JPS6210271A - スパツタ被覆装置のタ−ゲツト構造 - 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】 本発明は一般に基板に被覆を付着するための装置に関し
、特に、核燃料ベレットをスパッタで被覆する装置のタ
ーゲットにおける改良型陰極・接地シールド構造に関す
るものである。

先■」支貨！ｊ先朋− 慣用の核燃料ベレットは通常、はぼ直円筒体の形状を有
しており、二酸化ウラン、二酸化トリウム、二酸化プル
トニウム又はそれ等の混合物のような核分裂性物質を含
んでいる。ベレットはく典型的にはジルコニウム合金又
はステンレス鋼から造られる）被覆管内に端と端とが当
接関係で設置されて燃料棒を形成し、これ等の燃料棒を
群単位で配列して燃料集合体を形成し、複数の燃料集合
体を配列して原子炉の炉心を構成している。

一般に周知のように、燃料集合体の寿命は、初期におけ
る多量の核分裂性物質を、計算された小量の可燃性吸収
材と組み合わせることにより延ばすことができる。可燃
性吸収材は、中性子吸収の確率（即ち断面積）が高い物
質であって、新たな又は付加的な中性子を発生すること
なく、中性子に対して実質的に透過性となるように充分
に小さい中性子捕獲断面積を有する　（ホウ素、ガドリ
ニウム、サマリウム、ユウロピウム等のような）同位元
素となる。この可燃性吸収材は、燃料集合体の寿命初期
の間、多量の核分裂性物質の核分裂を抑制する。原子炉
の運転中、可燃性吸収材は徐々にその旦が減少し、その
結果、燃料集合体に対し比較的一定の核分裂レベルでよ
り長い寿命が実現される。このように燃料集合体の寿命
が長くなることは、原子炉の燃料集会体の交換の頻度が
少なくなることを意味する。尚、この燃料交換は大きな
コストを要し、時間のかかる工程である。

核燃料ペレットの表面に可燃性毒物質の層を付着する方
法として、溶射法もしくはスパッタリングが特願昭５６
−１７５２８６号明細書に開示されている。

また、特願昭６０−１３４４７３号明細書には、スパッ
タリング処理を行うための装置が開示されている。

更に、他の種類の製品に被覆を付着するための別のスパ
ッタリング装置が、米国特許第３５６２１４０号、第３
６３２４９４号及び第４０８０２８１号各明細書に開示
されている。

基板に被覆を付着する典型的なスパッタリング法におい
ては、陽極と、上記基板と、ターゲット陰極とを収容し
ている真空室内に不活性ガスを導入する。陽極とターゲ
ット陰極との間に高電圧を印加すると、ガスの分子はイ
オン化もしくは電離して、ターゲット陰極に衝突する。

その結果ターゲット陰極の原子（又は分子）がターゲッ
ト陰極表面からはじき出される、即ちスパッタされる。

基板は、このスパッタされたターゲット物質を遮るよう
に配置されており、その結果、スパッタされた物質は基
板に衝突して該基板に付着する被覆を形成する。スパッ
タリング法は、一般的に見通し被覆方法（ｌ　ｉｎｅ−
ｏｆ−ｓｉｇｈｔ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ）
である。

特願昭６０−１３４４７３号明細書に開示されている装
置においては、複数のターゲットの各々は、陰極と、陰
極の上部表面に配置された複数の矩形のニホウ化ジルコ
ニウム製タイルの形態にあるターゲット材料とを備えて
いる。陰極は、通常、磁気材料を有する銅から遣られて
おり、その内部で、電子は陰極の近傍に収束される。こ
の収束により、アルゴンイオンの発生が高められ、これ
等のアルゴンイオンは、陰極の上部表面に置かれて負に
帯電されているターゲット材料に衝突する。しかし、陰
極の他の表面は、陰極自体を形成する材料が７はじき出
されないように、アルゴンイオンから渫護巳なければな
らない。

この理由から、特願昭６０−１３４４７３号明細書に開
示されているスパッタリング装置においては、各ターゲ
ットも上記の他の陰極表面を保護するなめに用いられる
接地シールドを備えている。この接地シールドは正極性
に帯電され、従って、電子を集め、アルゴンイオンを反
発する作用をする。本願の第７図及び第８図に示しであ
るように、接地シールドは、該シールドと陰極との間に
、物理的に、例えば、１／８〜３／１６ｉｎ　（０，３
１８〜０．４７６ｃｍ＞の狭い°隙間が存在するように
配置されている。この構造においては、接地シールドは
、陰極との間に電気アークが生ずるのを阻止するのに充
分な距離だけ陰極から離間し、しかも電子がアルゴンを
電離もしくはイオン化するのに不充分なエネルギを有し
、プラズマの発生を阻止するのに充分な程度に近接して
配置されている。

しかし、最近、ターゲットの接地シールドと陰極の上述
のような構成に関連して１つの問題が発見された。即ち
、時として、ターゲット材料上方の位置もしくは場所て
発生するニホウ化ジルコニウムのフレークが隙間に跨が
って付着し、そのために反対の極性で帯電している接地
シールドと陰極との間に短絡が生ずるという問題である
。このような短絡が生ずれば被覆装置の作動を必然的に
停止しなければならず、その結果、コストは嵩み時間損
失を招来する。このような事情から、短絡状態の発生の
可能性を除去するようにスパッタリング装置を改善する
必要性が存在する。

１吸Δ１１ 本発明は、上述の必要性を満たすように構成されたスパ
ッタリング被覆装置における改良型接地シールド／陰極
構造を提供することにある０本発明は、従来の構造に伴
う問題はターゲットの頂部における接地シールドと陰極
との間の隙間の位置にある、という認識から出発してい
る。特に、接地シールドは陰極に対し、該接地シールド
と陰極との間の隙間がターゲットの頂部に形成されるよ
うに配列されていた。従って、隙間は、落下してくるニ
ホウ化ジルコニウノ＼のフレークに対して上向きに露出
されろこととなり、該フレークで接地シールドと陰極と
の間の隙間が容易に橋絡してしまい短絡を発生していた
。

本発明の解決策によれば、隙間は、ターゲラ１〜の頂部
もしくは上部から、接地シールドの上部環状縁と、接地
シールドの上縁から張出すように陰極の上部周縁に接続
されて接地シールドの上方に離間して設けられた周辺ス
トリップの配列との間で外向きに開くように、ターゲッ
トの側部に配置換えされる。この構造によれば、フレー
クが落下しても、そのうちの成るものは有害な作用をな
すことなく陰極上に落ちてターゲット材料の表面に付着
し再びスパッタリングされるか或は後に設備の床に落下
することになる。

従って、本発明によれば、支持外表面を有する細長い陰
極と、該陰極の外表面に配置されたスパッタターゲット
材料と、陰極を包入状態で収容し、ターゲット材料を露
出状態にするように上記陰極の外表面に隣接して開放側
部を有する接地シールドと、陰極と接地シールドとの間
に隙間が形成されるように接地シールドに対し電気的に
絶縁された離間間係で上記シールド内に陰極を支持する
手段とを備えたスパッタ被覆装置のターゲット構造にお
いて、（ａ）上記陰極が上記支持外表面を囲繞する周縁
を有し、（ｂ）上記接地シールドが、上記陰極の上記周
縁を囲繞し該周縁から外方向に離間した環状縁を有し、
上記接地シールドと上記陰極との間の上記隙間が、上記
環状縁において、上記接地シールドの上記開放側部に直
接対面する方向に露出されるように配置され、上記接地
シールドの上記環状縁は、陰極の上記周縁から変位され
、（ｃ）上記陰極の上記周縁に取り付けられて、上記接
地シールドの上記環状縁から張出し上記接地シールドの
上記開放側部に直接対面する上記方向における上記隙間
の露出部を覆うように上記陰極の上記周縁から外向きに
延びている延長手段を備えている、スパッタ被覆装置の
ターゲット構造が提案される。

市１４目イｋｌｌＩ匂１．７壮べ入し　々に而へｌ、−
証１（ス罫見工段は、接地シールドの環状縁から離間し
、陰極の周縁上に座着された周辺ストリップの配列の形
態にある０周辺ストリップ及び接地シールドの環状縁は
、隙間が、接地シールドの開放側部に面する方向ではな
く該方向から角度的に変位された方向に露出されるよう
に位置するよう互いに離間される。

本発明の上に述べた利点及び他の利点や作用効果は、本
発明の実施例が示されている添付図面と関連しての以下
の詳細な説明を読むことにより当該技術分野の専門家に
は明瞭になるであろう。

ｔ　　　の舌明 以下の詳細な説明においては、添付図面を参照する。ま
た、以下の説明において、全図面を通し同じ参照記号は
同じ又は対応の部分を指ずものとする。さらにまた以下
の説明において用いられている「前方」、「後方」、「
左方」、「右方」、「上方向もしくは上向き」、「下方
向もしくは下向き」その他類似の術語は、説明の便宜上
の表現であって限定的な意味に解釈されてはならないも
のと理解されたい。

図面、特に第１図〜第６図を参照するに、これ等の図に
は、後述する本発明の改良が加えられる核燃料ベレット
のスパッタ被覆装置が参照数字２゜で総括的に示しであ
る。この装置２０は、特願昭６０−１３４４７３号明細
書に開示されたものと実買的に同じであるが、本発明の
改良に関し完全な理解を得るための一助として下に簡略
に説明しておく。

スパッタ被覆装置２０は、一般に、一端部２４の近傍で
ヒンジ２６に回動可能に取り付けられたフレーム２２を
備えており、このフレームは、その縦軸方向に沿い離開
する個所及び反対側の端部２８で、複数の伸縮可能なシ
リンダ３０により支持されている。

また、この装置２０は、スパッタリング室３２と、該ス
パッタリング室と動作上関連して設けられたスパッタリ
ングｆｉ械３４とを備えており、これ等のスパッタリン
グ室３２及び機械３４はフレーム２２の一端部２４に固
定的に取り付けられている。

更に、装置２２は、固定のスパッタリング室３２に対し
接近及び菊間する方向におけるドラム３６の前後運動（
それぞれ第１図及び第２図に示した位置間における運動
）を容易にするためにローラ４０を有するはキャリッジ
３８を備え、このキャリッジ上にドラム３６が取り１寸
（すられている。キャリッジ３８及びそれに伴うドラム
３６の運動は、フレームＺ２の上記反対側の端２８に接
続されているシリンダ３０の１つを作動することにより
ヒンジ２６を中心としてフレーム２２を傾けることによ
り実施される。また、ドラム３６は、その縦軸線を中心
に回転可能にキャリッジ３８に取り付けられている。キ
ャリッジ３８に支持されたモータ４２は、ドラム３６を
回転駆動するように該ドラム３６に連結されている。ド
ラム３６は、第１図に示すように、スパッタリング室３
２内に挿入された時に該スパッタリング室３２と気密な
シールを形成するようになっている。

ドラム３６の周辺には、下側及び上側のスクリーン状の
部分４６．４８を有する多数の取外し可能なパレット４
４が装着されている（第４図、第５図）。各パレット４
４は、第６図に示すように、好ましくは行及び列の形態
で端と端とが当接関係で整列された核燃料ベレット５０
の単一の層を有する。スパッタリング機械３４は、第３
図〜第５図に示しであるように、スパッタリング室３２
内に装着されている位置固定の上側及び下側のターゲッ
ト５２及び５４を備えている。各ターゲット５２．５４
は陰極５６を含んでおり、該陰極の上部表面６０には多
数のターゲットタイル５８が乗っている。好ましくはニ
ホウ化ジルコニウムとすることができるタイル５８を形
成する物質は、ベレット５０が装着されているパレット
４４がドラム３６と共に回転する際に、核燃料ベレット
５０上に被覆としてスパッタリングされる。ドラムのモ
ータ４２及びスパッタリング機械３４を制御するために
制御コンソール６２が用いられる。ドラム３６は、スパ
ッタリング機械に対して陽極を形成する。

ｔ゛・来のｔ神シールド・陰極構造 第７図及び第８図を参照するに、これ等の図には、従来
のスパッタ被覆装置２０で用いられている各ターゲット
５２．５４の構造が示しである。各ターゲット５２．５
４は、基本的に、陰極５６と、複数個のターゲットタイ
ル５８と接地シールド６４とを備えている。陰極５６は
、細長いほぼ矩形の形状を有しており、導電性の材料か
ら造られていて、上側支持表面６０を有している。ニホ
ウ化ジルコニウムのような脆いスパッタリング物質から
形成されている複数のターゲットタイル５８は、上側支
持表面６０上に層の形態で配置されている。陰極５６は
、上側の周縁６６に取り付けられたリテーナ６５を有し
ており、このリテーナ６５は、ターゲットタイル５８の
層を支持表面上の所定位置に保持するために、上側支持
表面６０を囲繞し境界を画定している。

接地シールド６４は、導電性の材料から造られており、
中空のキャビティ７２及び底壁６８及び開放した上側部
７３を画定する側壁７０を有する箱状の構造を有してい
る。キャビティ７２の内側の寸法は、陰極５６の外寸よ
りも若干大きい、従って、陰極を接地シールド６４内に
設置して該シールド６４内の底壁６８で絶縁体ブロック
７４のような手段上に支持すると、陰極５Ｇは、シール
ド６４に対し電気的に絶縁された離間関係で配置されて
、陰極と、シールド６４の底壁及び側壁６８．７０との
間には隙間７６が形成される。このような位置で陰極５
６は、その側部７８及び底部８０全てを包入された状態
で接地シールド６４内に収容される６しかし、陰極５６
の上側支持表面６０に隣接して、シールド６４の側壁７
０により画定される開放上部７３により、支持表面６０
上に載置されているターゲットタイル５８の層は露出さ
れた状態に置かれる。このような構成で、ターゲットタ
イル５８を支持する上側の表面を除き、陰極表面の全て
は、アルゴンイオンによる攻撃を受けはじき出されるこ
とから保護される。

しかし、接地シールド６４の側壁フ０は、陰極５６の上
側周縁６６上のリテーナ６５を囲繞し且つ該リテーナ６
５の上方に離間して設けられた上側の内向きのフランジ
８２を有しており、それにより、接地シールド６４と陰
極５６との間の隙間７６は、接地シールドの開放上部７
３に直接対面する第８図に矢印Ａで示す方向に開き露出
されている。この矢印Ａで示す方向は、ターゲット５２
．５４の上方の位置もしくは場所からニホウ化ジルコニ
ウムのフレークが陰極５６に落下する方向である。接地
シールド６４の上側フランジ８２と陰極５６上のターゲ
ットタイル５８及び（又は）上側周縁リテーナ６５とは
、反対の極性で帯電される表面となり、上記のようにフ
レークが隙間７６を偶然に橋絡してフランジ８２及びリ
テーナ６５く及び／又はターゲットタイル５８）と接触
したような場きには、上記反対極性で帯電される表面間
に短絡が形成されてしまう。

ＬＬ！　シールド・　　　６ 最後に第９図〜第１２図を参照するに、これ等の図には
、本発明による改良型陰極・接地シールド構造が示しで
ある。接地シールド８４は、側壁（開放側部）８８の上
縁（環状縁）８６が、ターゲットタイル５８の上側周縁
より若干下方に変位されている点を除いて、上に述べた
従来の接地シールド６４に概略的に類似している。

更に、接地シールドの上縁８６及び陰極の周縁６６に沿
い、周辺ストリップ９０の形態にある延長手段が配置さ
れている。ストリップ９０は、接地シールドの側壁８８
の上縁８６の上方に離間して設けられており、固定具９
２により、陰極５６の上側周縁６６に接続されている。

このようにして、ストリップ９０は、陰極の上側周縁６
６のリテーナ６５に固定されてそこから外向きに延び、
シールド側壁の上縁８６上方に張出る連続した周辺棚状
部９４を形成している。

上述のような構成において、ストリップは、接地シール
ド８４の開放上部９８に直接面する方向Ａに隙間９６が
露出するのを覆って阻止する。即ち、接地シールドの側
壁８８の上縁８６の直接上方に離間して位置するストリ
ップ９０は、隙間９６が露出される方向を、方向Ａから
、該方向Ａに対して角度的に変位されて接地シールド８
４の側壁８８に面する方向Ｂに変更する働きをする。従
って、ニホウ化ジルコニウムのフレークは最早、陰極５
６（又はこの実施例では導電性であって陰極と同じ極性
を有するストリップ９０）と、ターゲットタイル１００
の側部で開いている接地シールド８４との間における隙
間９６を短絡することはできない。

本発明による改良及びそれに伴う多くの利点は、上の説
明から理解されるものと思料する。尚、本発明の精神及
び範囲から逸脱することなく、且つその実質的利点を犠
牲にすることなく、実施態様、構造及び配列に関し種々
な変更が可能であることは自明であり、上に述べた実施
態様は単なる好適ならしくは例示的な具現例に過ぎない
ものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による改良が加えられるスパッタ被覆
装置の概略図、第２図は、第１図のスパッタ被覆装置の
室から取り外したドラムを示す概略図、第３図は内向き
に観察した第２図の開放室の下側部分の部分前面斜視図
であって、本発明による改良が加えられる前の、従来の
スパッタ被覆装置の位置固定の下側ターゲットの構成を
示す図、第４図は、第２図のドラムの背側斜視図であっ
て、′本発明による改良が加えられる前の、従来のスパ
ッタ被覆装置の位置固定の上側ターゲットの構成を示す
図、第５図は、第１図の線５−５における簡略断面図で
あって、ドラム上のベレット収容パレット及びそれに附
随する位置固定の下側及び上側ターゲットを示す図、第
６［２１はドラムから取り外した第５図の包入パレット
の１つを一部を切除して示す頂面図であって、列及び行
に配置されているスパッタ被覆されるベレットを示す図
、第７図は、第３図及び第４図の従来の固定ターゲット
の１つを示す拡大頂面図であって、本発明による改良が
加えられる前の構造を示す図、第８図は、第７図の線８
−８における従来の固定ターゲットの垂直縦断面図、第
９図は、本発明により改良されたスパッタ被覆装置の固
定ターゲットの１つの部分頂面図であって、ターゲット
を第７図の従来のターゲットよりも拡大し然も縦軸方向
に短絡した形態で示す図、第１０図は、第９図の線１０
−１０における本発明による固定ターゲットの部分側立
面図、第１１図は、第９図及び第１０図の本発明による
ターゲットの接地シールドの縮尺頂面図、第１２図は、
第１１図の線１２−１２における接地シールドの垂直縦
断面図である。 ２０・・・スパッタ被覆装置 ５６・・陰ｆ２６０・・・」二側支持表面６６・・・陰
極の周縁 ７４・・・絶縁体ブロック（陰極の支持手段）８４・・
・接地シールド　　８６・・・上縁（環状縁）８８・・
側壁（開放側部） ９０・・・周辺ストリップ（延長手段）９６・・・隙間
　　　　　　１００・・・ターゲットタイル出願人　ウ
ェスチングハウス・エレクトリック・ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 支持外表面を有する細長い陰極と、該陰極の前記支持外
   表面上に配置されたターゲット材料と、前記陰極を包入
   状態で収容すると共に、前記ターゲット材料を露出状態
   にするように前記陰極の支持外表面に隣接して開放側部
   を有する接地シールドと、前記陰極及び前記接地シール
   ドの間に隙間が形成されるように前記接地シールドに対
   し電気的に絶縁された離間関係で前記接地シールド内に
   前記陰極を支持する支持手段とを備えたスパッタ被覆装
   置のターゲット構造において、 （ａ）前記陰極は前記支持外表面を囲繞する周縁を有し
   、 （ｂ）前記接地シールドは、前記陰極の前記周縁を囲繞
   し該周縁から外方向に離間した環状縁を有し、前記接地
   シールド及び前記陰極の間の前記隙間が前記環状縁にお
   いて、前記接地シールドの前記開放側部に直接対面する
   方向で露出されるように配置され、前記接地シールドの
   前記環状縁は前記陰極の前記周縁から変位され、 （ｃ）前記陰極の前記周縁に取り付けられて、前記接地
   シールドの前記環状縁から張出して前記接地シールドの
   前記開放側部に直接対面する前記方向における前記隙間
   の露出部を覆うように前記陰極の前記周縁から外向きに
   延びている延長手段を備えている、 ように改良されたスパッタ被覆装置のターゲット構造。