

インサート１２０が長尺形状であるため、表面１６では、第１実施形態によるインサート２０の円形断面に比べて、ターゲットプレート１１４の材料（ここではチタン）に対するインサート１２０の材料（ここではアルミニウム）のより高い割合が達成され得る。とりわけ、インサート１２０が錐状であるため、インサート１２０を隣り合わせに配置する際に問題を引き起こすことなく、総表面積に対するインサート１２０の材料の割合の大幅な増加を、より簡単な方法で達成することができる。

図８は、第３実施形態に係るスパッタリングターゲット２１０を示す。第２実施形態によるスパッタリングターゲット２１０は、第２実施形態によるスパッタリングターゲット１１０にほぼ対応し、この場合も、同一の部分には同一の参照符号が付されている。以下では、実施形態同士の間での差異についてのみ言及する。

第３実施形態の場合、凹部２１８及びその中に挿入されるインサート２２０も長尺であるが、幅対長さの比は約１：４であり、大幅に短くなる。インサート２２０は、エッジ（縁）に対して約４５°の斜めとなるように整列され、ターゲットプレート１４の長手方向エッジに沿って二つの平行な列に配置されている。また、インサート２２０は、錐状であり、すなわち、それらの長さ及び／又は幅は、深さ方向Ｔに増加する（図８において不図示）。

図７ａ～図７ｃによるインサート１２０の図面は、インサート２２０にも適用され、すなわち、寸法Ｌ_１，Ｌ_２，Ｂ_１，Ｂ_２，β_１，β_２は、その形状に適用され、深さ方向Ｔにおいてサイズが増加する。好ましい例示的な実施形態では、これらの寸法は、次のように選択され得る。
Ｌ_１＝３１ｍｍ
Ｌ_２＝３４ｍｍ（５ｍｍの深さＴにおいて）
Ｂ_１＝１５ｍｍ
Ｂ_２＝１８ｍｍ（５ｍｍの深さＴにおいて）
β₁＝７３．３°
β₂＝７３．３°

これにより、表面１６と比較して、深さ５ｍｍでは、断面積が約３２％増加する。

図９は、第３実施形態による種々のスパッタリングターゲット２１０を用いたコーティング試験の結果を示す。コーティングは、チタン製のターゲットプレート１４及びアルミニウム製のインサート２２０からなるスパッタリングターゲット２１０を用いて、上述のようにシステム３０内に適用された。スパッタリングターゲット２１０の浸食（ｍｍ単位）に対して生成された層中のアルミニウム含有量（金属層含有量のａｔ．％）が示されている。

図９では、インサート２２０の異なる錐状度について三つの異なる曲線が示されており、それぞれの場合において、表面１６における断面積と下端における断面積との間の面積比によって示される。したがって、１：１で示される最下の線は、深さ方向にサイズが増加しないインサート（比較例）を示し、上の二つの線は、低い錐状度(１：１．２、つまり深さ５ｍｍで断面積が２０％増加する)及びそれより大きい錐状度(１：１．３、つまり深さ５ｍｍで断面積が３０％増加する)の曲線を示している。

非錐状のインサートの比較例(線１：１)では、スパッタリングターゲットが５ｍｍの深さまで浸食されたとき、Ａｌ含有量が最初の約５８ａｔ．％から５０ａｔ．％未満に急激に低下している。断面積が２０％増加した錐状形であっても、Ａｌ含有量の低下は約５４ａｔ．％まで大幅に減少している。断面積が３０％増加して錐状度がさらに大きくなっても、Ａｌ含有量の低下を生じるが、今回はそれ程顕著ではない。

図１０及び図１１は、第４及び第５実施形態によるスパッタリングターゲット３１０，４１０を示す。第４及び第５実施形態によるスパッタリングターゲット３１０，４１０は、前述の実施形態によるスパッタリングターゲット１１０，２１０にほぼ対応し、この場合も、同一の部分には同一の参照符号が付されている。以下では、各実施形態同士の間の差異についてのみ言及する。

第４及び第５実施形態では、凹部３１８，４１８及びそこに挿入されるインサート３２０，４２０は、ターゲットプレート１４のエッジ（縁）に対して斜めに配置されず、むしろ平行に配置されており、図１０の例では、それらは短辺と平行であり、図１１の例では、それらは長辺と平行である。この場合も、インサート３２０，４２０は、錐状形であり、すなわち、それらの長さ及び／又は幅は深さ方向Ｔにおいて増加する（図１０及び図１１において不図示）。

要するに、生成される層中のコーティング材料の相対的な割合（相対比率）を均一化するために、スパッタリングターゲットのインサートの錐状度を使用することが示された。このような錐状度（錐体の度合い）は、ターゲットプレート１４において、異なる断面形状及び配列のインサート２０，１２０，２２０，３２０，４２０のために提供され得る。

Claims (15)

1. スパッタリングターゲット（１０）であって、
   ベースプレート（１２）と、
   その上に固定され、表面（１６）とその上に形成された複数の凹部（１８）を備えた第１のスパッタリング材料からなるターゲットプレート（１４）と、
   前記凹部（１８）内に配置され、少なくとも幾つかは第２のスパッタリング材料で作られた複数のインサート（２０）と、を含み、
   前記第２のスパッタリング材料は、前記第１のスパッタリング材料よりも高いスパッタ率を有し、
   前記第２のスパッタリング材料で作られた前記インサート（２０）の少なくとも一部は、前記表面（１６）に平行な測定方向において測定された前記インサートの大きさ（Ｄ_１，Ｄ_２）が前記表面（１６）から前記ベースプレート（１２）まで深さ方向（Ｔ）に亘って連続的に増加するように形成されている、
   スパッタリングターゲット。
2. 前記第２のスパッタリング材料で作られた前記インサート（２０）の少なくとも幾つかは、少なくとも部分的に円錐状又は角錐状となるように成形されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲット。
3. 前記第２のスパッタリング材料で作られた前記インサート（２０）の少なくとも幾つかは、その断面積が深さ方向（Ｔ）において５ｍｍの深さに亘って４～４０％まで増加するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 前記第２のスパッタリング材料で作られた前記インサート（２０）の少なくとも幾つかは、長手方向断面において、エッジが前記表面（１４）に対して７０°～８９°の角度で延びるように成形されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
5. 前記ベースプレート１２は、凹部（２２）を含み、
   前記第２のスパッタリング材料で作られた前記インサート（２０）は、前記ベースプレート（１２）の前記凹部（２２）内に突出する、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
6. 前記第１のスパッタリング材料は、チタンであり、
   前記第２のスパッタリング材料は、アルミニウムである、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
7. 前記ベースプレート（１２）は、完全に又は少なくとも大部分が銅又は銅合金からなる、
   ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
8. 前記インサート（２０）は、前記ターゲットプレート（１４）上の環状領域に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
9. 前記インサート（２０）は、前記ターゲットプレート（１４）上の線に沿って配置され、
   前記インサート（２０）は、いずれの場合も前記線の側部の方向にオフセットするように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
10. 前記ターゲットプレート（１４）上の異なる位置に配置された二つのインサート（２０）の形状及び／又はサイズは、異なる、
    ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
11. 前記インサート（１２０，２２０，３２０，４２０）は、幅の少なくとも二倍に相当する長さを有するストリップ形状の断面を有する、
    ことを特徴とする請求項１ないし１０いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット。
12. 前記長さ及び/又は前記幅は、前記深さ方向（Ｔ）において増加する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のスパッタリングターゲット。
13. 前記ターゲットプレート（１４）は、長方形であり、
    前記ストリップ形状のインサート（１２０，２２０）は、前記ターゲットプレート（１４）の長手方向及び／又は横方向のエッジに対して、２０～７０°の角度で整列されている、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のスパッタリングターゲット。
14. コーティングチャンバ（３２）と、
    前記コーティングチャンバ（３２）内に真空を生成するための手段（３４）と、
    前記コーティングチャンバ（３２）内においてコーティングされる基材を配置するための手段（３８）と、
    前記コーティングチャンバ（３２）内に配置される少なくとも１つのカソード（４０）と、を含み、
    請求項１ないし１３いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット（１０）が、前記カソード（４０）上に取り付けられている、
    コーティングシステム。
15. 請求項１ないし１３いずれか一つに記載のスパッタリングターゲット（１０）が、カソードスパッタリングによって真空中でスパッタリングされ、前記スパッタリングターゲット（１０）のスパッタされた成分のコーティングが基材に設けられる、
    ことを特徴とするコーティング方法。
    

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