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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden dünner Schichten
auf einem Substrat und eine Beschichtungsvorrichtung, die ein Zerstäubungstarget
und eine Verdampfungsmaterialquelle umfaßt. Das Verfahren kann unter
Verwendung dieser Beschichtungsvorrichtung ausgeübt werden.
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Die
Ausbildung einer relativ dicken (etwa 1 μm) gleichförmigen Schicht mehrerer Komponenten sollte
in einer kurzen Zeit erfolgen, um eine Schicht oder einen Film hoher
Präzision
zu gewinnen.
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Während die
Dampfabscheidung gemeinhin zur Ausbildung derartiger Schichten angewandt
wird, ist sie zur Schichtbildung in einer Umgebung geringer Temperatur
oder bei großen
Substraten bzw. Schichtträgern
ungeeignet. In Anbetracht der vielfältigen Anstrengungen, diese
Nachteile zu überwinden,
zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Technologie der Dampfabscheidung
und die Sputtertechnologie zu kombinieren. Im Stand der Technik
ist ein Beispiel für
eine solche Abscheidungs/Sputtertechnik-Kombination in der japanischen Patentanmeldung
94473/1980 (JP 55-94473 A) offenbart, die ein Ionenbeschichtungsgerät beschreibt,
das mit einem Sputtertarget und einer Verdampfungsmaterialquelle
ausgestattet ist, um mehrkomponentige Schichten zu erzeugen. Eine
solche Vorrichtung ist in 5 dargestellt,
wobei die Vorrichtung ein Substrat 46 umfaßt, das
im Inneren einer Vakuumkammer 41 fixiert ist. Eine Verdampfungsmaterialquelle 45 befindet
sich im unteren Teil der Vakuumkammer 41. Ein Target 42 und
eine Sputter-Zerstäubungselektrode 43 sind
jeweils in der dargestellten Weise zwischen dem Substrat 46 und
der Verdampfungsmaterialquelle 45 plaziert. Auf der Verdampfungsmaterialquellenseite 45 ist
eine Anode 44 angeordnet und es ist eine heiße Kathode 47 auf
der Substratseite 46 angeordnet, um ein Gasentladungsplasma
zu erzeugen. In der Vakuumkammer 41 dieser Vorrichtung
wird, wenn Gas von einer Gasquelle 48 wie vorgesehen seitlich
in die Vakuumkammer eingeleitet wird, bei Verdampfen der Verdampfungsmaterialquelle 45 mit konstanter
Rate durch Erhitzung und darauf folgende Ionisierung der Partikel
der verdampften Komponenten im Gasentladungsplasma, eine Schicht
ausgebildet, wobei zur Schichtbildung auch ein elektrisches Hochfrequenzfeld
(HF-Feld) an die Sputterelektrode 43 angelegt wird, um
das Target 42 zu zerstäuben. Die
sich auf dem Substrat 46 ausbildende Schicht setzt sich
aus der verdampften Komponente und der abgestäubten Komponente zusammen.
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Dieses
Ionenbeschichtungsgerät
kann jedoch keine gleichmäßigen Schichten
auf einem großen
Substrat erzeugen, um damit einen in jüngster Zeit aufgekommenen Bedarf
zu befriedigen. Während
in der Vakuumkammer 41 die Verdampfungsmaterialquelle 45 dem
Substrat 46 gegenüberliegt, ist
das Target 42 angenähert
senkrecht zum Substrat 46 in dessen Nähe angeordnet. Diese Struktur
verhindert, daß vom
Target 42 abgestäubten
Partikel die Oberfläche
eines größeren Substrats
gleichmäßig erreichen,
und so eine gleichförmige
Schicht ergeben.
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Schließlich sind
das Substrat 46 und die Verdampfungsmaterialquelle 45 derart
beabstandet, daß die
ionisierten verdampften Partikel das Substrat nicht in einer kurzen
Zeit erreichen können.
Dies führt wiederum
zu einer Verschlechterung der Präzision einer
ausgebildeten Schicht.
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Bei
einer anderen bekannten Dünnschicht-Beschichtungsvorrichtung
mit einer Vakuumkammer ist darin zentral im Target eine Öffnung für einen
Elektronenstrahlverdampfer vorgesehen, wobei das Target dem Substrat
gegenüberliegend
angeordnet ist (JP 57-188676 A). Eine Gaszufuhr von einer Gasquelle
mündet
seitlich, außerhalb
einer gedachten zentralen Achse der Öffnung im Target in eine Wand
der Vakuumkammer.
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Zum
Stand der Technik gehören
ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbeschichtung
von Substraten in einer Vakuumkammer durch Elektronenbeschuß zu verdampfenden
Materials (
DE 42 03
371 C1 ), wobei neben einer ersten Stromquelle zur Erzeugung
einer Bogenspannung zwischen einer selbstverzehrenden Kathode und
einer Anode eine zweite Stromquelle zwischen der Anode und einer
zweiten Anode vorgesehen ist und ein Gas oder Gasgemisch in eine
Wand der Vakuumkammer durch eine Anschlußleitung außerhalb einer zentralen Achse
der zweiten Anode dieser zugeführt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderte
Problematik zu überwinden
und ein Verfahren zum Abscheiden einer gleichförmigen und hochpräzisen Schicht
auf einem großen
Substrat sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch
1 gelöst.
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Eine
zur Ausübung
des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in Anspruch 5 angegeben.
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Das
Verfahren nach der Erfindung gemäß Anspruch
1 umfaßt
die Schritte des Einleitens eines Inertgases in eine Vakuumkammer
und des Abscheidens auf der Oberfläche eines Substrats oder Trägers von
abgestäubten
Partikeln, die durch Abstäuben
eines Targets bzw. Zerstäubungstargets
unter Ausnutzung von Ionenenergie eines Plasmas freigesetzt werden,
das um das Target herum erzeugt wird, und unter Abscheidung verdampfter
Partikel, die gewonnen werden, indem eine Verdampfungsmaterialquelle
durch Erhitzen verdampft wird und die so verdampften Komponenten
unter Ausnutzung des obigen Plasmas ionisiert werden. Dabei ist
das Target in der Seitenwand der Vakuumkammer so angeordnet, daß seine
Sputteroberfläche
(die zu zerstäubende Oberfläche) auf
das Innere der Vakuumkammer gerichtet ist, wobei die Abstäubung des
Targets und das Erhitzen der Verdampfungsmaterialquelle gleichzeitig
oder zeitlich nacheinander bzw. konsekutiv erfolgen, während das
Inertgas durch einen Hohlraum in einem zentralen Hohlkörper in
dem Zerstäubungstarget
eingeleitet wird. Der Hohlkörper
kann in einem durchgehenden Loch lösbar eingesetzt oder eingepaßt sein,
das angenähert
durch das Zentrum des Targets hindurchgeht. Dabei ist die Oberflache
des Substrats der Sputteroberfläche
des Zerstäubertargets
gegenüberliegend
gehalten. Die so gewonnenen abgestäubten Partikel und die verdampften
Partikel werden gleichzeitig oder nacheinander auf die Oberflache
des Substrats mit einem Strahl des Inertgases getragen, wodurch
sich eine dünne
Schicht ausbildet.
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Ferner
können
für das
erfindungsgemäße Verfahren
verschiedene Materialien für
das Target und für
die Verdampfungsmaterialquelle verwendet werden.
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Schließlich kann
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
als Verdampfungsmaterialquelle ein plattenartiges Stück verwendet
werden, das in seiner Oberseite einen ausgehöhlten oder vertieften Bereich
hat, wobei dieser hohle Bereich mehrere Durchgangslöcher aufweist,
die sich im wesentlichen senkrecht zur Oberseite der Verdampfungsmaterialquelle erstrecken
und einen Durchtritt verdampfter Partikel in das Kammerinnere ermöglichen.
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Ferner
können
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
mehrere Targets und Verdampfungsmaterialquellen verwendet werden,
die in der Wand z.B. eines glockenartigen Gefäßes vertikal angeordnet sind,
wobei der Hohlkörper
in jedem Target so lösbar oder
demontierbar eingepaßt
ist, daß das
Inertgas in den Hohlraum im Hohlkörper eingeleitet werden kann.
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Mit
den erfindungsgemäßen Verfahren
gemaß obiger
Auslegung ist es möglich,
den Abstäubungsschritt
unter Beaufschlagung einer Targetelektrode mit Spannung und den
Erhitzungsschritt der Verdampfungsmaterialquelle gleichzeitig oder
zeitlich aufeinanderfolgend auszuführen, während das Inertgas durch den
Hohlraum im Hohlkörper
in die Kammer ausgestoßen
wird, wobei sich dieser Hohlkörper
angenähert
im Zentrum des Targets befindet. In diesem Verfahren wird die der
Targetelektrode zugeführte
Leistung dadurch bereitgestellt, daß eine Hochfrequenzspannung
van 10 kHz his 100 MHz einer Gleichspannung überlagert wird, wobei die verdampften
Abscheidungspartikel mit höherer
Dichte ionisierbar sind. Daneben können durch die Unterstützung eines
in den Durchgang des zentralen Hohlkörpers eingeleiteten Inertgases
sowohl die abgestäubten
Partikel als auch die ionisierten verdampften Partikel in kürzerer Zeit
auf das Substrat geschleudert werden. Infolgedessen bildet sich
auf der gesamten Oberflache des Substrats eine gleichmäßige Schicht.
Ferner können
mehrkomponentige Schichten durch Ausbildung des Zerstäubungstargets
und der Verdampfungsmaterialquelle aus unterschiedlichen Materialien
hergestellt werden.
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Darüber hinaus
kann in vorteilhafter Weise als Verdampfungsmaterialquelle ein plattenartiges Stück mit einem
ausgehöhlten
oder vertieften Bereich an der Oberseite und mit mehreren Durchgangslöchern verwendet
werden, die sich durch den hohlen Bereich senkrecht bezüglich der
Oberseite der Verdampfungsmaterialquelle erstrecken. Wenn dieser
hohle Bereich unter Verwendung einer Wärmequelle wie beispielsweise
eines Aluminiumdrahts erhitzt wird, werden verdampfte Aluminiumpartikel um
den hohlen Bereich herum freigesetzt. Diese verdampften Partikel
breiten sich in einem ausgeweiteten Bereich nicht nur aufwärts aus,
sondern auch bezüglich
der Oberseite der Verdampfungsmaterialquelle in rückwärtige Richtung
durch die Durchgangslöcher
und breiten sich somit mit einem Inertgasstrahl zum Substrat hin
aus. Infolgedessen werden die verdampften Partikel auf einen größeren Flächenbereich
des Substrats mit höherer
Abscheidungskraft und Abscheidungsleistung gleichförmig verteilt,
wodurch wiederum eine effiziente Ausbildung dünner Schichten sichergestellt
wird.
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Ferner
trägt die
Anordnung mehrerer Targets und Verdampfungsmaterialquellen wirksam
dazu bei, eine gleichförmige
und hochpräzise
Schicht auf einem großflächigen Substrat
und mehreren Substraten zu erzeugen.
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Die
Merkmale der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung
gehen aus Anspruch 5 hervor.
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Sie
umfaßt
ein Gaseinleitungsrohr zum Einleiten eines Inertgases in die Vakuumkammer
sowie eine Verdampfungsmaterialquelle und ein Target. Sie wird zur
Ausübung
des obigen Verfahrens zum Ausbilden einer dünnen Schicht auf einem Substrat durch
Abscheiden zerstäubter
Partikel verwendet, die durch Sputtern des Targets unter Verwendung von
Ionenenergie des Plasmas freigesetzt werden, das um das Target herum
erzeugt wird, sowie von verdampften Partikeln, die durch Verdampfen
einer Verdampfungsmaterialquelle durch Erhitzen und Ionisieren der
so verdampften Komponenten wiederum unter Ausnutzung des Plasmas
gewonnen werden. Die Beschichtungsvorrichtung nach der Erfindung umfaßt eine
Substratdrehhalterung mit einer Haltevorrichtung, um das Substrat
derart zu halten, daß seine
Schichtbildungsoberfläche
auf die Seitenwand der Vakuumkammer gerichtet ist. Ferner ist ein
Drehtisch vorgesehen, der die Haltevorrichtung innerhalb der Vakuumkammer
dreht, und das Target ist in der Innenwand der Vakuumkammer so angeordnet,
daß seine
Sputteroberfläche
auf das Innere der Vakuumkammer gerichtet ist. Ein Hohlraum ist
in einem hohlen Körper
vorgesehen, der vorzugsweise lösbar
in eine Durchgangsbohrung eingepaßt ist, die angenähert durch
das Zentrum des Targets hindurchgehend ausgebildet ist, wobei der
Hohlkörper
den Hohlraum umfaßt.
Das Gaseinleitungsrohr leitet das Inertgas in den Hohlraum (im Hohlkörper) ein
und die Verdampfungsmaterialquelle ist im Hohlraum nahe eines Auslasses
für das
Gas des Inertgaseinleitungsrohrs vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann zwei Verdampfungsmaterialquellen umfassen, die innerhalb des
Hohlraums nahe des Gasauslasses des Inertgaseinleitungsrohrs vorgesehen
sind, und aus demselben Element oder mehreren Elementen zusammengesetzt
sind. Ein Umschalter dient zur selektiven Zufuhr von Spannung an
jeweils eine der beiden Verdampfungsmaterialquellen zu deren Erhitzung.
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Darüber hinaus
kann die Verdampfungsmaterialquelle ein plattenförmiges Teil mit einem hohlen Bereich
in seiner Oberseite sein, aber wobei dieser hohle Bereich mehrere
Durchgangslöcher
umfaßt, die
sich senkrecht zur Oberseite der Verdampfungsmaterialquelle erstrecken.
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Ferner
kann die Vorrichtung mehrere integrierte Einheiten umfassen, wobei
jede solche Einheit den Hohlkörper
mit Hohlraum, ausgestattet mit dem Gaseinleitungsrohr und der Verdampfungsmaterialquelle,
sowie das Target umfaßt
und in oder in der Nähe
der Seitenwand der Vakuumkammer angeordnet ist, wobei die Haltevorrichtung
so ausgelegt wird, daß sie
die Halterung mehrerer Substrate ermöglicht.
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Die
Beschichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist zur
Ausführung
des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet und ausgelegt. Es können über die
gesamte Oberfläche
eines Substrats präzise
dünne Schichten
ausgebildet werden, da die zerstäubten
Partikel und die ionisierten verdampften Partikel, die aus der Verdampfungsmaterialquelle nahe
des Inertgassauslasses abgeleitet werden, beide mit einem Inertgasstrahl
auf das Substrat mitgerissen werden, und weil der Schichtbildungsprozeß bei sich
drehendem Substrat ausgeführt
wird.
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Die
beiden Verdampfungsmaterialquellen beinhalten folgende Funktion:
Wenn beide Verdampfungsmaterialquellen aus demselben Element bestehen,
wird eine Verdampfungsmaterialquelle solange reserviert, bis die
andere verbraucht ist, wogegen bei Verdampfungsmaterialquellen aus
verschiedenen Elementen eine mehrkomponentige dünne Schicht ausgebildet werden
kann. Die Verdampfungsmaterialquelle kann auch in einem bootplattenartigen
Teil oder muldenartigen Teil vorgesehen werden. Ferner kann die
Verdampfungsmaterialquelle in Form eines Drahtes oder eines Pulvers
vorgesehen werden und von außerhalb
der Vakuumkammer zugeführt
werden, um eine fortgesetzte lange Betriebsdauer zu gewährleisten.
Diese Verdampfungsmaterialquellen sind mittels eines Umschalters
entsprechend der jeweiligen Bedürfnisse
hintereinander einschaltbar.
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An
dieser Stelle soll nochmals ein besonderer Bezug auf den Einsatz
eines plattenförmigen
Teils mit einem hohlen Bereich in seiner Oberseite und mehreren
Durchgangslöchern
erfolgen, die sich durch den hohlen Bereich senkrecht bezüglich der Oberseite
der Verdampfungsmaterialquelle erstrecken. Die um den hohlen Bereich
oder vertieften Bereich verdampften Partikel diffundieren in einen
weitläufigeren
Bereich nicht nur nach oben, sondern auch durch die Durchgangslöcher bezüglich der
Verdampfungsmaterialquelle rückwärts und
breiten sich mit dem Inertgasstrahl auf das Substrat aus. Infolgedessen
werden die verdampften Partikel gleichförmig auf einem größeren Flächenbereich
des Substrats mit größerer Abscheidungsleistung
und -kraft abgeschieden, wodurch eine effiziente Ausbildung von
dünnen Schichten
sichergestellt wird.
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Ferner
sind der mit der Verdampfungsmaterialquelle bestückte Hohlraum und das Target
in eine Einheit integriert vorgesehen, um die Installation mehrerer
Hohlraumkörper
und Targets zu erleichtern. Werden mehrere derartiger integrierter
Einheiten angeordnet, so stellt dies die simultane Ausbildung einer
gleichmäßigen hochpräzisen dünnen Schicht nicht
nur auf einem großen
Substrat, sondern auch auf mehreren Substraten sicher.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine schematische Ansicht
des grundlegenden Aufbaus der Beschichtungsvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine schematische Ansicht
des Gesamtaufbaus der Beschichtungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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3 eine schematische Ansicht
des grundlegenden Aufbaus einer Beschichtungsvorrichtung nach einem
weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung,
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4 einen Teilschnitt durch
eine in dem Ausführungsbeispiel
der 3 verwendete Verdampfungsmaterialquelle
und
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5 den Aufbau einer konventionellen
Beschichtungsvorrichtung.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. 1 zeigt eine schematische Ansicht des
grundlegenden Aufbaus eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung
und 2 ist eine schematische
Ansicht des Gesamtaufbaus der Beschichtungsvorrichtung nach der
Erfindung dieses Ausführungsbeispiels.
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Eine
Vakuumkammer 1 ist mit einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe
verbunden, die in der Vakuumkammer 1 ein Vakuum eines vorbestimmten Bereichs
oder einer vorbestimmten Feinheit erzeugt. An der Seitenwand der
Vakuumkammer 1 sind jeweils mehrere erster Sputtereinheiten 10 und
zweiter Sputterein heiten 20 vertikal in der in 1 gezeigten Weise installiert.
Gemäß 1 umfaßt die erste Sputtereinheit 10 ein
Kupfertarget 3, das so angeordnet ist, daß dessen
Sputteroberfläche
oder Zerstäubungsoberfläche auf
das Innere der Vakuumkammer 1 gerichtet ist. Ferner ist
ein Permanentmagnet 6 in der gezeigten Weise angrenzend
an das Target 3 und eine vorgeschaltete Targetelektrode 3a außerhalb der
Vakuumkammer vorgesehen. Schließlich
ist ein Joch 9 in Kontakt mit dem Permanentmagneten 6 auf dessen
dem Target 3 angewandten Seite angebracht. Ferner ist ein
zylindrischer Hohlraum 2 in ein durchgehendes Loch eingepaßt, das
etwa im Zentrum des Targets 3 ausgebildet ist, wobei das
in die Kammer hineinragende Ende des zylindrischen Hohlraums 2 in
der gezeigten Weise nach außen
geöffnet
oder abgeschrägt
ist, so daß sich
der dargestellte geneigte Stirnseitenabschnitt 2a ergibt.
Der zylindrische Hohlraum 2 ist mit einem Gaseinleitungsrohr 4 ausgestattet,
das dazu dient, ein Inertgas in die Vakuumkammer 1 einzuleiten.
Ferner sind zwei Verdampfungsmaterialquellen 5 vorgesehen,
die Verdampfungsmaterialbehälter 5b füllen, welche
in der gezeigten Weise nahe eines Gasauslasses 4a des Gaseinleitungsrohrs 4 angeordnet
sind. Die Verdampfungsmaterialquellen 5 werden durch Erhitzen der
Behälter 5b mittels
Spulen 5a verdampft, die um die Behälterwände herum gewunden sind. Mittels
eines Schalters 7c wird jeweils einer der Spulen 5a selektiv
Leistung zugeführt.
Im Ausführungsbeispiel wird
Kupfer als Verdampfungsmaterialquelle 5 verwendet. Die
der Targetelektrode 3a zugeführte Spannung wird durch Überlagerung
einer Spannung erzeugt, die von einer HF-Wechselspannungsquelle 8a über eine
Impedanzanpassungsvorrichtung 7a zugeführt wird, sowie einer weiteren
Spannung, die von einer Gleichspannungsquelle 8b zum Sputtern
abgeleitet wird, die in Serie mit einer Tiefpaßfilterschaltung 7b geschaltet
ist.
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Die
zweite Sputtereinheit 20 umfaßt ein Chromtarget 23 und
einen Permanentmagneten 26, der außerhalb der Vakuumkammer 1 angeordnet
ist und über
eine Targetelektrode 23a an das Target 23 angeschlossen
ist (2). Der Targetelektrode 23a wird
Gleichstrom zugeführt.
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Innerhalb
der in 2 dargestellten
Vakuumkammer 1 werden Substrate S1,
S2 durch Substrathalter 12 gehalten,
wobei die Schichtbildungsoberflächen
der Substrate auf die jeweiligen Targets 3 bzw. 23 gerichtet
sind. Die Substrathalter 12 sind auf einem Drehtisch 11 im
unteren Bereich der Kammer gehaltert, der durch einen (nicht dargestellten)
Motor angetrieben wird, damit sich der Tisch in der Vakuumkammer 1 dreht.
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Unter
Verwendung der oben erläuterten
Beschichtungsvorrichtung wird eine dünne Schicht (Cr-Cu-Cr Schicht)
auf den Oberflächen
des Substrats S1, S2 entsprechend
der im folgenden erläuterten Art
und Weise ausgebildet.
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Die
Substrate S1 und S2 die
als Basis zur Ausbildung der dünnen
Schichten dienen, werden über
eine (nicht dargestellte) Tür
in die Vakuumkammer 1 eingebracht, die vorab unter Verwendung
einer Vakuumpumpe bis auf einen vorbestimmten Vakuumbereich evakuiert
worden ist, und werden dann am Substrathalter 12 angebracht.
Dann wird das Substrat S (im folgenden bezeichnet S sowohl S1 als auch S2) in
eine Position gegenüberliegend
dem Target 23 durch Drehen des Drehtisches 11 mittels
eines Motors verschoben. In dieser Stellung wird der Targetelektrode 23a zum
Sputtern oder Zerstäuben
des Targets 23 Spannung zugeführt, wobei sich Cr-Partikel
auf dem Substrat S unter Ausbildung einer Cr-Schicht abscheiden.
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Darauffolgend
wird das mit der Chromschicht versehene Substrat S so verschoben,
daß es
dem Target 3 gegenüberliegt.
In dieser Stellung wird, während
das Inertgas Argon über
das Gaseinleitungsrohr 4 in die Vakuumkammer 1 eingeleitet
wird, das Sputtern des Targets 3 durchgeführt, indem
der Targetelektrode 3a die überlagerte Spannung zugeführt wird, die
sich aus der Spannung von der HF Wechselspannungsquelle 8a,
zugeführt über die
Anpassungsvorrichtung 7a, und der Spannung aus der Gleichspannungsquelle 8b zusammensetzt,
die in Serie mit der Tiefpaßfilterschaltung 7b geschaltet
ist. Durch diesen Prozeß werden
Cu-Partikel freigesetzt und auf dem Sub strat S abgeschieden. Andererseits
wird gleichzeitig die Verdampfungsmaterialquelle 5 durch
eine Spannung erhitzt, die von einer Spannungsquelle 8c der
Spule 5a über
einen Anschluß 7d zugeführt wird, der
wiederum durch den Schalter 7c angesteuert wird. Dann werden
die Cu-Partikel,
die von der Verdampfungsmaterialquelle 5 abgedampft sind, über einen
in der Nähe
ausgestoßenen
Inertgasstrahl auf das Substrat S geschleudert und scheiden sich
dort ab. Die aus diesen Schritten gelieferten Cu-Partikel ergeben
eine Cu-Schicht, wobei sich insgesamt eine dünne zweilagige Cr-Cu-Schicht
auf dem Substrat S ergibt.
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Anschließend wird
das Substrat S wieder in die Gegenüberstellung zum Target 23 bewegt.
Wie zuvor werden wieder Cr-Partikel abgeschieden, um auf diese Weise
eine dreilagige Schicht aus Cr-Cu-Cr zu erzielen.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
verwendet groß bemessene
Substrate S. Dennoch ist eine dünne
Schicht erzielbar, die sehr gleichmäßig und präzise ist. Im Vergleich mit
der konventionellen Technologie können die zerstäubten Partikel
und die verdampften Partikel eine große Fläche infolge der vertikalen
Anordnung der Mehrzahl van Sputtereinheiten 10, 20 in
der Seitenwand der Vakuumkammer 1 bedecken. Darüber hinaus
trägt die
Einleitung eines Inertgases dazu bei, daß diese Partikel das Substrat
S in kurzer Zeit erreichen und stellt somit die Präzision der
Schicht sicher.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind beide Verdampfungsmaterialquellen aus demselben Element (Cu)
hergestellt. Ist eine der Verdampfungsmaterialquellen verbraucht,
so wird durch Umschaltung des Umsehalters 7c die andere
Verdampfungsmaterialquelle abgedampft, so daß insgesamt die Kupferpartikel
kontinuierlich abgedampft werden.
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Das
vorliegende Ausführungsbeispiel
richtet sich auf die Bildung einer Cr-Cu-Cr-Schicht Jedoch sind auch dünne Schichten
anderer Zusammensetzungen gemäß den Kombinationen
aus Target 23, Target 3 und Verdampfungsmaterialquelle 5 erzielbar.
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Beispielsweise
kann ein Titan-Target 23 mit einem Wolfram-Target 3 und
einer Aluminiumverdampfungsmaterialquelle 5 kombiniert
werden, so daß sich
eine Ti-Al-(W)-Ti Schicht bildet.
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Ferner
sollte die vorliegende Erfindung auch nicht auf die kombinierte
Verwendung der ersten Sputtereinheit 10 und zweiten Sputtereinheit 20 gemäß obigem
Ausführungsbeispiel
eingeschränkt werden.
So kann auch die unabhängige
Verwendung der ersten Sputtereinheit 10 einen mehrkomponentigen
Dünnschichtfilm
liefern. Beispielsweise wird eine TiN Schicht ausgebildet, indem
zunächst
eine Sputtereinheit 10 eingesetzt wird, die aus einem Titan-Target 3 und
einer Titanverdampfungsmaterialquelle 5 zusammengesetzt
ist, und indem ein reaktives Gas aus Stickstoff oder Ammonium ausgestoßen wird.
Ferner ist eine Cr-Cu-Cr Schicht unter unabhängigem Einsatz einer ersten
Sputtereinheit 10 gewinnbar, indem eine Verdampfungsmaterialquelle 5 mit Chrom
und die andere mit Kupfer bestückt
wird und der Umschalter 7c in entsprechend geeigneter Weise angesteuert
wird.
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Sind
das Target 3 und die Verdampfungsmaterialquelle 5 aus
unterschiedlichen Materialien erstellt, so wird die Struktur einer
mehrkomponentigen Dünnschicht
dadurch gesteuert, daß das
Sputtern des Targets und das Ausstoßen der verdampften Partikel
zu getrennten Steuerzeitpunkten erfolgen.
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Wie
oben exemplarisch belegt, können
verschiedenste vielfältige
Schichtbildungsbedingungen nicht nur durch eine geeignete Kombination
des Targetmaterials, des Verdampfungsmaterials und des Inertgases
erzielt werden, sondern auch durch eine geeignete Steuerung der
zeitlichen Vorgabe und Dauer des Freisetzens der jeweiligen Partikel.
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Schließlich sind
die Positionen und Ausrichtungen der ersten Sputtereinheiten 10 und
der zweiten Sputtereinheiten 20 nicht auf die Festlegungen des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
eingeschränkt.
Diese Faktoren können
so ausgelegt werden, daß sie
auf Abmessungen und Anzahl der Substrate in geeigneter Weise abgestimmt
sind.
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Ferner
kann die Verdampfungsmaterialquelle 5 in Form einer bootartigen
Platte oder pfannen- oder muldenartigen Verdampfungsmaterialquelle ausgebildet
sein. Ein Ausführungsbeispiel
wird nun anhand von 4 für eine bootplattenartigen
Verdampfungsmaterialquelle erläutert. 4 zeigt einen Teilschnitt
durch eine bootplattenartige Verdampfungsmaterialquelle dieses Ausführungsbeispiels und 3 zeigt eine schematische
Ansicht einer Beschichtungsvorrichtung, die dieses Ausführungsbeispiel
einsetzt.
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Gemäß 4 ist die Verdampfungsmaterialquelle 55 plattenartig
als bootplattenartiges Stück ausgebildet.
Die Oberseite der Verdampfungsmaterialquelle 55 umfaßt einen
vertieften oder ausgehöhlten
Bereich 31, der durch drei nahezu senkrechte Seitenwände 33,
eine offene Seite und eine Bodenwandung 34 eingegrenzt
wird, die nahezu senkrecht bezüglich
der Seitenwände 33 ausgebildet
ist. Durch die Bootplatte erstrecken sich Durchgangslöcher 32, und
zwar senkrecht bezüglich
der Bodenebene 34, wobei jedes Loch nahe an einer der Seitenwände 33 positioniert
ist.
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Eine
Beschichtungsvorrichtung, die die Verdampfungsmaterialquelle 55 verwendet,
zeichnet sich konstruktionsmäßig als
Modifikation der Vorrichtung der 1 speziell
durch die Verdampfungsmaterialquelle 55 und die hiermit
verbundenen Strukturen aus. Demgemäß behandelt die folgende Beschreibung
nur diese Strukturen, die in 1 dargestellt
sind, jedoch für
die Verdampfungsmaterialquelle 55 in geeigneter Weise modifiziert
sind. Der Gesamtaufbau der Beschichtungsvorrichtung entspricht demjenigen
gemäß Darstellung
in 2 und es ist hierzu
keine weitere Erläuterung
erforderlich.
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Gemäß 3 ist die bootplattenartige
Verdampfungsmaterialquelle 55 an der Öffnung des zylindrischen Hohlraums 2 auf
der Substratseite installiert. Ein Aluminiumdraht 35 ist
durch das Gaseinleitungsrohr 4 eingeführt und so angeordnet, daß seine Spitze
die Bodenebene 34 der näher
in 4 gezeigten Verdampfungsmaterialquelle 55 in
der dort unterbrochen dargestellten Weise berührt.
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Wird
der Aluminiumdraht 35, der die Bodenebene 34 berührt, auf
eine hohe Temperatur gebracht, so verdampft das Aluminium spontan.
Die abgedampften Alumiumpartikel diffundieren nicht nur aufwärts, sondern
auch durch die Löcher 32 bezüglich der
Verdampfungsmaterialquelle 55 in die rückwärtige Richtung. Darüber hinaus
werden diese Partikel mit einem Inertgasstrahl auf die Substrate
S1 und S2 mitgezogen
und getragen und auf den Substraten abgeschieden. Auf diese Weise
können
die verdampften Partikel in ausgedehnter Weise verteilt werden,
indem es ihnen ermöglicht
wird, sich auf die Rückseite
der Verdampfungsmaterialquelle 55 über die Löcher 32 auszubreiten.
Infolgedessen werden die verdampften Partikel gleichmäßig über einen
größeren Bereich
mit einer größeren Abscheidungsspannung
oder einen großeren
Abscheidungsdruck oder -potential abgeschieden.
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Alternativ
kann das Verdampfungsmaterial in Form eines Drahtes vorliegen, der über eine
Drahteinspeisungsvorrichtung von außerhalb der Vakuumkammer zugeführt wird.
Gleichermaßen
kann ein pulverförmiges
Verdampfungsmaterial durch ein Rohr zugeführt werden. Diese Anordnungen
ermöglichen eine
kontinuierliche Zufuhr des Verdampfungsmaterials über eine
lange Zeitdauer.
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Zusammenfassend
umfaßt
die Beschichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung
bevorzugt ein Gaseinleitungsrohr zum Einleiten eines Inertgases
in eine Vakuumkammer, eine Vakuumquelle und ein Target und bildet
eine dünne
Schicht durch Abscheiden gesputterter Partikel und verdampfter Partikel auf
der Oberfläche
eines Substrats aus, wobei die gesputterten Partikel durch Zerstäuben des
Targets unter Verwendung der Ionenenergie eines Plasmas freigesetzt
werden, das um das Target herum erzeugt wird, während die verdampften Partikel
durch Verdampfen einer Verdampfungsmaterialquelle durch Erhitzen
und Ionisieren der verdampften Komponenten unter Ausnutzung des
Plasmas gewonnen werden. Speziell umfaßt diese Vorrichtung einen
Substrathalter zum Halten des Substrats derart, daß dessen
schichtbildende Oberfläche
der Seitenwand der Vakuum kammer gegenüberliegt; einen Drehtisch, der
zum Drehen des Substrathalters mit diesem eine Substratdrehhalterung
innerhalb der Vakuumkammer bildet; ein Target, das in der Seitenwand
der Vakuumkammer so angeordnet ist, daß seine Sputteroberfläche auf
die Innenseite der Vakuumkammer gerichtet ist; einen Hohlraumkörper, der
lösbar
in eine Durchgangsbohrung eingepaßt ist, die angenähert durch
das Zentrum des Targets hindurchgehend ausgebildet ist, und der
einen darin ausgebildeten Hohlraum aufweist; ein Gaseinleitungsrohr
zum Einleiten des Inertgases in den Hohlraum im Hohlraumkörper; und
eine Verdampfungsmaterialquelle, die im Hohlraum nahe des Gasauslasses
des Gaseinleitungsrohrs vorgesehen ist.