JPH06508886A - 回転円筒状マグネトロンのためのカンチレバー装着部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 回転円筒状マグネトロンのための カンチレバー装着部 発明の背景 この発明は一般的には回転円筒状マグネトロンを使用する薄膜のスパッタ蒸着に 関し、より特定的にはそのようなマグネトロンのための装着配列に関する。

ＤＣ反応性スパッタリングは建築および自動車のグレージング（ｇｌａｘｉｎｇ 　）への熱制御コーティングの適用等の、広い範囲の商業用コーティング適用の ために最もしばしば使用される方法である。この方法においては、被コーテイン グ物は真空ロックにより互いに分離された一連のインラインの真空チャンバを通 される。このようなシステムは連続インラインシステムまたは単にグラスコータ ーと呼ばれ得る。

チャンバの内部では、スパッタガス放出は約３ミリトルの部分真空で維持される 。スパッタリングガスはアルゴン等の不活性ガスに、酸化物を形成するための酸 素等の反応性ガスを低い比率で混合したものを含む。

各チャンバは約−２００ないし一１０００ボルトの負の電位に保持される１つま たは２つ以上のカソードを含む。

カソードは長方形の形でよく、その長さはチャンバの線の幅の長さである。カソ ードは典型的には幅０．１０ないし０．０３ｍでありかつ長さ１ｍ以上である。

スパッタされる材料の層がカソードの表面に付与される。この表面層または材料 はターゲットまたはターゲット材料として知られている。反応性ガスがこの材料 とともに適切な化合物を形成する。

スパッタリングガス放出からのイオンがターゲット内に加速されかつターゲット 材料の原子を取りはらうかまたはスパッタオフする。これらの原子は今度はター ゲットの下を通過するガラスシート等の基板上に堆積される。原子は基板上でス パッタリングガス放出内の反応性ガスと反応して薄膜を形成する。

建築物のガラスコーティング法は磁気的に強化された平らな（ｐｌａｎａ＋）マ グネトロンの開発により商業的に可能となった。このマグネトロンは閉ループの 形態で配列されかつターゲット後方の固定位置に装着された磁石のアレイを有す る。閉ループの形での磁界がこうしてターゲット平面の前方に形成される。この 磁界により放出ガスからの電子が磁界内に閉込められかつ螺旋状のパターンで移 動することになり、それによりより強いイオン化と高いスパッタリング速度がも たらされる。ターゲットのオーバーヒートを防止するために適切な水による冷却 が行なわれる。この平らなマグネトロンについては米国特許第４，１６６．０１ ８号にさらに記載されている。

平らなマグネトロンの欠点は、ターゲット材料が磁界により規定される狭い領域 でしかスパッタされない点である。

これによりターゲット上に「レーストラックＪ　（ｒａｃｅｊｒｘｃｋ）型スパ ッタリング領域が作り出される。これにより、「レーストラック」型浸蝕領域が 、スパッタリングの発生とともに作り出される。これにより、いくつかの問題が 生じる。たとえば、（１）局所的な高温ビルドアップ（ｂｌｌｌｉｌｄ−ｕｐ） によりカソードが動作し得る出力が最終的に制限されること、および（２）ター ゲットを取換えなければならなくなる前にターゲット材料の約２５％しか実際に 使用されない点である。

平らなマグネトロンに固有の問題のいくつかを克服すべく、ロータリまたは回転 円筒状マグネトロンが開発された。

回転マグネトロンは円筒状のカソードおよびターゲットを使用する。カソードお よびターゲットはスパッタリング領域を規定する磁石のアレイ上方を連続的に回 転させられる。

このように、ターゲットの新しい部分がスパッタリング領域に対し連続的に差し 出されるので、冷却の問題が緩和され、それによりより高い動作出力が可能とな る。カソードの回転はまた、浸蝕領域がスパッタリング領域により覆われるカソ ードの全円周を含むことを確実にする。これによりターゲットの利用が増大する 。回転マグネトロンについては米国特許第４，３５６，０７３号および第４．　 ４２２゜９１６号にさらに記載されており、これらの全開示にわたってここに引 用により援用する。

回転マグネトロンはいくつかの問題を解決はするがまた他の問題を提示した。特 にやっかいなものはコーティングチャンバ内でマグネトロンを駆動しかつ支持す るための適当な装置の開発であった。真空および回転水封じ（ｗａｔｅｒ　＋ｅ ａｌ＋）がコーティングチャンバと周囲の環境との間に伸びる駆動軸と冷却導管 のまわりを封止するために使用されていた。しかしながら、このような水封じは 高温および高機械ローディングの条件下では漏れを生じる傾向にある。

円筒状マグネトロンのための様々な装着、封止および駆動装置が米国特許第４， ４４３，３１８号、第４．　４４５゜９９７号、および第４．４６６．８７７号 に記載されており、これら特許の開示の全容についてもここで引用により援用す る。これらの特許はコーティングチャンバ内に水平に装着されかつ両端で支持さ れる回転マグネトロンを記載する。しかしながらしばしば好ましいのはカンチレ バー装着部によりマグネトロンを一方端においてのみ支持することである。しか しながら、カンチレバー装着装置が最も高い軸受ロードを作り出す。カンチレバ ーが装着された回転マグネトロンのいくつかの例がアメリカ真空学会の第２回合 国シンポジウムの原稿、「回転可能なマグネトロンの設計の進歩および応用Ｊ、 ｖｏ１．４．Ｎｏ、３．バート１゜第３８８頁−３９２頁（１９８６）　（Ｄｅ ｓｉｇｎ　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｔ　ｔｈａ 　Ｒｏｔａｔａｂｌｅ　Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ！ａｔ　ｔ ｈｅ　２＋ｄ　）ｌａ＋１ｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍ ｃｒｉｃａｎ　Ｖａｃｕｌｌｌｍ　５ｏｃｉｅＩＹ）に示されており、その原文 の全容についてここで引用により援用する。

従来技術の軸受は単独では回転マグネトロンを装着する′　のにはあまり適して いない。これら軸受はそれらの潤滑剤があまりにも高い蒸気圧を有しているため に、真空環境ではうまく動作しない。加えて、ある種の真空封止が行なわれなけ ればな゛らない。

駆動軸とコーティングチャンバ内に伸びる冷却導管のまわりを密封するために回 転真空シールが使用されてきた。

これらのシールは駆動軸または導管と、軸および導管が通過する真空チャンバの アパチャとに接触する必要がある。

回転真空シールもまた軸受として機能と果たし得る。高い動作温度と軸受負荷は しかしながらシールに関する疲労を加速させ、真空漏れを引起こす可能性がある 。

回転マグネトロンに対しては回転水封じも使用されてきた。しかしながら、これ らは真空で動作した場合には大変信頼度が低い。特に、これらのシールは比較的 短期間の動作の後崩壊する傾向にある。

これらのファクターすべてが回転マグネトロンの使用にまつわる非信頼性と漏れ の問題に寄与してきた。

以上の観点から、本願発明の目的は回転円筒状マグネトロンのための改善された 装着部を提供することである。

本願発明のより特定的な目的は真空シールおよび軸受における漏れによる不良な しに長い期間にわたって動作する回転円筒状マグネトロンのためのカンチレバー 装着部を提供することである。

この発明の付加的な目的および利点については、以下の記載に示されており、ま たは本願の実施により学び取られ得るものである。本願発明の他の目的および利 点についてにより実現および入手され得る。

発明の概要 この発明は真空チャンバ内に円筒状マグネトロンを回転可能に装着するための装 置を含む。この装置は、その−万端がチャンバ内に伸びかつ他方端がチャンバの 外側に位置する軸受ハウジングを含む。駆動軸は回転可能に軸受ハウジング内に 装着される。駆動軸の各端部はハウジングを越えて延在し、かつ円筒状マグネト ロンはチャンバ内部の駆動軸の端部に取付けられる。真空シールが駆動軸をハウ ジングに対して密封するために軸受ハウジング内に位置する。

円筒状マグネトロンの負荷が真空シールに伝達されないように、駆動軸はハウジ ング内に装着される。

真空シールがコーティングチャンバ内部の軸受ハウジングの端部に位置する。こ のシールが、軸受ハウジングの内部が真空チャンバから分離されることを確実に し、それにより従来技術の軸受が駆動軸およびひいてはマグネトロンを支持する ために使用されることを可能にする。

軸受はカンチレバー支持部を提供するために駆動軸に沿って間隔法めされる。軸 受は、マグネトロンの全負荷が軸受により支持されかつ密封シールには負荷が一 切伝達されないように配列される。密封シールが軸受として機能するわけではな いので、その有効寿命は大いに延長される。好ましい密封シールは鉄流体工学的 （Ｉｅｒｒｏｆｌｕｉｄｉｃ）シールである。

密封シールおよび軸受の寿命は軸受ハウジングを囲む暗黒部シールド内に冷却チ ャネルを組込むことにより延長され得る。

図面の説明 組込まれかつ明細書の一部をなす添付の図面は、本願発明の好ましい実施例を模 式的に示しており、かつ上の一般的な記述および以下の好ましい実施例の詳細な 説明とともに本願発明の詳細な説明する役割を果たす。

図１は基板移動の方向に対し直角をなす回転円筒状マグネトロンとコーティング チャンバを介する模式断面図である。

図２は図１の線２−２に沿って実質的に破断した、円筒状マグネトロンの回転軸 に直角をなす軸受ハウジングを介する模式断面図である。

図３は図１の線３−３に沿って実質的に破断した、円筒状マグネトロンの回転軸 に対し直角をなす軸受ハウジングの端部の模式断面図である。

図４は図１の線４−４に沿って実質的に破断した、円筒状マグネトロンの回転軸 に対し直角をなすカソード体を介する模式断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 本願発明について、好ましい実施例の観点から記載することにする。図１に示す とおり、好ましい実施例は排出可能なコーティングまたは真空チャンバ１２に配 設された回転円筒状マグネトロン１０のためのカンチレバー装着装置である。コ ーティングチャンバ１にはベースまたはフロア１４と、側壁１６および１７と、 除去可能な上カバー１８を含む。当該技術分野では公知であるが、上カバー１８ はチャンバに対して適当な真空シール２０により封止される。

基板２２はマグネトロン１０のカソード体２１を通過して運ばれる。基板は軸受 ２８を通る軸２６上に装着されたローラ２４上に支持される。軸受はベース１４ に取付けられる。

マグネトロン１０のための装着フランジ３０（図２も参照）は側壁１６内に位置 する。より詳細には、軸受ハウジング３２は押えねじ３８により軸受ハウジング フランジ３４に装着される。軸受ハウジング３２には絶縁ディスク３６によりフ ランジ３４から電気的に分離されている。Ｏリングシール等の真空シール４０お よび４２が、ハウジング３２とフランジ３４との間に真空シールを形成するため に設けられる。軸受フランジ３４は今度はボルト４４でフランジ３０に固定され る。フランジ３０および３２間の真空状態の完全性はＯリングシール等の真空シ ール４６により維持される。

駆動軸４８は軸受ハウジング３２を通って延在する。駆動軸のそれぞれの端部４ ８ａと４８ｂとは軸受ハウジングの外側に伸びる。駆動軸は回転真空シール５０ により／−ウジング３２に対して封止される。回転シールは軸受／Ｘウジング３ ２の端部ストップ５１と駆動軸４８上に形成された突出ショルダ部５６との間に 位置する。シール５０は、軸受３２の内部が真空チャンバ１２から分離されるこ とを確実にする。好ましくは、回転シール５０は鉄流体シールである。わかると おり、鉄流体シールはキャリア液内に超微細磁性粒子のコロイド状懸濁物を組込 む。好ましくは、鉄流動シールはＮＹＯ３０６１、ナシュア、サイモンストリー ト４０のフェロフリユイブイック・コーポレーション（Ｆｅｒｒｏｆｌａｉｄｉ ｃ　Ｃｏ＋ｐｏｔａ＋ｉｏｎ、４０　Ｓｉｍｏｎ　５ｔｒｅｅ＋、Ｎａ５ｈｕａ 、ＮＹ０３０６１）が供給するものである。好ましいシールは品番＃５Ｃ−３０ ００−Ｃである。軸には他のタイプの回転シールも使用され得る。

回転軸４８は軸受５２．５４および６０により軸受ハウジング３２内に回転自在 に装着される（図２も参照）。軸受５２および５４は単一の組合せ軸受（ｄｕｐ ｌｅｘ　ｂ！ａｒｉｎｇ）内に含まれ得る。軸受は従来技術の玉軸受でよい。テ ーノ々したローラ軸受、円筒状ローラ軸受およびドローンカップニードルローラ ベアリング（ｄｒａｗｎ−ｃｕｐ　ｎｅｅｄｌａ　ｒｏｌｌｅｒｂｅλｒｉｎｇ 　）を含む他のタイプの軸受が使用されてもよい。軸受５２および５４は駆動軸 ４８の突出ショルダ部５６と円筒状ロッキング挿入部５８との間に位置する。こ の挿入部は軸受ハウジング３２に対し取外し可能に固定される。軸受６０は円筒 状間隔決めスリーブ６２により軸受５２および５４から分離される。軸受５２． ５４および６０はこうして駆動軸４８に沿ってスペース決めされ、マグネトロン １０のためのカンチレバー支持部を提供する。詳細には、マグネトロンの全負荷 が、実質的に真空シール５０に伝達される負荷がないように軸受によって支持さ れる。

駆動軸プーリ６４（図３も参照）が駆動軸に合わせられ（ｋｅ７ｅｄ　）かつ第 ２の円筒状間隔決めスリーブ６６により軸受６０から間隔をあけられる。ナツト ６８は駆動軸４８に対しねじ込まれ軸受５２．５４および６０をその位置にロッ クする。軸受５２は円筒状ロッキング挿入部５８により軸受ハウジング３２の内 径上のショルダ３１に対向してロックされる。軸受６０は円筒状ロッキング挿入 部５８内を軸方向にフロートすることが可能である。このように、鉄流体シール ５０は軸方向の位置決めは行なわない。

封止プラグ７０は駆動軸端部４８ｂに位置し、これは真空チャンバ内に伸びる。

プラグ７０はナツト７４により駆動軸に対しクランプされ、かつＯリングシール 等の真空シール７１および７３によりそれに対し封止される。中空のカソード体 ２１はカソード駆動端部プラグに取付けられる。

冷却液取入れ管８０は駆動軸４８内に支持される。駆動軸はナイロンの玉軸受等 の軸受８２により管８０のまわりを回転する。冷却液が矢印「Ａ」で表わされる ように管入口ポート８４を通って供給される。入口ポートは駆動軸コネクタハウ ジング９０に対し固く取付けられ同ハウジングに対し水密の０リングシール８８ により封止される。冷却液は矢印ｒＢＪで表わすようにボート８５を経由してハ ウジング８６を出る。延長管８７が冷却液取入管８０に取付けられこれを延長し 、これにより管８０は入口ボート８４と流体連通状態にある。駆動軸コネクタハ ウジング９０は適切な水密のＯリングシール９２により駆動軸コネクタハウジン グ９０に接合される。コネクタハウジング９０は、駆動軸が端部４８ａで流体出 口ポート８５に回転自在に接続される構成を提供する。駆動軸延長部９４は軸受 ９６により冷却液出力ハウジング８６内に支持される。回転水密シール９８が、 冷却液出力ハウジング８６からの水の漏れを防止するために設けられる。装着ア ーム１００は冷却液出力ハウジング８６をロッキング挿入部５８に接続し、これ により冷却液取入管８０の回転を防止する。

円筒状マグネトロン１０のための駆動は電気モータ１０８により与えられる。モ ータの出力が低減ギアボックス１０６を介して、駆動ベルト１０２により駆動軸 プーリ６４に接続されるギアボックスプーリ１０４へ伝達される。

マグネトロン１０のカソード体２１への電気的接続は、カソード駆動端部プラグ ７０を経由して駆動軸４８と接続するブラシコンタクト１１２を介して電気リー ド１１０によりなされる。この接続の結果、軸受ハウジング３２はカソード体２ １と本質的には同じ電位レベルにある。

スパッタリングガス放出からの正のイオンによるボンバードメントから軸受ハウ ジング３２を守るために暗黒部シールド７２が設けられる。シールド７２はそれ 自体を軸受ハウジング３４に取付けることにより電気的に接地されている。シー ルド７２は軸受ハウジング３２を収めかつカソード暗黒部の長さより短い間隔で すべての位置においてこのハウジングから分離されている。カソード暗黒部の長 さは約３ミリトルの圧力でかつ約−５００ボルトのカソード電位で約３ｍｍであ る。

シールド７２は冷却液がそこを通って循環され得るチャネル１１８を提供するた めに、壁が二重にされた円筒状部１１６を含む。冷却液は管１２２により冷却チ ャネル１１８へ／から供給され／除去される。管１２２はフランジ３０および３ ４を通る。詳細には、管１２２はフランジ３４内の窪みを通って導かれかつその 後フランジ３０内のシール１２１を通る（図２）。この配列が真空シール５０の 寿命を延ばすのに役立っている。

磁気アレイまたはバー１２４がカソード体２１内に配設される。図４に示すとお り、アレイ１２４はバー磁石１２５の列が取付けられたバッキングバー１２３か らなる。アレイ１２４はブラケット１２６により冷却液取入管８０からぶら下が る。冷却液取入管８０はカソードの自由端の封化プラグ１２８において軸受１３ ０により支持される。プラグ１２８はカソード体２１上の適切な位置に溶接され る。

要約すれば、真空チャンバ内に回転円筒状マグネトロンを装着するカンチレバー のための装置が記載されたわけである。

この発明は好ましい実施例の観点から記載されている。

しかしながら、本発明は記載および描写された実施例に限定されるものではない 。むしろ、発明の範囲は添付の請求の範囲によって限定される。

国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　ビョーナード、エリツク・ジェイ　（アメリカ合衆国、５５０ ５７　ミネソタ州、ノースフィールド、エンドウッド・トレイル、５５９０ ニア２）発明者　ハシバーストーン、ジョオフリイー・エイチ アメリカ合衆国、４９４２４　ミシガン州、ホーランド、ジェームズ・ストリー ト、

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．真空チャンバ内に円筒状マグネトロンを回転自在に装着するための装置であ って、 その一方端が前記真空チャンバ内に伸びかつ他方端が前記真空チャンバの外側に 位置する軸受ハウジングと、前記軸受ハウジング内に回転自在に装着され、各端 部が前記軸受ハウジングを越えて伸びる駆動軸を含み、前記駆動軸が前記真空チ ャンバ内部の前記駆動軸の端部に前記円筒状マグネトロンを取付けるための手段 を有し、前記軸受ハウジング内に位置し前記軸受ハウジングに対し前記駆動軸を 封止するための真空シール手段を含み、それによりその内部部分が前記真空チャ ンバから分離され、前記円筒状マグネトロンの負荷が前記真空シールに対し伝達 されないように前記軸受ハウジング内に前記駆動軸を回転自在に装着するための 手段とを含む、装置。
2. ２．前記軸受ハウジングを冷却するための手段をさらに含む、請求項１に記載の 装置。
3. ３．前記冷却手段が前記真空チャンバ内部のその端部で前記軸受ハウジングのま わりに位置する液体冷却暗黒部シールドを含む、請求項２に記載の装置。
4. ４．前記回転自在装着手段が前記軸受ハウジング内の前記駆動軸の長さ方向に沿 って間隔決めされた軸受を含む、請求項１に記載の装置。
5. ５．前記円筒状マグネトロンに対し電気的接続を行なうための手段をさらに含む 、請求項１に記載の装置。
6. ６．前記電気的接続手段が前記駆動軸とこれに電気的接触状態にあるブラシ接続 部を含む、請求項５に記載の装置。
7. ７．前記円筒状マグネトロンを前記真空チャンバから電気的に分離するための手 段をさらに含む、請求項６に記載の装置。
8. ８．前記電気的分離手段が前記真空チャンバに前記軸受ハウジングを装着するた めのフランジと、前記軸受ハウジングと前記フランジとの間に位置する電気的絶 縁部材とを含む請求項７に記載の装置。
9. ９．前記真空チャンバの外側の前記駆動軸の端部上に装着されたプーリをさらに 含む、請求項１に記載の装置。
10. １０．前記駆動軸が中空でかつ両端で開いている、請求項９に記載の装置。
11. １１．前記駆動軸を経由して前記円筒状マグネトロンに／から冷却液を流すため の手段をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
12. １２．前記流す手段が前記駆動軸を通って延在しかつその内部に支持される取入 管を含む、請求項１１に記載の装置。
13. １３．前記円筒状マグネトロン内に磁気アレイを支持するための手段をさらに含 む、請求項１２に記載の装置。
14. １４．前記磁気アレイを支持するための手段が前記取入管である、請求項１３に 記載の装置。
15. １５．前記円筒状マグネトロンを前記駆動軸に装着するための手段をさらに含む 、請求項１４に記載の装置。
16. １６．前記装着手段が前記真空チャンバ内部で前記駆動軸のその端部上に装着さ れた第１端部プラグを含む、請求項１５に記載の装置。
17. １７．前記駆動軸の自由端に装着された第２端部プラグをさらに含む、請求項１ ６に記載の装置。
18. １８．前記第２端部プラグが前記取入管を回転自在に支持するための手段を含む 、請求項１７に記載の装置。
19. １９．前記真空シール手段が鉄流体シールである、請求項１に記載の装置。
20. ２０．回転円筒状マグネトロンを使用する、基板上に薄膜をスパッタするための 装置であって、排出可能コーティングチャンバと、軸受ハウジング、前記軸受ハ ウジング内に装着されて前記円筒状マグネトロンを回転させるための駆動軸、前 記軸受ハウジングの内部の少なくとも一部分を前記コーティングチャンバから分 離するための真空シール、および前記軸受ハウジング内にあって、前記円筒状マ グネトロンの負荷が前記真空シールに伝達されないように、前記駆動軸を回転自 在に支持するための手段を含む、前記コーティングチャンバの壁を介して装着さ れたカンチレバー装着ユニットと、前記円筒状マグネトロンを過ぎて基板を移送 するための手段を含む、装置。
21. ２１．前記回転自在支持手段が前記軸受ハウジング内の前記駆動軸の長さ方向に 沿って位置する軸受を含む、請求項２０に記載の装置。
22. ２２．前記軸受が、玉軸受、テーパされたローラ軸受、円筒状ローラ軸受および ドローンカップニードルローラ軸受からなるグループから選択される、請求項２ １に記載の装置。
23. ２３．前記軸受ハウジングを冷却するための手段をさらに含む、請求項２１に記 載の装置。
24. ２４．前記冷却手段が前記コーティングチャンバ内部で、その端部で前記軸受ハ ウジングのまわりに位置する液体冷却された暗黒部シールドを含む、請求項２３ に記載の装置。
25. ２５．前記真空シールが鉄流体シールである、請求項２０、２１、または２３に 記載の装置。