JP2604113Y2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、基板上に薄膜を形成す
るスパッタリング装置に関し、更に詳しく述べると、管
状基板の管内等の挟い空間や長尺基板へのスパッタリン
グ成膜を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スパッタリング装置は基板上へ薄膜を形
成する装置のひとつとして普及している。通常のスパッ
タリング装置は、平板上の基板に成膜するためのものが
ほとんどであるが、ときにはパイプのような管状基板の
内周面に成膜することが必要な場合がある。従来、管状
基板内周面にスパッタリング成膜する場合、最も簡単な
方法として、ターゲットを管状基板の管の延長線上に置
いてこの位置でスパッタリングさせ、ターゲットから飛
び出した原子の一部を管の内周面に回り込ませて成膜す
る方法があった。この方法は、比較的管の内径が大き
く、また管長が短いという限られた状況のときにのみに
使用できるものであるが、均一な成膜は不可能である。
そのうえターゲットから飛び出した原子のうち膜に寄与
するものは一部だけであり非常に付着効率が悪いので特
殊な用途以外は利用されなかった。この簡単な方法が使
えないような管状基板の場合には、ターゲット材料を管
状基板内部に挿入して管内部でスパッタリングを行う方
法が用いられた。この方法によるスパッタ装置の一例
を、図を用いて説明する。

【０００３】図３は従来からの管状基板内周面に成膜す
るためのスパッタリング装置の一例を示す成膜室断面図
である。本装置では、Ａｒガスを真空容器１の壁面から
成膜室内に導入して、図示しない真空ポンプおよび圧力
調整弁により所定の圧力に調整する。成膜室内には真空
容器壁面に支えられる棒状のプローブ（陰極）１０が、
一端を真空容器１内に、他端を貫通穴を介して真空容器
１外に突出されるように設けられている。プローブ１０
の成膜室側の先端にはプローブ１０と同径の円筒形状の
ターゲット１１がネジ止めされ、プローブ１０と電気的
に接続されている。このプローブ１０は真空容器１の壁
面に対し絶縁体１２を介して支えられることにより、真
空容器１とは電気的に絶縁される。さらに、絶縁体１２
とプローブ１０との間は二重のＯリング１３によるシー
ル機構で支持され、プローブ１０が摺動しても成膜室の
真空が保持できるようにしている。

【０００４】真空容器１内部には、前記プローブ１０と
軸線が共通する円筒穴を有した金属性のホルダ（陽極）
２０が設けられる。この円筒穴の内径はプローブ１０の
外径より十分大きく、後述するようにターゲット１１
と、ホルダ２０との間でプラズマが発生するのに必要な
間隔以上となっている。ホルダ２０には、ヒータ２１が
内蔵され、ホルダ２０の円筒穴に内接して保持される管
状基板２３を加熱できるようにしてある。そして、プロ
ーブ１０が真空容器１の外部に設けた所定の搬送機構に
より摺動するとターゲット１１が管状基板の管内軸線上
を移動するようになっている。

【０００５】ホルダ２０と、プローブ１０との間には、
プローブ１０側がホルダ２０側に対して負になるように
ＤＣ電源３０および放電安定抵抗３１が接続され、ホル
ダ２０側は接地電位にしてある。ＤＣ電源としては通常
定電流電源を用いる。以上の構成の装置において、成膜
室内にＡｒガスを導入し、放電維持可能な圧力に調整し
た後、プローブ１０とホルダ２０との間に電力を供給す
るとこれらの間の空間にプラズマが発生する。そしてプ
ラズマ中のアルゴンイオンによってターゲットがスパッ
タリングされ、飛び出した原子が管状基板内周面に付着
される。

【０００６】前記従来のスパッタリング装置では、管状
基板内周面に均一な膜を形成するために成膜時にターゲ
ットを管状基板の管内で軸線に沿って移動させながらス
パッタリングするのであるが、ターゲットと基板との相
対位置関係が変化すると放電状態が変動する。すなわ
ち、ターゲットが管の端部にあるときと管の奥部にある
ときとでは陰極と陽極との対向形状が異なるので放電状
態も相違し、その結果ターゲットが端部にあるときと奥
部にあるときでは膜厚、膜質ともに異なるものとなり、
均一に成膜することができなかった。

【０００７】また、特にガラス等の絶縁基板に導電物質
を成膜する場合に顕著になるが、絶縁基板上に導電膜が
時々刻々付着されるにともなって、絶縁基板が取り付け
られている陽極側の導電状態が変化することにより放電
状態も変動して、成膜の均一化が図れないという問題が
あった。

【０００８】このような問題を解決するための装置を考
案者は特願平４−２９２９４７号で開示している。これ
を図４に示す。図４の装置では、プローブ１０を同軸形
状とし、軸心部分に絶縁筒１４を介して陽極軸１５を設
けている。そしてプローブ１０の先端部分にプローブ外
周側（陰極）に接続する中空円筒形状のターゲット１１
を設け、このターゲット１１の中空内に陽極軸１５の軸
端である陽極軸下端部３３を突き出すようにしている。
陽極軸１５とプローブ１０外周（陰極）との間にＤＣ電
源から電力を印加すると、陽極下端部３３とターゲット
１１との間で中空陰極放電が発生する。このような構成
では、陽極がターゲットの中空内部にあるため外部にあ
る基板、ホルダ等の影響を受けることなくスパッタリン
グできるので放電が安定し、均一な成膜ができる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなスパッタ装置で連続して成膜をした場合、ターゲッ
トがスパッタリングされていくにしたがって、その形状
が変形する。この様子を図５に示す。図５は連続してス
パッタリング成膜を行った後のターゲットの形状を示す
図で、中空陰極放電によりターゲット内面が開口部に近
づくにつれて広がるように侵食されている。

【００１０】このような形状の変化のため、同じターゲ
ットでの成膜回数が増えるに伴って、放電状態が変化す
ることとなった。極端な場合、中空陰極放電が維持でき
なくなって、ターゲットの外周側空間放電が広がってし
まい、他の成膜条件を同一にしても再現性のない成膜と
なってしまうこととなった。

【００１１】本考案は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、同じターゲットで繰り返し、成膜して
も再現性のよいスパッタリング装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本考案にかかるスパッタリング装置は、管状
基板の内面に対してスパッタリング成膜を行う装置であ
って、基板を保持するホルダと、管状基板内径より十分
細く、前記管状基板の内空間を搬送機構により、相対的
に移動可能に取り付けたパイプ形状のプローブと、プロ
ーブの先端に取り付け、プローブの中空孔と連通する中
空孔を有したターゲットと、前記プローブの中空孔内に
同軸的に配設し、外周を絶縁筒で覆った補助電極と、前
記プローブと前記補助電極との相対位置を変える調整手
段と、プローブに放電用電力を印加する電源とを備え、
プローブを陰極として電力を印加して発生した中空陰極
放電の放電状態をターゲット中空内にある補助電極先端
位置を移動することで調整するようにしたことを特徴と
する。

【００１３】以下、この構造のスパッタリング装置がど
のように作用するかを説明する。

【００１４】

【作用】本考案のスパッタリング装置において、プロー
ブに電力を印加し、所定の成膜条件設定を行うとターゲ
ットが中空形状であることからターゲット外周側で放電
せずに、ターゲットの中空内から涌き出すような形状の
中空陰極放電を生じる。ターゲットの中空空間内には補
助電極の先端があり、この先端からターゲット開口にか
けての空間に放電が存在する。この状態で繰り返し成膜
を行う。

【００１５】ターゲットが新しいときは補助電極の先端
をターゲット開口側に向けて長く突き出した状態にして
成膜を行う。成膜回数が増えるに伴って、ターゲット内
周面が開口側から侵食される。これに対し、ターゲット
が侵食された分の長さだけ補助電極の突き出した長さを
短くしてターゲットとの相対関係を変動させる。すなわ
ち、図６に示すようにこの侵食長さ分だけ補助電極を引
き込めることで補助電極先端とターゲット開口部との長
さＬを一定にすることで相対関係の変動が相殺されるこ
ととなり、中空陰極放電状態の変動をなくすことができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本考案の実施例を図を用いて説明す
る。

【００１７】図１は本考案によるスパッタリング装置の
一例を示す成膜室断面図である。本装置では、パイプ形
状のプローブ（陰極）１０が、一端を真空容器１内に、
他端を貫通穴を介して真空容器１外に突出されるように
設けられている。プローブ１０の成膜室側の先端にはプ
ローブ１０と同径の円筒形状のターゲット１１がネジ止
めされ、プローブ１０と電気的に接続されている。プロ
ーブ１０のパイプ内には、絶縁筒１４を介してプローブ
１０と絶縁された補助電極４０がある。この補助電極４
０と絶縁筒１４とは真空容器外に設けた調整ツマミ４５
によりプローブ１０に対する相対位置が変えられるよう
になっている。すなわち、補助電極４０および絶縁筒１
４の上端部にガラスまたは樹脂にて固定された調整ツマ
ミ４５は、プローブ１０の外周面にネジ部４６にて係合
してあり、ネジ部４６を調整することにより補助電極４
０および絶縁筒１４のこのプローブ１０に対しての相対
位置を動かすことができるようになっている。調整ツマ
ミ４５とプローブ１０との間はシール用のＯリング１３
を設けて真空が維持できるようにしている。

【００１８】また、プローブ１０には放電ガス導入口が
接続されており、絶縁筒１４とプローブ１０内周面との
隙間、または補助電極４０と絶縁筒１４内周面との隙間
を通ってガスが導入される。

【００１９】真空容器１の内部には、前記プローブ１０
と軸線を共通する円筒孔を有した金属性のホルダ（陽
極）２０が設けられる。この円筒穴の内径はプローブ１
０の外径より十分大きく、ターゲット１１と、ホルダ２
０との間でプラズマが発生するのに必要な間隔以上とな
っている。ホルダ２０には、ヒータ２１が内蔵され、ホ
ルダ２０の円筒穴に内接して保持される管状基板２３を
加熱できるようにしてある。そして、ホルダ２０はホル
ダ台２４に支持され、このホルダ台２４が真空容器１の
外部に設けた所定の搬送機構に接続されていて、これを
駆動することによってホルダ２０およびホルダ２０に固
定された管状基板２３のターゲット１０に対する相対位
置が変わるようになっている。

【００２０】ホルダ２０と、プローブ１０との間には、
プローブ１０側がホルダ２０側に対して負になるように
ＤＣ電源３０および放電安定抵抗３１が接続される。ホ
ルダ２０側は接地電位にするのが普通であるが、接地電
位としないときはホルダ台との接続面に絶縁板２４Ｂを
介在させておく。

【００２１】さらに、補助電極４０には、ポテンショメ
ータ３３にて分圧された電圧が安定抵抗３１Ａを介して
印加されるように接続される。

【００２２】以上の構成の装置において、成膜室内にＡ
ｒガスを導入し、放電維持可能な圧力に調整した後、プ
ローブ１０とホルダ２０との間に適当な強度の電力を供
給するとターゲット１１の中空孔内に放電が存在する中
空陰極放電が生じる（供給電力が小さすぎるとホルダ２
０とターゲット１０の外周面との間で放電する）。この
ときポテンショメータ３３の調整により中空陰極放電で
プラズマがターゲット開口部から外に押し出される程度
を調整する。なお、補助電極４０は浮遊電位すなわち、
積極的に外部と接続しないようにしてプラズマとの平衡
によって補助電極の電位を決まるようにしてもプラズマ
の押し出し程度を調整できる。

【００２３】このようにして決めた放電状態で成膜を繰
り返していく。すると、ターゲット１１がスパッタリン
グされて消耗し、補助電極４０の先端とターゲット１１
の開口部との距離が短くなって、中空陰極放電の形状、
特にプラズマがターゲットの開口から押し出される程度
が変わる。中空陰極放電形状の変化が進んで成膜条件の
再現性がなくなって来ると、調整ツマミ４５を回して補
助電極４０および絶縁筒１４を引き込める。すると、補
助電極４０の先端とターゲット１１の開口部との距離が
再び最初の長さと同じ程度にすることができ、最初の放
電状態と同様の放電を得ることができる。このようにし
てターゲット１１の消耗の程度に合わせて補助電極４０
を引き込めることで放電形状に影響を及ぼす補助電極４
０先端とターゲット１１開口部との相対関係が一定にな
るように調整できるので、再現性のよい成膜を続けるこ
とができる。

【００２４】本実施例では、Ａｒガスをプローブを介し
て供給したが、これはプローブを介してガス導入するこ
とでプローブ内にはコンダクタンスによる差圧が生じ、
中空陰極放電が発生しやすい圧力条件にするためであ
る。通常のように真空容器１壁面に導入口を取り付けて
これから導入してもよいが、この場合中空陰極放電が得
られる条件が少し狭くなる。

【００２５】また、本実施例ではＤＣ電源を使用した
が、ＲＦ電源を用いてもよい。また、補助電極に印加す
る電圧をＤＣ電源の分圧を利用したが、別電源を使用し
てもよい。また、多少外部の電極形状の影響を受けやす
くなるが、浮遊電位とすることもできる。

【００２６】また、本実施例ではホルダ２０を陽極と
し、補助電極４０を放電調整手段としてのみ用いたが、
補助電極４０とプローブ１０との間で放電電力を印加す
るようにして補助電極４０に放電調整手段だけでなく陽
極電極としての役目を兼用させてもよい。この場合も本
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２７】

【考案の効果】以上、説明したように本考案にかかるス
パッタリング装置によれば、補助電極の先端とターゲッ
ト開口部との距離とをターゲットの消耗に合わせて調整
することにより、放電状態を一定に保つことができ、繰
り返し成膜をしても、再現性のい成膜が可能である。ま
た、ターゲットの消耗に合わせて補助電極を引き込んで
ゆくので、ターゲットが短くなるまで有効に利用するこ
とができる。特に高価なターゲットを使う場合に、無駄
なくターゲットを利用できるので材料コストの低減が図
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の考案の一実施例であるスパッタリング装
置の成膜室断面図。

【図２】図１の装置の要部であるプローブ部分の拡大
図。

【図３】従来のスパッタリング装置の成膜室断面図。

【図４】従来のスパッタリング装置の成膜室断面図。

【図５】ターゲットの消耗の様子を示す図。

【図６】ターゲットと補助電極の先端の相対位置の変化
を示す図。

【符号の説明】

１：真空容器 １０：プローブ １１：ターゲット １２：絶縁体 １３：調整ツマミ １４：絶縁筒 ２０：ホルダ ２３：管状基板 ２４：ホルダ台 ３０：ＤＣ電源 ４０：補助電極 ４１：補助電極下端 ４５：調整ツマミ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状基板の内面に対してスパッタリング
   成膜を行う装置であって、基板を保持するホルダと、 管状基板内径より十分細く、前記管状基板の内空間を搬
   送機構により、相対的に移動可能に取り付けたパイプ形
   状のプローブと、 プローブの先端に取り付け、プローブの中空孔と連通す
   る中空孔を有したターゲットと、 前記プローブの中空孔内に同軸的に配設し、外周を絶縁
   筒で覆った補助電極と、前記プローブと前記補助電極と
   の相対位置を変える調整手段と、 プローブに放電用電力を印加する電源とを備え、 プローブを陰極として電力を印加して発生した中空陰極
   放電の放電状態をターゲット中空内にある補助電極先端
   位置を移動することで調整するようにしたことを特徴と
   するスパッタリング装置。