DE112008000252T5

DE112008000252T5 - Sputter-Verfahren und Sputter-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112008000252T5
Application number: DE112008000252T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Ueda; Kazuki Amagasaki Moyama; Koji Amagasaki Fukumori
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Osaka Vacuum Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Osaka Vacuum Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-12-17
Also published as: KR101147484B1; US20100078309A1; TW200846485A; KR20090106629A; WO2008090982A1

Abstract

Sputter-Verfahren zum Bilden, in einer Vakuumkammer, einer Ausgangsschicht auf einem Filmbildungszielobjekt und anschließend ferner zum Bilden einer zweiten Schicht auf der Ausgangsschicht darin, wobei das Verfahren umfasst:
in der Vakuumkammer, Anordnen von Flächen eines Paares Targets, so dass sie einander zugewandt sind, während sie voneinander mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet sind und so dass sie zu dem Filmbildungszielobjekt hin geneigt sind, das an einer seitlichen Position zwischen den Targets platziert ist, und anschließend Sputtern der Targets durch Erzeugen eines Magnetfeldraumes auf den zugewandten Flächen des Paares Targets und somit Bilden der Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt unter Verwendung von Partikeln, die durch das Sputtern gesputtert werden; und
ferner Bilden der zweiten Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt mit einer höheren Filmbildungsrate als eine Filmbildungsrate der Ausgangsschicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sputter-Verfahren und eine Sputter-Vorrichtung zur Verwendung beim Bilden eines Dünnfilms auf einem Substrat; und im Besonderen ein Sputter-Verfahren und eine Sputter-Vorrichtung zum Bilden eines Mehrfunktionen-Dünnfilms aus einem Metall, einer Legierung oder einer Verbindung auf einem Film aus einem Substrat, das aus einem Polymer- oder Harzsubstrat hergestellt ist, oder auf einem organischen Dünnfilm einer organischen EL-Einrichtung (organischer Halbleiter oder dergleichen), was eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar, um einen transparenten leitfähigen Film, einen Elektrodenfilm und einen Schutz- und Dichtfilm (Gasbarrierenfilm) auf einer organischen EL-(Elektrolumineszenz-)Einrichtung zu bilden, und einen Elektrodenfilm und einen Schutzfilm auf einem organischen Dünnfilmhalbleiter zu bilden. Ferner ist die vorliegende Erfindung auch auf ein Sputter-Verfahren und eine Sputter-Vorrichtung zum Bilden eines Dünnfilms auf einem Polymerfilm oder Harzsubstrat anwendbar und findet auch eine breite Anwendung auf dem Gebiet einer Vielzweck-Dünnfilmfertigung.
Technischer Hintergrund
Wenn ein Metallfilm, der als eine Elektrode, ein transparenter leitfähiger Dünnfilm, ein Schutzfilm-Dichtfilm oder dergleichen verwendet werden soll, auf einem Substrat (Filmbildungszielobjekt) gebildet wird, das bei dem Prozess der Bildung einer organischen EL-Einrichtung oder eines organischen Dünnfilms (organischer Halbleiter oder dergleichen) leicht beschädigt wird, muss zur Verhinderung einer Abnahme der Produktlebensdauer oder einer Verschlechterung der Substrateigenschaften, die durch eine Beschädigung während des Filmbildungsprozesses hervorgerufen wird, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchgeführt werden, mit der wenig Beschädigung an einer Filmgrenzfläche zwischen einem Substrat, wie etwa einem organischen Dünnfilm, und einem Dünnfilm, der auf dem Substrat gebildet ist, einhergeht.
In dieser Hinsicht ist als eine Filmbildungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchzuführen, eine Sputter-Vorrichtung vom Typ mit zugewandtem Target benutzt worden, bei der ein Paar Targets parallel zueinander angeordnet ist, und ein Zwischentarget-Magnetfeldraum mit Magnetkraftlinien, die von einem Target zu dem anderen orientiert sind, wird zwischen dem Paar Targets erzeugt, und ein Substrat wird an einer seitlichen Position des Paares Targets platziert, und anschließend wird das Sputtern durchgeführt.
Bei der Sputter-Vorrichtung vom Typ mit zugewandten Target kann die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung eingesetzt werden, da die Vorrichtung einen starken Effekt des Einfangens von Plasma und geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, zwischen den Targets aufweist. Da jedoch eine Sputter-Fläche jedes Targets in eine Richtung senkrecht zu einer Filmbildungszielfläche des Substrats gewandt ist, ist die Menge von gesputterten Partikeln, die das Substrat erreichen, gering, und eine Filmbildungsrate ist niedrig.
Dementsprechend ist es schwierig gewesen, eine ausreichende Produktionsrate (Filmbildungsrate) zu erhalten, um jüngsten Anforderungen für die Verbesserung der Produktivität nachzukommen.
Es kann daher in Betracht gezogen werden, eine Filmbildung mit einer hohen Filmbildungsrate unter Verwendung einer Magnetron-Sputter-Vorrichtung vom Parallelplattentyp auszuführen, bei der ein Target derart angeordnet ist, dass seine Sputter-Fläche parallel zu der Filmbildungszielfläche des Substrats liegt, und das Sputtern wird durch Erzeugen eines gekrümmten Magnetfeldraumes mit Magnetkraftlinien, die einen Umfangsabschnitt mit einem zentralen Abschnitt des Targets in einer Bogenform verbinden, auf der Sputter-Fläche des Targets durchgeführt. In der Magnetron-Sputter-Vorrichtung vom Parallelplattentyp kann jedoch, da die Sputter-Fläche derart positioniert ist, dass sie dem Substrat zugewandt ist, obwohl die Filmbildungsrate erhöht sein kann, da die Menge der gesputterten Partikel, die das Substrat erreichen, zunimmt, der Einfluss des Plasmas auf das Substrat oder die Menge der geladenen Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, die dorthin fliegen, ebenfalls erhöht sein. Dementsprechend kann die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung nicht ausgeführt werden.
Wie es oben festgestellt wurde, ist es bei der Filmbildung durch Sputtern sehr schwierig gewesen, gleichzeitig eine Verbesserung der Produktivität und eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung zu erreichen.
Aus diesem Grund ist eine Sputter-Vorrichtung vom Typ mit V-förmigem zugewandtem Target entwickelt worden, das eine Konfiguration aufweist, bei der zugewandte Flächen eines Paares Targets in der oben beschriebenen Sputter-Vorrichtung vom Typ mit zugewandtem Target jeweils in Bezug auf ein Substrat geneigt sind (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Da die Sputter-Vorrichtung eine Sputter-Vorrichtung vom Typ mit zugewandtem Target ist, zeigt sie einen starken Effekt eines Einschließens von Plasma und geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, zwischen den Targets. Da ferner Winkel zwischen den Sputter-Flächen der Targets und der Filmbildungszielfläche des Substrats kleiner als ein rechter Winkel werden, d. h. da die Sputter-Flächen weiter zu dem Substrat hin orientiert sind, kann die Menge der gesputterten Partikel, die das Substrat erreichen (dorthin fliegen), erhöht werden, was zu einer Zunahme einer Filmbildungsrate führt.
Da jedoch die Sputter-Flächen weiter zu dem Substrat hin orientiert sind, kann auch der Einfluss des Plasmas auf das Substrat und die Menge der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die dorthin fliegen, im Vergleich mit der Sputter-Vorrichtung vom Typ mit zugewandtem Target, bei der das Paar Targets parallel liegt, erhöht sein. Wenn somit eine Filmbildung auf einem Substrat, wie etwa einer organischen EL-Einrichtung oder einem organischen Dünnfilm (organischer Halbleiter oder dergleichen), durchgeführt wird, auf welchem ein beträchtlich niedriges Niveau von Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchgeführt werden muss, können Probleme, wie etwa eine Abnahme einer Produktlebensdauer oder eine Verschlechterung der Substrateigenschaften, die durch eine Beschädigung während des Filmbildungsprozesses hervorgerufen werden, nicht ausreichend gelöst werden.
Wenn indessen bei dem Sputtern unter Verwendung einer Kathode vom Magnetrontyp eine Filmbildung auf einem Filmbildungszielobjekt durch das Sputtern unter Verwendung einer Sputter-Vorrichtung mit einer HF-Spule zum Zuführen negativer Ionen oder geladener Partikel, wie etwa sekundärer Elektronen, auf eine vordere Fläche des Targets, durchgeführt wird, wird der Druck in einer Vakuumkammer, in der das Sputtern durchgeführt wird, niedrig eingestellt (gleich oder kleiner als 1,33 × 10^–2 Pa), und eine Plasmadichte auf einer Zielfläche wird niedrig eingestellt. Indem die Sputter-Bedingung auf diese Weise eingestellt wird, kann die Menge der negativen Ionen oder der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die auf das Substrat einfallen, verringert werden, wenn eine Filmgrenzfläche zwischen der Filmbildungszielfläche des Substrats und einem darauf gebildeten Dünnfilm gebildet wird, so dass die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung bewerkstelligt wird. Indem dies verwendet wird, wird eine Ausgangsschicht (erste Schicht) auf der Filmbildungszielfläche des Substrats gebildet, auf der in einer Anfangsstufe der Filmbildung die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchgeführt werden muss. Da jedoch unter der erwähnten Sputter-Bedingung die Filmbildungsrate niedrig und die Produktivität sehr gering ist, ist ein Verfahren zum Bilden einer zweiten Schicht vorgeschlagen worden. Bei diesem Verfahren wird der Druck in der Vakuumkammer (auf 6,65 × 10^–1 Pa oder höher) erhöht, indem die Strömungsrate eines Sputter-Gases, das in die Vakuumkammer nach der Bildung der Ausgangsschicht eingeleitet wird, erhöht wird, und ein Sputter-Betrag wird erhöht, indem eine Plasmadichte auf der Zielfläche angehoben wird, und die Filmbildungsrate nimmt zu (siehe beispielsweise Patentdokument 2). Ferner unterscheiden sich die Ausgangsschicht (erste Schicht) und die zweite Schicht nur zu dem Zweck der Erläuterung durch eine imaginäre Fläche, bei der eine Filmbildungsrate eines Dünnfilms in der Richtung der Filmdicke verändert ist, und sie sind nicht tatsächlich als separate Schichten in der Filmbildungsrichtung unterteilt, sondern sie sind kontinuierlich. Ferner ist die Filmgrenzfläche eine Begrenzungsfläche, bei der die Filmbildungszielfläche und der Dünnfilm miteinander in Kontakt stehen.
Gemäß einem derartigen Sputter-Verfahren wird auf der Filmbildungszielfläche des Substrats, wie etwa der organischen EL-Einrichtung oder dergleichen, die die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, die Ausgangsschicht durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung unter der oben erwähnten Niederdruckbedingung mit einer ausreichenden Dicke gebildet. Aufgrund des Vorhandenseins der Ausgangsschicht ist es möglich, einen nachteiligen Einfluss auf das Substrat aufgrund der Zunahme der Plasmadichte oder der Zunahme der Menge der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die von den Targets gelöst werden, welche erzeugt werden, wenn die zweite Schicht mit einer hohen Filmbildungsrate gebildet wird, und die mit dem Anstieg der Sputter-Menge zunehmen, zu verhindern.
Daher kann der Film bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat gebildet werden, welches die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert. Da ferner im Vergleich mit einem Fall eines Ausführens der Filmbildung durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung bis zum Schluss kann die Filmbildungsrate des gesamten Filmbildungsprozesses (Bildung der ersten und zweiten Schicht) erhöht werden (d. h. die Zeit für die Filmbildung kann verkürzt werden), indem die Filmbildungsrate für die Bildung der zweiten Schicht erhöht wird, so dass eine Verbesserung der Produktivität bewerkstelligt werden kann.

Patentdokument 1: Japanisches Patent Offenlegungsnummer 2004-285445
Patentdokument 2: Japanisches Patent Offenlegungsnummer 2005-340225

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Da jedoch gemäß dem oben beschriebenen Sputter-Verfahren die Druckniveaus in der Vakuumkammer unterschiedlich sind, wenn die erste Schicht und die zweite Schicht gebildet werden, muss der Druck in der Vakuumkammer vor dem Start der Bildung der zweiten Schicht und nach Abschluss der Bildung der ersten Schicht verändert (erhöht) werden.
Obwohl die Änderung des Drucks in der Vakuumkammer durchgeführt werden kann, indem die Strömungsrate des Sputter-Gases (z. B. eines Argon-Gases), das in die Vakuumkammer eingeleitet wird, verändert wird, benötigt es eine bestimmte Zeitdauer, bevor der Druck in der Vakuumkammer ein vorgegebenes Niveau erreicht und genügend stabilisiert ist, um das Sputtern durchzuführen.
Somit ist gemäß dem oben angeführten Sputter-Verfahren die Zunahmerate der Filmbildungsrate trotz der Druckänderung niedrig, wenn die zweite Schicht gebildet wird, und es ist ein bestimmter Zeitraum erforderlich, um den Druck in der Vakuumkammer zu verändern. Deshalb wird die Prozesszeit für die gesamte Filmbildung, um eine erforderliche Filmdicke zu erhalten, im Vergleich mit einem Fall kaum verkürzt, dass der gesamte Filmbildungsprozess durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung mit einer niedrigen Filmbildungsrate durchgeführt wird. Näher ausgeführt, liegt die Verbesserung der Filmbildungsrate in dem gesamten Filmbildungsprozess, die erreicht werden kann, indem die Strömungsrate des Sputter-Gases, das in die Vakuumkammer eingeleitet wird, erhöht wird, während die Leistung (Eingangsleistung), die in die Kathode für das Sputtern eingegeben wird, gleich gehalten wird, nur im Bereich von einigen % bis etwa 10%. Darüber hinaus ist es in letzter Zeit erforderlich gewesen, durch Verkürzen der Prozesszeit des gesamten Filmbildungsprozesses ein höheres Niveau an Produktivität zu erhalten.
Außerdem muss gemäß dem oben angeführten Sputter-Verfahren die HF-Spule vor dem Target vorgesehen sein, um die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen oder die negativen Ionen, die auf das Substrat auftreffen, zuzuführen, und eine HF-Leistungsversorgung zum Antreiben der HF-Spule oder eine Steuereinheit zum Steuern der HF-Spule und der HF-Leistungsversorgung müssen zusätzlich vorgesehen sein. Infolgedessen wird der Aufbau der Sputter-Vorrichtung zum Durchführen des oben genannten Sputter-Verfahrens kompliziert.
Deshalb ist es in Anbetracht des Vorstehenden eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sputter-Verfahren und eine Sputter-Vorrichtung bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau aufweisen und in der Lage sind, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auszuführen, und die eine hohe Produktivität aufweisen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Sputter-Verfahren zum Bilden einer Ausgangsschicht auf einem Filmbildungszielobjekt in einer Vakuumkammer und anschließend weiter Bilden einer zweiten Schicht auf der Ausgangsschicht darin vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: in der Vakuumkammer, Anordnen von Flächen eines Paares Targets, so dass sie einander zugewandt sind, während sie voneinander mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet sind, und so dass sie zu dem Filmbildungszielobjekts hin geneigt sind, das an einer seitlichen Position zwischen den Targets platziert ist und anschließend Sputtern der Targets, indem ein Magnetfeldraum auf den zugewandten Flächen des Paares Targets erzeugt wird und somit die Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt gebildet wird, indem Partikel verwendet werden, die durch das Sputtern gesputtert werden; und weiter Bilden der zweiten Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt mit einer höheren Filmbildungsrate als eine Filmbildungsrate der Ausgangsschicht. Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Sputter-Vorrichtung zum Bilden einer Ausgangsschicht auf einem Filmbildungszielobjekt in einer Vakuumkammer und dann ferner zum Bilden einer zweiten Schicht auf der Ausgangsschicht darin vorgesehen, wobei die Vorrichtung umfasst: in der Vakuumkammer ein Paar Targets zum Bilden der Ausgangsschicht, die derart angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind, während sie mit einem vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet sind und Flächen aufweisen, die zu dem Filmbildungszielobjekt hin geneigt sind, das an einer seitlichen Position zwischen den Targets platziert ist; eine Magnetfelderzeugungseinheit zum Erzeugen eines Magnetfeldraumes auf den zugewandten Flächen des Paares Targets; und einen Halter zum Halten des Filmbildungszielobjekts, wobei die zweite Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt mit einer Filmbildungsrate gebildet wird, die höher ist als die der Ausgangsschicht.
Genauer sind bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in der Vakuumkammer, deren Innenraum in einen ersten Filmbildungsbereich mit einer ersten Filmbildungseinheit zum Bilden der Ausgangsschicht und einen zweiten Filmbildungsbereich mit einer zweiten Filmbildungseinheit zum Bilden der zweiten Schicht unterteilt ist, ferner die erste Filmbildungseinheit und die zweite Filmbildungseinheit in Nebeneinanderstellung angeordnet, die Ausgangsschicht wird auf dem Filmbildungszielobjekt in der ersten Filmbildungseinheit gebildet, anschließend wird das Filmbildungszielobjekt von einer ersten Filmbildungsposition, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der ersten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, zu einer zweiten Filmbildungsposition überführt, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der zweiten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, die zweite Schicht wird ferner auf dem Filmbildungszielobjekt in der zweiten Filmbildungseinheit gebildet, und das Verfahren umfasst: Anordnen des Paares Targets in der ersten Filmbildungseinheit als erste Targets; Erzeugen auf einer Seite der Fläche von einem der ersten Targets eines bogenförmigen, nach innen gekrümmten Magnetfeldraumes, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem Außenumfangsabschnitt zu einem zentralen Abschnitts des einen ersten Targets orientiert sind, und Erzeugen auf einer Seite der Fläche des anderen ersten Targets eines bogenförmigen, nach außen gekrümmten Magnetfeldraumes, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem zentralen Abschnitt zu einem Außenumfang des anderen ersten Targets orientiert sind; Durchführen eines Sputterns durch Erzeugen eines zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung des einen ersten Targets zu einer Umgebung des anderen ersten Targets orientiert sind, während ein erster Zwischentargetraum, der zwischen den ersten Targets gebildet ist, umgeben wird, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, und somit bilden der Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt unter Verwendung erster Partikel, die durch das Sputtern gesputtert werden; und Durchführen eines Sputterns durch Erzeugen eines nach innen gekrümmten Magnetfeldraumes oder eines nach außen gekrümmten Magnetfeldraumes auf Seiten der Flächen von zweiten Targets in der zweiten Filmbildungseinheit und Bilden der zweiten Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt durch zweite Partikel, die durch das Sputtern gesputtert werden. Außerdem sind in der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Vakuum kammer, deren Innenraum in einen ersten Filmbildungsbereich mit einer ersten Filmbildungseinheit zum Bilden der Ausgangsschicht und einen zweiten Filmbildungsbereich mit einer zweiten Filmbildungseinheit zum Bilden der zweiten Schicht unterteilt ist, die erste Filmbildungseinheit und die zweite Filmbildungseinheit in Nebeneinanderstellung angeordnet, der Halter ist derart ausgestaltet, dass er, während er das Filmbildungszielobjekt in der Vakuumkammer hält, von einer ersten Filmbildungsposition, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der ersten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, zu einer zweiten Filmbildungsposition, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der zweiten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, bewegbar ist, die erste Filmbildungseinheit umfasst ein Paar erste Kathoden von einem komplexen Typ, die jeweils ein erstes Target des Paares Targets aufweisen; eine Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines gekrümmten Magnetfeldraumes mit bogenförmigen Magnetkraftlinien auf der zugewandten Fläche des ersten Targets; und eine Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld, die eingebaut ist, um das erste Target zu umgeben, wobei das Paar erste Kathoden von einem komplexen Typ derart eingebaut ist, dass Flächen der ersten Targets einander zugewandt sind, während sie mit einem vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet sind, und die Flächen zu der ersten Filmbildungsposition hin geneigt sind, die an einer seitlichen Position zwischen den ersten Targets gelegen ist, die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld von einer des Paares erste Kathoden ein nach innen gekrümmtes Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem Außenumfangsabschnitt von einem der ersten Targets zu einem zentralen Abschnitts davon orientiert sind, während die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld der anderen ersten Kathode ein nach außen gekrümmtes Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem zentralen Abschnitt des anderen ersten Targets zu einem Außenumfangsabschnitt davon orientiert sind, die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld einen zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum erzeugt, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung des einen ersten Targets zu einer Umgebung des anderen ersten Targets orientiert sind, so dass sie einen ersten Zwischentargetraum umgeben, der zwischen den ersten Targets gebildet ist, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, und die zweite Filmbildungseinheit eine Sputter-Kathode umfasst, die ein zweites Target aufweist, und eine Erzeugungseinheit für ein nach innen oder nach außen gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines nach innen oder nach außen gekrümmten Magnetfeldraumes an einer Fläche des zweiten Targets, und die in der Lage ist, gesputterte Partikel zu der zweiten Filmbildungsposition hin zu emittieren, und eine Filmbildungsrate aufweist, die höher ist als die der ersten Filmbildungseinheit.
Gemäß dieser Ausgestaltung wird in der ersten Filmbildungseinheit des ersten Filmbildungsbereichs der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum derart gebildet (erzeugt), dass er eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, und dass er den ersten Zwischentargetraum zwischen den ersten Targets umgibt, so dass Magnetkraftlinien von der Umgebung von einem ersten Target zu der Umgebung des anderen ersten Targets orientiert sind, indem die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld in der Umgebung von jedem der ersten Targets eingebaut ist.
Da die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld separat in der Umgebung der Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld (erstes Target) vorgesehen ist und das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart gebildet wird, dass es den ersten Zwischentargetraum um gibt, kann ein Raum mit einer hohen Magnetfeldstärke zwischen dem ersten Zwischentargetraum und dem Substrat, das das Filmbildungszielobjekt ist, gebildet werden, ohne den Abstand zwischen den Mitten des Paares erste Targets verkürzen (verringern) zu müssen. Dementsprechend kann in der ersten Filmbildungseinheit der Effekt des Einschließens von Plasma und geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, zwischen den ersten Targets (Kathoden vom ersten komplexen Typ) ohne eine damit einhergehende Verringerung einer Filmbildungsrate verbessert werden.
Das heißt, der gekrümmte Magnetfeldraum, der auf der Fläche des ersten Targets gebildet wird, ist durch den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum umgeben (eingeschlossen), so dass Plasma, das aus dem gekrümmten Magnetfeldraum entweicht, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum eingefangen wird (das Entweichen zu dem Substrat hin wird unterbunden), und ein Einfluss von Plasma auf das Substrat kann unterbunden werden.
Da darüber hinaus in der ersten Filmbildungseinheit der gekrümmte Magnetfeldraum von dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum umgeben ist, kann auch der Effekt des Einschließens von geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, die aus dem gekrümmten Magnetfeldraum zu dem Substrat hin freigegeben werden (dorthin fliegen), in dem ersten Zwischentargetraum verbessert werden. Das heißt, die Freigabe der geladenen Partikel zu dem Substrat hin wird verringert.
Da zudem die erste komplexe Kathode eine Kathode vom Magnetrontyp (Magnetronkathode) ist, die die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld aufweist, tritt keine instabile elektrische Entladung aufgrund hoher Plasmakonzentration an einem zentralen Abschnitt auf, was in dem Fall der Verwendung von Kathoden vom Typ mit zugewandten Target auftreten kann, selbst wenn ein Strom, der in die ersten Kathoden eingegeben wird, erhöht wird. Daher kann Plasma, das in den Umgebungen der Zielflächen erzeugt wird, über eine lange Zeitdauer stabil elektrisch entladen werden.
Da es somit in der ersten Filmbildungseinheit über eine lange Zeitdauer stabil ist, ohne den Abstand zwischen den Mitten des Paares der ersten Targets verkürzen zu müssen, kann der Einfluss des Plasmas auf das Substrat und der Einfluss von (die Beschädigung durch) die geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die von den Sputter-Flächen weg fliegen, minimiert werden. Infolgedessen kann eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat durchgeführt werden, um die Ausgangsschicht zu bilden.
Dementsprechend kann, indem das Sputtern in der ersten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, wie es oben beschrieben wurde, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat bis zu einer vorgegebenen Dicke ausgeführt werden, wodurch die Ausgangsschicht (erste Schicht) gebildet wird. Danach wird das Substrat von der ersten Filmbildungsposition der ersten Filmbildungseinheit zu der zweiten Filmbildungsposition der zweiten Filmbildungseinheit überführt, ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa den Druck in der Vakuumkammer, zu verändern. Somit wird das Sputtern mit einer höheren Filmbildungsrate als die in der ersten Filmbildungseinheit in der zweiten Filmbildungseinheit gestartet. Infolge des Durchführens des Sputterns mit einer höheren Filmbildungsrate in der zweiten Filmbildungseinheit zu diesem Zeitpunkt kann die Menge der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die das Substrat erreichen, oder der Einfluss des Plasmas auf das Substrat erhöht sein, obwohl die zweite Schicht in einer kürzen Zeitdauer gebildet werden kann.
Da jedoch die Ausgangsschicht, die durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung in der ersten Filmbildungseinheit gebildet wird, als eine Schutzschicht dient, kann die zweite Schicht mit einer höheren Filmbildungsrate gebildet werden, während die Beschädigung, die durch die geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, oder den Einfluss des Plasmas auf das Substrat hervorgerufen wird, unterbunden wird. Das heißt, indem das Substrat mit der Ausgangsschicht bedeckt wird, kann das Substrat vor der Beschädigung aufgrund der geladenen Partikel, die dorthin fliegen, oder eines Temperaturanstiegs aufgrund des Einflusses des Plasmas geschützt werden.
Wenn zusätzlich die zweite Schicht nach dem Bilden der Ausgangsschicht gebildet wird, muss nur die Substratposition geändert werden, und eine Änderung der Sputter-Bedingung, wie etwa des Druckes in der Vakuumkammer, die sonst lange Zeit benötigen würde, ist nicht erforderlich. Somit kann eine gewünschte Filmdicke in einer kürzeren Zeitdauer erhalten werden. Dieser Effekt ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine Dünnfilmbildung auf mehreren Substraten durchgeführt wird.
Herkömmlich ist eine Filmbildung von mehreren Substraten aufeinander folgend durchgeführt worden, indem die Prozesse des Bildens einer ersten Schicht auf einem Substrat; des Bildens einer zweiten Schicht nach dem Ändern (Erhöhen) des Drucks in der Vakuumkammer; des Bildens einer ersten Schicht auf einem nächsten Substrat nach dem Rückführen des Drucks in der Vakuumkammer auf ein Druckniveau zum Bilden der ersten Schicht; und des Bildens einer zweiten Schicht nach dem Ändern (Erhöhen) des Drucks in der Vakuumkammer auf ein Druckniveau zum Bilden der zweiten Schicht wiederholt wurden.
Gemäß dem oben angeführten herkömmlichen Sputter-Verfahren muss der Druck in der Vakuumkammer wiederholt geändert werden, um die Filmbildung der mehreren Substrate aufeinander folgend auszuführen. Es hat somit viel Zeit benötigt, um die Druckänderungen auszuführen, und die gesamte Filmbildungszeit ist im Hinblick auf die Produktivität sehr lang gewesen.
Da bei der vorliegenden Erfindung jedoch das Substrat nur von dem Halter zu der ersten Filmbildungseinheit und zu der zweiten Filmbildungseinheit in einer Folge überführt werden muss, ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa den Druck in der Vakuumkammer, verändern zu müssen, kann die Filmbildungszeit für die mehreren Substrate stark verkürzt werden.
Aus dem Vorstehenden kann eine Filmbildung eines Substrats, das eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, erfolgreich ausgeführt werden, und es kann auch eine Verkürzung der gesamten Filmbildungszeit für die aufeinander folgende Verarbeitung der mehreren Substrate erreicht werden.
Da darüber hinaus die erste Kathode vom komplexen Typ eine Magnetronkathode, mit der Erzeugungseinheit des zylindrischen Hilfsmagnetfeldes ist, kann sie die Filmbildung auf einem länglichen Substrat durchführen. Das heißt, wenn das Querschnittsverhältnis einer zugewandten Fläche eines Targets in einer Kathode vom Typ mit zugewandtem Target größer als etwa 3:1 ist, kann eine elektrische Entladung zwischen Targets instabil werden, wodurch es schwierig gemacht wird, einen quali tativ hochwertigen Dünnfilm zu bilden. Es kann darüber hinaus erwogen werden, eine Kathode vom Typ mit zugewandtem Target zu verwenden, das ein Target mit großer Größe mit einem Querschnittsverhältnis von etwa 3:1 aufweist, um einen Dünnfilm auf einem länglichen Substrat zu bilden. In einem solchen Fall kann es jedoch sein, dass die Wirtschaftlichkeit stark verschlechtert wird. Im Gegensatz dazu kann das Querschnittsverhältnis der zugewandten Fläche des Targets in der Magnetronkathode auf etwa 5:1 oder größer erhöht werden. Es ist somit möglich, einen Dünnfilm auf einem länglichen Substrat entsprechend einem solchen Target zu bilden. Daher kann eine Dünnfilmbildung an einem länglichen Substrat mit der ersten Kathode vom komplexen Typ ausgeführt werden, ohne die Wirtschaftlichkeit zu verschlechtern. Da zudem die erste Kathode vom komplexen Typ zusätzlich die Erzeugungseinheit des zylindrischen Hilfsmagnetfelds im Vergleich zu einer herkömmlichen Magnetronkathode umfasst, wird ein hohes Niveau von Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung bewerkstelligt.
Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, zusätzlich HF-Spulen an den zugewandten Flächen des Paares erste Targets in der ersten Filmbildungseinheit einzubauen, oder eine HF-Leistungsversorgung zum Antreiben der HF-Spulen oder einen Controller zum Steuern der HF-Spulen und der HF-Leistungsversorgung einzubauen, um die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchzuführen. Somit kann der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden.
Ferner können bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere erste Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem ersten Filmbildungsbereich angeordnet sein, und die Filmbildung kann an dem ersten Filmbildungszielobjekt durch die mehre ren ersten Filmbildungseinheiten in einer Folge oder gleichzeitig ausgeführt werden. Bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können mehrere erste Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem ersten Filmbildungsbereich angeordnet sein.
Da in dieser Ausgestaltung die mehreren ersten Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem ersten Filmbildungsbereich vorliegen und die ersten Filmbildungszielobjekte durch die mehreren ersten Filmbildungseinheiten in einer Folge oder gleichzeitig verarbeitet werden, kann aufgrund einer Verkürzung der Filmbildungszeit in dem ersten Filmbildungsbereich eine Filmbildungsrate erhöht und eine Verbesserung der Produktivität erreicht werden.
Ferner kann bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet sein, und die Filmbildung kann an dem Filmbildungszielobjekt durch die Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in einer Folge oder gleichzeitig ausgeführt werden. Bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet sein.
Da in dieser Ausgestaltung eine Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem zweiten Filmbildungsbereich vorliegt und die Filmbildungszielobjekte durch die Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in einer Folge oder gleichzeitig verarbeitet werden, kann aufgrund einer Verkürzung der Filmbildungszeit in dem zweiten Filmbildungsbereich eine Filmbildungsrate erhöht werden, und die Produktivität kann weiter verbessert werden.
Ferner wird als eine andere spezifische Erfindung bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt in einer vorgegebenen Dicke gebildet, indem das Sputtern durchgeführt wird, nachdem ein Winkel zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets auf einen vorgegebenen Winkel eingestellt worden ist, und anschließend wird die zweite Schicht gebildet, indem das Sputtern durchgeführt wird, nachdem der Winkel zwischen den zugewandten Flächen so eingestellt worden ist, dass er größer als der vorgegebene Winkel ist, indem die Richtungen der zugewandten Flächen zu dem Filmbildungszielobjekt hin geändert werden. Darüber hinaus ist bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Paar Targets derart angeordnet, dass ihre Richtungen zu dem Halter hin geändert werden können, um den zwischen ihren zugewandten Flächen gebildeten Winkel zu vergrößern.
Wenn allgemein der Winkel, der zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets gebildet wird, abnimmt (wenn die zugewandten Flächen stärker parallel zueinander angeordnet werden), kann die Menge von geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, die das Substrat, das als das Filmbildungszielobjekt dient, erreichen (dorthin fliegen) verringert werden, und der Effekt des Einschließens von Plasma zwischen den Targets kann verbessert werden. Jedoch würde auch die Menge von gesputterten Partikeln, die das Substrat erreichen, verringert werden. Obwohl eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung bewerkstelligt wird, kann somit eine Filmbildungsrate eines Dünnfilms, der auf dem Substrat gebildet wird, verringert sein.
Wenn indessen der Winkel zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets zunimmt (d. h. wenn die zugewandten Flächen weiter zu dem Substrat hin orientiert werden), kann die Menge an gesputterten Partikeln, die das Substrat erreichen, erhöht sein. Jedoch wird die Menge an geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, die das Substrat erreichen, erhöht, und der Effekt des Einschließens des Plasmas in dem Zwischentargetraum wird verschlechtert. Obwohl der Temperaturanstieg des Substrats und die Beschädigung an dem Substrat, die durch die geladenen Partikel hervorgerufen wird, ebenfalls zunehmen kann, kann somit die Filmbildungsrate erhöht sein.
Gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung kann, indem das Sputtern durchgeführt wird, während der Winkel zwischen den zugewandten Flächen klein eingestellt ist, die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat bis zu der vorgegebenen Dicke durchgeführt werden, obwohl die Filmbildungsrate gering ist. Infolgedessen wird die Ausgangsschicht (erste Schicht) durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet. Danach wird das Sputtern durchgeführt, nachdem der Winkel vergrößert worden ist, indem die Richtungen der zugewandten Flächen derart geändert werden, das sie zu dem Substrat hin orientiert sind, ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa den Druck in der Vakuumkammer, zu ändern. Dementsprechend kann die zweite Schicht mit einer höheren Filmbildungsrate gebildet werden, obwohl die Menge der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die das Substrat erreichen, oder der Einfluss des Plasmas auf das Substrat erhöht sein kann.
Das heißt, die Ausgangsschicht mit einer unterschiedlichen Dicke wird auf dem Substrat durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet. Danach kann durch Bilden der zweiten Schicht nach Andern der Richtung der zugewandten Flächen jedes Targets zu dem Substrat (Halter) hin eine Zunahme der Filmbil dungsrate erzielt werden, die viel größer ist als die, die durch eine Druckänderung in der Vakuumkammer erhältlich ist, da die zugewandten Flächen (Sputter-Flächen) jedes Targets stärker zu dem Substrat hin orientiert sind. Zu diesem Zeitpunkt kann der Einfluss des Plasmas oder die erhöhte Menge von geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, die das Substrat erreichen, unterbunden werden, da die Ausgangsschicht als die Schutzschicht dient. Außerdem ist es nicht notwendig, die Sputter-Bedingung, wie etwa den Druck in der Kammer, zu ändern, was lange Zeit dauern würde, wenn er geändert würde. Dementsprechend kann die Prozesszeit des gesamten Filmbildungsprozesses verkürzt werden (d. h. die Filmbildungsrate kann verbessert werden), während die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung ausgeführt wird. Genauer wird die Verbesserung der Filmbildungsrate, die erreicht wird, indem das Sputtern durchgeführt wird, nachdem der Winkel zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets geändert worden ist, während einer Eingangsleistung gleich gehalten wird, etwa 10% oder größer.
Da es darüber hinaus bei der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist, zusätzlich HF-Spulen an den zugewandten Flächen des Paares Targets einzubauen oder eine HF-Versorgung zum Antreiben der HF-Spulen einzubauen, oder einen Controller zum Steuern der HF-Spulen und der HF-Leistungsversorgung, um die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchzuführen. Kann somit der Aufbau der Vorrichtung einfacher sein.
Wenn ferner der Winkel zwischen den zugewandten Flächen 0° beträgt, bedeutet dies, dass die zugewandten Flächen parallel zueinander liegen; wenn der Winkel zunimmt, bedeutet dies, dass die Richtungen der zugewandten Flächen des Paares Targets derart geändert sind, dass sie stärker in Richtung des Substrats hin orientiert sind; wenn der Winkel abnimmt, bedeutet dies, dass die zugewandten Flächen stärker parallel zueinander liegen.
Bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Magnetfeldraum, der an den zugewandten Flächen des Paares Targets erzeugt wird, ein Zwischentarget-Magnetfeldraum sein, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem der Targets zu dem anderen orientiert sind. In der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit eine Erzeugungseinheit für ein Zwischentargetmagnetfeld zum Erzeugen eines Zwischentarget-Magnetfeldraumes sein, das Magnetkraftlinien aufweist, die von einem der Targets zu dem anderen orientiert sind.
In einer solchen Ausgestaltung wird, nachdem der Winkel zwischen den Targets klein eingestellt worden ist, die Ausgangsschicht auf dem Substrat durch Sputtern unter Verwendung der Sputter-Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target gebildet, bei dem der Zwischentarget-Magnetfeldraum mit Magnetkraftlinien, die von einem Target zu dem anderen orientiert sind, zwischen den Paar Targets gebildet wird und Plasma in dem Zwischentarget-Magnetfeldraum gebildet (eingefangen) wird. Anschließend wird, nachdem der Winkel vergrößert worden ist, die zweite Schicht auf dem Substrat gebildet, so dass der gewünschte Dünnfilm erhalten wird.
Indem die Filmbildung auf diese Weise durchgeführt wird, wird die Ausgangsschicht durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet, wie es oben beschrieben ist. Ferner dient die erste Schicht als die Schutzschicht, wenn die zweite Schicht gebildet wird, so dass die Filmbildung ausgeführt werden kann, während der Einfluss von Plasma oder geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, auf das Substrat unterbunden wird. Somit wird die Filmbildung auf dem Substrat (Filmbildungszielobjekt), das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, bewerkstelligt.
Nachdem die Ausgangsschicht durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet worden ist, wird außerdem die zweite Schicht durch Ändern der Richtungen der zugewandten Flächen des Paares Targets zu dem Substrat hin gebildet, so dass die Filmbildungsrate stärker erhöht werden kann als in dem Fall des Änderns des Drucks in der Vakuumkammer. Zusätzlich muss nur der Winkel zwischen dem Paar Targets geändert werden, nachdem die erste Schicht gebildet worden ist und vor dem Start der Bildung der zweiten Schicht, und die Änderung der Sputter-Bedingung, wie etwa des Drucks in der Vakuumkammer, die eine lange Zeit benötigen würde, ist nicht notwendig. Dementsprechend kann die Filmbildungszeit stark verkürzt werden, und die Produktivität der Dünnfilmbildung kann verbessert werden.
Ferner kann bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum, der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des Zwischentarget-Magnetfeldraumes, weiter derart gebildet werden, dass er die Außenseite des Zwischentarget-Magnetfeldraumes umgibt, so dass Magnetkraftlinien des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes in der gleichen Richtung wie Magnetkraftlinien des Zwischentarget-Magnetfeldraumes orientiert sind. Bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld ferner derart angeordnet sein, dass sie jedes Targets des Paares Targets umgibt, um einen zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum zu erzeugen, der eine Magnet feldstärke aufweist, die größer ist als die des Zwischentarget-Magnetfeldraumes, und der die Außenseite des Zwischentarget-Magnetfeldraumes umgibt, so dass Magnetkraftlinien des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes in der gleichen Richtung wie die Magnetkraftlinien des Zwischentarget-Magnetfeldraumes orientiert sind.
Da in dieser Ausgestaltung der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum derart gebildet (erzeugt) wird, dass er den Zwischentarget-Magnetfeldraum umgibt, kann eine Magnetfeldstärke an einem zentralen Abschnitt des Zwischentarget-Magnetfeldraumes erhöht werden, ohne den Abstand zwischen den Mitten des Paares Targets verkürzen (verringern) zu müssen. Dementsprechend ist es möglich, den Effekt des Einfangens von Plasma und geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, zwischen den Targets ohne eine damit einhergehende Verringerung der Filmbildungsrate zu verbessern.
Das heißt, da der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum zusätzlich derart gebildet ist, dass er die Außenseite des Zwischentarget-Magnetfeldraumes umgibt, wird ein Abstand (eine Breite eines einfangenden Magnetfeldraumes) von einer zentralen Linie, die in dem Zwischentarget-Magnetfeldraum gebildet ist, bis zu einem Ende eines Raumes (eines einfangenden Magnetfeldraumes, der später beschrieben wird) erhöht, wobei die zentrale Linie die Mitte eines Targets mit der Mitte des anderen Targets verbindet, und der Raum ist nach außen hin gebildet und weist eine hohe magnetische Flussdichte auf. Somit entweicht das Plasma nicht aus einem Magnetfeldraum (der nachstehend der Einfachheit halber als ein ”einfangender Magnetfeldraum” bezeichnet wird), der den Zwischeritarget-Magnetfeldraum und den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum umfasst, der an der Außenseite davon gebildet ist, und das Plasma wird in dem einfangenden Magnetfeldraum eingefangen. Da das Plasma auf eine solche Weise in dem einfangenden Magnetfeldraum eingefangen wird, kann der Einfluss des Plasmas auf das Substrat verringert werden. Außerdem ist der einfangende Magnetfeldraum eine Kombination aus dem Zwischentarget-Magnetfeldraum und dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum. Ein Raum mit einer niedrigen magnetischen Flussdichte kann zwischen den Zwischentarget-Magnetfeldraum und den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum eingeschaltet sein, oder der Zwischentarget-Magnetfeldraum und der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum können integriert sein (können derart gebildet sein, dass ihre magnetischen Flussdichten gleich sind oder kontinuierlich variieren).
Ferner ist die Breite des einfangenden Magnetfeldraumes um so viel erhöht wie die Breite des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes im Vergleich mit dem Zwischentarget-Magnetfeldraum. Dementsprechend wird eine Wegstrecke von geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, die aus dem Zwischentarget-Magnetfeldraum freigegeben werden, zu der Außenseite in dem einfangenden Magnetfeldraum erhöht. Daher wird der Effekt des Einschließens der geladenen Partikel in dem einfangenden Magnetfeldraum erhöht. Das heißt, die Freigabe der geladenen Partikel aus dem Inneren des einfangenden Magnetfeldraumes zu dem Substrat hin kann verringert werden.
Da zusätzlich die Magnetfeldstärke des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes größer ist als die des Zwischentarget-Magnetfeldraumes, kann eine Magnetfeldverteilung erhalten werden, bei der die Magnetfeldstärke mit zunehmendem Abstand von der zentralen Linie in dem einfangenden Magnetfeldraum (Zwischentarget-Magnetfeldraum) zunimmt.
Das heißt, bei einer herkömmlichen Sputter-Kathode vom Typ mit zugewandtem Target, bei der die Magnetfelderzeugungseinheit nur auf einer Seite der hinteren Fläche (entgegengesetzt zu einer zugewandten Fläche) jedes Targets angeordnet ist, und wenn eine Eingangsleistung, die der Kathode zugeführt wird, erhöht wird, kann auch ein Plasma zwischen den Targets an einem zentralen Abschnitt konzentriert werden, und die Erosion des Targets kann auch an dem zentralen Abschnitt erhöht werden. Dieses Phänomen wird auffälliger, wenn das Target ein magnetisches Material ist, im Vergleich mit einem Fall, bei dem das Target ein nichtmagnetisches Material ist, da das Target ein Joch wird. Mit der oben beschriebenen Ausgestaltung kann jedoch, da der einfangende Magnetfeldraum eine Magnetfeldverteilung aufweist, bei der die Magnetfeldstärke zu seinem Umfang hin zunimmt, die Konzentration des Plasmas in dem zentralen Abschnitt des einfangenden Magnetfeldraumes (Zwischentarget-Magnetfeldraumes), die durch die Zunahme der Eingangsleistung zu der Kathode hervorgerufen wird, auch in dem Fall verringert werden, dass das Target das magnetische Material ist, und der Erosionsgrad nimmt an dem zentralen Abschnitt nicht stärker zu. Selbst in dem Fall, dass das Target aus dem magnetischen Material hergestellt ist, kann somit eine Verschlechterung des Ausnutzungswirkungsgrades des Targets verringert werden, und eine Filmdickenverteilung des auf dem Substrat gebildeten Dünnfilms kann gleichmäßig sein.
Dementsprechend kann eine Filmbildung mit einer niedrigeren Temperatur und einer geringeren Beschädigung bewerkstelligt werden, und eine Filmqualität kann verbessert werden. Wenn ferner eine erforderliche Filmqualität annähernd gleich ist wie die Filmqualität eines Dünnfilms, der durch das Sputtern gebildet wird, das den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum nicht erzeugt, kann der Winkel, der zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets gebildet wird, vergrößert werden.
Daher kann die Filmbildungsrate erhöht werden, und die Produktivität kann verbessert werden.
Ferner kann bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Magnetfeldraum, der auf der zugewandten Fläche des Paares Targets erzeugt wird, ein gekrümmter Magnetfeldraum mit Magnetkraftlinien sein, die einen Außenumfangsabschnitt der zugewandten Fläche des Targets mit einem zentralen Abschnitt davon in einer Bogenform verbinden. Bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit eine Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines Magnetfeldraumes sein, der Magnetkraftlinien aufweist, die einen Außenumfangsabschnitt der zugewandten Fläche des Targets mit einem zentralen Abschnitt davon in einer Bogenform verbinden.
In einer solchen Ausgestaltung wird die Ausgangsschicht auf dem Substrat bei klein eingestelltem Winkel, der zwischen dem Target gebildet ist, durch das Sputtern gebildet, das durchgeführt wird, indem ein Paar so genannte Sputter-Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target derart angeordnet wird, dass sie einander zugewandt sind. Bei den Sputter-Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target wird der gekrümmte Magnetfeldraum, der den Außenumfangsabschnitt der zugewandten Fläche mit dem zentralen Abschnitt davon in einer Bogenform verbindet, an der zugewandten Fläche gebildet, und Plasma wird in dem gekrümmten Magnetfeldraum erzeugt (eingefangen), und das Sputtern wird durchgeführt. Nachdem der Winkel vergrößert worden ist, wird dann die zweite Schicht auf dem Substrat gebildet, so dass der gewünschte Dünnfilm erhalten wird.
Indem die Filmbildung auf eine solche Weise durchgeführt wird, wird die Ausgangsschicht durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung wie oben beschrieben gebildet. Da die erste Schicht als die Schutzschicht dient, kann die Filmbildung ausgeführt werden, während der Einfluss von Plasma oder geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, auf das Substrat unterbunden wird, wenn die zweite Schicht gebildet wird. Deshalb wird die Filmbildung auf dem Substrat (Filmbildungszielobjekt), das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, bewerkstelligt.
Nachdem die Ausgangsschicht durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet worden ist, wird außerdem die zweite Schicht durch Ändern der Richtungen der zugewandten Flächen des Paares Targets zu dem Substrat gebildet, so dass die Filmbildungsrate stärker erhöht werden kann als in dem Fall eines Änderns des Drucks in der Vakuumkammer. Zusätzlich muss nur der Winkel zwischen dem Paar Targets verändert werden, nachdem die erste Schicht gebildet worden ist und vor dem Start der Bildung der zweiten Schicht, und die Änderung der Sputter-Bedingung, wie etwa des Drucks in der Vakuumkammer, die eine lange Zeit dauern würde, ist nicht notwendig. Dementsprechend kann die Filmbildungszeit stark verkürzt werden, und die Produktivität der Dünnfilmbildung kann verbessert werden.
Ferner weist bei dem Sputter-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung der gekrümmte Magnetfeldraum Magnetkraftlinien auf, die von einem Umfangsabschnitt zu einem zentralen Abschnitt auf der zugewandten Fläche von einem Target des Paares Targets orientiert sind, und Magnetkraftlinien, die von einem zentralen Abschnitt zu einem Umfangsabschnitt auf der zugewandten Fläche des anderen Targets orientiert sind, und es wird ferner ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum erzeugt, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung von einem der Targets zu einer Umgebung des anderen Targets derart orientiert sind, dass sie die Außenseite eines Zwischentargetraumes umgeben, der zwischen den Paar Targets gebildet ist, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes. Bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld ein gekrümmtes Magnetfeld erzeugen, bei dem Magnetkraftlinien auf der zugewandten Fläche von einem der Targets von einem Umfangsabschnitt zu einem zentralen Abschnitt orientiert sind, während Magnetkraftlinien auf der zugewandten Fläche des anderen Targets von einem zentralen Abschnitt zu einem Umfangsabschnitt orientiert sind, und derart angeordnet, dass es ein jedes des Paares Targets umgibt, ist eine Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld zum Erzeugen eines zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes angeordnet, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung von einem der Targets zu einer Umgebung des anderen Targets derart orientiert sind, dass sie die Außenseite eines Zwischentargetraumes umgeben, der zwischen dem Paar Targets gebildet ist, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes.
In einer solchen Ausgestaltung wird der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum gebildet (erzeugt), der die Umgebung eines Targets mit der Umgebung des anderen Targets in einer Zylinderform und mit Magnetkraftlinien verbindet, die von der Umgebung des einen Targets zu der Umgebung des anderen orientiert sind. Somit können Plasma, das aus dem Inneren des gekrümmten Magnetfeldraumes auf den zugewandten Flächen der Targets während des Sputterns entweicht, oder geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, die daraus freigegeben werden, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum eingefangen werden.
Das heißt, da beide Enden des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes durch die zugewandten Flächen der Targets eingeschlossen sind, wird das Plasma, das aus dem gekrümmten Magnetfeldraum entweicht, der auf der Fläche (zugewandten Fläche) des Targets gebildet ist, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum eingefangen (d. h. das Entweichen in Richtung des Substrats wird unterbunden), so dass der Einfluss des Plasmas auf das Substrat verringert werden kann.
Da darüber hinaus beide Enden des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes durch die zugewandten Flächen der Targets eingeschlossen sind, können geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, die aus dem gekrümmten Magnetfeldraum freigegeben werden, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum eingefangen werden, so dass die Menge der geladenen Partikel, die das Substrat erreichen, verringert werden kann.
Außerdem werden bei der oben angeführten Ausgestaltung die Sputter-Kathoden vom Magnetrontyp verwendet. Anders als in dem Fall der Verwendung der Sputter-Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target tritt somit eine instabile elektrische Entladung aufgrund einer hohen Plasmakonzentration an dem zentralen Abschnitt selbst dann nicht auf, wenn ein Eingangsstrom in die Kathoden während des Sputterns erhöht wird. Dementsprechend kann das Plasma, das in den Umgebungen der Flächen der Targets erzeugt wird, über eine lange Zeitdauer stabil elektrisch entladen werden.
Da zusätzlich die Magnetfeldstärke des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, kann eine Magnetfeldstärkenverteilung erhalten werden, bei der die Mag netfeldstärke in der Umgebung der zugewandten Flächen an den zentralen Seiten der Targets am schwächsten und an den Umfangsabschnitten davon am stärksten ist. Dementsprechend kann der Effekt des Einschließens des Plasmas, das aus dem gekrümmten Magnetfeldraum entweicht, und der Effekt des Einschließens der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die daraus freigegeben werden, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum weiter verbessert werden.
Daher kann der Einfluss des Plasmas auf das Substrat, das als das Filmbildungszielobjekt dient, und der Einfluss der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die von den Sputter-Oberflächen (zugewandten Flächen) fliegen, minimiert werden, ohne den Abstand zwischen den Mitten des Paares Targets verkürzen zu müssen. Infolgedessen kann eine Filmbildung mit einer niedrigeren Temperatur und einer geringeren Beschädigung bewerkstelligt werden, und eine Filmqualität kann verbessert werden. Wenn außerdem eine erforderliche Filmqualität annähernd gleich ist wie die eines Dünnfilms, der durch das Sputtern gebildet wird, das den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum nicht erzeugt, kann der Winkel zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets weiter vergrößert werden.
Ferner kann bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Filmbildungseinheit eine Magnetronkathode vom Parallelplattentyp umfassen, die aus der Sputter-Kathode besteht, bei der eine Fläche des zweiten Targets zu der zweiten Filmbildungsposition hin orientiert ist.
In dieser Ausgestaltung weist die zweite Filmbildungseinheit eine Magnetronkathode vom so genannten Parallelplattentyp (planare Magnetronkathode) auf, bei der die Sputter-Kathode (Magnetronkathode), die den gekrümmten Magnetfeldraum aufweist, der auf ihrer Fläche gebildet wird, wenn das Substrat an der zweiten Filmbildungsposition angeordnet ist, derart angeordnet ist, dass das zweite Target der Sputter-Kathode dem Substrat zugewandt ist, und die Fläche (Sputter-Fläche) des zweiten Targets parallel zu der Filmbildungszielfläche des Substrats liegt. Im Vergleich mit der Ausgestaltung, bei der die Fläche des zweiten Targets in Bezug auf die Filmbildungszielfläche des Substrats unter einem bestimmten Winkel geneigt ist, kann somit die Menge der gesputterten Partikel, die das Substrat erreichen, bei gleicher Eingangsleistung erhöht werden, so dass eine Filmbildungsrate in der zweiten Filmbildungseinheit erhöht werden kann.
Infolgedessen kann die Zeit, die für die Bildung der zweiten Schicht in der zweiten Filmbildungseinheit erforderlich ist, verkürzt werden, und die gesamte Filmbildungsprozesszeit zum Bilden des Dünnfilms der gewünschten Filmdicke kann verkürzt werden. Somit kann die Produktivität des Dünnfilms verbessert werden.
Ferner kann bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Filmbildungseinheit doppelte Magnetron kathoden umfassen, bei denen ein Paar Sputter-Kathoden in Nebeneinanderstellung angeordnet ist und Flächen der zweiten Targets zu der zweiten Filmbildungsposition orientiert sind, und die doppelten Magnetronkathoden sind mit einer Wechselstromleistungsversorgung verbunden, die in der Lage ist, elektrische Wechselfelder mit einer Phasendifferenz von etwa 180°C jeweils an das Paar Sputter-Kathoden anzulegen.
Wenn mit dieser Ausgestaltung das Substrat an der zweiten Filmbildungsposition angeordnet ist, umfasst die zweite Filmbildungseinheit so genannte doppelte Magnetronkathoden, bei denen das Paar (zwei in einem Satz) Sputter-Kathoden (Magnetronkathoden), die gekrümmte Magnetfeldräume auf ihren Flächen bilden, in Nebeneinanderstellung angeordnet sind, so dass die Fläche (Sputter-Fläche) jedes zweiten Targets der Sputter-Kathoden und die Filmbildungszielfläche des Substrats parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, und eine jede von dem Paar Sputter-Kathoden ist mit einer Wechselstromversorgung verbunden, die in der Lage ist, elektrische Wechselfelder mit einer Phasendifferenz von etwa 180° anzulegen.
Bei den doppelten Magnetronkathoden kann, wenn ein negatives Potential an eine der Magnetronkathoden angelegt wird, ein positives Potential oder ein Erdpotential an die andere Magnetronkathode angelegt werden. Daher dient die andere Magnetronkathode als eine Anode, und das zweite Target, das in der einen Magnetronkathode enthalten ist, an die das negative Potential angelegt wird, wird gesputtert. Wenn ferner das negative Potential an die andere Magnetronkathode angelegt wird, wird das positive Potential oder das Erdpotential an die eine Magnetronkathode angelegt. Deshalb wird die eine Magnetronkathode eingerichtet, dass sie als Anode dient, und das zweite Target, das in der anderen Magnetronkathode enthalten ist, wird gesputtert.
Auf diese Weise erfolgt durch abwechselndes Umschalten der Potentiale, die an das Paar Magnetronkathoden angelegt werden, kein Aufbauen eines Oxids und eines Nitrids auf der Fläche des zweiten Targets, und es kann über eine lange Zeitdauer eine stabile elektrische Entladung ausgeführt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Filmbildung eines isolierenden Dünnfilms, wie etwa SiOx über eine lange Zeitdauer durchzuführen.
Da es ferner, wie es oben angeführt wurde, möglich ist, die Eingangsleistung in die Magnetronkathoden zu erhöhen, kann ein Hochgeschwindigkeits-Sputtern ausgeführt werden, und es kann eine höhere Filmbildungsrate in der zweiten Filmbildungseinheit erreicht werden, indem die an die Kathoden angelegte Eingangsleistung erhöht wird.
Infolgedessen kann die zweite Schicht mit einer hohen Qualität gebildet werden, und eine Zeit, die erforderlich ist, um die zweite Schicht zu bilden, kann verkürzt werden, so dass es möglich ist, die Qualität des Dünnfilms sowie die Produktivität davon zu verbessern.
Die zweite Filmbildungseinheit kann ferner ein Paar zweite Kathoden von einem komplexen Typ umfassen, die jeweils ein zweites Target; eine Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines gekrümmten Magnetfeldraumes mit bogenförmigen Magnetkraftlinien auf der Fläche des zweiten Targets; und eine Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld, die derart eingebaut ist, dass sie das zweite Target umgibt, aufweisen, das Paar zweite Kathoden vom komplexen Typ ist derart eingebaut, dass Flächen der zweiten Targets einander zugewandt sind, während sie mit einem vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet sind und die Flächen zu der zweiten Filmbildungsposition hin geneigt sind, die an einer seitlichen Position zwischen den zweiten Targets angeordnet ist, die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld von einem des Paares zweiter Kathoden erzeugt ein nach innen gekrümmtes Magnetfeld, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem Außenumfangsabschnitt von einem der zweiten Targets zu einem zentralen Abschnitt davon orientiert sind, während die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld der anderen zweiten Kathode ein nach außen gekrümmtes Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem zentralen Abschnitt des anderen zweiten Targets zu einem Außenumfangsabschnitt davon orientiert sind, die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld erzeugt einen zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung des einen zweiten Targets zu einer Umgebung des anderen zweiten Targets orientiert sind, so dass sie einen zweiten Zwischentargetraum umgeben, der zwischen den zweiten Targets gebildet ist, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, und ein Winkel, der zwischen zugewandten Flächen der zweiten Targets in dem Paar zweite Kathoden vom komplexen Typ gebildet ist, ist größer als ein Winkel, der zwischen den zugewandten Flächen der ersten Targets in dem Paar erste Kathoden vom komplexen Typ der ersten Filmbildungseinheit gebildet ist.
In dieser Ausgestaltung ist der Winkel, der zwischen den Flächen der ersten Targets des Paares erste komplexe Kathoden in der ersten Filmbildungseinheit gebildet ist, kleiner (d. h. die Flächen liegen stärker parallel zueinander) als der Winkel, der zwischen den Flächen der zweiten Targets des Paares zweiter komplexer Kathoden in der zweiten Filmbildungseinheit gebildet ist. Aus diesem Grund kann in der ersten Filmbildungseinheit der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die durch das Sputtern erzeugt werden, zwischen den Targets im Vergleich mit der zweiten Filmbildungseinheit verbessert werden. Deshalb können die Menge der geladenen Partikel, die zu dem Substrat fliegen, und der Einfluss des Plasmas auf das Substrat verringert werden, so dass es möglich ist, die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat durchzuführen.
Indessen ist der Winkel, der zwischen den Flächen der zweiten Targets des Paares zweite komplexe Kathoden in der zweiten Filmbil dungseinheit gebildet ist, größer (d. h. die Flächen der Targets sind weiter zu dem Substrat orientiert) als der Winkel, der zwischen den Flächen der ersten Targets des Paares der ersten komplexen Kathoden in der ersten Filmbildungseinheit gebildet ist. Aus diesem Grund kann in der zweiten Filmbildungseinheit der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die durch das Sputtern erzeugt werden, zwischen den Targets im Vergleich mit der ersten Filmbildungseinheit verringert sein. Deshalb können die Menge der geladenen Partikel, die zu dem Substrat fliegen, und der Einfluss des Plasmas auf das Substrat erhöht sein, so dass ein Temperaturanstieg des Substrats, der durch das Plasma hervorgerufen wird, und eine Beschädigung an dem Substrat, die durch die geladenen Partikel hervorgerufen wird, mit höherer Wahrscheinlichkeit auftreten. Da jedoch die Menge der zweiten gesputterten Partikel, die zu dem Substrat fliegen, erhöht wird, wird die Filmbildungsrate viel höher als die Filmbildungsrate in der ersten Filmbildungseinheit.
Indem das Sputtern in der ersten Filmbildungseinheit wie oben angeführt durchgeführt wird, kann dementsprechend die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat bis zu einer vorbestimmten Dicke durchgeführt werden, so dass die Ausgangsschicht (erste Schicht) gebildet wird. Ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa einen Druck in der Vakuumkammer, zu ändern, wird danach das Substrat von dem Substrathalter von der ersten Filmbildungsposition in der ersten Filmbildungseinheit zu der zweiten Filmbildungsposition in der zweiten Filmbildungseinheit bewegt, und anschließend wird das Sputtern in der zweiten Filmbildungseinheit mit einer höheren Filmbildungsrate als die der ersten Filmbildungseinheit durchgeführt. Indem das Sputtern mit einer höheren Filmbildungsrate als bei der ersten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, kann auf diese Weise die zweite Schicht in einer kürzeren Zeitdauer durchgeführt werden, obwohl der Einfluss des Plasmas oder der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die zu dem Substrat fliegen, erhöht sein kann.
In Anbetracht des Vorstehenden wird die Ausgangsschicht auf dem Substrat durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung in der ersten Filmbildungseinheit gebildet, und die Ausgangsschicht dient als die Schutzschicht. Es ist somit möglich, die Filmbildung (Dünnfilmbildung) mit einer hohen Filmbildungsrate durchzuführen, während eine Beschädigung aufgrund der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die zu dem Substrat fliegen, oder des Einflusses des Plasmas auf das Substrat während der Bildung der zweiten Schicht in der zweiten Filmbildungseinheit unterbunden (verhindert) wird. Nach dem Bilden der Ausgangsschicht kann außerdem die zweite Schicht gebildet werden, indem nur die Position des Substrats geändert wird, und die Änderung der Sputter-Bedingung, wie etwa des Drucks in der Vakuumkammer, ist nicht erforderlich. Deshalb kann die erforderliche Filmdicke in einer kurzen Zeitdauer gebildet werden. Insbesondere in dem Fall eines aufeinander folgenden Bildens von Dünnfilmen auf mehreren Substratbahnen, ist es nicht notwendig, die Sputter-Bedingung, wie etwa den Druck in der Vakuumkammer, zu ändern, sondern die Substrate müssen nur in die erste und zweite Filmbildungseinheit in einer Folge von dem Halter auf die gleiche Weise, wie es oben angeführt wurde, überführt werden. Deshalb kann die Zeit zum Durchführen der Filmbildung auf den mehreren Substraten stark verkürzt werden.
Infolgedessen ist es möglich, die Filmbildung auf dem Substrat, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, durchzuführen, und die Filmbildungszeit zu verkürzen, wenn die Filmbildungsprozesse auf den mehreren Substrat bahnen aufeinander folgend durchgeführt werden. Das heißt, da die gesamte Filmbildungsprozesszeit verkürzt werden kann, kann die Produktivität der Dünnfilmbildung verbessert werden. Es ist deshalb möglich, die Filmbildung auf dem Substrat, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, durchzuführen, und die Produktivität kann verbessert werden, indem die Filmbildungsprozesszeit verkürzt wird.
Ferner kann das Paar erste Kathoden vom komplexen Typ an eine Wechselstromleistungsversorgung angeschlossen sein, die in der Lage ist, elektrische Wechselfelder mit einer Phasendifferenz von etwa 180° jeweils an das Paar erste Kombinationskathoden anzulegen.
Da mit dieser Ausgestaltung das Paar erste komplexe Kathoden Kathoden vom Magnetrontyp (Magnetronkathoden) sind, die jeweils die Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld umfassen, wird, wenn ein negatives Potential an einer Magnetronkathode angelegt wird, ein positives Potential oder ein Erdpotential an die andere Magnetronkathode angelegt. Dementsprechend dient die andere Magnetronkathode als eine Anode, und das erste Target von der einen Magnetronkathode, an die das negative Potential angelegt wird, wird gesputtert. Wenn ferner das negative Potential an die andere Magnetronkathode angelegt wird, wird das positive Potential oder das Erdpotential an die eine Magnetronkathode angelegt. Dementsprechend dient die eine Magnetronkathode als eine Anode, und das erste Target der anderen Magnetronkathode wird gesputtert.
Indem auf diese Weise abwechselnd die Potentiale, die an das Paar Magnetronkathoden angelegt werden sollen, umgeschaltet werden, erfolgt bei der Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung kein Aufbauen eines Oxids und eines Nitrids, das erzeugt wird, auf der Fläche des zweiten Targets, und es kann über eine lange Zeitdauer eine stabile elektrische Entladung ausgeführt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Filmbildung eines isolierenden Dünnfilms, wie etwa SiOx über eine lange Zeitdauer durchzuführen.
Infolgedessen ist es möglich, die Ausgangsschicht (erste Schicht) mit einer hohen Qualität zu bilden, und somit kann ein qualitativ hochwertiger Dünnfilm erhalten werden.
Ferner ist bei der Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Paar Targets derart angeordnet, dass ihre Richtungen geändert werden können, um den Winkel, der zwischen ihren zugewandten Flächen gebildet wird, zu erhöhen oder zu verringern, und die Vorrichtung kann ferner umfassen: eine Detektionseinheit zum Detektieren einer Filmdicke und/oder einer Temperatur in der Umgebung des Filmbildungszielobjekts, das von dem Halter gehalten wird, wobei die Detektionseinheit an einer Position vorgesehen ist, die einer Strömungsstrecke von gesputterten Partikeln zugewandt ist, die zu dem Filmbildungszielobjekts von jedem des Paares Targets fliegen; und einen Controller zum Steuern einer Änderung einer Richtung jedes Targets auf der Basis eines Detektionswerts, der von der Detektionseinheit erhalten wird.
Mit dieser Ausgestaltung ist die Detektionseinheit zum Detektieren der Filmdicke in einer Umgebung des Filmbildungszielobjekts (nachstehend als ”Substrat” bezeichnet) vorgesehen, und an einer Position, die einer Strömungsstrecke der gesputterten Partikel zugewandt ist, kann eine Filmdicke eines Dünnfilms, der auf einer Filmbildungszielfläche des Substrats gebildet wird, detektiert werden. Da auf diese Weise die Filmdicke detektiert wird, während die Filmbildung durchgeführt wird, kann auch der Wert (Detektionswert) einer Filmdickenabweichung pro Zeiteinheit (Filmbildungsrate) detektiert werden.
Im Übrigen vergleicht die Steuereinheit den Detektionswert, der von der Detektionseinheit detektiert wird, mit einer ersten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht (einer Filmbildungsrate, bei der eine Grenzfläche des Substrats, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, nicht beschädigt wird, und eine Filmdicke, mit der die Ausgangsschicht als der Schutzfilm dienen kann), und wenn festgestellt wird, dass sich der Detektionswert von der ersten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht unterscheidet, wird die Richtung (der Winkel) jedes Targets geändert, so dass der Winkel, der zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets gebildet ist, die erste Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht erfüllt. Wenn dann festgestellt wird, dass die Bildung der Ausgangsschicht abgeschlossen ist, wird die Richtung (Stellung) jedes Targets wieder geändert, um die erste Filmbildungsbedingung der zweiten Schicht zu erfüllen.
Infolgedessen kann die Ausgangsschicht gemäß der ersten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht gebildet werden, und die Filmbildung kann auf dem Substrat, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, in der kürzesten Filmbildungszeit durchgeführt werden, ohne eine Beschädigung hervorzurufen oder ohne die Ausgangsschicht dicker als nötig zu bilden.
Da außerdem die Detektionseinheit zum Detektieren der Temperatur in der Umgebung des Substrats und an einer Position, die der Strömungsstrecke der gesputterten Partikel zugewandt ist, vorgesehen ist, kann die Temperatur der Filmbildungszielfläche des Substrats detektiert werden. Indem auf diese Weise die Temperatur der Filmbildungszielfläche detektiert wird, während die Filmbildung durchgeführt wird, kann der Wert (Detektionswert) einer Abweichung der Temperatur pro Zeiteinheit (Zunahme der Temperatur) detektiert werden.
Außerdem vergleicht die Steuereinheit den Detektionswert, der von der Detektionseinheit detektiert wird, mit einer zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht (einer Temperatur, bei der die Grenzfläche des Substrats, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung benötigt, nicht beschädigt wird, und eine Zunahme der Temperatur während der Filmbildungszeit), und wenn festgestellt wird, dass der Detektionswert sich von der zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht unterscheidet, wird die Richtung (der Winkel) jedes Targets geändert, so dass der Winkel, der zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets gebildet ist, die zweite Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht erfüllt. Wenn dann festgestellt wird, dass die Bildung der Ausgangsschicht abgeschlossen ist, wird die Richtung (die Position) jedes Targets geändert, um die zweite Filmbildungsbedingung der zweiten Schicht zu erfüllen.
Infolgedessen kann die Ausgangsschicht gemäß der zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht gebildet werden, und die Filmbildung kann auf dem Substrat, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung benötigt, in der kürzesten Filmbildungszeit durchgeführt werden, ohne eine Beschädigung hervorzurufen oder ohne die Ausgangsschicht dicker als notwendig zu bilden.
Da außerdem die Detektionseinheit zum Detektieren der Filmdicke und der Temperatur in der Umgebung des Substrats und an der Position, die der Strömungsstrecke der gesputterten Partikel zugewandt ist, vorgesehen ist, können die Dicke des Dünnfilms, der auf der Filmbil dungszielfläche des Substrats gebildet wird, und die Temperatur der Filmbildungszielfläche des Substrats detektiert werden. Auf diese Weise können durch Detektieren der Filmdicke und der Temperatur der Filmbildungszielfläche, während die Filmbildung durchgeführt wird, der Wert der Abweichung der Filmdicke pro Zeiteinheit und der Wert (Detektionswert) der Abweichung der Temperatur pro Zeiteinheit (Zunahme der Temperatur) detektiert werden.
Darüber hinaus vergleicht die Steuereinheit den Detektionswert der Filmdickenabweichung und den Detektionswert der Temperaturabweichung, die von der Detektionseinheit detektiert werden, mit der ersten Filmbildungsbedingung bzw. mit der zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht. Wenn festgestellt wird, dass der Detektionswert der Filmdickenabweichung und/oder der Detektionswert der Temperaturabweichung sich von der ersten Filmbildungsbedingung oder der zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht unterscheidet, wird die Richtung (der Winkel) jedes Targets geändert, so dass der Winkel, der zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets gebildet ist, die erste und/oder zweite Filmbildungsbedingung für die Ausgangsschicht erfüllt. Wenn dann festgestellt wird, dass die Bildung der Ausgangsschicht abgeschlossen ist, wird die Richtung der Stellung jedes Targets geändert, um die erste und zweite Filmbildungsbedingung der zweiten Schicht zu erfüllen.
Da infolgedessen die Ausgangsschicht gemäß der ersten und zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht gebildet werden kann, kann die Filmbildung auf dem Substrat, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung benötigt, in der kürzesten Filmbildungszeit effizienter durchgeführt werden, ohne eine Beschädigung hervorzurufen oder ohne die Ausgangsschicht dicker als notwendig zu bilden, im Vergleich mit dem Fall, dass eines oder beides von der Filmdicke und der Temperatur detektiert werden können.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Sputter-Verfahren und eine Sputter-Vorrichtung vorgesehen, die einen einfachen Aufbau aufweisen und in der Lage sind, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchzuführen, und die eine hohe Produktivität, selbst dann zeigen, wenn die Filmbildungen aufeinander folgend an mehreren Substraten durchgeführt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2A ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld der Sputter-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, bei der die Erzeugungseinheit für das bekannte Magnetfeld mit einem Target über eine Verstärkungsplatte gekoppelt ist; 2B ist eine Frontansicht davon und 2C ist eine Querschnittsansicht davon, genommen entlang der Linie A-A;
3A ist eine Frontansicht einer Erzeugungseinheit für ein Hilfsmagnetfeld der Sputter-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform; 3B ist eine Querschnittsansicht davon, ge nommen entlang der Linie A-A; 3C ist eine Querschnittsansicht davon, genommen entlang der Linie B-B; und 3D ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Einbauzustandes davon;
4 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, bei der mehrere erste Filmbildungseinheiten und eine Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten gemäß der ersten Ausführungsform in Nebeneinanderstellung in einem ersten Filmbildungsbereich bzw. einem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet sind;
7 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, bei der mehrere zweite Filmbildungseinheiten gemäß der zweiten Ausführungsform in Nebeneinanderstellung in einem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet sind;
8 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, bei der mehrere zweite Filmbildungseinheiten gemäß der dritten Ausführungsform in Nebeneinanderstellung in einem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet sind;
9 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, bei der mehrere zweite Filmbildungseinheiten gemäß der zweiten Ausführungsform in Nebeneinanderstellung in einem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet sind und ein längliches Substrat auf einem Substrathalter gehalten ist, so dass seine Längsrichtung mit der Anordnungsrichtung der zweiten Filmbildungseinheiten zusammenfällt;
10 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, die an eine Wechselstromleistungsversorgung angeschlossen ist, die in der Lage ist, elektrische Wechselfelder mit einer Phasendifferenz von etwa 180° an ein Paar Kathoden in einer ersten Filmbildungseinheit in der zweiten Ausführungsform anzulegen;
11A ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, bei der eine Filmbildungszielfläche eines Substrats entlang einer Linie T-T bewegt wird, und 11B ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, bei der eine Filmbildungszielfläche entlang eines Umlauforbits bewegt wird;
12 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Winkel, der zwischen zugewandten Flächen von Targets gebildet ist, klein ist;
13 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung der Sputter-Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Winkel, der zwischen zugewandten Flächen von Targets gebildet ist, groß ist;
14A ist eine seitliche Querschnittsansicht einer Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld der Sputter-Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform, bei der die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld mit einem Target über eine Verstärkungsplatte gekoppelt ist; 14B ist eine Frontansicht davon; und 14C ist eine Querschnittsansicht davon, genommen entlang der Linie A-A;
15A ist eine Frontansicht einer Erzeugungseinheit für ein Hilfsmagnetfeld der Sputter-Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform; 15B ist eine Querschnittsansicht davon, genommen entlang der Linie A-A, 15C ist eine Querschnittsansicht davon, genommen entlang der Linie B-B und 15D ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Einbauzustands davon;
16A ist eine Frontansicht einer Targethalterrotationseinheit der Sputter-Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform, und 16B ist eine schematische Draufsicht, die eine Bewegungsrichtung davon zeigt;
17A ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung von Targethalterrotationseinheiten gemäß einer anderen Ausführungsform mit zwei Zylindern und 17B ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung davon mit einem Zylinder;
18A ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, die Magnetronkathoden ohne Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst; 18B ist eine schemati sche Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, die Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform; und 18C ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, die Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target mit einer Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform;
19 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, die eine Wechselstromleistungsversorgung verwendet, gemäß einer anderen Ausführungsform;
20 ist eine schematische Draufsicht, die eine Targetbewegungsrichtung zeigt, gemäß einer anderen Ausführungsform;
21A ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der eine Filmbildungszielfläche entlang einer Linie A-A-Linie bewegt wird, und 21B ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung der Sputter-Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der die Filmbildungszielfläche entlang eines Umlauforbits bewegt wird; und
22 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Sputter-Vorrichtung, die eine Detektionseinheit umfasst, gemäß einer anderen Ausführungsform.
Beste Ausführungsart der Erfindung
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 3 beschrieben.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst eine Sputter-Vorrichtung 1 eine Vakuumkammer 2 mit einem Innenraum S; eine erste Filmbildungseinheit P1 und eine zweite Filmbildungseinheit P2 zum Bilden eines Films auf einer Filmbildungszielfläche B eines Substrats B, das ein Zielobjekt ist, auf dem ein Film gebildet werden soll; und einen Halter (nachstehend als ein Substrathalter bezeichnet) 3, der in der Lage ist, sich im Inneren der Vakuumkammer 2 zumindest von einer ersten Filmbildungsposition L1, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der ersten Filmbildungseinheit P1 durchgeführt wird, zu einer zweiten Filmbildungsposition L2 zu bewegen, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der zweiten Filmbildungseinheit P2 (wobei er sich in einer Richtung des Pfeils A bewegt) durchgeführt wird, während das Substrat B darauf gehalten wird.
Ferner umfasst die Sputter-Vorrichtung 1 eine erste Sputter-Leistungsversorgung 4a zum Zuführen eines Sputter-Stroms zu der ersten Filmbildungseinheit P1, eine zweite Sputter-Leistungsversorgung 4b zum Zuführen eines Sputter-Stroms zu der zweiten Filmbildungseinheit P2; eine Evakuierungseinheit 5 zum Evakuieren des Inneren (Innenraums S) der Vakuumkammer 2; und eine Sputter-Gasversorgungseinheit 6 zum Zuführen eines Sputter-Gases in die Vakuumkammer 2. Ferner kann die Vakuumkammer 2 mit einer Versorgungseinheit 7 für reaktives Gas zum Zuführen eines reaktiven Gases zu der Umgebung des Substrats B versehen sein.
Die Vakuumkammer 2 ist mit weiteren Prozesskammern oder Ladeschleusenkammern 9 und 9' über Verbindungsdurchgänge (Substratüberführungsleitungsventile) 8 und 8' verbunden, die an beiden Enden an der Seite des Substrathalters 3 an der Vakuumkammer (untere Endseite der Zeichnung) vorgesehen sind.
Der Innenraum S der Vakuumkammer 2 umfasst einen ersten Filmbildungsbereich F1, in dem die erste Filmbildungseinheit P1 eingebaut ist, und einen zweiten Filmbildungsbereich F2, in dem die zweite Filmbildungseinheit P2 eingebaut ist, wobei die erste Filmbildungseinheit P1 und die zweite Filmbildungseinheit P2 in Nebeneinanderstellung angeordnet sind.
Die erste Filmbildungseinheit P1 umfasst ein Paar erste Kathoden (erster Targethalter) 11a und 11b mit ersten Targets 10a bzw. 10b an ihren vorderen Enden. Dieses Paar erste Kathoden 11a und 11b ist derart angeordnet, dass Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b einander zugewandt sind, während sie mit einem bestimmten Abstand voneinander beabstandet sind.
Die erste Kathode 11a (11b) umfasst das erste Target 10a (10b), das an einem vorderen Endabschnitt davon über eine Verstärkungsplatte 12a (12b) befestigt ist; eine erste Erzeugungseinheit 20a (20b) für ein gekrümmtes Magnetfeld, die an einer hinteren Fläche (einer Fläche entgegengesetzt zu einer Fläche, an der das erste Target 10a (10b) befestigt ist) der Verstärkungsplatte 12a (12b) eingebaut ist, zum Erzeugen eines Magnetfeldraumes, der in einer Bogenform gekrümmt ist, auf der Seite der ersten Targetfläche (zugewandten Fläche) 10a' (10b'); und eine erste Erzeugungseinheit 30a (30b) für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld, das an einem vorderen Endabschnitt einer ersten Kathode 11a (11b) befestigt ist, zum Erzeugen eines zylindrischen Magnetfeldraumes zwischen einer ersten Kathode 11a (11b) und der Umgebung der anderen ersten Kathode 11b (11a).
Näher ausgeführt, sind die beiden zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b derart angeordnet, dass sie zu der Richtung der seitlichen Position des Paares erste Targets 10a und 10b und der ersten Filmbildungsposition L1, an der die Filmbildung auf dem Substrat B in der ersten Filmbildungseinheit P1 durchgeführt wird, hin geneigt sind, wie es später beschrieben wird. Hier ist ein Winkel θ1 zwischen den beiden zugewandten Flächen 10a' und 10b', um genauer zu sein, ein Winkel θ1 zwischen zwei Flächen, die sich von den beiden zugewandten Flächen 10a' und 10b' erstrecken, derart eingestellt, dass er im Bereich von etwa 0° bis 60° liegt. Dieser Winkel θ1 ist klein eingestellt, so dass geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, oder Plasma, das während des Sputterns erzeugt wird, die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B nicht über eine Toleranzgrenze hinaus beschädigen kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Winkel θ1 derart eingestellt, dass er in einem Bereich von etwa 0° bis 45° und erwünschtermaßen in einem Bereich von etwa 5° bis 20° liegt.
Ferner kann bei der ersten Ausführungsform und bei anderen später beschriebenen Ausführungsformen eine Kathode, die gekrümmte Magnetfeldräume an einer zugewandten Fläche eines Targets erzeugt, als eine ”Magnetronkathode” bezeichnet sein; eine Kathode, die die Magnetronkathode und die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld umfasst, kann als eine ”Kathode vom komplexen Typ” bezeichnet sein; und ein Paar Kathoden mit der Anordnung, so dass die beiden zugewandten Flächen der Targets, die in den Kathoden vom komplexen Typ angeordnet sind, im Wesentlichen eine V-Form bilden, kann als ”Kathoden vom komplexen V-Typ” bezeichnet sein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein jedes der ersten Targets 10a und 10B aus ITO (Indiumzinnoxid) hergestellt. Ein jedes der ersten Targets 10a und 10b ist aus einem rechteckigen plattenförmigen Element mit einer Größe von etwa 125 mm (Breite) × 300 mm (Länge) × 5 mm (Dicke) gebildet. Die ersten Targets 10a und 10b sind derart angeordnet, dass sie einander in der ersten Filmbildungseinheit P1 (dem ersten Filmbildungsbereich F1) im Inneren der Vakuumkammer 2 zugewandt sind, und die zugewandten Flächen (zu sputternden Flächen) 10a' und 10b' sind mit einem vorbestimmten Abstand d1 voneinander beabstandet (hier ist der Abstand d1 zwischen den Mitten T1a und T1b der zugewandten Flächen 10a' und 10b' auf etwa 160 mm eingestellt).
Die erste Erzeugungseinheit 20a (20b) für ein gekrümmtes Magnetfeld erzeugt (bildet) die Magnetfeldräume mit bogenförmigen Magnetkraftlinien (gekrümmte Magnetfeldräume W1 und W1': siehe Pfeile W1 und W1' von 1) in der Umgebung der zugewandten Fläche 10a (10b') des ersten Targets 10a (10b). In der vorliegenden Ausführungsform sind sie aus Permanentmagneten hergestellt.
Die erste Erzeugungseinheit (Permanentmagnet) 20a (20b) für ein gekrümmtes Magnetfeld ist aus einer ferromagnetischen Substanz, wie etwa einem Magneten auf Ferrit-Basis oder Neodym-Basis (z. B. Neodym, Eisen oder Bor) oder einem Magneten auf Samarium-Kobalt-Basis hergestellt. In der vorliegenden Ausführungsform sind sie aus Magneten auf Ferrit-Basis hergestellt.
Wie es in den 2A bis 2C veranschaulicht ist, weist die erste Erzeugungseinheit 20a (20b) für ein gekrümmtes Magnetfeld eine Ausgestaltung auf, bei der ein rahmenförmiger Magnet 21a (21b) und ein zentraler Magnet 22a (22b) mit einem magnetischen Pol entgegengesetzt zu dem des rahmenförmigen Magneten 21a (21b) an einem Joch 23a (23b) angeordnet sind. Genauer ist die erste Erzeugungseinheit 20a (20b) für das erste gekrümmte Magnetfeld derart ausgestaltet, dass der rahmenförmige Magnet 21a (21b) und der zentrale Magnet 22a (22b) an dem Joch 23a (23b) befestigt sind. Der rahmenförmige Magnet 21a (21b) weist von vorne betrachtet eine Form eines rechteckigen Rahmens auf. Der zentrale Magnet 22a (22b) weist von vorne betrachtet eine rechteckige Form auf und ist in der Mitte einer Öffnung des rahmenförmigen Magneten 21a, 21b angeordnet. Das Joch 23a (23b) weist die gleiche Außenumfangsform wie der rahmenförmige Magnet 21a (21b) auf und weist von vorne betrachtet eine Plattenform mit einer bestimmten Dicke auf (siehe 2B und 2C).
Eine erste Erzeugungseinheit 20a für ein gekrümmtes Magnetfeld ist an einer hinteren Fläche der Verstärkungsplatte 12a angeordnet, so dass der rahmenförmige Magnet 21a einen N (S) Pol an seitlichen Endabschnitten der Verstärkungsplatte 12a aufweist (d. h. an seitlichen Endabschnitt im des Jochs 23a), während der zentrale Magnet 22a einen S (N) Pol aufweist. Die andere Erzeugungseinheit 20b für ein gekrümmtes Magnetfeld ist an einer hinteren Fläche der Verstärkungsplatte 12b angeordnet, so dass der rahmenförmige Magnet 21b einen S (N) Pol an seitlichen Endabschnitten der Verstärkungsplatte 12b aufweist (d. h. an seitlichen Endabschnitten des Jochs 23b), während der zentrale Magnet 22b einen N (S) Pol aufweist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist an einem ersten Target 10a der nach innen gekrümmte Magnetfeldraum W1 mit Magnetkraftlinien ausgebildet, die von einem Außenumfangsabschnitt der ersten Targetfläche (zugewandte Fläche) 10a' zu einem zentralen Abschnitt davon in einer Bogenform orientiert sind, wohingegen an dem anderen ersten Target 10b der nach außen gekrümmte Magnetfeldraum W2 mit Magnetkraftlinien gebildet ist, die von einem zentralen Abschnitt der ersten Targetfläche (zugewandte Fläche) 10b' zu einem Außenumfangsabschnitt davon in einer Bogenform orientiert sind. Ferner können der nach innen gekrümmte Magnetfeldraum W1 und der nach außen gekrümmte Magnetfeldraum W2 zusammen einfach als ein ”gekrümmter Magnetfeldraum W” bezeichnet sein.
Wie die ersten Erzeugungseinheiten 20a und 20b für ein gekrümmtes Magnetfeld ist jede erste Erzeugungseinheit 30a und 30b für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld aus einem Permanentmagneten hergestellt und in einer Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres gebildet, das sich an den Außenumfang des vorderen Endabschnitts der ersten Kathode (Targethalter) 11a (11b) anpasst (daran befestigt werden kann), wie es in den 3A bis 3D gezeigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine jede der ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld aus einem Magneten auf Neodym-Basis, wie etwa einem Neodym-, Eisen- oder Bor-Magneten, hergestellt und von vorne betrachtet in der Form eines rechteckigen Rahmens gebildet und in der Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres mit einer Umfangswand gebildet, deren Dicke in der Richtung von vorne nach hinten gleichmäßig ist (siehe 3B und 3C). Die Umfangswand, die die erste Erzeugungseinheit 30a (30b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld bildet, ist derart ausgestaltet, dass ihre Dicke an einer Deckenwand 31 am dünnsten ist; an Seitenwänden 32 dicker ist; und an einer Bodenwand 33, die auf der Seite des Substrats B angeordnet ist, am dicksten ist, wenn sie an der ersten Kathode 11a (11b) befestigt ist, wie es später beschrieben wird. Obwohl die erste Erzeugungseinheit 30a (30b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld bei der vorliegenden Ausführungsform in der Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres gebildet ist, kann sie ferner in einer zylindrischen Form oder dergleichen gebildet sein, solange sie derart ausgestaltet werden kann, dass sie die ersten Targets 10a und 10b umgibt.
Die Dicke der Umfangswand ist derart eingestellt, dass die Stärke des Magnetfelds an Punkten auf halber Strecke zwischen den entsprechenden vorderen Enden des Paares erste Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld konstant ist. Dementsprechend variiert ein Dickenunterschied in Abhängigkeit von dem Winkel θ1, der zwischen den beiden zugewandten Flächen 10a' und 10b' gebildet ist. Wenn der Winkel θ1 zunimmt, kann daher die Dicke der Seitenwände 32 allmählich von der Deckenwand 31 zur Bodenwand 33 zunehmen (siehe gestrichelte Linien in 3A).
Die erste Erzeugungseinheit 30a (30b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld ist an dem Außenumfang des vorderen Endes der ersten Kathode 11a (11b) derart befestigt, dass die Polarität des vorderen Endes davon gleich ist wie die des rahmenförmigen Magneten 21a (21b) der ersten Erzeugungseinheit 20a (20b) für das gekrümmte Magnetfeld (siehe 3D). Mit dieser Anordnung wird ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum T1 gebildet, der einen Raum (Zwischentargetraum) K1 umgibt, der zwischen den ersten Targets 10a und 10b gebildet wird, und der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem ersten Target 10a zu dem anderen ersten Target 10b orientiert sind (siehe ein Pfeil t1 von 1).
Die zweite Filmbildungseinheit P2 umfasst ein Paar zweite Kathoden (zweite Targethalter) 111a und 111b mit zweiten Targets 110a bzw. 110b an ihren vorderen Enden. Dieses Paar zweite Kathoden 111a und 111b ist derart angeordnet, dass Flächen 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a und 110b einander zugewandt sind, während sie voneinander mit einem bestimmten Abstand beabstandet sind.
Wie die erste Kathode 11a (11b) der ersten Filmbildungseinheit P1 umfasst die zweite Kathode (der zweite Targethalter) 111a (111b) das zweite Target 110a (110b), das an einem vorderen Endabschnitt davon über eine Verstärkungsplatte 112a (112b) befestigt ist; eine zweite Erzeugungseinheit 120a (120b) für ein gekrümmtes Magnetfeld, die an einer hinteren Fläche der Verstärkungsplatte 112a (112b) eingebaut ist, zum Erzeugen eines Magnetfeldraumes, der in einer Bogenform an der zweiten Targetfläche (zugewandte Fläche) 110a' (110b') gekrümmt ist; und zweite Erzeugungseinheiten 130a (130b) für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld, das an einem vorderen Endabschnitt von einer zweiten Kathode 111a (111b) befestigt ist, zum Erzeugen eines zylindrischen Magnetfeldraumes zwischen einer zweiten Kathode 111a (111b) und der Umgebung der anderen zweiten Kathode 111b (111a).
Näher ausgeführt, sind die beiden zugewandten Flächen 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a und 110b derart angeordnet, dass sie seitlich zwischen dem Paar zweite Targets 110a und 110b gelegen sind und zu der zweiten Filmbildungsposition L2 hin geneigt sind, an der die Filmbildung an dem Substrat B in der zweiten Filmbildungseinheit P2 durchgeführt wird, wie es später beschrieben wird. Hier ist ein Winkel θ2 zwischen den beiden zugewandten Flächen 110a' und 110b' derart eingestellt, dass er in einem Bereich von etwa 45° bis 180° liegt und größer ist als der Winkel θ1, der zwischen den beiden zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b gebildet ist (d. h. θ1 < θ2). Obwohl mit einem solchen Winkel θ2 der Einfluss von Plasma auf das Substrat B und die Menge von geladenen Partikeln, wie etwa sekundären Elektronen, die zu dem Substrat B fliegen, während des Sputterns im Vergleich mit dem Winkel θ1 zunehmen, nimmt eine Filmbildungsrate im Vergleich mit dem Winkel θ1 zu. Stärker erwünscht ist der Winkel θ2 derart eingestellt, dass er in einem Bereich von etwa 60° bis 120° liegt (wenn θ1 in einem Bereich von 5° bis 20° liegt und θ1 < θ2). In der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Winkel θ2 etwa 45° (wenn θ1 etwa 20° beträgt).
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein jedes von dem Paar zweiten Targets 110a und 110b wie das Paar erste Targets 10a und 10b in der ersten Filmbildungseinheit Plaus ITO (Indiumzinnoxid) hergestellt,. Wie die ersten Targets 10a und 10b ist ein jedes der zweiten Targets 110a und 110b aus einem rechteckigen plattenförmigen Element mit einer Größe von etwa 125 mm (Breite) × 300 mm (Länge) × 5 mm (Dicke) gebildet. Die zweiten Targets 110a und 110b sind derart angeordnet, dass sie einander in der zweiten Filmbildungseinheit P2 (dem zweiten Filmbildungsbereich F2) im Inneren der Vakuumkammer 2 zugewandt sind, und die zugewandten Flächen (gesputterten Flächen) 110a' und 110b sind mit einem vorbestimmten Abstand d2 voneinander beabstandet (hier ist der Abstand d2 zwischen den Mitten T2a und T2b der zugewandten Flächen 110a' und 110b' auf etwa 160 mm (= d1)) eingestellt. Obwohl die ersten Targets 10a und 10b und die zweiten Targets 110a und 110b bei der vorliegenden Ausführungsform derart ausgestaltet sind, dass sie die gleiche Form aufweisen, ist dies ferner nicht darauf begrenzt, und sie können unterschiedliche Größen oder Formen aufweisen. Obwohl die ersten und zweiten Targets 10a, 10b und 110a, 110b bei der vorliegenden Ausführungsform in dem ersten und zweiten Filmbildungsbereich F1 und F2 durch die ersten und zweiten Kathoden 11a, 11b bzw. 111a und 111b angeordnet sind, so dass d1 = d2, können sie darüber hinaus derart angeordnet sein, dass d1 und d2 verschieden sein können.
Die zweite Erzeugungseinheit 120a (120b) für das gekrümmte Magnetfeld erzeugt (bildet) einen Magnetfeldraum mit bogenförmigen Magnetkraftlinien (gekrümmte Magnetfeldräume W2 und W2': siehe Pfeile W2 und W2' von 1) in den Umgebungen der zugewandten Flächen 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a und 110b. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sie aus Permanentmagneten hergestellt.
Wie die erste Erzeugungseinheit 20a (20b) für das gekrümmte Magnetfeld ist die zweite Erzeugungseinheit (Permanentmagnet) 120a (120b) für das gekrümmte Magnetfeld aus einer ferromagnetischen Substanz, wie etwa einem Magneten auf Ferrit-Basis oder Neodym-Basis oder einem Magneten auf Samarium-Kobalt-Basis, hergestellt. Bei der vorlie genden Ausführungsform sind sie aus Magneten auf Ferrit-Basis hergestellt.
Die zweite Erzeugungseinheit 120a (120b) für das gekrümmte Magnetfeld weist die gleiche Ausgestaltung wie die erste Erzeugungseinheit 20a (20b) für das gekrümmte Magnetfeld auf, d. h. sie weist eine Ausgestaltung auf, bei der ein rahmenförmiger Magnet 121a (121b) und ein zentraler Magnet 122a (122b), der einen magnetischen Pol entgegengesetzt zu dem des rahmenförmigen Magneten 121a (121b) aufweist, an einem Joch 123a (123b) positioniert sind. Genauer ist die zweite Erzeugungseinheit 120a (120b) für das gekrümmte Magnetfeld derart ausgestaltet, dass der rahmenförmige Magnet 121a (121b) und der zentrale Magnet 122a (122b) an dem Joch 123a (123b) befestigt sind. Der rahmenförmige Magnet 121a (121b) weist von vorne betrachtet eine Form eines rechteckigen Rahmens auf, und der zentrale Magnet 122a (122b) weist von vorne betrachtet eine rechteckige Form auf und ist in der Mitte einer Öffnung des rahmenförmigen Magneten 121a (121b) gelegen. Das Joch 123a (123b) weist die gleiche Außenumfangsform wie der rahmenförmige Magnet 121a (121b) auf und weist von vorne betrachtet eine Plattenform mit einer bestimmten Dicke auf.
Eine zweite Erzeugungseinheit 120a für ein gekrümmtes Magnetfeld ist an einer hinteren Fläche der Verstärkungsplatte 112a derart angeordnet, dass der rahmenförmige Magnet 121a einen N (S) Pol an seitlichen Endabschnitten der Verstärkungsplatte 112a aufweist (d. h. an seitlichen Endabschnitten des Jochs 123a), während der zentrale Magnet 122a einen S (N) Pol aufweist. Die andere zweite Erzeugungseinheit 120b für ein gekrümmtes Magnetfeld ist an einer hinteren Fläche der Verstärkungsplatte 112b derart angeordnet, dass der rahmenförmige Magnet 121b einen S (N) Pol an seitlichen Endabschnitten der Verstär kungsplatte 112b aufweist (d. h. an den seitlichen Endabschnitten des Jochs 123b), während der zentrale Magnet 122b einen N (S) Pol aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung wird an einem zweiten Target 110a ein nach innen gekrümmter Magnetfeldraum W2 mit Magnetkraftlinien gebildet, die von einem Außenumfangsabschnitt der zweiten Targetfläche (zugewandte Fläche) 110a' zu einem zentralen Abschnitt davon in einer Bogenform orientiert sind, wohingegen an dem anderen zweiten Target 110b ein nach außen gekrümmter Magnetfeldraum W2' mit Magnetkraftlinien gebildet wird, die von einem zentralen Abschnitt der zweiten Targetfläche (zugewandte Fläche) 110b' zu einem Außenumfangsabschnitt davon in einer Bogenform orientiert sind.
Wie die ersten Erzeugungseinheiten 20a und 20b für das gekrümmte Magnetfeld in der ersten Filmbildungseinheit P1 ist eine jede der zweiten Erzeugungseinheiten 130a und 130b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld aus einem Permanentmagneten hergestellt und weist die gleiche Ausgestaltung wie die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld auf, d. h. ist in der Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres gebildet, das sich an den Außenumfang der vorderen Endabschnitte der zweiten Kathode (Targethalter) 111a (111b) anpasst (daran befestigt werden kann). Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine jede der zweiten Erzeugungseinheiten 130a und 130b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld aus einem Magneten auf Neodym-Basis, wie etwa einem Neodym-, Eisen- oder Bor-Magneten, hergestellt und ist von vorne betrachtet in der Form eines rechteckigen Rahmens gebildet, und ist in der Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres mit einer Umfangswand gebildet, deren Dicke in der Richtung von vorne nach hinten gleichmäßig ist. Die Umfangswand, die die zweite Erzeugungseinheit 130a (130b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld bildet, ist derart ausgestaltet, dass ihre Dicke an der Deckenwand am dünnsten ist; an den Seitenwänden dicker ist; und an einer Bodenwand am dicksten ist. Ferner kann die zweite Erzeugungseinheit 130a (130b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld wie die erste Erzeugungseinheit 30a (30b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld in einer anderen Form als die Form einer quadratischen Säule gebildet sein, wenn sie derart angeordnet ist, dass sie die zweiten Targets 110a und 110b umgibt.
Die Dicke der Umfangswand ist derart eingestellt, dass die Stärke des Magnetfelds an Punkten auf halber Strecke zwischen den entsprechenden vorderen Enden des Paares zweiter Erzeugungseinheiten 130a und 130b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld gleichmäßig ist, wie das Paar erster Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld in der ersten Filmbildungseinheit P1.
Die zweite Erzeugungseinheit 130a (130b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld ist an dem Außenumfang des vorderen Endes der zweiten Kathode 111a (111b) derart befestigt, dass die Polarität des vorderen Endes davon gleich ist wie die des rahmenförmigen Magneten 121a (121b) der zweiten Erzeugungseinheit 120a (120b) für das gekrümmte Magnetfeld. Mit dieser Anordnung wird ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum t2 gebildet, der einen Raum (Zwischentargetraum) K2 umgibt, der zwischen den zweiten Targets 110a und 110b gebildet ist, und der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem zweiten Target 110a zu dem anderen zweiten Target 110b orientiert sind (siehe ein Pfeil t2 von 1).
Wie es oben beschrieben ist, weisen die erste Filmbildungseinheit P1 und die zweite Filmbildungseinheit P2 die gleiche Ausgestaltung mit Ausnahme des Winkels θ1 (θ2) auf, der zwischen den beiden zugewandten Flächen 10a' und 10b' (110a und 110b') des Paares Targets 10a und 10b (111a und 111b) gebildet ist. Die erste Filmbildungseinheit P1 und die zweite Filmbildungseinheit P2, die die oben beschriebene Ausgestaltung aufweisen, sind in Nebeneinanderstellung im Inneren der Vakuumkammer 2 angeordnet. Näher ausgeführt, sind die ersten Kathoden 11a und 11b der ersten Filmbildungseinheit P1 und die zweiten Kathoden 111a und 111b der zweiten Filmbildungseinheit P2 in Nebeneinanderstellung in einer Reihe innerhalb der Vakuumkammer 2 angeordnet. Genauer liegen die Mitten T1a, T1b und T2a, T2b der ersten und zweiten Targets 10a, 10b und 110a, 110b jeweils auf der gleichen Linie, und eine erste zentrale Fläche C1 des Paares geneigte, zugewandte Targets 10a und 10b und eine zweite zentrale Fläche C2 des Paares geneigte, zugewandte Targets 111a und 111b liegen parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander, wie es später beschrieben wird.
Die erste Sputter-Leistungsversorgung 4a ist in der Lage, eine konstante Gleichstromleistung oder einen konstanten Gleichstrom anzulegen, und liefert eine Sputter-Leistung, während die Vakuumkammer 2 auf Massepotential (Erdpotential) als eine Anode dient und die ersten Targets 10a und 10b als Kathoden dienen. Ferner ist die zweite Sputter-Leistungsversorgung 4b in der Lage, eine konstante Gleichstromleistung oder einen konstanten Gleichstrom anzulegen, und sie führt eine Sputter-Leistung zu, während die Vakuumkammer 2 auf Massepotential (Erdpotential) als eine Anode dient und die zweiten Targets 110a und 110b als Kathoden dienen.
Obwohl die ersten und zweiten Sputter-Leistungsversorgungen 4a und 4b bei der vorliegenden Ausführungsform in der Lage sind, eine konstante Gleichstromleistung zuzuführen, sind sie ferner nicht darauf begrenzt. Das heißt, die Sputter-Leistungsversorgungen 4a und 4b können in Abhängigkeit von dem Material der Targets und der Art des zu bildenden Dünnfilms (z. B. ein Metallfilm, ein Legierungsfilm, ein Verbin dungsfilm oder dergleichen) geeignet modifiziert werden. Sie können eine HF-Leistungsversorgung, eine MF-Leistungsversorgung oder dergleichen sein, und es kann auch möglich sein, eine Gleichstromleistungsversorgung und eine HF-Leistungsversorgung in Kombination zu verwenden. Es kann ferner auch möglich sein, eine Gleichstrom-Leistungsversorgung oder eine HF-Leistungsversorgung an jede Kathode anzuschließen. Außerdem müssen die erste und zweite Sputter-Leistungsversorgung 4a und 4b nicht vom gleichen Typ sein, sondern sie können von unterschiedlichen Typen sein.
Der Substrathalter 3 umfasst einen Bewegungsmechanismus (nicht gezeigt), der in der Lage ist, das Substrat B darauf zu halten, und der in der Lage ist, sich, während er das Substrat B darauf hält, zumindest von der ersten Filmbildungseinheit P1 zu der zweiten Filmbildungseinheit P2, genauer von der ersten Filmbildungsposition L1, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der ersten Filmbildungseinheit P1 durchgeführt wird, zu der zweiten Filmbildungsposition L2, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der zweiten Filmbildungseinheit P2 durchgeführt wird, zu bewegen. Wenn ferner der Substrathalter 3 von dem Bewegungsmechanismus bewegt wird, wird der Substrathalter 3 derart bewegt, dass die Filmbildungszielfläche B des Substrats B, das darauf gehalten ist, in die Richtung der ersten Kathoden 11a und 11b der ersten Filmbildungseinheit P1 an der ersten Filmbildungsposition L1 und in die Richtung der zweiten Kathoden 111a und 111b der zweiten Filmbildungseinheit P2 an der zweiten Filmbildungsposition L2 gewandt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform dient der Substrathalter 3 dazu, das Substrat B in die Vakuumkammer 2 von einer Prozesskammer (Ladeschleusenkammer 9) auf einer Seite der Vakuumkammer 2 zu beladen und das Substrat B zu einer anderen Prozesskammer (Lade schleusenkammer) 9' auf der anderen Seite davon zu entladen, nachdem die Filmbildung auf der Filmbildungszielfläche B' in der ersten und zweiten Filmbildungseinheit P1 und P2 durchgeführt worden ist. Daher bewegt sich der Substrathalter 3 entlang einer Linie, die eine Prozesskammer 9 auf einer Seite und eine andere Prozesskammer 9' auf der anderen Seite verbindet, um den Innenraum S der Vakuumkammer 2 in einer Richtung von dem ersten Filmbildungsbereich F1 zu dem zweiten Filmbildungsbereich F2 zu queren.
Die erste Filmbildungsposition L1 und die zweite Filmbildungsposition L2 sind auf der Linie positioniert (existieren darauf), die die anderen Prozesskammern 9 und 9, die mit beiden lateralen Seiten der Vakuumkammer 2 verbunden sind, verbindet. Näher ausgeführt, wenn der Substrathalter 3, der das Substrat B darauf hält, an der ersten Filmbildungsposition L1 gelegen ist, ist die Filmbildungszielfläche B des Substrats B der Mitte zwischen den ersten Targets 10a und 10b zugewandt und wird senkrecht zu der Fläche (erste zentrale Fläche) C1, die den Winkel θ1 halbiert, der zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b' gebildet ist, und der kürzeste Abstand e1 zwischen einer geraden Linie (T1-T1-Linie), die die Mitten T1a und T1b der beiden zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b und die Mitte der Filmbildungszielfläche B' verbindet, wird gleich etwa 175 mm (e1 = 175 mm).
Wenn ferner der Substrathalter 3, der das Substrat B darauf hält, angeordnet wird, wird die zweite Filmbildungsposition L2 derart positioniert, dass die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B der Mitte zwischen den ersten Targets 110a und 110b zugewandt ist und senkrecht zu der Fläche (zweite zentrale Fläche C2), die den Winkel θ2 zwischen den zugewandten Flächen 110a' und 110b' halbiert, wird, und der kürzeste Abstand e2 zwischen einer geraden Linie (T2-T2-Linie), die die Mitten T2a und T2b der beiden zugewandten Flächen 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a und 110b verbindet, wird gleich etwa 175 mm (e2 = 175 mm (= e1)).
Die Evakuierungseinheit 5 ist mit der Vakuumkammer 2 verbunden, um die Vakuumkammer 2 zu evakuieren, und wird dazu verwendet, den Druck in dem Innenraum S durch Evakuieren der Vakuumkammer 2 abzusenken.
Die Sputter-Gasversorgungseinheit 6 ist mit der Vakuumkammer 2 verbunden, um ein elektrisches Entladungsgas (Sputter-Gas) zwischen die Targets zuzuführen. Die Sputter-Gasversorgungseinheit 6 umfasst ein erstes Einleitungsrohr 6 für nicht reaktives Gas, das in der Umgebung der ersten Targets 10a und 10b angeordnet ist, zum Zuführen eines nicht reaktiven Gases (in der vorliegenden Ausführungsform ein Argongas (Ar-Gas)) und ein zweites Einleitungsrohr 6'' für nicht reaktives Gas, das in der Umgebung der zweiten Targets 110a und 110b angeordnet ist. Ferner kann die Sputter-Gasversorgungseinheit 6 das nicht reaktive Gas sowohl dem ersten Einleitungsrohr 6' für nicht reaktives Gas als auch dem zweiten Einleitungsrohr 6'' für nicht reaktives Gas zuführen, oder kann umgeschaltet werden, um das nicht reaktive Gas nur einem von diesen zuzuführen.
Es kann ferner möglich sein, in der Umgebung der ersten und zweiten Filmbildungsposition L1 und L2 die Versorgungseinheit 7 für nicht reaktives Gas zusammen mit den ersten Einleitungsrohren 7' und 7' für reaktives Gas und den zweiten Einleitungsrohren 7'' und 7'' für reaktives Gas zum Einleiten reaktiver Gase, wie etwa O₂ und N₂, zu der ersten Filmbildungsposition L1 und der zweiten Filmbildungsposition L2 jeweils aus der Versorgungseinheit 7 für reaktives Gas einzubauen, um einen Dünnfilm aus einem Dielektrikum, wie etwa einem Oxid oder Nitrid, herzustellen. Außerdem kann die Versorgungseinheit 7 für reaktives Gas das reaktive Gas zu sowohl den ersten Einleitungsrohren 7' und 7' für reaktives Gas als auch den zweiten Einleitungsrohren 7'' und 7'' für reaktives Gas zuführen, oder kann umgeschaltet werden, um das reaktive Gas einem von diesen zuzuführen.
Das Substrat B ist ein Filmbildungszielobjekt mit der Filmbildungszielfläche B', auf der ein Dünnfilm gebildet werden soll. In der vorliegenden Ausführungsform steht eine Beziehung zwischen der Größe des Substrats B und der Größe der Targets 10a und 10b zur Verwendung bei dem Sputtern im Allgemeinen mit dem erforderlichen Grad an Filmdickenverteilungsgleichmäßigkeit innerhalb der Substratfläche (Filmbildungszielfläche) B' in Beziehung. Wenn die Filmdickenverteilungsgleichmäßigkeit innerhalb von etwa ±10% liegt, wird eine Beziehung zwischen einer Substratbreite S_w (mm) des Substrats B, die einer Länge der Targets 10a und 10b in einer Längsrichtung davon entspricht, und einer Längsgröße T_L (mm) der Targets 10a und 10b, die einer Länge des Substrats B in einer Breitenrichtung davon entspricht, als S_w ≤ T_L × 0,6 ~ 0,7 dargestellt. Da dementsprechend in der Sputter-Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die rechteckigen Targets, die jeweils eine Größe von 125 mm (Breite) × 300 mm (Länge) × 5 mm (Dicke) aufweisen, verwendet werden, kann die Filmbildung auf dem Substrat B mit einer Substratbreite S_w von etwa 200 mm abgeleitet von der oben erwähnten Beziehung ausgeführt werden. Zusätzlich weist die Sputter-Vorrichtung 1 eine Ausgestaltung auf, bei der die Filmbildung ausgeführt wird, während das Substrat innerhalb der Vorrichtung überführt wird (d. h. das Sputtern wird durchgeführt, während das Substrat B in der Links-Rechts-Richtung von 1 überführt wird), so dass die Vorrichtung die Filmbildung auf einem Substrat mit einer Länge durchführen kann, die gleich oder größer als die Breite davon ist, obwohl die Länge des Substrats B durch die Größe der Vorrichtung begrenzt ist. Es ist beispielsweise bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Filmbildung auf dem Substrat B mit einer Größe von etwa 200 mm (Breite) × 200 mm (Länge), 200 mm (Breite) × 250 mm (Länge) oder 200 mm (Breite) × 300 mm (Länge) innerhalb eines Bereiches einer Filmdickenverteilung von etwa ±10% durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt kann das Substrat B, wie etwa eine organische EL-Einrichtung oder ein organischer Dünnfilmhalbleiter, der eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, als das Substrat B mit der Filmbildungszielfläche B' verwendet werden, auf der der Dünnfilm durch das Sputtern gebildet werden soll.
Zusätzlich entspricht bei der vorliegenden Ausführungsform die Breite des Substrats B einer Länge entlang der Längsrichtung der Targets 10a und 10b, während die Länge des Substrats B einer Länge entlang einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Targets 10a und 10b entspricht (Links-Rechts-Richtung von 1).
Außerdem kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein Substrat, wie etwa eine organische EL-Einrichtung oder ein organischer Halbleiter, der eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, als das Substrat B mit der Filmbildungszielfläche B' verwendet werden, auf der der Dünnfilm durch das Sputtern gebildet werden soll.
Die Sputter-Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist wie oben beschrieben ausgestaltet, und nachstehend wird eine Arbeitsweise der Dünnfilmbildung in der Sputter-Vorrichtung 1 beschrieben.
Wenn eine Dünnfilmbildung auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B bei der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, wird eine zweite Schicht durch das Sputtern, das eine hohe Filmbildungsrate ermöglicht, nach dem Bilden einer Ausgangsschicht (ersten Schicht) durch das Sputtern, das in der Lage ist, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung zu ermöglichen (d. h. eine niedrige Filmbildungsrate), gebildet, so dass ein Dünnfilm mit einer notwendigen Filmdicke auf der Filmbildungszielfläche B' gebildet wird. Dieser Prozess wird nachstehend ausführlich erläutert. Hier ist anzumerken, dass die Ausgangsschicht (erste Schicht) und die zweite Schicht sich nur zu dem Zweck der Erläuterung durch eine imaginäre Fläche unterscheiden, an der sich die Filmbildungsrate in einer Filmdickenrichtung eines Dünnfilms ändert, und der Dünnfilm ist nicht tatsächlich als separate Schichten in der Filmdickenrichtung unterteilt, sondern als ein kontinuierlicher einzelner Dünnfilm gebildet.
Wenn zunächst die Ausgangsschicht gebildet wird, wird das Substrat B auf dem Substrathalter 3 gehalten, und der Substrathalter 3 wird an der ersten Filmbildungsposition L1 (die Position des Substrats B und des Substrathalters 3, die durch eine durchgezogene Linie von 1 gezeigt ist) platziert.
Anschließend wird die Vakuumkammer 2 durch die Evakuierungseinheit 5 evakuiert. Danach wird ein Argon-Gas (Ar) aus den ersten und zweiten Einleitungsrohren 6' und 6'' für nichtreaktives Gas durch die Sputter-Gasversorgungseinheit 6 eingeleitet, und es wird ein vorgegebener Sputter-Betriebsdruck (hier etwa 0,4 Pa) eingestellt.
Danach wird eine Sputter-Leistung den ersten Targets 10a und 10b durch die erste Sputter-Leistungsversorgung 4a zugeführt. Da die ersten Erzeugungseinheiten 20a und 20b für ein gekrümmtes Magnetfeld und die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld aus Permanentmagneten hergestellt sind, werden zu diesem Zeitpunkt die ersten gekrümmten Magnetfeldräume (zuerst nach innen und nach außen gekrümmte Magnetfeldräume) W1 und W1' auf den zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a bzw. 10b durch die ersten Erzeugungseinheiten 20a und 20b für das gekrümmte Magnetfeld gebildet. Ferner wird der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t1 durch die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart gebildet, dass er den säulenförmigen Raum K1 umgibt, der zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b gebildet wird.
Anschließend wird Plasma in den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' erzeugt, und die zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b werden gesputtert, und (erste) gesputterte Partikel werden emittiert. Plasma, das aus den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' entweicht, oder geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, die daraus freigegeben werden, werden durch den ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 in dem Raum (erster Zwischentargetraum) K1 eingefangen, der von dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 umgeben ist.
Dementsprechend haften die gesputterten Partikel (ersten gesputterten Partikel), die von den Sputter-Flächen (zugewandte Flächen) 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b emittiert werden (aufgrund von Kollisionen ausgestoßen werden) an dem Substrat B an, das von dem Substrathalter 3 derart gehalten wird, dass die Filmbildungszielfläche B' dem ersten Zwischentargetraum K1 zugewandt ist, so dass ein Dünnfilm (Ausgangsschicht des Dünnfilms) an einer seitlichen Position des ersten Zwischentargetraumes K1 (d. h. an der ersten Filmbildungsposition L1) gebildet wird.
Wenn allgemein bei dem Sputtern, das durch das Anordnen des Paares Targets, so dass diese einander zugewandt sind, durchgeführt wird, der Abstand zwischen den Mitten der Targets gleich ist, nimmt die Stärke des Magnetfeldes in dem Zwischentargetraum zu, wenn der Winkel zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets abnimmt (d. h. wenn die zugewandten Flächen stärker parallel zueinander werden). Somit nimmt die Menge der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die zu dem Substrat fliegen, ab, und der Effekt des Einschließens des Plasmas in dem Zwischentargetraum verbessert sich. Da jedoch die beiden zugewandten Flächen stärker parallel zueinander werden, nimmt die Menge der gesputterten Partikel, die zu dem Substrat fliegen, ab. Obwohl eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung bewerkstelligt wird, nimmt somit eine Filmbildungsrate des Dünnfilms, der auf dem Substrat gebildet wird, ab.
Wenn indessen der Winkel θ zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets zunimmt (d. h. da die zugewandten Flächen weiter in Richtung des Substrats orientiert werden), nimmt der Abstand zwischen Endabschnitten der zugewandten Flächen auf der Seite des Substrats zu, und die Stärke des Magnetfelds in dem Zwischentargetraum an diesem Bereich nimmt ab. Somit ist es wahrscheinlich, dass das Plasma oder die geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, aus diesem Bereich freigegeben werden, an dem die Stärke des Magnetfeldes herabgesetzt ist, und die Menge der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die zu dem Substrat fliegen, nimmt zu, und der Effekt des Einschließens des Plasmas in dem Zwischentargetraum wird verschlechtert. Da jedoch die zugewandten Flächen weiter zu dem Substrat orientiert sind, nimmt die Menge der gesputterten Partikel, die das Substrat erreichen, zu, so dass eine Filmbildungsrate zunimmt, obwohl ein Temperaturanstieg des Substrats B und eine Beschädigung an dem Substrat, die durch die geladenen Partikel hervorgerufen wird, im Vergleich mit dem Fall zunimmt, bei dem der Winkel θ kleiner eingestellt ist.
In dieser Hinsicht ist der Winkel θ1 zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b derart eingestellt, dass sie beinahe parallel zueinander sind (d. h. klein), so dass das Plasma und die geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, das Substrat B während des Sputterns nicht über eine Toleranzgrenze hinaus beschädigen können. Auf diese Weise kann der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, in dem ersten Zwischentargetraum K1 verbessert werden.
Da darüber hinaus die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld jeweils an den ersten Kathoden 11a bzw. 11b angeordnet sind, wird der erste zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t1 außerhalb des ersten Zwischentargetraumes K1 gebildet. Somit wird der erste zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t1 zwischen dem Substrat B und den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' gebildet, die auf den ersten Targetflächen (zugewandten Flächen) 10a' bzw. 10b' gebildet sind, und das Plasma, das aus den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' entweicht, wird durch den ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 eingefangen (d. h. sein Entweichen zu dem Substrat B hin wird unterbunden), so dass der Einfluss des Plasmas auf das Substrat B stärker verringert werden kann.
Da außerdem hinsichtlich der geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, die aus den ersten gekrümmten Magnetfeldräu men W1 und W1' zu dem Substrat B hin freigegeben werden, der erste zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t1 den ersten Zwischentargetraum K1 umgibt und zwischen den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' und dem Substrat B gebildet ist, wird der Effekt des Einschließens der geladenen Partikel in dem Zwischentargetraum K1 gesteigert. Das heißt, die Freigabe der geladenen Partikel aus dem ersten Zwischentargetraum K1 zu dem Substrat B hin kann weiter verringert werden.
Da ferner die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart angeordnet sind, dass ihre dicken Bodenwände 33 auf der Seite (Seite des Substrats B) platziert sind, an der der Abstand zwischen den zugewandten Flächen des Paares erster Targets 10a und 10b zunimmt, wird die Stärke des Magnetfelds in den Umgebungen der ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld so gesteigert, wie der Abstand zwischen den zugewandten Flächen der ersten Targets 10a und 10b zunimmt.
Wenn die Stärken des Magnetfeldes derart eingestellt wären, dass sie in den Umgebungen der jeweiligen ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30 für das zylindrische Hilfsmagnetfeld, die entlang der Umfänge der ersten Targets 10a und 10b angeordnet sind, gleich wären, würde die Stärke des Magnetfeldes an dem Punkt auf halber Strecke zwischen einem ersten Target 10a und den anderen ersten Targets 10b mit zunehmendem Abstand zwischen den zugewandten Flächen geschwächt werden, wenn die zugewandten Flächen (Sputter-Flächen) 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b geneigt sind, so dass sie zu der Filmbildungsfläche B' des Substrats B hin gewandt sind (wenn der Winkel θ > 0°). Infolgedessen würde das Plasma aus diesem Bereich (Seite des Substrats B), an dem die Stärke des Magnetfelds verringert ist, entweichen, und die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, würden daraus freigegeben werden, so dass das Substrat B beschädigt werden könnte.
Wenn jedoch die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld die oben beschriebene Ausgestaltung aufweisen, kann die Stärke des Magnetfeldes an dem Punkt auf halber Strecke konstant gehalten werden, weil die Stärke des Magnetfeldes in den Umgebungen der ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart eingestellt ist, dass sie mit zunehmendem Abstand zwischen den zugewandten Flächen zunimmt.
Selbst in der Anordnung (die so genannte Anordnung mit V-förmigem zugewandtem Target), bei der die ersten Targets 10a und 10b zu dem Substrat B (zu der ersten Filmbildungsposition L1) hin geneigt sind, ist es dementsprechend möglich, das Entweichen des Plasmas oder die Freigabe der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, von dort effektiv zu unterdrücken, wo der Abstand zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b' zunimmt, so dass der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, verbessert werden kann.
Außerdem können die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld als eines eingestellt werden von einem Erdpotential, einem Minuspotential, einem Pluspotential oder schwimmend (ein elektrisch isolierender Zustand), oder sie können derart eingestellt werden, dass das Erdpotential und das Minuspotential und das Erdpotential und das Pluspotential zeitlich abwechselnd umgeschaltet werden. Indem das Potential der ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart eingestellt wird, dass es eines der oben erwähnten Potentiale ist, kann eine elektrische Entladungs spannung im Vergleich mit einer Magnetron-Sputter-Vorrichtung mit einer Anordnung mit V-förmigem zugewandtem Target (eine herkömmliche Magnetron-Sputter-Vorrichtung), die die ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld nicht aufweist und ein Paar Magnetronkathoden besitzt, die zugewandte Flächen von Targets aufweisen, die zu dem Substrat hin geneigt sind, verringert werden.
Wie es oben festgestellt wurde, kann bei der ersten Filmbildungseinheit P1 das Sputtern ausgeführt werden, während ein guter Effekt eines Einschließens der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, und des Plasmas, das durch das Sputtern erzeugt wird, in dem Zwischentargetraum K1 vorliegt. Somit kann der Einfluss des Plasmas und der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die aus den Sputter-Flächen 10a' und 10b' strömen, auf die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B stark verringert werden, so dass die Ausgangsschicht des Dünnfilms durch eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsschicht mit einer Filmdicke von etwa 10 bis 20 nm gebildet.
Nachdem das Sputtern in der ersten Filmbildungseinheit P1 gestoppt worden ist, wird anschließend eine Bildung der zweiten Schicht ausgeführt. Nachdem das Sputtern gestoppt worden ist, wird der Substrathalter 3 durch den Bewegungsmechanismus von der ersten Filmbildungsposition L1 zu der zweiten Filmbildungsposition L2 bewegt, während er darauf das Substrat B hält, das die Ausgangsschicht aufweist, die auf seiner Filmbildungszielfläche B' gebildet worden ist. Nachdem der Substrathalter 3 zu der zweiten Filmbildungsposition L2 bewegt worden ist, beginnt das Sputtern zum Bilden der zweiten Schicht in der zweiten Filmbildungseinheit P2. Da zu diesem Zeitpunkt die Sputter-Bedingung, wie etwa ein Druck innerhalb der Vakuumkammer 2, keine Änderung erfordert, kann das Sputtern an der zweiten Filmbildungsposition L2 sofort gestartet werden, nachdem der Substrathalter 3 von der ersten Filmbildungsposition L1 zu der zweiten Filmbildungsposition L2 bewegt worden ist.
In der zweiten Filmbildungseinheit P2 wird eine Sputter-Leistung von der zweiten Sputter-Leistungsversorgung 4b zu den zweiten Targets 110a und 110b wie bei der ersten Filmbildungseinheit P1 zugeführt. Da zu diesem Zeitpunkt die zweiten Erzeugungseinheiten 120a und 120b für ein gekrümmtes Magnetfeld und die zweiten Erzeugungseinheiten 130a und 130b für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld aus Permanentmagneten hergestellt sind, werden die zweiten gekrümmten Magnetfeldräume (zweite nach innen und nach außen gekrümmte Magnetfeldräume) W2 und W2 auf den zugewandten Flächen 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a bzw. 110b durch die zweiten Erzeugungseinheiten 120a und 120b für das gekrümmte Magnetfeld gebildet. Ferner wird der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t2 derart gebildet, dass er den säulenförmigen Raum K2 umgibt, der zwischen den zugewandten Flächen 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a und 110b durch die zweiten Erzeugungseinheiten 130a und 130b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld gebildet wird.
Anschließend wird Plasma in den zweiten gekrümmten Magnetfeldräumen W2 und W2' erzeugt, und die zugewandten Flächen 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a und 110b werden gesputtert, und (zweite) gesputterte Partikel werden emittiert. Plasma, das aus den zweiten gekrümmten Magnetfeldräumen W2 und W2' entweicht, oder geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, die daraus freigegeben werden, werden durch den zweiten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum T2 in dem Raum (zweiten Zwischentargetraum) K2 eingefangen, der von dem zweiten Hilfsmagnetfeldraum t2 umgeben ist.
Dementsprechend haften die gesputterten Partikel (zweiten gesputterten Partikel), die von den Sputter-Flächen (zugewandten Flächen) 110a' und 110b' der zweiten Targets 110a und 110b emittiert werden (aufgrund von Kollisionen ausgestoßen werden) an dem Substrat B an, das von dem Substrathalter 3 derart gehalten wird, dass die Filmbildungszielfläche B' dem zweiten Zwischentargetraum K2 zugewandt ist, so dass ein Dünnfilm (zweite Schicht des Dünnfilms) an einer seitlichen Position des zweiten Zwischentargetraumes K2 (d. h. an der zweiten Filmbildungsposition L2) gebildet wird.
Da zu diesem Zeitpunkt der Winkel θ2 zwischen den beiden zugewandten Flächen 110a' und 110b' des Paares zweite Targets 110a und 110b in der zweiten Filmbildungseinheit P2 größer als der Winkel θ1 in der ersten Filmbildungseinheit F1 ist, d. h. da die zugewandten Flächen 110a' und 110b' weiter zu dem Substrat B hin orientiert sind, können der Einfluss des Plasmas auf das Substrat B und die Menge an geladenen Partikeln, die dorthin fliegen, erhöht sein.
Da jedoch die zugewandten Flächen 110a' und 110b' weiter zu dem Substrat B hin orientiert sind, kann die Menge der emittierten (zweiten) gesputterten Partikel, die durch Sputtern der Sputter-Flächen (zugewandten Flächen) 110a' und 110b' erzeugt werden und dann das Substrat B (die Filmbildungszielfläche B') erreichen, erhöht sein. Daher würde eine Filmbildungsrate erhöht werden.
Dementsprechend wird in der zweiten Filmbildungseinheit P2 die zweite Schicht auf der Ausgangsschicht mit einer Filmbildungsrate gebildet, die größer ist als in dem Fall der Bildung der Ausgangsschicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die zweite Schicht mit einer Filmdicke von etwa 100 bis 150 nm gebildet.
Wenn, wie es oben festgestellt wurde, die Ausgangsschicht (erste Schicht) und die zweite Schicht auf der Filmbildungszielfläche B' in einer Folge in der ersten Filmbildungseinheit P1 (mit dem Winkel θ1 zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b') und der zweiten Filmbildungseinheit P2 (mit dem Winkel θ2 zwischen den zugewandten Flächen 110a' und 110b') gebildet werden, indem die Filmbildungsrate durch Verändern des Winkels, der zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets gebildet wird, geändert wird, erfüllen die Winkel θ1 und θ2 eine Bedingung θ1 < θ2. Wenn die Eingangsleistungen zu den ersten Targets 10a und 10b und den zweiten Targets 110a und 110b gleich sind, kann die Filmbildungsrate der Bildung der zweiten Schicht um bis zu etwa 20% bis 50% der Filmbildungsrate der Bildung der ersten Schicht erhöht werden. Durch Erhöhen der Eingangsleistung zu den zweiten Kathoden 111a und 111b unter dem Winkel θ2 kann zusätzlich eine Filmbildungsrate zweifach oder mehr angehoben werden.
Gemäß der obigen Erläuterung wird in der ersten Filmbildungseinheit P1 des ersten Filmbildungsbereichs F1 durch Bereitstellen der ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld, die an dem Außenumfang der vorderen Endabschnitte der ersten Kathode 11a und 11b befestigt sind, der erste zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t1 gebildet, der sich von der Umgebung eines ersten Targets 10a zu der Umgebung des anderen ersten Targets 10b in einer Zylinderform erstreckt und Magnetkraftlinien aufweist, die von der Umgebung eines ersten Targets 10a zu der Umgebung des anderen ersten Targets 10b orientiert sind. Somit werden das Plasma, das aus innerhalb der ersten gekrümmten Magnetfeldräume W1 und W1' auf den zugewandten Flächen 10a' und 10b' des ersten Targets entweicht, und die geladenen Partikel, die daraus während des Sputterns freigegeben werden, in dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeld t1 eingefangen.
Das heißt, da beide Enden des ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes t1 durch die zugewandten Flächen 10a' und 10b' der ersten Targets 10a und 10b eingeschlossen sind, wird das Plasma, das aus den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' entweicht, die auf den ersten Targetflächen (zugewandten Flächen) 10a' und 10b' gebildet sind, durch den ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 eingefangen (d. h. der Plasmaausstoß zu dem Substrat hin wird unterbunden), so dass der Einfluss des Plasmas auf das Substrat B verringert werden kann.
Da außerdem die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, die aus den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' zu dem Substrat B hin freigegeben werden, ebenfalls in dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 eingefangen werden können, kann die Menge der geladenen Partikel, die das Substrat B erreichen, verringert werden.
Ferner sind die ersten Kathoden 11a und 11b Kathoden vom komplexen Typ mit den ersten Erzeugungseinheiten 30a und 30b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld an dem Außenumfang der vorderen Endabschnitte der Magnetronkathoden. Somit tritt eine instabile elektrische Entladung aufgrund einer hohen Plasmakonzentration an einem zentralen Abschnitt, wie sie in dem Fall der Verwendung der Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target auftreten kann, selbst dann nicht auf, wenn der Strom, der in die ersten Kathoden (Kathoden vom komplexen Typ) 1la und 11b während des Sputterns eingegeben wird, erhöht wird, wie in dem Fall der Magnetronkathoden. Deshalb kann das Plasma, das in den Umgebungen der Targetflächen 10a' und 10b' erzeugt wird, über eine lange Zeitdauer stabil elektrisch entladen werden.
Da zusätzlich die Magnetfeldstärke des ersten zylindrischen Magnetfeldraumes t1 größer als die Magnetfeldstärken der ersten gekrümmten Magnetfeldräume W1 und W1' ist, kann eine Magnetfeldverteilung erhalten werden, in der die Magnetfeldstärke in den Umgebungen der zugewandten Flächen 10a' und 10b' an den mittleren Seiten der ersten Targets 10a und 10b am schwächsten ist und an den Umfangsabschnitten der ersten Targets 10a und 10b am stärksten ist. Ferner kann der Effekt des Einschließens des Plasmas, das aus den gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1' entweicht, und der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die daraus freigegeben werden, in dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 weiter verbessert werden.
Daher können der Einfluss des Plasmas und der Einfluss der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die von den Sputter-Flächen (zugewandten Flächen) 10a' und 10b' fliegen, auf das Substrat B, das als das Filmbildungszielobjekt verwendet wird, minimiert werden, ohne den Abstand zwischen den Mitten des Paares erster Targets 10a und 10b verkürzen zu müssen. Wenn außerdem eine erforderliche Filmeigenschaft annähernd gleich ist wie die eines Dünnfilms, der durch das Sputtern gebildet wird, das den ersten zylindrischen Magnetfeldraum t1 nicht erzeugt, kann der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b' des Paares erster Targets 10a und 10b gebildet wird, weiter erhöht werden.
Indem das Sputtern unter Verwendung der ersten Kathoden (Kathoden vom komplexen V-Typ) 11a und 11b durchgeführt wird, in welchen der Winkel θ zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b' des Paares erster Targets 10a und 10b in der ersten Filmbildungseinheit P1 so eingestellt ist, dass er klein ist (θ1), kann dementsprechend der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, die durch das Sputtern erzeugt werden, in dem ersten Zwischentargetraum K1 stark verbessert werden. Somit ist die Filmbildungsrate niedrig. Jedoch kann die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B derart durchgeführt werden, dass die Ausgangsschicht (erste Schicht) mit einer vorgegebenen Dicke erhalten werden kann.
Außerdem wird der Substrathalter 3 von der ersten Filmbildungsposition L1 der ersten Filmbildungseinheit P1 zu der zweiten Filmbildungsposition L2 der zweiten Filmbildungseinheit P2 überführt, ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa den Druck in der Vakuumkammer 2, verändern zu müssen, was bei einer Änderung viel Zeit benötigen würde. Anschließend wird das Sputtern unter Verwendung der zweiten Kathoden 111a und 111b mit dem Winkel θ zwischen den zugewandten Flächen 110a' und 110b des Paares zweite Targets 110a und 110b in der zweiten Filmbildungseinheit durchgeführt, und der Winkel θ wird als der Winkel θ2 eingestellt, der größer als der Winkel θ1 ist. Dementsprechend kann der Einfluss des Plasmas oder der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die zu dem Substrat B fliegen, erhöht sein. Jedoch kann die Filmbildungsrate gesteigert werden, so dass die zweite Schicht in einer kürzeren Zeitdauer gebildet werden kann.
Wie es oben erwähnt wurde, dient die Ausgangsschicht, die auf dem Substrat B durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung in der ersten Filmbildungseinheit P1 gebildet wird, als eine Schutzschicht. Wenn somit die Filmbildung in der zweiten Filmbildungseinheit P2 mit einer hohen Filmbildungsrate durchgeführt wird, um die gesamte Filmbildungsprozesszeit zu verkürzen, kann, obwohl der Einfluss des Plasmas auf das Substrat B oder die Menge der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die zu dem Substrat B fliegen, zunehmen, die Filmbildung ausgeführt werden, während die Ausgangsschicht (Schutzschicht) den Einfluss des Plasmas oder die Beschädigung des Substrats B durch die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, unterbunden. Außerdem erfordert die Sputter-Bedingung, wie etwa der Druck in der Vakuumkammer 2, keine Änderung nach der Bildung der Ausgangsschicht bis zur Bildung der zweiten Schicht, und der Substrathalter 3 muss nur von der ersten Filmbildungseinheit P1 zu der zweiten Filmbildungsposition P2 überführt werden, so dass die Filmbildungszeit (die gesamte Filmbildungsprozesszeit) verkürzt werden kann. Insbesondere wenn Dünnfilme auf mehrere Substraten B aufeinander folgend gebildet werden (d. h. wenn eine Filmbildung durchgeführt wird), muss die Sputter-Bedingung, wie etwa der Druck in der Vakuumkammer, nicht für jedes Substrat B geändert werden, sondern die Substrate B müssen nur zu der ersten und zweiten Filmbildungseinheit durch den Substrathalter 3 in einer Folge überführt werden, während die Sputter-Bedingung gleich gehalten wird. Somit kann die Filmbildungszeit zum Verarbeiten der mehreren Substrate B stark verringert werden.
Infolgedessen kann eine Filmbildung auf dem Substrat B, das eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, ausgeführt werden, und die Filmbildungsprozesszeit kann ver ringert werden, selbst wenn die mehreren Substrate B aufeinander folgend bearbeitet werden.
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 4 erläutert. In der zweiten Ausführungsform werden die gleichen Bauteile, wie jene, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen in 4 veranschaulicht, und deren Erläuterung wird teilweise weggelassen, während Bauteile, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden, beschrieben werden.
Eine Sputter-Vorrichtung 1' umfasst eine Vakuumkammer 2 mit einem Innenraum S; eine erste Filmbildungseinheit P1 und eine zweite Filmbildungseinheit P'2 zum Bilden eines Films auf einer Filmbildungszielfläche B eines Substrats B, das ein Zielobjekt ist, auf dem ein Film gebildet werden soll; und einen Substrathalter 3, der in der Lage ist, sich innerhalb der Vakuumkammer 2 zumindest von einer ersten Filmbildungsposition L1, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der ersten Filmbildungseinheit P1 durchgeführt wird, zu einer zweiten Filmbildungsposition L'2 zu bewegen, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der zweiten Filmbildungseinheit P'2 durchgeführt wird (wobei sich in einer Richtung eines Pfeils A bewegt), während er das Substrat B darauf hält.
Ferner umfasst die Sputter-Vorrichtung 1' eine erste Sputter-Leistungsversorgung 4a zum Zuführen einer Sputter-Leistung zu der ersten Filmbildungseinheit P1; eine zweite Sputter-Leistungsversorgung 4'b zum Zuführen einer Sputter-Leistung zu einer zweiten Filmbildungseinheit P'2; eine Evakuierungseinheit 5 zum Evakuieren eines Inneren (Innenraumes) S der Vakuumkammer 2; und eine Sputter-Gasversor gungseinheit 6 zum Zuführen eines Sputter-Gases in die Vakuumkammer 2. Ferner kann die Vakuumkammer 2 eine Versorgungseinheit 7 für reaktives Gas zum Zuführen eines reaktiven Gases zu der Umgebung des Substrats B umfassen.
Die Vakuumkammer 2 ist mit weiteren Verarbeitungskammern oder Ladeschleusenkammern 9 und 9' über Verbindungsdurchgänge (Substratüberführungsleitungsventile) 8 und 8' verbunden, die an den beiden Enden der Vakuumkammer 2 auf der Seite des Substrathalters 3 vorgesehen sind (untere Endseite der Zeichnung).
Der Innenraum S der Vakuumkammer 2 umfasst einen ersten Filmbildungsbereich F1, in dem die erste Filmbildungseinheit P1 eingebaut ist, und einen zweiten Filmbildungsbereich F2, in dem die zweite Filmbildungseinheit P'2 eingebaut ist, wobei die erste Filmbildungseinheit P1 und die zweite Filmbildungseinheit P'2 in Nebeneinanderstellung angeordnet sind.
Die zweite Filmbildungseinheit P'2 umfasst eine zweite Kathode (zweiten Targethalter) 111' mit einem zweiten Target 110' an ihrem vorderen Ende. Die zweite Kathode 111' ist derart angeordnet, dass eine Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B hin gewandt ist, das an der zweiten Filmbildungsposition L'2 angeordnet ist.
Wie die erste Kathode 11a (11b) in der ersten Filmbildungseinheit P1 umfasst die zweite Kathode (zweiter Targethalter) 111': das zweite Target 110', das an dem vorderen Endabschnitt der zweiten Kathode 111' über eine Verstärkungsplatte 112' befestigt ist; und eine zweite Erzeugungseinheit 120' für ein gekrümmtes Magnetfeld, die an der hinte ren Fläche der Verstärkungsplatte 112' angeordnet ist, zum Erzeugen eines Magnetfeldraumes, der in einer Bogenform gekrümmt ist, auf der Seite der zweiten Targetfläche 110'a'. Die zweite Erzeugungseinheit 120' für ein gekrümmtes Magnetfeld weist die gleiche Ausgestaltung wie die der zweiten Erzeugungseinheit 120a für ein gekrümmtes Magnetfeld in der ersten Ausführungsform auf und bildet einen nach innen gekrümmten Magnetfeldraum W'2' auf der Seite der zweiten Targetfläche 110'a'.
Außerdem kann bei der zweiten Ausführungsform und weiteren Ausführungsformen, die später beschrieben werden, eine Kathode, bei der eine Targetfläche der Magnetronkathode parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B angeordnet ist, als ”Magnetronkathode vom Parallelplattentyp” bezeichnet werden.
Das zweite Target 110' ist bei der vorliegenden Ausführungsform aus ITO (Indiumzinnoxid) auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt. Ferner ist das zweite Target 110' aus einem rechteckigen, plattenförmigen Element mit einer Größe von etwa 125 mm (Breite) × 300 mm (Länge) × 5 mm (Dicke) gebildet. Das zweite Target 110' ist derart angeordnet, dass es parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B hin gewandt ist, wenn das Substrat B an der zweiten Filmbildungsposition L'2 der zweiten Filmbildungseinheit P'2 in der Vakuumkammer 2 angeordnet ist, und seine Fläche (zu sputternde Fläche) 110'a' ist von der Filmbildungszielfläche B mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet.
Wie es oben beschrieben ist, weist die zweite Kathode 111' die gleichen Bauteile wie die zweite Kathode 111a der zweiten Filmbildungseinheit P2 bei der ersten Ausführungsform mit Ausnahme der zweiten Erzeugungseinheit 130a für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld auf. Ferner sind die erste Filmbildungseinheit P1 und die zweite Filmbildungseinheit P'2 in Nebeneinanderstellung in der Vakuumkammer 2 angeordnet. Näher ausgeführt sind die ersten Kathoden 11a und 11b der ersten Filmbildungseinheit P1 und die zweite Kathode 111' der zweiten Filmbildungseinheit P'2 in Nebeneinanderstellung in einer Reihe in der Vakuumkammer 2 angeordnet. Im Besonderen liegen die Mitten T1a, T1b und T'2 der ersten und zweiten Targets 10a, 10b bzw. 111' jeweils auf der gleichen Linie, und eine erste zentrale Fläche C1 des Paares geneigte, zugewandte erste Targets 10a und 10b und die Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' sind in Nebeneinanderstellung angeordnet, so dass sie senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen.
Die zweite Filmbildungsposition L'2 ist auf der Linie positioniert, die die anderen Prozesskammern 9 und 9', die mit beiden lateralen Seiten der Vakuumkammer 2 verbunden sind, verbindet. Näher ausgeführt, wenn der Substrathalter 13 beim Halten des Substrats B an der zweiten Filmbildungsposition L'2 positioniert ist, ist die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B vor dem zweiten Target 110 angeordnet und die Fläche 110'a' ist parallel zu der Filmbildungszielfläche B' gewandt, und ein Abstand e'2 zwischen der Mitte T'2 der Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' und der Mitte der Filmbildungszielfläche B' wird gleich etwa 175 mm (e1 = 175 mm). Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der Abstand e'2 gleich ist wie der Abstand e1, aber nicht darauf begrenzt ist, kann der Abstand e'2 derart eingestellt sein, dass er sich von dem Abstand e1 unterscheidet.
Zweite Einleitungsrohre 6'' für nichtreaktives Gas sind in der Umgebung des Substrats B des zweiten Targets 110' vorgesehen, und dienen dazu, ein nichtreaktives Gas in die Umgebung der Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' aus der Sputter-Gasversorgungseinheit 6 einzuleiten.
Die Sputter-Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist wie oben angeführt ausgestaltet, und eine Arbeitsweise einer Dünnfilmbildung in der Sputter-Vorrichtung 1' wird nachstehend erläutert.
Zunächst wird, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, wenn eine Ausgangsschicht gebildet wird, das Substrat B auf dem Substrathalter 3 gehalten, und der Substrathalter 3 wird an der ersten Filmbildungsposition L1 (die Position des Substrats B und des Substrathalters 3, die durch eine durchgezogene Linie von 4 gezeigt ist), positioniert, und anschließend wird das Innere der Vakuumkammer 2 durch die Evakuierungseinheit 5 evakuiert. Danach wird ein Argon-Gas (Ar) in die Vakuumkammer 2 aus einem ersten Einleitungsrohr 6' für nichtreaktives Gas und die zweiten Einleitungsrohre 6'' für nichtreaktives Gas durch die Sputter-Gasversorgungseinheit 6 eingeleitet, und es wird ein vorgegebener Sputter-Betriebsdruck (etwa 0,4 Pa bei der vorliegenden Ausführungsform) eingestellt.
Danach wird, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, ein Dünnfilm auf dem Substrat B in der ersten Filmbildungseinheit P1 gebildet. Das heißt, die Ausgangsschicht des Dünnfilms wird auf dem Substrat B durch eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsschicht in einer Filmdicke von etwa 10 bis 20 nm gebildet.
Nachdem das Sputtern in der ersten Filmbildungseinheit P1 gestoppt worden ist, wird anschließend eine Bildung einer zweiten Schicht ausgeführt. Daraufhin wird der Substrathalter 3 von der ersten Filmbildungsposition L1 zu der zweiten Filmbildungsposition L'2 durch einen Bewegungsmechanismus bewegt, während er darauf das Substrat B mit der Ausgangsschicht, die auf seiner Filmbildungszielfläche B' gebildet worden ist, hält. Nachdem der Substrathalter 3 zu der zweiten Filmbildungsposition L'2 bewegt worden ist, beginnt das Sputtern zum Bilden der zweiten Schicht in der zweiten Filmbildungseinheit P'2. Da zu diesem Zeitpunkt eine Sputter-Bedingung, wie etwa ein Druck innerhalb der Vakuumkammer 2 nicht geändert werden muss, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, kann das Sputtern sofort gestartet werden, nachdem der Substrathalter 3 von der ersten Filmbildungsposition L1 zu der zweiten Filmbildungsposition L'2 bewegt worden ist.
In der zweiten Filmbildungseinheit P'2 wird eine Sputter-Leistung von der zweiten Sputter-Leistungsversorgung 4'b zu dem zweiten Target 110' zugeführt. Da zu diesem Zeitpunkt die Erzeugungseinheit 120' für das zweite gekrümmte Magnetfeld aus einem Permanentmagneten hergestellt ist, wird durch die zweite Erzeugungseinheit 120' für ein gekrümmtes Magnetfeld ein zweiter gekrümmter Magnetfeldraum W'2' auf der Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' gebildet.
Anschließend wird Plasma in dem zweiten gekrümmten Magnetfeldraum W'2' erzeugt, wodurch die Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' gesputtert wird und (zweite) gesputterte Partikel emittiert werden.
Dementsprechend haften die gesputterten Partikel (zweiten gesputterten Partikel), die von der Sputter-Fläche (Fläche) 110'a' des zweiten Targets 110' emittiert werden (aufgrund von Kollisionen ausgesto ßen werden) an dem Substrat B an, das derart angeordnet ist, dass es parallel zu der Fläche 110'a des zweiten Targets 110' an der zweiten Filmbildungsposition L'2 gewandt ist, so dass ein Dünnfilm (zweite Schicht des Dünnfilms) gebildet wird.
In diesem Fall ist die zweite Kathode 111' der zweiten Filmbildungseinheit P'2 eine Magnetronkathode 111' vom Parallelplattentyp, bei der die Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gewandt ist. In einer üblichen Magnetronkathode nimmt eine Stärke des Magnetfeldes an dem mittleren Abschnitt des Targets aufgrund einer Form eines Magnetfeldraumes (gekrümmten Magnetfeldraumes), der an der Seite der Targetfläche gebildet ist, ab, so dass es wahrscheinlich ist, dass Plasma oder geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, von einem solchen mittleren Abschnitt in einer senkrechten Richtung zu der Targetfläche freigegeben werden (entweichen). Aus diesem Grund können an der zweiten Filmbildungsposition P'2 der Einfluss des Plasmas und eine Menge der geladenen Partikel, die von der Magnetronkathode 111' vom Parallelplattentyp zu dem Substrat B fliegen, erhöht sein.
Jedoch ist, wie es oben beschrieben ist, die Magnetronkathode 111' vom Parallelplattentyp derart angeordnet, dass die Fläche 110'a' des zweiten Targets 110' parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gewandt ist. Aus diesem Grund ist die Menge der gesputterten Partikel, die das Substrat B (Filmbildungszielfläche B') nach dem Sputtern erreichen und von der Sputter-Fläche (Fläche) 110'a' emittiert werden, viel größer als die in dem Fall der Verwendung einer Targetanordnung (so genannte Anordnung vom V-Typ mit zugewandtem Target), bei der die Sputter-Fläche zu dem Substrat B geneigt ist. Infolgedessen ist eine Filmbildungsrate stark erhöht.
Dementsprechend wird in der zweiten Filmbildungseinheit P'2 die zweite Schicht auf der Ausgangsschicht mit einer Filmbildungsrate gebildet, die höher ist als die in dem Fall der Bildung der Ausgangsschicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die zweite Schicht mit einer Filmdicke von etwa 100 bis etwa 150 nm gebildet.
Wenn auf diese Weise die Ausgangsschicht (erste Schicht) und die zweite Schicht auf der Filmbildungszielfläche B' in einer Folge unter Verwendung der Kathoden 11a und 11b vom komplexen V-Typ bzw. der Magnetronkathode 111' vom Parallelplattentyp gebildet werden und wenn die gleiche Eingangsleistung an die ersten Targets 10a und 10b und das zweite Target 110' angelegt wird, kann die Filmbildungsrate der zweiten Schicht um bis zu etwa 80% bis 100% der Filmbildungsrate der ersten Schicht erhöht werden. Zusätzlich kann durch Erhöhen der Eingangsleistung zu der Magnetronkathode 111' vom Parallelplattentyp eine Filmbildungsrate dreifach oder mehr angehoben werden.
Gemäß der obigen Erläuterung ist es durch die Verwendung der Kathoden 11a und 11b vom komplexen V-Typ in der ersten Filmbildungseinheit P1 möglich, den Effekt des Einschließens des Plasmas, das aus ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W'1 entweicht, die auf den ersten Targetflächen (zugewandten Flächen) 10a' und 10b' gebildet werden, und der geladenen Partikel, die zu dem Substrat B hin freigegeben werden, wie bei der ersten Ausführungsform zu verbessern.
Auch wenn außerdem ein Stromwert, der in die Kathoden 11a und 11b vom komplexen V-Typ eingegeben wird, während des Sputterns erhöht wird, kann keine instabile elektrische Entladung aufgrund einer hohen Plasmakonzentration in einem zentralen Abschnitt auftreten. Somit kann das Plasma, das in den Umgebungen der Targetflächen 10a' und 10b' erzeugt wird, über eine lange Zeit stabil elektrisch entladen werden.
Da darüber hinaus die Magnetfeldstärke außerhalb der ersten gekrümmten Magnetfeldräume W1 und W1' (d. h. in dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum C1) höher ist als die in den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1', können das Plasma und die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, in dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 effektiver eingefangen werden.
Indem das Sputtern unter Verwendung der ersten Kathoden (Kathoden vom komplexen V-Typ) 11a und 11b, bei welchen ein Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 10a' und 10b' des Paares erste Targets 10a und 10b in der ersten Filmbildungseinheit P1 gebildet wird, derart eingestellt ist, dass er klein ist (θ1), auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, kann der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, die durch das Sputtern erzeugt werden, in einem ersten Zwischentargetraum K1 stark verbessert werden. Obwohl die Filmbildungsrate niedrig ist, kann somit die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B durchgeführt werden, so dass es möglich ist, die Ausgangsschicht (erste Schicht) mit einer vorbestimmten Dicke zu bilden.
Ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa einen Druck in der Vakuumkammer 2, zu ändern, was Zeit benötigt, wird ferner der Substrathalter 3 von der ersten Filmbildungsposition L1 der ersten Filmbildungseinheit P1 zu der zweiten Filmbildungsposition L'2 der zweiten Filmbildungseinheit P'2 überführt. Indem das Sputtern unter Verwendung der Magnetronkathode 111' vom Parallelplattentyp in der zweiten Filmbil dungseinheit P'2 durchgeführt wird, ist es möglich, obwohl der Einfluss des Plasmas oder der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die zu dem Substrat B hinfliegen, erhöht sein kann, die zweite Schicht in einer kurzen Zeitdauer zu bilden, indem die Filmbildungsrate erhöht wird.
Indem auf diese Weise die Ausgangsschicht auf dem Substrat B durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung in der ersten Filmbildungseinheit P1 gebildet wird, und die gebildete Ausgangsschicht als eine Schutzschicht verwendet wird, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, ist es möglich, die zweite Schicht in der zweiten Filmbildungseinheit P'2 zu bilden, während eine Beschädigung an dem Substrat B aufgrund der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, oder der Einfluss des Plasmas unterbunden werden. Darüber hinaus erfordert die Sputter-Bedingung, wie etwa der Druck in der Vakuumkammer 2, keine Änderung nach der Bildung der Ausgangsschicht, bis zur Bildung der zweiten Schicht, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, und der Substrathalter 3 muss nur von der ersten Filmbildungseinheit P1 zu der zweiten Filmbildungsposition P'2 überführt werden, so dass die Filmbildungszeit (die gesamte Filmbildungsprozesszeit) verkürzt werden kann. Insbesondere wenn Dünnfilme auf mehreren Substraten B aufeinander folgend gebildet werden (d. h. wenn eine Filmbildung durchgeführt wird), muss die Sputter-Bedingung, wie etwa der Druck in der Vakuumkammer, nicht für jedes Substrat B geändert werden, sondern die Substrate B müssen nur zu der ersten und zweiten Filmbildungseinheit durch den Substrathalter 3 in einer Folge überführt werden, während die Sputter-Bedingung gleich gehalten wird. Somit kann die Filmbildungszeit zum Verarbeiten der mehreren Substrate B stark verkürzt werden.
Infolgedessen kann eine Filmbildung an dem Substrat B, das eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, ausgeführt werden, und die Filmbildungsprozesszeit kann verringert werden, selbst wenn die mehreren Substrate B aufeinander folgend verarbeitet werden.
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 5 erläutert. Bei der dritten Ausführungsform sind die gleichen Bauteile wie jene, die bei der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen in 5 veranschaulicht, und eine Erläuterung von einigen der gleichen Bauteile wird weggelassen, aber Bauteile, die sich von der ersten und zweiten Ausführungsform unterscheiden, werden beschrieben.
Eine Sputter-Vorrichtung 1'' umfasst eine Vakuumkammer 2 mit einem Innenraum S; eine erste Filmbildungseinheit P1 und eine zweite Filmbildungseinheit P''2 zum Bilden eines Films auf einer Filmbildungszielfläche B eines Substrats B, das als ein Filmbildungszielobjekt dient; und einen Substrathalter 3, der in der Lage ist, sich innerhalb der Vakuumkammer 2 zumindest von einer ersten Filmbildungsposition L1, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der ersten Filmbildungseinheit P1 durchgeführt wird, zu einer zweiten Filmbildungsposition L''2 zu bewegen, an der eine Filmbildung auf dem Substrat B in der zweiten Filmbildungseinheit P''2 durchgeführt wird (wobei er sich in einer Richtung eines Pfeils A bewegt), während er das Substrat B darauf hält.
Ferner umfasst die Sputter-Vorrichtung 1'' eine erste Sputter-Leistungsversorgung 4a zum Zuführen einer Sputter-Leistung zu der ersten Filmbildungseinheit P1; eine zweite Sputter-Leistungsversorgung 4''b zum Zuführen einer Sputter-Leistung zu der zweiten Filmbildungsein heit P''2; eine Evakuierungseinheit 5 zum Evakuieren des Inneren (Innenraumes) S der Vakuumkammer 2; und eine Sputter-Gasversorgungseinheit 6 zum Zuführen eines Sputter-Gases in die Vakuumkammer 2. Außerdem kann die Vakuumkammer 2 mit einer Versorgungseinheit 7 für reaktives Gas zum Zuführen eines reaktiven Gases zu der Umgebung des Substrats B versehen sein.
Die Vakuumkammer 2 ist mit anderen Prozesskammern oder Ladeschleusenkammern 9 und 9' über Verbindungsdurchgänge (Substratüberführungsleitungsventile) 8 und 8' verbunden, die an beiden Enden der Vakuumkammer 2 an der Seite des Substrathalters 3 (untere Endseite der Zeichnung) vorgesehen sind.
Der Innenraum S der Vakuumkammer 2 umfasst einen ersten Filmbildungsbereich F1, in welchem die erste Filmbildungseinheit P1 eingebaut ist, und einen zweiten Filmbildungsbereich F2, in welchem die zweite Filmbildungseinheit P''2 eingebaut ist, wobei die erste Filmbildungseinheit P1 und die zweite Filmbildungseinheit P''2 in Nebeneinanderstellung angeordnet sind.
Die zweite Filmbildungseinheit P''2 umfasst eine zweite Kathode (einen zweiten Targethalter) 111''a (111''b) mit einem zweiten Target110''a (110''b) an jedem vorderen Ende. Die zweite Kathode 111''a (111''b) ist derart angeordnet, dass eine Fläche 110'a' (110''b') des zweiten Targets 110''a (110''b) parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B, das an der zweiten Filmbildungsposition L''2 positioniert ist, gewandt ist.
Wie die erste Kathode 11a umfasst die zweite Kathode (zweiter Targethalter) 111''a (111''b): das zweite Target 110''a (110''b), das an dem vorderen Endabschnitt der zweiten Kathode 111a (111''b) über eine Verstärkungsplatte 112''a (112''b) befestigt ist; und eine zweite Erzeugungseinheit 120''a (120''b) für ein gekrümmtes Magnetfeld, die an der hinteren Fläche der Verstärkungsplatte 112''a (112''b) angeordnet ist und an der Seite der zweiten Targetfläche 110''a' (110''b') vorgesehen ist. Ferner weist die zweite Erzeugungseinheit 120''a (120''b) für ein gekrümmtes Magnetfeld die gleiche Ausgestaltung wie die der zweiten Erzeugungseinheit 120a für ein gekrümmtes Magnetfeld bei der ersten Ausführungsform auf und bildet einen nach innen gekrümmten Magnetfeldraum an der Seite der zweiten Targetfläche 110''a' (110''b').
Außerdem kann bei der dritten Ausführungsform ein Paar Magnetronkathoden vom Parallelplattentyp ”doppelte Magnetronkathode” genannt werden, wenn sie in Nebeneinanderstellung angeordnet sind, so dass ihre Targetflächen auf der gleichen Ebene in der gleichen Richtung liegen, und Magnetronkathoden vom Parallelplattentyp sind an eine Wechselstromleistungsversorgung mit einer Phasendifferenz von etwa 180° angeschlossen, die später beschrieben wird.
Das zweite Target 110''a (110''b) bei der vorliegenden Ausführungsform ist aus ITO (Indiumzinnoxid) auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform hergestellt. Ferner ist das zweite Target 110''a (110''b) aus einem rechteckigen plattenförmigen Element mit einer Größe von etwa 125 mm (Breite) × 300 mm (Länge) × 5 mm (Dicke) gebildet. Zusätzlich ist das zweite Target 110''a (110''b) derart angeordnet, dass es parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gewandt ist (geringfügig zu dem Substrat B hin gewandt ist), wenn das Substrat B an der zweiten Filmbildungsposition L2 der zweiten Filmbildungseinheit P''2 in der Vakuumkammer 2 positioniert ist, und seine Fläche (zu sputternde Fläche) 110''a (110''b') ist von der Filmbildungszielfläche B' mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet.
Wie es oben beschrieben ist, weist die zweite Kathode 111''a (111''b) die gleiche Ausgestaltung wie die zweite Kathode 111a (111b) der zweiten Filmbildungseinheit P2 bei der ersten Ausführungsform mit Ausnahme einer zweiten Erzeugungseinheit 130a (130b) für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld auf, und wenn der Winkel θ2, der zwischen den zugewandten Flächen (Flächen) 110a' und 110b' gebildet ist, etwa 180° beträgt (jedoch weist jede der zweiten Erzeugungseinheiten für das gekrümmte Magnetfeld der zweiten Kathoden 111a und 111b die gleiche Ausgestaltung wie die der zweiten Erzeugungseinheit 120a für das gekrümmte Magnetfeld der ersten Ausführungsform auf). Ferner sind die erste Filmbildungseinheit P1 und die zweite Filmbildungseinheit P''2 in Nebeneinanderstellung innerhalb der Vakuumkammer 2 angeordnet. Genauer sind die erste Kathode 11a (11b) der ersten Filmbildungseinheit P1 und die zweite Kathode 111''a (111''b) der zweiten Filmbildungseinheit P''2 in Nebeneinanderstellung in einer Reihe in der Vakuumkammer 2 angeordnet. Genauer liegen die Mitten T1a, T1b, T''2a und T''2b der jeweiligen ersten und zweiten Targets 10a und 10b auf der gleichen Linie, und eine erste zentrale Fläche C1 des Paares geneigte, zugewandte, erste Targets 10a und 10b und die Flächen 110''a' und 110''b' der zweiten Targets 110''a und 110b sind in Nebeneinanderstellung derart angeordnet, dass sie senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen.
Die zweite Filmbildungsposition L''2 ist auf der Linie positioniert, die die anderen Prozesskammern 9 und 9' verbindet, die mit beiden lateralen Seiten der Vakuumkammer 2 verbunden sind. Näher ausgeführt, wenn der Substrathalter 3 zum Halten des Substrats B an der zweiten Filmbildungsposition L''2 positioniert ist, ist die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B zu einem zentralen Abschnitt der zweiten Targets 110''a und 110''b hin gewandt, die Flächen 110''a' und 110''b sind parallel zu der Filmbildungszielfläche B' gewandt; und ein kürzester Abstand e''2 zwischen der Mitte T''2a (T''2b) der Fläche 110'a' (110''b') des zweiten Targets 110''a (110''b) und einer erweiterten Fläche der Filmbildungszielfläche B' wird gleich etwa 175 mm (e1 = 175 mm).
Die zweite Sputter-Leistungsversorgung 4''b ist eine Wechselstromleistungsversorgung, die in der Lage ist, ein elektrisches Wechselfeld mit einer Phasendifferenz von etwa 180° an die zweite Kathode 111''a (111''b) anzulegen.
Zweite Einführungsrohre 6'' für nichtreaktives Gas sind in der Umgebung der Substrate B des zweiten Targets 110''a (110''b) vorgesehen und dienen dazu, ein nichtreaktives Gas in die Umgebung der Fläche 110''a' (110''b') des zweiten Targets 110''a (110''b) einzuleiten.
Die Sputter-Vorrichtung 1'' gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist wie oben angeführt ausgestaltet, und nachstehend wird eine Arbeitsweise einer Dünnfilmbildung in der Sputter-Vorrichtung 1'' erläutert.
Zunächst wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, wenn eine Ausgangsschicht gebildet wird, das Substrat B auf dem Substrathalter 3 gehalten, und der Substrathalter 3 wird an der ersten Filmbildungsposition L1 (die Position des Substrats B und des Substrathalters 3, die durch eine durchgezogene Linie von 5 gezeigt ist) positioniert. Anschließend wird das Innere der Vakuumkammer 2 durch die Evakuierungseinheit 5 evakuiert. Danach wird ein Argon-Gas (Ar) aus einem ersten und einem zweiten Einleitungsrohr 6' und 6'' für nichtreaktives Gas durch die Sputter-Gasversorgungseinheit 6 in die Vakuumkammer 2 eingeleitet, und es wird ein vorbestimmter Sputter-Betriebsdruck (0,4 Pa bei der vorliegenden Ausführungsform) eingestellt.
Danach wird, wie bei der ersten Ausführungsform, eine Dünnfilmbildung auf dem Substrat B in der ersten Filmbildungseinheit P1 durchgeführt. Das heißt, die Ausgangsschicht des Dünnfilms wird auf dem Substrat B durch eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsschicht mit einer Filmdicke von etwa 10 bis 20 nm gebildet.
Nachdem das Sputtern in der ersten Filmbildungseinheit P1 gestoppt worden ist, wird anschließend eine Bildung einer zweiten Schicht ausgeführt. Daraufhin wird der Substrathalter 3 durch einen Bewegungsmechanismus von der ersten Filmbildungsposition L1 zu der zweiten Filmbildungsposition L''2 bewegt, während darauf das Substrat B mit der Ausgangsschicht, die auf seiner Filmbildungszielfläche B' gebildet ist, gehalten ist. Nachdem der Substrathalter 3 zu der zweiten Filmbildungsposition L''2 bewegt worden ist, beginnt das Sputtern zum Bilden der zweiten Schicht in der zweiten Filmbildungseinheit P''2. Da zu diesem Zeitpunkt eine Sputter-Bedingung, wie etwa ein Druck innerhalb der Vakuumkammer 2 nicht geändert werden muss, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, kann das Sputtern sofort gestartet werden, nachdem der Substrathalter 3 von der ersten Filmbildungsposition L1 zu der zweiten Filmbildungsposition L''2 bewegt worden ist.
In der zweiten Filmbildungseinheit P''2 wird das elektrische Wechselfeld mit einer Phasendifferenz von 180° an die zweiten Kathoden 111''a (111''b) durch die zweite Sputter-Leistungsversorgung 4b angelegt.
Da zu diesem Zeitpunkt die zweite Erzeugungseinheit 120'' (120''b) für das gekrümmte Magnetfeld aus einem Permanentmagneten hergestellt ist, wird ein zweiter gekrümmter Magnetfeldraum (nach innen gekrümmter Magnetfeldraum) W''2' auf der Oberfläche 110''a' (110''b') des zweiten Targets 110''a (110''b) durch die zweite Erzeugungseinheit 120'' (120''b) für das gekrümmte Magnetfeld gebildet.
Anschließend wird Plasma in den zweiten gekrümmten Magnetfeldräumen W''2' erzeugt, wodurch die Flächen 110''a' und 110''b' des zweiten Targets 110''a und 110b gesputtert werden und (zweite) gesputterte Partikel emittiert werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird das elektrische Wechselfeld mit der Phasendifferenz von etwa 180° an die zweite Kathode 111''a (111''b) angelegt. Wenn somit ein negatives Potential an ein zweites Target 110''a (zweite Kathode 111''a) angelegt wird, wird ein positives Potential oder ein Erdpotential an das andere zweite Target 110''b (zweite Kathode 111''b) angelegt. Deshalb dient das andere zweite Target 110''b (zweite Kathode 111''b) als eine Anode, so dass das eine zweite Target 110''a (zweite Kathode 111''a), an die das negative Potential angelegt wird, gesputtert wird. Wenn ferner das negative Potential an das andere zweite Target 110''b angelegt wird, wird das positive Potential oder Erdpotential an das eine zweite Target 110''a angelegt. Deshalb dient das eine zweite Target 110''a als eine Anode, so dass das andere zweite Target 110''b gesputtert wird. Durch Umschalten der Potentiale, die an die Targets (Kathoden) abwechselnd angelegt werden, erfolgt auf diese Weise kein Aufbauen von Oxid und Nitrid auf der Targetfläche, und es kann über eine lange Zeit eine stabile elektrische Entladung ausgeführt werden.
Dementsprechend haften die gesputterten Partikel (zweiten gesputterten Partikel), die von der Sputter-Fläche (Fläche) 110''a' (110''b') des zweiten Targets 110''a (110''b) emittiert werden (aufgrund von Kollisionen ausgestoßen werden) an der Filmbildungszielfläche B' an, die derart angeordnet ist, dass sie parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Fläche 110''a' (110''b') des zweiten Targets 110''a (110''b) an der zweiten Filmbildungsposition L''2 gewandt ist, so dass ein Dünnfilm (zweite Schicht des Dünnfilms) gebildet wird.
Hier ist die Fläche 110''a' (110''b') des zweiten Targets 110''a (110''b) in der zweiten Filmbildungseinheit P''2 parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gewandt, auf die gleiche Weise wie die zweite Kathode 111' der zweiten Filmbildungseinheit P'2 bei der zweiten Ausführungsform. Obwohl der Einfluss des Plasmas und die Menge der geladenen Partikel, die zu dem Substrat B hin fliegen, an der zweiten Filmbildungsposition P''2 erhöht sein können, kann aus diesem Grund eine Filmbildungsrate ebenfalls stark erhöht sein, da die Menge der gesputterten Partikel, die das Substrat B (Filmbildungszielfläche B') erreichen, nachdem sie von der Sputter-Fläche (Fläche) 110''a' (110''b') gesputtert worden sind, viel größer ist als in dem Fall der Targets, deren Sputter-Flächen derart angeordnet sind, dass sie in Bezug auf das Substrat B geneigt sind.
Dementsprechend wird in der zweiten Filmbildungseinheit P''2 die zweite Schicht auf der Ausgangsschicht mit einer Filmbildungsrate gebildet, die höher ist als in dem Fall der Bildung der Ausgangsschicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die zweite Schicht mit einer Filmdicke von etwa 100 nm bis etwa 150 nm gebildet.
Wenn auf diese Weise die Ausgangsschicht (die erste Schicht) und die zweite Schicht in einer Folge auf der Filmbildungszielfläche B' unter Verwendung der Kathoden 11a und 11b vom komplexen V-Typ und der doppelten Magnetronkathoden 111''a bzw. 111''b gebildet werden, und falls die gleiche Eingangsleistung an die ersten Targets 10a und 10b und die zweiten Targets 110''a und 110''b angelegt wird, kann die Filmbildungsrate der Bildung der zweiten Schicht um bis zu etwa 40% bis 50% der Filmbildungsrate der Bildung der ersten Schicht erhöht werden. Zusätzlich kann durch Erhöhen der Eingangsleistung, die an die doppelten Magnetronkathoden 111''a und 111''b angelegt wird, eine Filmbildungsrate zweifach oder mehr angehoben werden.
Gemäß der obigen Erläuterung ist es durch die Verwendung der Kathoden 11a und 11b vom komplexen V-Typ in der ersten Filmbildungseinheit P1 bei der dritten Ausführungsform möglich, den Effekt des Einschließens des Plasmas, das aus den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W'1, die auf den ersten Targetflächen (zugewandten Flächen) 10a' und 10b' gebildet sind, entweicht, und der geladenen Partikel, die zu dem Substrat B hin freigegeben werden, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform zu verbessern.
Selbst wenn der Stromwert, der in die Kathoden 11a und 11b vom komplexen V-Typ eingegeben wird, während des Sputterns erhöht wird, kann darüber hinaus keine instabile elektrische Entladung aufgrund einer hohen Plasmakonzentration in dem zentralen Abschnitt auftreten. Somit kann das Plasma, das in den Umgebungen der Targetflächen 10a' und 10b' erzeugt wird, über eine lange Zeit stabil elektrisch entladen werden.
Da darüber hinaus die Magnetfeldstärke außerhalb der ersten gekrümmten Magnetfeldräume W1 und W1' (d. h. in dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1) höher ist als in den ersten gekrümmten Magnetfeldräumen W1 und W1', können das Plasma und die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, in dem ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 effektiver eingefangen werden.
Indem das Sputtern unter Verwendung der ersten Kathoden (Kathoden vom komplexen V-Typ) 11a und 11b durchgeführt wird, bei welchen ein Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 10a und 10b' des Paares erste Targets 10a und 10b in der ersten Filmbildungseinheit P1 gebildet ist, derart eingestellt ist, dass er klein ist (θ1), auf die gleiche Weise wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform, kann aus diesem Grund der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, die durch das Sputtern erzeugt werden, in einem ersten Zwischentargetraum K1 stark verbessert werden. Obwohl die Filmbildungsrate verringert ist, kann somit die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B durchgeführt werden, so dass es möglich ist, die Ausgangsschicht (erste Schicht) mit einer vorbestimmten Dicke zu bilden.
Ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa einen Druck in der Vakuumkammer 2, zu ändern, was zur Änderung Zeit benötigt, wird ferner der Substrathalter 3 von der ersten Filmbildungsposition L1 der ersten Filmbildungseinheit P1 zu der zweiten Filmbildungsposition L''2 der zweiten Filmbildungseinheit P''2 überführt. Indem das Sputtern unter Verwendung der doppelten Magnetronkathoden 111''a und 111''b in der zweiten Filmbildungseinheit P''2 durchgeführt wird, ist es dann möglich, obwohl der Einfluss des Plasmas oder der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die zu dem Substrat B hin fliegen, erhöht sein kann, die zweite Schicht in einer kurzen Zeitdauer zu bilden, indem die Filmbildungsrate erhöht wird.
Indem auf diese Weise die Ausgangsschicht auf dem Substrat B durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung in der ersten Filmbildungseinheit P1 gebildet wird, und die gebildete Ausgangsschicht als eine Schutzschicht verwendet wird, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, ist es möglich, die zweite Schicht in der zweiten Filmbildungseinheit P''2 zu bilden, während eine Beschädigung an dem Substrat B aufgrund der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, oder des Einflusses des Plasmas unterbunden wird. Außerdem erfordert die Sputter-Bedingung, wie etwa der Druck in der Kammer 2, nach der Bildung der Ausgangsschicht bis zur Bildung der zweiten Schicht keine Änderung, auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform, und der Substrathalter 3 muss nur von der ersten Filmbildungseinheit P1 zu der zweiten Filmbildungsposition P''2 überführt werden, so dass die Filmbildungszeit (gesamte Filmbildungsprozesszeit) verkürzt werden kann. Insbesondere wenn Dünnfilme auf mehreren Substraten B aufeinander folgend gebildet werden (d. h. wenn eine Filmbildung durchgeführt wird), muss die Sputter-Bedingung, wie etwa der Druck in der Vakuumkammer nicht für jedes Substrat B geändert werden, sondern die Substrate B müssen durch den Substrathalter 3 nur zu den ersten und zweiten Filmbildungseinheiten in einer Folge überführt werden, während die Sputter-Bedingung gleich gehalten wird. Somit kann die Filmbildungszeit zur Verarbeitung der mehreren Substrate B stark verkürzt werden.
Infolgedessen kann eine Filmbildung auf dem Substrat B, das eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, ausgeführt werden, und die Filmbildungsverarbeitungszeit kann verringert werden, selbst wenn die mehreren Substrate B aufeinander folgend verarbeitet werden.
Darüber hinaus sind das Sputter-Verfahren und die Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben erwähnten ersten bis dritten Ausführungsformen begrenzt, sondern können auf vielerlei Weisen abgewandelt werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Obwohl in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen eine erste Filmbildungseinheit P1 und eine zweite Filmbildungseinheit P2 (P'2, P''2) in dem ersten Filmbildungsbereich F1 bzw. dem zweiten Filmbildungsbereich F2 eingebaut sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Das heißt, eine Anzahl von ersten Filmbildungseinheiten P1 kann in Nebeneinanderstellung in dem ersten Filmbildungsbereich F1 angeordnet sein, wie es in 6 veranschaulicht ist, und mehrere zweite Filmbildungseinheiten P2 (P'2 oder P''2) können in Nebeneinanderstellung in dem zweiten Filmbildungsbereich F2 angeordnet sein, wie es in den 6 bis 8 veranschaulicht ist. Da auf diese Weise eine Mehrzahl von Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem ersten Filmbildungsbereich F1 oder dem zweiten Filmbildungsbereich F2 angeordnet ist, werden auf den Substraten B durch die Mehrzahl von Filmbildungseinheiten Dünnfilme gebildet. Deshalb kann ohne Erhöhen der Beschädigungen an dem Substrat B, die durch den Einfluss des Plasmas oder der geladenen Partikel hervorgerufen werden, die Filmbildungsrate erhöht werden. In diesem Fall wird der Substrathalter 3 zwischen den Targets (dem Paar Targets), die der Filmbildungszielfläche B' zugewandt sind, die auf dem Substrathalter 3 gehalten ist, bewegt, oder entlang eines Weges, der immer in eine Richtung der Targetflächen orientiert ist, die parallel zu der Filmbildungszielfläche B' gewandt sind, bewegt. Darüber hinaus ist die Mehrzahl von Filmbildungseinheiten voneinander mit einem vorbestimmten Abstand auf der Linie oder Kurve, die die anderen Prozesskammern 9 und 9' verbindet, angeordnet.
Wenn der Film auf dem Substrat B in dem ersten Filmbildungsbereich F1 oder dem zweiten Filmbildungsbereich F2 gebildet wird, in welchem die Mehrzahl von Filmbildungseinheiten angeordnet sind, kann außerdem das Sputtern (die Filmbildung) durchgeführt werden, während der Substrathalter 3, auf welchem ein längliches Substrat B montiert ist, derart, dass seine Längsrichtung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung A (Anordnungsrichtung der Filmbildungseinheiten) steht, oder derart, dass seine Längsrichtung mit der Bewegungsrichtung (Anordnungsrichtung der Filmbildungseinheiten) zusammenfällt, bewegt wird, wie es in 9 veranschaulicht ist. In diesem Fall kann das Sputtern durchgeführt werden, während der Substrathalter 3 bewegt wird, wie es oben angeführt wurde, oder wenn der Substrathalter 3 angehalten ist. Da auf diese Weise das Sputtern durch die Mehrzahl von Filmbildungseinheiten gleichzeitig durchgeführt wird, ist es möglich, die Filmbildungsrate zu erhöhen, ohne eine Beschädigung an dem Substrat B aufgrund des Plasmas oder der geladenen Partikel zu erhöhen, wodurch die Produktivität verbessert wird.
Ferner werden bei der ersten Ausführungsform die Kathoden 111a und 111b vom komplexen V-Typ in dem zweiten Filmbildungsbereich F2 (zweite Filmbildungseinheit P2) verwendet, aber die erste Ausführungsform ist nicht darauf begrenzt. Solange die Filmbildung mit einer Filmbildungsrate ausgeführt wird, die höher ist als in dem ersten Filmbildungsbereich F1, kann es möglich sein, einfache Magnetronkathoden zu verwenden, die die Erzeugungseinheit 130a (130b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld nicht aufweisen und einander zugewandt in einer V-Form angeordnet sind. Mit anderen Worten, da die Ausgangsschicht auf dem Substrat B durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung in dem ersten Filmbildungsbereich F1 durchgeführt wird, dient die Ausgangsschicht als eine Schutzschicht, selbst wenn der Einfluss des Plasmas oder die Menge der geladenen Partikel während der Filmbildung in dem zweiten Filmbildungsbereich F2 zunimmt, so dass die Beschädigung an dem Substrat B unterbunden wird. Aus diesem Grund kann, selbst wenn das Substrat B die Tendenz hat, gegenüber Plasma oder die geladenen Partikel anfällig zu sein, die Produktivität während der Filmbildung in dem zweiten Filmbildungsbereich F2 erhöht werden, so dass die Filmbildungsrate ungeachtet des Einflusses des Plasmas oder der geladenen Partikel auf das Substrat B erhöht werden kann.
Hinsichtlich der Anlageleistung an die Kathoden 10a und 10b der ersten Filmbildungseinheit P1 in dem ersten Filmbildungsbereich F1 bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen kann es ferner möglich sein, eine Wechselstromleistungsversorgung, insbesondere eine Wechselstromleistungsversorgung 4'a, wie sie in 10 gezeigt ist, zu verwenden, die in der Lage ist, elektrische Wechselfelder mit einer Phasendifferenz von etwa 180° an das Paar Targets (Kathoden) anzulegen, die in der zweiten Filmbildungseinheit P''2 bei der dritten Ausführungsform verwendet werden.
In dem Fall, dass der Dünnfilm aus einem dielektrischen Material, wie etwa Oxid oder Nitrid hergestellt wird (zur Verwendung als z. B. ein Dichtfilm oder ein Schutzfilm für eine organische EL-Einrichtung), wird ein Verfahren verwendet, bei dem die reaktiven Gase (O₂, N₂ und dergleichen) zu dem Substrat B hin, aus Einleitungsrohren 7' für reaktives Gas eingeleitet werden, die in der Umgebung des Substrats B (oder zwischen den Targets 10a und 10b) vorgesehen sind, und die gesputterten Partikel, die von den Targets 10a und dem 10b fliegen, und die reaktiven Gase reagieren miteinander, und somit wird ein Dünnfilm, der aus einer Verbindung, wie etwa Oxid-Nitrid, hergestellt ist, auf dem Substrat B gebildet. Bei diesem reaktiven Sputtern wird die Fläche 10a' (10b') des Targets 10a (10b) oxidiert, und Reaktionsprodukte, wie etwa das Oxid und das Nitrid haften an nicht erodierten Bereichen der Schutzplatte, einer Erdabschirmung und dem Target 10a (10b) an, wodurch häufig eine abnormale Lichtbogenentladung auftritt, und es kann keine stabile elektrische Entladung erhalten werden. Darüber hinaus wird eine Qualität des Films, der auf dem Substrat B abgeschieden wird, verschlechtert. Selbst in dem Fall des Bildens eines ITO-Films, der als ein transparenter leitfähiger Film dient, unter Verwendung eines ITO-Targets, wird darüber hinaus das Sputtern ausgeführt, indem eine kleine Menge an O₂-Gas eingeleitet wird, um eine hohe Qualität eines ITO-Films zu bilden. Selbst in diesem Fall tritt das oben erwähnte Phänomen auf, wenn die Filmbildung über eine lange Zeit durchgeführt wird.
Man kann davon ausgehen, dass als eine Ursache einer solchen abnormalen Lichtbogenladung die Targetfläche 10a' (10b') aufgrund des Oxids oder des Nitrids aufgeladen wird und eine Kammerwand, die Schutzplatte und die Erdabschirmung, die als eine Anode bezüglich des Targets 10a (10b) dienen, mit dem Oxid oder dem Nitrid bedeckt werden, wodurch die größere Anoden klein oder ungeichmäßig wird.
Durch Anwenden der oben beschriebenen Ausgestaltung zum Lösen solcher Probleme, wenn das negative Potential an ein Target 10'a angelegt wird, wird das positive Potential oder das Erdpotential an das andere Target 10b angelegt. Deshalb dient das andere Target 10b als eine Anode, so dass das eine Target 10a, an das das negative Potential angelegt wird, gesputtert wird. Wenn ferner das negative Potential an das andere Target 10b angelegt wird, wird das positive Potential oder das Erdpotential an das eine Target 10a angelegt. Deshalb dient das eine Target 10a als eine Anode, so dass das andere Target 10b gesputtert wird. Auf diese Weise tritt durch abwechselndes Umschalten der Potentiale, die an die Targets (Kathoden) angelegt werden sollen, kein Aufbauen von Oxid und Nitrid auf der Targetfläche auf, und es kann eine stabile elektrische Entladung über eine lange Zeit ausgeführt werden.
Beispielsweise in einem Fall, dass der transparente leitfähige Film unter Verwendung des ITO-Targets gebildet werden soll, wird zum Bilden eines qualitativ hochwertigen Films mit einem niedrigen Widerstand (spezifischer Widerstand von etwa 6 × 10^–4 Ω·cm oder weniger ohne Erwärmen des Substrats) und einem hohen Transmissionsvermögen (etwa 85% oder mehr bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm), ein O₂-Gas in einem Bereich von etwa 2 cm³ bis etwa 5 cm³ in Bezug auf ein Ar-Gas von etwa 50 cm³ eingeleitet. Trotz einer lang dauernden elektrischen Entladung durch abwechselndes Umschalten der Potentiale, die an das Paar Targets 10a und 10b durch die Wechselstromleistungsquelle angelegt werden sollen, tritt in diesem Fall das Aufbauen, das durch Oxidation hervorgerufen wird, auf den Targetflächen 10a' und 10b' nicht auf. Indem zugelassen wird, dass die Targets 210a und 210b umgekehrt als die Kathode und die Anode dienen, kann ferner die stabile elektrische Entladung ausgeführt werden.
Als ein anderes Beispiel wird ferner ein reaktives Sputtern unter Verwendung eines Si-Targets und Einleiten eines O₂-Gases, das als ein reaktives Gas zum Bilden eines SiOx-Films als ein Dichtfilm oder Schutzfilm für die organische EL-Einrichtung dient, durchgeführt. In diesem Fall tritt die abnormale Lichtbogenentladung in einem reaktiven Gleichstrom-Sputtern unter Verwendung einer herkömmlichen Gleich stromleistungsversorgung häufiger auf als in einem Fall des Bildens des ITO-Films. Durch Anschließen an die Wechselstromleistungsversorgung tritt jedoch das Aufbauen, der durch Oxidation hervorgerufen wird, auf den Targetflächen 10a' und 10b' nicht auf, auf die gleiche Weise wie in einem Fall, in dem der ITO-Film gebildet wird, und die stabile elektrische Entladung kann über eine lange Zeit ausgeführt werden.
Darüber hinaus kann bei der ersten Ausführungsform die Leistung an die Kathoden 110a und 110b der zweiten Filmbildungseinheit P2 in dem zweiten Filmbildungsbereich von der Wechselstromleistungsversorgung 4'a angelegt werden, die in der Lage ist, die elektrischen Wechselfelder mit der Phasendifferenz von etwa 180° an das Paar Targets 110a bzw. 110b auf die gleiche Weise wie oben angeführt anzulegen. Auf eine solche Weise können die gleichen Effekte, wie sie oben angeführt wurden, in dem zweiten Filmbildungsbereich F2 erhalten werden.
Bei der ersten Ausführungsform brauch das Paar Targets 10a und 10b (110a und 110b) der ersten oder zweiten Filmbildungseinheit P1 (P2) in dem ersten oder zweiten Filmbildungsbereich F1 (F2) außerdem nicht aus dem gleichen Material hergestellt sein. Daher kann beispielsweise ein Target 10a (110a) aus Al hergestellt sein, und das andere Target 10b (110b) kann aus Li hergestellt sein. Indem unterschiedliche Materialien für diese verwendet werden, wird ein Verbindungsfilm (in diesem Fall ein Li-Al-Film) auf dem Substrat B gebildet. Indem jedes der Targets 10a und 10b (110a und 110b) an jede Leistungsversorgung angeschlossen ist, um eine Eingangsleistung dorthin separat zu steuern, kann zusätzlich ein Filmzusammensetzungsverhältnis des Verbindungsfilms verändert werden.
Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Substrat B an der ersten Filmbildungsposition L1 oder an der zweiten Filmbildungsposition L2 befestigt, wenn die Filmbildung ausgeführt wird, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Das heißt, in einem Fall, dass ein Filmbildungsgebiet auf der Filmbildungszielfläche B des Substrats B größer ist als ein durch einen Film bildbares Gebiet durch die Sputter-Vorrichtung, oder um einen Film mit einer gleichmäßigen Dickenverteilung zu bilden, kann es möglich sein, die Filmbildung durchzuführen, während die Filmbildungszielfläche B' entlang einer Linie T-T (in einer Richtung des Pfeils A) bewegt wird, wie es in 11A veranschaulicht ist. Mit dieser Ausgestaltung kann ein gleichmäßiger Film auf dem länglichen Substrat B gebildet werden. Wenn darüber hinaus die Filmbildungszielfläche B' einen Umlaufmittelpunkt p an einer vorbestimmten Position auf einer zentralen Linie P senkrecht zu der Mitte der Linie T-T aufweist und parallel zu der Linie T-T gewandt ist, wie es in 11B veranschaulicht ist, kann die Filmbildungszielfläche B' derart ausgestaltet sein, dass sie sich entlang eines Umlauforbits (in einer Richtung des Pfeils α) bewegt, der einen kürzesten Abstand e zwischen der Mitte der Filmbildungszielfläche B' und der Mitte der Linie T-T aufweist. Auch mit dieser Ausgestaltung kann ein gleichmäßiger Film auf dem länglichen Substrat B gebildet werden. Abgesehen davon kann die Filmbildungszielfläche B' in einer Einwegrichtung oder einer hin- und hergehenden Richtung (oder einer Schüttelrichtung) (in Richtungen der Pfeile A und α) bewegt werden.
Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der 12 bis 22 erläutert.
Wie es in den 12 und 13 veranschaulicht ist, ist eine Sputter-Vorrichtung 1 mit Targethaltern 211a und 211b zum Befestigen und Halten eines Paares Targets 210a und 210b, während ihre Rich tungsänderungen zugelassen werden, einer Vakuumkammer 202, einer Sputter-Leistungsversorgung 203, einem Substrathalter 204, einer Evakuierungseinheit 205 und einer Gasversorgungseinheit 206 versehen. Ferner ist die Vakuumkammer 202 mit Ladeschleusenkammern oder anderen Verarbeitungskammern 208 über Verbindungsdurchgänge (Substratüberführungsleitungsventile) 207 an beiden Enden auf der Seite des Substrathalters 204 (untere Endseite von 12) verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein jedes von dem Paar Targets 210a und 210b aus ITO (Indiumzinnoxid) hergestellt. Ein jedes der Targets 210a und 210b ist aus einem rechteckigen plattenförmigen Element mit einer Größe von etwa 125 mm (Breite) × 300 mm (Länge) × 5 mm (Dicke) gebildet. Zusätzlich sind die Targets 210a und 210b derart angeordnet, dass sie einander in der Vakuumkammer 202 zugewandt sind, und die zugewandten Flächen (zu sputternden Flächen) 210a' und 210b' sind mit einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet (hier ist ein Abstand d zwischen den Mitten Ta und Tb der zugewandten Flächen 210a' und 210b' auf etwa 160 mm eingestellt).
Der Targethalter 211a (211b) wird dazu verwendet, das Target 210a (210b) über eine Verstärkungsplatte 212a (212b) dazwischen zu befestigen und zu halten, und ist mit einer Targethalterrotationseinheit 209 in der Vakuumkammer 202 angeordnet (siehe 16A), so dass die Richtung der zugewandten Fläche 210a' (210b') des Targets 210a (210b) zu dem Substrathalter 4 hin geändert werden kann.
Im Besonderen ist der Targethalter 211a (211b) in der Vakuumkammer 202 derart angeordnet, dass eine Richtung der zugewandten Fläche 210a' (210b') eines Targets 210a (210b), das an dem Targethalter 211a (211b) parallel zu der zugewandten Fläche 210b' (210a') des anderen Targets 210b (210a) befestigt und gehalten ist, in Bezug auf die Mitte Ta (Tb) der zugewandten Fläche 210a' (210b') oder die Umgebung der Mitte Ta (Tb) als ein Drehzentrum durch die Targethalterrotationseinheit 209, die damit verbunden ist (siehe 16A), geändert (gedreht) werden kann, so dass es zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B, das an dem Substrathalter 204 befestigt ist, hin orientiert ist. Ferner kann bei der vorliegenden Ausführungsform der Targethalter 211a (211b) in einer Rückwärtsrichtung (von dem Substrat B zu der zugewandten Fläche 210b') gedreht werden.
Mit anderen Worten ist das Paar Targets 210a und 210b derart in die Vakuumkammer 202 eingebaut, dass deren Richtung geändert werden kann, während sie miteinander so verbunden sind, dass ein Winkel O zwischen beiden zugewandten Flächen 210a' und 210b' gebildet wird, genauer wird ein Winkel θ, der zwischen Flächen gebildet wird, die sich von den beiden zugewandten Flächen 210a' und 210b' erstrecken, gleich oder größer als etwa 0° aber kleiner als etwa 180°. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' gebildet wird, 0° beträgt, liegen ferner die zugewandten Flächen 210a' und 210b' parallel zueinander; wenn der Winkel O zunimmt, werden die Richtungen der zugewandten Flächen 210a' und 210b' derart geändert, dass sie stärker zu dem Substrat B hin orientiert sind; und wenn der Winkel abnimmt, werden die Richtungen der zugewandten Flächen 210a' und 210b' derart geändert, dass sie stärker parallel zueinander werden.
An einer äußeren Fläche (einer Fläche entgegengesetzt zu der Fläche, an der das Target 210a (210b) befestigt ist) der Verstärkungsplatte 212a (212b) zum Befestigen des Targets 210a (210b) ist eine Erzeugungs einheit 220a (220b) für ein gekrümmtes Magnetfeld vorgesehen. Die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld erzeugt (bildet) einen Magnetfeldraum mit bogenförmigen Magnetkraftlinien (gekrümmte Magnetfeldräume: siehe Pfeile W und W' der 12 und 13) in der Umgebung der zugewandten Fläche des Targets 210a (210b). Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sie aus Permanentmagneten hergestellt.
Die Erzeugungseinheit (Permanentmagnet) 220a (220b) für das gekrümmte Magnetfeld ist aus einer ferromagnetischen Substanz, wie etwa einem Magneten auf Ferrit-Basis oder Neodym-Basis (z. B. Neodym, Eisen, Bor oder dergleichen) oder einem Magneten auf Samarium-Kobalt-Basis hergestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sie aus Magneten auf Ferrit-Basis hergestellt. Wie es in 14 veranschaulicht ist, weist die Erzeugungseinheit 220a (220b) für das gekrümmte Magnetfeld ferner eine Ausgestaltung auf, bei der ein rahmenförmiger Magnet 221a (221b) und ein zentraler Magnet 222a (222b) mit einem Magnetpol entgegengesetzt zu dem des rahmenförmigen Magneten 221a (221b) an einem Joch 223a (223b) angeordnet sind. Genauer ist die erste Erzeugungseinheit 220a (220b) für das gekrümmte Magnetfeld derart ausgestaltet, dass der rahmenförmige Magnet 221a (221b) und der zentrale Magnet 222a (222b) an dem Joch 223a (223b) befestigt sind. Der rahmenförmige Magnet 221a (221b) weist von vorne betrachtet die Form eines rechteckigen Rahmens auf; der zentrale Magnet 222a (222b) weist von vorne betrachtet eine rechteckige Form auf, und ist in der Mitte einer Öffnung des rahmenförmigen Magneten 221a (221b) angeordnet; und das Joch 223a (223b) weist die gleiche Außenumfangsform wie der rahmenförmige Magnet 22la (221b) auf und weist von vorne betrachtet eine Plattenform mit einer bestimmten Dicke auf (siehe 14B und 14C).
Eine Erzeugungseinheit 220a für ein gekrümmtes Magnetfeld ist an einer Außenfläche der Verstärkungsplatte 212a derart angeordnet, dass der rahmenförmige Magnet 221a einen N (S) Pol an seitlichen Endabschnitten der Verstärkungsplatte 212a (d. h. an den seitlichen Endabschnitten des Jochs 223a) aufweist, während der zentrale Magnet 222a einen S (N) Pol aufweist. Die andere Erzeugungseinheit 220b für das gekrümmte Magnetfeld ist an einer Außenfläche der Verstärkungsplatte 212b derart angeordnet, dass der rahmenförmige Magnet 221b einen S (N) Pol an seitlichen Endabschnitten der Verstärkungsplatte 212b (d. h. an den seitlichen Endabschnitten des Jochs 223b) aufweist, und der zentrale Magnet 222b weist einen N (S) Pol auf. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird ein gekrümmter Magnetfeldraum W mit Magnetkraftlinien, die von einem Außenumfangsabschnitt der Fläche (zugewandte Fläche 210a') des einen Targets 210a zu einem zentralen Abschnitt davon orientiert sind, in einer Bogenform an einem Target 210a gebildet, wohingegen ein gekrümmter Magnetfeldraum B' mit Magnetkraftlinien, die von einem zentralen Abschnitt der Fläche (zugewandte Fläche 210b') des anderen Targets 210b zu einem Außenumfangsabschnitt davon in einer Bogenform orientiert sind, an dem anderen Target 210b gebildet wird.
Eine Erzeugungseinheit 230a (230b) für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld ist an einem vorderen Endabschnitt des Targethalters 211a (211b) angeordnet, so dass sie sich an seinen Außenumfang anpasst. Wie die Erzeugungseinheiten 220a und 220b für das gekrümmte Magnetfeld ist eine jede der Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld aus einem Permanentmagneten hergestellt und in der Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres gebildet, das sich an den Außenumfang der Targethalter 211a und 211b anpasst (daran befestigt werden kann), wie es in 15D dargestellt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine jede der Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld, die aus einer Substanz auf Neodymbasis, wie etwa einem Neodym-Eisen-Bor-Magneten, hergestellt ist, von vorne betrachtet in der Form eines rechteckigen Rahmens gebildet und ist in der Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres mit einer Umfangswand gebildet, deren Dicke in Richtung von vorne nach hinten gleichmäßig ist (siehe 15B und 15C). Die Umfangswand, die die Erzeugungseinheit 230a (230b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld bildet, ist derart ausgestaltet, dass ihre Dicke an der Deckenwand 231 am dünnsten ist; an Seitenwänden 232 dicker ist; und an der Bodenwand 233, die auf der Seite des Substrats B positioniert ist, am dicksten ist, wenn sie an dem Targethalter 211a (211b) befestigt ist, wie es nachstehend beschrieben ist, und ist die größte. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die Erzeugungseinheit 230a (230b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld in der Form eines quadratischen (rechteckigen) Rohres gebildet ist, kann sie ferner in einer zylindrischen Form oder dergleichen gebildet sein, solange sie so ausgestaltet ist, dass sie die Targets 210a und 210b umgibt.
Die Dicke der Umfangswand ist derart eingestellt, dass zugelassen wird, dass die Stärke des Magnetfelds an den Mittelpunkten der jeweiligen Targets 210a und 210b konstant ist, wenn eine Ausgangsschicht eines Dünnfilms auf der Filmbildungszielfläche B des Substrats B gebildet wird, was nachstehend beschrieben wird. Daher variiert ein Unterschied in der Dicke in Abhängigkeit von einem Winkel θ1, der zwischen den beiden zugewandten Flächen 210a' und 210b' gebildet wird, wenn die Ausgangsschicht auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gebildet wird. Wenn der Winkel θ1 während der Bildung der Ausgangsschicht zunimmt, kann aus diesem Grund die Dicke der Seitenwände 232 allmählich von der Deckenwand 231 zu der Bodenwand 233 hin zunehmen (siehe gepunktete Linien in 15A).
Darüber hinaus ist die Erzeugungseinheit 230a (230b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld an dem Außenumfang der Endabschnitte des Targethalters 211a (211b) derart befestigt, dass die Polarität ihres vorderen Endes gleich ist wie die des rahmenförmigen Magneten 221a (221b) der Erzeugungseinheit 220a (220b) für das gekrümmte Magnetfeld (siehe 15D). Mit dieser Anordnung wird ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum gebildet, der einen Zwischentargetraum K umgibt, der zwischen den Targets 210a und 210b gebildet ist, und der Magnetkraftlinien aufweist, die von dem einen Target 210a zu dem anderen Target 210b orientiert sind, (siehe Pfeile t von 12 und 13).
Die Targethalterrotationseinheit 209 ist ausgestaltet, um den Targethalter 211a (11b) zu drehen, indem sie mit einer Welleneinheit 291 in Eingriff steht, die mit einem Endabschnitt des Targethalters 211a (211b) verbunden ist, wie es in 16A veranschaulicht ist. Die Welleneinheit 291 ist vorgesehen, um die Vakuumkammerwand 202' luftdicht über ein Lagerelement 294 zu durchdringen, das darin ein Dichtelement 292 und Lager 293 umfasst, so dass sie mit Bezug auf eine Achse M gedreht werden kann (in einer Richtung des Pfeils α in 16A), welche durch die Mitte Ta (Tb) des Targets 210a (210b) verläuft, der an dem Targethalter 211a (211b) montiert ist, oder einer Mitte M des Targethalters 211a (211b), die in der Umgebung der Mitte Ta (Tb) positioniert ist, als ein Drehzentrum. Mit dem anderen Endabschnitt der Vakuumkammer 202 in der Welleneinheit 291 ist über einen Steuerriemen 296 ein Motor 295 verbunden, der in der Targethalterrotationseinheit 209 enthalten ist und den Targethalter 211a (211b) um die Achse M rotiert. Ferner ist an einem äußeren Endabschnitt der Welleneinheit 291 ein Winkelsensor 297 zum Detektieren eines Drehwinkels der Welleneinheit 291 vorgesehen.
Außerdem ist bei der vorliegenden Ausführungsform jede Targethalterrotationseinheit 209 mit den jeweiligen Targethaltern 211a und 211b verbunden. Das heißt, jeder Targethalter 211a (211b) wird von jeder Targethalterrotationseinheit 209 (Motor 295) rotatorisch angetrieben, aber eine Ausgestaltung davon ist nicht darauf begrenzt, so kann ein Paar Targethalter 211a und 211b durch eine Targethalterrotationseinheit 209 (Motor 295) rotatorisch angetrieben werden. Übrigens sind bei der vorliegenden Ausführungsform einige Bauteile der Targethalterrotationseinheit 209, wie etwa der Motor 295, der Steuerriemen 296, der Winkelsensor 297 und dergleichen, an der Außenseite der Vakuumkammer 202 angeordnet, aber alle Bauteile der Targethalterrotationseinheit 209 können in der Vakuumkammer 202 angeordnet sein. Mit der Ausgestaltung, dass die Achsen M der Targethalter 211a und 211b bewegt werden können, während sie parallel zueinander liegen (siehe ein Pfeil in 16B), ist es ferner möglich, den Abstand d zwischen den Targetmitten und einen Abstand e zwischen einer Linie, die die Mitten Ta und Tb der jeweiligen Targets 210a und 210b (nachstehend der Einfachheit halber als Linie T-T bezeichnet) und das Substrat verbindet, gemäß einer Filmbildungsbedingung geeignet zu andern.
Außerdem kann, wie es in den 17A und 17B veranschaulicht ist, indem ein unterer Abschnitt der Welleneinheit 291 der Targethalter 11a und 11b mit einer Endseite eines Arms 298 in einer Richtung senkrecht zu der Mitte der Welleneinheit 291 verbunden ist, und indem ein Zylinder oder dergleichen (bei der vorliegenden Ausführungsform ein Luftzylinder G) in Verbindung mit der anderen Endseite des Arms 298 hin- und herbewegt wird, der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b gebildet wird, verändert werden. In diesem Fall kann es möglich sein, die Targethalter 211a und 211b mit jeweiligen Luftzylindern G zu verbinden, wie es in 17A veranschaulicht ist, oder es kann möglich sein, das Paar Targethalter 211a und 211b derart zu verknüpfen, dass es in Verbindung mit nur einem Luftzylinder G angetrieben wird, wie es in 17B veranschaulicht ist. Indem der Luftzylinder G auf diese Weise verwendet wird, können die Kosten stärker verringert werden als im Vergleich mit einem Fall der Verwendung des Motors 295.
Die Sputter-Leistungsquelle 203 ist in der Lage, eine konstante Gleichstromleistung oder einen konstanten Gleichstrom anzulegen, und sie führt Sputter-Leistung zu, während die Vakuumkammer 202 auf einem Massepotential (Erdpotential) als eine Anode dient und das Target 210a (210b) als eine Kathode dient. Obwohl die Sputter-Leistungsquelle 203 bei der vorliegenden Ausführungsform in der Lage ist, konstante Gleichstromleistung oder konstanten Gleichstrom anzulegen, ist sie außerdem nicht darauf begrenzt. Das heißt, die Sputter-Leistungsversorgung 3 kann abhängig von dem Material des Targets 210a (210b) und der Art des zu bildenden Dünnfilms (z. B. ein Metallfilm, ein Legierungsfilm, ein Verbindungsfilm und dergleichen) geeignet geändert werden. Es kann möglich sein, eine Wechselstromleistungsversorgung, eine HF-Leistungsversorgung, eine MF-Leistungsversorgung, eine Gleichstromleistungsversorgung vom Pulstyp zu verwenden, oder es kann auch möglich sein, eine Kombination aus der Gleichstromleistungsversorgung mit der HF-Leistungsversorgung zu verwenden. Außerdem kann auch eine Gleichstromleistungsversorgung oder eine HF-Leistungsversorgung an jeden Targethalter 211a (211b) angeschlossen sein.
Der Substrathalter 204 hält darauf das Substrat B und ist derart angeordnet, dass die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B dem Raum (Zwischentargetraum) K zugewandt ist, der zwischen den beiden zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b gebil det ist. Zusätzlich ist der kürzeste Abstand e zwischen der Mitte der Filmbildungszielfläche B' und der geraden Linie (Linie T-T), die die Mitten Ta und Tb der beiden zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b verbindet, bei der vorliegenden Ausführungsform derart eingestellt, dass er gleich etwa 175 mm ist.
Die Vakuumkammer 202 ist mit der Evakuierungseinheit 205 und der Gasversorgungseinheit 206 zum Zuführen eines elektrischen Entladungsgases verbunden. Die Gasversorgungseinheit 206 umfasst Einleitungsrohre 206 für nichtreaktives Gas zum Zuführen eines nichtreaktiven Gases (eines Argon-Gases (Ar) bei der vorliegenden Ausführungsform) in die Umgebung des Targets 210a (210b).
Außerdem kann es in der Umgebung des Substrats B möglich sein, Einleitungsrohre Q für reaktives Gas zum Einleiten eines reaktiven Gases, wie etwa O₂, N₂ oder dergleichen, aus einer Versorgungseinheit für reaktives Gas (nicht veranschaulicht) zu der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B hin vorzusehen, um einen Dünnfilm aus einem Dielektrikum, wie etwa Oxid oder Nitrid, herzustellen.
Das Substrat B ist ein Filmbildungszielobjekt mit der Filmbildungszielfläche B', auf der ein Dünnfilm gebildet werden soll. Bei der vorliegenden Ausführungsform steht eine Beziehung zwischen der Größe des Substrats B und der Größe der Targets 210a und 210b zur Verwendung bei dem Sputtern im Allgemeinen mit dem erforderlichen Grad an Filmdickenverteilungsgleichmäßigkeit innerhalb der Substratfläche (Filmbildungszielfläche) B' in Beziehung. Wenn die Filmdickengleichmäßigkeitsverteilung innerhalb von etwa ±10% liegt, wird eine Beziehung zwischen einer Substratbreite S_w (mm) des Substrats B, die einer Länge der Targets 210a und 210b in einer Längsrichtung davon entspricht, und einer Größe in Längsrichtung T_L (mm) der Targets 210a und 210b, die einer Länge des Substrats B in einer Breitenrichtung davon entspricht, als S_w ≤ T_L × 0,6 ~ 0,7 dargestellt. Dementsprechend kann in der Sputter-Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da die rechteckigen Targets mit jeweils einer Größe von 125 mm (Breite) × 300 mm (Länge) × 5 mm (Dicke) verwendet werden, die Filmbildung auf dem Substrat B mit einer Substratbreite S_w von etwa 200 mm abgeleitet aus der oben erwähnten Beziehung ausgeführt werden. Zusätzlich weist die Sputter-Vorrichtung 1 eine Ausgestaltung auf, bei der die Filmbildung ausgeführt wird, während das Substrat in der Vorrichtung überführt wird (d. h. das Sputtern wird durchgeführt, während das Substrat B in der Links-Rechts-Richtung von 12 überführt wird), so dass die Vorrichtung die Filmbildung auf einem Substrat mit einer Länge gleich oder größer als die Breite davon selbst dann durchführen kann, wenn die Länge des Substrats B durch die Größe der Vorrichtung begrenzt ist. Es ist beispielsweise bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Filmbildung auf dem Substrat B mit einer Größe von etwa 200 mm (Breite) × 200 mm (Länge), 200 mm (Breite) × 250 mm (Länge) oder 200 mm (Breite) × 300 mm (Länge) in dem Bereich einer Filmdickenverteilung von etwa ±10% durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt kann das Substrat B, wie etwa eine organische EL-Einrichtung oder ein organischer Dünnfilmhalbleiter, das eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, als das Substrat mit der Filmbildungszielfläche B', auf der der Dünnfilm durch das Sputtern gebildet werden soll, verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht zusätzlich die Breite des Substrats B einer Länge entlang der Längsrichtung der Targets 210a und 210b, während die Länge des Substrats B einer Länge entlang einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Targets 210a und 210b (Links-Rechts-Richtung von 12) entspricht.
Außerdem kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein Substrat, wie etwa eine organische EL-Einrichtung oder ein organischer Halbleiter, der eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, als das Substrat B mit der Filmbildungszielfläche B', auf der der Dünnfilm durch Sputtern gebildet werden soll, verwendet werden.
Die Sputter-Vorrichtung 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist wie oben angeführt ausgestaltet, und nachstehend wird eine Arbeitsweise der Dünnfilmbildung in der Sputter-Vorrichtung 201 beschrieben.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform eine Dünnfilmbildung auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B ausgeführt wird, wird eine zweite Schicht durch das Sputtern gebildet, was eine hohe Filmbildungsrate ermöglicht, nach dem Bilden einer Ausgangsschicht (ersten Schicht) durch das Sputtern, das eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung ermöglicht (d. h. eine niedrige Filmbildungsrate), so dass ein Dünnfilm auf der Filmbildungszielfläche B' gebildet wird. Hier ist anzumerken, dass die erste Schicht (Ausgangsschicht) und die zweite Schicht sich nur durch eine imaginäre Fläche unterscheiden, an der die Filmbildungsraten in einer Filmdickenrichtung des Dünnfilms geändert sind, und der Dünnfilm ist nicht tatsächlich als separate Schichten in der Filmdickenrichtung unterteilt, sondern als kontinuierliche einzelne Dünnfilmschicht gebildet.
Wenn der Ausgangsfilm gebildet wird, wird der Targethalter 211a (211b) zum Montieren des Targets 210a (210b) darauf durch die Targethalterrotationseinheit 209 rotatorisch angetrieben, so dass der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b gebildet wird, derart eingestellt wird, dass er ein vorbestimmter Winkel θ1 ist (kleiner als der Winkel θ2, der nachstehend beschrieben wird) (siehe 12). Zu diesem Zeitpunkt wird der Winkel θ1, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' gebildet wird, derart eingestellt, dass er ein kleiner Winkel ist, bei welchem Plasma und geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, die während des Sputterns erzeugt werden, an der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B keine Beschädigung über eine bestimmte Toleranz hinaus erzeugen. Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt der Winkel θ1 in einem Bereich von etwa 0° bis etwa 30° und erwünschtermaßen in einem Bereich von etwa 0° bis etwa 10°.
Anschließend wird das Innere der Vakuumkammer 202 durch die Evakuierungseinheit 205 evakuiert. Danach wird ein Argongas (Ar) aus den Einleitungsrohren 206' für nicht reaktives Gas durch die Gasversorgungseinheit 206 eingeleitet, so dass ein vorbestimmter Sputter-Druck (hier etwa 0,4 Pa) eingestellt wird.
Anschließend wird eine Sputter-Leistung zu den Targets 210a und 210b durch die Sputter-Leistungsversorgung 3 zugeführt. Da die Erzeugungseinheiten 220a und 220b für das gekrümmte Magnetfeld und die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld aus Permanentmagneten hergestellt sind, werden zu diesem Zeitpunkt die gekrümmten Magnetfeldräume W und W' auf den zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a bzw. 210b durch die Magnetfelderzeugungseinheiten 220a und 220b gebildet. Ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum t wird durch die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart gebildet, dass er den säulenförmi gen Raum K umgibt, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b gebildet wird.
Anschließend wird in den gekrümmten Magnetfeldräumen W und W' Plasma erzeugt, wodurch die zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b gesputtert werden, und die gesputterten Partikel werden emittiert. Danach wird Plasma, das aus den gekrümmten Magnetfeldräumen W und W' entweicht, oder geladene Partikel, wie etwa sekundäre Elektronen, die daraus freigegeben werden, in dem Raum (Zwischentargetraum) K, der durch den Hilfsmagnetfeldraum t umgeben ist, eingefangen.
Dementsprechend haften die gesputterten Partikel, die aus der Sputter-Fläche (zugewandten Fläche) 210a' (210b') des Targets 210a (210b) emittiert werden (aufgrund von Kollisionen ausgestoßen werden) an dem Substrat B an, dessen Filmbildungszielfläche B' derart angeordnet ist, dass sie dem Zwischentargetraum K an einer seitlichen Position des Zwischentargetraumes K zugewandt ist, wodurch der Dünnfilm (die Ausgangsschicht des Dünnfilms) gebildet wird.
Im Allgemeinen nimmt bei dem Sputtern, das durchgeführt wird, indem das Paar Targets 210a und 210b einander zugewandt angeordnet wird, die Stärke des Magnetfeldes in dem Zwischentargetraum K zu, wenn der Winkel θ zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b abnimmt (d. h. wenn die zugewandten Flächen stärker parallel zueinander werden). Deshalb nimmt die Menge der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die zu dem Substrat B fliegen, ab, und der Effekt des Einschließens des Plasmas in dem Zwischentargetraum K wird verbessert. Da jedoch die zugewandten Flächen 210a' und 210b' stärker parallel zueinander werden, nimmt die Menge der gesputterten Partikel, die zu dem Substrat B fliegen, ab. Obwohl es möglich ist, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat durchzuführen, nimmt die Filmbildungsrate des Dünnfilms, der auf dem Substrat B gebildet wird, ab.
Wenn indessen der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b gebildet wird, zunimmt (d. h. wenn die zugewandten Flächen 210a' und 210b' weiter zu der Richtung des Substrats B hin orientiert werden), kann indessen der Abstand zwischen Endabschnitten der zugewandten Flächen 210a' und 210b' an der Seite des Substrats zunehmen und die Stärke der Magnetfeldstärke des Magnetfelds in dem Zwischentargetraum K in diesen Abschnitten kann verringert werden. Deshalb kann die Menge der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die das Substrat B erreichen, zunehmen, während der Effekt des Einschließens des Plasmas in dem Zwischentargetraum K verschlechtert wird. Da jedoch die zugewandten Flächen 210a' und 210b' weiter zu der Richtung des Substrats B hin orientiert werden, kann die Menge der gesputterten Partikel, die das Substrat B erreichen, zunehmen, so dass eine Filmbildungsrate zunehmen kann, obwohl ein Temperaturanstieg des Substrats B und eine Beschädigung des Substrats, die durch die geladenen Partikel hervorgerufen wird, im Vergleich mit dem Fall, bei dem der Winkel θ kleiner eingestellt ist, ebenfalls erhöht sein können.
In dieser Hinsicht ist der Winkel θ1 zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' derart eingestellt, dass sie beinahe parallel zueinander liegen (d. h. klein), so dass das Plasma und die geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, das Substrat B während des Sputterns nicht über eine Toleranzgrenze hinaus beschädigen können.
Auf diese Weise kann der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, wie etwa sekundärer Elektronen, in dem Zwischentargetraum K verbessert werden.
Da darüber hinaus die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld separat vorgesehen sind, wird ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum t außerhalb des Zwischentargetraumes K gebildet. Aus diesem Grund wird der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t zwischen dem gekrümmten Magnetfeldraum W (W'), der auf der Targetfläche (zugewandten Fläche) 210a' (210b') gebildet wird, und dem Substrat B gebildet, und das Plasma, das aus dem gekrümmten Magnetfeldraum t entweicht, wird eingefangen (d. h. sein Entweichen in Richtung des Substrats B wird unterbunden), so dass der Einfluss des Plasmas auf das Substrat B stärker verringert werden kann.
Hinsichtlich der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die aus dem gekrümmten Magnetfeldraum W (W') zu dem Substrat B hin freigegeben werden, wird, da der zylindrische Magnetfeldraum t zwischen dem gekrümmten Magnetfeldraum W (W') und dem Substrat B derart gebildet werden, dass er den Zwischentargetraum K umgibt, außerdem der Effekt des Einschließens der geladenen Partikel in dem Zwischentargetraum K gesteigert. Das heißt, die Freigabe der geladenen Partikel aus dem Zwischentargetraum K zu dem Substrat B hin kann weiter verringert werden.
Da außerdem die Erzeugungseinheit 230a (230b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart angeordnet ist, dass ihre Bodenwand 233, die die größte Dicke aufweist, an der Seite (Seite des Substrats B), an der der Abstand zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets 210a und 210b zunimmt, platziert ist, kann die Stärke des Magnet feldes in der Umgebung der Erzeugungseinheit 230a (230b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld mit zunehmendem Abstand zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets 210a und 210b gesteigert werden.
Wenn die Stärken des Magnetfeldes derart eingestellt werden würden, dass in den Umgebungen der jeweiligen Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld, die entlang der Umfänge der Targets 210a und 210b angeordnet sind, gleich wären, würde die Stärke des Magnetfeldes an einem Punkt auf halber Strecke zwischen einem Target 210a und dem anderen Target 210b mit zunehmendem Abstand zwischen den zugewandten Flächen geschwächt werden, wenn die zugewandten Flächen (Sputter-Flächen) 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b derart geneigt sind, dass sie zu der Filmbildungsfläche B' des Substrats B hin gewandt sind (wenn der Winkel θ > 0°). Infolgedessen würde das Plasma aus jenem Bereich (Seite des Substrats B) entweichen, an dem die Stärke des Magnetfeldes verringert ist, und die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, würden daraus freigegeben werden, so dass das Substrat B beschädigt werden könnte.
Wenn jedoch die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld die oben beschriebene Ausgestaltung aufweisen, kann die Stärke des Magnetfeldes an dem Punkt auf halber Strecke konstant sein, weil die Stärke des Magnetfeldes in den Umgebungen der Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld derart eingestellt ist, dass sie mit zunehmendem Abstand zwischen den zugewandten Flächen zunimmt.
Auch bei der Anordnung (der so genannten Anordnung mit V-förmigem zugewandtem Target), bei der die Targets 210a und 210b zu dem Substrat B hin geneigt sind, ist es dementsprechend möglich, das Entweichen des Plasmas oder die Freigabe der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, von dort, wo der Abstand zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' erhöht ist, zu unterbinden, so dass der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel wie etwa der sekundären Elektronen, verbessert werden kann und die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchgeführt werden kann.
Die Erzeugungseinheit 230a (230b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld kann ferner als eines von einem Erdpotential, einem Minuspotential, einem Pluspotential oder einem schwimmenden (elektrisch isolierten Zustand) eingestellt sein, oder kann derart eingestellt sein, dass das Erdpotential und das Minuspotential oder das Erdpotential und das Pluspotential zeitlich abwechselnd umgeschaltet werden. Indem das Potential der Erzeugungseinheit 230a (230b) des zylindrischen Hilfsmagnetfeldes als eines der oben erwähnten Potentiale eingestellt wird, kann eine elektrische Entladungsspannung im Vergleich mit einer Magnetron-Sputter-Vorrichtung von einer Anordnung vom V-Typ mit zugewandtem Target (eine herkömmliche Magnetron-Sputter-Vorrichtung), die die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld nicht aufweist und ein Paar Magnetronkathoden aufweist, die zugewandte Flächen von Targets umfassen, die zu dem Substrat hin geneigt sind, reduziert werden.
Wie es oben festgestellt wurde, kann das Sputtern mit einem starken Effekt des Einschließens der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, und des Plasmas, das durch das Sputtern erzeugt wird, das in dem Zwischentargetraum K vorgenommen wird, durchgeführt werden. Aus diesem Grund kann der Einfluss des Plasmas und der sekundären Elektronen, die von der Sputter-Fläche 201a (210b) strö men, auf die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B stark verringert werden, so dass die Ausgangsschicht des Dünnfilms durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung gebildet werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsschicht mit einer Filmdicke von etwa 10 bis 20 nm gebildet.
Um die zweite Schicht zu bilden, wird danach das Sputtern, das unter der Filmbildungsbedingung (der Winkel θ1, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' gebildet wird) bei der Bildung der Ausgangsschicht durchgeführt wird, gestoppt. Anschließend wird der Targethalter 211a (211b) durch die Targethalterrotationseinheit 209 rotatorisch angetrieben (die Richtung wird geändert (Änderung der Position)), so dass der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b gebildet wird, von θ1 zu θ2 zunimmt, und wird dann in der Richtung geändert, so dass die zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b, die von den Targethaltern 211a und 211b gehalten werden, zu dem Substrat B hin gewandt sind (siehe 13). In diesem Zustand (nach der Richtungsänderung) wird das Sputtern gestartet, um die zweite Schicht zu bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt der Winkel θ2 in einem Bereich von etwa 45° bis etwa 180° und erwünschtermaßen in einem Bereich von etwa 30° bis etwa 45°. Da ferner die Ausgangsschicht (erste Schicht) so gebildet wird, dass sie als ein Schutzfilm zum Verhindern einer Beschädigung, die durch Bildung des zweiten Films hervorgerufen wird, fungiert, kann die Beschädigung an dem Substrat B, die durch eine Bildung der zweiten Filmschicht hervorgerufen wird, unterbunden werden. Aus diesem Grund ist es erwünscht, die Filmbildung mit dem vergrößerten Winkel θ2 unter Berücksichtigung der Produktivität durchzuführen.
Indem die Filmbildung unter dem Winkel θ2, der größer als der Winkel θ1 ist, bei dem die Ausgangsschicht gebildet wurde, durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen Endabschnitten der zugewandten Fläche 210a' und 210b' auf der Seite des Substrats zu. Deshalb nimmt die Stärke des Magnetfelds in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t an der Seite des Substrats ab, wodurch der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel in dem Zwischentargetraum K verringert wird und der Einfluss des Plasmas auf das Substrat B und die Menge der geladenen Partikel, die das Substrat B erreichen, zunimmt. Da jedoch die zugewandten Flächen 210a' und 210b' weiter zu dem Substrat B hin orientiert sind, kann die Menge der emittierten (zweiten) gesputterten Partikel, die durch das Sputtern der Sputter-Flächen (zugewandten Flächen) 210a' und 210b' erzeugt werden und dann das Substrat B (die Filmbildungszielfläche B') erreichen, erhöht sein. Deshalb würde eine Filmbildungsrate erhöht werden. Auf diese Weise wird die zweite Schicht mit einer Filmbildungsrate, die höher ist als bei der Bildung der Ausgangsschicht, auf der Ausgangsschicht gebildet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die zweite Schicht mit einer Filmdicke gebildet, die in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 150 nm liegt.
Wenn, wie es oben festgestellt wurde, die Ausgangsschicht (erste Schicht) und die zweite Schicht auf der Filmbildungszielfläche B' gebildet werden, nachdem die Filmbildungsrate durch Verändern des Winkels θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b gebildet wird, geändert worden ist, erfüllen die Winkel θ1 und θ2 eine Bedingung θ1 < θ2. Wenn die Eingangsleistungen zu den Targets 210a und 210b gleich sind, kann die Filmbildungsrate der zweiten Schicht um bis zu etwa 20 bis 50% der Filmbildungsrate der ersten Schicht erhöht werden. Durch Erhöhen der Eingangsleistung bei dem Winkel θ2 kann zusätzlich die Filmbildungsrate zweifach oder mehr angehoben werden.
Gemäß der obigen Erläuterung wird das Sputtern durchgeführt, indem der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' gebildet wird, derart geändert wird, dass er ein vorgegebener Winkel (kleiner Winkel) θ1 ist. Obwohl die Filmbildungsrate niedrig ist, wird daher der Effekt des Einschließens des Plasmas und der geladenen Partikel, die durch das Sputtern erzeugt werden, in dem Zwischentargetraum K verbessert. Dementsprechend kann die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auf dem Substrat B bis zu einer vorbestimmten Dicke durchgeführt werden, und die Ausgangsschicht (erste Schicht) wird durch eine solche Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung abgeschieden (gebildet).
Danach wird der Targethalter 211a (211b) durch die Targethalterrotationseinheit 209 rotatorisch angetrieben, ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa ein Druck in der Vakuumkammer 202, zu ändern, und die Richtung der zugewandten Fläche 210a' (210b') wird zu dem Substrat B hin geändert, so dass das Sputtern durchgeführt wird, indem der Winkel θ1 auf den Winkel θ2 vergrößert wird. Daher ist der Einfluss der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, und des Plasmas, die das Substrat erreichen, erhöht, aber die zweite Schicht kann gebildet werden, indem die Filmbildungsrate erhöht wird.
Da auf diese Weise die Ausgangsschicht auf dem Substrat B durch die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung derart gebildet wird, das sie als ein Schutzfilm fungiert, d. h. indem das Substrat mit der Ausgangsschicht bedeckt wird, kann die Filmbildung durchgeführt werden, während die Beschädigung an dem Substrat B, die durch die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, bei der Bildung des zweiten Films, und das Plasma an dem Substrat B hervorgerufen wird, unterbunden wird. Wenn ferner die zweite Schicht gebildet wird (nach der Zeit des Bildens der ersten Schicht mit der niedrigen Temperatur und der geringen Beschädigung vor der Zeit des Bildens der zweiten Schicht mit der erhöhten Filmbildungsrate), wird der Winkel θ, der zwischen dem Paar Targets 210a und 210b gebildet wird, von dem Winkel θ1 zu dem Winkel θ2 geändert, ohne die Sputter-Bedingung, wie etwa den Druck in der Vakuumkammer 202, zu ändern, so dass die Filmbildungszeit (die gesamte Filmbildungsprozesszeit, verkürzt werden kann. Genauer ist bei der vorliegenden Ausführungsform die gesamte Filmbildungsprozesszeit, während der das Sputtern durchgeführt wird, indem der Winkel θ zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b doppelt oder mehr mit der gleichen Eingangsleistung geändert wird, um etwa 30% oder mehr kürzer als die Sputter-Zeit, die ohne Ändern des Winkels θ durchgeführt wird.
Indem die Erzeugungseinheiten 230a (230b) für das zylindrische Hilfsmagnetfeld vorgesehen werden, die an den Außenumfang der Endabschnitte des Targethalters 211a (211b) befestigt sind, wird ferner der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t gebildet, der sich von der Umgebung von einem Target 210a bis zu der Umgebung des anderen Targets 210b in einer Zylinderform erstreckt und Magnetkraftlinien aufweist, die von der Umgebung eines Targets 210a zu der Umgebung des anderen Targets 210b orientiert sind. Somit werden Plasma, das aus dem Inneren der gekrümmten Magnetfeldräume W und W' an den zugewandten Targetflächen 210a' und 210b' entweicht, und die geladenen Partikel, die daraus während des Sputterns freigegeben werden, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t eingefangen.
Das heißt, da beide Enden des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes t durch die zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b umschlossen sind, wird das Plasma, das aus den gekrümmten Magnetfeldräumen W und W' entweicht, die auf den Targetflächen (zugewandten Flächen) 210a' und 210b' gebildet sind, durch den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t eingefangen (d. h. der Plasmaausstoß zu dem Substrat hin wird unterbunden), so dass der Einfluss des Plasmas auf das Substrat B verringert werden kann.
Da darüber hinaus beide Enden des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes t durch die zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b umschlossen sind, werden auch die geladenen Partikel, wie etwa die sekundären Elektronen, die aus den gekrümmten Magnetfeldräumen W und W' zu dem Substrat hin freigegeben werden, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t eingefangen, so dass die Menge der geladenen Partikel, die das Substrat B erreichen, verringert werden kann.
Da außerdem die Magnetron-Sputter-Kathode verwendet wird, tritt selbst dann, wenn der Stromwert, der in die Magnetronkathode (Target) 210a (210b) während des Sputterns eingegeben wird, erhöht wird, keine instabile Entladung aufgrund einer Plasmakonzentration an einem zentralen Abschnitt auf, die in dem Fall des Sputterns vom Typ mit zugewandtem Target auftreten könnte. Deshalb kann das Plasma, das in den Umgebungen der Targetflächen erzeugt wird, über eine lange Zeit stabil elektrisch entladen werden.
Da zusätzlich die Magnetfeldstärke des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes t größer ist als die Magnetfeldstärken der gekrümmten Magnetfeldräume W und W', kann eine Magnetfeldverteilung erhalten werden, bei der die Magnetfeldstärke in den Umgebungen der zugewandten Flächen an den Mittelseiten der Targets 210a und 210b am schwächsten ist und an den Umfangsabschnitten der Targets 210a und 210b am stärksten ist. Ferner kann der Effekt des Einschließens des Plasmas, das aus den gekrümmten Magnetfeldräumen B und B entweicht, und der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die daraus freigegeben werden, in dem zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t weiter verbessert werden.
Deshalb kann der Einfluss des Plasmas und der Einfluss der geladenen Partikel, wie etwa der sekundären Elektronen, die von den Sputter-Flächen (zugewandten Flächen) 210a' und 120b' fliegen, auf das Substrat B, das als das Filmbildungszielobjekt verwendet wird, minimiert werden, ohne den Abstand zwischen den Mitten des Paares erste Targets 210a und 210b verkürzen zu müssen. Infolgedessen kann die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung durchgeführt werden, wodurch eine Filmqualität verbessert wird. Wenn darüber hinaus eine erforderliche Filmeigenschaft annähernd gleich der eines Dünnfilms ist, der durch das Sputtern gebildet wird, das den ersten zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t1 nicht erzeugt, kann der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b gebildet wird, weiter vergrößert werden.
Dementsprechend kann mit den Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld der Winkel θ1, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' gebildet wird, vergrößert werden, während die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit gerin ger Beschädigung auf dem Substrat B aufrechterhalten wird, und infolgedessen kann die Zeit zum Bilden der Ausgangsschicht verkürzt werden. Da außerdem die Filmbildungsrate der zweiten Schicht weiter erhöht werden kann, kann die gesamte Filmbildungsprozesszeit weiter verkürzt werden.
Außerdem sind das Sputter-Verfahren und die Sputter-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnte vierte Ausführungsform begrenzt, sondern können innerhalb eines Umfangs der vorliegenden Erfindung auf vielerlei Weisen abgewandelt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden als Kathoden die Magnetronkathoden verwendet, die den gekrümmten Magnetfeldraum W (W') auf der zugewandten Targetfläche 210a' (210b') erzeugen, und das Sputtern mit dem Plasma durchführen, das in dem Magnetfeldraum W (W') eingefangen ist, und es werden Kathoden vom komplexen Typ angewandt, bei denen die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld in den Außenumfangsabschnitten der Magnetronkathoden derart angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt.
Es kann beispielsweise sein, dass, wie es in den 18A und 18B veranschaulicht ist, nur die Erzeugungseinheit 220a (220b) für das gekrümmte Magnetfeld an der Seite der hinteren Fläche des Targets 210a (210b) angeordnet ist, und ein Paar Magnetronkathoden, die die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld nicht enthalten, kann derart angeordnet sein, dass sie einander zugewandt sind. Ferner kann es möglich sein, Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target zu verwenden, bei welchen die Targets 210a und 210b derart ange ordnet sind, dass sie einander zugewandt sind, und eine Erzeugungseinheit 220'a (220'b) für ein Zwischentargetmagnetfeld zum Erzeugen eines Zwischentarget-Magnetfeldraumes R zwischen den Targets 210a und 210b ist an der hinteren Fläche davon angeordnet, so dass Magnetkraftlinien von einem Target 210a zu dem anderen Target 210b orientiert sind.
Eine solche Kathode kann, wenn der Dünnfilm auf dem Substrat B gebildet wird, so lange verwendet werden wie der Winkel θ1, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' der Targets 210a und 210b bei der Bildung der Ausgangsschicht gebildet wird, kleiner ist als der Winkel θ2, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' bei der Bildung der zweiten Schicht gebildet wird; und der Winkel θ1 kann auch so eingestellt werden, dass er ein Winkel ist, bei dem die geladenen Partikel, wie etwa sekundären Elektronen, oder das Plasma, das während des Sputterns erzeugt wird, nicht die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B, d. h. ein Filmbildungszielobjekt, über eine bestimmte Toleranzgrenze hinaus beschädigen können. Auf diese Weise fungiert die Ausgangsschicht, die bei dem Winkel θ1 gebildet wird, als die Schutzschicht. Selbst wenn die Menge der geladenen Partikel, die das Substrat B erreichen, oder der Einfluss des Plasmas, das durch das Sputtern erzeugt wird, zunimmt, wenn die zweite Schicht mit einer erhöhten Filmbildungsrate gebildet wird, ist es aufgrund des Vorhandenseins der Ausgangsschicht, die als die Schutzschicht dient, möglich, zu verhindern, dass die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B beschädigt wird.
Infolgedessen ist es möglich, einen Dünnfilm (einen Elektrodenfilm, einen Schutzfilm, einen Dichtfilm oder dergleichen) auf einem Substrat (z. B. einer EL-Einrichtung), die die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung benötigt, zu bilden. Da au ßerdem die Filmbildungsrate nach der Bildung der Ausgangsschicht erhöht werden kann, ist es möglich, die gesamte Filmbildungsprozesszeit zu verkürzen.
Ferner können, wie es in 18C veranschaulicht ist, die Erzeugungseinheiten 230a und 230b für das zylindrische Hilfsmagnetfeld vorgesehen sein, die die Außenseite des Zwischentarget-Magnetfeldraumes R umgeben, so dass Magnetkraftlinien in Außenumfängen der Kathoden vom Typ mit zugewandtem Target in die gleiche Richtung orientiert sind, und sie erzeugen den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t mit einer Magnetfeldstärke, die stärker ist als die des Zwischentarget-Magnetfeldraumes R, um die Targets 210a und 210b zu umgeben.
Da auf diese Weise der zylindrische Hilfsmagnetfeldraum t derart gebildet ist, dass er die Außenseite des Zwischentarget-Magnetfeldraumes R umgibt, wird ferner ein Abstand von einer zentralen Linie des Zwischentarget-Magnetfeldraumes R bis zu dem Ende eines Raumes mit einer hohen Magnetflussdichte erhöht, und Plasma kann nicht aus dem Magnetfeldraum (dem einfangenden Magnetfeldraum) R + t entweichen, der den Zwischentarget-Magnetfeldraum R und den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t umfasst, der außerhalb davon gebildet ist, wodurch das Plasma in dem einfangenden Magnetfeldraum R + t eingefangen wird. Indem das Plasma in dem einfangenden Magnetfeldraum R + t eingefangen wird, kann auf diese Weise der Einfluss des Plasmas auf das Substrat verringert werden.
Ferner ist herkömmlich eine Erzeugungseinheit 221'a (221'b) für ein Zwischentargetmagnetfeld nur an der Seite der hinteren Fläche (entgegengesetzt zu der zugewandten Fläche) des Targets 210a (210b) in der Kathode vom Typ mit zugewandtem Target angeordnet. Wenn eine Eingangsleistung, die an die Kathode angelegt wird, erhöht wird, wird Plasma zwischen den Targets in einem zentralen Abschnitt konzentriert, und an dem zentralen Abschnitt des Targets 210a (210b) wird Erosion vergrößert. Dieses Phänomen wird auffälliger, wenn das Target 210a (210b) aus einem magnetischen Körper hergestellt ist, im Vergleich damit, wenn das Target 210a (210b) aus einem nichtmagnetischen Körper hergestellt ist, da das Target 210a (210b) ein Joch wird. Da jedoch mit der oben angeführten Ausgestaltung der einfangende Magnetfeldraum R + t die gleiche Magnetfeldverteilung aufweist, bei der die Stärke des Magnetfelds nach außen hin zunimmt, ist es selbst dann, wenn das Target 210a (210b) aus dem magnetischen Körper hergestellt ist, möglich, die Konzentration des Plasmas in dem zentralen Abschnitt des einfangenden Magnetfeldraumes (Zwischentarget-Magnetfeldraumes) R + t zu verringern, was durch die Zunahme der Eingangsleistung zu der Kathode hervorgerufen wird, und es tritt keine besondere Zunahme der Erosion an dem zentralen Abschnitt auf. Selbst wenn das Target 210a (210b) aus dem magnetischen Körper hergestellt ist, kann aus diesem Grund eine Abnahme des Ausnutzungswirkungsgrades des Targets unterbunden werden, und eine Verteilung der Filmdicke des Dünnfilms, der auf dem Substrat B gebildet wird, wird gleich (gleichmäßig).
Dementsprechend kann die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung stärker vereinfacht werden, und die Filmqualität kann weiter verbessert werden. Wenn ferner die Filmqualität annähernd gleich ist wie die Filmqualität eines Dünnfilms, der durch das Sputtern, das den zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum t nicht erzeugt, gebildet wird, kann der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b gebildet wird, weiter vergrößert werden, und die Produktivität kann durch die erhöhte Filmbildungsrate verbessert werden.
Ferner kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Leistung, die an das Target (die Kathode) 210a und 210b angelegt wird, eine Wechselstromleistungsversorgung sein, wie es in 19 veranschaulicht ist, im Besonderen eine Wechselstromleistungsversorgung, die in der Lage ist, ein elektrisches Wechselfeld mit einer Phasendifferenz von etwa 180° an jedes Target des Paares Targets anzulegen.
Im Fall des Bildens eines Dünnfilms, der aus einem dielektrischen Material, wie etwa Oxid oder Nitrid, hergestellt wird (zur Verwendung als z. B. ein Schutzfilm oder ein Dichtfilm für eine organische EL-Einrichtung), wird ein Verfahren verwendet, bei dem reaktive Gase (O₂, N₂ und dergleichen) zu dem Substrat B hin aus Einleitungsrohren Q für reaktives Gas eingeleitet werden (siehe 12 und 13), die zwischen den Targets 210a und 210b oder in der Umgebung des Substrats B vorgesehen sind, und die gesputterten Partikel, die von dem Target 210a (210b) fliegen, und die reaktiven Gase reagieren miteinander, und somit wird der Dünnfilm, der aus einer Verbindung, wie etwa Oxid-Nitrid hergestellt wird, auf dem Substrat B gebildet. In diesem Fall des reaktiven Sputterns wird die Fläche 210a' (210b') des Targets 210a (210b) oxidiert, und Reaktionsprodukte, wie etwa das Oxid und das Nitrid, haften an nicht erodierten Bereichen einer Schutzplatte, einer Erdabschirmung und des Targets 210a (210b) an, wodurch häufig eine abnormale Lichtbogenentladung auftritt und keine stabile Entladung ausgeführt werden kann. Ferner wird eine Qualität des auf dem Substrat B abgeschiedenen Films verschlechtert. Selbst in dem Fall des Bildens eines ITO-Films, der als ein transparenter leitfähiger Film dient, unter Verwendung eines ITO-Targets, wird außerdem das Sputtern ausgeführt, indem eine kleine Menge an O₂-Gas eingeleitet wird, um einen ITO-Film mit hoher Qualität zu bilden. Wenn eine Filmbildung über eine lange Zeit durchgeführt wird, tritt auch in diesem Fall das oben beschriebene Phänomen auf.
Man kann davon ausgehen, dass als eine Ursache einer solchen abnormalen Lichtbogenentladung die Targetfläche 210a' (210b') aufgrund des Oxids oder des Nitrids aufgeladen wird und eine Kammerwand, die Schutzplatte und die Erdabschirmung, die als eine Anode mit Bezug auf das Target (die Kathode) 210a (210b) dienen, mit dem Oxid oder dem Nitrid bedeckt sind, wodurch die Größe der Anoden klein oder ungleichmäßig wird.
Indem die oben beschriebene Ausgestaltung angewandt wird, um solche Probleme zu lösen, und falls das negative Potential an ein Target (Kathode) 210a angelegt wird, wird das positive Potential oder das Erdpotential an das andere Target (Kathode) 210b angelegt. Deshalb dient das andere Target (Kathode) 210b als eine Anode, so dass das eine Target (Kathode) 210a, an das das negative Potential angelegt wird, gesputtert wird. Wenn ferner das negative Potential an das andere Target 210b angelegt wird, wird das positive Potential oder das Erdpotential an das eine Target 210a angelegt. Deshalb dient das eine Target 210a als eine Anode, so dass das andere Target 210b gesputtert wird. Indem die Potentiale, die an die Targets (Kathoden) angelegt werden sollen, abwechselnd umgeschaltet werden, tritt auf diese Weise kein Aufbauen (Schaden), der durch Oxid und Nitrid hervorgerufen wird, an der Targetfläche auf, und es kann für eine lange Zeit eine stabile elektrische Entladung ausgeführt werden.
Beispielsweise in dem Fall, dass der transparente leitfähige Film unter Verwendung des ITO-Targets gebildet wird, um einen Film mit hoher Qualität mit einem niedrigen Widerstand (spezifischer Widerstand von etwa 6 × 10^–4 Ω·cm oder weniger, ohne das Substrat zu erwärmen) und einem hohen Transmissionsvermögen (etwa 85% oder mehr bei einer Wellenlänge von etwa 550 nm) zu bilden, wird ein O₂-Gas in einem Bereich von etwa 2 cm³ bis etwa 5 cm³ mit Bezug auf ein Ar-Gas von 50 cm³ eingeleitet. Trotz einer lang andauernden elektrischen Entladung, indem die Potentiale, die an das Paar Targets 10a und 10b von der Wechselstromleistungsversorgung angelegt werden sollen, abwechselnd umgeschaltet werden, tritt auf diese Weise das Aufbauen, das durch Oxidation hervorgerufen wird, an der Targetfläche 210a' (210b') nicht auf, und durch die Targets 210a und 210b, die als die Kathode bzw. die Anode dienen, kann eine stabile elektrische Entladung durchgeführt werden.
Ferner wird als ein anderes Beispiel ein reaktives Sputtern durchgeführt, indem ein Si-Target verwendet wird und ein O₂-Gas, das als ein reaktives Gas dient, eingeleitet wird, um einen SiOx-Film als einen Schutzfilm und einen Dichtfilm für die organische EL-Einrichtung zu bilden. In diesem Fall wird die abnormale Lichtbogenentladung bei einem reaktiven Gleichstrom-Sputtern unter Verwendung einer herkömmlichen Gleichstromleistungsversorgung häufiger erzeugt als in dem Fall des Bildens des ITO-Films. Indem es mit der Wechselstromleistungsversorgung verbunden ist, tritt jedoch das Aufbauen, das durch Oxidation hervorgerufen wird, an den Targetflächen 210a' und 210b' nicht auf, auf die gleiche Weise wie in einem Fall, in dem der ITO-Film gebildet wird, und die stabile elektrische Entladung kann für eine lange Zeit durchgeführt werden.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform der Targethalter 211a (211b) derart ausgestaltet, dass seine Richtung durch die Targethalterrotationseinheit 209 mit Bezug auf die Achse M, die durch die Mitte Ta (Tb) der zugewandten Fläche 210a' (210b') des Targets 210a (210b), das an dem Targethalter 211a (211b) befestigt ist und von diesem gehalten wird, verläuft, oder der zentralen Achse M' des Targethalters 211a (211b) als ein Rotationszentrum geändert werden kann (siehe 16A und 16B), aber die Ausgestaltung davon ist nicht darauf begrenzt. Wie es in 20 veranschaulicht ist, kann es so ausgestaltet sein, dass die Targets 210a und 210b miteinander in Kontakt stehen oder voneinander getrennt sind, und zwar mit einem vorbestimmten imaginären Punkt H als ein Rotationszentrum. Das heißt, wenn der Winkel θ geändert wird, kann der Abstand d zwischen den Mitten der Targets 210a und 210b geändert werden oder nicht.
Außerdem braucht bei der ersten Ausführungsform das Paar Targets 210a und 210b nicht aus dem gleichen Material hergestellt sein. Deshalb kann beispielsweise ein Target 210a aus Al hergestellt sein, und das andere Target 210b kann aus Li hergestellt sein. Indem unterschiedliche Materialien für diese verwendet werden, wird ein Verbindungsfilm (in diesem Fall ein Li-Al-Film) auf dem Substrat gebildet. Indem jedes der Targets 210a und 210b an jede Leistungsversorgung angeschlossen ist, um eine Eingangsleistung separat zu steuern, kann zusätzlich ein Filmzusammensetzungsverhältnis des Verbindungsfilms verändert werden.
Im Übrigen wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Sputtern nach dem Bilden der Ausgangsschicht gestoppt, und der Winkel zwischen den zugewandten Targetflächen 210a' und 210b' wird von dem Winkel θ1 zu dem Winkel θ2 geändert, indem die Richtung des Targethalters 211a (211b) geändert wird, und anschließend wird das Sputtern wieder gestartet, um die zweite Schicht zu bilden. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann die Richtung des Targethalters 211a (211b) derart geändert werden, dass der Winkel allmählich von dem Winkel θ1 zu dem Winkel θ2 geändert wird, während das Sputtern nach der Bildung der Ausgangsschicht fortgesetzt wird.
Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Fall, dass ein Filmbildungsgebiet auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B größer als ein durch einen Film bildbares Gebiet durch die Sputter-Vorrichtung ist, oder um einen Film mit einer gleichmäßigen Dickenverteilung zu bilden, die Filmbildungszielfläche B' des Substrats B derart ausgestaltet, dass sie sich entlang einer Linie T-T (in einer Richtung des Pfeils β), wie es in 21A dargestellt ist, bewegt. Solange eine gleichmäßige Filmbildung auf einem länglichen Substrat B durchgeführt werden kann, ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf begrenzt. Mit anderen Worten, wenn die Filmbildungszielfläche B' einen Umlaufmittelpunkt p aufweist, der an einer vorbestimmten Position auf einer zentralen Linie C senkrecht zu der Mitte der Linie T-T eingestellt ist und parallel zu der Linie T-T gewandt ist, wie es in 21B veranschaulicht ist, kann die Filmbildungszielfläche B' derart angeordnet sein, dass sie sich entlang eines Umlauforbits (in einer Richtung des Pfeils γ) mit dem kürzesten Abstand e zwischen der Mitte der Filmbildungszielfläche B' und der Mitte der Linie T-T bewegt. Auch mit dieser Ausgestaltung kann eine Filmbildung auf dem länglichen Substrat B durchgeführt werden. Im Übrigen kann sich die Filmbildungszielfläche B' in einer Einwegrichtung oder in einer Hin- oder Herbewegungsrichtung (oder einer Schüttelrichtung) bewegen (Pfeile β und γ).
Wenn darüber hinaus, wie es in 22 veranschaulicht ist, das Substrat B auf dem Substrathalter 204 gehalten wird, kann die Sputter-Vorrichtung 201 eine Detektionseinheit (einen detektierenden Sensor) D zum Detektieren der Filmdicke und/oder der Temperatur umfassen. Die Detektionseinheit D ist an einer Position vorgesehen, die einer Strömungsstrecke der gesputterten Partikel, die von jedem Target 210a (210b) des Paares Targets 210a und 210b zu dem Substrat B (Filmbildungszielfläche B' des Substrats B) in der Umgebung des Substrats B hin fliegen, zugewandt ist. Die Sputter-Vorrichtung 201 kann ferner eine Steuereinheit 250 zum Steuern eines Drehantriebs der Targethalterrotationseinheit 209 (Motor 295) umfassen, um die Richtung jedes Targets 210a (210b) auf der Basis von detektierten Werten (Detektionswerten), die von der Detektionseinheit D detektiert werden, zu ändern.
Wenn mit dieser Ausgestaltung beispielsweise die Detektionseinheit D ein eine Filmdicke detektierender Sensor D ist, der einen Quarzoszillator verwendet, kann der die Filmdicke detektierende Sensor D Detektionswerte beschaffen, die die Menge der gesputterten Partikel (Filmdicke) und eine Abweichung der Filmdicke pro Zeiteinheit (Filmbildungsrate) auf der Basis einer Abweichung einer Frequenz, die durch die an dem Quarzoszillator anhaftenden, gesputterten Partikel hervorgerufen wird, umfassen. Im Übrigen beschafft die Steuereinheit 215 auf der Basis dieser Detektionswerte die Filmdicke des Dünnfilms, der auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gebildet wird, und die Filmbildungsrate.
Außerdem vergleicht die Steuereinheit 215 die Detektionswerte, die von dem die Filmdicke detektierenden Sensor D detektiert werden, mit einer ersten Filmbildungsbedingung (einer Filmbildungsrate, bei der eine Filmgrenzfläche B' des Substrats B, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung benötigt, nicht beschädigt wird, und eine Filmdicke, mit der die Ausgangsschicht als eine Schutzschicht dient) der Ausgangsschicht, die auf dem Substrat B gebildet wird, und wenn festgestellt wird, dass die Detektionswerte sich von der ersten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht unterscheiden, wird die Richtung (der Winkel) jedes Targets 210a (210b) ((Motor 295 in) der Targethalterrotationseinheit 209) derart gesteuert, dass der Winkel θ zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b die erste Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht erfüllt. Wenn dann festgestellt wird, dass die Bildung der Ausgangsschicht abgeschlossen ist, wird die Richtung (die Stellung) jedes Targets 210a (210b) wieder geändert, so dass die erste Filmbildungsbedingung der zweiten Schicht erfüllt ist.
Wenn ferner beispielsweise die Detektionseinheit D ein die Temperatur detektierender Sensor D ist, der ein Thermometer verwendet, kann der die Temperatur detektierende Sensor D Detektionswerte beschaffen, die die Temperaturen in der Umgebung des Substrats B und eine Abweichung der Temperatur pro Zeiteinheit (Zunahme der Temperatur) umfassen. Im Übrigen beschafft die Steuereinheit 215 auf der Basis dieser Detektionswerte die Temperatur auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B und die Abweichung der Temperatur.
Darüber hinaus vergleicht die Steuereinheit 215 die Detektionswerte, die von dem die Temperatur detektierenden Sensor D detektiert werden, mit einer zweiten Filmbildungsbedingung (Temperatur, bei der die Grenzfläche B' des Substrats B, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung benötigt, nicht beschädigt wird, und eine Zunahme der Temperatur während der Filmbildungszeit) der Ausgangsschicht, die auf dem Substrat B gebildet wird, und wenn festgestellt wird, dass sich die Detektionswerte von der zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht unterscheiden, wird die Richtung (der Winkel) jedes Targets 210a (210b) ((Motor 295 in) der Targethalterrotationseinheit 209) derart gesteuert, dass der Winkel θ zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b die zweite Film bildungsbedingung der Ausgangsschicht erfüllt. Wenn anschließend festgestellt wird, dass die Bildung der Ausgangsschicht abgeschlossen ist, wird die Richtung (die Stellung) jedes Targets derart geändert, dass die zweite Filmbildungsbedingung der zweiten Schicht erfüllt ist.
Wie es oben festgestellt wurde, werden die Detektionswerte, die von der Detektionseinheit D detektiert werden, durch die Steuereinheit 215 zu dem Winkel zurückgeführt, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b gebildet wird, so dass die Ausgangsschicht auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gemäß der ersten oder zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht gebildet wird, und die Filmbildung kann auf dem Substrat B, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung benötigt, in einer kürzesten Filmbildungszeit durchgeführt werden, ohne eine Beschädigung daran hervorzurufen oder ohne die Ausgangsschicht dicker als notwendig zu bilden.
Wenn außerdem die Detektionseinheit D ein kombinierter detektierender Sensor D ist, der den die Filmdicke detektierenden Sensor mit dem die Temperatur detektierenden Sensor kombiniert, kann der kombinierte detektierende Sensor D Detektionswerte beschaffen, die die Menge der gesputterten Partikel, die an dem Quarzoszillator anhaften (Filmdicke), die Abweichung der Filmdicke pro Zeiteinheit (Filmbildungsrate), die Temperaturen in der Umgebung des Substrats B und die Abweichung der Temperatur pro Zeiteinheit (Zunahme der Temperatur) umfassen. Im Übrigen beschafft die Steuereinheit 215 auf der Basis dieser Detektionswerte die Dicke des Dünnfilms, der auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gebildet wird, die Filmbildungsrate, die Temperatur auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B und die Abweichung der Temperatur.
Die Steuereinheit 215 vergleicht den Detektionswert der Abweichung der Filmdicke, die von dem kombinierten detektierenden Sensor D detektiert wird, mit der ersten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht, und vergleicht den Detektionswert der Abweichung der Temperatur, die von dem kombinierten detektierenden Sensor D detektiert wird, mit der zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht, und wenn festgestellt wird, dass der Detektionswert der Abweichung der Filmdicke sich von der ersten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht unterscheidet, oder wenn festgestellt wird, dass sich der Detektionswert der Abweichung der Temperatur von der zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht unterscheidet, wird die Richtung (der Winkel) jedes Targets 210a (210b) ((Motor 295 in) der Targethalterrotationseinheit 209) derart gesteuert, dass der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b gebildet wird, zumindest eine von der ersten und zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht erfüllt. Wenn anschließend festgestellt wird, dass die Bildung der Ausgangsschicht abgeschlossen ist, wird die Richtung (die Stellung) jedes Targets derart geändert, dass die erste und zweite Filmbildungsbedingung der zweiten Schicht erfüllt sind.
Da infolgedessen die Ausgangsschicht, die auf der Filmbildungszielfläche B' des Substrats B gebildet wird, gemäß der ersten und zweiten Filmbildungsbedingung der Ausgangsschicht gebildet wird, kann die Filmbildung auf dem Substrat B, das die Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung erfordert, in einer kürzesten Filmbildungszeit durchgeführt werden, ohne eine Beschädigung daran hervorzurufen oder ohne die Ausgangsschicht dicker als notwendig zu bilden, im Vergleich mit einem Fall, bei dem die Detektionseinheit D aus entweder dem die Filmdicke detektierenden Sensor oder dem die Temperatur detektierenden Sensor hergestellt ist.
Wie es oben festgestellt wurde, kann der Zustand der Filmbildung auf dem Substrat B unter Verwendung der Detektionseinheit D und der Steuereinheit 215 detektiert werden, und somit kann der Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets gebildet wird, durch Rückführung der Detektionswerte gesteuert werden.
Es ist ferner erwünscht, dass die Detektionseinheit D die Filmdicke und/oder die Temperatur detektieren kann und aus entweder dem die Filmdicke detektierenden Sensor oder dem die Temperatur detektierenden Sensor oder einer Kombination davon hergestellt sein kann. Darüber hinaus ist die Anzahl der detektierenden Sensoren D nicht auf einen begrenzt, sondern es können mehrere vorliegen. Auf diese Weise ist es möglich, den Zustand der Filmbildung (Filmbildungsrate, Temperatur, Zunahme der Temperatur und dergleichen) genauer zu detektieren und den Winkel θ, der zwischen den zugewandten Flächen 210a' und 210b' des Paares Targets 210a und 210b gebildet wird, auf einen optimalen Wert zu steuern.
Außerdem kann die Steuereinheit 215 einen Detektionseinheits-Controller 216 zum Steuern der Detektionseinheit D und einen Targethalterrotationseinheits-Controller 217 zum Steuern eines Rotationsantriebs der Targethalterrotationseinheit 209 auf der Basis der Detektionswerte umfassen. In diesem Fall können der Detektionseinheits-Controller 216 und der Targethalterrotationseinheits-Controller 217 in einen Körper integriert sein oder sie können in unterschiedlichen Körpern eingebaut sein.
Zusammenfassung
Es sind ein Sputter-Verfahren und eine Sputter-Vorrichtung vorgesehen, die einen einfachen Aufbau aufweisen und in der Lage sind, eine Filmbildung bei niedriger Temperatur und mit geringer Beschädigung auszuführen, und die eine hohe Produktivität aufweisen. Ein Sputter-Verfahren dient zum Bilden, in einer Vakuumkammer, einer Ausgangsschicht auf einem Filmbildungszielobjekt und anschließend ferner zum Bilden einer zweiten Schicht auf der Ausgangsschicht darin, und das Verfahren umfasst: in der Vakuumkammer, Anordnen von Flächen eines Paares Targets, so dass sie einander zugewandt sind, während sie voneinander mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet sind, und so dass sie zu dem Filmbildungszielobjekt hin geneigt sind, das an einer seitlichen Position zwischen den Targets platziert ist, und anschließend Sputtern der Targets durch Erzeugen eines Magnetfeldraumes auf den zugewandten Flächen des Paares Targets, und somit Bilden der Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt unter Verwendung von Partikeln, die durch das Sputtern gesputtert werden; und weiter Bilden der zweiten Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt mit einer höheren Filmbildungsrate als eine Filmbildungsrate der Ausgangsschicht.

1, 1', 1'': Sputter-Vorrichtung
2: Vakuumkammer
3: Substrathalter
4a, 4'a, 4b, 4'b, 4''b: Sputter-Leistungsversorgung
5: Evakuierungseinheit
6: Sputter-Gasversorgungseinheit
6', 6'': Einleitungsrohr für nicht reaktives Gas
7: Versorgungseinheit für reaktives Gas
7', 7'': Einleitungsrohr für reaktives Gas
8, 8': Verbindungsdurchgang
9, 9': Weitere Prozesskammern (oder Ladeschleusenkammern)
10aa, 10b, 110a, 110b, 110', 110''a, 110''b: Target
10a', 10b', 110a', 110b', 110'a', 110''a', 110''b': Sputter-Fläche (zugewandte Fläche, Fläche)
11a, 11b, 111a, 111b, 111', 111''a, 111''b: Kathode (Targethalter)
12a, 12b, 112a, 112b, 112', 112''a, 112''b: Verstärkungsplatte
20a, 20b, 120a, 120b, 120', 120''a, 120''b: Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld
21a, 21b, 121a, 121b, 121', 121''a, 121''b: Rahmenförmiger Magnet
22a, 22b, 122a, 122b, 122', 122''a, 122''b: Zentraler Magnet (Permanentmagnet)
23a,23b, 123a, 123b, 123', 123''a, 123''b: Joch
30a, 30b, 130a, 130b: Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld (Permanentmagnet)
201: Sputter-Vorrichtung
202: Vakuumkammer
203: Sputter-Leistungsversorgungseinheit
204: Substrathalter
205: Evakuierungseinheit
206: Gasversorgungseinheit
206: Einleitungsrohr für nicht reaktives Gas
207: Verbindungsdurchgang
208: Ladeschleusenkammern (weitere Prozesskammern)
209: Targethalterrotationseinheit
210a, 210b: Target
210a', 210b': Sputter-Fläche (zugewandte Fläche, Fläche)
211a, 211b: Targethalter
212a, 212b: Verstärkungsplatte
215: Steuereinheit
216: Detektionseinheits-Controller
217: Targethalterrotationseinheits-Controller
220a, 220b: Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld
220'a, 220'b: Erzeugungseinheit für ein Zwischentargetmagnetfeld
221a, 221b: Rahmenförmiger Magnet (Permanentmagnet)
222a, 222b: Zentraler Magnet (Permanentmagnet
223a, 223b:: Joch
230a, 230b: Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld (Permanentmagnet)
250: Steuereinheit (Controller)
B: Substrat
B': Filmbildungszielfläche
D: Detektionseinheit (detektierender Sensor)
d, d1, d2: Abstand zwischen Targetmitten
F1: erster Filmbildungsbereich
F2: zweiter Filmbildungsbereich
K, K1, K2: Zwischentargetraum (Raum)
M, M': Drehwelle des Targethalters, die durch die Targethalterrotationseinheit gedreht wird
L1: Erste Filmbildungsposition
L2, L'2, L''2: Zweite Filmbildungsposition
P1: Erste Filmbildungseinheit
P2, P'2, P''2: Zweite Filmbildungseinheit
Q: Einleitungsrohr für reaktives Gas
R: Zwischentarget-Magnetfeldraum
S: Innenraum
Ta, Tb, T1a, T1b, T2a, T2b, T'2, T''2a, T''2b: Targetmitte
t, t1, t2: Zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum
W, W1, W1', W2, W2', W'2, W''2, W''2': Gekrümmter Magnetfeldraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-285445 [0012]
- JP 2005-340225 [0012]

Claims

Sputter-Verfahren zum Bilden, in einer Vakuumkammer, einer Ausgangsschicht auf einem Filmbildungszielobjekt und anschließend ferner zum Bilden einer zweiten Schicht auf der Ausgangsschicht darin, wobei das Verfahren umfasst: in der Vakuumkammer, Anordnen von Flächen eines Paares Targets, so dass sie einander zugewandt sind, während sie voneinander mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet sind und so dass sie zu dem Filmbildungszielobjekt hin geneigt sind, das an einer seitlichen Position zwischen den Targets platziert ist, und anschließend Sputtern der Targets durch Erzeugen eines Magnetfeldraumes auf den zugewandten Flächen des Paares Targets und somit Bilden der Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt unter Verwendung von Partikeln, die durch das Sputtern gesputtert werden; und ferner Bilden der zweiten Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt mit einer höheren Filmbildungsrate als eine Filmbildungsrate der Ausgangsschicht.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der Vakuumkammer, deren Innenraum in einen ersten Filmbildungsbereich mit einer ersten Filmbildungseinheit zum Bilden der Ausgangsschicht und einen zweiten Filmbildungsbereich mit einer zweiten Filmbildungseinheit zum Bilden der zweiten Schicht unterteilt ist, die erste Filmbil dungseinheit und die zweite Filmbildungseinheit in Nebeneinanderstellung angeordnet sind, die Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt in der ersten Filmbildungseinheit gebildet wird, anschließend das Filmbildungszielobjekt von einer ersten Filmbildungsposition, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der ersten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, zu einer zweiten Filmbildungsposition überführt wird, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der zweiten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, die zweite Schicht ferner auf dem Filmbildungszielobjekt in der zweiten Filmbildungseinheit gebildet wird, und wobei das Verfahren umfasst: Anordnen des Paares Targets in der ersten Filmbildungseinheit als erste Targets; Erzeugen auf einer Seite einer Fläche von einem der ersten Targets einen bogenförmigen, nach innen gekrümmten Magnetfeldraum, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem Außenumfangsabschnitt zu einem zentralen Abschnitt des ersten Targets orientiert sind, und Erzeugen auf einer Seite einer Fläche des anderen ersten Targets einen bogenförmigen, nach außen gekrümmten Magnetfeldraum, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem zentralen Abschnitt zu einem Außenumfang des anderen ersten Targets orientiert sind; Durchführen eines Sputterns durch Erzeugen eines zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung des einen ersten Targets zu einer Umgebung des anderen ersten Targets orientiert sind, während sie einen ersten Zwischentargetraum umgeben, der zwischen den ersten Targets gebildet wird, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, und somit Bilden der Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt unter Verwendung erster Partikel, die durch das Sputtern gesputtert werden; und Durchführen eines Sputterns durch Erzeugen eines nach innen gekrümmten Magnetfeldraumes oder eines nach außen gekrümmten Magnetfeldraumes auf Seiten von Flächen von zweiten Targets in der zweiten Filmbildungseinheit, und Bilden der zweiten Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt durch zweite Partikel, die durch das Sputtern gesputtert werden.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 2, wobei mehrere erste Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem ersten Filmbildungsbereich angeordnet werden, und eine Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt durch die mehreren ersten Filmbildungseinheiten in einer Folge oder gleichzeitig ausgeführt wird.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet wird, und eine Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt durch die Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in einer Folge oder gleichzeitig ausgeführt wird.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsschicht auf dem Filmbildungszielobjekt in einer vorgegebenen Dicke gebildet wird, indem das Sputtern durchgeführt wird, nachdem ein Winkel zwischen den zugewandten Flächen des Paares Targets auf einen vorgegebenen Winkel eingestellt worden ist, und anschließend die zweite Schicht gebildet wird, indem das Sputtern durchgeführt wird, nachdem der Winkel zwischen den zu gewandten Flächen derart eingestellt worden ist, dass er größer als der vorgegebene Winkel ist, indem die Richtungen der zugewandten Flächen zu dem Filmbildungszielobjekt hin geändert werden.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Magnetfeldraum, der auf den zugewandten Flächen des Paares Targets erzeugt wird, ein Zwischentarget-Magnetfeldraum ist, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem der Targets zu dem anderen orientiert sind.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum, der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des Zwischentarget-Magnetfeldraumes, ferner derart gebildet wird, dass er die Außenseite des Zwischentarget-Magnetfeldraumes derart umgibt, dass Magnetkraftlinien des zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes in die gleiche Richtung wie die Magnetkraftlinien des Zwischentarget-Magnetfeldraumes orientiert sind.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Magnetfeldraum, der auf der zugewandten Fläche des Paares Targets erzeugt wird, ein gekrümmter Magnetfeldraum ist, der Magnetkraftlinien aufweist, die einen Außenumfangsabschnitt der zugewandten Fläche des Targets mit einem zentralen Abschnitt davon in einer Bogenform verbinden.
Sputter-Verfahren nach Anspruch 8, wobei der gekrümmte Magnetfeldraum Magnetkraftlinien aufweist, die von einem Umfangsabschnitt zu einem zentralen Abschnitt der zugewandten Fläche von einem des Paares Targets orientiert sind, und Magnetkraftlinien aufweist, die von einem zentralen Abschnitt zu einem Umfangsabschnitt der zugewandten Fläche des anderen Targets orientiert sind, und ferner ein zylindrischer Hilfsmagnetfeldraum erzeugt wird, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung von einem der Targets zu einer Umgebung des anderen Targets derart orientiert sind, dass sie die Außenseite eines Zwischentargetraumes, der zwischen den Paar Targets gebildet ist, umgeben, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes.
Sputter-Vorrichtung zum Bilden, in einer Vakuumkammer, eine Ausgangsschicht auf einem Filmbildungszielobjekt und anschließend ferner zum Bilden einer zweiten Schicht auf der Ausgangsschicht darin, wobei die Vorrichtung umfasst: in der Vakuumkammer, ein Paar Targets zum Bilden der Ausgangsschicht, die derart angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind, während sie mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet sind, und Flächen aufweisen, die zu dem Filmbildungszielobjekt hin geneigt sind, das an einer seitlichen Position zwischen den Targets platziert ist; eine Magnetfelderzeugungseinheit zum Erzeugen eines Magnetfeldraumes auf den zugewandten Flächen des Paares Targets; und einen Halter zum Halten des Filmbildungszielobjekts, wobei die zweite Schicht auf dem Filmbildungszielobjekt mit einer Filmbildungsrate gebildet wird, die höher ist als die der Ausgangsschicht.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei in der ersten Vakuumkammer, deren Innenraum in einen ersten Filmbildungsbereich mit einer ersten Filmbildungseinheit zum Bilden der Ausgangsschicht und einen zweiten Filmbildungsbereich mit einer zweiten Filmbildungseinheit zum Bilden der zweiten Schicht unterteilt ist, die erste Filmbildungseinheit und die zweite Filmbildungseinheit in Nebeneinanderstellung angeordnet sind, der Halter derart ausgestaltet ist, dass er, während er das Filmbildungszielobjekt in der Vakuumkammer hält, von einer ersten Filmbildungsposition, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der ersten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, zu einer zweiten Filmbildungsposition, an der die Filmbildung auf dem Filmbildungszielobjekt in der zweiten Filmbildungseinheit durchgeführt wird, bewegbar ist, die erste Filmbildungseinheit ein Paar erste Kathoden vom komplexen Typ umfasst, die jeweils ein erstes Target des Paares Targets; eine Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines gekrümmten Magnetfeldraumes, der bogenförmige Magnetkraftlinien aufweist, auf der zugewandten Fläche des ersten Targets; und eine Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld aufweisen, die derart eingebaut ist, dass sie das erste Target umgibt, das Paar erste Kathoden vom komplexen Typ derart eingebaut ist, dass Flächen der ersten Targets einander zugewandt sind, während sie voneinander mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet sind, und die Flächen zu der ersten Filmbildungsposition hin geneigt sind, die an einer seitlichen Position zwischen den ersten Targets gelegen ist, die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld von einer Kathode des Paares erster Kathoden ein nach innen gekrümmtes Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem Außenumfangsabschnitt von einem der ersten Targets zu einem zentralen Abschnitt davon orientiert sind, während die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld der anderen ersten Kathode ein nach außen gekrümmtes Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem zentralen Abschnitt des anderen ersten Targets zu einem Außenumfangsabschnitt davon orientiert sind, die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld einen zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum erzeugt, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung von einem ersten Target zu einer Umgebung des anderen ersten Targets derart orientiert sind, dass sie einen ersten Zwischentargetraum umgeben, der zwischen den ersten Targets gebildet ist, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, und die zweite Filmbildungseinheit eine Sputter-Kathode umfasst, die ein zweites Target und eine Erzeugungseinheit für ein nach innen oder nach außen gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines nach innen oder nach außen gekrümmten Magnetfeldraumes auf einer Fläche des zweiten Targets aufweist, und die in der Lage ist, gesputterte Partikel zu der zweiten Filmbildungsposition hin zu emittieren, und die eine Filmbildungsrate aufweist, die höher ist als die der ersten Filmbildungseinheit.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei mehrere erste Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem ersten Filmbildungsbereich angeordnet sind.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Mehrzahl von zweiten Filmbildungseinheiten in Nebeneinanderstellung in dem zweiten Filmbildungsbereich angeordnet ist.
Sputter-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die zweite Filmbildungseinheit eine Magnetronkathode vom Parallelplat tentyp umfasst, die aus der Sputter-Kathode hergestellt ist, bei der eine Fläche des zweiten Targets zu der zweiten Filmbildungsposition hin orientiert ist.
Sputter-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die zweite Filmbildungseinheit doppelte Magnetronkathoden umfasst, bei denen ein Paar der Sputter-Kathoden in Nebeneinanderstellung angeordnet ist, und Flächen von zweiten Targets zu der zweiten Filmbildungsposition hin orientiert sind, und die doppelten Magnetronkathoden an eine Wechselstromleistungsversorgung angeschlossen sind, die in der Lage ist, elektrische Wechselfelder mit einer Phasendifferenz von etwa 180° jeweils an das Paar Sputter-Kathoden anzulegen.
Sputter-Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die zweite Filmbildungseinheit ein Paar zweite Kathoden vom komplexen Typ umfasst, die jeweils ein zweites Target; eine Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines gekrümmten Magnetfeldraumes, der bogenförmige Magnetkraftlinien aufweist, auf der Fläche des zweiten Targets; und eine Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld aufweisen, die derart eingebaut ist, dass sie das zweite Target umgibt, das Paar Kathoden vom komplexen Typ derart eingebaut ist, dass Flächen der zweiten Targets einander zugewandt sind, während sie voneinander mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet sind, und die Flächen zu der zweiten Filmbildungsposition hin geneigt sind, die an einer seitlichen Position zwischen den zweiten Targets gelegen ist, die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld von einer Kathode des Paares zweite Kathoden ein nach innen gekrümm tes Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem Außenumfangsabschnitt von einem der zweiten Targets zu einem zentralen Abschnitt davon orientiert sind, während die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld der anderen zweiten Kathode ein nach außen gekrümmtes Magnetfeld erzeugt, dessen Polarität derart eingestellt ist, dass Magnetkraftlinien von einem zentralen Abschnitt des anderen zweiten Targets zu einem Außenumfangsabschnitt davon orientiert sind, die Erzeugungseinheit für das zylindrische Hilfsmagnetfeld einen zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum erzeugt, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung des einen zweiten Targets zu einer Umgebung des anderen zweiten Targets derart orientiert sind, dass sie einen zweiten Zwischentargetraum, der zwischen den zweiten Targets gebildet ist, umgeben, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes, und ein Winkel, der zwischen zugewandten Flächen der zweiten Targets in dem Paar zweite Kathoden vom komplexen Typ gebildet ist, größer ist als ein Winkel, der zwischen den zugewandten Flächen der ersten Targets in dem Paar erste Kathoden vom komplexen Typ der ersten Filmbildungseinheit gebildet ist.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Paar erste Kathoden vom komplexen Typ an eine Wechselstromleistungsversorgung angeschlossen ist, die in der Lage ist, elektrische Wechselfelder mit einer Phasendifferenz von etwa 180° jeweils an das Paar erste Kombinationskathoden anzulegen.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Paar Targets derart angeordnet ist, dass ihre Richtungen zu dem Halter hin ge ändert werden können, um einen Winkel, der zwischen ihren zugewandten Flächen gebildet ist, zu vergrößern.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Magnetfelderzeugungseinheit eine Erzeugungseinheit für ein Zwischentargetmagnetfeld zum Erzeugen eines Zwischentarget-Magnetfeldraumes ist, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einem der Targets zu dem anderen orientiert sind.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei eine Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld ferner derart angeordnet ist, dass sie jedes Target des Paares Targets umgibt, um einen zylindrischen Hilfsmagnetfeldraum zu erzeugen, der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des Zwischentarget-Magnetfeldraumes, und die Außenseite des Zwischentarget-Magnetfeldraumes derart umgibt, dass Magnetkraftlinien des zylindrischen Magnetfeldraumes in die gleiche Richtung wie die von Magnetkraftlinien des Zwischentarget-Magnetfeldraumes orientiert sind.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Magnetfelderzeugungseinheit eine Erzeugungseinheit für ein gekrümmtes Magnetfeld zum Erzeugen eines Magnetfeldraumes ist, der Magnetkraftlinien aufweist, die einen Außenumfangsabschnitt der zugewandten Fläche des Targets mit einem zentralen Abschnitt davon in einer Bogenform verbinden.
Sputter-Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Erzeugungseinheit für das gekrümmte Magnetfeld ein gekrümmtes Magnetfeld erzeugt, das Magnetkraftlinien, die von einem Umfangsabschnitt zu einem zentralen Abschnitt auf der zugewandten Fläche von einem der Targets orientiert sind, und Magnetkraftlinien aufweist, die von einem zentralen Abschnitt zu einem Umfangsabschnitt auf der zugewandten Fläche des anderen Targets orientiert sind, und wobei derart angeordnet, dass ein jedes von dem Paar Targets umgeben ist, eine Erzeugungseinheit für ein zylindrisches Hilfsmagnetfeld zum Erzeugen eines zylindrischen Hilfsmagnetfeldraumes vorgesehen ist, der Magnetkraftlinien aufweist, die von einer Umgebung von einem der Targets zu einer Umgebung des anderen Targets orientiert sind, um die Außenseite eines Zwischentargetraumes, der zwischen dem Paar Targets gebildet ist, zu umgeben, und der eine Magnetfeldstärke aufweist, die größer ist als die des gekrümmten Magnetfeldraumes.
Sputter-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das Paar Targets derart angeordnet ist, dass ihre Richtungen geändert werden können, um den Winkel, der zwischen ihren zugewandten Flächen gebildet ist, zu vergrößern oder zu verkleinern, und wobei die Vorrichtung ferner umfasst: eine Detektionseinheit zum Detektieren einer Filmdicke und/oder einer Temperatur in einer Umgebung des Filmbildungszielobjekts, das von dem Halter gehalten wird, wobei die Detektionseinheit an einer Position vorgesehen ist, die einer Strömungsstrecke der gesputterten Partikel zugewandt ist, die zu dem Filmbildungszielobjekt von jedem Target des Paares Targets fliegen; und einen Controller zum Steuern einer Änderung einer Richtung jedes Targets auf der Basis eines Detektionswertes, der von der Detektionseinheit erhalten wird.