JP5291679B2 - 中空ターゲット組立体 - Google Patents

Description

本発明は、スパッタリングターゲット組立体に関し、特に、支持管及びターゲット本体間で良好な接着性を提供すべく弾性要素を用いた中空のターゲット組立体に関する。

従来の平面ターゲットのスパッタリング効率は、１５％から４０％に過ぎず、そのため平面ターゲットは、広いエリアの堆積に適さない。回転ターゲットのスパッタリング効率は７０％から９０％に高めることができるので、コストを下げるために、回転ターゲットが平面ターゲットの代わりに広いエリアの堆積に広く用いられている。

回転ターゲットは、通常、ターゲット本体と支持管とから成る。前記ターゲット本体は、支持管の外周面を覆う。ターゲット本体は、前記堆積中に多量の熱を発生し、該熱は支持管を経由して冷却媒質に導かれる必要がある。したがって、支持管とターゲット本体との間の十分な接触面積は、良好な熱伝導を提供するために、必要である。従来では、それらが互いに良好に接触することができるように、低融点を有する金属がターゲット本体と支持管との間の間隙に満たされる。しかしながら、低融点金属のコストは高すぎ、ターゲット本体の内面及び支持管の外面は、さらに金属被覆の必要がある。さらに、堆積及び冷却の工程中、それらが異なる熱膨張係数を有するので、ひびがターゲット本体と支持管との間に生じることがある。

前記した問題を解決するために、米国特許出願公開第２００８／０００３３８５号明細書及び国際公開第２００９／０３６９１０号は、図７に示されているように、支持管とターゲット本体との界面に少なくとも凸形又は凹形のいずれかから成る噛み合い部分を含む支持管を開示する。前記ターゲット本体は、熱処理又は鋳造によって、前記支持管に付着される。しかし、熱処理のための装置は高価であり、それによって製造コストを増大させる。さらに、支持管とターゲット本体の熱膨張係数の差が大きすぎ、前記噛み合い部分にあまりに大きな応力が引き起こされると、ひび及びはく離が起こることがある。前記ターゲット本体を形成するために鋳造技術を使う場合、高い鋳込温度及び長い冷却時間はターゲット本体の密度の低下及びターゲット本体の不均一な微細構造を起こすので、堆積膜の品質がよくない。

米国特許出願公開２００９／０１５２１０８号明細書は、図８に示されるように、前記支持管と前記ターゲット本体との間に形成された間隙を克服するために弾性要素を用いるターゲット配置を開示する。しかしながら、前記支持管と前記ターゲット本体とは弾性要素の摩擦によって相互に付着される。不十分な弾性の要素が使用されると、前記弾性要素によって提供される摩擦は、前記ターゲット本体が動くことを阻止するのに不十分となる。前記支持管と前記ターゲット本体との間の前記間隙に、如何にして十分な弾性要素を入れるかは、非常に複雑な技術である。

米国特許出願公開第２００８／０００３３８５号明細書 国際公開第２００９／０３６９１０号 米国特許出願公開第２００９／０１５２１０８号明細書

本発明の目的は、高コスト、複雑な工程、ターゲット本体と支持管との間の接触不良及びターゲット材による堆積膜の粗悪品についての欠点が改善可能な中空ターゲット組立体を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、
先端及び末端と、該先端及び末端の近傍位置で外面にそれぞれ形成された凹所とを有する支持管と、
少なくとも第１の中空ターゲット材と、第２の中空ターゲット材と、前記第１及び第２のターゲット材の内面にそれらの一端から軸線方向にわたってそれぞれ形成された溝とを有し、前記第１及び第２のターゲット材の前記端に開口が形成されたターゲット本体と、複数の弾性部材とを含み
前記第１及び第２の中空ターゲット材の内面の前記溝と前記支持管の前記先端及び末端の対応する前記凹所とにより空間が形成され、各空間に１つの弾性要素が偏倚して置かれるように、前記第１及び第２の中空ターゲット材は、順次前記支持管の外周囲面を覆い、前記第１及び第２の中空ターゲット材で前記先端及び末端にそれぞれ面して開口する、中空ターゲット組立体を提供する。ここに、前記各弾性部材は、弾性のあるＶ字形状をしたシートであり、前記弾性のあるＶ字形状をしたシートは２つのシート要素からなり、該２つのシート要素は互いに斜めに接合し、接合端を形成する。該接合端を第１の接合端（３０１）とし、前記２つのシート要素は、前記第１の接合端の反対側に第２の端（３０２）を有する。前記第１の接合端（３０１）は前記溝（２３）を押し、前記第２の端（３０２）の１つが前記支持管（１）の外面の凹所（１２）を押すことにより、前記支持管（１）が前記中空ターゲット本体（２）に対して支持管の軸線方向にずれが生じるのを防ぐ。

好ましくは、前記ターゲット本体は、さらに、少なくとも１つの第３の中空ターゲット材を含み、前記第３の中空ターゲット材が前記第１及び第２のターゲット材間に置かれる。前記第３のターゲット材には一端から軸線方向にわたって内面に溝が形成され、また対応する凹所が前記支持管の外面に形成されており、前記弾性部材が前記溝及び対応する凹所により形成された前記空間に入れられている。

好ましくは、前記第１の中空ターゲット材には、さらに、軸線方向にわたって前記第３の中空ターゲット材への近接端に溝が形成されており、前記弾性要素が前記溝と対応する凹所とにより形成される前記空間に入れられるように、前記支持管の外面には対応する凹所が形成されている。

好ましくは、前記弾性要素は、弾性を有するシートであり、その一端は前記溝に置かれ、他端は前記対応する凹所に置かれる。一実施例では、前記第１、第２及び第３ターゲット材の前記溝は、それぞれ連続する環を形成し、前記支持管の前記凹所は連続する環を形成する。他の実施例では、前記第１、第２及び第３ターゲット材の前記溝は、それぞれ断続的な環を形成し、前記支持管の前記凹所は断続的な環を形成する。

好ましくは、前記弾性要素はスプリングであり、その両端はそれぞれ前記溝の底と対応する凹所の底にそれぞれ接触する。一実施例では、前記第１、第２及び第３ターゲット材の前記溝は、それぞれ断続的な環を形成し、前記支持管の前記凹所は連続的な環を形成する。

本発明の中空ターゲット組立体の第１の好適な実施例の横断面図であり、 本発明の中空ターゲット組立体の第２の好適な実施例の横断面図であり、 本発明の中空ターゲット組立体の第３の好適な実施例の横断面図であり、 本発明の中空ターゲット組立体の第４の好適な実施例の横断面図であり、 本発明の中空ターゲット組立体の第５の好適な実施例の平面図であり、 本発明の中空ターゲット組立体の第６の好適な実施例の平面図であり、 従来技術のある１つの中空ターゲットの横断面図であり、 従来技術の他の1つの中空ターゲットの横断面図である。

本発明の上記の及び他の技術的特徴及び利点は、図面を参照してより詳しく説明されるであろう。

回転ターゲット材の製造コストを下げ、また前記支持管と前記ターゲット本体との間の接触を改善するために、本発明は、図１に示されるように、１つの支持管１と、１つのターゲット本体２と、複数の弾性要素３とから成る中空ターゲット組立体を提供する。

支持管１は先端１０及び末端１１を備える。凹所１２が、それぞれ先端１０及び末端１１に近い位置で、支持管１の外面に形成されている。凹所１２は、機械加工によって連続する環に形成されており、凹所１２の断面形状は、矩形、三角又は他のどのような形状であっても良い。

ターゲット本体２は、第１の中空ターゲット材２０と、第２の中空ターゲット材２１とを含む。開口２４が第１の中空ターゲット材２０及び第２の中空ターゲット材２１にそれぞれ形成されるように、溝２３が、第１の中空ターゲット材２０及び第２の中空ターゲット材２１の内面にそれぞれ前記ターゲット材料の一端２２から軸線方向にわたって形成されている。第１及び第２の中空ターゲット材２０、２１は、連続的に支持管１の外周面を順次に覆い、第１及び第２の中空ターゲット材２０、２１の開口２４は支持管１の先端１０及び末端１１に面し、空間４が、第１及び第２の中空ターゲット材２０、２１の前記内面の溝２３と、支持管１の先端１０及び末端１１の前記外面の対応する凹所１２とによって形成されている。

弾性要素３は、開口２４から第１及び第２の中空ターゲット材２０、２１に偏倚し、溝２３及び対応する凹所１２によって形成された空間４内に配置されている。支持管１及びターゲット本体２は、これらの弾性要素３によって密接に結合されている。

第１の中空ターゲット材２０が支持管１に通され該支持管を覆い、弾性要素３が溝２３及び対応する凹所１２によって形成された空間４内に配置された後で、第１の中空ターゲット材２０が金属の融点に加熱される。前記溶融金属は、支持管１と第１の中空ターゲット材２０との間の間隙に注がれる。熱源は取り除かれ、第１の中空ターゲット材２０の温度は徐々に低下するので溶融金属が固まり、その結果、第１の中空ターゲット材２０と支持管１とが良好に相互に付着することができる。その後、第２の中空ターゲット材２１は、良好に支持管１に付着するように同じ方法で処理される。これに関し、支持管１、ターゲット本体２及び前記金属間の異なる熱膨張は、析出すなわち冷却過程で、支持管１とターゲット本体２との間に空所を生成させるであろうが、弾性要素３の使用によって、支持管１とターゲット本体２との相互の接着性を維持することができ、またターゲット本体２は移動しない。

好ましくは、前記金属は低融点を有する金属である。より好ましくは、前記金属はインジウムである。

図１及び図４に示されているように、ターゲット本体２は、第１の中空ターゲット材２０と第２の中空ターゲット材２１との間に、少なくとも第３の中空ターゲット材２５をさらに含む。初めに、第１の中空ターゲット材２０は、支持管１の外周面を覆い、弾性要素３の使用によって固定的に留まる。次に、第３の中空ターゲット材２５が支持管１に通される。最後に、第２の中空ターゲット材２１は、支持管１に通され、弾性要素３の使用によって固定的に留まる。第３の中空ターゲット材２５の総量は、支持管１の長さによって変えることができる。第１及び第２の中空ターゲット材２０、２１が弾性要素３によって固定位置に留まるので、第３の中空ターゲット材２５もまた、第１及び第２の中空ターゲット材２０、２１間でターゲット本体２の中間に固定的に留まる。

図２に示されているように、第３の中空ターゲット材２５には、また、前記内面の溝２３が一端２２から前記軸線方向にわたって形成されている。対応する凹所１２が、また支持管１の前記外周面に形成されている。第３の中空ターゲット材２５が支持管１に通されるとき、溝２３を有する一端２２は、支持管１の末端１１に向き合う。この点に関し、第１、第２及び第３の中空ターゲット材２０、２１、２５は、弾性要素３を配置するための溝２３を有し、したがって、より効率的な熱伝導率を提供するために、ターゲット本体２と支持管１との間の接着性が高められる。

組立の間に、第１の中空ターゲット材２０は、支持管１に通され、弾性要素３が空間４に配置される。溶融金属は支持管１と第１の中空ターゲット材２０との間の間隙に注がれる。液体金属が固まった後、第３及び第２の中空ターゲット材２５、２１は、同様な方法で連続的に支持管１に通される。すなわち、第３及び第２の中空ターゲット材２５、２１のそれぞれが支持管１に通されると、弾性要素３は該支持管の対応する凹所１２によって形成された空間４内に置かれる。その後、前記溶融金属は前記中空のターゲット材と支持管１との間の間隙に注ぎ入れられ、冷却され、次の第３又は第２の中空ターゲット材２５、２１は前記と同様な処理のために支持管１に通される。

図３に示されているように、第１の中空ターゲット材２０の前記内面には、さらに、他端から溝２３が前記軸線方向にわたって形成されている。支持管１の前記外面にも、また対応する位置に凹所１２が形成されている。弾性要素３が、ターゲット本体２と支持管１との間の接着性を高めるべく、溝２３と対応する凹所１２とによって形成された空間４内に入れられる。

前記ターゲット材の溝２３は、弾性要素３を配置するための空間を提供する。しかし、溝２３は、前記処理の間、前記ターゲット材への衝撃を防止するため及び前記ターゲット材の使用領域を増大するために可能な限り小さくするべきである。十分な抵抗を提供し、弾性要素３の変位を防止するために、凹所１２の周方向の深さは、弾性要素３の厚さほどでないとしても、同じくらいである。

図１から図３に示されているように、弾性要素３は、好ましくは曲がった弾力を有するシートである。弾性要素３が弾性を有するシートである場合、前記ターゲット材の前記軸線方向の溝２３の深さは、凹所１２の端からの支持管１の最も近い端までの距離より大きい。したがって、弾性要素３の一端は溝２３に置かれ、また弾性要素３の他端は対応する凹所１２に置かれている。

図４に示されているように、弾性要素３は、好ましくはスプリングである。弾性要素３がスプリングである場合、該スプリングの両端が溝２３溝と、対応する凹所１２の底とにそれぞれ接触する。

弾性要素３は、好ましくは、前記ターゲット材の支持に良好な強さを有する。弾性要素３は、好ましくは、ターゲット本体２から支持管１へ熱を伝導するための良好な伝導率を有する。好ましくは、弾性要素３は純銅から作られる。

図５に示されているように、前記ターゲット材の溝２３は、機械加工によって連続環として作ることができる。溝２３は、また図６に示すように、断続的な環（すなわち多数の溝）として作ることができる。

例
アルミニウム酸化亜鉛が、スパッタリング材料として選ばれ、ターゲット本体２を形成する。ターゲット本体２は、１つの第１の中空のターゲット材２０、１つの第２の中空のターゲット材２１及び３つの第３の中空のターゲット材２５を含む。前記三種類の中空のターゲット材の外径及び内径は、それぞれ１６０ｍｍ及び１３３ｍｍである。前記ターゲット材の軸線方向の各長さは２８０ｍｍであり、その結果ターゲット本体２の全長は１４００ｍｍである。溝２３は、第１の中空ターゲット材２０及び前記第２の中空ターゲット材の一端２２からの該ターゲット部材の前記内面への機械加工により、軸線方向に深さ１０ｍｍ及び円周方向に２ｍｍの深さを有する連続的な環として作られる。支持管１は、ステンレスＳＵＳ３０４で作られる。内張管１の外径及び内径は、それぞれ１３２．５ｍｍ及び１２５ｍｍである。支持管１の長さ１４５０ｍｍである。ターゲット本体２が容易に支持管１の前記周面を覆うことができるように、支持管１の外径はターゲット本体２の内径より０．５ｍｍ小さい。凹所１２は、先端１０及び末端１１に近い位置から支持管１の外面への機械加工によって作られる。凹所１２は、三角形の断面形状を有し、前記軸線方向に３ｍｍの長さ及び前記円周方向に１ｍｍの深さを有する。弾性要素３は、１ｍｍの厚さを有する純銅によって作られる。第１、第２及び第３の中空ターゲット材２０、２１、２５の前記外面と、支持管１の内面とは、溶融インジウムによる予備的処置によって金属被覆されている。

第１の中空ターゲット材２０は、支持管１に通され、また６つの弾性要素が、溝２３及び対応する凹所１２によって形成された前記空間に入れられる。加熱ブランケットが第１の中空ターゲット材２０を覆うために使用され、温度は３０分間、１８０℃に保持されるので、第１の中空ターゲット材２０の温度がインジウムの融点より高く保持される。前記溶融インジウムは第１の中空ターゲット材２０と支持管１との前記空間に注がれる。前記加熱ブランケットが取り除かれ、前記溶融インジウムは徐々に固められる。その後、３つの第３の中空ターゲット材２５と、第２の中空ターゲット材２１とが支持管１に順次に通され、弾性要素３を溝２３及び対応する凹所１２によって形成された前記空間に置くステップ、前記ターゲット材と支持管１との間の前記間隙に溶融インジウムを満たすステップが各中空ターゲット材を支持管１に通した後に繰り返される。

最後に、本発明の中空ターゲット組立体は、前記ターゲット材の外面の溝２３と支持管１の前記外面の対応する凹所１２によって形成された、弾性要素３の配置のための空間４を使用する。弾性要素３は、良好な熱伝導を提供するだけでなく、ターゲット本体２と支持管１との間の良好な接着性を提供する。

上述されたところは本発明の好適な実施例に過ぎず、それは説明のためのみであり、制限的なものではない。請求の範囲によって規定されているように、本発明の精神及び特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの変更、改良又は等価なものを当業者によってなすことができるであろうが、それらは本発明の保護範囲に入るであろう。

１ 支持管
２ ターゲット本体
３ 弾性要素
４ 空間
１０ 先端
１１ 末端
１２ 凹所
２０ 第１の中空ターゲット材
２１ 第２の中空ターゲット材
２３ 溝
２４ 開口
２５ 第３の中空ターゲット材

Claims (7)

1. 先端及び末端と、該先端及び末端の近傍位置で外面にそれぞれ形成された凹所とを有する支持管と、
   少なくとも内面と２つの端を有する第１の中空ターゲット材と、少なくとも内面と２つの端を有する第２の中空ターゲット材と、該第１の中空ターゲット材と該第２の中空ターゲット材は、２つの端の１つから、それぞれのターゲット材の軸線の方向にわたってそれぞれ形成された溝とを有し、前記第１及び第２のターゲット材のそれぞれの前記端に開口が形成されたターゲット本体と、
   複数の弾性部材とを含み
   前記第１及び第２の中空ターゲット材の内面の前記溝と前記支持管の前記先端及び末端の対応する前記凹所とにより空間が形成され、各空間に１つの弾性要素が偏倚して置かれるように、前記第１及び第２の中空ターゲット材は、順次前記支持管の外周囲面を覆い、前記第１及び第２のターゲット材で前記先端及び末端にそれぞれ面して開口し、
   前記弾性部材は、Ｖ字形状をした弾力のあるシートであり、前記Ｖ字形状をした弾力のあるシートは２つのシート要素からなり、前記シート要素は第１の接合端で互いに斜交しており、前記各シート要素は前記第１の接合端の反対側に第２の端を有しており、前記支持管がターゲット本体に対して支持管の軸線の方向に動くことを防止するために、前記第１の接合端は前記溝の１つを押すように置かれ、前記第２の端の１つが前記凹所を押すように置かれた、中空ターゲット組立体。
2. 前記ターゲット本体は、さらに、少なくとも１つの第３の中空ターゲット材を含み、前記第３の中空ターゲット材が前記第１及び第２のターゲット材間に置かれている、請求項１に記載の中空ターゲット組立体。
3. 前記第３のターゲット材には一端から軸線方向にわたって内面に溝が形成され、また対応する凹所が前記支持管の外面に形成されており、前記弾性部材が前記溝及び対応する凹所により形成された前記空間に入れられている、請求項２に記載の中空ターゲット組立体。
4. 前記第１の中空ターゲット材には、さらに、軸線方向にわたって前記第３の中空ターゲット材への近接端に溝が形成されており、前記支持管の外面には対応する凹所が形成されており、前記弾性要素が前記溝と対応する凹所とにより形成される前記空間に入れられている、請求項３に記載の中空ターゲット組立体。
5. 前記第１、第２及び第３ターゲット材の前記溝は、それぞれ連続する環を形成し、前記支持管の前記凹所は連続する環を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の中空ターゲット組立体。
6. 前記第１、第２及び第３ターゲット材の前記溝は、それぞれ断続的な環を形成し、前記支持管の前記凹所は連続的な環を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の中空ターゲット組立体。
7. 前記支持管に対して前記ターゲット本体が、支持管の軸線方向に沿った動きを阻止するために、前記第１の中空ターゲット材中の弾性部材が、前記第２の中空ターゲット材中の前記弾性部材に対して、対称的に置かれることにより、前記第１の中空ターゲット材中の前記弾性部材の前記第１の接合端が、前記第１の中空ターゲット材から前記第２の中空ターゲット材方向へ向かう第１の軸線方向に向かって置かれ、前記第２の中空ターゲット材中の前記弾性部材の前記第１の接合端が、前記第１の軸線方向と反対方向の第２の軸線方向に向かって置かれた、請求項１に記載の中空ターゲット組立体。