JP4814951B2 - マグネトロンスパッタリングによる金属帯の真空エッチングの方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、マグネトロンスパッタリングによって例えば鋼帯などの金属帯をエッチングする（ａｖｉｖａｇｅ）真空プロセスおよび装置に関する。

鋼帯の真空めっきの作業中に、付着前の帯の清浄状態は、重要な成功要因の１つであり、付着させるめっきの良好な接着性を決定する。これを実行するために使用されるプロセスの１つが、スパッタエッチングとも呼ばれるマグネトロンスパッタリングによる真空エッチングである。このプロセスは、ラジカルおよび／またはイオンの発生を可能にするプラズマを、帯と対極との間のガス中に生成することで構成される。これらのイオンは、通常の作業状態では、エッチングされる帯の表面に向かって加速して、表面の原子を引き剥がし、したがって汚れた可能性がある表面をクリーニングしながら、それを活性化する。

エッチングされる帯は、対極に面する真空室を通過する。対極は、それ自体が接地されていることが好ましい基板に対して正に偏倚される。帯の背後に配置された磁石の列が、その近傍で生成されたプラズマを閉じ込める。マグネトロンスパッタリングを実現するために必要な対極に対して、処理すべき金属帯を非常に正確に配置するために、金属帯は通常、軸の周囲で回転可能なバッキングロール上に配置される。

このタイプの表面処理を産業規模で実現すると、プロセスに追加の制約が与えられる。特に、エッチングされる表面の幅を、経時変化し得る鋼帯の幅に適合することが可能である必要がある。このような適合とは、プラズマ中で発生したラジカルまたはイオンの作用が、エッチングされる金属帯によって区切られた領域に制限されねばならないという意味である。

そのために、欧州特許出願第０６０３５８７号明細書は、プラズマによって基板を均一に腐食する装置を開示している。この装置によって、エッチング領域が、いずれの方向にも相応して寸法を変化させずに、短い長さにわたって変位することができる。これは基板の腐食をより均一にするが、処理される帯の幅の変化に実際に適応させることはできない。

欧州特許出願第０８７８５６５号明細書も知られ、これはエッチングによって処理される基板の幅の変動というこの問題を解決することを目的とするいくつかの装置を開示している。図４および図５に図示された第１の装置は、同じ幅である３つの個々の回路で構成された磁気回路を使用する。中心回路は静止し、他の２つの回路は、磁気回路全体の幅を帯の幅に適合させるように、帯に対して横断方向に移動することができる。帯がロール上に配置されていない、または非伝導ロールに載っている場合は、一部が帯上に、一部が絶縁表面上に延在するプラズマトラックに点火することが困難である。というのは、縁部が不均一な電界（ティップ効果）を生成する傾向があり、このポイントで交差するトラックのせいで、出力を増大させたい場合に多くのアークが発生するからである。したがって、この装置は、外側の磁気回路が鋼帯に面していないか、完全にそれに面している場合にのみ作動する。しかし、後者の場合、帯の幅に適合するように、磁気回路の作用する区域が重複するので、エッチングは均一でない。

帯を導電ロールに配置した場合、装置は、ロールを連続的かつ実質的に腐食せずには作動することができず、これを頻繁に交換する必要がある。

この文献は、図１から図３に図示され、長方形の枠３（Ｎ極）の形態の永久磁石、および３つの連続する平行なバー４（Ｓ極）から形成された永久磁石、またはその逆で構成された磁気回路を使用する第２の装置を開示している。Ｓ極の中心バー４ａは、Ｎ極を形成する枠３の長辺３ａと同様に静止している。枠３の端側３ｂおよびＳ極のバー４ｂは、帯の運動方向に対して横断方向に一緒に滑動することができる。帯がロールに位置していないか、非導電ロールに載っている場合、縁部で再び問題が生じる。磁気回路が、帯の縁部をわずかに越えて延在した場合、この部品を正確にエッチングするようにアークが現れる。また、帯の幅に適合するように磁石４の作用区域が重なっている場合、エッチングは不均質である。

さらに、帯が導電ロールに配置されている場合、磁石４の作用区域が重なっていると、エッチングが再び不均一になる。さらに、帯が狭い場合、処理される表面に面していないＮ極磁石３ａも、磁界を妨害する。

この文献は、図６に図示され、多房構造の磁気回路を使用する第３の装置も開示している。この構造は、連続的な列１２、１２’にある独立した磁気回路２’、２”などの連続体で構成される。帯が円筒形ロール上に位置していないか、非導電ロールに載っている場合、装置は作動するが、帯の縁部と交差する磁気回路でアークが形成されてしまう。帯が導電ロールに配置されると、装置はもう、エッチングされる幅を様々な基板の幅に適合させることができない。

したがって、本発明の目的は、マグネトロンスパッタリングによってバッキングロール上を進む金属帯の表面をエッチングするために、処理が帯の幅の変動に適合できるようにしながら、なおバッキングロールを損傷せずに全表面を均一に処理する真空プロセスおよび装置を提供することによって、先行技術のプロセスの欠点を矯正することである。

そのために、本発明の第１の主題は、対極に面するバッキングロール上を進む金属帯を、この帯に作用するラジカルおよび／またはイオンを発生するように前記金属帯に近い気体中にプラズマを発生する真空室内でマグネトロンスパッタリングによりエッチングする真空プロセスであり、前記金属帯のそれとほぼ等しい幅を有する少なくとも１つの閉じた磁気回路が、様々な固定幅の一連の少なくとも２つの閉じた磁気回路から選択され、次に前記選択された磁気回路が、前記金属帯に面するように配置され、次に前記移動する金属帯のエッチングが実行されることを特徴とする。

本発明によるプロセスはさらに、個別に、または組み合わせて以下の特徴を組み込むことができる。
− バッキングロールは導電ロールである。
− 閉じた１つまたは複数の磁気回路は、縁部と縁部を接して配置された磁石の列を備え、２つの連続する列は反対の極性を有する。
− 選択された１つまたは複数の磁気回路は、金属帯に対して接線方向で３００ガウスより大きい強度の磁界を発生する。
− １つまたは複数の磁気回路は、バッキングロール内にロールに対して同心状に配置された円筒形支持体の外面に配置され、円筒形支持体はこの軸に対して回転することができる。
− １つまたは複数の磁気回路は、軟鋼で作成されたヨーク上に配置される。
− １つまたは複数の磁気回路は、円筒形支持体の表面に向かってサイズが増加するように配列される。
− 選択されない磁気回路は、１００ガウスより大きい磁界を前記磁気回路から金属帯へと通過させない中和装置によって無効にされる。
− 中和装置は、前記１つまたは複数の磁気回路のいずれかの側に配置され、エッチング窓を画定する２つの部品で作成される。
− 一定の幅Ｌ１を有する金属帯の第１コイル、次に一定幅Ｌ２の第２コイルが処理され、第１コイルは、前記帯の上を運ばれる幅Ｌ１の閉じた磁気回路によって処理され、次に前記回路が、一定幅Ｌ２を有する金属帯の前記第２コイルを処理する幅Ｌ２の第２回路と交換するように除去される。
− エッチングされた金属帯は、次に保護コーティングで真空めっきされる。
− 金属帯は鋼帯である。

本発明の第２の主題は、マグネトロンスパッタリングによって金属帯をエッチングする真空装置で構成され、対極に面するバッキングロールと、前記金属帯を偏倚する手段と、前記帯と前記対極間の気体中にプラズマを生成する手段と、様々な固定幅で、それぞれが金属帯の全幅を個別に処理することができる一連の少なくとも２つの閉じた磁気回路と、前記金属帯に面して１つまたは複数の前記磁気回路を配置する手段とを備える。

本発明による装置はさらに、個別に、または組み合わせて以下の特徴を組み込むことができる。
− バッキングロールは導電ロールである。
− 閉じた１つまたは複数の磁気回路は、縁部と縁部を接して配置された磁石の列を備え、２つの連続する列は反対の極性を有する。
− １つまたは複数の磁気回路は、金属帯に対して接線方向で３００ガウスより大きい強度の磁界を発生することができる。
− １つまたは複数の磁気回路は、バッキングロール内にロールに対して同心状に配置された円筒形支持体の外面に配置され、円筒形支持体はこの軸に対して回転することができる。
− １つまたは複数の磁気回路は、軟鋼で作成されたヨーク上に配置される。
− １つまたは複数の磁気回路は、円筒形支持体の表面に向かってサイズが増加するように配列される。
− 装置はさらに、１００ガウスより大きい磁界を磁気回路から金属帯へと通過させない中和装置を含む。
− 中和装置は、前記１つまたは複数の磁気回路のいずれかの側で、金属帯と対極との間に配置されることができる２つの部品で作成される。

次に、添付図面に関して本発明をさらに詳細に説明する。

最初に図１に関して、これは円筒形表面を有し、軸を中心に回転できるバッキングロール３が内部に装着された真空室２を備えた本発明による装置１を示す。エッチングされる鋼帯４が、対極５に面してこのロール３の周囲に巻き付けられる。対極は、それ自体が接地されることが好ましい鋼帯に対して正に偏倚される。

対極システムは、１つまたは複数の電極で構成され、例えば線など、様々な形態をとることができる。

その内部にいくつかの磁気回路７を収容するドラム形の支持体６が、ロール３の内側に装着される。バッキングロール３は、製造範囲内で意図された幅のすべてに適合できるために、内部に適切な数の磁気トラック７を収容するのに十分な直径でなければならない。

ロール３は、帯４の縁部を越えて延在するプラズマによって連続的に腐食されるので、ロールのテーブルは、したがって磨耗部品と見なされなければならない。ロール３は、容易に調整でき、テーブルは、寿命の最後で容易に交換できねばならない。この寿命は表面スパッタリング速度に依存する。低めの腐食速度を有する任意の導電性コーティングを選択することにより、その寿命を改良することが可能である。

ロール３は、任意選択で地面に接続することができ、導電性であることが好ましい。その結果、この実施形態は、エッチング中に帯の中心と縁部の間の処理を不均一にする帯の縁部におけるアークの出現を制限、または防止さえすることを可能にする。

ドラム６は、生産中にバッキングロール３の内側で回転することができる。このドラム６は、製造範囲内で意図された幅のすべてに適合できるために、適切な数の磁気トラック７を収容するのに十分な直径でなければならない。

図２に見られるように、磁気回路７は様々な幅であり、鋼帯４が進む方向に対して横断方向に増加する。

各磁気回路７は、軟鋼で作成された部品に装着できる磁石８で構成される。これらの部品は、ドラムに取り付けられた独立要素であるか、クレードルとして働く外殻でよい。

磁石８の下の軟鋼ヨークは、マグネトロン構成上の誘導磁界を増加させるために使用され、磁力線が磁石８から離れて後方で消失するのを防止するので有利である。

磁石８は、帯に対して接線方向の磁界が３００ガウスより大きく、好ましくは５００ガウスより大きい少なくとも１つの閉じた磁気トラックを形成するように構成される。

任意の１つの列の磁石８は、封じ込めの有効性を低下させる長方形の磁界歪みを回避するように、縁部と縁部を接して配置されることが好ましい。

さらに、図１に見られるように、中和マスク９が、エッチング窓の活性部分を除いてバッキングロール３全体を囲む。マスク９は、非強磁性体で作成することができ、中実または中空でよいが、閉じている。これらのマスク９の厚さは、エッチング領域外でのプラズマの点火を回避するように、そこから出る磁界が１００ガウス未満、都合よくは５０ガウス未満であるような厚さである。

次に、本発明による装置の動作が説明される。鋼、アルミ、銅などで作成することができる金属帯４をエッチングすることが望ましい場合は、これが例えば負に偏倚され、真空室２を通って進むようにされる。プラズマは、この室２内で正に偏倚された対極と帯４の間で点火される。帯４は、自身へのイオンおよび／またはラジカルの衝突によってエッチングされる。

ドラム６を回転することによって、所望の幅の１つまたは複数の磁気回路７が選択され、対極５に面して配置される。進行する帯４の正確な寸法に合わせてエッチング窓を調節するように、磁界中和マスク９が、１つまたは複数の磁気回路７のいずれかの側に配置される。帯４の幅に変化があった場合、必要なのは、適切な幅の磁気回路７を対極に面して配置するようにドラム６を回転することだけである。

したがって、本発明の装置およびプロセスは、様々な幅の金属帯を効果的かつ単純な方法で処理し、電気アークを発生させることなく、エッチングされないバッキングロールを損傷することなく、縁部を含む全表面にわたって均一に処理することを可能にすることが分かる。

さらに、本発明による装置を使用して、一定幅であるが厚さがコイル毎に異なる金属帯の連続的コイルを処理することも可能である。したがって、一定幅Ｌ１の帯の第１コイルを、次に一定幅Ｌ２の帯の第２コイルを処理しなければならない場合、幅Ｌ１の第１磁気回路７が最初に帯４の上に配置され、装置を修正せずに、第１コイル全体が処理される。次に、幅Ｌ２の第２磁気回路７が帯４の路に面するような方法で、ドラム６が回転され、他方の選択されなかった回路７を中和するようにマスク９が配置された後に、幅Ｌ２の第２コイルが処理される。したがって、産業ラインの製造範囲に応じて、この製造範囲内にある帯の幅と同じ幅の磁気回路７を設けたドラム６を都合よく設けることが可能である。

本発明による装置の一実施形態の略断面図である。 図１の装置の部分の略上面図である。

Claims (21)

1. 対極（５）に面するバッキングロール（３）上を進む金属帯（４）を、この帯（４）に作用するラジカルおよび／またはイオンを発生するように前記金属帯（４）に近い気体中にプラズマを発生する真空室（２）内でマグネトロンスパッタリングによりエッチングする真空法であって、前記金属帯（４）のそれとほぼ等しい幅を有する少なくとも１つの閉じた磁気回路（７）が、様々な固定幅の一連の少なくとも２つの閉じた磁気回路（７）から選択され、次に前記選択された磁気回路（７）が、前記金属帯（４）に面するように配置され、次に前記移動する金属帯（４）のエッチングが実行されることを特徴とする、方法。
2. 前記バッキングロール（３）が導電性ロールである、請求項１に記載の方法。
3. 前記閉じた１つまたは複数の磁気回路（７）が、縁部と縁部を接して配置された磁石（８）の列を備え、２つの連続する列が反対の極性を有する、請求項１および２のいずれかに記載の方法。
4. 前記選択された１つまたは複数の磁気回路（７）が、前記金属帯（４）に対して接線方向に３００ガウスより大きい強度の磁界を発生する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記１つまたは複数の磁気回路（７）が、前記バッキングロール（３）内に前記ロール（３）と同心状に配置された円筒形支持体（６）の外面に配置され、円筒形支持体（６）がこの軸を中心に回転することができる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記１つまたは複数の磁気回路（７）が、軟鋼で作成されたヨーク上に配置される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記１つまたは複数の磁気回路（７）が、前記円筒形支持体（６）の表面上にサイズの小さい順に配列される、請求項５および６のいずれか一項に記載の方法。
8. 選択されていない磁気回路（７）が、１００ガウスより大きい磁界を前記磁気回路（７）から金属帯（４）へと通過させない中和装置（９）によって無効にされる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記中和装置（９）が、前記１つまたは複数の磁気回路（７）のいずれかの側に配置され、エッチング窓を画定する２つの部品で作成される、請求項８に記載の方法。
10. 一定の幅Ｌ１を有する金属帯（４）の第１コイル、次に一定幅Ｌ２の第２コイルが処理されるプロセスにして、第１コイルが、前記帯（４）の上を運ばれる幅Ｌ１の閉じた磁気回路（７）によって処理され、次に前記回路（７）が、一定幅Ｌ２を有する金属帯（４）の前記第２コイルを処理する幅Ｌ２の第２回路（７）と交換するように除去される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 金属帯（４）が鋼帯である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記エッチングされた金属帯（４）が、次に保護コーティングで真空めっきされる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 対極（５）に面するバッキングロール（３）と、前記金属帯（４）をバイアスする手段と、前記帯（４）と前記対極（５）間の気体中にプラズマを生成する手段と、様々な固定幅で、それぞれが金属帯（４）の全幅を個別に処理することができる一連の少なくとも２つの閉じた磁気回路（７）と、前記金属帯（４）に面して１つまたは複数の前記磁気回路（７）を配置する手段とを備える、マグネトロンスパッタリングによって金属帯（４）をエッチングする、真空装置（１）。
14. 前記バッキングロール（３）が導電性ロールである、請求項１３に記載の装置。
15. 前記閉じた１つまたは複数の磁気回路（７）が、縁部と縁部を接して配置された磁石（８）の列を備え、２つの連続する列が反対の極性を有する、請求項１３および１４のいずれかに記載の装置。
16. 前記１つまたは複数の磁気回路（７）が、前記金属帯（４）に対して接線方向に３００ガウスより大きい強度の磁界を生成することができる、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記１つまたは複数の磁気回路（７）が、前記バッキングロール（３）内に前記ロール（３）と同心状に配置された円筒形支持体（６）の外面に配置され、円筒形支持体（６）がこの軸を中心に回転することができる、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記１つまたは複数の磁気回路（７）が、軟鋼で作成されたヨーク上に配置される、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記１つまたは複数の磁気回路（７）が、前記円筒形支持体（６）の表面上にサイズの小さい順に配列される、請求項１７および１８のいずれかに記載の装置。
20. さらに、１００ガウスより大きい磁界を前記磁気回路（７）から金属帯（４）へと通過させない中和装置（９）を含む、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記中和装置（９）が、前記１つまたは複数の磁気回路（７）のいずれかの側で、前記金属帯（４）と対極（５）の間に配置できる２つの部品で作成される、請求項２０に記載の装置。

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