JPH0353066A

JPH0353066A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH0353066A
Application number: JP19021389A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kumakiri; 熊切　正; Kouichirou Akari; 孝一郎赤理; Atsushi Munemasa; 淳宗政
Original assignee: KINZOKUKEI ZAIRYO KENKYU KAIHATSU CENTER; SEKIYU SHIGEN KAIHATSU KK
Current assignee: KINZOKUKEI ZAIRYO KENKYU KAIHATSU CENTER; SEKIYU SHIGEN KAIHATSU KK
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-03-07
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH07116597B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、表面に薄膜をスパツタ蒸発手段により形成さ
せるスパッタリング装置に関する。

（従来の技術）最近、金属材料の耐食性を向上させる手段の一つとして
、物理的蒸着法の一つであるスパッタリング装置が採用
されている。

この種のスパッタリング装置には、第６図及び第７図に
例示するものがあり、容器２０内に陰極２１と陽極２２
とが対向状に配設され、陰極２ｌと陽極２２上に、それ
ぞれターゲット２３と基体２４とが備えられると共に容
器２０には内部の気体を排出させるための排気管２５が
接続されている。

なお、第６図に示す装置では、Ａｒ等の不活性ガスまた
はＮ２等の反応ガスとの混合ガスが、混合ガス供給管２
６を介して容器２０の側壁から導入され、ターゲット２
３と基体２４との間にシャッター２７が設けられている
。

また、第７図に示す装置では、不活性ガスが供給管２８
によりターゲット２３近傍に、また反応ガスが導入管２
９により基体２４近傍に、それぞれ供給されるようにな
っている。

そして、上記装置では、ターゲット２３の材料、たとえ
ば、純ＴｉをＡｒ等の不活性ガスイオンでスパッタ蒸発
させ、反応ガスとして少量のＮｔガスを導入することに
より、ＴｉとＮ２とが反応し、基体２４上にＴｉＮの薄
膜が形威される。この装置において重要なことは、均一
な組或の薄膜を形成させるために、反応ガスを均一に分
布させることである。

ところで、上記装置においては、基体２４が平板状であ
れば問題はないが、基体２４が円筒状でその内面に薄膜
を形威させる場合には、基体内部に外部から反応ガスが
供給されるため、基体内部に反応ガスが軸心方向に均一
に供給されず、基体内部の両端部側が中央側よりも、反
応ガスの濃度が高くなり、筒状基体内周面に均一な組戒
の薄膜を形成できない。

例えば、筒状基体内周面にＴｉＮの薄膜を形威した場合
、筒状基体両端部の３０〜５（１１ＷＩＩ１の範囲には
ＴｉＮの薄膜が形威されるが、該基体の上記両端部を除
く部分には殆どＴｉのみから或る薄膜が形戒される。

この原因は、Ｎ２ガスが筒状基体内部の両端部領域で反
応して消費されてしまい、筒状基体内部の中央部までＮ
２ガスが十分に行き届かないためである。

そこで、本願発明者等は、上記問題点を解決すべく、す
でに反応性スパッタリング装置を提案している（特願昭
６３−１１５０６号）。この先願に係る装置は、第８図
に示すように、ターゲット３０に筒状基体３１が同心状
に外嵌され、不活性ガス雰囲気中で、ターゲッ｝３０と
基体３１間でグロー放電が生起されて、ターゲッ｝３０
の材料がスバッタ蒸発せしめられ、この蒸発したターゲ
ット３０の材料と基体３１内部の反応ガスとの化合物が
薄膜として基体３１内周面に形或されるようにしたもの
であり、特に、基体３１内部にその軸心方向全長にわた
る反応ガス導入管３２が基体３１の軸心と平行に配設さ
れ、該導入管３２の基体３１内部にある部分に、該部分
の軸心方向全長にわたる部分から略均一に反応ガスを流
出させるガス流出孔３３が設けられている．３４は真空
容器、３５はターンテーブル、３６はモータ、３７は電
源、３８は不活性ガス供給管、３９は排気管である。

（発明が解決しようとする課題）ところで、先願に係る上記装置にあっては、基体３ｌ内
部に挿入されたガス導入管３２から略均一に反応ガスが
流出せしめられるが、筒状基体３１内周面に形威される
薄膜の軸方向膜厚分布は、第９図に例示するように、不
均一であり、特に先端部付近の膜厚が薄くなるという問
題がある。

本発明は、上記のような実状に鑑みてなされたもので、
筒状基体の内周全面に略均一な膜厚の薄膜を形或するこ
との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。

（課題を解決するための手段）本発明では、上記目的を達戒するために、次の技術的手
段を講じた。

すなわち、本発明は、ターゲット２に筒状基体４が同心
状に外嵌され、不活性ガス雰囲気中で、ターゲット２と
基体４間でグロー放電が生起されて、ターゲット２の材
料がスパッタ蒸発せしめられ、この蒸発したターゲット
２の材料または、この材料と基体４内部の反応ガスとの
化合物が、薄膜として基体４内周面に形威されるスパッ
タリング装置において、基体４内部に、基体４の軸心方
向全長にわたるガス導入管１１が、基体４の軸心と平行
に配設され、ガス導入管■１の基体４内部に位置する部
分に、該部分の軸心方向中央付近に略均一に不活性ガス
または、不活性ガスと反応ガスの混合ガスを流出させる
ガス流出孔１２が形戒されていることを特徴としている
。

なお、ガス導入管１１に設けられるガス流出孔１２は、
直径０．５〜１．０ＩｎＩ１１　ピッチ５０〜Ｌｏｏｍ
ｍで、軸心方向中央部付近に基体４の長さの約１／３〜
１／２の範囲とするのが好ましい。

（作　用）本発明によれば、基体４及びターゲット２が収容されて
いる真空容器１を陽極とし、ターゲット２を陰極とする
と共に、真空容器１内にガス導入管１ｌから不活性ガス
又は不活性ガスと反応ガスの混合ガスを供給し、不活性
ガス雰囲気中で、夕一ゲット２と基体４間でグロー放電
を生起せしめる。

すると、ターゲット２の材料がスパッタ蒸発せしめられ
、ターゲットの材料から或る薄膜が基体４の内周面上に
形成される。反応ガスとの混合ガスの場合は、この蒸発
した材料と反応ガスとが反応し、その反応によって生起
した化合物が薄膜として基体４の内周面上に形成される
。

この場合、ガス導入管１１のガス流出孔１２が、基体４
内部の軸心方向中央付近に設けられているので、基体４
内軸心方向のガス圧力分布が略均一化され、基体４内周
面に形威される薄膜の膜厚が全面にわたって略均一にな
る。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図〜第３図は、第１実施例を示し、■は容器、２は
円柱状のターゲットで、該ターゲット２は純Ｔｉ等から
戒り、容器１の側壁に挿通固着されており、容器ｌが陽
極とされると共にターゲット２が陰極とされ、電源３が
接続されている。

４は円筒状基体で、容器１内に軸受５を介して横架装着
された回転筒体６内に、嵌脱自在に設けられ、該基体４
及び回転筒体６は、ターゲット２に同心状に外嵌されて
いる。そして、回転筒体６には、外周端部に伝動傘歯車
７が嵌着され、この？歯車７に駆動傘歯車８を介して電
動モータ９が連結されており、この電動モータ９により
、回転筒体６と共に円筒状基体４が、ターゲット２軸心
回りに回転駆動される。

１０は排気管で、容器１の底部に接続され、容器１内の
気体を排出するように、図外の排気ポンプに導びかれて
いる．ｌ１はガス導入管で、円筒状基体４内部に不活性ガス（
例えばＡｒガス等）又は不活性ガスと反応ガス（例えば
Ｎ２ガスや０■ガス等）の混合ガスを供給するものであ
り、容器１の底壁を貫通して折曲され、円筒状基体４の
内部に、その軸心方向全長にわたり該軸心と平行に配設
されている。

そして、このガス導入管ｌ１としては、例えば、外径が
５〜１０ｍｍ＋、肉厚０．５〜１．０閣の中空パイプが
採用されて、先端部が閉塞されている。また、ガス導入
管１１の軸心とターゲット２の外周面間の距離ｌは、第
３図に示すように、ターゲット２の外周面と円筒状基体
４の内周面間の距離Ｌの約１／３〜２／５程度とされる
のが好ましく、例えば、Ｌが２０ＩｎＩｌでｌが６．２
　〜８．２ｍｍとされる。

さらに、ガス導入管１１には、第２図に示すように、基
体４内部に位置する部分に、該部分の軸心方向中央付近
に、円筒状基体４の長さＬ，の略１／３〜１／２の範囲
し２にわたって、ガス流出孔１２が設けられている。そ
して、このガス流出孔ｌ２は、直径が０　．　５　〜１
　．　０　ｍｍで、ピッチｐ　５０〜１００　ｍｍとす
るのが好ましい。１６は真空計である。

上記のように構或した実施例によれば、基体４内周面に
ＴｉＮの薄膜を形成する場合には、ターゲット２を純Ｔ
ｉから戒るものとし、第１図に示すような状態で、電動
モータ９により回転筒体６を回転駆動させて、基体４を
回転させると共に、ガス導入管１１から基体４内部にＡ
ｒガスとＮ８ガスの混合ガスを供給して、その流出孔１
２から基体４内周面に向って流出させる。

この状態で、ターゲット２と基体４間でグロー放電を生
起させると、Ａｒガスイオンにより、夕一ゲット２の材
料である純Ｔｉがスパッタ蒸発して、これがＮ２ガスと
反応して、ＴｉとＮ２の化合物であるＴｉＮの薄膜が基
体４内周面に形威される。

この場合、導入管１１の先端部が基体４内部に挿通され
て、基体４の軸心方向全長にわたるものとされ、導入管
１１の基体４内部にある中央部分には、略均一にガスを
流出させる多数の流出孔ｌ２が設けられているので、基
体４内部に軸心方向全長にわたってＡｒガス分圧および
Ｎ２ガス分圧を略均一にすることができ、基体４内周面
に、全面にわたって略均一な組或のＴｉＮの薄膜を形或
できる。

第４図は、上記実施例における円筒状基体４内周面に形
威される薄膜の軸方向膜厚分布を示しており、この図か
ら明らかなように、円筒状基体４の軸方向全長にわたっ
て、略均一な膜厚が得られ、しかも略均一な組或の薄膜
となっている。なお、この場合、具体的には、円筒状基
体４の長さが５００叩で、ガス導入管１１は直径が６順
でそのガス流出孔１２の直径を０．５　ｙｍとすると共
にビッチｐを８０ｍｎ＋としたものであり、＾ｒガス流
量を５７ＳＣＣＭとし、真空計１６による雰囲気圧力を
２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに保持した。

尚、薄膜を形成する際には、基体４を回転させたが、こ
れは、より均一な組成の薄膜を形或するためであり、別
に、基体４を回転させなくてもよい。

ところで、導入管１ｌの軸心とターゲット２の外周面間
の距離２を、ターゲット２の外周面と基体４内周面間の
距離Ｌの１／３〜２／５としたのは次の理由による。

即ち、導入管１１をターゲット２に近付け過ぎると、グ
ロー放電が不安定となり、導入管１１を基体４内周面に
近付け過ぎると、導入管１１がスパッタリング粒子を遮
蔽して、基体４内周面に影ができる。

そこで、これらの事情を考慮して、導入管１１の位置が
上記のように設定されている。

又、導入管１１の流出孔１２の直径は下記のようにして
定めている。

即ち、各流出孔１２からのＮ２ガス等のガスの略均一な
流れを得るためには、（ｉ）導入管ｌｌ内でのガスの流れを粘性流とする。

（　ｉｉ　）各流出孔１２からのガスの流れを臨界状態
とする。

との必要性がある。

上記（ｉ）の理由は、もし、分子流となると、ガス源に
近い流出孔ｌ２からガスが殆ど出てしまい、導入管１１
先端部側の流出孔１２からはガスが殆ど流出しないと云
う結果となるからである。

又、上記（ｉｉ）の理由は、もし、臨界状態でないと、
導入管１１が長くなった場合、導入管１１内における圧
力損失のため、導入管ｌ１の各流出孔１２位置での背圧
が異なることとなり、その結果、各流出孔１２からのガ
スの流れがガス源に近い方が多くなることになるからで
あり、これを避けるために、各流出孔１２からのガスの
流れを臨界状態として、基本的に、流出孔１２の横断面
積のみでガスの流量を決定できる様にしている。

ところで、上記（ｉ）（ｉｉ）の点を考慮すれば、導入
管１１の内径が５１ＩＩＩＩ＋で、ガスの流量が１０　
３ＣＣＨの場合には、流出孔ｌ２の直径が０．５ｕ＋ｎ
＋程度とすべきであるが、実際には、導入管１１の太さ
、肉厚を？考慮して、流出孔１２を精度良く容易に加工
できるように、流出孔１２の直径を０．５〜１．０閣と
している。

又、流出孔１２のピッチは、実験により、５０〜ｌ００
鴫と定めている。

ところで、反応ガスとして（１２ガスを用いれば、０．
の活性が非常に高いため、基体４内周面上で成膜むらが
出来易すい。

これを解決するのが、第５図に示す本発明の第２実施例
で、導入管１１がターゲット２の周囲に、周方向等ピッ
チで４本配設されて、基体４内周面に向って略均一に０
■ガスが流出するようにされている。

尚、実施例では、多数の流出孔が等ピンチで配設された
導入管を用いたが、上記のような導入管の代わりに、極
めて多数の細孔（流出孔）を有する焼結ステンレスｗ４
繊維製パイプを導入管として使用してもよい。

又、基体は、円筒以外の四角筒や六角筒であっても良く
、要するに筒体であればよい。

さらに、上記実施例では、ターゲット２及び筒状基体４
を水平状に架設しているが、第８図に示すように立設状
に容器１内に設けてもよいこと勿論である。

（発明の効果）本発明にかかるスパッタリング装置は、上述のように、
基体４内部にターゲット２と平行に設けられたガス導入
管１１には、基体４内部に位置する部分の軸心方向中央
付近に、不活性ガスまたは、不活性ガスと反応ガスの混
合ガスを略均一に流出させるガス流出孔１２が形威され
ているから、筒状基体４内部にその軸方向全長にわたっ
てガス圧力の均一化を図ることができ、筒状基体４の内
周面全面にわたって、略均一な組戒と膜厚の薄膜を形戒
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示すもので、第
１図は全体の中央縦断正面図、第２図は要部拡大断面図
、第３図は第１図のＡ−Ａ線断面拡大図、第４図は本発
明装置による筒状基体内周面の軸方向膜厚分布図、第５
図は本発明の第２実施例を示す要部の断面図、第６図及
び第７図は従来例を示す概略説明図、第８図は本願の先
願に係るスパッタリング装置の中央縦断正面図、第９図
は第８図に示す装置による成膜の軸方向膜厚分布図であ
る。２・・・ターゲット、４・・・筒状基体、１１・・・ガ
ス導入管、１２・・・ガス流出孔。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ターゲット（２）に筒状基体（４）が同心状に外
嵌され、不活性ガス雰囲気中で、ターゲット（２）と基
体（４）間でグロー放電が生起されて、ターゲット（２
）の材料がスパッタ蒸発せしめられ、この蒸発したター
ゲット（２）の材料または、この材料と基体（４）内部
の反応ガスとの化合物が、薄膜として基体（４）内周面
に形成されるスパッタリング装置において、基体（４）内部に、基体（４）の軸心方向全長にわたる
ガス導入管（１１）が、基体（４）の軸心と平行に配設
され、ガス導入管（１１）の基体（４）内部に位置する
部分に、該部分の軸心方向中央付近に略均一に不活性ガ
スまたは、不活性ガスと反応ガスの混合ガスを流出させ
るガス流出孔（１２）が形成されていることを特徴とす
るスパッタリング装置。
（２）基体（４）が円筒状とされ、基体（４）をその軸
心回りに回転駆動する手段が備えられている請求項１記
載のスパッタリング装置。
（３）ガス導入管（１１）がターゲット（２）の周囲に
周方向等ピッチで複数本配設されている請求項１または
２記載のスパッタリング装置。
（４）ガス導入管（１１）の軸心とターゲット（２）の
外周面間の距離（ｌ）は、ターゲット（２）の外周面と
基体（４）の内周面間の距離（Ｌ）の約１／３〜２／５
とされている請求項１乃至３記載のスパッタリング装置
。
（５）ガス導入管（１１）に、直径０．５〜１．０ｍｍ
のガス流出孔（１２）が、軸心方向中央部付近に基体（
４）の長さの約１／３〜１／２の範囲にわたり、ピッチ
５０　〜１００ｍｍで配設されている請求項１乃至４記
載のスパッタリング装置。