JP4824091B2 - 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、帯と対極との間の気体中に生成することに存する。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金属帯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。しかし、このタイプのロールは、剛性板の形態の金属帯が処理される場合は必要とされない。

しかし、鋼帯などの連続的に進行する金属帯のクリーニングにこの技術を適用する場合に生じる問題は、対極が汚れることである。エッチングプロセス中に、帯の表面から腐食された粒子は、対向する部品、つまり対極に付着し、時間の経過とともに弱結合の黒い膜で覆う。これは最終的にひび割れて、剥がれ、アークを開始する粉末状チップを形成する。アークの形成は以下のことを引き起こすことがある。
− 最初に、アークが開始されるポイントで鋼帯の表面が損傷する。
− 第２に、アークを検出すると発電機による電流の供給に短い継続時間（約１００μｓ）の中断があるので、進行する帯の小さい区域にエッチング欠陥を引き起こす。
最後に、付着が誘電性である場合は、電極を絶縁し、プラズマの動作を妨げることがある。

したがって、エッチングプロセス中に、対極の清浄さの良好な状態を維持することが基本的であることが判明した。

欧州特許出願第０９０８５３５号明細書は、薄い酸化被膜によって汚染された金属帯の表面をエッチングするプロセスを開示している。使用される対極は、ＡＣ電流発生器に接続されて対で使用される。これは平坦な形状または丸まった形状を有し、ある期間にわたってアークの形成の防止を可能にする。稼働中にある期間の後、これらの電極は汚れてしまう。つまり、前記電極をクリーニングするために、プロセスを中断しなければならず、さもないとエッチング出力を低下させねばならない。いかなる場合も、これはその効率および／または品質を損なってしまう。

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進行する金属帯の表面をエッチングするために、電気アークの不適切な形成による金属帯への損傷およびエッチング欠陥を防止しながら、エッチングの品質および効率を改良し、プロセスを中断せずにそれを実行することを可能に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、導電性材料で作成した少なくとも１つの対極上を進行する金属帯を、この金属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、金属帯上には磁気封じ込め回路が配置され、対極は、回転および／または並進によって金属帯に対して移動することができる表面を有し、表面はエッチング中に動作し、再びプラズマに曝露する前に、プラズマの陰に配置されたクリーニング装置によって連続的にクリーニングされる。

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。
− クリーニング装置は、局所化された機械的作用を有するクリーニング装置である。
− クリーニング装置は、対極の移動表面と接触する剛性スクレーパで構成される。
− クリーニング装置の作用によって対極の移動する表面からこそげ落とされた物質は、前記真空室の底部に配置された収集装置によって回収される。
− 対極は、金属帯に対して正に偏倚され、金属帯を接地することも接地しないことも可能である。
− 対極はＡＣ電位に曝露し、金属帯を接地することも接地しないことも可能である。
− 真空室には、少なくとも２つの回転ロールおよびロール上の張力を受けたベルトで構成された対極が設けられる。
− １つまたは複数の対極は、冷却される。

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、少なくとも１つの対極がある真空室と、金属帯を偏倚する手段と、対極を偏倚する手段と、金属帯と対極間の気体中にプラズマを生成する手段と、回転および／または並進によって金属帯に対して移動することができる表面を有する対極および金属帯の上に配置されている少なくとも１つの磁気封じ込め回路と、プラズマの陰に配置され、移動表面をクリーニングするクリーニング装置とを備える。

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。
− クリーニング装置は、局所化された機械的作用を有するクリーニング装置である
− クリーニング装置は、対極の移動表面と接触する剛性スクレーパで構成される。
− 真空室はさらに、対極の移動表面からこそげ落とされた物質を前記クリーニング装置の作用を介して収集する収集装置を含み、収集装置は前記真空室の底部に配置される。
− 対極は、金属帯に対して正に偏倚され、前記金属帯を接地することも接地しないことも可能である。
− 対極はＡＣ電位に曝露し、金属帯を接地することも接地しないことも可能である。
− 真空室には、少なくとも２つの回転ロールおよびロール上の張力を受けたベルトで構成された対極が設けられる。
− 対極には、冷却手段が設けられる。

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を考察すると、これは鋼帯などの金属帯２が進行する真空室１を示す。この真空室１の底部分には、軸を中心に回転可能な円筒形状の２つの対極３および３’がある。対極３、３’は導電性材料で作成されねばならない。強磁性体が適切なことがあるが、プラズマの磁気封じ込めを妨害しないように、非強磁性体を使用することが推奨される。

対極３、３’は加熱され、したがってある場合は冷却しなければならない。これは、例えば自身上を進行する金属帯２によって機械的に回転される。対極３、３’は、真空状態に配置された電気モータ、空気圧モータ、油圧モータで、または回転真空シールを介して駆動することもできる。

金属帯２は接地され、対極３、３’は正に偏倚される。

この帯２の上には、金属帯２に近いプラズマを封じ込める働きをする磁石の形態をとる磁気回路４がある。

各対極３、３’には、スクレーパ５、５’が設けられ、各スクレーパは、金属帯２をエッチングするためにプラズマの陰に配置される。スクレーパ５、５’を固定する場合は、セルの内面がエッチングで除去された導電性粒子でめっきされた後でも、対極３、３’とシステムの他の構成要素との間に短絡が生成されるのを回避するように、特に注意しなければならない。絶縁装置の周囲にめっき防止バッフルを配置することができる。これらのバッフルは、室１の壁とスクレーパ５、５’との間に、それを相互に絶縁するように配置される。したがって、スクレーパ５、５’の支持体はめっきされず、それによっていかなる短絡も防止する。

スクレーパ５、５’は、導電体でない限り、任意の適切な材料で作成することができる。特に、セラミックまたはガラスでよい。

スクレーパ５、５’が、跳ね返った後でもチップを金属帯２に向かって吹き飛ばさないことを保証するために予防措置も講ずることができる。

真空室１は、スクレーパ５、５’によってこそげ落とされた物質を回収するトレイ６も含む。

金属帯２が真空室１内でエッチングされている時に、対極３、３’は、スクレーパ５、５’によって連続的にクリーニングされるように、比較的遅い回転運動を実行するようにされる。これらの手段によってこそげ落とされた物質はトレイ６内に落下し、これは定期的に空にすることができる。

次に図２を考察すると、これは対極３、３’にＡＣ電位が与えられ、進行する金属帯２が接地されていても接地されていなくてもよい本発明の第２の実施形態を示す。

システムは、１つまたは複数の対極を備えることができる。図４に示す部分図で見られるように、対極７は、ロール９、９’の間に張力が加えられ、「コンベヤベルト」の原理を使用して駆動されるベルト８で構成してもよい。プラズマの陰に配置されたスクレーパ１０は、ベルトが真空室１内を進行している間に、ベルトをクリーニングするために使用される。

例示的実施例
エッチングシステムの効率の１つの指標は、アークを形成せずにエッチングセルに加えることができる最大出力でよい。
したがって、従来通りのエッチングセルおよび図１に示すようなエッチングセルについて、この最大出力を測定する実験が実行された。
したがって、本発明によるエッチング装置で測定された最大定常出力が、平坦な静止対極を有する従来通りの装置に比べると２倍以上であることが実証された。
マグネトロンエッチングによる金属帯の腐食速度は、加えられる出力とともに変動するので、本発明による対極の使用は、エッチングの効率を２倍にすることができる。

以上で提示された対極システムは、時間が経過しても清浄なままであり、金属帯表面のエッチングから放出する粒子から発するアークの出現または「消失アノード」問題を防止する。

本発明による装置の一実施形態の略断面図である。 本発明による装置の第２実施形態の略断面図である。 本発明による装置の第３実施形態の略断面図である。

Claims (17)

1. 導電性材料で作成した少なくとも１つの対極（３、３’、７）上を進行する金属帯（２）を、この金属帯（２）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（２）に近い気体中にプラズマを発生する真空室（１）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にして、前記金属帯（２）上には磁気封じ込め回路（４）が配置される方法であって、前記対極（３、３’、７）が、回転および／または並進によって前記金属帯（２）に対して移動することができる表面を有し、前記表面がエッチング中に動作し、再び前記プラズマに曝露する前に、前記プラズマの陰に配置されたクリーニング装置（５、５’、１０）によって連続的にクリーニングされることを特徴とする、方法。
2. 前記クリーニング装置（５、５’、１０）が局所的な機械的作用を有するクリーニング装置である、請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記クリーニング装置（５、５’、１０）が、前記対極（３、３’、７）の移動する表面と接触している剛性スクレーパで構成される、請求項２に記載のエッチング方法。
4. 前記クリーニング装置（５、５’、１０）の作用によって前記対極（３、３’、７）の移動する表面からこそげ落とされた物質が、前記真空室（１）の底部に配置された収集装置（６）によって回収される、請求項１から３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
5. 前記対極（３、３’、７）が金属帯（２）に対して正にバイアスされ、前記金属帯（２）を接地するか接地しないことが可能である、請求項１から４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
6. 前記対極（３、３’、７）がＡＣ電位に曝露し、金属帯（２）を接地するか接地しないことが可能である、請求項１から４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
7. 前記真空室（１）に、少なくとも２つの回転ロール（９、９’）および前記ロール（９、９’）上で張力を受けたベルト（８）で構成された対極（７）が設けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記対極（３、３’、７）が冷却される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記金属帯（２）が鋼帯である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. マグネトロンスパッタリングによって金属帯（２）をエッチングする真空装置であって、少なくとも１つの対極（３、３’、７）がある真空室（１）と、前記金属帯をバイアスする手段と、前記対極（３、３’、７）をバイアスする手段と、前記金属帯（２）と前記対極（３、３’、７）間の気体中にプラズマを生成する手段と、回転および／または並進によって前記金属帯（２）に対して移動することができる表面を有する前記対極（３、３’、７）および前記金属帯（２）の上に配置されている少なくとも１つの磁気封じ込め回路（４）と、前記プラズマの陰に配置され、前記移動表面をクリーニングするクリーニング装置（５、５’、１０）とを備える、装置。
11. 前記クリーニング装置（５、５’、１０）が局所的機械的作用を有するクリーニング装置である、請求項１０に記載のエッチング装置。
12. 前記クリーニング装置（５、５’、１０）が、前記対極（３、３’、７）の移動する表面と接触している剛性スクレーパで構成される、請求項１１に記載のエッチング装置。
13. 真空室（１）がさらに、前記クリーニング装置（５、５’、１０）の作用によって前記対極（３、３’、７）の移動する表面からこそげ落とされた物質を収集する収集装置（６）を含み、前記収集装置（６）は、前記真空室（１）の底部に配置される、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のエッチング装置。
14. 前記対極（３、３’、７）が金属帯（２）に対して正に偏倚され、前記金属帯（２）を接地するか接地しないことが可能である、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のエッチング装置。
15. 前記対極（３、３’、７）がＡＣ電位に曝露し、金属帯（２）を接地するか接地しないことが可能である、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のエッチング装置。
16. 真空室（１）に、少なくとも２つの回転ロール（９、９’）および前記ロール（９、９’）上で張力を受けたベルト（８）で構成された対極（７）が設けられる、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記対極（３、３’、７）に冷却手段が設けられる、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の装置。

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