JPH06108238A - スパッタリング装置 - Google Patents

スパッタリング装置

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JPH06108238A
JPH06108238A JP4261776A JP26177692A JPH06108238A JP H06108238 A JPH06108238 A JP H06108238A JP 4261776 A JP4261776 A JP 4261776A JP 26177692 A JP26177692 A JP 26177692A JP H06108238 A JPH06108238 A JP H06108238A
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sputtering
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 管状基板内周面を成膜するスパッタリング装
置を提供する。 【構成】 管状基板の軸線上に、円筒形状ターゲットを
先端に装着したガス導入穴付きのプローブを設ける。そ
してこの穴を介してArガスを導入して、タ−ゲットと
管状基板外周にあるホルダとの間に電力印加することで
ターゲット付近にホローカソード放電を発生させる。こ
のホローカソード放電によるスパッタリングをおこなっ
て管状基板内周面に成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、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、パ
イプなどの管状基板の内周面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2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プローブ10が、一端が真空
容器内に、他端が貫通穴を介して容器外に突出されるよ
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とは絶縁体12を介し
て支えられることにより真空容器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1
0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】真空容器内部には、前記プローブ10の軸
線と軸が共通する円筒穴を有した金属性のホルダ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、後述するようにプローブ10およびター
ゲット11と、ホルダ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、前記ホルダの円筒穴に内接して保持さ
れる管状基板23が加熱できるようにしてある。そし
て、プローブ10が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】基板ホルダ20と、プローブ10との間に
は、プローブ側が負になるようにDC電源30および放
電安定抵抗31が接続され、ホルダ側は接地電位にして
ある。 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との間に電力を投入するとこれらの
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】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のスパッタリ
ング装置では、ターゲットを管状基板の軸線に沿って移
動させながらスパッタリングすることにより、内周面に
均一な膜を形成することができる。しかしながら、この
方法は以下に述べるように管状基板であることによる特
殊な問題が発生する。
【0007】すなわち、スパッタリング成膜を行うには
安定した放電を維持するため、電極間距離、成膜圧力を
最適化する必要がある。このふたつの成膜パラメータは
互いに関連しており、一方を固定すれば、放電維持でき
る他方の範囲は限られる。通常の平行平板型の成膜装置
では、電極間距離を30mm以上にして圧力を100m
Torr以下の比較的高真空領域にして成膜する。これ
は、これより低真空状態でスパッタリングすると、放電
ガス中の不純物成分が混入しやすく、良質な膜が得られ
ないことや、スパッタされて飛び出した原子がガス原子
と衝突して散乱されるので成膜速度が非常に遅くなるこ
となどの不都合があるためである。ところが、管状基板
では電極間距離、すなわち管状基板内周面とターゲット
表面との間隔は自由に設定できず、この間隔は管状基板
内径によりほぼ決定されてしまう。すなわち管状基板の
内径が十分大きい場合はプローブ径を調整することで適
当な間隔を設定できるが、管状基板内径が小さくなって
くると、プローブ径を小さくするのにも限界があり、管
状基板内径だけで決められるようになる。たとえば、プ
ローブ外径を10mm以下にはできないとすると、管状
基板の内径が50mm、40mmのときは、電極間隔は
それぞれ20mm、15mmとなる。このように電極間
隔が狭くなった場合、安定放電を維持するには電極間隔
が広い場合より低真空側たとえば、100mTorr以
上にしなければならない。このような低い真空度でスパ
ッタリングを行うと、放電ガス中の不純物成分が混入し
やすく、良質な膜の形成が困難になる。また、スパッタ
されて飛び出した原子がガス原子と衝突して散乱された
り、そもそも十分な放電電流が流れないことにより成膜
速度が非常に遅いという問題が生じる。
【0008】本発明はこのような問題を解決し、管状基
板内周面に良質な膜を高速に成膜することができるスパ
ッタリング装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
になされた本発明は、管状基板の内周面を成膜するスパ
ッタリング装置において、管状基板外径と同径の円筒穴
を有し、この穴に成膜すべき管状基板を装着して保持す
るためのホルダと、外径がこの管状基板内径より十分細
い直線パイプ形状を有し、前記管状基板の中心軸線上を
この軸線に沿って搬送機構により移動可能に取り付けた
導電性のプローブと、このプローブの先端に、プローブ
の軸線と軸を共通して取り付け、プローブの中空穴と連
通する中空穴を有したターゲットと、このプローブの他
端側を、真空容器と電気的に絶縁して真空容器外部に突
出するための絶縁シール部と、タ−ゲットと基板間に放
電用電力を印加する電源とを設け、真空容器内に前記プ
ローブの中空穴を介してスパッタリング用ガスを導入し
て電力印加することにより、ターゲットの中空穴付近に
ホローカソード放電を発生させてスパッタリングすると
ともに、このターゲットを管状基板軸線に沿って移動し
ながら成膜することを特徴とする。
【0010】以下、この構造のスパッタ装置がどのよう
に作用するかを説明する。
【0011】
【作用】本発明のスパッタリング装置は、Arなどのス
パッタリング用ガスがプローブとターゲットとに設けら
れた中空穴を介して成膜室内に導入される。このガス導
入と図示しない真空ポンプおよび圧力調整弁により成膜
室内を所定の圧力に調整したとき、この中空穴内部は配
管抵抗によるコンダクタンス作用により中空穴外部より
も低真空に保たれる。すなわち、中空穴内部と中空穴外
部とには差圧が生じる。この状態でプローブ、ターゲッ
ト側と、ホルダ側との間に電力を印加して放電を発生さ
せると、圧力条件が適当であれば、ホローカソード放電
(中空陰極放電)と呼ばれる、通常のグロー放電より電
流密度の高い放電がこのターゲット中空穴内部およびタ
ーゲット開口部付近に局在するように発生する。このホ
ローカソード放電は電流密度が高いことからターゲット
を激しくスパッタリングする。しかも、中空穴外部はコ
ンダクタンス作用がなく比較的高真空状態であることか
らターゲットから飛び出して中空穴外部に出た原子はそ
のまま管状基板内周面に付着することから成膜速度が小
さくならず、しかも、不純物の混入が少ない成膜が行わ
れる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。
【0013】図1は本発明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。図において図2の従来
装置と同じ部分は同記号を用いているのでこれら同じ部
分の説明は省略する。このスパッタリング装置では図2
に示した従来装置において、プローブ10に真空容器外
部からArガスを供給するためのガス導入穴14が設け
られ、プローブ10の先端にはこのガス導入穴14と連
通する穴を有する円筒形状のターゲット11がネジ止め
される。プローブ10の中空穴先端付近には放電の回り
込み防止用の絶縁筒15が設けられる。
【0014】以上の構成の装置において、プローブ10
に設けられたガス導入穴14とターゲット11の中空穴
とを介して成膜室内にArガスを導入し、図示しない真
空ポンプおよび圧力調整弁にて放電維持可能な圧力に調
整する。すると、ガス導入穴14内部とターゲット11
の中空穴内部とには配管抵抗によるコンダクタンス作用
が生じ、これら中空穴内部以外の成膜室内よりも低真空
状態に保持される。この状態でプローブ10とホルダ2
0との間に、DC電源30および安定抵抗31からなる
電源回路により適当な値の電力を投入する。すると、通
常のグロー放電に比べて電流密度が高いホローカソード
放電がターゲット11の中空穴内部とターゲット開口部
付近に発生する。すなわち、中空穴を有する特殊な陰極
形状であることと、狭い電極間隔においても放電維持が
可能なほどの比較的低真空の空間内圧力であることとの
条件が満足されると、中空穴から放射状に吹き出すよう
な形状のプラズマが発生して、ターゲット11の先端部
付近を激しくスパッタリングするようになる。これによ
り、ターゲット11から激しくスパッタリングされた原
子は管状基板23に向けて飛び出し、やがて管状基板2
3に衝突してこれに付着する。なお、ホローカソード放
電がプローブ10のガス導入穴14内部にまで至って、
プローブ10自身がスパッタされるのを防止するため
に、プローブ10のガス導入穴先端部には放電防止用の
絶縁筒15を設けておけばよい。
【0015】そして、図示しない搬送機構を用いて、プ
ローブ10を管状基板23の中心軸線に沿って移動する
ことによりターゲット11を管状基板23の内周面全体
にほぼ均等に対向するようにすれば軸方向の膜厚の均一
性は改善することができる。なお、本実施例では電源と
してDC電源を用いたがこれに限られるものではなく、
RF電源その他の電源で放電を発生させうるものであれ
ばよい。また、スパッタリング用ガスとしてはArガス
を用いたがこれについてもArに限られるものではな
く、たとえば酸素とArのような混合ガスを用いて反応
性スパッタリングとしてもよい。搬送機構についてもタ
ーゲット11を移動するかわりにホルダ側を移動可能に
してもよい。また、基板を中心軸上で回転する回転機構
を用いれば更に均一性のよい成膜が可能になる。
【0016】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
円筒形状のターゲットを用いてホローカソード放電によ
るスパッタリングを行うことにより管状基板の内周面に
良質な膜を高速に付着することができる。しかも、管状
基板の管長が長いときは簡単な搬送機構を用いてターゲ
ットが管内を移動するようにすることで軸方向の膜の均
一性を向上することができる。
【0017】また、スパッタリングされた原子のほとん
どは管状基板に付着するかターゲット自身に付着するか
であり、ターゲットに付着した原子は再度利用できるの
でターゲットの利用効率が非常に高い。これにより希少
金属など高価な材料をスパッタリングするときに有効に
成膜に利用されない部分が少ないので経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本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】従来のスパッタリング装置の成膜室断面図。
【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 14:ガス導入穴 20:ホルダ 23:管状基板 30:DC電源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管状基板の内周面を成膜するスパッタリ
    ング装置において、成膜すべき管状基板を装着して保持
    するためのホルダと、外径がこの管状基板内径より十分
    細いパイプ形状を有し、前記管状基板の中を搬送機構に
    より相対的に移動可能に取り付けたプローブと、このプ
    ローブの先端に取り付け、プローブの中空穴と連通する
    中空穴を有したターゲットと、タ−ゲットに放電用電力
    を供給する電源とを設け、真空容器内に前記プローブの
    中空穴を介してスパッタリング用ガスを導入してタ−ゲ
    ットに電力供給することにより、ターゲットの中空穴付
    近にホローカソード放電を発生させてスパッタリングす
    るとともに、このターゲットを管状基板の中で相対的に
    移動しながら成膜することを特徴とするスパッタリング
    装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006274387A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Nagasaki Prefecture 筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたイオン注入法及びその装置並びに筒状体の内周側表面へのスパッタ法を用いたコーティング法及びその装置
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WO2022261684A1 (en) * 2021-06-16 2022-12-22 Plasmateria Gmbh Apparatus and method for coating the inner surface of a hollow article

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