DE3789618T2

DE3789618T2 - Ionenerzeugende apparatur, dünnschichtbildende vorrichtung unter verwendung der ionenerzeugenden apparatur und ionenquelle.

Info

Publication number: DE3789618T2
Application number: DE3789618T
Authority: DE
Inventors: Morito Matsuoka; Ken Ichi Ono
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2007-09-25
Also published as: EP0283519A1; WO1988002546A1; EP0283519A4; EP0283519B1; DE3789618D1; US5022977A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ionisationsgerät zur wirkungsvollen Ionisation unter Anwendung eines durch Plasma hoher Dichte ausgeführten Sputterprozesses, auf ein Dünnfilm-Erzeugungsgerät zum Formen von verschiedenerlei Dünnfilmen mit hoher Geschwindigkeit und hohem Wirkungsgrad mit von dem Ionisationsgerät erzeugten Ionen und neutralen Teilchen und auf eine Ionenquelle mit hohem Wirkungsgrad und hohem Nutzungsgrad (starkem Ionenstrom), aus der die von dem Ionisationsgerät erzeugten Ionen herausgezogen werden, um verschiedenerlei Dünnfilme zu erzeugen und einen Ätzprozeß auszuführen.
Das sogenannte Sputtergerät für das Zerstäuben eines Target als Dünnfilm-Erzeugungselement in Plasma, wodurch Dünnfilme erzeugt werden, wurde zum Erzeugen von Filmen aus verschiedenerlei Materialien auf verschiedenerlei Gebieten verbreitet eingesetzt. Beispielsweise wurden den Fachleuten bekannte Geräte eingesetzt wie ein in Fig. 1 dargestelltes herkömmliches Sputtergerät, in welchem einen Target und ein Substrat 2 einander in einer Vakuumkammer 4 gegenübergesetzt ist und das allgemein als Zweielektroden-Sputtergerät bezeichnet wird (siehe F.M. D'Heurle: "Metall. Trans.", Band 1, März 1970, Seiten 725 bis 732), ein Dreielektroden- Sputtergerät, in dem zusätzlich gemäß der Darstellung in Fig. 2 eine dritte Elektrode 3 für die Abgabe von Elektronen angeordnet ist (W.W.Y. Lee and D. Oblas: "J. Appl. Phys.", Band 46, Nr.4, 1975, Seiten 1728 bis 1732) und weiterhin ein Magnetron-Sputterprozeß (siehe R.K. Waits: "J. Vac. Sci. Technol.", Band 15, Nr.2, 1978, Seiten 179 bis 187), bei dem gemäß Fig. 3 ein Magnet 5 dazu eingesetzt wird, an dem Target 1 ein Magnetfeld einer geeigneten Stärke derart zu errichten, daß Plasma in hoher Dichte und mit niedriger Temperatur erzeugt wird, wodurch ein Dünnfilm mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird. Diese Geräte enthalten hauptsächlich die Vakuumkammer 4 mit dem Target 1 als Dünnfilm-Erzeugungselement und dem Substrat 2, auf dem ein Dünnfilm erzeugt wird, ein Gaseinleitungssystem und ein Gasableitungssystem, wobei in der Vakuumkammer 4 Plasma erzeugt wird.
Zum Formen eines Dünnfilmes mit hoher Geschwindigkeit mittels eines der vorangehend genannten Geräte wird es erforderlich, ein Plasma mit hoher Dichte aufrecht zu erhalten. Im Falle des Zweielektroden- bzw. Dioden-Sputtergerätes wird jedoch eine an dem Target anliegende Spannung um so schneller erhöht, je höher die Dichte des Plasmas ist. Zugleich steigt die Temperatur des Substrats wegen des Beschießens des Substrats mit Teilchen hoher Energie und Elektronen hoher Energie in dem Plasma schnell an und es verstärkt sich auch die Beschädigung des erzeugten Filmes. Daher kann dieses Gerät nur für besondere wärmebeständige Substrate, Dünnfilmematerialien und Filmzusammensetzungen eingesetzt werden. Im Falle des Dreielektroden- bzw. Trioden-Sputtergerätes wird die Plasmadichte erhöht, da aus der dritten Elektrode in das Plasma Elektronen zugeführt werden, jedoch wird gerade so wie bei dem Zweielektrodenbzw. Dioden-Sputtergerät dann, wenn ein Dünnfilm mit hoher Geschwindigkeit geformt werden soll, die Temperatur des Substrats schnell erhöht. Infolge dessen kann nur eine begrenzte kleine Anzahl von Dünnfilmmaterialien und Substraten verwendet werden.
Andererseits werden im Falle des Hochgeschwindigkeit-Magnetron-Sputtergerätes die von dem Target abgegebenen Gamma -(γ -) Elektronen (Sekundärelektronen), die für das Ionisieren des Gases in dem Plasma benötigt werden, durch sowohl magnetische als auch elektrische Felder über der Oberfläche des Target eingeschlossen, so daß ein dichtes Plasma bei niedrigem Gasdruck erzeugt werden kann. In der Praxis werden die Hochgeschwindigkeit-Sputterprozesse bei einem niedrigen Gasdruck in der Größenordnung von 0,1 Pa (10&supmin;³ Torr) ausgeführt, so daß sie in breitem Ausmaß für das Erzeugen von verschiedenerlei Dünnfilmen mit hoher Geschwindigkeit eingesetzt werden. Im Falle des vorstehend beschriebenen Sputtergerätes werden jedoch wegen des Beschießens der Ionen in dem Plasma (hauptsächlich der Ar+ Ionen) von dem Target neutrale Teilchen hoher Energie abgegeben (hauptsächlich an der Oberfläche des Target reflektiertes Ar) und durch das Erzeugen negativer Ionen an dem Film tritt eine Änderung der Zusammensetzung des Dünnfilmes auf und es wird der Film oder das Substrat geschädigt. Es ist Fachleuten in der Praxis bekannt, daß im Falle des Erzeugens eines ZnO-Filmes die Zusammensetzung des Bereiches des ZnO-Filmes unmittelbar über der Abtragungsfläche des Target und diejenige des anderen Bereiches des ZnO-Filmes von einander völlig verschieden sind. Daher ergibt die Beschießung des Substrats mit Teilchen hoher Energie schwerwiegende Probleme. Außerdem sind die Abtragungsflächen des Target örtlich verteilt, so daß dieses Gerät einen geringeren Nutzungswirkungsgrad und einen Mangel insofern hat, daß es nicht in industriellem Maßstab eingesetzt werden kann.
Weiterhin werden im Falle des Formens von Dünnfilmen mittels der Sputtergeräte nach dem Stand der Technik Gase und Teilchen in dem Plasma nicht ausreichend ionisiert und Teilchen, die als Dünnfilm-Erzeugungselemente versprüht werden, landen in ziemlich vielfachem Zustand auf dem Substrat. Da infolge dessen kein ausreichender Grad an Reaktionsaktivität erreicht werden kann, muß zum Erhalten gewisse Oxide und Materialien in thermischem Ungleichgewicht die Temperatur des Substrats auf eine hohem Temperatur im Bereich von 500ºC bis 800ºC angehoben werden. Darüberhinaus wird nahezu die gesamte dem Plasma zugeführte Leistung in Form von Wärmeenergie verbraucht, so daß das Verhältnis der für das Erzeugen von Plasma (zur elektrolythischen Zerlegung) genutzten Leistung zu der dem Gerät zugeführten Leistung gering ist und infolge dessen der Leistungswirkungsgrad sinkt.
Weiterhin kann bei irgendeinem der vorangehend genannten Sputtergeräte keine stabile Entladung bei einem Gasdruck unterhalb von 0,1 Pa (10&supmin;³ Torr) sichergestellt werden, so daß ein Mangel darin besteht, daß mancherlei Verunreinigungen in dem Dünnfilm eingeschlossen werden.
Von Matsuo u. a. wurde zum Erzeugen eines Dünnfilmes ein Prozeß vorgeschlagen, bei dem Plasma, das ein abzulagerndes Material enthält, unter Elektronen-Zyklotron-Resonanz (ECR) durch Anwendung von Mikrowellen erzeugt wird und das Plasma auf ein Objekt zum Formen des Dünnfilmes gezogen wird (US- PS-4 401 054). Mit diesem Prozeß können jedoch keine dünnen Metallfilme und keine dünnen Metallverbindungsfilme erzeugt werden. Matsuo und Ono (US-PS-4 492 620) sowie Ono u. a. ("Jpn. J. Appl. Phys.", Band 23, Nr.8, 1984, Seiten 534 bis 536) haben ein Mikrowellenplasma-Ablagerungsgerät offenbart, in welchem ein Target durch Mikrowellenplasma mittels ECR zerstäubt wird und die zerstäubten Teilchen auf der Oberfläche eines Substrats abgelagert werden, wodurch ein Dünnfilm erzeugt wird.
Diese Geräte bewerkstelligen das Zerstäuben durch Nutzung der hervorragenden Merkmale von Mikrowellenplasma wie der Fähigkeit zur Entladung bei 0,001 Pa bis 0,01 Pa (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;&sup4; Torr) und zum Erzeugen von hochaktivem Plasma. Daher sind diese Prozesse hervorragende Prozesse für ein außerordentlich wirksames Zerstäuben bei niedrigen Gasdrücken.
Die Sputtergeschwindigkeit ist jedoch nicht allzu hoch und das Ionisationsverhältnis der von dem Target weg zerstäubten Teilchen ist niedrig, wobei ferner die Energiesteuerung nicht auf zufriedenstellende Weise bewerkstelligt werden kann, da das Target außerhalb der Plasmaerzeugungskammer liegt.
In den JP-OS-61-87 869 und 61-194 174 sind Geräte beschrieben, in denen das unter ECR-Bedingungen erzeugte Mikrowellenplasma durch ein Spiegelmagnetfeld eingeschlossen ist, so daß das Zerstäuben durch Plasma hohe Dichte bewerkstelligt werden kann. Bei diesen Geräten ist es möglich, in einem hohen Vakuum von 0,01 bis 0,001 Pa (10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup5; Torr) zu zerstäuben. Da jedoch in ersterem Fall (61-87 869) sowohl das Target als auch das Substrat in Plasma hoher Dichte angeordnet sind, entsteht das Problem, daß neutrale Teilchen hoher Energie und geladene Teilchen auf direkte Weise die Oberfläche des Substrats beschädigen, was eine Verschlechterung des erzeugten Dünnfilmes ergibt. Es besteht ferner wegen des durch das Plasma hoher Dichte verursachten Temperaturanstiegs ein Problem dadurch, daß ein Mechanismus für das Kühlen der Oberfläche des Substrats kompliziert wird. In letzterem Fall (61-194 174) wird der Sputterprozeß dadurch ausgeführt, das Plasma, welches in einem Spiegelmagnetfeld erzeugt wird, durch eine andere magnetische Vorrichtung zu der Oberfläche des Target gezogen wird. In diesem Fall ist das Target außerhalb der Plasmaerzeugungskammer für das Erzeugen von Plasma hoher Dichte angeordnet, so daß das Ionisationsverhältnis der von dem Target weg zerstäubten Teilchen niedrig ist und infolge dessen dieses Gerät nicht dazu geeignet ist, einen Dünnfilm mit stark reaktiven Ionen zu formen.
Im Falle des Erzeugens von Dünnfilmen durch Zerstäubung müssen die folgenden Bedingungen erfüllt werden:
(1) Es entsteht kein schneller Temperaturanstieg, der Beschädigungen des Substrats und des Filmes verursacht, und das Erzeugen eines Dünnfilmes kann mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden (d. h., es ist Plasma mit hoher Dichte erforderlich).
(2) Die Energie von Teilchen kann über einen weiten Bereich gesteuert werden.
(3) Die Verteilung der Energie der Teilchen muß auf ein Minimum verringert sein, soweit dies auf praktische Weise möglich ist.
(4) Das Ionisationsverhältnis des Plasmas muß hoch sein und das Plasma muß aktiv sein.
(5) Das Plasma muß bei niedrigem Gasdruck erzeugt werden können.
Bisher wurde kein Dünnfilm-Erzeugungsgerät realisiert, mit dem alle vorstehend genannten Bedingungen erfüllt werden konnten.
Das Ionisationsgerät wird dabei als Ionenquelle eingesetzt. Verschiedenerlei Ionenquellen, bei denen das Plasma genutzt wird, wurden verbreitet als sogenannte Ionenstrahl-Sputtergeräte, in denen die Ionen zum Zerstäuben des Target benutzt werden, um dadurch Dünnfilme zu erzeugen, sowie als Ätzgeräte, eingesetzt, die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet wurden. Die Ionisationsgeräte haben mancherlei Ausführungsformen wie die Kaufman- Ausführungsform, die Duoplasmatron-Ausführungsform usw. Von allen Ausführungsformen wurde verbreitet als Ionenquelle die Kaufman-Ausführungsform eingesetzt. Im Falle des Kaufman-Ionisationsgerätes ist gemäß Fig. 4 in einer Plasmaerzeugungskammer 6 ein Heizfaden 7 für die Emission von thermischen Elektronen angebracht, der als negative Elektrode verwendet wird; die Entladung wird in einem von einem Elektromagneten 8 erzeugten Magnetfeld hervorgerufen, wodurch Plasma 9 erzeugt wird; die Ionen in dem Plasma werden dazu verwendet, durch eine Vielzahl von Entnahmegittern 10 hindurch einen Ionenstrahl 11 zu erzeugen (siehe H.R. Kaufman u. a.: "J. Vac. Sci. Technol.", Band 21, Nr. 3, 1982, Seiten 725 bis 736). Bei der Kaufman-Ionenquelle sind die Arten von Ionen, nämlich die Arten von in die Plasmaerzeugungskammer 6 einzuleitenden Gasen auf inerte Gase wie Ar beschränkt, da als eine Ionenquelle der Heizfaden 7 für die Abgabe thermischer Elektronen verwendet wird. Das heißt, wenn ein reaktives Gas verwendet wird, reagiert es mit dem Heizfaden 7, so daß keine stabile Plasmaerzeugung und keine stabile Ionenentnahme ausgeführt werden können. Bei dem Gerät bestehen weitere Probleme darin, daß durch Alterung des Heizfadens 7 die Eigenschaften verschlechtert werden, daß die Wartung der Quelle wie das Auswechseln des Heizfadens 7 umständlich ist und daß die Reproduzierbarkeit durch Änderungen hinsichtlich der Ionenentnahme-Verteilung beeinträchtigt ist, welche durch Abweichungen bei dem Einbau des Heizfadens 7 verursacht werden. Außerdem ist der Heizfaden für die Emission der thermischen Elektronen ständig dem Plasma 9 ausgesetzt, so daß auf den Heizfaden 7 die Ionen hoher Energie in dem Plasma auftreffen. Infolge dessen wird in die entnommenen Teilchen als Fremdstoff ein Material des Heizfadens 7 wie Wolfram eingemengt. Im Falle der vorstehend beschriebenen Ionenquelle sind die Ionen, die aus der Ionenquelle entnommen werden können, gemäß der vorangehenden Beschreibung auf die Ionen von inerten Gasen beschränkt und dies hat zur Folge, daß es im wesentlichen unmöglich ist, Ionen von Metallen wie Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Eisen (Fe) und dergleichen zu erhalten. Das gleiche gilt auch für die Duoplasmatron-Ionenquelle (siehe M.E. Abdelaziz und A.M. Ghander: "IEEE Trans. Nucl. Sci.", Juni 1967, Seiten 46 bis 52).
Bei der Anwendung einer Ionenquelle zum Erzeugen von Filmen oder zum Ätzen ist es vorteilhaft, wenn die Stromdichte des herausgeführten Ionenstrahls so hoch wie möglich ist. Bei den herkömmlichen Ionenquellen, bei denen ein Heizfaden verwendet wird, ist jedoch die Menge an Ionen von der Menge der von dem Heizfaden ausgestoßenen Elektronen abhängig, so daß es aus diesem Grund bisher im wesentlichen nicht möglich war, eine Ionenquelle herzustellen, aus der eine große Menge von Ionen herausgeleitet werden kann. Weiterhin kann bei den herkömmlichen Ionenquellen die stabile Entladung in der Plasmaerzeugungskammer nicht bei einem niedrigen Gasdruck aufrechterhalten werden, der niedriger als 0,1 Pa (10&supmin;³ Torr) ist. Daher entsteht das Problem, daß die herausgeleiteten Ionen eine größere Menge an Fremdstoffen enthalten.
Es wurde ein Gerät offenbart (US-PS-4 450 031), bei dem zum Erhalten eines stabilen Ionenstrahls mit hohem Strom aus einem Plasma, das durch die durch eine Mikrowelle angeregte Elektronen-Zyklotron-Resonanz (ECR) oder nach einem anderen Verfahren erzeugt ist, die Ionen über ein Elektrodensystem mit einer Abschirmelektrode und einer Ionenauszugselektrode herausgeleitet werden, sowie ein Gerät (JP-OS 60-264 032), bei dem die Ionenauszugselektrode für das Herausleiten der Ionen aus dem durch den Mikrowellen-ECR-Prozeß erzeugten Plasma verbessert ist. Bei diesen Ionenquellen kann ein Ionenstrahl mit hohem Strom aus einem Plasma hoher Dichte auf stabile Weise herausgeleitet werden, jedoch sind die Arten von erhaltenen Ionen auf Plasmaerzeugungsgase beschränkt, so daß es unmöglich ist, Ionen mit Ausnahme von Gas-Ionen zu erhalten. Das heißt, es ist unmöglich, einen Strahl von Metall-Ionen zu erhalten.
Die für Ionenquellen erforderlichen Bedingungen können folgendermaßen zusammengefaßt werden:
(1) Es wird eine große Menge an Ionen herausgeleitet (starke Ionenströme).
(2) Fremdstoffe sind soweit wie möglich auszuschließen.
(3) Die Energie von Ionen kann über einen weiten Bereich gesteuert werden.
(4) Es können nicht nur Ionen von inerten Gasen, sondern auch verschiedenerlei Ionen wie Metall-Ionen abgeleitet werden.
Es wurde jedoch bisher keine einzige Ionenquelle realisiert, die allen vorstehend genannten Bedingungen genügt.
Ein Ionengenerator ist in "Nuclear Instruments and Methods in Physical Research" 213 (1983) auf Seiten 165 bis 168 beschrieben. In dieser Veröffentlichung ist in Fig. 1 ein Ionengenerator dargestellt, der einen Hohlraumresonator (C), in welchen Mikrowellen in einer zu dem Magnetfluß einer Spiegelmagnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (S&sub3;, S&sub4;) senkrechten Richtung eingeleitet werden, ein Target (M), das in dem Resonator (C) angebracht ist, einen Auszugsmechanismus (E&sub1;, E&sub2;), der an einem Endabschnitt des Resonators angeordnet ist, und eine zweite Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (H) aufweist, die den Resonator umgibt.
In der europäischen Patentanmeldung EP-A-173 164 ist gleichfalls ein Gerät ählicher Art gezeigt, welches aber mit einer Objektkammer verbunden ist.
Die Erfindung ist darauf gerichtet, die vorstehend genannten und andere Probleme zu lösen, die bei den herkömmlichen Geräten anzutreffen sind.
Erfindungsgemäß wird ein Gerät geschaffen, das eine Vakuumkammer mit einem Vakuum-Hohlleiter, der an einem Ende ein Mikrowellen-Einlaßfenster hat, das an einen Mikrowellen-Hohlleiter angeschlossen ist, eine Plasma-Erzeugungskammer mit einem Durchmesser und einer Länge, die zum Begrenzen eines Mikrowellen-Hohlraumresonators für das Hervorrufen der Resonanz der eingeleiteten Mikrowelle ausreichend sind, und einen Endabschnitt der Plasmaerzeugungskammer aufweist, die alle miteinander in der genannten Aufeinanderfolge verbunden sind, und das ferner einen Gaseinführungseinlaß hat sowie weiterhin ein zu zerstäubendes Target, das in der Plasmaerzeugungskammer angebracht ist, und mindestens ein Paar von Magnetfelderzeugungsvorrichtungen aufweist, die um den Vakuum-Hohlleiter und den Endabschnitt der Plasmaerzeugungskammer derart angeordnet sind, daß ein Spiegelfeld in der Weise erzeugt wird, daß die Mitte des Magnetfeldes innerhalb der Plasmaerzeugungskammer liegt, wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß das Target an einem Teil der Seitenfläche der Plasmaerzeugungskammer angebracht ist und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer negativen Spannung an das Target vorgesehen ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein herkömmliches Zweielektroden- bzw. Dioden-Sputtergerät zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein herkömmliches Dreielektroden- bzw. Trioden-Sputtergerät zeigt.
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht, die ein herkömmliches Magnetron-Sputtergerät zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine herkömmliche Kaufman-Ionenquelle zeigt.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt, wobei Fig. 5A eine Teilansicht desselben in vergrößertem Maßstab ist.
Fig. 6 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht des in Fig. 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 7 ist eine Darstellung, die ein Magnetfeld, die Bewegung von Ionen und eine Potentialverteilung veranschaulicht.
Fig. 8 und 9 sind Schnittansichten und teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansichten, die jeweils ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ionenquelle zeigen.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt.
Fig. 11 ist eine Darstellung, die eine Intensitätsverteilung eines Magnetfeldes in der Richtung eines Magnetflusses bei dem in Fig. 10 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Fig. 12 und 13 sind Darstellungen, die jeweils die Zustände von erzeugtem Plasma mit bzw. ohne ein Joch veranschaulichen.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt.
Fig. 15 und 16 sind Darstellungen, die jeweils eine Magnetfeldstärke bzw. einen Zustand von erzeugtem Plasma bei dem in Fig. 14 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Fig. 17 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt.
Fig. 18A und 18B sind Darstellungen zum Erläutern der Bewegung von Elektronen an der Oberfläche eines Target.
Fig. 19 ist eine Darstellung, die ein Magnetfeld, die Bewegung von Ionen und eine Potentialverteilung bei dem in Fig. 17 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt.
Fig. 21 ist eine Darstellung, die eine Magnetfeldstärke- Verteilung bei dem in Fig. 20 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Fig. 22 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt.
Fig. 23 ist eine Schnittansicht, die ein siebentes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt.
Fig. 24 zeigt die Verteilung der Magnetfeldstärke bei dem in Fig. 23 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Fig. 25 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ionenquelle zeigt.
Fig. 26 und 27 sind Darstellungen, die jeweils eine Verteilung der Magnetfeldstärke und einen Zustand von erzeugtem Plasma bei dem in Fig. 25 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Fig. 28 ist eine Schnittansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ionenquelle zeigt.
Fig. 29 und 30 sind Darstellungen, die jeweils eine Verteilung der Intensität eines Magnetfeldes und einen Zustand des erzeugten Plasmas bei dem in Fig. 28 dargestellten Ausführungsbeispiel zeigen.
Fig. 31 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ionenquelle zeigt.
Fig. 32 ist eine Schnittansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ionenquelle zeigt.
Fig. 33 ist eine Darstellung, die einen Zustand von erzeugtem Plasma bei dem in Fig. 32 dargestellten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Fig. 34 ist eine Schnittansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ionenquelle zeigt.
Fig. 35 zeigt einen Zustand des darin erzeugten Plasmas.
Die Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ionisationsgerätes und ein Dünnfilm-Erzeugungsgerät zeigt, bei dem dieses Ionisationsgerät verwendet ist. Die Fig. 5A ist eine Teilansicht hiervon in vergrößertem Maßstab und die Fig. 6 ist eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht des in Fig. 5 dargestellten-Ausführungsbeispiels. Eine Vakuumkammer 12, die aus einem unmagnetischen Material wie korrosionsbeständigem Stahl hergestellt ist, besteht aus einem Vakuum-Hohlleiter 13, einer Plasmaerzeugungskammer 14, einem - Endabschnitt 15 der Plasmaerzeugungskammer 14 und einer Objektkammer 16. Die Vakuumkammer 12 ist mit einem Mikrowellen-Einlaßfenster 17 versehen und die Mikrowellen werden über einen rechteckigen Hohlleiter 18 aus einer Mikrowellenquelle zugeführt, die an einen Mikrowellen-Einleitmechanismus angeschlossen ist, welcher aus einer Anpassungvorrichtung, einem Mikrowellen-Leistungsmeßgerät, einem Isolator usw. besteht (die nicht dargestellt sind). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 eine Quarzglasplatte und es wird als Mikrowellenquelle ein Magnetron für beispielsweise 2.45 GHz verwendet.
Die Plasmaerzeugungkammer 14 ist wassergekühlt, um den sich durch die Plasmaerzeugung ergebenden Temperaturanstieg zu verringern. Ein Plasmaerzeugungsgas wird über einen Einlaß 19 eingeleitet und die Vakuumkammer 12 wird mittels einer Evakuiervorrichtung über eine Auslaß bzw. eine Absaugöffnung 20 evakuiert. Ein Substrat 21 ist durch einen Substrathalter 21A gehalten, der an dem anderen Ende entgegengesetzt zu dem Mikrowelleneinlaßfenster 17 angeordnet ist, und über dem Substrat 21 ist ein Verschluß 22 angeordnet, der geöffnet oder geschlossen werden kann, um das Aufprallen von zerstäubten Teilchen auf das Substrat 21 zu verhindern. In den Substrathalter 21A ist ein Heizelement eingebaut, welches das Substrat 21 erwärmt. Ferner kann an das Substrat 21 eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung angelegt werden, so daß ein Vorspannungspotential an das Substrat angelegt werden kann, auf dem ein Dünnfilm erzeugt wird, oder eine Sputter-Reinigung des Substrats vorgenommen werden kann. In Fig. 6 ist der Verschluß 22 nicht dargestellt.
Hinsichtlich der Plasmaerzeugungskammer 14 als Mikrowellen- Hohlraumresonator wird beispielsweise der Zylinderhohlraumresonanz-Modus TE&sub1;&sub1;&sub3; angewandt und die Kammer besteht aus einem Zylinder mit 20 cm Innendurchmesser und 20 cm Höhe, so daß die elektrische Feldstärke der Mikrowelle erhöht werden kann und der. Wirkungsgrad der Mikrowellenentladung verbessert werden kann. An einem Teil der Seitenfläche der Plasmaerzeugungskammer 14 ist ein zylindrisches Target 23 angebracht, das wassergekühlt werden kann und an das aus einer Spannungsquelle 24 eine negative Spannung von bis zu 1,5 kV mit 10 A angelegt werden kann. In diesem Fall muß der Target-Bereich als Teil des Resonators für die Mikrowelle wirken, so daß aus diesem Grund das Target 23 über einen Kondensator 25 mit hoher elektrostatischer-Kapazität geerdet wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 5A ist das Target 23 mit einem Anschluß 23B über eine Unterlegplatte 23A verbunden, die mit dem Target 23 zusammengebaut und elektrisch und thermisch leitfähig ist sowie eine derartige Gestaltung hat, daß darin das Kühlwasser umläuft. Das Target 23 ist durch einen Isolator 23C elektrisch von der Seitenwand 14A der Plasmaerzeugungskammer 14 isoliert. Der Vakuumzustand in der Plasmaerzeugungskammer 14 wird durch vakuumdichte O-Ringe 14D und eine Schraubkappe 14C auf rechterhalten. In Fig. 6 sind die Unterlegplatte 23A sowie der Isolator 23C nicht dargestellt. Diese sind ferner bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht im einzelnen dargestellt, da die Anordnung des Target in der Plasmaerzeugungskammer im wesentlichen die gleiche wie bei diesem Ausführungsbeispiel ist. Das untere Ende der Plasmaerzeugungskammer 14, d. h., die an den Endabschnitt 15 der Plasmaerzeugungskammer 14 anschließende Fläche 14A ist mit einer Öffnung 14B mit 10 cm Innendurchmesser versehen und die Fläche 14A dient als Reflexionsfläche für die Mikrowellen, wodurch die Plasmaerzeugungskammer 14 als Hohlraumresonator wirkt.
Über die Plasmaerzeugungskammer 14 sind an dem oberen und dem unteren Ende derselben Elektromagnete 26A und 26B gesetzt und die Stärke der durch die Elektromagnete 26A und 26B erzeugten Magnetfelder wird derart gesteuert, daß in der Plasmaerzeugungskammer 14 die Bedingungen für das Herbeiführen der Elektronen-Zyklotron-Resonanz durch die Mikrowelle geschaffen werden können.
Beispielsweise ist die Bedingung für das Hervorrufen der Elektronen-Zyklotron-Resonanz der Mikrowelle mit der Frequenz 2,45 GHz eine Magnetflußdichte von 0,0875 Vsm&supmin;² (875 G), so daß demgemäß die beiden Elektromagnete 26A und 26B derart ausgelegt und gestaltet werden, daß eine maximale Magnetflußdichte von 0,3 Vsm&supmin;² (3000 G) erzielt werden kann. Wenn die Elektromagnete 26A und 26B von einander um einen geeigneten Abstand derart entfernt werden, daß die Magnetflußdichte innerhalb der Plasmaerzeugungskammer 14 auf ein Minimum verringert wird, oder wenn die sogenannte Spiegelmagnetfeld-Anordnung herbeigeführt wird, können durch die Elektronen-Zyklotron-Resonanz die Elektronen auf wirkungsvolle Weise die Energie aufnehmen und es kann das Streuen der erzeugten Ionen und Elektronen in der zu dem Magnetfeld senkrechten Richtung verhindert werden sowie ferner das Plasma 27 in dem Spiegelfeld eingeschlossen werden.
In Fig. 7, die das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip veranschaulicht, sind zum Bezeichnen gleicher Teile wie die in Fig. 5 gezeigten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Parameter bei dem Erzeugen von Plasma sind ein Gasdruck in der Plasmaerzeugungskammer, die Leistung der Mikrowelle, eine an das Target angelegte Spannung, ein Gradient des Spiegelmagnetfeldes (das Verhältnis Bm/Bo zwischen der maximalen Magnetflußdichte Bm der Elektromagneteinheit und der minimalen Magnetflußdichte Bo in der Plasmaerzeugungskammer auf der Achse der Elektromagnete 26A und 26B), ein Abstand zwischen den Elektromagneten usw. Beispielsweise ist im Falle der Mikrowelle mit der Frequenz 2,45 GHz die minimale Magnetflußdichte Bo auf 0,0875 Vsm&supmin;² (875 G) festgelegt, während die maximale Magnetflußdichte Bm in der Mitte eines jeden Elektromagneten von 0,1 bis 0,3 Vsm&supmin;² (1 kG bis 3 kG) verändert werden kann, so daß der Gradient des Magnetfeldes verändert werden kann. Wenn sich das Magnetfeld im Raum allmählich ändert, werden die geladenen Teilchen in dem Plasma durch die magnetischen Kraftlinien 28 zu einer Spiralbewegung um die magnetischen Kraftlinien 28 herum gezwungen und an einem Bereich hoher Magnetflußdichte reflektiert, während sie ihr Winkeldrehmoment beibehalten, was zur Folge hat, daß sie innerhalb des Spiegelmagnetfeldes hin- und herbewegt und eingeschlossen- werden. In diesem Fall wird durch den vorstehend genannten Gradienten des Spiegelmagnetfeldes bzw. durch Bm/Bo in starkem Ausmaß der Plasmaeinschluß-Wirkungsgrad beeinflußt. Wenn an das dem auf diese Weise eingeschlossene Plasma hoher Dichte zugewandte Target eine negative Spannung angelegt wird, können die Ionen in dem Plasma hoher Dichte auf wirkungsvolle Weise zu dem Target 23 herausgezogen werden, wodurch das Sputtern bzw. Zerstäuben verursacht wird. Außerdem wird ein Teil von nahezu allen, von dem Target 23 weg zerstäubten neutralen Teilchen in dem Plasma hoher Dichte mit hohen Elektronentemperaturen ionisiert. Die Elektronen sind weitaus leichter als die Ionen, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektronen in der Richtung der magnetischen Kraftlinien höher als diejenige der Ionen ist. Als Ergebnis können manche Elektronen aus den Enden des Spiegelfeldes entweichen, während positive Ionen in dem Spiegelfeld verbleiben, so daß daher eine Ladungstrennung auftritt und infolge dessen in der Nähe der Enden elektrische Felder induziert werden. Wenn die Potentialdifferenz (Vp) zwischen der Außenseite und der Innenseite der Plasmaerzeugungskammer gleich der mittleren Energie der Elektronen wird, ist das Gleichgewicht erreicht und dieses elektrische Feld bewirkt die Verlangsamung der Elektronen, während die Beschleunigung der Ionen verursacht wird. Somit werden die Elektronen und die Ionen in gleicher Menge ausgestoßen. Wenn das Plasma vom Gesichtspunkt des Dünnfilm-Erzeugungsgerätes her gesehen betrachtet wird, bedeuten die durch den Raumladungseffekt durch den Spiegel verursachten Verluste, daß aus dem Plasma die Ionen mit der Energie erhalten werden können, die zu der Spannungsdifferenz äquivalent ist. Diese Energie ist in starkem Ausmaß von der Leistung der Mikrowelle und dem Gasdruck abhängig und kann wahlweise in einem breiten Bereich von einigen Elektronenvolt bis zu hunderten von Elektronenvolt (eV) gesteuert werden.
Ein Teil der von dem Target 23 weg zerstäubten neutralen Teilchen wird dabei direkt über das Substrat 21 abgelagert.
Diese Teile sind Teilchen, die sich in der Richtung zum Substrat 21 bewegen und die während ihrer Bewegung mit keinen anderen Teilchen zusammenstoßen. Ferner verlieren die zerstäubten Atome oder Moleküle aus dem Targetmaterial während der Hin- und Herbewegung in dem Plasma ihre kinetische Energie, und treten schließlich unter Überschreitung der magnetischen Kraftlinien aus dem Plasma heraus. Die austretenden neutralen Teilchen werden auf der Oberfläche des Substrats abgelagert, wodurch ein Dünnfilm erzeugt wird. Gemäß der vorangehenden Beschreibung sind das Target und das Substrat in zueinander senkrechten Lagen angeordnet, so daß die Beschießung des Substrates mit den negativen Ionen von dem Target und mit neutralen Ar-Teilchen hoher Energie vermieden werden kann, welche einen geringen Prozentsatz der zerstäubten neutralen Teilchen ausmachen. Infolge dessen kann das Problem vermieden werden, daß bei den herkömmlichen Sputterprozessen durch die Beschießung des Substrats mit verschiedenerlei Teilchen hoher Energie auftritt.
Außerdem entsteht durch die Zusammenstöße der Teilchen in dem Plasma die Streuung der Teilchen und die Relaxationszeit der Verringerung der Plasmadichte infolge der Zusammenstöße und der Streuung der Teilchen wird kürzer, wenn die Energie von Ionen in dem Plasma gering ist. Daher wird die mittlere Energie der aus den Enden des Spiegels entweichenden Teilchen nur zu einem Bruchteil der mittleren Energie der Teilchen in dem Plasma. Das heißt, dies bedeutet, daß die Ionisation in dem Plasma bei hoher Energie (in einem hochaktiven Modus) ausgeführt wird und dann, wenn die auf diese Weise erhaltenen Ionen zum Bilden eines Filmes aus dem Plasma herausgeleitet werden, die Ionen mit der geringeren Energie mit dem Bruchteil der vorstehend genannten mittleren Energie herausgeleitet werden können, was anzeigt, daß das Sputtergerät mit der vorstehend beschriebenen Magnetfeldverteilung vorteilhafteste Eigenschaften bei der Verwendung als Dünnfilm-Erzeugungsgerät hat.
Da das Plasma erfindungsgemäß aktiviert wird, kann eine stabile Entladung bei einem niedrigeren Gasdruck von 0,001 Pa (10&supmin;&sup5; Torr) aufrechterhalten werden und es kann ein Film gebildet werden, der weniger Fremdstoffe enthält.
Ferner wird erfindungsgemäß die Erwärmung infolge der Elektronen-Zyklotron-Resonanz genutzt, so daß die Elektronentemperatur in dem Plasma wahlweise gesteuert werden kann. Daher kann die Elektronentemperatur in einem derartigen Ausmaß erhöht werden, daß stark geladene Ionen erzeugt werden können. Demzufolge hat die Erfindung ein beachtliches Merkmal insofern, als durch Nutzung der stark geladenen Ionen Materialien künstlich zusammengesetzt werden können, die chemisch instabil sind.
Im Falle des erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes ist dabei das Ionisationsverhältnis in dem Plasma gemäß der vorangehenden Beschreibung bemerkenswert groß und die von dem Target weg ausgestoßenen zerstäubten neutralen Teilchen werden in dem Plasma mit hoher Geschwindigkeit ionisiert, wobei die ionisierten Teilchen, die das Target gebildet haben, durch das Potential an dem Target beschleunigt werden. Infolge dessen ist die sogenannte Eigenzerstäubungsgeschwindigkeit beträchtlich erhöht, d. h., die Geschwindigkeit, mit der durch diese beschleunigten ionisierten Teilchen das Target zerstäubt wird. Das heißt, selbst wenn ein Plasmaerzeugungsgas (beispielsweise Ar) außerordentlich dünn ist oder selbst wenn kein Plasmaerzeugungsgas verwendet wird, dauert die vorstehend genannte Eigenzerstäubung an, so daß die Erfindung ein ausgeprägtes Merkmal insofern ergibt, als ein Film mit extremer Reinheit erzeugt werden kann.
Als nächstes werden Ergebnisse der Erzeugung eines Al- Filmes mit den erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerät beschrieben. Die Objektkammer 9 wurde auf ein Vakuum in der Größenordnung von 7 · 10&supmin;&sup5; Pa (5 · 10&supmin;&sup7; Torr) evakuiert und dann wurde in die Kammer 9 Ar-Gas eingeleitet, bis in der Plasmaerzeugungskammer ein Druck in der Größenordnung von 0,04 Pa (3 · 10&supmin;&sup4; Torr) entstanden ist. Dann wurde ein Film unter den Bedingungen erzeugt, daß die Mikrowellenleistung 100 bis 800 W betrug, die an das Al-Target angelegte Spannung -300 V bis -1 kV war und der Gradient des Spiegelmagnetfeldes auf 0,2/0,08 Vsm 2 (2 kG/875 G) gehalten wurde. In diesem Fall war der Substrathalter an dem unteren Ende der unteren Spiegelwicklung angeordnet und der Sputterprozeß wurde bei Raumtemperatur ohne Erwärmung des Substrats begonnen. Die Filmformungsgeschwindigkeit wurde durch Erhöhen der Mikrowellenleistung und der an das Target angelegten Spannung erhöht und betrug 25 nm/min (250 Å/min), wenn die Mikrowellenleistung 300 W war und die an das Target angelegte negative Spannung -800 W war. Wenn die Mikrowellenleistung und die an die Targets angelegte Spannung jeweils innerhalb der vorstehend genannten Bereiche verändert wurden, wurden die Dünnfilme auf wirkungsvolle Weise mit einer Dünnfilm-Ablagergeschwindigkeit von 10 bis 200 nm/min (100 bis 2000 Å/min) gebildet. Im Vergleich zu den nach den herkömmlichen Sputterverfahren erzeugten Dünnfilmen waren die inneren Spannungen in den Dünnfilmen gering, so daß auf stabile Weise Dünnfilme in einer Dicke von mehr als 2 um erzeugt werden konnten, ohne daß Risse und Ablösungen entstanden sind.
In diesem Fall schwankte die mittlere Energie von Ionen zwischen 5 eV und 25 eV und von allen in Richtung zum Substrat ausgestoßenen Teilchen betrug der Anteil der Ionen zwischen 10 und 30%.
Mit dem erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerät können nicht nur Al-Filme, sondern auch nahezu alle erwünschten Dünnfilme erhalten werden und darüber hinaus kann dann, wenn in die Prozeßkammer ein Reaktionsgas eingeleitet wird, die Reaktions-Zerstäubung ausgeführt werden.
Die in Fig. 5 und 6 dargestellten Vorrichtung, d. h. die Ionengeneratorvorrichtung, bei der ein Zerstäuben mit Plasma hoher Dichte genutzt wird, kann auch als Ionenquelle eingesetzt werden. Die Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Ionenquelle, während die Fig. 9 eine teilweise abgeschnittene perspektivische Ansicht hiervon ist. Gleiche Bezugszeichen wie die in Fig. 5 und 6 verwendeten werden auch in Fig. 8 und 9 zur Bezeichnung gleichartiger Teile verwendet. Die hauptsächlichen Unterschiede zwischen diesem Ausführungsbeispiel und der in Fig. 5 und 6 dargestellten Vorrichtung bestehen in dem Umstand, daß in dem Endabschnitt 15 der Plasmaerzeugungskammer ein Ionenauszugsgitter 29 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Bodenfläche 14A der Plasmaerzeugungskammer 14 mit einer Öffnung mit 10 cm Durchmesser versehen und wirkt als Reflexionsfläche für die Mikrowellen, so daß die Plasmaerzeugungskammer 14 als Hohlraumresonator wirkt. Die dem Mikrowellen-Einlaßfenster gegenüberliegende Gitteroberfläche wirkt gleichfalls als Reflexionsfläche für die Mikrowellen, so daß der Wirkungsgrad der Mikrowellen- Entladung erhöht ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind das Einschließen des Plasmas, das Zerstäuben eines Targets 23 und die Ionisation der zerstäubten Teilchen im wesentlichen den vorangehend unter Bezugnahme auf das vorangehende Ausführungsbeispiel beschriebenen gleichartig und es wird in dem Plasma hoher Dichte eine große Menge an Ionen von Atomen oder Molekülen erzeugt, die das Target gebildet haben. Diese auf solche Weise erzeugten Ionen werden durch das Gitter 29 hindurch als Starkstrom-Ionenstrahlen 30 herausgeleitet und die Energie der auf diese Weise herausgeleiteten Ionen kann durch Steuern der an das Gitter 29 angelegten Spannung zwischen einigen eV und Dutzenden von keV gesteuert-werden. Es kann eine große Menge an Ionen mit einem geeigneten Energiepegel herausgeleitet werden und nahezu alle auf diese Weise herausgeleiteten Teilchen sind ionisiert.
Ferner wird in dem erfindungsgemäßen Gerät die Ionisation durch das Sputterverfahren unter Nutzung des Plasmas hoher Dichte ausgeführt, so daß verschiedenerlei Metall-Ionen und Ionen von verschiedenerlei chemischen Verbindungen mit außerordentlich hoher Stromdichte erhalten werden können. Daher zeigt das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Gerät hervorragende Eigenschaften, wenn es als Ionenquelle für das Bilden von verschiedenerlei Dünnfilmen oder deren Ätzen eingesetzt wird. Außerdem wird erfindungsgemäß das Plasma aktiviert, so daß die Entladung auf stabile Weise bei einem niedrigeren Gasdruck von 0,001 Pa (10&supmin;&sup5; Torr) herbeigeführt werden kann. Daher ergibt die Erfindung die Eigenschaft, daß die Ionen mit weniger Verunreinigungen herausgeleitet werden können.
Weiterhin wird bei der Erfindung die Erwärmung durch die Elektronen-Zyklotron-Resonanz genutzt, so daß die Temperaturen der Elektronen in dem Plasma auf beliebige Weise gesteuert werden können. Daher steigt die Elektronentemperatur in einem derartigen Ausmaß an, daß stark geladene Ionen erzeugt werden können. Somit ergibt die Erfindung eine weitere Eigenschaft insofern, als die stark geladenen Ionen zum künstlichen Zusammensetzen von Verbindungen herausgeleitet werden können, die chemisch instabil sind.
Da im Falle der erfindungsgemäßen Ionenquelle das Ionisationsverhältnis in dem Plasma gemäß der vorangehenden Beschreibung außerordentlich hoch ist, ist der Anteil der Ionisation der von dem Target abgegebenen zerstäubten neutralen Teilchen in dem Plasma hoch und diese ionisierten Teilchen, die das Target gebildet haben, werden durch das an das Target angelegte Potential beschleunigt, so daß sie das Target erneut zerstäuben. Das heißt, das sogenannte Eigenzerstäubungsverhältnis ist außerordentlich erhöht. Im einzelnen dauert die vorstehend genannte Eigenzerstäubung selbst in dem Fall an, daß das Plasmaerzeugungsgas (beispielsweise Ar) sehr dünn ist oder kein Plasmaerzeugungsgas benutzt wird. Daher ergibt die Erfindung eine weitere Eigenschaft dadurch, daß die Ionen mit einem hohen Reinheitsgrad herausgeleitet werden können und mit diesen herausgeleiteten Ionen ein Dünnfilm erzeugt werden kann.
Als nächstes werden die Ergebnisse der Erzeugung von Al- Filmen mit dem erfindungsgemäßen Gerät beschrieben. Nachdem die Plasmaerzeugungskammer auf ein Vakuum in der Größenordnung von 7 · 10&supmin;&sup5; Pa (5 · 10&supmin;&sup7; Torr) evakuiert wurde, wurde Ar-Gas eingeleitet, bis der Gasdruck in der Plasmaerzeugungskammer zu 0,04 Pa (3 · 10&supmin;&sup4; Torr) geworden ist. Unter den Bedingungen, daß die Mikrowellenleistung 300 W betrug, die an das Al-Target angelegte Spannung -800 V war, der Gradient des Spiegelfeldes auf 0,2/0,0875 Vsm&supmin;² (2 kG/875 G) gehalten wurde und an das Ionenauszugsgitter eine Spannung von -70 V angelegt wurde, wurde ein Al-Film mit einer Ablagergeschwindigkeit von 7 nm/min gebildet. Unter den Bedingungen, daß die Mikrowellenleistung zwischen 100 und 800 W betrug, die an das Target angelegte Spannung -300 V bis -1 kV war und der Gradient des Spiegelfeldes auf 0,2/0,0875 Vsm 2 (2 kG/875 G) gehalten wurde, wurden Aluminiumionen (Al&spplus;) mit einer Energie im Bereich von 20 eV bis 100 eV herausgeleitet und es wurde ein Film auf wirkungsvolle Weise mit einer Ablagergeschwindigkeit von 5 bis 100 nm/min erzeugt.
Die erfindungsgemäße Ionenquelle kann als Ionenquelle nicht nur zum Bilden von Aluminiumfilmen, sondern auch zum Bilden von nahezu allen anderen verschiedenen Filmen und zu deren Ätzung eingesetzt werden. Ferner kann dann, wenn in die Plasmaerzeugungskammer ein Reaktionsgas eingeleitet wird, die Ablagerung durch den Ionenstrahl einer Verbindung herbeigeführt werden.
Die Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes zeigt. Wenn das in Fig. 5 und 6 dargestellte Dünnfilm-Erzeugungsgerät zum Aufbringen eines Dünnfilmmaterials wie eines Metalls oder eines elektrisch leitfähigen Materials verwendet wird, wird der Film nicht nur auf dem Substrat, sondern auch auf dem Mikrowellen-Einlaßfenster aus Quarz oder dergleichen abgelagert, so daß daher von dem Mikrowellen-Einlaßfenster die Mikrowellen für das Erzeugen des Plasmas reflektiert werden und es dadurch schwierig wird, das Plasma zu erzeugen. Infolge dessen wird es mit dem in Fig. 5 oder 6 dargestellten Gerät unmöglich, einen elektrisch leitfähigen Film auf stabile Weise über eine längere Zeitdauer zu erzeugen und es bestehen Einschränkungen hinsichtlich der zu verwendenden Materialien sowie hinsichtlich der Dicke eines erzeugten Films. Das vorstehend genannte Problem soll mit diesem Ausführungsbeispiel gelöst werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird um den Vakuum- Hohlleiter 13 herum ein Joch 31 beispielsweise aus weichmagnetischem Eisen angeordnet, um Magnetflüsse auf zunehmen, die von dem Elektromagneten 26A erzeugt sind, welcher derart gestaltet ist, daß in der Plasmaerzeugungskammer 14 eine Senke des Magnetfeldes gebildet wird, und um die Stärke des Magnetfeldes in dem Vakuum-Hohlleiter 13 zu verringern. Es kann der Vakuum-Hohlleiter selbst aus einem geeigneten Jochmaterial hergestellt werden. Außerdem kann zum möglichst gleichförmigen Bilden der Verteilung des durch das Joch 31 in der Plasmaerzeugungskammer erzeugten Magnetfeldes ein der oberen Fläche der Plasmaerzeugungskammer 14 gegenübergesetzter Teil 31A so weit wie möglich vergrößert werden. Ferner wird dann, wenn das andere Ende 31B des Joches 31 derart angeordnet ist, daß es das obere Ende des Elektromagneten 26A umfaßt und den Magnetfluß so aufnimmt, daß der magnetische Widerstand des Elektromagneten 26A selbst verringert ist, das Erreichen eines hohen Grades an Jochwirkung möglich. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Vakuum-Hohlleiter 13 L-Form und das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 ist an einer Stelle angeordnet, die von dem in der Plasmaerzeugungskammer 14 angebrachten zylindrischen Target 23 her nicht direkt gesehen werden kann. Der übrige Aufbau ist im wesentlichen dem in Verbindung mit Fig. 5 beschriebenen gleichartig.
Wie bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird an den beiden Enden der Plasmaerzeugungskammer 14 mindestens ein Paar von Elektromagneten 26A und 26B derart angeordnet, daß durch die Elektromagnete 26A und 26B in der Plasmaerzeugungskammer 14 eine Senke der Stärke des Magnetfeldes erzeugt wird. In diesem Fall müssen die Bedingungen für das Erzielen der Elektronen-Zyklotron-Resonanz (ECR) in der Plasmaerzeugungskammer 14 erfüllt sein. Durch die ECR wird den Elektronen die Energie auf wirkungsvolle Weise durchgeführt, so daß in der Plasmaerzeugungskammer 14 Plasma in hoher Dichte bei niedrigem Gasdruck erzeugt werden kann. Der Vakuum-Hohlleiter 13, der an der oberen Strömung der Mikrowellen-Erzeugungskammer angeordnet ist, ist von dem Joch 31 zur Magnetflußaufnahme umgeben, so daß das Magnetfeld derart verteilt ist, daß sich an der Grenze zwischen dem Vakuum-Hohlleiter 13 und der Plasmaerzeugungskammer 14 die Stärke des Magnetfeldes plötzlich ändert. Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel für die Verteilung der Stärke des Magnetfeldes in der Richtung des Magnetflusses bei diesem Ausführungsbeispiel. Gemäß Fig. 11 ist die durch die Kurve A dargestellte Magnetfeldverteilung gebildet, wenn der Vakuum-Hohlleiter 13 nicht durch das Joch 31 umfaßt ist, während die durch die Kurve B dargestellte Verteilung des Magnetfeldes gebildet ist, wenn der Vakuum-Hohlleiter 13 von dem Joch 31 umgeben ist.
An der zylindrischen Innenwandfläche der Plasmaerzeugungskammer 14 wird ein zylindrisches Target 23 derart angebracht, daß es das Plasma umgibt, oder es wird an der Innenwandfläche der Plasmaerzeugungskammer 14 mindestens ein flaches Target derart angebracht, daß es dem Plasma darin zugewandt ist.
Die Fig. 12 veranschaulicht die Art und Weise der Erzeugung von Plasma und die Beschleunigungsrichtungen des erzeugten Plasma in dem Fall, daß kein Joch 31 verwendet wird, während die Fig. 13 die Art und Weise der Plasmaerzeugung und die Richtungen zeigt, in denen das erzeugte Plasma beschleunigt wird, wenn das Joch 31 verwendet wird. Parameter bei dem Erzeugen von Plasma sind der Gasdruck in der Plasmaerzeugungskammer, die Mirkowellenleistung, die an das Target angelegte Spannung, der Gradient des Magnetfeldes usw. Wenn in diesem Fall die Mikrowellen mit der Frequenz 2,45 GHz verwendet werden, ist es ausreichend, daß in der Plasmaerzeugungskammer die Magnetflußdichte von 0,0875 Vsm&supmin;² (875 G) erzielt wird, die gemäß der vorangehenden Beschreibung eine der Bedingungen für das Entstehen der Resonanz ist, und die Verteilung des Gradienten des Spiegelfeldes derart festgelegt ist, daß innerhalb der Plasmaerzeugungskammer die Stärke des Magnetfeldes eine Senke hat. Wenn sich gemäß der vorangehenden Beschreibung das Magnetfeld in dem Raum allmählich ändert, haben die in einem Plasma hoher Dichte erzeugten Elektronen eine weitaus größere Beweglichkeit als Ionen und werden zu dem mittigen Bereich der Plasmaerzeugungskammer hin beschleunigt, wobei sie durch die Magnetflüsse 32 zu Spiralbewegungen um die Magnetflüsse herum gezwungen werden, ohne das Winkeldrehmoment zu verlieren. Infolge dessen werden die geladenen Teilchen in der Plasmaerzeugungskammer in der Senke des Magnetfeldes hin- und herbewegt und bei dieser Hin- und Herbewegung werden die Erwärmung der Elektronen und die Ionisation der Teilchen gefördert. Die Elektronen mit einem hohen Grad an Beweglichkeit verlieren jedoch allmählich ihre Energie und treten an den Enden des Plasmas in der Richtung des Magnetflusses aus, so daß in dem Plasma nur die positiven Ionen verbleiben und naturgemäß durch diese Ladungstrennung ein elektrisches Feld induziert wird. Das auf diese Weise induzierte elektrische Feld bewirkt, daß die positiven Ionen in dem Plasma in der Richtung zum Substrat beschleunigt werden. In der Praxis wird durch das voneinander unabhängige Verhalten der Elektronen und der Ionen die Neutralität des Plasmas zerstört und sie können sich nicht derart verhalten. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn die Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche des Substrats und dem Plasma zu der durchschnittlichen Energie der Elektronen äquivalent wird und dieses elektrische Feld wirkt als Bremsfeld für die Elektronen, aber als Beschleunigungsfeld für die Ionen, was zur Folge hat, daß die sogenannte ambipolare Diffusion erzielt wird, bei der die Mengen an ausgestoßenen Elektronen und Ionen im wesentlichen einander gleich werden. Infolge dessen können die Ionen herausgeleitet werden, die jeweils eine verhältnismäßig geringe Energie zwischen einigen eV und einigen zehn eV haben. Wenn ferner eine negative Spannung an das Target angelegt wird, das dem durch die ECR erzeugten Plasma hoher Dichte gegenübergesetzt ist, können die Ionen aus dem Plasma hoher Dichte auf wirkungsvoller Weise herausgezogen werden, so daß die Zerstäubung ausgeführt werden kann. Auf die vorstehend beschriebene Weise wird das zerstäubte Targetmaterial herausgeleitet und es kann auf dem Substrat ein Dünnfilm gebildet werden.
Wenn im Falle des Erzeugens eines elektrisch leitfähigen Filmes das Mikrowellen-Einlaßfenster durch die Ablagerung des Materials matt wird, werden von dem matten Fenster die Mikrowellen reflektiert, so daß das Plasma nicht über eine lange Zeitdauer erzeugt werden kann. Um zu verhindern, daß durch die Ablagerung von elektrisch leitfähigem Material das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 matt wird, könnte daher vorgeschlagen werden, das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 an einer Stelle im Abstand von der Plasmaerzeugungskammer 14 anzuordnen und mit dieser über den Vakuum-Hohlleiter 13 zu verbinden. Gemäß der Darstellung durch die Kurve A in Fig. 11 wird jedoch dann, wenn nur der Vakuum-Hohlleiter 13 verwendet wird, der nicht von dem Joch 31 umgeben ist, die die ECR-Bedingungen erfüllende Magnetflußdichte in dem Vakuum- Hohlleiter 13 erreicht und in diesem Plasma erzeugt. Infolge dessen kann die Mikrowellenleistung nicht wirkungsvoll der Plasmaerzeugungskammer 14 zugeführt werden und es entsteht ungleichförmiges Plasma. Da zugleich in der Richtung von dem Vakuum-Hohlleiter 13 zu dem Mikrowellen-Einlaßfenster das divergierende Magnetfeld erzeugt wird, wird das Plasma 27 nicht nur in der Richtung zu dem Substrat 21, sondern auch in der Richtung zu dem Mikrowellen-Einlaßfenster beschleunigt. Wenn andererseits der Vakuum-Hohlleiter 13 von dem Joch 31 umgeben ist, wird gemäß der Darstellung durch die Kurve B in Fig. 11 kein Plasma in dem Vakuum- Hohlleiter erzeugt und es besteht eine plötzliche Änderung der Stärke des Magnetfeldes zwischen dem Vakuum-Hohlleiter 13 und der Plasmaerzeugungskammer 14, was zur Folge hat, daß das Plasma nicht in der Richtung zum Mikrowellen-Einlaßfenster 17 hin beschleunigt wird. Von den Teilchen, die von dem zylindrischen Target 23 weg abgetragen werden, werden diejenigen Teilchen, die nicht ionisiert sind und daher neutral sind, durch das Magnetfeld sowie das elektrische Feld nicht beeinflußt, so daß sie sich geradlinig von dem Target 23 weg bewegen. Das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 wird jedoch an einer Stelle angeordnet, die von dem Target 23 her nicht direkt gesehen werden kann, d. h., an einer Stelle stromab eines Hindernisses, auf das unvermeidbar alle die Teilchen auftreffen, die geradlinig von dem Target wegfliegen, so daß das Mattwerden des Mikrowellen-Einlaßfensters 17 durch die abgetragenen Teilchen verhindert ist. Infolge dessen wird das Mirkowellen-Einlaßfenster selbst dann nicht matt, wenn der Sputterprozeß aber eine lange Zeitdauer ausgeführt wird. Ferner können die Filme aus nahezu allen Materialien über eine lange Zeitdauer auf stabile Weise unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit und der Dicke des erzeugten Filmes erzeugt werden.
Betrachtet man außerdem das Joch 31 als Bestandteil des magnetischen Kreises des Elektromagneten A, so hat das Joch 31 die Wirkung, den magnetischen Widerstand des Elektromagneten 26A selbst zu verringern. Somit hat dieses Ausführungsbeispiel eines der in der Praxis wichtigen Merkmale insofern, als die Stärke des Stromes, der über den Elektromagneten 26A zum Erzielen des für die ECR erforderliche Magnetflußdichte geleitet wird, weitaus geringer ist als die Stärke des Stromes, der über den Elektromagneten 26A geleitet wird, welcher nicht mit dem Joch 31 versehen bzw. von diesem umgeben ist.
Durch Verwenden des Gerätes gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter den gleichen Bedingungen wie die vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschriebenen konnte der Al-Film mit der Ablagergeschwindigkeit von 10 bis 80 nm/min (100 bis 800 Å/min) über eine lange Zeitdauer auf stabile und wirkungsvolle Weise aufgebracht werden. Es wäre hier anzumerken, daß im Falle des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels die Stärke des über den Elektromagneten geleiteten Stroms in der Größenordnung von 28 A war, während bei diesen Gerät infolge der Wirkung des Joches 31 die erforderliche Stromstärke in der Größenordnung von 16A ausreichend war. In diesem Fall konnte die durchschnittliche Energie der Ionen von 5 eV bis 30 eV verändert werden.
Die Fig. 14 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Dünnfilm-Erzeugungsgerät.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Vakuum-Hohlleiter 13 an die Plasmaerzeugungskammer 14 senkrecht zu den von den Magneten 26A und 26B erzeugten Magnetflüssen angeschlossen und das aus einer Quarzplatte bestehende Mikrowellen- Einlaßfenster 17 ist an einer Stelle angeordnet, die von dem in der Plasmaerzeugungskammer angebrachten Target 23 her nicht direkt gesehen werden kann. Der übrige Aufbau ist im wesentlichen demjenigen des vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschriebenen Ausführungsbeispiels gleichartig. Die Fig. 16 veranschaulicht die Art der Plasmaerzeugung und zeigt die Richtungen 33 der Beschleunigung des Plasmas.
Wenn der Vakuum-Hohlleiter 13 an die Plasmaerzeugungskammer 14 parallel zu den von den Magneten 26A und 26B erzeugten Magnetflüssen angeschlossen ist, entsteht gemäß der Darstellung in Fig. 12 das divergierende Magnetfeld in der Richtung des Einleitens der Mikrowellen über den Vakuum- Hohlleiter 13, so daß das Plasma nicht nur in der Richtung zum Substrat, sondern auch in der Richtung zu dem Mikrowellen-Einlaßfenster beschleunigt wird. Wenn andererseits der Vakuum-Hohlleiter 13 an die Plasmaerzeugungskammer 14 senkrecht zu den Magnetflüssen angeschlossen ist, wird das Plasma die Magnetflüsse nicht durchqueren und nicht divergieren, so daß das Plasma nicht in der Richtung zum Mikrowellen-Einlaßfenster beschleunigt wird. Ferner werden von den Teilchen, die von dem in der Plasmaerzeugungskammer 14 angebrachten zylindrischen Target 23 abgetragen werden, die neutralen Teilchen, die nicht ionisiert sind, durch das magnetische und elektrische Feld nicht beeinflußt, so daß sie im wesentlichen geradlinig von dem Target wegströmen bzw. fliegen. Daher kann durch das Anordnen des Mikrowellen-Einlaßfensters 17 an der Stelle, die gemäß der vorangehenden Beschreibung von dem Target 23 her nicht direkt gesehen werden kann, das Mattwerden des Mikrowellen-Einlaßfensters 17 durch die abgetragenen Teilchen verhindert werden. Daraus folgt, daß es vorteilhaft ist, in dem Vakuum-Hohlleiter 13 zumindest eine Biegung zu formen. Somit können durch Anwendung dieses Ausführungsbeispiels Filme aus nahezu allen Materialien über eine lange Zeitdauer fortgesetzt auf stabile Weise unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit eines zu bildenden Filmes und von der Dicke desselben erzeugt werden, ohne daß das Mikrowellen-Einlaßfenster matt wird.
Als nächstes werden die Ergebnisse des Erzeugens von Al- Filmen mittels dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Zuerst wurde die Objektkammer 16 auf 7 · 10&supmin;&sup5; Pa (5 · 10&supmin;&sup7; Torr) evakuiert und dann wurde Ar-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 cc/min eingeleitet, bis der Gasdruck in der Plasmaerzeugungskammer 14 zu 0,07 Pa (5 · 10&supmin;&sup4; Torr) geworden ist. Danach wurde unter den Bedingungen, daß die Mikrowellenleistung zwischen 100 und 500 W betrug und die dem zylindrischen Al-Target 23 zugeführte Leistung zwischen 300 und 600 W betrug, der Film mit einem Gradienten des Spiegelfeldes erzeugt. In diesem Fall wurde der Substrathalter nicht erwärmt und die Filmerzeugung wurde bei Raumtemperatur ausgeführt. Unter diesen Bedingungen konnten die Al-Filme über eine lange Zeitdauer fortgesetzt auf stabile und wirkungsvolle Weise mit einer Ablagergeschwindigkeit von 10 bis 80 nm/min (100 bis 800 A/min) aufgebracht werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 17 ein viertes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Dünnfilm-Erzeugungsgerät beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist um die Plasmaerzeugungskammer 14 herum an Stellen, die dem oberen und dem unteren Ende des zylindrischen Target 23 entsprechen, mindestens ein Paar von ringförmigen Permanentmagneten 34A und 34B derart angeordnet, daß die Polungen der Magneten 34A und 34B einander entgegengesetzt sind, so daß die Magnetflüsse zu der Innenfläche des zylindrischen Target abfließen. Der übrige Aufbau ist im wesentlichen demjenigen des vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 beschriebenen Ausführungsbeispiels gleichartig. In Fig. 17 ist zur Vereinfachung ein über dem Substrat 21 angeordneter Verschluß nicht dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Plasma auf einer Weise eingeschlossen, die im wesentlichen der vorangehend in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 beschriebenen gleichartig ist. Wenn die negative Spannung an das zylindrische Target angelegt wird, das dem eingeschlossenen Plasma hoher Dichte gegenübergesetzt ist, werden die Ionen aus dem Plasma hoher Dichte auf wirkungsvolle Weise herausgezogen, so daß sie auf die Innenfläche des zylindrischen Target aufprallen, wodurch dessen Zerstäuben bzw. Abtragen hervorgerufen wird. Wenn die herausgezogenen Ionen auf die Innenfläche des zylindrischen Target auftreffen, werden von der Oberfläche des Targets Sekundärelektronen ausgestoßen und mit der hohen Energie, die der an das Target angelegten Spannung entspricht, von dem Target weg beschleunigt. Diese Sekundärelektronen haben hohe Energien und beeinflussen in starkem Ausmaß die Ionisationswirkung eines Gases.
Dabei bewirken die ringförmigen Permanentmagnete 34A und 34B, die um die Plasmaerzeugungskammer herum entsprechen dem oberen und dem unteren Ende des zylindrischen Target mit zueinander entgegengesetzter Polung angeordnet sind, das Ableiten des Magnetfeldes B, welches seinerseits auf wirkungsvolle Weise die Sekundärelektronen einschließt. Das dieser Erscheinung zugrundeliegende Prinzip wird unter Bezugnahme auf die Fig. 18A, die den horizontalen Querschnitt der Plasmakammer 14 zeigt, und die Fig. 18B beschrieben, die eine Vertikalschnittansicht derselben ist.
Sekundärelektronen, die durch das über der Oberfläche des Target durch die an das Target angelegte Spannung erzeugte elektrische Feld E beschleunigt werden, werden durch das Magnetfeld B abgelenkt und zur Rückkehr zu dem Target gezwungen. Sie werden jedoch durch das elektrische Feld E in der Gegenrichtung beschleunigt. Während des Wiederholens der vorstehend genannten Bewegungen werden die Sekundärelektronen mit der hohen Energie in der Richtung E · B getrieben, d. h., in der Umfangsrichtung des Innenkreises des Targets, und während dieser Prozesse stoßen sie wiederholt mit den neutralen Teilchen zusammen. Infolge dessen kann die hochwirksame Ionisation von Gas und damit die sehr wirksame Zerstäubung mit einer an das Target angelegten niedrigeren Spannung erzielt werden.
Die Fig. 19 ist eine Darstellung, die die Bewegungen der Elektronen und der Ionen bei diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die Fig. 19 ist der Fig. 7 mit der Ausnahme gleichartig, daß die Permanentmagnete 34A und 34B derart angeordnet sind, daß die Verteilung der magnetischen Kraftlinien an der am weitesten äußeren Seite geändert ist. Wenn gemäß der vorangehenden Beschreibung viele Elektronen aus einem Ende eines Spiegelmagnetfeldes entweichen, bleiben die positiven Ionen in dem Spiegelmagnetfeld zurück, was die Ladungstrennung ergibt und dann zur Folge hat, daß naturgemäß in der Nähe des Endes das elektrische Feld induziert wird. Das Gleichgewicht ist erreicht, wenn die Potentialdifferenz (Vp) zwischen dem inneren oder dem äußeren Potential äquivalent zu der durchschnittlichen Energie der Elektronen wird. Da das elektrische Feld die Elektronen bremst, aber die Ionen beschleunigt, werden die Mengen an ausgestoßenen Elektronen und Ionen einander im wesentlichen gleich.
Als nächstes werden die Ergebnisse bei dem Erzeugen von Al- Filmen mit diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Als erstes wurde die Objektkammer 9 auf 7 · 10&supmin;&sup5; Pa (5 · 10&supmin;&sup7; Torr) evakuiert und dann wurde in die Plasmaerzeugungskammer Ar-Gas eingeleitet, bis der Gasdruck dein-auf 0,04 Pa (3 · 10&supmin;&sup4; Torr) angestiegen ist. Die Filme wurden unter den Bedingungen erzeugt, daß die Mikrowellenleistung zwischen 100 und 800 W betrug, die an das AI-Target angelegte Spannung -300 V bis -1 kV war, die Magnetflußdichte an der Oberfläche des Target auf 4 · 10&supmin;² Vsm&supmin;² (400 G) gehalten wurde und der Gradient des Spiegelmagnetfeldes auf 0,2/7 · 10&supmin;² Vsm&supmin;² (2 kG/700 G) gehalten wurde. In diesem Fall war der Substrathalter an dem unteren Ende des unteren Spiegelmagneten angeordnet und wurde nicht beheizt. Dann wurde der Sputterprozeß eingeleitet und die Dünnfilme wurden auf wirkungsvolle Weise mit einer Ablagergeschwindigkeit von 10 bis 280 nm/min (100 bis 2800 Å/min) geformt. Im Vergleich zu den Filmerzeugungsprozessen unter den gleichen Bedingungen mit der Ausnahme, daß die Permanentmagnete 34A und 34B nicht vorgesehen waren, wurde die gleiche Ablagergeschwindigkeit durch Anlegen einer Spannung an das Target erreicht, die ungefähr 70% der an die Targets bei den Vergleichsprozessen angelegten Spannung war. Daher konnte ein Film mit einer Dicke von 2 um oder mehr in einem stabilen Zustand ohne Reißen und Abblättern erzeugt werden, da im Vergleich zu dem durch die Sputterprozesse nach dem Stand der Technik erzeugten Filme die inneren Spannungen in dem Film geringer waren. In diesem Fall schwankte die durchschnittliche Energie der Ionen von 5 eV bis 25 eV und 10 bis 30% der sich zu dem Substrat bewegenden Teilchen waren Ionen.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 20 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dünnfilm- Erzeugungsgerätes beschrieben. Dieses ist nicht nur mit einen unter Bezugnahme auf die Fig. 10 vorangehend beschriebenen Joch 31, sondern auch mit vorangehend in Verbindung mit Fig. 17 beschriebenen Permanentmagneten 34A und 34B ausgestattet. Mit Ausnahme dieser Bestandteile ist dieses Ausführungsbeispiel im Aufbau im wesentlichen dem vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel gleichartig. In Fig. 21 ist durch die Kurve C die Verteilung der Magnetfeldstärke in der Richtung des magnetischen Flusses dargestellt, während durch die Kurve D die Verteilung in dem Fall dargestellt ist, daß kein Joch verwendet wird. Wie im Falle der Kurve B nach Fig. 11 ändert sich die Verteilung der Magnetfeldstärke bei diesem Ausführungsbeispiel (die Kurve C) plötzlich zwischen dem Vakuum-Hohlleiter 13 und der Plasmaerzeugungskammer 14. Infolge dessen wird wie gemäß der vorangehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. 13 das Plasma nicht in der Richtung zum Mikrowellen-Hohlleiter beschleunigt, so daß dementsprechend das Mattwerden des Mikrowellen-Einlaßfensters 17 verhindert ist.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel wie im Falle des in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel die Permanentmagnete 34A und 34B vorgesehen sind, ist es möglich, einen Dünnfilm mit einer hohen Ablagergeschwindigkeit und mit einer an das Target angelegten niedrigen Spannung zu erzeugen.
Die Fig. 22 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnete 34A und 34B durch Joche 35A und 35B ersetzt, die beispielsweise aus weichmagnetischem Eisen bestehen. Die Joche 35A und 35B konvergieren jeweils den Magnetfluß der Elektromagnete 26A und 26B, wodurch wiederum die Magnetflüsse zu der Oberfläche des Target 23 abgeleitet werden. Die erzielte Wirkung ist im wesentlichen gleich derjenigen, die durch Anbringen der Permanentmagnete 34A und 34B erreicht wird.
Die Fig. 23 zeigt ein siebentes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Vakuum-Hohlleiter 13 an die Plasmaerzeugungskammer senkrecht zur Richtung des Magnetflusses angeschlossen. Dieses Ausführungsbeispiel ist gleichfalls mit den Permanentmagneten 34A und 34B ausgestattet und das Erzeugen von Dünnfilmen kann mit hoher Geschwindigkeit und mit an das Target angelegter niedriger Spannung ausgeführt werden. Die Fig. 24 zeigt die Verteilung der Magnetfeldstärke in der Richtung der Magnetflüsse bei diesem Ausführungsbeispiel. Die Verteilung der Magnetflüsse ist im wesentlichen gleich derjenigen bei den vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 14 beschriebenen Ausführungsbeispiel gleichartig (Fig. 15). Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Plasma nicht in der Richtung des Vakuum-Hohlleiters beschleunigt, so daß das Mattwerden des Mikrowellen-Einlaßfensters 17 verhindert ist. Infolge dessen ist selbst bei Verwendung eines elektrisch leitfähigen Materials als Target 23 das über eine lange Zeitdauer fortgesetzte Erzeugen von Dünnfilmen auf stabile Weise möglich. Es ist vorteilhaft, wenn der Vakuum-Hohlleiter 13 zumindest eine Biegung hat.
Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden zum Erzielen eines Spiegelfeldes die Magnetwicklungen verwendet, jedoch ist es für die Fachleute ersichtlich, daß zum Erzeugen eines Spiegelfeldes verschiedenerlei Permanentmagnete und Kombinationen hiervon verwendet werden können und daß der Gradient des Spiegelfeldes asymmetrisch gemacht werden kann.
Weiterhin ist es offensichtlich, daß geeignete Elektromagnete, Joche und Kombinationen hiervon dazu eingesetzt werden können, das Ableiten der Magnetflüsse zu der Oberfläche eines zylindrischen Target hervorzurufen.
Im Falle der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden die Joche um den Vakuum-Hohlleiter herum angeordnet, damit der Magnetfluß in dem Vakuum-Hohlleiter abgeschwächt wird, jedoch ist es ersichtlich, daß die gleiche Wirkung auch dann erzielt werden kann, wenn der Vakuum-Hohlleiter aus einem zum Abschwächen des Magnetflusses geeigneten Material besteht. Bisher wurden die Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Dünnfilm-Erzeugungsgerätes als mit der Ionengeneratorvorrichtung ausgestattet beschrieben, in der ein Target durch ein Plasma hoher Dichte zerstäubt wird und die abgetragenen Teilchen dann ionisiert werden. Zum Verbessern eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ionenquelle gemäß der Darstellung in Fig. 8 und 9 können mindestens ein Joch, der Vakuum-Hohlleiter, der an die Plasmaerzeugungskammer senkrecht zu den Magnetflüssen angeschlossen ist, und die Permanentmagnete oder Joche benutzt werden, die um die Plasmaerzeugungskammer dem oberen und unteren Ende des in die Plasmaerzeugungskammer eingesetzten Target gegenübergesetzt angeordnet sind. Daher werden nachstehend einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ionenquelle in Einzelheiten beschrieben.
Die Fig. 25 ist eine Schnittansicht einer Ionenquelle, die mit einem Joch 31 ausgestattet ist, das beispielsweise aus weichmagnetischem Eisen besteht. Wie im Falle des in Fig. 10 dargestellten Dünnfilm-Erzeugungsgerätes ist die zylindrische Fläche 31A des Joches 31, die der äußeren zylindrischen Wand der Plasmaerzeugungskammer 14 gegenüber gesetzt ist, hinsichtlich der Fläche so praktisch wie möglich vergrößert, so daß in der Plasmaerzeugungskammer 14 eine gleichförmige Magnetfeldverteilung erzielt werden kann. Außerdem ist zum Vermindern des magnetischen Widerstandes des Elektromagneten 26A selbst das äußere Ende 31B des Joches 31 derart angeordnet, daß es ein Ende des Elektromagneten 26A umgibt, um die Magnetflüsse auf zunehmen. Ferner ist der Vakuum-Hohlleiter 13 L-förmig gestaltet und das Mikrowellen-Einlaßfenster ist an der Stelle angeordnet, die von dem Target 23 her nicht gesehen werden kann. Der übrige Aufbau ist im wesentlichen gleich demjenigen der in Fig. 8 und 9 dargestellten- Ionenquelle. In Fig. 25 sind zur Vereinfachung die Objektkammer, das Substrat und die Ausstoßöffnung nicht dargestellt.
Die Fig. 26 zeigt die Verteilung der Magnetfeldstärke in der Richtung des Magnetflusses bei dem in Fig. 25 dargestellten Ausführungsbeispiel der Ionenquelle. Die Kurve E zeigt die Magnetfeldstärke, während die Kurve F die Magnetfeldstärke in dem Fall zeigt, daß das Joch 31 nicht verwendet wird. Unabhängig davon, ob das Auszugsgitter vorgesehen ist oder nicht, ändert sich die Magnetfeldstärke plötzlich zwischen dem Vakuum-Hohlleiter 13 und der Plasmaerzeugungskammer 14. Daher ist gemäß der Darstellung in Fig. 27 die Richtung der Beschleunigung des Plasmas die Richtung zu dem Inneren der Ionenerzeugungskammer 14 hin und das Plasma wird nicht in der Richtung zu dem Vakuum- Hohlleiter 13 beschleunigt. Infolge dessen können selbst dann, wenn die Ionenstrahlen über eine lange Zeitdauer ausgeleitet werden, diese auf stabile Weise ausgeleitet werden, ohne daß das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 matt wird.
Die Fig. 28 ist eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ionenquelle. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Vakuum-Hohlleiter 13 an die Plasmaerzeugungskammer 14 in der zu dem Magnetfluß senkrechten Richtung angeschlossen und das Mikrowellen- Einlaßfenster 17 ist an der Stelle angeordnet, die von dem Target 23 her nicht direkt gesehen werden kann.
Die Fig. 29 zeigt die Verteilung der Magnetfeldstärke in der Richtung des Magnetflusses bei diesem Ausführungsbeispiel der Ionenquelle und die Fig. 30 veranschaulicht die Art und Weise der Plasmaerzeugung und die Richtung der Beschleunigung des Plasmas. Die Ergebnisse des Vergleichs zwischen Fig. 29 und 15 und zwischen Fig. 30 und Fig. 16 zeigen, daß die in der Ionenquelle durch die Verbindung des Vakuum-Hohlleiters 13 mit der Plasmaerzeugungskammer in der zu dem Magnetfluß senkrechten Richtung erzielten Wirkungen im wesentlichen gleich denjenigen sind, die bei dem vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 14 beschriebenen Dünnfilm-Erzeugungsgerät erzielt werden. Das heißt, da das Plasma nicht in der zu dem Magnetfluß senkrechten Richtung divergiert, wird das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 nicht matt und die Ionenstrahlen 30 können durch das Gitter 29 hindurch auf stabile Weise herausgeleitet werden. Daraus folgt daher, daß es möglich wird, den Dünnfilm- Erzeugungsprozeß auf stabile Weise über eine lange Zeitdauer selbst dann auszuführen, wenn als Targetmaterial elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden. Es ist vorteilhaft, wenn der Vakuum-Hohlleiter 13 mindestens eine Biegung hat.
Die Fig. 31 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ionenquelle. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Aufbau im wesentlichen gleich der vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschriebenen Ionenquelle mit der Ausnahme, daß zum Ableiten des Magnetflusses zu der Innenfläche des zylindrischen Targets 23 mindestens ein Paar von ringförmigen Permanentmagneten 34A und 34B derart angeordnet ist, daß die Polung des Magneten 34A zu derjenigen des Magneten 34B entgegengesetzt ist.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung werden durch das Anlegen von negativer Spannung an das Target 23, das dem durch das Spiegelfeld eingeschlossenen Plasma hoher Dichte gegenübergesetzt ist, die Ionen aus dem Plasma hoher Dichte auf wirkungsvolle Weise zu dem Target angezogen, um das Zerstäuben zu bewirken. Wenn die Ionen angezogen werden und auf die Oberfläche des Target 23 prallen, werden von der Oberfläche des Target Sekundärelektronen ausgestoßen. Diese Elektronen werden von dem Target weg mit der hohen Energie beschleunigt, die der an das Target angelegten Spannung entspricht. Die Sekundärelektronen haben höherer Energie und beeinflussen daher in starkem Ausmaß die wirkungsvolle Ionisation von Gas.
Die Sekundärelektronen, die durch das elektrische Feld E beschleunigt werden, das an der Oberfläche des Target durch die daran angelegte Spannung erzeugt wird, werden durch das durch die Permanentmagnete 34A und 34B gebildete Magnetfeld B abgelenkt und zur Rückkehr in der Richtung zum Target gezwungen, aber durch das elektrische Feld E in der Gegenrichtung beschleunigt. Während der Wiederholung dieser Bewegungen werden die Elektronen mit der hohen Energie in der Richtung E · B getrieben, d. h., in der Umfangsrichtung des inneren Kreises des Targets, wobei sie während dieser Prozesse wiederholt mit den neutralen Teilchen zusammenstoßen. Daher kann die hochwirksame Ionisation eines Gases und damit das hochwirksame Zerstäuben mit einer niedrigeren, an das Target angelegten Spannung ausgeführt werden. Ferner wird ein Teil von nahezu allen neutralen Teilchen, die von dem zylindrischen Target 23 weg abgetragen werden, bei der hohen Elektronentemperatur in dem Plasma hoher Dichte ionisiert.
Als nächstes wird das Ergebnis des Erzeugens von Al-Filmen bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Zuerst wurde die Plasmaerzeugungskammer auf 7 · 10&supmin;&sup5; Pa (5 · 10&supmin;&sup7; Torr) evakuiert und dann wurde in die Plasmaerzeugungskammer Ar- Gas eingeleitet, bis der Gasdruck darinnen auf 0,039 Pa (3 · 10&supmin;&sup4; Torr) angestiegen war. Danach wurden Filme unter den Bedingungen erzeugt, daß die Mikrowellenleistung 100 bis 800 W betrug, die an das Al-Target angelegte Spannung -300 V bis -1 kV war, die Magnetflußdichte an der Oberfläche des Target 4 · 10&supmin;² Vsm&supmin;² (400 G) war und der Gradient des Spiegelfeldes auf 0,2/7 · 10&supmin;² Vsm&supmin;² (2 kG/700 G) gehalten wurde. In diesem Fall wurden durch das Ionenauszugsgitter hindurch Al&spplus;-Ionen mit der Energie im Bereich von 20 eV bis 100 eV herausgeleitet und es wurde auf wirkungsvolle Weise ein Film mit der Ablagergeschwindigkeit von 3 bis 7 nm/min (30 bis 70 Å/min) auf der Oberfläche des Substrats erzeugt, das unter dem Gitter angeordnet war. Es war möglich, einen Film mit der gleichen Ablagergeschwindigkeit und einer an das Target angelegten niedrigeren Spannung zu bilden, die ungefähr 70% niedriger war als eine Spannung, die an das Target in dem Gerät ohne die Permanentmagnete 34A und 34B angelegt wurde.
Die Fig. 32 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ionenquelle. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich dem in Fig. 31 dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß dieses Ausführungsbeispiel mit dem in Fig. 25 gezeigten Joch 31 ausgestattet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Permanentmagnete 34A und 34B vorgesehen, so daß die an das Target anzulegende Spannung weiter verringert werden kann. Wie es aus Fig. 33 ersichtlich ist, die die Art und Weise des Erzeugens von Plasma 27 und die Richtung 33 zeigt, in der das Plasma beschleunigt wird, wird wegen der Wirkung des Joches 31 das Plasma nicht in der Richtung zum Vakuum- Hohlleiter 13 beschleunigt, so daß dementsprechend verhindert ist, daß das Mikrowellen-Einlaßfenster 17 matt wird.
Die Fig. 34 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ionenquelle. Dieses Ausführungsbeispiel ist hinsichtlich des Aufbaus im wesentlichen gleich der vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 31 beschriebene Ionenquelle mit Ausnahme des Umstandes, daß der Vakuum- Hohlleiter 13 an die Plasmaerzeugungskammer in der zu dem Magnetfluß senkrechten Richtung angeschlossen ist. Die Fig. 35 zeigt die Art und Weise der Plasmaerzeugung und die Richtung, in der das Plasma beschleunigt wird. Es ist ersichtlich, daß das Plasma nicht die Magnetflüsse durchquert und nicht in der Richtung zum Vakuum-Hohlleiter 13 divergiert, so daß dementsprechend das Mikrowellen- Einlaßfenster 17 nicht matt wird. Diese Wirkung wird weiter verstärkt, wenn der Vakuum-Hohlleiter 13 mindestens eine Biegung hat. Die Ionenstrahlen 30 werden wirkungsvoll durch das Ionenauszugsgitter 29 hindurch ausgeleitet. Daher können selbst dann, wenn als Target 23 elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden, die Ionenstrahlen 30 mit jeweils starkem Strom über eine lange Zeitdauer auf stabile Weise mit einer niedrigeren, an ein Target angelegten Spannung herausgeleitet werden.
Bei den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Ionenquelle werden zum Erzeugen eines Spiegelfeldes Magnetspulen verwendet, jedoch ist es ersichtlich, daß ein Spiegelfeld durch verschiedenerlei Permanentmagnete und verschiedenerlei Kombinationen hiervon erzeugt werden kann und die gleichen Wirkungen wie die vorangehend beschriebenen erzielt werden können. Ferner ist es ersichtlich, daß ein Spiegelfeld asymmetrisch sein kann.
Weiterhin wird bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Paar von ringförmigen Permanentmagneten dazu benutzt, die Magnetflüsse zu der Oberfläche des zylindrischen Target abzuleiten, jedoch ist es ersichtlich, daß die gleichen Wirkungen auch durch Verwendung geeigneter Elektromagnete, Joche oder verschiedenen Kombinationen hiervon erzielt werden können.
Darüberhinaus ist zum Abschwächen der Magnetflüsse in dem Vakuum-Hohlleiter bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Vakuum-Hohlleiter von dem Joch umgeben, jedoch ist es auch ersichtlich, daß die gleiche Wirkung erzielt werden kann, wenn der Vakuum-Hohlleiter aus einem geeigneten Material besteht, welches zum wirkungsvollen Abschwächen der Magnetflüsse geeignet ist.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung wird in dem erfindungsgemäßen Ionengeneratorvorrichtung das Plasma durch die Entladung der Mikrowelle unter Elektronen-Zyklotron- Resonanzbedingungen erzeugt und durch ein Spiegelfeld eingefangen bzw. eingeschlossen, wobei das Zerstäuben durch wirkungsvolles Herausziehen der Ionen aus dem Plasma hoher Dichte ausgeführt wird. Im Vergleich zu dem Sputtergerät nach dem Stand der Technik kann ein hochaktives Plasma bei niedrigem Gasdruck erzeugt werden und das erzeugen eines Filmes kann mit hoher Geschwindigkeit und bei niedrigem Druck mit Teilchen bewerkstelligt werden, die einen hohen Ionisationswirkungsgrad haben. Ferner können die Energien der jeweiligen Teilchen in einem weiten Bereich von einigen Elektronenvolt bis zu tausenden Elektronenvolt gesteuert werden und die Streuung der Energien kann auf ein Minimum verringert werden.
Durch Anwenden der erfindungsgemäßen Ionengeneratorvorrichtung kann nicht nur das erzeugen eines Filmes in hoher Qualität mit einem hohen Reinheitsgrad und weniger Fehlern mit hoher Geschwindigkeit und hohem Wirkungsgrad erzielt werden, sondern es wird auch möglich, bei niedriger Temperatur einen Film aus einem nicht im Gleichgewicht befindlichen Material zu formen, aus dem das Formen bisher unmöglich war. Da ferner erfindungsgemäß die Wirkung durch einen ringförmigen Permanentmagneten erzielt wird, der derart angeordnet ist, daß er die Außenseite eines zylindrischen Target umgibt, kann der Sputterprozeß selbst dann mit hohem Wirkungsgrad ausgeführt werden, wenn die an das Target angelegte Spannung im Vergleich zu dem nicht mit einem Permanentmagneten ausgestatteten Gerät verringert ist.
Wenn der Vakuum-Hohlleiter und das Joch zum Abschwächen des Magnetflusses verwendet werden, wird verhindert, daß das Mikrowellen-Einlaßfenster matt wird, so daß über eine lange Zeitdauer fortgesetzt auf stabile Weise unabhängig von dem Leitfähigkeitsgrad und der Dicke des Filmes ein Film hoher Qualität mit einem hohen Reinheitsgrad und weniger Fehlern auf der Oberfläche eines auf niedriger Temperatur gehaltenen Substrates mit hoher Züchtungsgeschwindigkeit und einem hohen Wirkungsgrad erzeugt werden kann.
Wenn ferner der Vakuum-Hohlleiter an die Plasmaerzeugungskammer in der zu dem Magnetfluß senkrechten Richtung angeschlossen ist, wird im wesentlichen verhindert, daß das Mikrowellen-Einlaßfenster matt wird, und es kann unabhängig von dem Leitfähigkeitsgrad und der Dicke eines Films die Filmerzeugung über eine lange Zeitdauer fortgesetzt ausgeführt werden.
In den erfindungsgemäßen Ionenquellen wird ein Sputterprozeß durch wirkungsvolles Herausziehen von Ionen aus einem Plasma hoher Dichte ausgeführt. Die durch das Zerstäuben erzeugten neutralen Teilchen werden in dem außerordentlich aktiven Plasma bei niedrigem Gasdruck ionisiert und dann mit hohem Wirkungsgrad herausgeleitet. Im Vergleich zu den Ionenquellen nach dem Stand der Technik kann der Ionenauszug mit einer außerordentlich hohen elektrischen Stromdichte herbeigeführt werden und es können ferner die Ablagerung von Ionen von verschiedenerlei hochreinen Metallen und Verbindungen sowie das Ätzen mit diesen Ionen ausgeführt werden. Außerdem ergibt die Erfindung den Vorteil, daß die Energie der Ionen wahlweise über einen weiten Bereich von einigen Elektronenvolts bis zu einigen Kilo-Elektronenvolt gesteuert werden kann. Darüberhinaus kann erfindungsgemäß infolge der Wirkungen der um ein zylindrisches Target herum angeordneten Permanentmagnete ein Zerstäuben mit einem hohen Wirkungsgrad selbst mit einer an ein Target angelegten Spannung erzielt werden, die im Vergleich zu den Ionenquellen niedrig ist, welche nicht mit derartigen Permanentmagneten ausgestattet sind.
Ferner werden erfindungsgemäß der Vakuum-Hohlleiter und das Joch zum Abschwächen des Magnetflusses derart verwendet, daß das Mattwerden des Mikrowellen-Einlaßfensters verhindert werden kann. Infolge dessen können über eine lange Zeitdauer fortgesetzt auf stabile Weise Metall-Ionen ausgeleitet werden.
Darüberhinaus wird erfindungsgemäß der Vakuum-Hohlleiter an die Plasmaerzeugungskammer in der zu dem Magnetfluß senkrechten Richtung angeschlossen, wodurch verhindert wird, daß das Mikrowellen-Einlaßfenster matt wird, und wodurch erreicht wird, daß unabhängig von der Art der Ionen und von dem Leitfähigkeitsgrad und der Dicke derselben der Ionenauszug über eine lange Zeitdauer fortgesetzt auf stabile Weise ausgeführt werden kann.

Claims

1. Gerät, das eine Vakuumkammer (12) mit einem Vakuum- Hohlleiter (13), der an einem Ende ein Mikrowellen- Einlaßfenster (17) hat, das an einen Mikrowellen-Hohlleiter (18) angeschlossen ist, eine Plasma-Erzeugungskammer (14) mit einem Durchmesser und einer Länge, die zum Begrenzen eines Mikrowellen-Hohlraumresonators für das Hervorrufen der Resonanz der eingeleiteten Mikrowelle ausreichend sind, und einen Endabschnitt der Plasmaerzeugungskammer (14) aufweist, die alle miteinander in der genannten Aufeinanderfolge verbunden sind, und das ferner einen Gaseinführungseinlaß (19) hat sowie fernerhin ein zu bedampfendes Target (23), das in der Plasmaerzeugungskammer angebracht ist, und mindestens ein Paar von Magnetfelderzeugungsvorrichtungen (26A) aufweist, die um den Vakuum-Hohlleiter (18) und den Endabschnitt der Plasmaerzeugungskammer (14) derart angeordnet sind, daß ein Spiegelfeld in der Weise erzeugt wird, daß die Mitte des Magnetfeldes innerhalb der Plasmaerzeugungskammer (14) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (23) an einem Teil der Seitenfläche der Plasmaerzeugungskammer (14) angebracht ist und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer negativen Spannung an das Target vorgesehen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (23) ein Rohr entlang der Innenwandung der Plasmaerzeugungskammer (14) ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, das eine Probenkammer mit einem darin angeordneten Substrathalter (21A) enthält.

4. Gerät nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß um die Plasmaerzeugungskammer (14) herum mindestens ein Paar von zweiten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen (34A, 34B) mit entgegengesetzter magnetischer Polarität derart angeordnet ist, daß der Magnetfluß von einem zum anderen Ende der Innenfläche des Target (23) verläuft.

5. Gerät nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß um den Vakuum-Hohlleiter (13) herum ein Magnetfluß-Absorptionsjoch (31) derart angeordnet ist, daß das Joch eine der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtungen (26) umgibt und längs des Vakuum-Hohlleiters (13) angeordnet ist.

6. Gerät nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, das einen Ionenauszugsmechanismus enthält, der an dem Endabschnitt der Plasmaerzeugungskammer angeordnet ist, um selektiv Ionen herauszuziehen, die durch das Bedampfen des Target erhalten werden und die in dem Plasma ionisiert sind.

7. Gerät nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, in welchem der Vakuum-Hohlleiter (13) mindestens eine Biegung hat und das Mikrowellen-Einführungsfenster an einer Stelle angeordnet ist, die von dem Target (23) her nicht direkt gesehen werden kann.