JP5793555B2 - エンドブロックおよびスパッタリング装置 - Google Patents

Description

本開示は、回転ターゲットを担持するためのエンドブロックに関し、特に軸受を備えるエンドブロックに関する。さらに、本開示は、エンドブロックを備えるスパッタリング装置に関する。

多くの適用例において、基板上に薄層を堆積することが要求される。薄層を堆積するための公知の技術は、具体的には、蒸発、化学気相スパッタリング、およびスパッタリング堆積である。例えば、スパッタリングは、アルミニウムなどの金属またはセラミックの薄層など、薄層を堆積するために利用することが可能である。スパッタリングプロセスの際には、低圧にて典型的には不活性の処理ガスのイオンをターゲットの表面に衝突させることにより、被覆材料が、この被覆材料からなるスパッタリングターゲットから被覆すべき基板へと搬送される。イオンは、処理ガスの電子衝突イオン化によって生成され、スパッタリングカソードとして作用するターゲットとアノードとの間における高い電圧降下によって加速される。ターゲットのこの衝突により、被覆材料の原子または分子が放出され、これが、例えばスパッタリングカソードの下方など、スパッタリングカソードの対向側に配置された基板上に堆積膜として蓄積される。

セグメント化された平面状ターゲット、モノリシックの平面状ターゲット、および回転ターゲットを、スパッタリングに使用することができる。カソードの形状寸法および設計により、典型的には、回転ターゲットは、平面状ターゲットよりも使用率が高く、作動時間が長い。したがって、典型的には、回転ターゲットを使用することにより、耐用寿命が延び、コストが低下する。

回転カソードは、典型的には、スパッタリング装置のカソードドライバユニットにより支持される。以下においては、カソードドライバユニットを、それぞれエンドブロックおよびカソードドライバブロックとも呼ぶ。スパッタリングの際に、カソードドライバユニットは、回転カソードに対して回転自在に動作を伝達する。回転カソードの長手方向長さが最長で約４ｍであり、スパッタリング装置の典型的な連続作動時間が数日であることを前提とすると、カソードドライバユニットの軸受は、高重量の機械的負荷を長期間にわたり確実に支持することが、一般的に要求される。

スパッタリングは、典型的には、低圧条件または真空条件の下において、すなわち真空チャンバ内において実施される。また、コスト上の理由から、カソードドライバユニットは、特にスパッタリング装置の真空チャンバ内に配置された場合に、スペース要件が低いことが一般的に要求される。しかし、回転ターゲットの確実かつ省スペースな支持の実現は、困難な課題である。したがって、改良されたカソードドライバユニット、具体的にはコンパクトなカソードドライバユニットに対する必要性が、絶えず存在している。

本発明の上記特徴を詳細に理解することが可能となるように、上記で簡潔に要約した本発明のさらに具体的な説明を、実施形態を参照として行う。添付の図面は、本発明の実施形態に関するものであり、以下において説明する。

一実施形態によれば、堆積装置の回転ターゲットを担持するためのエンドブロックが提供される。このエンドブロックは、堆積装置の非回転部分に剛体的に連結されるように構成されたベース本体を備える。さらに、エンドブロックは、ベース本体の周囲に配置され回転軸を画定する少なくとも１つの回転軸受と、ベース本体の周囲に配置され回転ターゲットを受けるように構成されロータとを備える。

一実施形態によれば、非回転部分を備えるプロセスチャンバと、非回転部分に取り付けられた少なくとも１つのエンドブロックとを有する、堆積装置が提供される。エンドブロックは、ベース本体と、ベース本体の周囲に配置された少なくとも１つの回転軸受と、少なくとも１つの回転軸受の周囲に配置されたロータとを備える。ベース本体は、堆積装置の非回転部分に固定され、ロータは、回転ターゲットを受けるように構成される。

一実施形態によれば、回転ターゲットを支持するためのスパッタリング装置のカソードドライバブロックが提供される。このドライバブロックは、スパッタリング装置の非回転部分に剛体的に結合されるように構成されたベース本体を備える。さらに、ドライバブロックは、ベース本体の周囲に回転自在に取り付けられ、回転ターゲットを受けるように構成された、ロータを備える。

本発明のさらなる態様、利点、および特徴は、従属請求項、詳細な説明、および添付の図面から明らかになる。

上述の実施形態のいくつかを、以下の図面を参照とする典型的な実施形態の以下の説明において、詳細に説明する。

いくつかの実施形態による回転軸に沿ったエンドブロックの概略断面図である。 いくつかの実施形態による回転軸に沿ったエンドブロックの概略断面図である。 いくつかの実施形態による回転軸に沿ったエンドブロックのターゲットフランジに取り付けられた回転ターゲットの概略断面図である。 いくつかの実施形態による図１の線Ａ−Ａ’に沿ったエンドブロックの概略断面図である。 いくつかの実施形態による回転軸に沿ったエンドブロックの概略断面図である。 いくつかの実施形態による図４の断面図の１セクションの概略図である。 いくつかの実施形態によるスパッタリング装置の概略断面図である。 いくつかの実施形態によるスパッタリング装置の概略断面図である。 いくつかの実施形態によるスパッタリング装置の概略断面図である。

図面の要素同士は、互いに対して必ずしも縮尺通りではない。同様の参照数字は、対応する同様のパーツを指す。

次に、１つまたは複数の例が各図面に図示される様々な実施形態を詳細に参照する。これらの各例は、例示として提示するものであり、限定的なものとして意図されない。例えば、ある実施形態の一部として図示または説明される特徴が、他の実施形態においてまたは他の実施形態と組み合わせて用いられることにより、さらに他の実施形態を生み出すことが可能である。本開示は、かかる変更形態および変形形態を含むように意図される。

スパッタリングは、エネルギー粒子がターゲットに衝突することにより、この固体ターゲット材料から原子が放出されるプロセスである。この剥離物としての材料で基板を被覆するプロセスが、一般的には薄膜塗布を指す。「被覆」という用語および「堆積」という用語は、本明細書においては同義的に用いられる。「スパッタリング装置」および「堆積装置」という用語は、本明細書においては同義的に用いられ、基板の上に典型的には薄膜としてターゲット材料を堆積するためにスパッタリングを利用する装置を包含するものとする。

典型的なターゲット材料には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、および金（Ａｕ）などの純金属、アルミニウム−ニオビウム（ＡｌＮｂ）合金またはアルミニウム−ニッケル（ＡｌＮｉ）合金などの金属合金、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料、ならびに窒化物、炭化物、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、および酸化物、特に上述の材料の窒化物、炭化物、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩、および酸化物などの誘電体材料が含まれるが、これらに限定されない。例えば、ＺｎＯ：Ａｌ、ＡｌＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、およびＣｄＯなどの不純物ドープされたＺｎＯ、ならびにＳｎドープされたＩｎ_２Ｏ_３（ＩＴＯ）およびＦドープされたＳｎＯ_２などの、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）がある。

本明細書においては、「基板」という用語は、例えばウエハまたはガラスプレートなどの非フレキシブル基板、ならびにウェブおよびフォイルなどのフレキシブル基板の両方を包含するものとする。

代表的な例には、半導体材料、誘電体材料、半導体デバイス、誘電体デバイス、シリコンベースウエハ、フラットパネルディスプレイ（ＴＦＴなど）、マスクおよびフィルタ、エネルギー変換およびエネルギー貯蔵（光電池、燃料電池、および電池など）、固体照明（ＬＥＤおよびＯＬＥＤなど）、磁気ストレージおよび光学ストレージ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）およびナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）、微小光学システムおよび光電気機械システム、微小光学デバイスおよび光電子デバイス、透明基板、建築用ガラスおよび自動車用ガラス、金属フォイル、ポリマーフォイル、金属パッケージング、およびポリマーパッケージング用のメタライゼーションシステム、ならびに微小成形およびナノ成形を含む適用例が含まれるが、これらに限定されない。

図１Ａに関連して、エンドブロックに関係する実施形態を説明する。本明細書においては、「エンドブロック」という用語は、スパッタリング装置の非回転部分に、典型的には壁部、フラップ、またはドアに取り付けられるように構成された、および回転ターゲットに回転動作を伝達するように構成された、デバイスを包含するものとする。「エンドブロック」、「カソードドライバヘッド」、および「カソードドライバブロック」という用語は、本明細書においては同義的に用いられる。特に、本明細書においては、「エンドブロック」、「カソードドライバヘッド」、および「カソードドライバブロック」という用語は、真空完全性および閉冷媒回路を維持しつつ、回転ターゲットに冷媒および／または電流をさらに供給するデバイスを包含するものとする。

回転ターゲットの長手方向長さが最長で約１．５ｍ、最長で約２．５ｍ、または最長で約４ｍであり、スパッタリング装置の典型的な連続作動時間が数日であることを前提とすると、エンドブロックの軸受は、高重量の機械的負荷を長期間にわたり確実に支持することが、一般的に要求される。

本明細書においては、「回転ターゲット」という用語は、スパッタリング装置に回転自在に取り付けられるように構成され、スパッタリングされるように構成されたターゲット構造体を備える、任意のカソードアセンブリを包含するものとする。特に、本明細書においては、「回転ターゲット」という用語は、スパッタリングを改善するための例えば永久磁石などの内部磁気手段をさらに備える、磁気カソードアセンブリを包含するものとする。

以下においてはそれぞれ回転自在スパッタリングカソードおよび回転カソードとも呼ばれる回転ターゲットは、ターゲット材料の中空円筒状本体から構成されてもよい。また、これらの回転ターゲットは、モノリシックターゲットとも呼ばれ、ターゲット材料を注型または焼結することにより製造され得る。

一般的には、非モノリシックの回転ターゲットには、ターゲット材料の層が外方表面に塗布された、例えばバッキングチューブなどの円筒状の回転自在なチューブが含まれる。かかる回転自在なスパッタリングカソードの製造においては、ターゲット材料は、例えばバッキングチューブの外方表面上に粉末をスプレー塗布、注型、または静水圧プレス加工することによって塗布され得る。あるいは、ターゲットチューブとも呼ばれることのあるターゲット材料の中空シリンダが、バッキングチューブの上に配置され、例えばインジウムなどで接合されて、回転カソードを形成することもできる。さらに他の代替形態によれば、非接合ターゲットシリンダが、バッキングチューブのラジアル方向に外方に設けられてもよい。

堆積速度を上昇させるために、磁気カソードの使用が提案されてきた。これは、マグネトロンスパッタリングとも呼ばれる場合がある。磁石のアレイを備え得る磁気手段が、例えばバッキングチューブの内部またはモノリシックターゲットの内部など、スパッタリングカソードの内部に配置され、磁気スパッタリング用の磁場を生成することができる。カソードは、典型的には、磁気手段に対して回転され得るように、その長手方向軸を中心として回転自在である。

実施時には、非冷却磁石が、高温になる場合がある。これは、これらの磁石が、イオンの衝突を受けたターゲット材料によって囲まれているからである。この結果の衝突により、回転カソードが加熱される。磁石を適切な作動温度に維持するために、ターゲット材料および磁石の冷却が実施されてもよい。

図１Ａは、スパッタリングの際に回転ターゲット（図示せず）が回転し得る中心の回転軸５０に沿った、エンドブロック１００の典型的な概略断面図を示す。さらに、この回転軸５０は、エンドブロック１００の長手方向軸５０を形成し、軸方向を画定する。これに関連して、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「〜の上に接して」、等々の方向に関する術語は、回転軸５０の配向に対して用いられる。本明細書においては、「軸方向荷重」という用語は、回転軸５０の方向における荷重および力のそれぞれを示すように意図される。したがって、本明細書においては、「ラジアル方向荷重」という用語は、回転軸５０に対して実質的に直角の方向における荷重および力のそれぞれを示すように意図される。同様に、本明細書においては、「ラジアル方向」という用語は、回転軸５０に対して実質的に直角である方向を示すように意図される。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態によれば、エンドブロック１００は、ベース本体１１０、ベース本体１１０の周囲に配置された回転軸受１４０、および回転軸受１４０の周囲に配置され連結された軸受ハウジング１２３を備える。軸受ハウジング１２３は、スパッタリング用の回転ターゲットを担持するロータの一部を形成する。スパッタリングの際に、ベース本体１１０は、堆積装置（図示せず）の非回転部分に、典型的には例えば堆積装置の壁部などに取り付けられたエンドブロック１００の外側ハウジングに、剛体的に連結される。

非回転ベース本体１１０の周囲に、回転ターゲットを機械的に支持するように構成されたロータを配置することにより、エンドブロック１００のコンパクトかつ省スペースな設計が得られる。

図１に関連して、エンドブロック１００の複数の実施形態を説明する。図１は、スパッタリングの際に回転ターゲット（図示せず）が回転し得る中心の回転軸５０に沿ったエンドブロック１００の典型的な概略断面図を示す。

典型的には、エンドブロック１００は、外側ハウジングを備える。図示する断面図においては、外側ハウジングの下方壁部１２６および上方壁部１２７の一部のみが示される。スパッタリングの際に、外側ハウジングは、典型的には、スパッタリングを中で実施するプロセスチャンバに対して回転しない。プロセスチャンバは、典型的には、低圧チャンバであり、以下においては真空チャンバとも呼ぶ。外側ハウジングは、例えば、プロセスチャンバの壁部に装着されてもよい。安定化の目的により、外側ハウジングは、典型的には、例えば鋼、ステンレス鋼、またはアルミニウムなどの金属から構成される。

いくつかの実施形態によれば、エンドブロック１００は、外側ハウジングの下方壁部１２６に剛体的に連結された、典型的には中空ベース本体１１０であるベース本体１１０を有する。したがって、ベース本体１１０は、スパッタリングの際にプロセスチャンバに対しても回転しない。

換言すれば、ベース本体１１０は、典型的には、堆積装置の非回転部分に剛体的に連結される。

典型的には、ベース本体１１０内に、回転ターゲット用の流体支持体が設けられる。いくつかの実施形態によれば、回転軸５０に対して同軸である円筒状空洞部１１３が、ベース本体１１０内に形成される。典型的には、冷媒チューブ１１４が、この円筒状空洞部１１３内に同軸方向に挿入される。さらに、中空円筒状空間１１５が、冷媒チューブ１１４とベース本体１１０の内方壁部との間に形成される。冷媒チューブ１１４および空間１１５は、例えば水などの冷媒で回転ターゲットを支持するために使用され得る。典型的には、冷温の冷媒が、空間１１５内へと上方に流れ、加温された冷媒が、冷媒チューブ１１４内へと下方に流れる。また、冷媒の流れ方向は、反転されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、軸受システム１４９が、ベース本体１１０の周囲に配置される。軸受システム１４９は、典型的には、回転軸に対して同軸状であり、すなわち、軸受システム１４９が、回転軸５０を決定する。いくつかの実施形態によれば、ロータ１２０が、軸受システム１４９の周囲に配置される。ロータ１２０は、回転ターゲットを受けるように構成された外側ハウジングの外部の上方部分に位置する。これにより、回転ターゲットは、この回転軸を中心として回転され得る。典型的には、ロータ１２０は、回転ターゲットに機械的支持を与え、すなわち、ロータ１２０は、典型的には、回転ターゲットを担持し、スパッタリングの際に回転ターゲットに回転動作を伝達する。回転ターゲットを機械的に支持するように構成されたロータ１２０を、非回転ベース本体１１０の周囲に配置することにより、エンドブロック１００のコンパクトで省スペースな設計が得られる。これにより、プロセスチャンバ内のスペース、したがってコストが、削減され得る。

いくつかの実施形態によれば、軸受システム１４９は、スパッタリングの際の回転ターゲットの動作から生ずるラジアル方向荷重および軸方向荷重の両方を支持するように構成される。典型的には、軸受システム１４９は、例えば１つの環状テーパころ軸受などの、少なくとも１つのテーパころ軸受を備える。テーパころ軸受は、ラジアル方向荷重および軸方向荷重の両方を支持し、典型的には、接触面積がより広いことにより、例えば玉軸受などよりも高い荷重を支持することが可能である。

いくつかの実施形態によれば、ロータ１２０は、軸受システム１４９の周囲に配置され連結された、軸受ハウジング１２３を備える。回転軸５０に対して直角であり、軸受システム１４９を貫通する典型的な断面図により、軸受ハウジング１２３、冷媒チューブ１１４、およびベース本体１１０の環状断面図が示され得る。

いくつかの実施形態によれば、ロータ１２０に回転動作を伝達するために、歯車１５１が、軸受ハウジング１２３の周囲に配置され固定される。典型的には、歯車１５１は、図１に示すように下方部分に固定されるか、または軸受ハウジング１２３の中間部分に固定される。これにより、例えばベルトなどを介した、歯車１５１と外側ハウジングを貫通する回転電気ドライバとの間の機械的結合が容易になる。

いくつかの実施形態によれば、ターゲットフランジ１２１が、軸受ハウジング１２３の上に配置され、真空気密的に取り付けられる。典型的には、Ｏリングシール１３が、軸受ハウジング１２３とターゲットフランジ１２１との間に配置される。ターゲットフランジ１２１および軸受ハウジング１２３が、典型的には相互に対して回転不能に結合されることにより、ターゲットフランジ１２１の上部上に取り付けられた回転ターゲットは、回転電気ドライバにより回転され得る。

典型的には、スパッタリングの際に、少なくとも上方部分またはターゲットフランジ１２１が、外側ハウジングの外部に配置され、すなわち低圧環境または真空環境の中に配置される。それとは異なり、外側ハウジングの内部スペースは、典型的には、常圧下および／またはプロセスチャンバより高い圧力下にある。ガス交換を回避するために、いくつかの実施形態によれば、シールキャリア１２４が、外側ハウジングの上方壁部１２７とロータ１２０との間に真空気密的に配置される。典型的な一実施形態においては、摺動環状真空シール１１８が、シールキャリア１２４と軸受ハウジング１２３との間に配置される。また、シールキャリア１２４は、軸受ハウジング１２３に装着されてもよく、摺動環状真空シールは、シールキャリア１２４と外側ハウジングの上方壁部１２７との間に配置されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、例えば流体シール１１７などの２つの環状摺動シール１１７が、ターゲットフランジ１２１とベース本体１１０との間に配置される。少なくとも１つの環状摺動流体シールを使用することにより、冷媒、軸受グリス、および真空潤滑剤のそれぞれの交換が回避される。これにより、軸受システム１４９は、冷媒の透過から保護される。さらに、冷却システム内へのグリスの透過が回避される。

いくつかの実施形態によれば、集電プレート１２２が、ロータ１２０の下方端部にて、すなわちターゲットフランジ１２１の対向側にて、軸受ハウジング１２３に対して取り付けられる。また、典型的には、集電プレート１２２は、回転軸５０に対して直角である断面が環状形状である。集電プレート１２２は、典型的には、回転ターゲットに電流を伝達するために使用される。

本明細書において説明する他の実施形態と組合せ可能であるいくつかの実施形態によれば、冷媒ユニット／電気支持ユニット組合体１３０が、集電プレート１２２の下方に配置される。この組合せユニット１３０は、ベース本体１１０に対して回転不能であり、ベース本体１１０を貫通する排出チューブ１３１および少なくとも１つの冷媒供給チューブ１３２（図３を参照）の両方を備える。さらに、摺動電気コンタクト１３５が、組合せユニット１３０の主要本体１３３の上に配置され、この主要本体１３３から突出し、集電プレート１２２と接触状態にある。これにより、回転ターゲットは、電気的流体支持を備えることができる。

いくつかの実施形態によれば、回転軸５０に対して垂直に配向された絶縁プレート１１６が、典型的にはねじ２０４により、ベース本体１１０の下方部分１１９に固定される。これにより、エンドブロック１００の内方部分、すなわちベース本体１１０が、外側ハウジングに対して絶縁されるとともに、回転不能に取り付けられる。

いくつかの実施形態によれば、絶縁プレート１１６は、下方壁部１２６に対して固定、典型的にはねじ固定されることにより、外側ハウジングにおけるベース本体１１０を安定化させ、外側ハウジングに対して回転軸５０を固定する。絶縁プレート１１６および下方壁部１２６は、追加のねじを使用して一体的にねじ固定されてもよい。あるいはおよび／またはさらには、図示するねじ２０４は、下方壁部１２６内に少なくとも部分的に延在してもよい。この場合には、ねじ２０４は、典型的にはベース本体１１０の下方部分１１９に対して絶縁される。

図２は、回転軸５０に沿ったエンドブロックのターゲットフランジ１２１に対して取り付けられた回転ターゲット１０の概略断面図を示す。いくつかの実施形態によれば、ターゲットフランジ１２１および回転ターゲット１０は、相互に同軸状である。

本明細書においては、「回転ターゲット」という用語は、スパッタリング装置に回転自在に取り付けられるように構成され、スパッタリングされるように構成されたターゲット構造体を備える、任意のカソードアセンブリを包含するものとする。特に、本明細書においては、「回転ターゲット」という用語は、スパッタリングを改善するための例えば永久磁石などの内部磁気手段をさらに備える、磁気カソードアセンブリを包含するものとする。

典型的には、回転ターゲット１０は、バッキングチューブ１１およびこのバッキングチューブ１１の上に配設されたターゲットチューブ１２を備える。本明細書においては、「ターゲットチューブ」という用語は、具体的には、スパッタリングされるのに適した材料からなる中空シリンダとして形成された、任意のシェルを包含するものとする。

ターゲットチューブの支持体は、電気コンタクトを形成し、ターゲットチューブおよびオプションの磁石を冷却する、機械的支持体を備えてもよい。

あるいは、回転ターゲットは、モノリシックターゲットであってもよい。この場合には、回転ターゲットの形状は、図２に示す回転ターゲット１０の形状と同様であってもよい。この場合には、図示する隣接し合う領域１１および１２は、典型的には、同一材料からなる単純連結された領域を形成する。

回転ターゲットの支持体は、電気コンタクトを形成し、ターゲットチューブおよびオプションの磁石を冷却する、少なくとも１つの機械的支持体を備えてもよい。

典型的には、回転ターゲット１０は、回転ターゲット１０をターゲットフランジ１２１へと押しやる環状クランプ１５を使用して、ターゲットフランジ１２１の上方部分に取り付けられる。Ｏリングシール１３ａが、典型的には、ターゲットフランジ１２１と、バッキングチューブ１１および回転ターゲット１０の隣接し合う部分との間に配置される。したがって、回転ターゲット１０は、ターゲットフランジ１２１に対して真空気密的に取り付けられる。

いくつかの実施形態によれば、回転ターゲット１０は、ターゲットフランジ１２１の上方部分に真空気密的に取り付けられる。これは、典型的には、環状シーリング（図示せず）によって実現される。これにより、低圧プロセスチャンバへの流体の漏れが防止される。

いくつかの実施形態によれば、回転ターゲット１０は、回転ターゲット１０を、特に回転ターゲット１０内部に設けられたオプションの磁石（図示せず）を冷却するために、エンドブロックの冷媒チューブ１１４に液密的に取り付けられた管状内部構造体１６を備える。

また、スパッタリングの際に回転ターゲット１０をカソードとして作動させるために、回転ターゲット１０の少なくとも１つの電源（図示せず）が、典型的にはターゲットフランジ１２１を貫通して設けられる。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わせられ得るいくつかの実施形態によれば、ターゲットフランジは、回転ターゲットを機械的に支持するように構成される。さらに、ターゲットチューブ用の冷媒および電源が、ターゲットフランジを貫通して設けられてもよい。

図３は、図１の線Ａ−Ａ’に沿ったエンドブロック１００の概略断面図を示す。いくつかの実施形態によれば、エンドブロック１００は、集電プレートと絶縁プレートとの間に配置された冷媒供給／排出ユニット１３０を備える。図３の断面は、冷媒供給／排出ユニット１３０を通る断面に対応する。

典型的には、冷媒供給／排出ユニット１３０は、軸５０に対して実質的に垂直である平面内においてベース本体１１０およびユニット１３０の主要本体１３３を貫通して通される、排出チューブ１３１と２つの冷媒供給チューブ１３２とを備える。排出チューブ１３１は、冷媒チューブ１１４の開口内へと続き、冷媒供給チューブ１３２は、ベース本体１１０と冷媒チューブ１１４との間に形成された環状冷媒空間１１５内へと続く。実線矢印により示されるように、冷媒は、供給チューブ１３２へと供給され得る。スパッタリングの際には、冷媒は、典型的には、供給チューブ１３２を通り、冷媒空間１１５内へと上方に、回転ターゲットまで流れる。典型的には、加温された冷媒の逆流が、冷媒チューブ１１４を通り下方へと進み、破線矢印により示されるように、排出チューブ１３１を通りラジアル方向へと排出される。これにより、閉冷媒回路が、回転ターゲットに対して設けられ得る。また、閉冷媒回路内の流れ方向は、反転されてもよい。

典型的には、冷媒供給／排出ユニット１３０は、ベース本体１１０の下方部分１１９に冷媒供給／排出ユニット１３０を固定、典型的にはねじ固定するための貫通穴を、ラジアル方向外方部分に備える。

冷媒供給／排出ユニット１３０の上部上に、摺動電気コンタクトが設けられる。この摺動電気コンタクトは、図３の断面の上方に設定され、したがって図示されない。また、明瞭化の理由により、摺動コンタクト用の支持構造体も図示されない。摺動電気コンタクトおよびそれらの支持構造体は、典型的には、電気支持ユニットを形成する。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、エンドブロックは、集電プレートと絶縁プレートとの間に配置された冷媒供給／排出ユニットおよび／または電気支持ユニットを備える。エンドブロックは、例えば、電気支持ユニットおよび冷媒供給／排出ユニットの機能を統合した組合せユニットを備えてもよい。

図４は、いくつかの実施形態による回転軸５０に沿ったエンドブロックの概略断面図を示す。図４のエンドブロック１０１は、図１のエンドブロック１００に類似する。図４における要素の殆どが、図１における対応する要素に類似する。明瞭化のために、これらの要素は、同一の各参照番号を用いて指示される。

いくつかの実施形態によれば、エンドブロック１０１は、スパッタリング装置の非回転部分に剛体的に結合されるように構成されたベース本体１１０を備える。エンドブロック１０１は、ベース本体１１０の周囲に回転自在に取り付けられ、回転ターゲットを受けるように構成された、ロータ１２０をさらに備える。したがって、回転ターゲットは、図１のエンドブロックのターゲットフランジに関して図２を参照として説明したように、エンドブロック１０１のターゲットフランジ１２１に固定され得る。

また、典型的には、エンドブロック１０１は、真空完全性および閉冷媒回路を維持しつつ、回転ターゲットに動作、冷媒、および電流を回転自在に伝達する。したがって、図３は、図４の線ＡＡ’に沿った断面にも対応する。

いくつかの実施形態によれば、エンドブロック１０１は、ベース本体１１０とロータ１２０との間に配置され、軸方向において互いに離間された、２つの環状回転軸受１４０および１４１を備える。２つの回転軸受１４０および１４１を使用することにより、軸受システムの特にコンパクトなかつ比較的軽量の設計が可能になる。典型的には、２つの回転軸受１４０および１４１の少なくとも一方が、ラジアル方向荷重および軸方向荷重の両方を支持するように構成される。

いくつかの実施形態によれば、環状スロット付き丸ナット１４２が、ベース本体１１０とロータ１２０との間に配置される。環状スロット付き丸ナット１４２は、典型的には回転軸受１４１を押圧し、したがってベース本体１１０に対してロータ１２０を固定する。これにより、典型的には長い回転ターゲットの安定的な支持が可能となる。

いくつかの実施形態によれば、ねじ２０４は、各絶縁ワッシャ２０６によりベース本体１１０の下方部分１１９に対して絶縁される。したがって、ねじ２０４は、外側ハウジングの下方壁部１２６をベース本体１１０に電気的に接続することなく、下方壁部１２６内に延在し得る。

図５は、いくつかの実施形態による図４の断面の１セクションを概略的に示す。２つの回転軸受１４０および１４１はそれぞれ、内方リング１４３および１４６、外方リング１４４および１４７、ならびに円すいレース上を走る円すいころ１４５および１４８のそれぞれを備える。換言すれば、いくつかの実施形態によれば、回転軸受１４０および１４１は、環状テーパころ軸受である。これらの設計により、テーパころ軸受１４０および１４１は、ラジアル方向荷重および軸方向荷重の両方を支持する。

いくつかの実施形態によれば、円すいころ１４５および１４８の傾斜は、回転軸５０に対して相対角となるが、典型的には同一の絶対値である。これにより、軸受システムは、正および負の両方の軸方向荷重を等しく十分に支持することが可能となる。

内方リング１４３および１４６は、ベース本体１１０に固定され、外方リング１４４および１４７は、軸受ハウジング１２３に固定される。換言すれば、軸受１４０および１４１は、ベース本体１１０の周囲に配置され、ロータ１２０は、軸受１４０および１４１の周囲に配置される。

いくつかの実施形態によれば、環状スロット付き丸ナット１４２が、回転軸受１４１を押圧する。これにより、回転軸受１４１は、事前応力を受ける。また、さらに、これにより、軸受ハウジング１２３による回転軸受１４０の事前応力をもたらす。これにより、典型的には長い回転ターゲットの安定的な支持が可能となる。

図６は、いくつかの実施形態による回転軸５０に沿ったスパッタリング装置２００の概略断面図を示す。スパッタリング装置２００は、典型的には、壁部２３１および２３２により形成されるプロセスチャンバ２２０を備える。典型的な実施形態によれば、これにより、カソード、ターゲット、バッキングチューブ、または軸受の軸５０は、エンドブロック１００、１０１が装着される壁部２３１に対して実質的に平行になる。これにより、カソードのドロップイン構成が実現される。

いくつかの実施形態によれば、先述の図面を参照として説明したように、少なくとも１つのエンドブロック１００または１０１は、エンドブロック１００、１０１のベース本体１１０がプロセスチャンバ２２０の壁部２３１に対して回転自在とはならないように、プロセスチャンバ２２０内に取り付けられる。ベース本体１１０は、典型的には、絶縁プレート１１６を介して、およびプロセスチャンバ２２０のフラップまたはドア２３０に対して固定される。スパッタリングの際には、フラップまたはドア２３０は、閉じられる。したがって、ベース本体１１０は、典型的には、スパッタリング中には静止状態であり、少なくとも回転不能である。あるいは、外側ハウジング１２５は、プロセスチャンバ２２０の壁部２３１に直接的に固定されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、回転ドライバ１５０、典型的には電気ドライバが、取付け支持体１５２によりプロセスチャンバ２２０の外部に配置される。しかし、回転ドライバ１５０は、外側ハウジング１２５内に配置されてもよい。典型的には、回転ドライバ１５０は、スパッタリングの際に、回転ドライバ１５０のモータ軸１５４、このモータ軸１５４およびピニオン１５３の周囲にループするチェーンまたは歯付きベルト（図示せず）に連結されるピニオン１５３、ならびにロータ１２０の軸受ハウジング１２３に装着される歯車１５１を介して、回転ターゲット１０を駆動する。

典型的には、冷媒支持チューブ１３４および／または電気支持体ライン１３４は、冷媒供給／排出ユニット１３０および／または電気支持ユニット１３０から外側ハウジング１２５を通りプロセスチャンバ２２０の外部まで通される。

回転ターゲット１０は、典型的には、基板（図示せず）の上においてカンチレバー構成でエンドブロック１００、１０１により支持される。さらに、回転ターゲット１０は、その上方端部においても支持されてもよい。

図７は、いくつかの実施形態によるスパッタリング装置２００の概略断面図を示す。典型的な実施形態によれば、これにより、カソード、ターゲット、バッキングチューブ、または軸受の軸５０は、エンドブロック１００、１０１を処理チャンバ２２０に連結するフランジ２３０に対して実質的に垂直となる。図７のスパッタリング装置２００は、図６のスパッタリング装置に類似する。しかし、図７における絶縁プレート１１６は、エンドブロック１００、１０１が取り付けられる壁部２３１およびフラップ２３０のそれぞれに対して平行に配向される。これとは異なり、図６における絶縁プレート１１６は、エンドブロック１００、１０１が取り付けられる壁部２３１およびフラップ２３０のそれぞれに対して垂直に配向される。さらに、モータ軸１５４は、図７の実施形態においては外側ハウジング１２５内に延在する。明瞭化のために、典型的には図７の実施形態においても使用される冷媒支持チューブおよび電気支持体ラインは図示しない。

いくつかの実施形態によれば、外側ハウジング１２５の下方壁部１２６は、図７に示すように、壁部２３１に、またはドア２３０およびフラップ２３０のそれぞれに取り付けられる。

他の実施形態によれば、エンドブロック１００、１０１は、真空チャンバ２２０の壁部２３１および外側ハウジング１２５の上方壁部１２７が、真空チャンバ２２０内部の実質的に平坦な移行領域、または小ステップのみを有する移行領域を形成するように、壁部２３１に対して取り付けられる。これは、図７においては破線の水平線により示される。これらの実施形態においては、真空チャンバ２２０の内部体積が、縮小され得る。図７の構成は、典型的には、基板が重力に対して水平方向配向されるスパッタリング装置用に使用される。図６の構成は、水平方向または垂直方向に配向される基板用に使用され得る。

図８は、図６および図７に示すようなスパッタリング装置２００を図示する。図８の概略断面は、図６および図７のそれぞれの断面に対して直交する。一実施形態によれば、スパッタリング装置２００は、例えばアルゴンなどの処理ガスを真空チャンバ２２０に供給するためのガス入口２０１を備える真空チャンバ２２０を有する。真空チャンバ２２０は、基板支持体２０２およびこの基板支持体の上に配置される基板２０３をさらに備える。さらに、真空チャンバ２２０は、典型的には基板２０３の上方にカンチレバー構成で、回転ターゲット１０を備える。

典型的には、高い電位差が、カソードとして作動する回転ターゲット１０とアノードとして作動する基板支持体２０２との間に印加される。プラズマは、典型的には、例えばアルゴン原子などによる加速電子衝突イオン化によって形成される。形成されたアルゴンイオンは、回転ターゲット１０の典型的には原子である粒子が、スパッタリングされ、その後基板２０３の上に堆積されるように、回転ターゲット１０の方向に加速される。

いくつかの実施形態においては、例えばクリプトンなどの他の不活性ガスまたは酸素もしくは窒素などの反応ガスなどの、他の適切なガスを、プラズマを生成するために使用してもよい。本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得る典型的な実施形態によれば、プラズマ区域内の圧力は、約１０^−４ミリバール〜約１０^−２ミリバール、典型的には約１０^−３ミリバールであることが可能である。他の一実施形態においては、真空チャンバ２２０は、真空チャンバ２２０の内外に基板２０３を導入または引き出すための、１つまたは複数の開口および／またはバルブを備えてもよい。

マグネトロンスパッタリングは、その堆積速度がかなり高速である点において、特に有利である。回転ターゲット１０の内部に１つまたは複数の磁石１４を配置することにより、ターゲット表面の直下に生成された磁場内の自由電子が、捕捉され得る。これにより、典型的には桁違いに、ガス分子をイオン化する能力が高められる。さらに、堆積速度が、大幅に上昇され得る。適用例およびスパッタリングすべき材料に応じて、固定の、または時変の磁場が、使用され得る。さらに、流体が、典型的には、磁石２２４および／またはターゲット１０を冷却するために、回転ターゲット１０の中を循環している。

回転ターゲット１０は、典型的には、カソードドライバブロック１００、１０１により支持される。このカソードドライバブロック１００、１０１は、断面図においては見えず、したがって破線円として描かれている。

典型的には、カソードドライバブロック１００、１０１は、プロセスチャンバ２２０の壁部２３０またはドア２３１またはフラップ２３１に回転不能に取り付けられる。このプロセスチャンバ２２０の壁部２３０またはドア２３１またはフラップ２３１は、断面図においては見えず、したがって矩形として描かれている。

カソードドライバブロックは、典型的には、スパッタリング装置の壁部、ドア、またはフラップなどの非回転部分に剛体的に結合されるように構成された、ベース本体を備える。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、スパッタリング装置は、カソード、ターゲット、バッキングチューブ、または軸受の回転軸が、壁部に対して平行となるように、すなわち少なくとも５°の角度精度となるように、カソードドライバブロックが装着される壁部を有するプロセスチャンバを備える。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、回転ターゲットを受けるように構成されたロータが、ベース本体の周囲に回転自在に取り付けられる。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、軸受システムが、ベース本体とロータとの間に配置される。この軸受システムは、典型的には、ラジアル方向荷重および軸方向荷重を支持するように構成される。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、軸受システムは、少なくとも１つの回転軸受を備える。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、軸受システムは、回転軸の方向において相互に罹患され、ベース本体とロータとの間に配置される、２つの環状テーパころ軸受を備える。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、軸受システムは、ベース本体とロータとの間に配置される環状スロット付き丸ナットをさらに備える。この環状スロット付き丸ナットは、典型的には、２つの環状テーパころ軸受を相互に対して固定する。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、ロータは、その上方端部に、回転ターゲットを機械的に支持するように構成されたターゲットフランジを備える。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、ロータは、ターゲットフランジに真空気密的に装着される軸受ハウジングをさらに備える。

本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態によれば、カソードドライバブロックは、軸受ハウジングに機械的に連結される回転ドライバを備える。

図６〜図８はそれぞれ、本明細書において開示される他の実施形態と組み合わされ得る、種々の実施形態による１つのみの回転ターゲットを示すが、２つ以上の回転ターゲットが、各カソードドライバブロックにより支持され、真空チャンバ内に配設されてもよい。典型的には、２つ以上の回転ターゲットの円筒状軸が、実質的に平行である、すなわち少なくとも５°の角度精度の範囲内において、さらに典型的には少なくとも１°の角度精度の範囲内において平行である。

本明細書は、最良の実施形態を含む本発明を開示するために、また、任意のデバイスまたはシステムを作製および使用すること、ならびに任意の組み込まれる方法を実施することを含め、当業者が記載される主題を実施し得るようにするために、例を用いる。前述においては様々な具体的な実施形態を開示したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲は、同等に有効な変形形態を許容することが、当業者には理解されよう。特に、上述の実施形態の相互に非排他的な特徴は、相互に組み合わせることができる。特許性のある範囲は、特許請求の範囲により規定され、当業者に想起されるような変更形態および他の例を包含し得る。かかる他の例は、それらが、特許請求の範囲の逐語的な言葉との間に相違のない構造的要素を有する場合には、または特許請求の範囲の逐語的な言葉との間に非実質的な相違を伴う均等な構造的要素を備える場合には、特許請求の範囲内に含まれるように意図される。

Claims (13)

1. 堆積装置（２００）の回転ターゲット（１０）を担持するためのエンドブロック（１００、１０１）であって、
   前記堆積装置（２００）の非回転部分（２３０、２３１）に剛体的に連結されるように構成されたベース本体（１１０）であって、円筒状空洞部（１１３）を備えるベース本体（１１０）と、
   冷媒チューブ（１１４）と、
   前記ベース本体（１１０）の周囲に配置され、回転軸（５０）を画定する、少なくとも１つの回転軸受（１４０、１４１）と、
   前記回転ターゲット（１０）を受けるように構成され、前記ベース本体（１１０）と前記少なくとも１つの回転軸受（１４０、１４１）の周囲に配置された、ロータ（１２０）であって、当該ロータ（１２０）は、前記回転ターゲット（１０）を機械的に支持するように構成されたターゲットフランジ（１２１）を、前記回転軸（５０）の方向において上方端部（１１２）に備える、ロータ（１２０）と、
   前記ターゲットフランジ（１２１）と前記ベース本体（１１０）との間において、前記少なくとも１つの回転軸受（１４０、１４１）の上部に配置された少なくとも１つの環状摺動流体シール（１１７）と、
   前記ロータ（１２０）に回転動作を伝達するように構成され、前記ロータ（１２０）の周囲に配置された、歯車（１５１）と、を備え、
   前記円筒状空洞部（１１３）は、前記回転軸（５０）に対して同軸方向に配置され、前記冷媒チューブ（１１４）は前記円筒状空洞部（１１３）内に同軸方向に挿入される、エンドブロック（１００、１０１）。
2. 前記少なくとも１つの回転軸受（１４０、１４１）は、環状テーパころ軸受（１４０、１４１）である、請求項１に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
3. 前記少なくとも１つの回転軸受（１４０、１４１）は、事前応力を受けた軸受（１４０、１４１）である、請求項１または２に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
4. 前記回転軸（５０）の方向において相互に離間され、前記ベース本体（１１０）と前記ロータ（１２０）との間に配置された、２つの環状テーパころ軸受（１４０、１４１）を備える、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
5. 前記ベース本体（１１０）と前記ロータ（１２０）との間に配置され、前記２つの環状テーパころ軸受（１４０、１４１）を相互に対して固定する、環状スロット付き丸ナット（１４２）をさらに備える、請求項４に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
6. 前記回転軸（５０）に対して垂直に配向され前記ベース本体（１１０）に固定された絶縁プレート（１１６）を、前記回転軸（５０）の方向において下方端部（１１１）に備える、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
7. 前記ロータ（１２０）は、前記回転軸（５０）の方向において前記ターゲットフランジ（１２１）の対向側に配置された集電プレート（１２２）を備える、請求項６に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
8. 前記集電プレート（１２２）と前記絶縁プレート（１１６）との間に冷媒供給／排出ユニット（１３０）をさらに備える、請求項７に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
9. 前記集電プレート（１２２）と前記絶縁プレート（１１６）との間に電気支持ユニット（１３０）をさらに備える、請求項７または８に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
10. 前記絶縁プレート（１１６）に固定され、前記堆積装置（２００）の前記非回転部分（２３０、２３１）に固定されるように構成された、外側ハウジング（１２５）をさらに備える、請求項６ないし９のいずれか一項に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
11. 前記歯車（１５１）を介して、前記ロータ（１２０）を駆動するように構成された回転ドライバ（１５０）をさらに備える、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のエンドブロック（１００、１０１）。
12. 非回転部分（２３０、２３１）を備えるプロセスチャンバ（２２０）と、
    前記非回転部分（２３０、２３１）に取り付けられた請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つのエンドブロック（１００、１０１）と
    を備える、堆積装置（２００）。
13. 前記プロセスチャンバ（２２０）は壁部（２３１）を備え、前記壁部には、前記回転軸（５０）が前記壁部（２３１）に対して平行となるように前記少なくとも１つのエンドブロック（１００、１０１）が装着されている、請求項１２に記載の堆積装置。

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