(57)【要約】【課題】スパッタエッチングした際に発生するエッチング除去物質を被処理チャンバ外に排出する。【解決手段】本発明のコーティング装置は、その内面をスパッタエッチングしてからコーティングする被処理チャンバ１０と、被処理チャンバ１０の内面をスパッタエッチングするスパッタエッチング電極２１を装備するスパッタエッチング電極チャンバ２０と、被処理チャンバ１０の内面を１又は複数のターゲットによりコーティングするカソード３１、４１をそれぞれ装備する１又は複数のカソードチャンバ３０、４０と、被処理チャンバ１０、スパッタエッチング電極チャンバ２０、及び１又は複数のカソードチャンバ３０、４０のそれぞれ又はそのすべてを真空引きする真空ポンプとを備え、スパッタエッチング電極チャンバ２０内のスパッタエッチング電極２１を被処理チャンバ１０内に出し入れ可能に構成している。【選択図】　　　図１
2004115827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタエッチング電極チャンバ、被処理チャンバ、カソードチャンバを含む系全体を真空引きするとともに、ベーキングを行う前処理ステップと、
スパッタエッチング電極を前記スパッタエッチング電極チャンバから前記被処理チャンバへ挿入し、前記被処理チャンバの内面を不活性ガスによりスパッタエッチングしてから、前記被処理チャンバから前記スパッタエッチング電極チャンバへ該スパッタエッチング電極を引き戻すスパッタエッチングステップと、
前記スパッタエッチングステップと並行してあるいはその後に、第１のカソードチャンバ内に装備される第１のカソードの表面を不活性ガスによりスパッタエッチングする第１のカソードエッチングステップと、
前記第１のカソードを前記被処理チャンバに挿入し、前記被処理チャンバの内面をコーティングしてから、前記被処理チャンバから前記第１のカソードチャンバへ該第１のカソードを引き戻す第１のコーティングステップと、
を有することを特徴とする管内面のコーティング方法。
【請求項２】
前記第１のカソードは、ターゲットがチタンから成り、前記第１のコーティングステップでは、アルゴンと窒素の混合ガスを供給し、真空雰囲気内で前記被処理チャンバの内面に窒化チタンをスパッタコーティングする請求項１に記載の管内面のコーティング方法。
【請求項３】
前記第１のコーティングステップは、前記被処理チャンバ内を１５０〜６００℃に加熱して行う請求項２に記載の管内面のコーティング方法。
【請求項４】
前記前処理ステップは、第２のカソードチャンバを真空引き及びベーキングを行うことを含み、該コーティング方法は、前記第１のコーティングステップの前に、
前記第２のカソードチャンバ内に装備される第２のカソードの表面を不活性ガスによりスパッタエッチングする第２のカソードエッチングステップと、
前記第２のカソードを前記被処理チャンバに挿入し、前記被処理チャンバの内面をコーティングしてから、前記被処理チャンバから前記第２のカソードチャンバへ該第２のカソードを引き戻す第２のコーティングステップと、
をさらに有する請求項１〜３のいずれかに記載の管内面のコーティング方法。
【請求項５】
前記第２のカソードは、ターゲットがクロムから成り、前記第２のコーティングステップでは、前記第１のコーティングステップにおける窒化チタン被膜の下にアンダーコート用のクロム被膜をスパッタコーティングする請求項４に記載の管内面のコーティング方法。
【請求項６】
前記第２のカソードエッチングステップでは、前記第２のカソードは、前記第２のカソードチャンバ内でスパッタエッチングされる請求項４又は５に記載の管内面のコーティング方法。
【請求項７】
前記第２のカソードエッチングステップでは、前記第２のカソードは、前記被処理チャンバに挿入され、前記スパッタエッチングステップにおいて前記被処理チャンバの内面をスパッタエッチングするのと同時に前記被処理チャンバ内でスパッタエッチングされる請求項４又は５に記載の管内面のコーティング方法。
【請求項８】
前記第２のコーティングステップの後に、前記被処理チャンバ及び第２のカソードチャンバをゲートバルブで封じ切るステップをさらに有する請求項４〜７のいずれか一つに記載の管内面のコーティング方法。
【請求項９】
前記第１のコーティングステップの後に、前記第１のカソードチャンバ及び／又は前記スパッタエッチング電極チャンバをゲートバルブで封じ切るステップをさらに有する請求項１〜８のいずれか一つに記載の管内面のコーティング方法。
【請求項１０】
前記第１のカソードエッチングステップでは、前記第１のカソードは、前記第１のカソードチャンバ内でスパッタエッチングされる請求項１〜９のいずれか一つに記載の管内面のコーティング方法。
【請求項１１】
前記第１のカソードエッチングステップでは、前記第１のカソードは、前記被処理チャンバに挿入され、前記スパッタエッチングステップにおいて前記被処理チャンバの内面をスパッタエッチングするのと同時に前記被処理チャンバ内でスパッタエッチングされる請求項１〜６、８及び９のいずれか一つに記載の管内面のコーティング方法。
【請求項１２】
前記スパッタエッチングステップは、非平衡磁場型マグネトロン方式によるスパッタエッチングを用いる請求項１〜１１のいずれか一つに記載の管内面のコーティング方法。
【請求項１３】
筒状の被処理チャンバの管内面をスパッタエッチングしてからスパッタコーティングするコーティング装置において、非平衡磁場型マグネトロン方式により該被処理チャンバの管内面をスパッタエッチングしてからスパッタコーティングすることを特徴とするコーティング装置。
【請求項１４】
筒状の被処理チャンバの管内面をスパッタエッチングしてからスパッタコーティングするコーティング装置において、エッチング用の電極及びコーティング用のカソードを該被処理チャンバの管内に出し入れ可能に構成したことを特徴とするコーティング装置。
【請求項１５】
その内面をスパッタエッチングしてから、コーティングされる筒状の被処理チャンバと、
前記被処理チャンバの内面をスパッタエッチングするためのスパッタエッチング電極を装備するスパッタエッチング電極チャンバと、
前記被処理チャンバの内面を１又は複数のターゲットによりコーティングするためのカソードをそれぞれ装備する１又は複数のカソードチャンバと、
前記被処理チャンバ、前記スパッタエッチング電極チャンバ、及び前記カソードチャンバのそれぞれ又はそのすべてを真空引きすることができる真空ポンプとを備え、
前記スパッタエッチング電極チャンバ内の前記スパッタエッチング電極を前記被処理チャンバの管内に出し入れ可能に構成したことを特徴とするコーティング装置。
【請求項１６】
前記被処理チャンバは、前記スパッタエッチング電極チャンバから前記スパッタエッチング電極を挿入されてスパッタエッチングされる請求項１５に記載のコーティング装置。
【請求項１７】
前記１又は複数のカソードは、前記被処理チャンバをコーティングするために、それぞれの前記カソードチャンバ内で、あるいは、前記被処理チャンバ内に挿入されて該被処理チャンバと同時に、スパッタエッチングされる請求項１５又は１６に記載のコーティング装置。
【請求項１８】
前記１又は複数のカソードは、１つずつ被処理チャンバ内に挿入され、スパッタエッチングされた前記被処理チャンバを順次スパッタコーティングする請求項１５〜１７のいずれか一つに記載のコーティング装置。
【請求項１９】
前記スパッタエッチング電極チャンバ及び／又は前記１又は複数のカソードチャンバを封じ切るゲートバルブをさらに備える請求項１５〜１８のいずれか一つに記載のコーティング装置。
【請求項２０】
前記被処理チャンバの内面は、非平衡磁場型マグネトロン方式によりスパッタエッチングされる請求項１３〜１９のいずれか一つに記載のコーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状の被処理対象の内面をスパッタエッチングしてから、スパッタコーティングする管内面のコーティング方法及びコーティング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から対象物表面に薄膜をスパッタリング及び／又はコーティングする技術が知られている。それらは、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、イオンビームスパッタ、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、同軸マグネトロンなどである。
【０００３】
ＣＶＤは、高温空間あるいは活性化された空間における化学反応を利用する技術であり、他の技術は、イオンビームやプラズマを発生などさせ、それによって対象物表面をたたく（スパッタする）物理反応を利用する技術である。ＣＶＤは、高温の雰囲気を必要とし、毒性及び／又は危険性のあるガスを使用するという点で使用上注意（及び運転者の熟練）が必要である。
【０００４】
また、従来から管（筒状物）の内面をコーティングする技術も知られている。従来の平板形のカソードを用いる場合、例えば、図１５（Ａ）に示す断面図のように、複数の平板を組み合わせる必要がある。また、膜厚の均一化のために、２つのセットのアノード１２、カソード１３及びそれらを絶縁する絶縁体１４を含む平板形のコーティング装置は、コーティングの対象である被コーティング管１１の概ね中心に位置される必要もある。
【０００５】
図１５（Ａ）のコーティング装置内のカソードとアノードの配置関係を示す図１５（Ｂ）を用いてその動作原理を説明する。アノード１２とカソード１３の間に電源１５を用いて直流電圧を印加し、グロー放電をさせることにより雰囲気内にプラズマを発生させる。このプラズマ中には正イオン（通常、アルゴンイオンなど）が生成されるが、そのイオンは、アノード１２及びカソード１３間に発生する電界によりカソード１３に引きつけられ、カソードに衝突してカソードを構成するターゲット原子（例えば、Ｔｉ）を叩き出す（スパッタする）。叩き出されたターゲット原子は、被コーディング管１１に積層してそれをコーティングする。
【０００６】
従来のコーティング装置では、多数の被コーティング管のコーティングを行うにつれて、図１６（Ａ）に示すように、カソード１３の表面に局部的な減肉部分１６が生じる。この減肉部分１６がカソード１３の寿命を支配するものである。同様に、円筒形のカソードを用いた場合にも、図１６（Ｂ）に示すように、アノード１２から遠い部分に減肉部分１６が生じてしまう。そのため、従来の同軸マグネトロンなどでは、運転状況（運転時間など）に応じて、時々アノード１２とカソード１３の位置関係を相対的にずらして、カソード１３の減肉を均一化しなければならない。
【０００７】
従来のコーティング装置としては、例えば、特許文献１に記載される技術が知られているが、ここでは、この従来技術のうち、特に同軸マグネトロンの動作状態を説明する。図１７は、従来の同軸マグネトロンによる管内面のコーティング装置の動作状態を示す長手方向の断面図である。図１７（Ａ）において、まず被コーティング管１１からカソード１３に向かう電界を発生させ、カソード１３を構成するターゲット原子をスパッタする。次に、図１７（Ｂ）に示すように、電界の向きを変えて、プラズマ中に存在するターゲット原子イオンを被コーティング管１１の表面にコーティングする。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０５−２３０６４７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコーティング装置では、被コーティング管に対して運転中にカソードを移動することができないので、コーティングの前に被コーティング管表面をスパッタリングしておらず、また、スパッタリングしたとしてもそのスパッタ（エッチング）された物質は、被コーティング管やカソードに再付着してしまうという問題があった。
【００１０】
このように、従来のコーティング装置では、被コーティング管の表面をスパッタリングしないために、膜厚が均一化され、緻密性の高い膜質を形成することができず、また、スパッタしたとしても再付着してしまうために、被コーティング管表面に不純物が存在することによりコーティング剤の密着力が低下してしまうという問題がある。特に、陽子、電子などの加速器（シンクロトロンなど）を構成する半径数ｋｍにも及ぶ管内のコーティングには膜厚の均一化、高密着力などが要求される。
【００１１】
また、図１５に示す従来のコーティング装置では、カソード１３の裏側に磁石や冷却水路を設ける必要があり、構造が複雑になるとともに、部品点数も多く、コストが高くなるという問題がある。そして、この構造的特徴により、小型化が困難であり、それによって、細管への適用が困難であるという問題もあった。
【００１２】
さらに、従来のコーティング装置では、被コーティング管を周方向に回転し、あるいは、管内にあるコーティング装置を長手方向に直動、あるいは周方向に回転しなければ、カソードが局部的に減肉してしまうために、カソードの寿命が短くなってしまうという問題もあった。
【００１３】
したがって、本発明の一つの目的は、均一な膜厚と緻密な膜質を有するとともに、被コーティング管の内表面へのコーティング剤（ターゲット）の密着力を高めることができる管内面をコーティングする方法及び装置を提供することである。
【００１４】
また、本発明のもう一つの目的は、スパッタエッチング電極を用いて被コーティング管の内表面をスパッタエッチングした後に、その電極を系外に引き出し、カソードをチャンバに挿入して管内面をコーティングすることにより、エッチング除去した物質をチャンバ外（系外）に排出することができる管内面のコーティング方法及び装置を提供することである。
【００１５】
さらに、本発明の別の目的は、細管においてもその内表面をエッチング及びコーティングすることができる管内面のコーティング方法及び装置を提供することである。
【００１６】
また、本発明のさらなる目的は、非平衡（アンバランスド）磁場型同軸マグネトロン方式を利用した管内面のコーティング方法及び装置を提供することである。
【００１７】
さらに、本発明の目的は、真空を破ることなく、複数のコーティング剤（ターゲット）を被コーティング管にコーティングすることができる管内面のコーティング方法及び装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一態様における管内面のコーティング方法は、スパッタエッチング電極チャンバ、被処理チャンバ、カソードチャンバを含む系全体を真空引きするとともに、ベーキングを行う前処理ステップと、スパッタエッチング電極を前記スパッタエッチング電極チャンバから前記被処理チャンバへ挿入し、前記被処理チャンバの内面を不活性ガスによりスパッタエッチングしてから、前記被処理チャンバから前記スパッタエッチング電極チャンバへ該スパッタエッチング電極を引き戻すスパッタエッチングステップと、前記スパッタエッチングステップと並行してあるいはその後に、第１のカソードチャンバ内に装備される第１のカソードの表面を不活性ガスによりスパッタエッチングする第１のカソードエッチングステップと、前記第１のカソードを前記被処理チャンバに挿入し、前記被処理チャンバの内面をコーティングしてから、前記被処理チャンバから前記第１のカソードチャンバへ該第１のカソードを引き戻す第１のコーティングステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記第１のカソードは、ターゲットがチタンから成り、前記第１のコーティングステップでは、アルゴンと窒素の混合ガスを供給し、真空雰囲気内で前記被処理チャンバの内面に窒化チタンをスパッタコーティングする構成としてもよい。
【００２０】
また、前記第１のコーティングステップは、前記被処理チャンバ内を１５０〜６００℃に加熱して行ってもよい。
【００２１】
本発明の好適な実施形態では、前記前処理ステップは、第２のカソードチャンバを真空引き及びベーキングを行うことを含み、該コーティング方法は、前記第１のコーティングステップの前に、前記第２のカソードチャンバ内に装備される第２のカソードの表面を不活性ガスによりスパッタエッチングする第２のカソードエッチングステップと、前記第２のカソードを前記被処理チャンバに挿入し、前記被処理チャンバの内面をコーティングしてから、前記被処理チャンバから前記第２のカソードチャンバへ該第２のカソードを引き戻す第２のコーティングステップとをさらに有してもよい。
【００２２】
ここで、前記第２のカソードは、ターゲットがクロムから成り、前記第２のコーティングステップでは、前記第１のコーティングステップにおける窒化チタン被膜の下にアンダーコート用のクロム被膜をスパッタコーティングする構成としてもよい。
【００２３】
前記第２のカソードエッチングステップでは、前記第２のカソードは、前記第２のカソードチャンバ内でスパッタエッチングされてもよく、その代わりに、前記被処理チャンバに挿入され、前記スパッタエッチングステップにおいて前記被処理チャンバの内面をスパッタエッチングするのと同時に前記被処理チャンバ内でスパッタエッチングされてもよい。
【００２４】
また、本発明は、前記第２のコーティングステップの後に、前記被処理チャンバ及び第２のカソードチャンバをゲートバルブで封じ切るステップをさらに有してもよく、その代わりに又はそれに加えて、前記第１のコーティングステップの後に、前記第１のカソードチャンバ及び／又は前記スパッタエッチング電極チャンバをゲートバルブで封じ切るステップをさらに有してもよい。
【００２５】
さらに、前記第１のカソードエッチングステップでは、前記第１のカソードは、前記第１のカソードチャンバ内でスパッタエッチングされてもよく、その代わりに、前記被処理チャンバに挿入され、前記スパッタエッチングステップにおいて前記被処理チャンバの内面をスパッタエッチングするのと同時に前記被処理チャンバ内でスパッタエッチングされてもよい。
【００２６】
そして、好ましくは、本発明は、前記スパッタエッチングステップにおいて、非平衡磁場型マグネトロン方式によるスパッタエッチングを用いるコーティング方法である。
【００２７】
本発明のもう一つの態様におけるコーティング装置は、筒状の被処理チャンバの管内面をスパッタエッチングしてからスパッタコーティングするコーティング装置において、非平衡磁場型マグネトロン方式により該被処理チャンバの管内面をスパッタエッチングしてからスパッタコーティングすることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のさらにもう一つの態様におけるコーティング装置は、筒状の被処理チャンバの管内面をスパッタエッチングしてからスパッタコーティングするコーティング装置において、エッチング用の電極及びコーティング用のカソードを該被処理チャンバの管内に出し入れ可能に構成したことを特徴とする。
【００２９】
さらに、本発明の別の態様におけるコーティング装置は、その内面をスパッタエッチングしてから、コーティングされる筒状の被処理チャンバと、前記被処理チャンバの内面をスパッタエッチングするためのスパッタエッチング電極を装備するスパッタエッチング電極チャンバと、前記被処理チャンバの内面を１又は複数のターゲットによりコーティングするためのカソードをそれぞれ装備する１又は複数のカソードチャンバと、前記被処理チャンバ、前記スパッタエッチング電極チャンバ、及び前記カソードチャンバのそれぞれ又はそのすべてを真空引きすることができる真空ポンプとを備え、前記スパッタエッチング電極チャンバ内の前記スパッタエッチング電極を前記被処理チャンバの管内に出し入れ可能に構成したことを特徴とする。
【００３０】
ここで、前記被処理チャンバは、前記スパッタエッチング電極チャンバから前記スパッタエッチング電極を挿入されてスパッタエッチングされてもよく、前記１又は複数のカソードは、前記被処理チャンバをコーティングするために、それぞれの前記カソードチャンバ内で、あるいは、前記被処理チャンバ内に挿入されて該被処理チャンバと同時に、スパッタエッチングされてもよい。
【００３１】
また、本発明のコーティング装置において、前記１又は複数のカソードは、１つずつ被処理チャンバ内に挿入され、スパッタエッチングされた前記被処理チャンバを順次スパッタコーティングするように構成される。
【００３２】
そして、本発明のコーティング装置は、前記スパッタエッチング電極チャンバ及び／又は前記１又は複数のカソードチャンバを封じ切るゲートバルブをさらに備えてもよい。また、前記被処理チャンバの内面は、非平衡磁場型マグネトロン方式によりスパッタエッチングされてもよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１４を参照して本発明に係る管内面のコーティング方法及びコーティング装置の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
【００３４】
まず、本発明の構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態における管内面のコーティング装置（以下、コーティング装置と略す）１００の概略的な断面図（配置図）である。この図１において、コーティング装置１００は、被コーティング管１１とそれを囲む複数のヒータ８０を含む被処理チャンバ１０と、被コーティング管の内表面をスパッタエッチングするためのスパッタエッチング電極２１を含むスパッタエッチング電極チャンバ２０と、膜用のマグネトロンターゲットである第１のカソード３１を有する第１のカソードチャンバ３０とを備える。さらに、本発明のコーティング装置１００は、膜用のマグネトロンターゲットの前に、アンダーコート用のターゲットである第２のカソード４１を有する第２のカソードチャンバ４０を備えてもよい。この実施形態において、第１のカソードの材料はＴｉ（チタン）であり、第２のカソードの材料はＣｒ（クロム）である。しかしながら、各カソードの材料は、これらに限定されず、被コーティング管をコーティングするのに必要なあるいはそれに対応する材料であればよい。また、複数のヒータ８０は、処理系、特に被処理チャンバをベーキングするためのものである。
【００３５】
スパッタエッチング電極チャンバ２０と被処理チャンバ１０、及び、カソードチャンバ（図１では第１のカソードチャンバ３０）と被処理チャンバ１０の間には、それぞれ第１の中間ポート５０及び第２の中間ポート６０が配置される。この第１及び第２の中間ポート５０、６０には、被処理チャンバ１０とスパッタエッチング電極チャンバ２０及びカソードチャンバ３０又は４０を封じ切るゲートバルブ２４又は３４と、コーティング処理中にスパッタエッチング電極２１やカソード３１又は４１の状態を目視するための窓７０及び８０が備えられる。以下、特に区別の必要がない場合には、第１及び第２のカソードをカソード３１で、第１及び第２のカソードチャンバをカソードチャンバ３０として説明する。
【００３６】
被処理チャンバ１０、スパッタエッチング電極チャンバ２０及びカソードチャンバ３０を含む系全体は、図示しない１又は複数の排気ポンプ（真空ポンプ）に接続され、本発明のコーティング処理を通じて系内の気体が排気されることにより、所定の真空状態に維持される。なお、各チャンバは、独立に排気ポンプにより真空引きされ得る。
【００３７】
また、コーティング装置１００は、図示しない直流電源を備え、被コーティング管１１とスパッタエッチング電極２１又はカソード（電極）３１との間に所定の直流電圧を印加することができる。同様に、スパッタエッチング電極チャンバ２０の内表面とスパッタエッチング電極２１との間にもこの直流電圧を印加することができる。なお、コーティング装置１００は、スパッタエッチング電極２１とスパッタエッチング電極チャンバ２０との絶縁を確保するための絶縁板２２、カソード３１又は４１とカソードチャンバ３０又は４０との絶縁を確保するための絶縁板３２又は４２も備える。
【００３８】
後述するコーティングの運転フローでは、スパッタエッチング電極２１及び／又はカソード３１が被処理チャンバ１０内に挿入され、被処理チャンバの内表面をスパッタエッチング及びスパッタコーティングする。コーティング装置１００は、この際にスパッタエッチング電極２１又はカソード３１を所定の位置に保持するための支持ロール２３又は３３も備える。
【００３９】
図２は、本発明のもう一つの実施形態における管内面のコーティング装置２００の概略的な断面図である。この図２において、コーティング装置２００は、上述のコーティング装置１００に対して、第２の中間ポート５０にもう一つのゲートバルブ５１を備える点で異なる。このように、カソードチャンバ３０、４０と被処理チャンバ１０との間にゲートバルブを二重で配置することにより、第２のカソードチャンバ４０から第１のカソードチャンバ３０に切り換える際にも、系内の真空を破らなくてすむ。
【００４０】
なお、図１及び図２の全体構成においては、図の簡略化のためアノード１２の図示を省略している。本発明のコーティング装置１００におけるアノード１２の配置については、以下において説明する。
【００４１】
次に、図１又は図２に示される被処理チャンバ１０の断面を用いて、アノード１２、カソード１３の配置関係を説明する。図３は、本発明の一実施形態における管内面のコーティング装置の被処理チャンバ１０の断面図である。この図３では、円筒形のカソード３１と被コーティング管１１との間の空間に適当な距離を保っている複数のアノード１２のバー（窓枠）が示される。この図３において、アノード１２のバーが示されていない部分は、カソード１３から被コーティング管１１にターゲット原子が移動するための開口部である。
【００４２】
また、図４は、図３に示される被処理チャンバ１０内のアノード１２を周方向に展開した図である。図３に示す被処理チャンバ１０の断面は、図４のＡ−Ａ’で切り取られる断面に対応する。なお、図４において、アノード１２のバーを１２１、開口部の矩形窓を１２２として示す。なお、図３及び図４中のａ〜ｄ及びｅ〜ｋは、それらの図の位置に対応する被コーティング管の位置を示している。
【００４３】
このアノード１２は、円筒形状であり、上記のように所定の割合で窓開け加工されたものである。このため、被コーティング管が細管であってもそれに対応して容易に装置化できる。ここで、一定の割合で細かい窓を多数開ける方が膜厚分布は良好となるが、加工工数が多くなるとともに、窓枠部分の幅を相当細くしないと開口率が上がらないので成膜速度を大きくすることができない。そのため、図４に示すように、開口部を細長い矩形窓とすることにより、加工工数、開口率、成膜速度、アノードの剛性、アノードに付着する無効なターゲット原子の量などのバランスを保つことができる。
【００４４】
この実施形態における被コーティング管１１の膜厚分布状態を上述の位置ａ〜ｋを用いて説明する。図５は、図３及び図４の各位置における膜厚分布を示す図である。図５（Ａ）では、図４に示されるＡ−Ａ’及びＢ−Ｂ’断面における周方向の膜厚分布の状態が示され、図５（Ｂ）では、図４に示されるＣ−Ｃ’及びＤ−Ｄ’断面における長手方向の膜厚分布の状態が示される。本実施形態では、矩形窓１２２が長手方向に整列されていることにより、開口部とそれ以外では多少の膜厚の差が生じてしまう。しかしながら、従来のコーティング装置に比べれば、スパッタエッチングを行うとともに、非平衡マグネトロン方式を用いることにより、格段に膜質が向上している。
【００４５】
なお、図５では、説明の都合上、膜厚の差が相当あるように示しているが、実際には触手では感じられないような微細な膜厚さである。しかしながら、より膜厚の均一化を図るためには、被コーティング管１１を長手方向に直動するとともに、周方向に回転させる必要がある。
【００４６】
次いで、上述の膜厚差を少なくするためのアノード１２の別の構成例を説明する。図６は、本発明のもう一つの実施形態における管内面のコーティング装置の被処理チャンバ１０の断面図であり、図７は、図６に示される被処理チャンバ内のアノードを周方向に展開した図である。ここで、図６は、図７に示される図４に示されるＡ−Ａ’断面における断面図であるので、周のおよそ半分程度にアノード１２のバー１２１が存在している。
【００４７】
図７に示されるように、アノード１２の開口部、すなわち、矩形窓１２２は、長手方向に対して隣り合う矩形窓１２２と半ピッチずれて配置されている。このように矩形窓１２２の配置をずらしたとしても、図４の場合に比べて開口率の変化はない。
【００４８】
本実施形態における膜厚分布の状態を説明する。図８は、図６及び図７の各位置における膜厚分布を示す図である。各位置については、図４の場合と同様であるのでその説明は省略する。この図８を図５と比較すると、特に長手方向において膜厚の均一化が図れることが理解される。したがって、図７の実施形態では、図４の実施形態に比較して、開口率を変えることなく膜厚分布の状態が改善され、被コーティング管１１の回転及び直動が不要となる。
【００４９】
また、このように隣り合う矩形窓１２２を半ピッチずらしたことにより、図４における位置ｈでは工具などが当たった場合に容易に変形し得るのに対し、図７の位置ｈでは周方向へのバー１２１が存在するため容易には変形しにくい。したがって、図７のようなアノード１２の構成にすることにより、アノード１２の剛性を高めることができる。
【００５０】
なお、図３及び図６においては、説明の簡略化のためにアノード１２とカソード１３の間の絶縁構造を示していない。この絶縁構造については、以下に説明する。
【００５１】
図９は、本発明の管内面のコーティング装置におけるアノードとカソード間の絶縁構造を示す図である。図９（Ａ）では、絶縁構造のみを示すために、アノード１２とカソード１３のみを拡大している。また、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中のアノード１２のみを拡大して示したものである。この図９（Ｂ）において、本実施形態におけるコーティング装置１００のアノード１２は、バー（窓枠）１２１とカソード１３の間であって、バー１２１に取り付けられた、カバー１２３と、バネ１２４と、絶縁体１２５とを備える。
【００５２】
カバー１２３は、カソード１３からスパッタされたターゲット原子（例えば、Ｔｉ）が絶縁体に付着することにより、アノード１２とカソード１３との間の絶縁性に悪影響を与えないために設けられたカバーである。また、バネ１２４があるのは、図１６（Ｂ）において示したようなカソード１３の減肉現象が発生した場合においても、減肉部分１６にアノード１２をセッティングすることができるように設置されたものであり、これによってアノード１２が確実にカソード１３に対して設定される。
【００５３】
絶縁体１２５は、球状の絶縁体である。これは、長いアノード１２を長いカソード１３に対して確実・容易にセッティングできるようにするとともに、カソード１３に対してアノード１２を回転、直動することを可能とするためである。アノード１２の絶縁構造をこのようにすることによって、カソード１３に対してアノード１２を回転又は直動することができるので、カソード１３の減肉を均一化し、カソード１３の寿命を延ばすことができる。
【００５４】
次に、図１０及び図１１のフローチャートに基づいて、本発明の動作、すなわち、本発明の管内面のコーティング方法について説明する。図１０は、本発明の一実施形態における管内面のコーティング装置の運転フローを示すフローチャート（第１のコーティング方法）である。なお、このフローチャートの説明には、図１の各部の名称及び符号も同時に用いる。
【００５５】
まず、被処理チャンバ１０内の所定位置に被コーティング管１１を設置するとともに、スパッタエッチング電極チャンバ２０及び第２のカソードチャンバ４０と被処理チャンバ１０との境界にあるゲートバルブ２４及び３４を開けて、系全体を１つのチャンバとする。そして、複数のヒータ８０によって系内をベーキングしながら、図示しない排気ポンプを用いて、系全体を真空引きする（ステップＳ１０１）。
【００５６】
ステップＳ１０１において十分に真空引きをした後、スパッタエッチング電極２１を用いて被処理チャンバ１０内の被コーティング管１１の内表面をスパッタエッチングする（ステップＳ１０２）。具体的には、まず、被処理チャンバ１０と第２のカソードチャンバ４０との間のゲートバルブ３４を閉め、スパッタエッチング電極２１を延伸して被処理チャンバ１０内まで挿入する。そして、図示しない誘導配管よりアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを導入し、図示しない排気ポンプを用いて１０−２〜１０Ｐａ（パスカル）程度の圧力に保持し、被コーティング管１１を負電位に及びスパッタエッチング電極２１を正電位に帯電して放電させる。この放電により雰囲気中の不活性ガスが正のイオン化し、スパッタエッチング電極２１から被コーティング管１１に向かう電界により加速されて被コーティング管１１の内表面をスパッタエッチングする。ここで、本実施形態におけるコーティング装置１００は、非平衡磁界型マグネトロン方式を採用しているので、スパッタエッチング電極２１の正電位に比べて被コーティング管１１の負電位の方がその絶対値が大きい。そのため、雰囲気中の正イオン（例えば、アルゴンイオン）は、被コーティング管１１に強く引っ張られることにより、その内表面を強く叩く（スパッタする）。これにより、被コーティング管１１の内表面をしっかりとエッチングすることができる。
【００５７】
このときのコーティング装置１００の配置図を図１２に示す。図１２は、本発明の管内面のコーティング装置１００（被処理チャンバ１０）にスパッタエッチング電極２１を入れたときの配置図（断面図）である。この図１２に示されるように、第１の中間ポート内にある支持ロールが上方に移動して、延伸してきたスパッタエッチング電極２１を支持している。
【００５８】
被コーティング管１１の内表面のスパッタエッチングが終了すると、スパッタエッチング電極２１を被処理チャンバ１０内からスパッタエッチング電極チャンバ２０内に引き戻すとともに、ゲートバルブ２４を閉める。このように、被コーティング管１１の内表面をスパッタエッチングした際に雰囲気内に発生（除去）した物質がスパッタエッチング電極２１に付着して系外に持ち出される（排出される）ので、被コーティング管１１の表面はきれいであり、それによって、以下で行われるコーティング処理においてコーティング剤（ターゲット原子）の密着性（密着力）を高めることができる。
【００５９】
次いで、第２のカソード４１を第２のカソードチャンバ４０内でスパッタエッチングする（ステップＳ１０３）。具体的には、図１２のような配置において、すなわち、系と切り離された第２のカソードチャンバ４０内において、第２のカソード４１を負電位に及び第２のカソードチャンバ４０を正電位に帯電して放電させる。そして、図示しない誘導管から導入している不活性ガスを正のイオン化し、第２のカソードチャンバ４０から第２のカソード４１に向かう電界により加速されて第２のカソード４１の表面をスパッタエッチングする。なお、この第２のカソード４１のスパッタエッチング処理は、ステップＳ１０２の被処理チャンバ１０のスパッタエッチング処理と並行して行われてもよい。これにより、コーティング処理の時間を短縮することができる。
【００６０】
次いで、表面をスパッタエッチングされた第２のカソード４１により、被コーティング管１１の内表面をアンダーコーティングする（ステップＳ１０４）。具体的には、ゲートバルブ３４を開けて、ステップＳ１０３の工程において表面がきれいになった第２のカソード４１を被処理チャンバ１０内に挿入してから、系内にアルゴンを導入する。そして、被コーティング管１１の内表面のスパッタエッチングの場合と逆に、被コーティング管１１を正電位に及び第２のカソード４１を負電位に帯電して放電させ、アルゴンイオンを発生させる。発生したアルゴンイオンは、第２のカソード４１をスパッタして、クロムなどのアンダーコーティング用原子を叩き出し、被コーティング管１１の内表面をクロム被膜でコーティングする。ここで、本実施形態のコーティング装置１００では、非平衡磁界型マグネトロン方式が採用されるので、コーティング処理においては被コーティング管１１の内表面をしっかりと叩く（スパッタする）。したがって、コーティング膜が緻密になり、膜質が向上する。なお、第１のカソード３１を用いてコーティングする場合も同様である。
【００６１】
第２のカソード４１による被コーティング管１１のアンダーコーティングが終了すると、被処理チャンバ１０内から第２のカソード４１を引き出し、ゲートバルブ３４を閉める。このように、本発明のコーティング方法及び装置では、カソードを挿入し、あるいは引き出すことができるので、被コーティング管１１の内表面に中間層を形成することができる。すなわち、本発明によれば、被コーティング管１１の内表面に多層コーティングができる。
【００６２】
次いで、第１のカソード３１を第１のカソードチャンバ３０内でスパッタエッチングする（ステップＳ１０５）。具体的な各部の動作は、上述のステップＳ１０３と同様であるので、その説明を省略する。なお、上述の第２のカソード４１のスパッタエッチング処理と同様に、第１のカソード３１のスパッタエッチング処理も、ステップＳ１０２の被処理チャンバ１０のスパッタエッチング処理あるいはステップＳ１０３の第２のカソード４１のスパッタエッチング処理と並行して行われてもよい。これにより、コーティング処理の時間を短縮することができる。
【００６３】
次いで、表面をスパッタエッチングされた第１のカソード３１により、被コーティング管１１の内表面をコーティングする（ステップＳ１０６）。具体的には、まず、現在被処理チャンバ１０に接続されている第２のカソードチャンバ４０を被処理チャンバ１０から取り外す。図１に示されるコーティング装置１００では、このとき系内の真空が破られ、概ね大気圧まで圧力が上昇してしまう。そのため、特に多層コーティングを行う場合には、図２に示すコーティング装置２００のように、ゲートバルブ３４及び５１で二重化し、真空を破らない方がよい。なぜならば、再度処理に適する真空度（１０−２〜１Ｐａ程度）まで真空引きするには１時間から２時間程度を要してしまうからである。
【００６４】
第１のカソードチャンバ３０を被処理チャンバ１０に接続し、必要に応じて真空引きすると、ステップＳ１０５の工程において表面がきれいになった第１のカソード３１を被処理チャンバ１０内に挿入してから、系内にアルゴン及び窒素を導入する（これは、窒化チタンをコーティングする場合である）。この場合、窒素は３０〜１００Ｖｏｌ％（容量百分率）である。そして、ステップＳ１０４と同様に系内で放電させると、正イオン化したアルゴンがターゲットである第１のカソード（チタン）をスパッタし、雰囲気中の窒素と反応して窒化チタン（ＴｉＮ）が生成され、既にアンダーコーティングされている被コーティング管１１を発生した窒化チタンでコーティングする。
【００６５】
このときのコーティング装置１００の配置図を図１３に示す。図１３は、本発明の管内面のコーティング装置１００（被処理チャンバ１０）に第１のカソード３１を入れたときの配置図（断面図）である。図１２の場合と同様に、第２の中間ポート内にある支持ロールが上方に移動して、延伸してきた第１のカソード３１を支持している。図示していないが、第２のカソード４１を被処理チャンバ１０に挿入したときも同様である。
【００６６】
なお、第１及び／又は第２のカソード３１、４１により被コーティング管１１の内表面をコーティングする場合、常温でも行ってもよいが、密着力があり緻密な膜質である皮膜を得るためには、複数のヒータ８０を用いて１５０℃〜６００度程度に被処理チャンバ１０内を加熱した方がよい。
【００６７】
第１のカソード３１による被コーティング管１１のコーティングが終了すると、被処理チャンバ１０内から第１のカソード３１を引き出し、ゲートバルブ３４を閉める。以上で被コーティング管１１の多層（本実施形態では、二層）コーティングが終了し、被処理チャンバ１０から被コーティング管１１を取り外して（ステップＳ１０７）、１つの被コーティング管１１のコーティング処理を終了する。なお、必要に応じて、次の（コーティング処理されていない新しい）被コーティング管１１を被処理チャンバ１０に取り付けて、上述の処理を繰り返すことにより、多くの被コーティング管１１を製造することができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、２つのカソード３１及び４１を用いて被コーティング管１１の内表面に二層コーティングを行ったが、本発明はそれに限定されず、単層コーティングあるいは３以上の多層コーティングを行ってもよい。単層コーティングを行う場合には、ステップＳ１０３及びＳ１０４を省略すればよい。同様に、多層コーティングを行う場合には、ステップＳ１０３及びＳ１０４と同様の処理を各カソードについて行えばよい。
【００６９】
次に、本発明のもう一つのコーティング方法について説明する。図１１は、本発明のもう一つの実施形態における管内面のコーティング装置の運転フローを示すフローチャート（第２のコーティング方法）である。なお、第１のコーティング方法の場合と同様に、図１の各部の名称及び符号を用いて説明する。また、第１のコーティング方法と同様な処理については、その説明を省略する。
【００７０】
まず、ステップＳ１０１と同様に、複数のヒータ８０によって系内をベーキングしながら、図示しない排気ポンプを用いて系全体を真空引きする（ステップＳ２０１）。十分に真空引きをした後、第２のカソード４１を被処理チャンバ１０内に挿入する（ステップＳ２０２）。
【００７１】
次いで、スパッタエッチング電極２１も被処理チャンバ１０内に挿入し、被処理チャンバ１０内の被コーティング管１１の内表面及び第２のカソード４１を被処理チャンバ１０内でスパッタエッチングする（ステップＳ２０３）。具体的には、本実施形態では、スパッタエッチング電極２１の半径が第２のカソード４１の半径に比べて大きいために、第２のカソード４１は、スパッタエッチング電極２１の空洞内に挿入された状態となる。そして、系内にアルゴンを導入し、スパッタエッチング電極２１を正電位に、被コーティング管１１及び第２のカソード４１を負電位に帯電して放電させ、アルゴンイオンを発生させる。発生したアルゴンイオンは、被コーティング管１１の内表面及び第２のカソード４１の表面をスパッタエッチングする。このときのコーティング装置１００の配置図を図１４に示す。図１４は、本発明の管内面のコーティング装置１００にスパッタエッチング電極２１及び第２のカソード４１を入れたときの配置図（断面図）である。
【００７２】
スパッタエッチング処理の後、スパッタエッチング電極２１のみをスパッタエッチング電極チャンバ２０に引き戻す。このように、スパッタエッチングにより被コーティング管１１の内表面あるいは第２のカソード４１の表面から発生（除去）した物質が付着したスパッタエッチング電極２１が系外に排出されるので、被コーティング管１１の表面はきれいであり、したがって、以降のコーティング処理においてターゲット原子の密着力を高めることができる。
【００７３】
次いで、被処理チャンバ１０に配置された第２のカソードを用いて被コーティング管１１にアンダーコーティングを行い（ステップＳ２０４）、第１のカソード３１をスパッタエッチングして（ステップＳ２０５）、その第１のカソード３１を被処理チャンバ１０内に挿入して、被コーティング管１１をコーティングする（ステップＳ２０６）。その後、被処理チャンバ１０から被コーティング管１１を取り外して（ステップＳ２０７）、このコーティング処理を終了する。なお、ステップＳ２０４以降は、第１のコーティング方法と同様であるため、その詳細な説明は省略している。
【００７４】
なお、第２のコーティング方法においても、第１のコーティング方法と同様に、ゲートバルブを二重化（ゲートバルブ３４及び５１）する方がよく、コーティング処理中は被処理チャンバ１０内をヒータ８０により加熱した方がよい。また、本発明を用いることによって、本実施形態の二層コーティング以外の単層あるいは３層以上の多層コーティングをすることも可能である。特に、単層コーティングの場合、第１のカソード３１をステップＳ２０２及びＳ２０３において被コーティング管１１とともにスパッタエッチングすればよい。
【００７５】
以上のように、本発明のコーティング方法及びコーティング装置では、スパッタエッチング電極２１及びカソード３１、４１を被処理チャンバ内に出し入れ可能に構成した。これにより、エッチング除去した際に発生する物質を系外に排出することができるので、その物質が被コーティング管１１の内表面に再付着することを防ぎ、それによって、コーティング剤（ターゲット原子）の密着力を高めることができる。
【００７６】
また、本発明のコーティング方法及びコーティング装置では、非平衡磁界型同軸マグネトロン方式を採用したので、均一な膜厚で、緻密性の高い膜質を形成することができる。さらに、本発明のコーティング装置は、簡易な構成にすることができるので、細管にも適用可能である。
【００７７】
以上、本発明の管内面のコーティング方法及びコーティング装置を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、コーティング装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、コーティング方法を構成するステップは、同様の機能を発揮し得る任意のステップのものと置換することができ、あるいは任意のステップを付加してもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の管内面のコーティング方法及びコーティング装置によれば、エッチング除去した際に発生する物質を系外に排出することができるので、その物質が被コーティング管１１の内表面に再付着することを防ぎ、それによって、コーティング剤（ターゲット原子）の密着力を高めることができる。
【００７９】
また、本発明の管内面のコーティング方法及びコーティング装置に疲弊高磁場が他動軸マグネトロン方式を採用した場合には、均一な膜厚で、緻密性の高い膜質を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における管内面のコーティング装置１００の概略的な断面図（配置図）である。
【図２】本発明のもう一つの実施形態における管内面のコーティング装置２００の概略的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における管内面のコーティング装置の被処理チャンバの断面図である。
【図４】図３に示される被処理チャンバ内のアノードを周方向に展開した図である。
【図５】図３及び図４の各位置における膜厚分布を示す図である。
【図６】本発明のもう一つの実施形態における管内面のコーティング装置の被処理チャンバの断面図である。
【図７】図６に示される被処理チャンバ内のアノードを周方向に展開した図である。
【図８】図６及び図７の各位置における膜厚分布を示す図である。
【図９】本発明の管内面のコーティング装置におけるアノードとカソード間の絶縁構造を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態における管内面のコーティング装置の運転フローを示すフローチャートである。
【図１１】本発明のもう一つの実施形態における管内面のコーティング装置の運転フローを示すフローチャートである。
【図１２】本発明の管内面のコーティング装置１００にスパッタエッチング電極を入れたときの配置図である。
【図１３】本発明の管内面のコーティング装置１００にカソードＡを入れたときの配置図である。
【図１４】本発明の管内面のコーティング装置１００にスパッタエッチング電極及びカソードＡを入れたときの配置図である。
【図１５】（Ａ）は従来のコーティング装置の断面図を示し、（Ｂ）はそのコーティング装置内のカソードとアノードの配置関係を示す図である。
【図１６】従来の管内面のコーティング装置における局部的な減肉の状態を示す図である。
【図１７】従来の同軸マグネトロンによる管内面のコーティング装置の動作状態を示す長手方向の断面図である。
【符号の説明】
１０　　　被処理チャンバ
１１　　　被コーティング管
１２　　　アノード
１２１　　　バー
１２２　　　矩形窓
１２３　　　カバー
１２４　　　バネ
１２５　　　絶縁体
１３　　　カソード
１４　　　絶縁体
２０　　　スパッタエッチング電極チャンバ
２１　　　スパッタエッチング電極
３０　　　第１のカソードチャンバ
３１　　　第１のカソード
４０　　　第２のカソードチャンバ
４１　　　第２のカソード
２４、３４、５１　　　ゲートバルブ
【図１】
2004115827.tif 000003
【図２】
2004115827.tif 000004
【図３】
2004115827.tif 000005
【図４】
2004115827.tif 000006
【図５】
2004115827.tif 000007
【図６】
2004115827.tif 000008
【図７】
2004115827.tif 000009
【図８】
2004115827.tif 000010
【図９】
2004115827.tif 000011
【図１０】
2004115827.tif 000012
【図１１】
2004115827.tif 000013
【図１２】
2004115827.tif 000014
【図１３】
2004115827.tif 000015
【図１４】
2004115827.tif 000016
【図１５】
2004115827.tif 000017
【図１６】
2004115827.tif 000018
【図１７】
2004115827.tif 000019