JP3808244B2 - ターゲットホルダー構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば酸化物超電導体を形成する際に使用するレーザ蒸着装置などの、成膜法に用いるターゲットホルダー構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物系超電導体を製造する方法として、真空蒸着法、スパッタリング法、レーザ蒸着法、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＩＶＤ法（イオン気相成長法）などの成膜法が知られている。これらの各種成膜方法のうちで、均質で超電導特性の良い酸化物超電導体膜を製造できる方法としては、真空成膜プロセスを用い、ターゲットから発生させた粒子を対向する基材上に堆積させる、いわゆるスパッタリング法、レーザ蒸着法などの物理蒸着法が主流となっている。
【０００３】
図８に、酸化物系超電導体を製造するためのレーザ蒸着装置の一例を示した。
このレーザ蒸着装置は、内部を真空排気自在に構成された処理容器１０を有し、この処理容器１０の内部の蒸着処理室１０ａの下部側に基材１がセットされ、該基材１の上方側には酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲット２を配置してある。一方、処理容器１０の外部には前記ターゲット２の表面にレーザ光を照射して粒子の噴流（プルーム）３を発生させるための、レーザ発光装置４が設けられている。
前記処理容器１０は排気孔１０ｂを介して図示略の真空排気装置に接続されていて、処理容器１０の内部を真空排気できるようになっている。
【０００４】
前記ターゲット２は平盤状のものであり、円形の他に方形のものも使用される。材質は目的とする薄膜の組成と同じかそれに近い組成のものが使用される。例えば酸化物超伝導体の場合には、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔｉ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、などの酸化物焼結体を使用する。金属薄膜を作る場合はＣｕ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａなどの純金属が使用される。その他には窒化物等の高融点物質も使用される。
ターゲット２は、片方の表面が基材１表面と所定の角度をなして向き合うようにターゲットホルダー１１によって支持され配置されている。
【０００５】
また、基材１とターゲット２の間には、窓孔５ａを有するフィルタ板５を配置する場合がある。フィルター板５を使用することにより、ターゲット２から基材１に向けて移動する粒子のうち、窓孔５ａを通過して基材１に対してほぼ垂直に当たる粒子のみを選択的に基材１上に堆積させることができるようになる。このような窓孔５ａを有するフィルタ板５は、ターゲット２から基材１に向けて移動する粒子の噴流３の中心線Ｇが窓孔５ａの中心を通るように配置される。
【０００６】
基材１の下には基材表面を成膜に適する温度に保ち、時には生成した薄膜の熱処理を行うために、基材１を高温に加熱するヒーター６が配置されている。基材１は通常２００℃以上、高い時には９００℃以上の高温に加熱される。基材１の下部には温度を管理するための熱電対７を挿入してある。
【０００７】
一方、ターゲット２にはレーザ光が所定の角度を持って照射され、照射された部分のタ−ゲット２は局部的に超高温となり、構成粒子が蒸着処理室１０ａ空間に叩き出されて粒子の噴流（プルーム）３となって飛散し、対向配置された基材１上に飛来堆積して薄膜を形成するようになっている。
【０００８】
良好な超電導特性の結晶薄膜を得るには、基材１に対して方位の揃った結晶を成長させる必要があり、そのためにはプルーム３の軸が基材１に垂直になるように予め角度を選定してターゲット２を配置しておく必要がある。ターゲット２の方位を定めるには、通常ターゲット面をターゲットホルダー１１の台座面と平行になるように仕上げておき、ターゲットホルダー１１と基材１とが所定の角度になるように配置してある。
【０００９】
また、ターゲット２の局部的な消耗を避け、寿命の延長を図るためターゲット２上のレーザ光の照射位置を移動させている。照射位置を移動させる手段としては、一般的にはレーザ光を移動させるとともに、支持軸１９を回転させてターゲット２をターゲットホルダー１１ごと回転させる方法が採用されている（図８では回転機構省略）。
【００１０】
ところで、タ−ゲット２をターゲットホルダーの台座に取り付けるには、ターゲット２が金属材料である場合には搾孔して台座に直接ネジ止めすることもできるが、酸化物超電導体のような非金属材料では機械加工が難しく、ネジ止めは実用的でない。そこで通常は図９に示すような袋ナット方式のターゲットホルダー１１が使用されている。この方式は台座１２の外周にネジ３２を切る一方、ターゲット２を包み込むための底を打ち抜いた鍋状のターゲット受け皿４０の内壁にネジ４１を切り、前記台座１２のネジ３２と嵌合させてターゲット２を保持するものである。この方式に依ればターゲット２には機械加工する必要はなく、台座面とターゲット面を精度良く仕上げておけば、ターゲット面を台座と同じ方向に保つのは比較的容易であり、ターゲット２の厚さ変化への対応も可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の袋ナット方式のターゲットホルダーではネジ部の噛み合い面積が大きく、処理室内が高温に保持されるとターゲットホルダーも高温となって摺動部の焼付きを生じ、ターゲットが取り外し難くなる欠点があった。
また、円形ターゲットの場合にはターゲット本体とターゲット受け皿４０の大きさを揃えておくことで、比較的容易に台座表面に平行に取り付けることが可能であるが、方形のターゲットの場合にはターゲット２の固定が不安定となり、台座面に平行に取り付ける際に難点がある。さらにネジ部の締め付け具合によりターゲット受け皿４０内でターゲット２が若干傾斜したまま袋ナットを締めてしまうことがあり、ターゲット２を台座面に平行に取り付けることが困難となり、ターゲット２の傾きを確認することもできなかった。このような場合、蒸発粒子の噴流３の飛散方向が当所の設定通りにならず、レーザ光の中心が偏心してしまい、フィルター板５の窓５ａの中心を通らなかったり、基材１に垂直に当たらいなどの不都合を生じ、結果として超電導特性に優れた薄膜が得られなくなるという欠点があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであって、請求項１に記載の発明は、成膜装置に用いるターゲットホルダーであって、ターゲットを保持するための台座と、該台座を支持する支持軸と、ターゲットを該台座に固定するための把持具からなり、該台座は平盤状でターゲットを保持する面と反対側の面に支持軸を有し、かつターゲットを保持する面の周縁には、互いに切欠部分を隔てて３ヶ所以上に分割配置されたターゲットの位置決めをするための位置決め枠を有し、該切欠部分の台座側面にネジ部を設け、ターゲットを把持する把持具を用いて、ターゲットを該台座の側面の各ネジ部にネジ止めして固定するターゲットホルダー構造とした。
【００１３】
請求項２に記載の発明は把持具の取り付けネジ孔を長円形に構成し、ターゲットの厚さが変化しても容易に対応できるようにしたものである。
請求項３に記載の発明は、台座を回転式とし、ターゲットが均一に消耗するようにして延命を図ったものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係わるターゲットホルダーの例を示す外観図である。図２はこのターゲットホルダーのＡ−Ａ’に沿った断面図、図３は下方（Ｂ方向）から見た平面図である。
このターゲットホルダーが従来のターゲットホルダーと異なる点は、袋ナット方式を廃止し、複数の把持具を用いてターゲットを台座側面のネジ部に締め付けて固定する方式とした点にある。
【００１５】
図１は円形状のターゲットを対象とした例で、台座１２の周縁に３個のＬ字型の把持具１６を用いてネジ止めし、タ−ゲット２をターゲットホルダー１１に固定している。台座１２の周縁には図２に示すようにタ−ゲット２の位置決めをするための位置決め枠１３が台座のターゲット保持面１２ａよりやや下がった位置まで設けられている。台座１２及び位置決め枠１３の内壁は使用するターゲットの大きさよりも若干大きめに構成されており、ターゲットをはめ込めば所定の位置にターゲットが納まるようになっている。位置決め枠１３の深さはターゲットがずれなければ良く、台座１２のターゲット保持面１２ａからわずかに下がった状態、通常は０．２〜２ｍｍ程度あればよい。位置決め枠１３の長さは、ターゲットの位置決めに支障がない限り特に制限は無い。
【００１６】
本発明例では位置決め枠１３を台座１２の全周縁に設けるのではなく、３ヶ所の切欠部１４を設けて分割して配置した。切欠部１４は図２に示すとおり台座１２の厚さのままであり、こうすることによりターゲット２をターゲットホルダー１１に取り付けるに際しては、ターゲット２の傾きの有無が目視で判定できる利点が生ずる。切欠部１４の幅は特に制限はないが、把持具１６の幅と同等かやや広く構成しておくと良い。ターゲットを台座に固定するために、切欠部１４はターゲットの形状、大きさに従って複数個設ける。ターゲットが円形の場合には、把持具１６は３個以上あればタ−ゲットを所定位置に確実に固定することができる。また、ターゲットが方形の場合には、方形の各側面に沿って把持具１４で固定すると安定して固定可能となる。
台座１２の周縁は切欠部１４を含めて同一面としても良く（図５ａの場合）、或いは図５ｂのごとく切欠部１４の部分で一段引込めるように構成しても良い。このようにすれば把持具１６をより確実に台座１２に固定することが可能となる利点を有する。切欠部１４の台座１２の側面には、把持具取付用のネジ部１５を設けておく。
ネジ部１５は図５に示すようにネジ孔１５ａでも良いし、図６に示すようにネジ１５ｂを取り付けても良い。ネジ１５ｂを取り付けた場合はナット２０と座金２１とを用いて把持具１６を台座１２に取り付ける。
【００１７】
タ−ゲット２は、把持具１６を用いて台座１２の側面にネジ止め固定する。把持具１６は、最も単純には、図３に示すように固定部１６ａとターゲット保持部１６ｂとからＬ字型に構成したものを利用することができる。固定部１６ａにはネジ止めするためのネジ孔１７が明けられている。固定部１６ａとターゲット保持部１６ｂとは互いに直角になるように構成しておく。台座１２が円形で台座が曲面をなしている場合には、固定部１６ａの台座１２と接する面は、密着できるよう互いに面合わせを施しておくと良い。さらに、固定部１６ａの長さはタ−ゲット２の厚さに基づいてて決めれば良く、タ−ゲット２を把持するのに充分な長さがあれば良い。ターゲット保持部１６ｂの形状も特に制限は無く、ターゲットを受け止めて保持できるものであれば良い。例えば固定部１６ａと同じ幅であっても良いし、ターゲットに沿って横長に拡がっていても良い。ターゲット保持部１６ｂの長さも特に制限はなく、タ−ゲット２の大きさに基づいて把持するのに充分な長さがあれば良い。ネジ孔１７は固定部１６ａに沿って長円形にしておけば、ターゲットの厚さの変化にも対応できて都合がよい。
【００１８】
本発明の他の実施の態様として、図７には方状のターゲットとして４角形のターゲットを使用する場合の例として、台座１２が４角形の例を示す。ターゲット位置決め枠１３、把持具１６の構成方法は前述の通りで良い。本態様では切欠部１４とネジ部１５の設置位置は、方形台座の各側面とした。台座の各側面でターゲットを固定することにより、安定して把持することができる。本実施の態様を取ることにより、方形のターゲットにも対応できるようになる。
ターゲットホルダー１１の支持軸１９は、ターゲット２が基材１と所定の角度をなすように真空蒸着装置に取り付けられる（図示省略）。その場合支持軸１９を台座１２の中心部に配置し、回転機構（図示省略）に連結すればターゲット２を回転させることができる。ターゲットを回転させることにより、高品質の成膜が得られると共に、ターゲットの均一な消耗もはかられるので好都合である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、簡便な構造でしかも確実にターゲットを把持できるターゲットホルダー構造を提供できる。本発明によれば、ネジ部の摺動面積が減少するので焼付きが無くなり、ターゲットの脱着が容易となる。また、ターゲットの取り付け状況が目視で確認できるようになり、ターゲット表面を所定の方向に確実に保持できるようになるので、特性の良い成膜が得られるようになる。本発明はターゲットの材質に係わらず適用でき、レーザ蒸着装置ばかりでなく、スパッタリング装置、イオンプレーティング装置などのターゲットを使用する物理成膜装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わるターゲットホルダー構造の第１の例を示す外観図である。
【図２】 図１のターゲットホルダー構造を示す説明図である。
【図３】 図１のターゲットホルダーを下面（Ｂ方向）から見た図である。
【図４】 本発明に使用する把持具の一例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】 本発明の台座に設ける切欠部とネジ孔の構造例を説明する図である。
【図６】 ネジ部の一実施例を示す図である。
【図７】 本発明に係わるターゲットホルダー構造の第２の例を示す外観図である。
【図８】 レーザ蒸着装置を説明するための図である。
【図９】 従来のターゲットホルダー構造を示す図である。
【符号の説明】
１・・・基材、２・・・ターゲット、３・・・粒子の噴流（プルーム）、４・・・レーザ発光装置、５・・・フィルタ板、６・・・加熱ヒーター、７・・・熱電対、８・・・反射鏡、９・・・集光レンズ、１０・・・真空処理容器、１１・・・ターゲットホルダー、１２・・・台座、１３・・・位置決め枠、 １４・・・切欠部、１５・・・ネジ部、１６・・・把持具、１７・・・長孔、１８・・・ボルト、１９・・・支持軸、２０・・・ナット、２１・・・座金、４０・・・ターゲット受け皿、Ｇ・・・中心線

Claims (3)

1. 金属又は非金属のイオン若しくは蒸気または原子を使用して薄膜を形成する成膜装置に用いるターゲットホルダーであって、ターゲットを保持するための台座と、該台座を支持する支持軸と、ターゲットを該台座に固定するための把持具からなり、該台座は平盤状でターゲットを保持する面と反対側の面に支持軸を有し、かつターゲットを保持する面の周縁には、互いに切欠部分を隔てて３ヶ所以上に分割配置されたターゲットの位置決めをするための位置決め枠を有し、該切欠部分の台座側面にネジ部を設け、ターゲットを把持する把持具を用いて、ターゲットを該台座の側面の各ネジ部にネジ止めして固定するようにしたことを特徴とするターゲットホルダー構造。
2. 把持具のネジ孔が長円形であることを特徴とする請求項１に記載のターゲットホルダー構造。
3. 台座を回転式であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターゲットホルダー構造。

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