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    • 专利摘要:
    Es werden eine Sputtervorrichtung zur Erzeugung eines Mischfilms mit einer stöchiometrisch vollständigen Zusammensetzung und einem Brechungsindex, der einem vorbestimmten Wert entspricht, ohne Verminderung der Filmabscheidungsgeschwindigkeit, ein Mischfilm, der mit einer solchen Sputtervorrichtung erzeugt wird, und ein Mehrschichtfilm bereitgestellt, der den Mischfilm umfasst. DOLLAR A Eine Sputtervorrichtung 100, die eine Vakuumkammer 1, einen zylindrischen Substrathalter 9, der drehbar in der Vakuumkammer gehalten ist, und ein Substrat 10 umfasst, das an einem äußeren Umfang des Substrathalters montiert ist, wobei die Vakuumkammer 1 einen ersten Filmabscheidungsbereich A und einen zweiten Filmabscheidungsbereich B zum Abscheiden eines Films auf dem Substrat umfasst, wobei der erste Filmabscheidungsbereich A eine erste Sputterquelle 35 und einen ersten Plasmagenerator 51 und der zweite Filmabscheidungsbereich B eine zweite Sputterquelle 36 und einen zweiten Plasmagenerator 52 umfasst, und wobei die erste Sputterquelle 35 und der erste Plasmagenerator 51 physisch voneinander isoliert sind und die zweite Sputterquelle 36 und der zweite Plasmagenerator 52 physisch voneinander isoliert sind.
    公开号:DE102004004569A1
    申请号:DE200410004569
    申请日:2004-01-29
    公开日:2004-08-26
    发明作者:Masao Koriyama Miyamura
    申请人:Asahi Glass Co Ltd；
    IPC主号:C23C14-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteine Sputtervorrichtung, die vorwiegend zur Herstellung eines dünnen dielektrischenFilms füreine optische Vorrichtung verwendet wird, einen Mischfilm, der miteiner solchen Sputtervorrichtung erzeugt wird, und einen Mehrschichtfilm,der den Mischfilm umfasst.
    [0002] Als Verfahren zur Herstellung einesMehrschichtfilms, der als dünnerdielektrischer Film für eineoptische Vorrichtung verwendet wird, wurde ein Elektronenstrahl-Vakuumabscheidungsverfahren verbreitetverwendet. In letzter Zeit wurde vermehrt ein Sputterverfahren eingesetzt,da dabei die Genauigkeit der Steuerung der Filmdicke hoch ist undder Film in einer stabilen Weise gebildet werden kann.
    [0003] Als Materialien für einen Mehrschichtfilm wurdenOxide wie z.B. SiO2, Ta2O5, TiO2, usw., verbreitetverwendet. Bei dem herkömmlichenSputterverfahren bestand jedoch das Problem, dass die Produktivität niedrigwar, da die Sputterausbeute solcher Oxide und die Filmabscheidungsgeschwindigkeit niedrigwaren. Da ferner ein Oxidtarget ein isolierendes Material ist, wares erforderlich, ein Hochfrequenz-Sputterverfahren einzusetzen.Das Hochfrequenz-Sputterverfahrenwar jedoch dahingehend nachteilig, dass die Kosten für die Vorrichtunghoch waren und die Filmabscheidungsgeschwindigkeit niedrig war,so dass eine niedrige Produktivität resultierte.
    [0004] Zur Erhöhung der Filmabscheidungsgeschwindigkeitkann ein Gleichstrom-Sputterverfahren (DC-Sputterverfahren) in Betrachtgezogen werden, um die Sputtergeschwindigkeit zu erhöhen. ZurBildung eines Oxidfilms kann ein reaktives Gleichstrom-Sputterverfahrenverwendet werden, bei dem die Filmabscheidung unter Verwendung einesMetalltargets oder eines Targets mit einem unvollständigen Oxid(ein Target, das ein Sauerstoffdefizit und eine nichtstöchiometrischeZusammensetzung aufweist) und Sauerstoffgas durchgeführt wird.In diesem Fall wird jedoch die Oberfläche des Targets während der Abscheidungdes Films durch das Sauerstoffgas oxidiert, so dass ein Isolatorgebildet wird, wodurch die Filmabscheidungsgeschwindigkeit beträchtlichabnimmt oder die Entladung instabil wird. Demgemäß war es erforderlich, dieOberflächedes Targets durch genaues und striktes Steuern des Entladungszustandskonstant zu halten.
    [0005] Zur Lösung der vorstehend genanntenProbleme wurde ein so genanntes Doppelmagnetron-Sputterverfahren oder Zwillingsmagnetron-Sputterverfahrenbeschrieben, bei dem eine Entladungsspannung unter Verwendung einerWechselstromenergiequelle abwechselnd an ein Paar von Kathoden angelegtwird, um ein Ansammeln elektrischer Ladung auf der Targetoberfläche zu verhindern,wodurch eine stabilisierte Entladung und eine hohe Sputtergeschwindigkeiterhältlichsind (vgl. z.B. die JP-A-4-325680 ).
    [0006] Ferner wurde ein Verfahren zur Bildungeines Oxidfilms unter Verwendung eines Plasmas anstelle des Sauerstoffgasesbeschrieben (vgl. z.B. die JP-A-8-511830 ).Das in der JP-A-8-511830 beschriebeneVerfahren kann jedoch das Problem, dass die Oberfläche desTargets durch die Oxidbildung teilweise in einen Isolator umgewandeltwird, nicht vollständiglösen,und als Ergebnis nimmt die Filmabscheidungsgeschwindigkeit während derAbscheidung eines Films stark ab. Die Oxidbildung auf der Targetoberfläche unddie Verminderung der Abscheidungsgeschwindigkeiten sind vorwiegendauf die Konfiguration zurückzuführen, dassder Targetabschnitt und der Plasmazuführungsabschnitt nicht voneinandergetrennt sind und eine Verbindung jeder Entladung vorliegt.
    [0007] Ferner ist es in optischen Vorrichtungender letzten Jahre, insbesondere bei verschiedenen Filtern oder lichtemittierendenVorrichtungen, die fürdie optische Kommunikation verwendet werden, erforderlich, dasssie verglichen mit herkömmlichenVorrichtungen dieser Art eine weiter erhöhte Leistung aufweisen. AlsDünnfilminterferenzfilterwird beispielsweise gewöhnlichein Dünnfilminterferenzfilter verwendet,der durch abwechselndes Laminieren eines Films mit hohem Brechungsindexund eines Films mit niedrigem Brechungsindex gebildet wird. Wennjedoch der Film mit hohem Brechungsindex und der Film mit niedrigemBrechungsindex lediglich einfach abwechselnd laminiert werden, danntritt das Problem auf, dass eine Welligkeit der Filtercharakteristikresultiert (z.B. eine Wellenlängenabhängigkeit derDurchlässigkeitoder der Reflexion). Zur Lösung diesesProblems gibt es einen Vorschlag, in dem Mehrschichtfilm eine Mehrzahlvon Zwischenschichten zu laminieren, die einen Brechungsindex aufweisen,der zwischen dem Brechungsindex eines Films mit hohem Brechungsindexund dem Brechungsindex eines Films mit niedrigem Brechungsindexliegt. Durch die Bereitstellung solcher Zwischenschichten kann dieWelligkeit beträchtlichreduziert oder die Gesamtzahl der Schichten reduziert werden. Umsolche Zwischenschichten zu erzeugen, ist es jedoch erforderlich,als Target das dritte Material mit einem Brechungsindex zu verwenden,der von dem Brechungsindex des Targets mit hohem Brechungsindexoder dem Brechungsindex des Targets mit niedrigem Brechungsindexverschieden ist. Das Erfordernis, drei verschiedene Arten von Targetsbereitzustellen, erzeugt das Problem, dass die Vorrichtung größer wird unddie Kosten erhöhtwerden.
    [0008] Wenn ein Mischfilm, der durch Mischendes Materials fürden Film mit hohem Brechungsindex und des Materials für den Filmmit niedrigem Brechungsindex so hergestellt werden kann, dass der Mischfilmeinen gewünschtenBrechungsindex zwischen diesen Brechungsindizes aufweist, als Zwischenschichtverwendet wird, dann ist das Target zur Herstellung der Zwischenschichtnicht erforderlich und die Kosten dafür fallen weg, so dass das vorstehendgenannte Problem gelöstwerden kann. Wenn ferner eine solche Zwischenschicht hinzugefügt und einfachoder mehrfach schichtartig angeordnet wird, kann ein Mehrschichtfilmmit einem erforderlichen hohen optischen Leistungsgrad mit einergeringeren Anzahl von Schichten erzeugt werden, und die Produktivität kann verbessertwerden.
    [0009] Als Verfahren zur Erzeugung des Mischfilms istein so genanntes Co-Sputterverfahren bekannt, bei dem zwei geeigneteTargetarten in einem beschränktenBereich gleichzeitig einer elektrischen Entladung unterworfen werden,so dass zwei Arten von Materialien gemischt werden und so der Mischfilmgebildet wird (vgl. z.B. „Cosputteredfilms of mixed TiO2/SiO2" von R. Laird etal., J. Vac. Sci. Technol. 1992, A10(4), Seiten 1908-1912). Wennder Mischfilm jedoch durch das Cosputterverfahren ausgebildet wurde,d.h. durch die gleichzeitige elektrische Entladung auf beiden Targets,die aus Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes zusammengesetztsind, fand zwischen den beiden Targets eine gegenseitige Verunreinigungstatt und die Reproduzierbarkeit der Filmzusammensetzung wurde schlecht.Ferner könnendie Bedingungen zur stabilen Durchführung des Sputterns mit hohenAbscheidungsgeschwindigkeiten fürbeide Targetmaterialien nicht immer bereitgestellt werden. Demgemäß bestandim Hinblick auf die Stabilitätder elektrischen Entladung und der Ausbeuten das Problem eines Unvermögens zurMassenproduktion.
    [0010] Ferner kann zur Erzeugung einer stabilisiertenEntladung und einer hohen Filmabscheidungsgeschwindigkeit ein Co-Sputterverfahrenunter Verwendung des Doppelmagnetron-Sputterverfahrens oder des Zwillingsmagnetron-Sputterverfahrenseingesetzt werden. Selbst bei solchen Co-Sputterverfahren solltenstabile Entladungsbedingungen und eine hohe Filmabscheidungsgeschwindigkeitbezüglich einerMehrzahl von Targets, die aus verschiedenen Materialien zusammengesetztsind, gleichzeitig in der gleichen Vakuumkammer realisiert werden.Ein solcher Zustand konnte jedoch nicht immer bereitgestellt werdenund wich bezüglicheinzelner Targets von den optimalen Bedingungen ab. Demgemäß war esschwierig, die Filmabscheidung mit einer guten Reproduzierbarkeitdurchzuführen.
    [0011] Darüber hinaus wurde ein Verfahrenzur Herstellung eines Mischfilms mit erhöhten Filmabscheidungsgeschwindigkeitenbeschrieben (vgl. z.B. die JP-A-11-256327 ),bei dem ein dünnerFilm mit einer Dicke von etwa 1 Atomlage eines Metalls zuerst durchein Sputterverfahren gebildet wird, und der gebildete dünne Metallfilmeffizient mit einem physisch von dem Sputtertarget beabstandetenSauerstoffgasplasma oxidiert wird, so dass ein Oxidfilm erzeugt wird(wird als so genanntes Metamodus-Verfahren oder radikalunterstütztes Sputterverfahrenbezeichnet).
    [0012] Eine Sputtervorrichtung, bei derein solches Metamodus-Verfahren oder radikalunterstütztes Sputterverfahreneingesetzt wird, wird unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben. Die 3 ist eine schematische Draufsicht, welchedie Struktur der Sputtervorrichtung 300 zeigt, die in der JP-A-11-256327 beschriebenist, wobei die Sputtervorrichtung 300 eine Vakuumkammer 101,einen zylindrischen Substrathalter 109, der in der Vakuumkammerplatziert ist, und Substrate 110 umfasst, die an einem äußeren Umfangdes Substrathalters 109 montiert sind, und jedes Substrat110 um die Mittelachse des Substrathalters 109 als Drehzentrum drehbargehalten ist.
    [0013] Die Vakuumkammer 101 umfassteine erste Sputterquelle 135, die eine erste Kathode 121 und einerstes Target 131 umfasst, das vor der ersten Kathode 121 angeordnetist, eine zweite Sputterquelle 136, die eine zweite Kathode 122 undein zweites Target 132 umfasst, das vor der zweiten Kathode 122 angeordnetist, und einen Plasmagenerator 151, der in einem Abstandvon beiden Sputterquellen 135, 136 angeordnetist. Ein erster Verschluss 141 und ein zweiter Verschluss 142 sindin den Filmabscheidungsbereichen bezüglich der ersten und der zweitenSputterquelle 135, 136 angeordnet, wobei der ersteund der zweite Verschluss 141, 142 so angepasstsind, dass sie die Abscheidung der Filme initiieren oder beenden.Die Vakuumkammer 101 umfasst ferner Trennplatten (Abschirmungsplatten) 171, 172 zumIsolieren jeder Sputterquelle von dem Plasmagenerator.
    [0014] Wenn der Mischfilm durch Sputternin der Sputtervorrichtung 300, die in der 3 gezeigt ist, gebildet wird, dann sollteein Mischfilm aus gemischten Metallen auf einem Substrat un ter Verwendung derersten und der zweiten Sputterquelle 135, 136 gebildetund dann durch Umsetzen des Mischfilms aus den gemischten Metallenmit einem Reaktivgas oxidiert werden, z.B. mit Sauerstoffradikalen,die von dem Plasmagenerator 151 erzeugt werden.
    [0015] Der Oxidationsgrad der Metalle hängt jedoch starkvon der Reaktivitätjedes Metalls ab. Wenn ein oxidierter Mischfilm durch die Oxidationvon zwei Arten von Metallen mit einer ziemlich unterschiedlichen Reaktivität bezüglich einesReaktivgases erzeugt wird, besteht eine starke Beschränkung beider Materialauswahl. Insbesondere kann ein hochreaktives Metallausreichend oxidiert werden, so dass es ein Oxid bildet, welchesdas stöchiometrischeVerhältnis vollständig erfüllt. Andererseitskann ein Metall mit niedriger Reaktivität nicht ausreichend oxidiertwerden und verbleibt in einem partiellen Reduktionszustand. Demgemäß war esschwierig, einen vollständigoxidierten Mischfilm zu bilden, in dem jedes Metall gleichzeitigdie stöchiometrischvollständigeZusammensetzung umfasst. Demgemäß bestanddas Problem, dass der gebildete oxidierte Mischfilm zu einem absorbierendenFilm mit einem höherenExtinktionskoeffizienten wurde, der Brechungsindex, der aus demMischungsverhältnisabgeschätztwurde, stark von dem vorbestimmten Wert abwich, oder die Filmabscheidungsgeschwindigkeitzur vollständigen Oxidationder beiden Metalle vermindert wurde.
    [0016] Ferner wurde eine Vorrichtung zurErzeugung eines Mehrschichtoxidfilms beschrieben, bei der die Substrateum einen rotierenden Zylinder des Trommeltyps montiert sind, undzwei Targets und eine oxidierende Plasmaquelle aktiviert sind, während dieTrommel gedreht wird, wodurch ein oxidierter Mehrschichtfilm gebildetwird (vgl. z.B. die JP-A-3-229870 ).Dieses Verfahren weist jedoch im Hinblick darauf, dass zwischenden Targetmaterialien ein Unterschied bei der Reaktivität bestand,das gleiche Problem auf wie das Verfahren gemäß der JP-A-11-256327 , obwohl indiesem Verfahren im Vergleich zu dem in der JP-A-11-256327 beschriebenen Verfahrenfür dieOxidationsreaktion vorwiegend Ionen verwendet werden.
    [0017] Es ist eine Aufgabe der vorliegendenErfindung, eine Sputtervorrichtung zur Erzeugung eines Mischfilmsmit einer stöchiometrischvollständigen Zusammensetzungund einem Brechungsindex, der mit einem vorbestimmten Wert übereinstimmt,ohne die Filmabscheidungsgeschwindigkeit zu vermindern, einen Mischfilm,der mit einer solchen Sputtervorrichtung erzeugt wird, und einenMehrschichtfilm bereitzustellen, der den Mischfilm umfasst und optischeEigenschaften aufweist, die mit einem vorbestimmten Wert übereinstimmen,z.B. einer ausreichenden Reflexions- oder Durchlässigkeitsleistung.
    [0018] Erfindungsgemäß wird eine Sputtervorrichtungbereitgestellt, die eine Vakuumkammer, einen zylindrischen Substrathalter,der drehbar in der Vakuumkammer gehalten ist, und ein Substrat umfasst, dasan einem äußeren Umfangdes Substrathalters montiert ist, wobei die Vakuumkammer einen ersten Filmabscheidungsbereichund einen zweiten Filmabscheidungsbereich zum Abscheiden eines Filmsauf dem Substrat umfasst, wobei der erste Filmabscheidungsbereicheine erste Sputterquelle, die eine erste Kathode und ein erstesTarget, das auf der ersten Kathode gehalten ist, umfasst, und einenersten Plasmagenerator umfasst, der so angeordnet ist, dass er sichangrenzend an die erste Sputterquelle befindet, und der zweite Filmabscheidungsbereicheine zweite Sputterquelle, die eine zweite Kathode und ein zweitesTarget, das auf der zweiten Kathode gehalten ist, umfasst, und einenzweiten Plasmagenerator umfasst, der so angeordnet ist, dass ersich angrenzend an die zweite Sputterquelle befindet, und wobeidie erste Sputterquelle und der erste Plasmagenerator voneinandergetrennt sind und die zweite Sputterquelle und der zweite Plasmageneratorvoneinander getrennt sind.
    [0019] Ferner wird erfindungsgemäß eine Sputtervorrichtungbereitgestellt, die eine Vakuumkammer, einen kreisförmigen scheibenartigenSubstrathalter, der drehbar in der Vakuumkammer gehalten ist, und einSubstrat umfasst, das auf der kreisförmigen Scheibe des Substrathaltersmontiert ist, wobei die Vakuumkammer einen ersten Filmabscheidungsbereichund einen zweiten Filmabscheidungsbereich zum Abscheiden eines Filmsauf dem Substrat umfasst, wobei der erste Filmabscheidungsbereicheine erste Sputterquelle, die eine erste Kathode und ein erstesTarget, das auf der ersten Kathode gehalten ist, umfasst, und einenersten Plasmagenerator umfasst, der so angeordnet ist, dass er sichangrenzend an die erste Sputterquelle befindet, und der zweite Filmabscheidungsbereicheine zweite Sputterquelle, die eine zweite Kathode und ein zweitesTarget, das auf der zweiten Kathode gehalten ist, umfasst, und einenzweiten Plasmagenerator umfasst, der so angeordnet ist, dass ersich angrenzend an die zweite Sputterquelle befindet, und wobeidie erste Sputterquelle und der erste Plasmagenerator voneinander getrenntsind und die zweite Sputterquelle und der zweite Plasmageneratorvoneinander getrennt sind.
    [0020] Ferner wird erfindungsgemäß ein Mischfilm bereitgestellt,der auf einem Substrat durch die Verwendung einer der vorstehendgenannten Sputtervorrichtungen und durch Wiederholen der folgenden Vorgänge ausgebildetwird: Abscheiden eines Films aus einem elektrisch leitfähigen Materialauf dem Substrat als Material fürdas erste Target durch Sputtern an der ersten Sputterquelle, Verursacheneiner Reaktion des gebildeten Films durch den ersten Plasmagenerator,Abscheiden eines Films aus einem elektrisch leitfähigen Materialals Material fürdas zweite Target durch Sputtern an der zweiten Sputterquelle undVerursachen einer Reaktion des gebildeten Films durch den zweitenPlasmagenerator.
    [0021] Ferner wird erfindungsgemäß ein Mehrschichtfilmbereitgestellt, der den vorstehend genannten Mischfilm umfasst.
    [0022] 1 isteine schematische Draufsicht, welche die Struktur der Sputtervorrichtung(100) gemäß einererfindungsgemäßen Ausführungsformzeigt;
    [0023] 2 isteine schematische Draufsicht, welche die Struktur der Sputtervorrichtung(200) gemäß einerweiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
    [0024] 3 isteine schematische Draufsicht, welche die Struktur einer herkömmlichenSputtervorrichtung (300) zeigt;
    [0025] 4 isteine schematische Draufsicht, welche die Struktur der Sputtervorrichtung(400) gemäß einerweiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;und
    [0026] 5 isteine schematische Draufsicht, welche die Struktur der Sputtervorrichtung(500) gemäß einerweiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
    [0027] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformender Sputtervorrichtung, des Mischfilms, der durch die Sputtervorrichtungerzeugt worden ist, und des Mehrschichtfilms der vorliegenden Endung, derden Mischfilm umfasst, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
    [0028] 1 isteine schematische Draufsicht, welche die Struktur der Sputtervorrichtunggemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsformzeigt, und 2 ist eineschematische Draufsicht, welche die Struktur der Sputtervorrichtunggemäß einerweiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformzeigt.
    [0029] In der 1 umfassteine Sputtervorrichtung 100 eine Vakuumkammer 1,einen zylindrischen Substrathalter 9, der in der Vakuumkammerplatziert ist, und Substrate 10, die an einem äußeren Umfangdes Substrathalters 9 montiert sind, wobei die Substrate 10 drehbarum die Mittelachse des Substrathalters 9 als Drehachsegehalten sind.
    [0030] Die Vakuumkammer 1 als Reaktionskammer istmit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, um einen niedrigenDruck zu erhalten, der zum Sputtern durch Herausziehen von Luftin der Vakuumkammer 1 erforderlich ist. Die Vakuumkammer 1 istmit einer Gaszuführungseinrichtung(nicht gezeigt) zum Zuführenvon Sputtergas und Reaktivgas und einer Befüllungstür ausgestattet.
    [0031] Wie es in der 1 gezeigt ist, wird der Substrathalter 9 inder Richtung, die durch die Pfeilmarkierungen gezeigt ist, mittelseiner Dreheinheit (nicht gezeigt) mit einer konstanten Geschwindigkeit(z.B. 100 U/min) gedreht. Innerhalb der Vakuumkammer 1 sindein erster Filmabscheidungsbereich A und ein zweiter FilmabscheidungsbereichB bereitgestellt, so dass verschiedene Arten von Filmen auf denSubstraten 10 durch Drehen des Substrathalters 9 abgeschiedenwerden können.Beispielsweise kann ein Film mit niedrigem Brechungsindex in demersten Filmabscheidungsbereich A und ein Film mit hohem Brechungsindexin dem zweiten Filmabscheidungsbereich B abgeschieden werden.
    [0032] In dem ersten FilmabscheidungsbereichA sind eine erste Sputterquelle 35, die eine erste Kathode 21 undein erstes Target 31, das auf der ersten Kathode 21 bereitgestelltist, umfasst, und ein erster Plasmagenerator 51 bereitgestellt,der so angeordnet ist, dass er an die erste Sputterquelle 35 angrenzt,und der durch eine Mikrowellenleistung betrieben wird. Die ersteKathode 21 kann eine so genannte Doppelmagnetronkathodezum abwechselnden Zuführeneiner Entladungsspannung von einer Wechselstromenergiequelle odereiner Gleichstrompulsenergiequelle zu einem Paar von Kathoden sein, umein Ansammeln von elektrischer Ladung auf einem Target zu vermeiden,um dadurch die Entladung zu stabilisieren und die Sputtergeschwindigkeitzu erhöhen.Als Mikrowellenentladung zur Erzeugung eines Plasmas durch den Generatorkann eine ECR-Entladung als Mikrowellenentladung mit einer hohenEntladungsdichte verwendet werden, oder anstelle der Mikrowellenentladungkann eine Hochfrequenzentladung des induktiven oder kapazitiven Kopplungstypsverwendet werden.
    [0033] Währendder Drehung des Substrathalters 9 in dem ersten FilmabscheidungsbereichA wird ein Material des ersten Targets 31 auf einem Substrat mittelseiner ersten Sputterquelle 35 abgeschieden und dann reagiertder abgeschiedene Film mittels des ersten Plasmagenera tors 51,der angrenzend an die erste Sputterquelle 35 angeordnetist, wodurch auf dem Substrat ein dielektrischer Film erzeugt wird.
    [0034] Obwohl die erste Sputterquelle 35 undder erste Plasmagenerator 51 aneinander angrenzen, solltensie physisch voneinander beabstandet (getrennt) sein (sie solltenvoneinander getrennt sein). "Angrenzend" bedeutet keinenvollkommen angrenzenden Zustand, sondern vielmehr, dass dazwischen keineVorrichtung bereitgestellt ist, welche die Filmabscheidung beeinflusst. "Physisch beabstandet" bedeutet, dass dasReaktivgas, das von dem ersten Plasmagenerator 51 erzeugtworden ist, nicht in einem Maß verteiltwird, dass es die Entladung des ersten Targets 31 beeinflusst,und dass diese so voneinander beabstandet sind, dass die Filmabscheidung durchdas Sputtern in einer stabilen Weise durchgeführt werden kann. Zu diesemZweck ist es bevorzugt, eine Trenneinrichtung wie z.B. eine Trennplatte 61,eine Atmosphärenabtrennungsabdeckung 71, eineAbgasöffnung 81 oderdergleichen bereitzustellen, die später beschrieben werden.
    [0035] Die Trennplatte 61 ist zwischender ersten Sputterquelle 35 und dem ersten Plasmagenerator 51 sobereitgestellt, dass die Oberflächedes ersten Targets 31 vor einer Verunreinigung durch daszersetzte Reaktivgas, das von dem ersten Plasmagenerator 51 abgewandertist, bewahrt wird, die sie zu einem Isolator machen würde. Fernerist die Atmosphärenabtrennungsabdeckung 71 bereitgestellt,um den ersten Plasmagenerator 51 in der Vakuumkammer 1 zudefinieren, so dass der Vakuumabschnitt in der Vakuumkammer 1 voreiner Verunreinigung durch das zersetzte Reaktivgas bewahrt wird,das von dem ersten Plasmagenerator 51 abgewandert ist.Ferner ist die Abgasöffnung 81 hinterdem ersten Plasmagenerator 51 so bereitgestellt, dass daszersetzte Reaktivgas, das von dem ersten Plasmagenerator 51 abgewandertist, effektiv abgezogen werden kann, um zu verhindern, dass dasInnere der Vakuumkammer 1 verunreinigt wird. Die Trennplatte 61 unddie Atmosphärenabtrennungsabdeckung 71 dienenzur Kontrolle der Instabilitätder Entladung aufgrund der elektrischen Interferenz zwischen der Sputterentladungund der Plasmaentladung.
    [0036] In der 1 istder zweite Filmabscheidungsbereich B an einer Position bereitgestellt,die von dem ersten Filmabscheidungsbereich A in der Vakuumkammer 1 beabstandetist. In dem zweiten Filmabscheidungsbereich B sind in der gleichenWeise wie im ersten Filmabscheidungsbereich A eine zweite Sputterquelle 36,die eine zweite Kathode 22 und ein zweites Target 32 umfasst,ein zweiter Verschluss 42, ein zweiter Plasmagenerator 52,eine Trennplatte 62, eine Atmosphärenabtrennungsabdeckung 72 undeine Abgasöffnung 82 bereitge stellt. Fernersollten in der gleichen Weise wie bei der ersten Sputterquelle 35 diezweite Sputterquelle 36 und der zweite Plasmagenerator 52 voneinandergetrennt sein.
    [0037] In der 1 bezeichnendie Bezugszeichen 83 und 84 Abgasöffnungenzum Abziehen des Reaktivgases, um das Innere der Vakuumkammer 1 voreiner Verschmutzung zu bewahren. Diese Abgasöffnungen sind auch in den 2, 4 und 5 gezeigt.
    [0038] Die 1 zeigteine Ausführungsform,in der eine Mehrzahl von Substraten 10 auf dem äußeren Umfangdes zylindrischen Substrathalters 9 montiert ist. Wennein großesSubstrat mit einem Durchmesser oder einer Länge einer Seite von 6 Inch(152,4 mm) verwendet wird, dann ist es bevorzugt, im Hinblick aufeine Stabilisierung der Filmdicke und die Qualität des abgeschiedenen Filmseinen kreisförmigenscheibenartigen Substrathalter 9 zu verwenden, wie es inder 2 gezeigt ist, unddie Substrate 10 auf der kreisförmigen Scheibe des Substrathalters 9 zumontieren.
    [0039] Die 4 und 5 sind schematische Draufsichten,die Strukturen von Sputtervorrichtungen erfindungsgemäßer Ausführungsformenzeigen, die von den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformenabgeleitet sind. In den 4 und 5 sind die Trennplatten 61, 62 inden 1 und 2 durch die Trennabstände 63, 64 ersetzt.Mit solchen Strukturen könnendie erste Sputterquelle 35 und der erste Plasmagenerator 51 sowiedie zweite Sputterquelle 36 und der zweite Plasmagenerator 52 sichervoneinander getrennt werden.
    [0040] Im Folgenden wird der Fall beschrieben,bei dem ein dielektrischer Film mit einem relativ niedrigen Brechungsindex(nachstehend als L-Film bezeichnet) unter Verwendung der Filmabscheidungsvorrichtungder 1 (4) oder 2 (5) auf einem Substrat abgeschiedenwird. Dabei steht der Ausdruck dielektrischer Film für einenOxidfilm, einen Nitridfilm, einen Oxynitridfilm, einen Fluoridfilmoder dergleichen. Insbesondere kann der L-Film aus SiO2, SiNxOy (x < y) oder dergleichenbestehen. Als Targetmaterial wird im Hinblick auf die Filmabscheidungsgeschwindigkeitvorzugsweise ein elektrisch leitfähiges Material verwendet, dasein Gleichstromsputtern ermöglichtund insbesondere z.B. Si, SiOx als Materialdes Sauerstoffdefizit-Typs oder dergleichen. Dabei wird der Fallbeschrieben, bei dem als L-Filmein SiO2-Film als Einzelschicht unter Verwendungder Sputtervorrichtung 100 der 1 gebildet wird.
    [0041] In der 1 wirdein Si-Target (B-dotiertes leitfähigespolykristallines Si-Target) als erstes Target 31 verwendet.Die Substrate 10 werden auf dem Substrathalter 9 montiertund das Innere der Vakuumkammer 1 wird auf einen Druckvon 10–4 Paoder weniger evakuiert. Dann wird der Substrathalter 9 bei einervorbestimmten Drehzahl wie z.B. 100 U/min gehalten, Ar-Gas wird in die Vakuumkammereingebracht, währendder erste Verschluss 41 geschlossen ist, und eine Gleichstromleistungwird der ersten Kathode 21 zugeführt, wodurch ein Vorsputterndes ersten Targets 31 initiiert wird. Die Drehzahl desSubstrathalters 9 ist im Hinblick auf die Filmabscheidungsgeschwindigkeitvorzugsweise so hoch wie möglich.Eine Geschwindigkeit von 100 bis 300 U/min ist jedoch bezüglich derZuverlässigkeitdes mechanischen Systems bevorzugt. Dann wird Sauerstoffgas in denersten Plasmagenerator 51 eingebracht, während dererste Verschluss 41 geschlossen ist, um aufgrund einerECR-Entladung alseine Art der Mikrowellenentladung ein Sauerstoffgasplasma zu erzeugen.Durch diese Vorgängezur Vorbehandlung könneneine Konditionierung (Reinigung und Stabilisierung) der Oberfläche desSi-Targets und eine Reinigung (vorwiegend die Entfernung einer organischenSubstanz) der Substrate durch das Reaktivgas gleichzeitig durchgeführt werden.
    [0042] Wenn der Entladungsstrom und dieEntladungsspannung fürdas Si-Target konstant werden und die Oberfläche des Targets stabilisiertist, dann wird der erste Verschluss 41 geöffnet, während der Substrathalter 9 inder durch die Pfeilmarkierungen in der 1 oder der 2 gezeigtenRichtung gedreht wird, um eine Abscheidung eines Films auf den Substraten 10 durchSputtern zu initiieren. Als erstes wird der Film aus dem Si-Metallals erstes Targetmaterial darauf durch Sputtern abgeschieden unddann wird der Film aus dem Si-Metall durch das Sauerstoffgasplasmaoxidiert, das von dem ersten Plasmagenerator 51 erzeugtworden ist. Folglich werden die Filmabscheidung und die Oxidationabwechselnd durchgeführt,wodurch der SiO2-Film als L-Film auf jedem Substrat 10 gebildetwird. Wenn die Filmdicke des SiO2-Filmseinen vorbestimmten Wert erreicht, dann wird der Verschluss 41 geschlossen,um die Filmabscheidung zu beenden.
    [0043] Die Dicke der Si-Metallschicht, diedurch ein einmaliges Sputtern (bei einer Umdrehung) abgeschiedenwird, sollte innerhalb etwa einer Atomlage liegen, so dass die Oxidationsreaktiondurch den ersten Plasmagenerator 51 vollständig ablaufenkann. Zu diesem Zweck wird die Leistung, die der ersten Kathode 21 zugeführt wird,und die Drehzahl des Substrathalters 9 zweckmäßig bestimmt.Beispielsweise hat im Fall des Si-Metallfilms eine Atomlage eineDicke von etwa 1,5 A und die Leistung, die der ersten Kathode 21 zugeführt wird,liegt im Bereich von 1 bis 10 (W/cm2). Indiesem Fall ist die Dichte des Sauerstoffplasmas, das in dem erstenPlasmagenerator 51 erzeugt wird, vorzugsweise höher, umdurch vollständigesAblaufen lassen der Oxidationsreaktion einen Oxidfilm mit einerstöchiometrischvollständigenZusammensetzung zu erhalten. Die Dichte sollte jedoch bei einemniedrigeren Wert gehalten werden, um zu verhindern, dass die Oberfläche desangrenzenden ersten Targets 21 durch das zersetzte oder angeregteReaktivgas (Sauerstoff) verunreinigt wird, wodurch eine stabileSputterentladung erhältlichist. Demgemäß ist esbevorzugt, dass die Strömungsgeschwindigkeitdes verwendeten Sauerstoffgases und die Mikrowellen- oder Hochfrequenzleistung(Radiofrequenzleistung) zur Erzeugung eines Plasmas unter Berücksichtigungder Ausgewogenheit zwischen der Qualität des Films und der Filmabscheidungsgeschwindigkeitexperimentell bestimmt werden.
    [0044] Als Verfahren, das verhindert, dassdie Oberflächedes angrenzenden Targets ein Isolator wird, was aus der Verteilungdes Reaktivgases und der Verunreinigung durch das Reaktivgas wiez.B. angeregter Sauerstoff resultiert, der zersetzt worden ist undvon dem Plasmagenerator abwandert, und das die daraus folgende instabileEntladung verhindert, wird in der vorliegenden Erfindung ein Verfahrenzum Trennen des Raums zwischen der ersten Plasmaquelle 35 unddem ersten Plasmagenerator 51 mit einer Trennplatte 61 eingesetzt.Ferner wird die Atmosphärenabtrennungsabdeckung 71 bereitgestellt,um den ersten Plasmagenerator 51 in der Vakuumkammer 1 zudefinieren, um zu verhindern, dass sich das Reaktivgas, das zersetztworden ist und von dem ersten Plasmagenerator 51 abwandert,verteilt. Darüber hinauswird die Abgasöffnung 81 hinterdem ersten Plasmagenerator 51 bereitgestellt, so dass dasReaktivgas, das zersetzt worden ist und von dem ersten Plasmagenerator 51 abwandert,effektiv abgezogen werden kann, so dass es nicht verteilt wird.Durch die Verwendung eines so genannten Doppelmagnetronverfahrensoder Zwillingsmagnetronverfahrens unter Verwendung einer Wechselstromentladungist es möglich,den nachteiligen Effekt durch die Verteilung des Reaktivgases aufein Minimum zu unterdrücken.
    [0045] Als Reaktivgas wird vorzugsweiseSauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Stickstoffdioxid, Ammoniak,Wasser, Wasserstoff, usw. verwendet, da die Oxidation oder Nitridierungeffektiv und genau durchgeführtwerden kann und die Steuerbarkeit der optischen Eigenschaften einesdielektrischen Materials, das durch die Reaktion erzeugt wird, hervorragend ist.
    [0046] Im Folgenden wird ein Verfahren zumErzeugen eines dielektrischen Films mit einem relativ hohen Brechungsindex(nachstehend als H-Film bezeichnet) unter Verwendung der Filmab scheidungsvorrichtungbeschrieben, die in der 1 oderder 2 gezeigt ist. Beispielefür denH-Film sind insbesondere TiO2, Ta2O5, Nb2O3, Hf2O5,ZrO2, Y2O3, ZnO, CeO2, usw.Als Targetmaterial wird im Hinblick auf die Filmabscheidungsgeschwindigkeitvorzugsweise ein elektrisch leitfähiges Material verwendet. Beispiele sindinsbesondere Ti, Ta, Nb, Hf, Zr, Y, Zn oder Ce oder TiOx alsMaterial des Sauerstoffdefizit-Typs. Durch die Verwendung diesesTargetmaterials kann ein TiO2-Film als Einzelschichtmit dem gleichen Verfahren wie fürden vorstehend genannten SiO2-Film abgeschiedenwerden.
    [0047] Insbesondere wird in der 1 ein Target aus einem T-Metallals zweites Target 32 verwendet. Die Substrate 10 werdenauf dem Substrathalter 9 montiert und das Innere der Vakuumkammer 1 wird aufeinen Druck von 10–4 Pa oder weniger evakuiert. DerSubstrathalter wird bei einer vorbestimmten Drehzahl wie z.B. 100U/min gehalten, Ar-Gas wird in die Vakuumkammer eingebracht, während derzweite Verschluss 42 geschlossen ist, und eine Gleichstromleistungwird der zweiten Kathode 22 zugeführt, um ein Vorsputtern deszweiten Targets 32 zu initiieren. Obwohl die Drehzahl desSubstrathalters 10 im Hinblick auf die Filmabscheidungsgeschwindigkeit vorzugsweiseso hoch wie möglichist, beträgtdie Drehzahl im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des mechanischen Systemsjedoch vorzugsweise 100 bis 300 U/min. Dann wird dem zweiten Plasmagenerator 52 Sauerstoffgaszugeführt,währendder zweite Verschluss 42 geschlossen ist, und dem Plasmageneratorwird eine Mikrowellenleistung zugeführt, wodurch ein Sauerstoffgasplasmaerzeugt wird. Durch eine solche Vorbehandlung können eine Konditionierung (Reinigungund Stabilisierung) der Oberflächedes Ti-Targets undeine Reinigung (vorwiegend die Entfernung einer organischen Substanz)der Substrate durch das Reaktivgas gleichzeitig durchgeführt werden.
    [0048] Wenn der Entladungsstrom und dieEntladungsspannung fürdas Ti-Target konstant werden und die Oberfläche des Targets stabilisiertist, wird der zweite Verschluss 42 geöffnet, während der Substrathalter 9 inder durch die Pfeilmarkierungen in der 1 oder der 2 gezeigtenRichtung gedreht wird, um eine Abscheidung eines Films auf den Substraten 10 durchSputtern zu initiieren. Als erstes wird ein Film aus dem Ti-Metallals zweites Targetmaterial durch Sputtern abgeschieden und dannläuft dieOxidationsreaktion des Ti-Metallfilms durch das Sauerstoffgasplasmaab, das von dem zweiten Plasmagenerator 52 erzeugt wordenist. Folglich wird der TiO2-Film als H-Filmdurch die abwechselnde Durchführungder Filmabscheidung und der Oxidation auf jedem Substrat schichtartigangeordnet. Wenn die Filmdicke des TiO2-Filmseinen vorbestimmten Wert erreicht, wird der zweite Verschluss 42 geschlossen, umdie Filmabscheidung zu beenden.
    [0049] Auch im Fall des H-Films sollte dieDicke der Ti-Metallschicht, die durch ein einmaliges Sputtern (beieiner Umdrehung) abgeschieden wird, in der gleichen Weise wie beidem L-Film bei etwa einer Atomlage liegen, so dass die Oxidationsreaktionan dem zweiten Plasmagenerator 52 vollständig ablaufenkann. Zu diesem Zweck wird die Leistung, die der zweiten Kathode 22 zugeführt wird,und die Drehzahl des Substrathalters 9 zweckmäßig bestimmt.Beispielsweise hat im Fall der Verwendung eines Ti-Metalls eineAtomlage eine Dicke von etwa 1 Å unddie Leistung, die der ersten Kathode 21 zugeführt wird, liegtim Bereich von 0,5 bis 5 (W/cm2).
    [0050] Nachstehend wird ein Fall beschrieben,bei dem ein SiO2-TiO2-Mischfilmmit der in der 1 oderder 2 gezeigten Filmabscheidungsvorrichtungals Mischfilm (nachstehend als M-Film bezeichnet) abgeschieden wird,der den L-Film und den H-Film umfasst.
    [0051] Ein Si-Metalltarget (B-dotierteselektrisch leitfähigespolykristallines Si-Metalltarget) für den L-Film wird als erstesTarget 31 verwendet und ein Ti-Metalltarget für den H-Filmwird als zweites Target 32 verwendet. Die Substrate 10 werdenauf dem Substrathalter 9 montiert und das Innere der Vakuumkammer 1 wirdauf einen niedrigen Druck von 10–4 Paoder weniger evakuiert. Dann wird der Substrathalter bei einer vorbestimmtenDrehzahl wie z.B. 100 U/min gehalten, Ar-Gas wird in die Vakuumkammereingebracht, währendder erste Verschluss 41 und der zweite Verschluss 42 geschlossensind, und der ersten Kathode 21 und der zweiten Kathode 22 wirdLeistung zugeführt,um ein Sputtern zu initiieren. Dann wird dem ersten Plasmagenerator 51 unddem zweiten Plasmagenerator 52 Sauerstoffgas zugeführt, während dererste Verschluss 41 und der zweite Verschluss 42 geschlossensind, und dem ersten und zweiten Plasmagenerator 51, 52 wirdMikrowellenleistung zugeführt,um ein Sauerstoffgasplasma zu erzeugen, so dass die Substrate 10dem Plasma ausgesetzt sind.
    [0052] Wenn der Entladungsstrom und dieEntladungsspannung beider Targets konstant werden und die Oberflächen beiderTargets stabilisiert sind, wird der erste Verschluss 41 undder zweite Verschluss 42 gleichzeitig geöffnet, während derSubstrathalter 9 in der durch die Pfeilmarkierungen inder 1 oder der 2 gezeigten Richtung gedrehtwird, um eine Abscheidung eines Films auf jedem Substrat 10 durchSputtern zu initiieren. Dabei sind die beiden Verschlüsse 41, 42 vorzugsweisevom gekoppelten Typ, die ein gleichzeitiges Öffnen und Schließen ermöglichen,um eine Abweichung des Zusammensetzungsverhältnisses des Mischfilms unmittelbarnach der Initiierung der Filmabscheidung zu vermeiden. Ferner wer dendiese Verschlüssevorzugsweise mit der gleichen Winkelposition bezüglich der ersten Kathode undder zweiten Kathode geöffnetund geschlossen. Wenn diese beiden Verschlüsse geöffnet werden, um die Filmabscheidungzu initiieren, wird folglich als erstes ein Film aus Si-Metall alserstes Targetmaterial durch Sputtern abgeschieden. Anschließend wirdder Si-Metallfilmdurch den ersten Plasmagenerator 51 oxidiert, um eineneinzelnen SiO2-Film als L-Film auf jedem Substrat 10 zubilden. In diesem Fall wird die Dichte des Plasmas so eingestellt,dass der Si-Metallfilm durch die Oxidationsreaktion an dem erstenPlasmagenerator 51 vollständig oxidiert wird. Anschließend wirdein Film aus Ti-Metall als zweites Targetmaterial durch Sputternabgeschieden. Anschließendwird der Ti-Metallfilm durch einen zweiten Plasmagenerator 52 oxidiert.Dabei wird die Dichte des Plasmas so eingestellt, dass das Ti-Metalldurch die Oxidationsreaktion an dem zweiten Plasmagenerator 52 vollständig oxidiertwird. Die Filmabscheidung und die Oxidation des SiO2-Films unddie Filmabscheidung und die Oxidation des TiO2-Filmswerden gemäß der Drehungdes Substrathalters 9 abwechselnd durchgeführt, wodurch zweiArten von Oxiden gemischt und ein SiO2-TiO2-Mischfilm als M-Film auf jedem Substrat 10 abgeschiedenwird. In diesem Fall ist die Filmdicke des TiO2-Filmsund des SiO2-Films als Einzelschicht vielgeringer als die Wellenlängedes eingesetzten Lichts und diese Dicken entsprechen etwa einerAtomlage. Da der TiO2-Film und der SiO2-Film schichtartig angeordnet sind, werdenTiO2-Atome und SiO2-Atomeeinheitlich gemischt, wodurch der SiO2-TiO2-Mischfilm gebildet werden kann, in dem zweiOxide in einer Größenordnungvon weniger als der Wellenlängeeinheitlich vorliegen und aus stöchiometrischvollständigenZusammensetzungen zusammengesetzt sind. Der Brechungsindex dieses Mischfilmsstimmt im Wesentlichen mit dem Wert überein, der aus dem Mischungsverhältnis derbeiden Oxide (Zusammensetzungsverhältnis) bestimmt wird.
    [0053] Das Mischungsverhältnis (Zusammensetzungsverhältnis) derbeiden Oxide kann durch relatives Ändern des Verhältnissesder Leistung, die der ersten Kathode 21 zugeführt wird,zur Leistung, die der zweiten Kathode 22 zugeführt wird,gesteuert werden. Ferner kann durch Ändern des Mischungsverhältnissesder beiden Oxide der M-Film mit einem vorbestimmten Brechungsindexabgeschieden werden. Wenn beispielsweise der L-Film ein SiO2-Film ist (Brechungsindex: 1,46), der H-Filmein TiO2-Film ist (Brechungsindex: 2,36)und der M-Film ein SiO2-TiO2-Mischfilmist, und die Einstellbedingungen für den ersten FilmabscheidungsbereichA mit den Einstellbedingungen fürden zweiten Filmabscheidungsbereich B in der Vakuumkammer 1 identisch sind,dann sollte das Verhältnisder Leistung, die der ersten Kathode 21 (Si) zugeführt wird,zur Leistung, die der zweiten Kathode 22 (Ti) zugeführt wird,etwa 1:1 betragen (das Verhältnisder Leistung steht nicht fürdas Verhältnisder Leistung als Absolut wert, sondern das Verhältnis der Leistung in dem Fall,bei dem die Leistung zur Bildung eines Einzelfilms als 1 gesetztwird. Das vorstehend gesagte gilt auch im Folgenden). Anschließend kannein Film mit einem Brechungsindex von 1,91 gebildet werden. Wenndas Verhältnisder Leistung, die der ersten Kathode 21 (Si) zugeführt wird,zur Leistung, die der zweiten Kathode 22 (Ti) zugeführt wird,etwa 3:1 beträgt,kann ein Film mit einem Brechungsindex von 1,69 gebildet werden.Das vorstehend genannte Verhältnisder Leistung kann unter Berücksichtigungder Leistung und der Eigenschaften einer verwendeten Vorrichtungexperimentell bestimmt werden.
    [0054] Durch schichtartiges Anordnen desH-Films, des L-Films und des M-Films auf einem Substrat kann einMehrschichtfilm, der einen Mischfilm umfasst, mit gewünschtenoptischen Eigenschaften gebildet werden. Wenn ein M-Film als Zwischenschicht ineinem Mehrschichtfilm verwendet wird, der durch abwechselndes schichtartigesAnordnen eines H-Films und eines L-Films gebildet wird, dann istes möglich,eine Welligkeit einer Reflexion oder in einem Transmissionsspektrumzu unterdrückenund die Anzahl der Schichten in dem Mehrschichtfilm zu vermindern.Ferner ist dann, wenn ein M-Film, der durch Mischen eines Materialsmit hohem Brechungsindex und eines Materials mit niedrigem Brechungsindex gebildetwird, so als Zwischenschicht abgeschieden werden kann, dass er einenvorbestimmten Brechungsindex aufweist, das Target zur Bildung der Zwischenschichtnicht erforderlich, zusätzliche,mit dem Target zusammenhängendekomplizierte Arbeiten könnenvermindert werden und es ist möglich,die Kosten zu senken. Darüberhinaus kann durch schichtartiges Anordnen der Zwischenschicht in mehrerenSchichten ein Mehrschichtfilm mit den erforderlichen guten optischenEigenschaften mit einer geringeren Anzahl von Schichten erzeugtund die Produktivitätbeträchtlichverbessert werden.
    [0055] Die erfindungsgemäße Sputtervorrichtung weistzwei Sputterbereiche auf, die jeweils mit einer Plasmaquelle undeinem Plasmagenerator ausgestattet sind. Die Anzahl der Sputterbereicheist nicht auf zwei beschränkt,sondern es könnendrei oder mehr vorliegen. Die vorliegende Erfindung umfasst aucheine Sputtervorrichtung mit drei oder mehr Sputterbereichen undden mit einer solchen Vorrichtung hergestellten Mischfilm.
    [0056] Da der mit dem erfindungsgemäßen Verfahrenhergestellte Film eine stöchiometrischvollständigeZusammensetzung aufweist, ist es einfach, einen Mehrschichtfilmmit einer gemäß seinemAufbau vorbestimmten Leistung herzustellen. Ein konkretes Beispielfür denMehrschichtfilm, der einen Mischfilm umfasst, ist ein Rugate-Filter,der durch schichtartiges An ordnen eines M1-Films,eines M2-Films (Mn-Film(n: eine natürlicheZahl) steht füreinen Zwischenschichtfilm mit unterschiedlichem Brechungsindex),eines H-Films und eines L-Films auf einem Glassubstrat gebildetwird.
    [0057] Das in der vorliegenden Erfindungverwendete Substrat ist nicht speziell beschränkt, jedoch wird vorzugsweiseein Glassubstrat, ein Quarzsubstrat oder dergleichen verwendet.Die Dicke des Glassubstrats beträgtim Hinblick auf die Festigkeit vorzugsweise 0,5 bis 2 mm. Wenn dieerfindungsgemäße Sputtervorrichtungverwendet wird und wenn die Form des Substrathalters für ein Substratoptimiert ist, das eine größere Oberfläche aufweist,oder für einSubstrat, das eine kleinere Oberfläche aufweist, kann ferner dieProduktivitätverbessert werden. Im Fall der Verwendung eines Substrats mit einergrößeren Oberfläche solltedie Form des Substrathalters flach sein, wie es in der 2 gezeigt ist. Ein gebildeterFilm kann abhängigvon der Flugrichtung eines auf dem Substrat abgeschiedenen Materialseine Anisotropie aufweisen. Eine solche Anisotropie kann dadurchvermieden werden, dass der Substrathalter flach ausgebildet wird.Wenn das Substrat kreisförmigist, dann hat die Oberflächedes Substrats vorzugsweise einen Durchmesser von 127 bis 203,2 mm.
    [0058] Das Substrat mit einem erfindungsgemäßen Mehrschichtfilm(eine Mehrschichtfilmvorrichtung) ist für eine Vorrichtung geeignet,die mit einem Film mit geringem Reflexionsvermögen ausgestattet ist, oder für einenKantenfilter (wie z.B. einen Infrarotstrahlenreflexionsfilter, einenUltraviolettstrahlenreflexionsfilter, einen Infrarot/Ultraviolettstrahlenreflexionsfilter, einenReflexionsfilter fürsichtbares Licht, usw.), einen Polarisationsfilter, usw., die alsTeil einer Anzeige, eines Projektors, einer Beleuchtungsvorrichtung oderverschiedener Kameralinsen verwendet werden können. Insbesondere zeigt einRugate-Filter eine glatte und steile Frequenzabhängigkeit ohne Welligkeit undweist eine großeGestaltungsfreiheit auf. Demgemäß ist erals optischer Mehrschichtinterferenzfilter geeignet, mit dem Wellenlängen vondurchgelassenem oder reflektiertem Licht ausgewählt werden können.
    [0059] Erfindungsgemäß kann ein kristalliner Doppeloxidfilm,bei dem in einer herkömmlichenSputtervorrichtung eine hohe Temperatur von etwa 900°C erforderlichist, als Mischfilm bei einer niedrigeren Temperatur und mit einerguten Kristallisation erzeugt werden. Beispiele für die Verwendungvon zwei Arten von Metallen als derartiges Doppeloxidmaterial sindPbTiO3 oder BaTiO4.Diese weisen Strukturen auf, die derart sind, dass die Metallelemente,aus denen sie aufgebaut sind, abwechselnd angeordnet sind. Wenndemgemäß die erfindungsgemäße Sputtervorrichtungverwendet wird, bei der sehr dünne Schichtenmit einer Dicke von etwa einer Atomlage schichtartig übereinanderangeordnet werden, kann ein fehlerfreier Film mit hervorragenderKristallinität beieiner niedrigen Verfahrenstemperatur mit guter Produktivität hergestelltwerden.
    [0060] Ferner ist ein erfindungsgemäßes Beispiel für die Verwendungvon drei Arten von Metallen als Doppeloxidmaterial YBa2Cu3Ox (x = 6 bis 7).Dieses Material ist füreinen Hochtemperatur-supraleitenden Film geeignet. Dieser Hochtemperatur-supraleitende Filmkann bei einer niedrigen Temperatur unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sputtervorrichtung gebildetwerden und der Film mit einem vorbestimmten Element-Zusammensetzungsverhältnis kanngemäß der gewünschtenGestaltung hergestellt werden.
    [0061] Nachstehend wird die vorliegendeErfindung detailliert unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Erfindungnicht auf diese speziellen Beispiele beschränkt ist.
    [0062] Ein AR-Film (Antireflexionsfilm)mit vier Schichten, der die nachstehende Struktur aufweist, wirdmit dem nachstehend beschriebenen Verfahren abgeschieden und dererhaltene Film wird bewertet.
    [0063] Struktur des AR-Films mit vier Schichten: Glassubstrat/M1-Film/M2-Film/H-Film/L-Film.
    [0064] Das Glassubstrat, der M1-Film,der M2-Film, der H-Film und der L-Film werdennachstehend beschrieben und die Filmdicken werden als optische Filmdickenangegeben. (a) Glassubstrat: BK7 (Handelsname, Borosilikatglas),Brechungsindex: 1,52, Größe: 125mm Durchmesser × 0,525mm Dicke. (b) M1-Film: Ein Mischfilm aus SiO2 und TiO2, Brechungsindex= 1,69, Filmdicke = 106 nm. (c) M2-Film: Ein Mischfilm aus SiO2 und TiO2, Brechungsindex= 1,91, Filmdicke = 95 nm. (d) H-Film: Ein TiO2-Film, Brechungsindex= 2,36, Filmdicke = 122 nm. (e) L-Film: Ein SiO2-Film, Brechungsindex= 1,46, Filmdicke = 94 nm.
    [0065] Es sollte beachtet werden, dass derAntireflexionsfilm mit der vorstehend genannten Struktur gemäß eineroptischen Berechnung überdem gesamten Bereich des sichtbaren Lichts mit einer Wellenlänge von450 nm bis 700 nm ein Reflexionsvermögen von nicht mehr als 0,5% aufweist, wenn jeder Film aus einem stöchiometrisch vollständigen Oxid besteht.
    [0066] Ein AR-Film mit vier Schichten wirdunter Verwendung der in der 1 gezeigtenSputtervorrichtung abgeschieden. Als erstes wird ein Si-Target (B-dotierteselektrisch leitfähigespolykristallines Target) als erstes Target 31 eingesetztund ein Target aus Vakuum-geschmolzenem Ti-Metall wird als zweitesTarget 32 eingesetzt. Ein Glassubstrat 10 wirdauf dem Substrathalter 9 montiert und das Innere der Vakuumkammer 1 wirdevakuiert, so dass Hochvakuumbedingungen von 5 × 10–5 Pavorliegen. Dann wird der Substrathalter 9 bei 100 U/mingedreht und 50 sccm Ar-Gas werden der Vakuumkammer zugeführt, während dererste Verschluss 41 und der zweite Verschluss 42 geschlossensind, um ein Vorsputtern zu initiieren (das Verhältnis der Leistung, die demSi-Target zugeführtwird, zur Leistung, die dem Ti-Target zugeführt wird,beträgt3:1). Dann werden dem ersten Plasmagenerator 51 bzw. demzweiten Plasmagenerator 52 100 sccm Sauerstoffgas zugeführt, während dererste Verschluss 41 und der zweite Verschluss 42 geschlossensind, und dann werden der erste Plasmagenerator 51 undder zweite Plasmagenerator 52 mit einer Mikrowellenleistungversorgt, um ein Sauerstoffgasplasma zu erzeugen, das auf dem Substrat 10 verteiltwird. Der Druck in der Vakuumkammer 1 beträgt zu diesemZeitpunkt 0,3 Pa.
    [0067] Wenn der Entladungsstrom und dieEntladungsspannung beider Targets konstant werden und die Oberflächen beiderTargets stabilisiert sind, werden der erste Verschluss 41 undder zweite Verschluss 42 gleichzeitig geöffnet, während derSubstrathalter 9 in der Richtung der in der 1 angegebenen Pfeilmarkierungengedreht wird, um ein Sputtern zur Bildung eines Films auf dem Glassubstratzu initiieren. Als erstes wird ein Si-Metall als erstes Targetmaterialdurch Sputtern auf dem Substrat abgeschieden. Dann wird der Si-Metallfilman dem ersten Plasmagenerator 51 oxidiert, um dadurch einen SiO2-Film als L-Film auf dem Glassubstrat zubilden. Anschließendwird ein Ti-Metall als zweites Targetmaterial durch Sputtern abgeschieden.Dann wird der Ti-Metallfilm an dem zweiten Plasmagenerator 52 oxidiert,wodurch ein TiO2-Film als H-Film auf dem SiO2-Film schichtartig angeordnet wird. Da indiesem Fall jeder Film eine geringe Dicke von etwa einer Atomlageaufweist, kann ein einheitlicher SiO2-TiO2-Mischfilm gebildet werden, der zwei Oxide umfasst.Die Filmabscheidung durch Sputtern wird fortgesetzt, bis die Filmdicke106 nm erreicht. Wenn die Dicke 106 nm erreicht hat, werden dererste Verschluss 41 und der zweite Verschluss 42 gleichzeitig geschlossen,so dass die Filmabscheidung fürden M1-Film gestoppt wird.
    [0068] Anschließend wird die Leistung für die erste Kathode 21 unddie Leistung fürdie zweite Kathode 22 geändert (das Verhältnis derLeistung, die dem Si-Target zugeführt wird, zur Leistung, diedem Ti-Target zugeführtwird, beträgt1:1) und der erste Verschluss 41 und der zweite Verschluss 42 werden gleichzeitiggeöffnet,um eine Filmabscheidung des M2-Films zuinitiieren. Da der M2-Film wie der M1-Film eine sehr geringe Dicke von etwa einerAtomlage aufweist, kann ein einheitlicher SiO2-TiO2-Mischfilm gebildet werden, der zwei Oxideumfasst. Wenn die Filmdicke 95 nm erreicht, werden der erste Verschluss 41 undder zweite Verschluss 42 gleichzeitig geschlossen, so dassdie Filmabscheidung fürden M2-Film gestoppt wird.
    [0069] Anschließend wird der zweite Verschluss 42 geöffnet, während dererste Verschluss 41 geschlossen bleibt, so dass die Filmabscheidungdes H-Films initiiert wird. Wenn die Filmdicke 122 nm erreicht, wirdder zweite Verschluss 42 geschlossen, so dass die Filmabscheidungfür denH-Film gestoppt wird.
    [0070] Schließlich wird der erste Verschluss 41 geöffnet, während derzweite Verschluss 42 geschlossen bleibt, so dass die Filmabscheidungdes L-Films initiiert wird. Wenn die Filmdicke 94 nm erreicht, wird dererste Verschluss 41 geschlossen, so dass die Filmabscheidungfür denL-Film gestoppt wird. Durch das vorstehend genannte Verfahren wirdein AR-Film mit vier Schichten erzeugt.
    [0071] Ein AR-Film mit vier Schichten wirdunter Verwendung der in der 3 gezeigtenSputtervorrichtung abgeschieden. Als erstes wird ein Si-Target (B-dotierteselektrisch leitfähigespolykristallines Si-Target) als erstes Target 131 eingesetztund ein Target aus Vakuumgeschmolzenem Ti-Metall wird als zweitesTarget 132 eingesetzt. Ein Glassubstrat 110 wirdauf dem Substrathalter 109 montiert und das Innere derVakuumkammer 101 wird evakuiert, so dass Hochvakuumbedingungenvon 10–5 Pavorliegen. Dann wird der Substrathalter 109 bei 100 U/mingedreht und ein Vorsputtern wird initiiert, während der erste Verschluss 141 undder zweite Verschluss 142 geschlossen sind (das Verhältnis derLeistung, die dem Si- Targetzugeführtwird, zur Leistung, die dem Ti-Target zugeführt wird, beträgt 3:1).Dann wird in dem Zustand, bei dem der erste Verschluss 141 und derzweite Verschluss 142 geschlossen sind, dem Plasmagenerator 151 eineMikrowellenleistung zugeführt,um aufgrund einer ECR-Entladung ein Sauerstoffgasplasma zu erzeugen,wobei das Plasma auf das Substrat 110 verteilen wird.
    [0072] Wenn der Entladungsstrom und dieEntladungsspannung beider Targets konstant werden und die Oberflächen beiderTargets stabilisiert sind, wird der Substrathalter 109 inder Richtung der in der 3 angegebenenPfeilmarkierungen gedreht, währendder erste Verschluss 141 und der zweite Verschluss 142 gleichzeitiggeöffnetwerden, um ein Sputtern zur Bildung eines Films auf dem Glassubstrat 110 zuinitiieren. Zunächstwird ein Si-Metall als erstes Targetmaterial durch Sputtern aufdem Substrat abgeschieden und dann wird ein Ti-Metall als zweites Targetmaterial durchSputtern auf dem Substrat abgeschieden. Dann wird der aus dem Si-Metall unddem Ti-Metall zusammengesetzte Mischmetallfilm durch den Plasmageneratoroxidiert, um einen SiO2-TiO2-Mischfilmzu bilden. Wenn die Filmdicke 106 nm erreicht, werden der ersteVerschluss 141 und der zweite Verschluss 142 geschlossen,so dass die Filmabscheidung fürden M1-Film gestoppt wird.
    [0073] Anschließend wird die Leistung für die erste Kathode 121 unddie Leistung fürdie zweite Kathode 122 geändert (das Verhältnis derLeistung, die dem Si-Target zugeführt wird, zur Leistung, diedem Ti-Target zugeführtwird, beträgt1:1) und der erste Verschluss 141 und der zweite Verschluss 142 werdengeöffnet,um eine Filmabscheidung des M2-Films zuinitiieren. Wenn die Filmdicke 95 nm erreicht, werden der ersteVerschluss 141 und der zweite Verschluss 142 geschlossen,so dass die Filmabscheidung fürden M2-Film gestoppt wird.
    [0074] Anschließend wird in dem Zustand, beidem der erste Verschluss 141 geschlossen ist, der zweite Verschluss 142 geöffnet, sodass die Filmabscheidung des H-Films initiiert wird. Wenn die Filmdicke 122nm erreicht, wird der zweite Verschluss 142 geschlossen,um die Filmabscheidung fürden H-Film zu stoppen.
    [0075] Schließlich wird der erste Verschluss 141 geöffnet, während derzweite Verschluss 142 geschlossen bleibt, so dass die Filmabscheidungdes L-Films initiiert wird. Wenn die Filmdicke 94 nm erreicht, wird dererste Verschluss 141 geschlossen, um die Filmabscheidungfür denL-Film zu stoppen. Durch das vorstehend genannte Verfahren wirdein AR-Film mit vier Schichten erzeugt.
    [0076] Das Reflexionsvermögen jedesGlassubstrats mit dem AR-Film mit vier Schichten, das im Beispiel1 und im Beispiel 2 hergestellt worden ist, wird mit einem Spektrophotometer(U4000, von Hitachi, Ltd. hergestellt) gemessen.
    [0077] Als Ergebnis wurde gefunden, dassdas Reflexionsvermögendes Glassubstrats mit dem AR-Filmmit vier Schichten von Beispiel 1 bezüglich sichtbarem Licht 0,4% beträgt,wobei dieser Wert mit dem vorgegebenen Wert identisch ist. Andererseits weichtdas Reflexionsvermögendes Glassubstrats mit dem AR-Film mit vier Schichten von Beispiel2 bezüglichsichtbarem Licht stark von dem vorgegebenen Wert ab, da die Oxidationunzureichend ist und der Film zu einem absorbierenden Film wird.Demgemäß wird bestätigt, dassein AR-Film mit dem vorbestimmten Wert nicht erzeugt wird.
    [0078] Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Sputtervorrichtungkann ein Mischfilm mit einem effektiven Extinktionskoeffizientenvon Null und einem Brechungsindex, der mit einem vorgegebenen Wert übereinstimmt,ohne Verminderung der Filmabscheidungsgeschwindigkeit erzeugt werden,und ein Mehrschichtfilm, insbesondere ein optischer Mehrschichtfilmmit guter Leistung und Eigenschaften, die mit einem vorgegebenenWert überstimmen,kann durch schichtartiges Anordnen solcher Mischfilme erzeugt werden.
    [0079] Die gesamte Offenbarung der japanischen PatentanmeldungNr. 2003-020193, die am 29. Januar 2003 eingereicht worden ist,einschließlichder Beschreibung, der Ansprüche,der Zeichnungen und der Zusammenfassung, wird in diese Beschreibung unterBezugnahme vollständigeinbezogen.
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] Eine Sputtervorrichtung, die eine Vakuumkammer,einen zylindrischen Substrathalter, der drehbar in der Vakuumkammergehalten ist, und ein Substrat umfasst, das an einem äußeren Umfangdes Substrathalters montiert ist, wobei die Vakuumkammer einen erstenFilmabscheidungsbereich und einen zweiten Filmabscheidungsbereichzum Abscheiden eines Films auf dem Substrat umfasst, wobei der ersteFilmabscheidungsbereich eine erste Sputterquelle, die eine ersteKathode und ein erstes Target, das auf der ersten Kathode gehaltenist, umfasst, und einen ersten Plasmagenerator umfasst, der so angeordnetist, dass er sich angrenzend an die erste Sputterquelle befindet,und der zweite Filmabscheidungsbereich eine zweite Sputterquelle,die eine zweite Kathode und ein zweites Target, das auf der zweitenKathode gehalten ist, umfasst, und einen zweiten Plasmageneratorumfasst, der so angeordnet ist, dass er sich angrenzend an die zweiteSputterquelle befindet, und wobei die erste Sputterquelle und dererste Plasmagenerator voneinander getrennt sind und die zweite Sputterquelleund der zweite Plasmagenerator voneinander getrennt sind.
    [2] Eine Sputtervorrichtung, die eine Vakuumkammer, einenkreisförmigenscheibenartigen Substrathalter, der drehbar in der Vakuumkammergehalten ist, und ein Substrat umfasst, das auf der kreisförmigen Scheibedes Substrathalters montiert ist, wobei die Vakuumkammer einen erstenFilmabscheidungsbereich und einen zweiten Filmabscheidungsbereichzum Abscheiden eines Films auf dem Substrat umfasst, wobei der ersteFilmabscheidungsbereich eine erste Sputterquelle, die eine ersteKathode und ein erstes Target, das auf der ersten Kathode gehaltenist, umfasst, und einen ersten Plasmagenerator umfasst, der so angeordnetist, dass er sich angrenzend an die erste Sputterquelle befindet,und der zweite Filmabscheidungsbereich eine zweite Sputterquelle,die eine zweite Kathode und ein zweites Target, das auf der zweitenKathode gehalten ist, umfasst, und einen zweiten Plasmageneratorumfasst, der so angeordnet ist, dass er sich angrenzend an die zweiteSputterquelle befindet, und wobei die erste Sputterquelle und dererste Plasmagenerator voneinander getrennt sind und die zweite Sputterquelleund der zweite Plasmagenerator voneinander getrennt sind.
    [3] Sputtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei derdie erste Kathode und/oder die zweite Kathode ein Paar von Kathodenumfasst, an die von einer Wechselstromenergiequelle oder von einerGleichstrompulsenergiequelle abwechselnd eine Entladungsspannungangelegt wird.
    [4] Sputtervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, beider eine Verschlusseinrichtung derart bereitgestellt ist, dass siebezüglichder ersten Kathode und der zweiten Kathode mit der gleichen Winkelposition geöffnet undgeschlossen wird.
    [5] Sputtervorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,bei welcher der erste Plasmagenerator und/oder der zweite Plasmageneratorein Plasmagenerator zum Erzeugen eines Plasmas durch eine Mikrowellenentladungoder eine Hochfrequenzentladung des induktiven oder kapazitivenKopplungstyps ist.
    [6] Ein Mischfilm, dadurch gekennzeichnet, dass dieserauf einem Substrat unter Verwendung der Sputtervorrichtung nacheinem der Ansprüche1 bis 5 und durch Wiederholen der folgenden Vorgänge ausgebildet wird: Abscheideneines Films aus einem Material fürdas erste Target auf dem Substrat durch Sputtern an der ersten Sputterquelle,Verursachen einer Reaktion des gebildeten Films durch den erstenPlasmagenerator, Abscheiden eines Films aus einem Material für das zweiteTarget durch Sputtern an der zweiten Sputterquelle und Verursacheneiner Reaktion des gebildeten Films durch den zweiten Plasmagenerator.
    [7] Ein Mehrschichtfilm, der den Mischfilm gemäß Anspruch6 umfasst.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040182701A1|2004-09-23|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-11-18| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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