DE60212551T2

DE60212551T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Vakuumbeschichtung mittels Lichtbogen

Info

Publication number: DE60212551T2
Application number: DE60212551T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Ukyo-ku Kyoto-shi Murakami; Takashi Ukyo-ku Kyoto-shi Mikami; Kiyoshi Ukyo-ku Kyoto-shi Ogata; Hiroshi Ukyo-ku Kyoto-shi Murakami
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2022-11-30
Also published as: US20030104142A1; TW200303370A; DE60212551D1; US7033462B2; TW575672B; EP1316986B1; KR20030044854A; CN1205353C; KR100569905B1; CN1424428A; EP1316986A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Eine Erfindung betrifft ein Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden einer dünnen Schicht über einer Oberfläche eines Substrats, um eine Abnutzfestigkeitseigenschaft eines solchen Substrats, wie eines Automobilteils, eines Maschinenteils, eines Maschinenwerkzeugs und einer Metallform zu verbessern, und insbesondere betrifft sie die Erzeugung und Steuerung eines Magnetfelds durch einen magnetischen Filter.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
Allgemein ist eine Vakuum-Lichtbogen-Abscheidung ein einfacher Dünnschichtausbildungsprozess, in dem eine Lichtbogenentladung zwischen einer Kathode und einer Anode verursacht wird und Kathodenmaterial verdampft, so dass es sich auf einem Substrat ablagert und eine dünne Schicht darauf ausbildet. Ein Prozess ist hervorragend in der Schichtausbildungseffizienz.
In dem Vakuum-Lichtbogen-Abscheidungsprozess werden jedoch große Teilchen (Tröpfchen) von mehreren μm im Durchmesser von einem Kathodenmaterial emittiert (unter bestimmten Entladungsbedingungen auch von der Kathode). Dann lagern sich die Tröpfchen auf dem Substrat ab, so dass die Eigenschaften der Ausbildung der Schicht, wie es bekannt ist, verschlechtert werden.
Um zu verhindern, dass die Tröpfchen die Eigenschaften der Ausbildung der Schicht verschlechtern, sind einige Dampfabscheidungstechniken vorgeschlagen worden. Eine erste Dampfabscheidungstechnik entfernt die Tröpfchen durch ein Magnetfeld, welches zwischen der Kathode und dem Substrat unter Verwendung von Magneten, z.B. elektromagnetische Spulen, ausgebildet wird, wobei lediglich ein Plasmastrom entlang dem Magnetfeld zu dem Substrat transportiert wird. Eine andere Technik fokussiert das Plasma, um die Dichte des Plasmas zu erhöhen, unter Verwendung eines solchen Magnetfelds und schmilzt die Tröpfchen durch das hochdichte Plasma.
Ein Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung der Tröpfchen und zum Transportieren lediglich des Plasmastroms zu dem Substrat ist z.B. in der JP-A-2001-59165 (C23C14/32) offenbart, die von dem Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung eingereicht worden ist.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung (die lichtbogenartige Ionenplattiervorrichtung) ist, wie sie offenbart ist, wie in einer ebenen Ansicht von 9 gezeigt, konstruiert.
Ein metallisches Vakuumgefäß 2, welches eine Schichtausbildungskammer 1 bildet, wird durch einen Auslass 3 durch eine Vakuumvorrichtung (nicht gezeigt) evakuiert. Ein inaktives Gas, wie ein Argongas oder ein Reaktionsgas, wird in das metallische Vakuumgefäß 2 durch einen Gaseinlass 4 auf der linken Seite eingeführt.
In der JP-A-2001-59165 wird eine Struktur veranschaulicht, in welcher eine Mehrzahl von Substraten an einem zylindrischen Halter in der Schichtausbildungskammer 1 angebracht wird. In 9 ist zur Einfachheit der Erläuterung ein plattenartiger Halter 5 in einem zentralen Bereich in der Schichtausbildungskammer 1 positioniert. Der Halter 5 ist drehbar vorgesehen, wobei seine Oberfläche nach vorne zu einer metallischen Leitung 9 hin gerichtet ist. Ein Substrat 6 wird abnehmbar auf der Oberfläche des Halters 5 gehalten.
Das Substrat 6 ist mit der Kathode einer Vorspannungsquelle 7 durch den Halter 5 verbunden und wird auf typischerweise -0,5 kV bis 5,0 kV relativ zu dem Vakuumgefäß 2 DC-Puls vorgespannt.
In 9 bezeichnet ein Bezugszeichen 8 ein Isolationselement, welches auf einer hinteren Oberfläche des Vakuumgefäßes 2 und zum Isolieren der Kathode von einer Vorspannungsquelle 7 vorgesehen ist.
Die metallische Leitung 9, die im Querschnitt rechteckig ist, erstreckt sich von dem metallischen Vakuumgefäß 2 nach vorne, während sie (in der 9) nach links gebogen ist.
Eine Verdampfungsquelle 11 wird in dem zentralen Bereich einer Endplatte 9' vorgesehen. Ein Ende der Endplatte 9' ist geerdet. Die Verdampfungsquelle 11 ist an dem vorderen Ende der Leitung 9 in einem Zustand positioniert, in dem ein Isolationselement 10 dazwischen angebracht ist. Eine Kathode einer Lichtbogenenergiequelle 12 von etwa einigen zehn V ist mit der Verdampfungsquelle 11 verbunden. Eine Anode der Lichtbogenenergiequelle 12 ist geerdet. Daher arbeitet die Leitung 9 als eine Anode und die Verdampfungsquelle 11 arbeitet als eine Kathode.
Häufig wird eine Anodenelektrode anstelle der Leitung 9 vorgesehen.
Die Verdampfungsquelle 11 schließt einen Wasserkühlungsmechanismus, einen Vakuumabdichtungsmechanismus, einen Triggermechanismus und ähnliches ein.
Die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d, die die Leitung 9 umgeben, werden an einer Mehrzahl von Positionen zwischen beiden Enden der Leitung 9 bereitgestellt.
Die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d, die von einem Ende der Leitung an mit #1 bis #4 nummeriert sind, werden parallel zu dem Querschnitt der Leitung 9 angeordnet.
Die elektromagnetische Spule 14d des Endmagneten ist parallel zu dem Querschnitt der Leitung 9 und der Plasmainjektionsebene einer Plasmainjektionsöffnung 13 und dem Substrat angeordnet.
Die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d werden in Reihe zwischen den Ausgangsanschlüssen einer Spulenenergiequelle 15 als einer Stromquelle angeschlossen. Der Spulenstrom der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d wird unter einer Spulenstromsteuerung der Steuerungseinheit 19 gesteuert. Wenn der gesteuerte Strom in die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d gespeist wird, wird ein Ablenkungsmagnetfeld 17a erzeugt, welches entlang der Leitung 9, wie durch eine durchgezogene Schleifenlinie angezeigt, erzeugt. Das Ablenkungsmagnetfeld 17a bildet einen magnetischen Filter 18a.
Die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d werden an einer Mehrzahl von Positionen zwischen beiden Enden der Leitung 9, die Leitung 9 umgebend, bereitgestellt. Diese magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d werden von einem Ende der Leitung 9 an mit #1 bis #4 nummeriert.
Die elektromagnetische Spule 14d #4 sowie der Endmagnet, der der Plasmainjektionsöffnung 13 am nächsten ist, und die verbleibenden elektromagnetischen Spulen 14a bis 14c #1 bis #3 sind in der Anzahl der Windungen und der Größe einander gleich.
Die elektromagnetische Spule 14d ist im wesentlichen parallel zu der Querschnittsebene der Leitung 9, welche senkrecht zu der Längsrichtung der Leitung 9, wie es durch eine Zwei-Punkt-Strich-Linie angezeigt ist, und parallel zu der Plasmainjektionsfläche der Plasmainjektionsöffnung 13. Die verbleibenden elektromagnetischen Spulen 14 sind ebenfalls im wesentlichen parallel zu der Querschnittsebene der Leitung 9.
Das andere Ende der Leitung 9 ist auf dem zentralen Bereich der vorderen Platte 2'' des Vakuumgehäuses 2 angebracht. Die Plasmainjektionsöffnung 13 des anderen Endes der Leitung 9 ist mit der Schichtausbildungskammer 11 verbunden. Die Mitte der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13, welche sich horizontal (in die horizontalen Richtungen) erstreckt, ist mit der Mitte der Kombination aus dem Halter 5 und dem Substrat 6 ausgerichtet.
In der Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung tritt eine Vakuum-Lichtbogenentladung zwischen der Leitung 9 als der Anode und der Verdampfungsquelle 11 als der Kathode auf. Hierbei werden leitfähige Kathodenmaterialien 19, wie einfache Metalle der Verdampfungsquelle 11, wie Ti, Cr, Mo, Ta, W, Al und Cu, und Legierungen, z.B. TiAl, von der Verdampfungsquelle verdampft.
Plasmaströmungen 20a, die durch gestrichelte Linien mit Pfeilen angezeigt sind, die Elektronen, die durch die Lichtbogenentladung erzeugt werden, und Ionen des Kathodenmaterials 19 enthalten, werden entlang dem Ablenkungsmagnetfeld 17a von einem Ende der Leitung 9 zu der Plasmainjektionsöffnung 13 transportiert, welche sich an dem anderen Ende derselben befindet.
Jedes Tröpfchen, das von der Ausdampfungsquelle 11 emittiert wird, ist elektrisch neutral oder in dem Plasma negativ geladen. In jedem Fall ist die Masse des Tröpfchens beachtenswert groß. Demgemäß bewegt es sich unabhängig von dem Ablenkungsmag netfeld 17a geradeaus nach vorne, so dass es auf die innere Wand der Leitung 9 trifft, so dass das Tröpfchen aus dem Plasmastrom 20a entfernt wird. Daher wird das Tröpfchen nicht die Oberflächen des Substrats 6 und des Halters 5 erreichen.
Ionen des Kathodenmaterials 19, die an der Plasmainjektionsöffnung 13 angekommen worden sind, werden in die Schichtausbildungskammer 1 unter einem negativen Vorspannungspotenzial des Substrats 6, welches von der Vorspannungsquelle 7 erzeugt wird, geleitet. Die Ionen werden auf die Oberfläche des Substrats 6 gesputtert, um somit eine dampfabgeschiedene Schicht aus dem Kathodenmaterial 19 auf der Oberfläche des Substrats 6 auszubilden.
Ein Reaktionsgas wird in die Schichtausbildungskammer 1 durch den Gaseinlass 4 eingeführt. Dann reagiert das Gas mit Ionen des Kathodenelektrodenmaterials 19, so dass auf der Oberfläche des Substrats 6 eine dünne Schicht aus einer Metallzusammensetzung, wie Titankarbid, Titannitrid, Aluminium und Titandioxid dampfabgeschieden wird.
Wenn kein Reaktionsgas eingeführt wird, wird eine Kohlenstoffschicht oder dergleichen durch Dampfabscheidung auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet.
Bei der Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidung durch die herkömmliche Vorrichtung von 9 ist die elektromagnetische Spule 14d des Endmagneten parallel zu der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13 und dem Substrat 6 angeordnet.
Bei der Vakuum-Lichtbogen-Abscheidung der herkömmlichen Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung von 9 sind die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d parallel zu dem Querschnitt der Leitung 9 angeordnet, und es sind die Eigenschaften des erzeugten Magnetfelds des magnetischen Filters 18a auf verschiedene Eigenschaften festgelegt, die durch die Installationsbedingungen definiert sind.
Bei der Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidung durch die herkömmliche Vorrichtung von 9 ist die elektromagnetische Spule 14d des Endmagneten parallel zu der Querschnittsebene der Leitung 9 und der Plasmainjektionsfläche der Plasmainjektionsöffnung 13 und dem Substrat 6 angeordnet. Die verbleibenden elektromagnetischen Spulen 14a bis 14c befinden sich an ihren Positionen ebenfalls im wesentlichen parallel zu der Querschnittsebene der Leitung 9.
Wenn ein Elektron in einem gleichförmigen Magnetfeld transportiert wird, erfährt das Elektron, wie es bekannt ist, die Lorentz-Kraft F, die durch die folgende Formel 1 gegeben ist.
[Formel 1]

F = q·(v × B)worin

v

= Elektronen (äußere) -geschwindigkeit in einer Richtung senkrecht zu dem Magnetfeld

B

= Magnetfeld

x

= Operator des Vektorprodukts

·

= Operator des inneren Produkts.

Das Elektron bewegt sich unter der Lorentz-Kraft F entlang der Magnetfeldlinien eines Ablenkungsmagnetfelds 17a, während sie sich spiralförmig darum drehen.
Ionen des Kathodenmaterials 19 bewegen sich innerhalb und entlang der Leitung 9, wobei sie von den Elektronen gezogen werden, und sie werden zu der Plasmainjektionsöffnung 13 transportiert.
Hierbei ist in der Nähe der elektromagnetischen Spule 14d als dem Endmagneten, wie durch die Magnetfeldlinien durchgezogener Linien in den 10A und 10B angezeigt, ein divergierendes Magnetfeld vorhanden. Elektronen und Ionen, welche die Plasmainjektionsöffnung 13 erreicht haben, bewegen sich entlang des divergierenden Magnetfelds.
10A und 10B stellen eine ebene Ansicht und eine Ansicht von der rechten Seite dar, und zeigen eine Verteilung von Magnetfeldlinien, die sich jeweils ausgebildet hat, wenn Strom lediglich in zwei magnetfelderzeugende Spulen 14b und 14d der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d eingespeist wird.
Die Bewegungsbahnen der Elektronen entlang der Magnetfeldlinien entsprechen den Bewegungsbahnen der Ionen des Kathodenelektrodenmaterials 19, die sich bewegen, während sie von den Elektronen angezogen werden. Daher kann man die Bahnen der Ionen des Kathodenelektrodenmaterials 19 aus den Bewegungsbahnen der Elektronen erkennen.
Die Bewegungsbahnen der Elektronen, wie sie durch die Magnetfeldlinien von 10A und 10B bedingt sind, werden in einer ebenen Ansicht und in einer Ansicht von der rechten Seite der 11A und 11B veranschaulicht.
Unter dem Einfluss des divergierenden Magnetfelds wird eine Position auf dem Substrat, an welcher die Elektronen ankommen, horizontal von der Mitte des Substrats abgelenkt und in Übereinstimmung mit ihrer Kurvenrichtung in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen (vertikale Richtungen) abgelenkt.
Wie in einer ebenen Ansicht von 19 gezeigt, wirkt eine Zentrifugalkraft Fcf einer Auswärtsrichtung, eine Magnetfeldneigung (ein Gradient) ∇B einer Einwärtsrichtung auf Elektronen und Ionen in einem gekrümmten Vakuummagnetfeld, wie das Ablenkungsmagnetfeld 17a, und es treten Driften auf, wie sie durch die folgende Formel 2 gegeben sind.
[Formel 2]

v(R) + v(∇B) = (m/q)·(Rc × B)·(v(∥⁣) + v(⊥)2/2)worin

v(R)

= Driftgeschwindigkeit von Fcf

v(∇B)

= Driftgeschwindigkeit von v(∇B)

m

= Masse

(v(∥⁣)

= Geschwindigkeit in der B-Richtung (Ausdehnungsrichtung) der Leitung 9

v(⊥)

= Geschwindigkeit der vertikalen Linie

Rc

= Radius der Krümmung an einer Position × in 19

q

= elektrische Ladung

In der obigen Gleichung zeigt "Rc × B" einen Vektor an, der eine Richtung hat, in welcher eine rechtshändige Schraube sich vorwärts bewegt, wenn der Radius der Krümmung Rc rotiert, wobei er auf dem Magnetfeld B positioniert ist.
Ionen in dem Plasma 20a zeigen die Tendenz, dass die Ionen sich bewegen, während sie von den Elektronen gezogen werden. Durch den Drifteffekt wird die Ionenablagerungsposition weiter von einer Zielposition abgelenkt.
Der Querschnitt der Leitung 9 und die magnetfelderzeugenden Spulen 14a und 14d sind jeweils im Querschnitt rechteckig. Aufgrund der Magnetfeldeigenschaften der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d erhöht sich die Neigung ∇B des Magnetfelds zu der äußeren Seite des Querschnitts hin. Demgemäß erhöht sich die Driftgeschwindigkeit, die eine schräg nach unten gerichtete Richtung aufweist, und somit erhöht sich die Ablenkung in eine Abwärtsrichtung.
Mit der Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung dieser Art, welche Tröpfchen unter Verwendung des magnetischen Filters 18a entfernt, ist es schwierig, eine dünne Schicht des Kathodenelektrodenmaterials 19 an einer Zielposition auf dem Substrat 6 so dampfabzuscheiden, dass eine dünne Schicht mit einer gewünschten Dicke erhalten wird. In dieser Hinsicht ist die herkömmliche Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, die oben beschrieben ist, für das Erhalten gleichmäßiger Schichtausbildungseigenschaften nicht zufriedenstellend.
Ähnliche Probleme entstehen unabhängig von der Anzahl der Verdampfungsquellen 11.
Es liegt ein möglicher Ansatz für die Verbesserung der Schichtausbildungseigenschaften vor, in welchem durch Einstellen der Anbringungswinkel (Inklinationen) der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d ein Magnetfeld, das durch den magnetischen Filter 18a erzeugt wird, eingestellt und gesteuert wird, um die Bewegungsbahnen (Plasmabahn) der Ionen und Elektronen zu korrigieren. Um die Installationswinkel (Inklinationen) der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d zu justieren, indem in der Tat die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d bewegt werden, muss ein komplizierter und kostspieliger dreidimensionaler Drehmechanismus zum Bewegen der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d verwendet werden. Daher ist es unmöglich, die Eigenschaf ten des Magnetfelds, welches durch den magnetischen Filter 18a erzeugt wird, durch eine einfache und kostengünstige Justage einzustellen und zu steuern.
Man betrachte einen Fall, in dem drei Verdampfungsquellen 11 vertikal angeordnet sind, und in dem von diesen Verdampfungsquellen die obere Verdampfungsquelle 11 eine obere Kathode, die mittlere eine mittlere Kathode und die untere eine untere Kathode genannt werden. Die Elektronen, die im wesentlichen von der oberen Kathode emittiert werden, werden durch die Aufwärtskrümmung des Magnetfelds B beeinflusst, und die Elektronen, die von der unteren Kathode emittiert werden, werden im wesentlichen durch die Abwärtskrümmung des Magnetfeldes beeinflusst. Die Elektronen von den oberen und unteren Kathoden driften in die folgenden Richtungen in Übereinstimmung mit den Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen (im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn) des Spulenstroms, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, wenn man von den Kathoden zu dem Substrat 6 blickt. Die Elektronen-Driftrichtung ist symmetrisch hinsichtlich der oberen und unteren Kathode und der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Spulenstroms. [Tabelle 1] Driftrichtung
Ionen in dem Plasma 20a zeigen eine Tendenz, dass die Ionen sich bewegen, während sie von den Elektroden gezogen werden.
Durch den Drifteffekt wird eine Ionenablagerungsposition weiter von einer Zielposition abgelenkt.
Bei der Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung dieser Art, welche Tröpfchen unter Verwendung des magnetischen Filters 18a entfernt, ist es schwierig, eine dünne Schicht des negativen Elektrodenmaterials 19 an einer Zielposition auf dem Substrat so dampfabzuscheiden, dass man eine dünne Schicht einer gewünschten Dicke erhält. In dieser Hinsicht ist die herkömmliche Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, die oben beschrieben ist, für das Erhalten einer gleichförmigen Schichtausbildungseigenschaft nicht zufriedenstellend.
Ähnliche Probleme entstehen unabhängig von der Anzahl der Verdampfungsquellen 11 bei der Vakuum-Lichtbogenabscheidung dieser Art, welche die Tröpfchen unter Verwendung der Funktion des magnetischen Filters entfernt.
In einem anderen Fall weist ein divergierendes Magnetfeld B einen Gradienten ∇B auf. Geladene Teilchen, z.B. Elektroden, driften in einer Richtung, in der eine rechtshändige Schraube sich vorwärts bewegt, wenn der Gradient ∇B sich mit einer Geschwindigkeit dreht, wie es durch die folgende Formel 102 gegeben ist, wobei er auf dem divergierenden Magneffeld positioniert ist. Die ∇B-Drift lenkt die Elektronenbahn weiter ab.
[Formel 102]

∇B = -μ·(∇B × B)/(q·B2)wobei

μ

= magnetische Permeabilitätszahl,

q

= elektrische Ladung,

B

= Vektor des Magnetfelds,

∇B

= Gradientenvektor des magnetischen Felds B,

×

= Operator des Vektorprodukts

·

= Operator des inneren Produkts

In dieser Situation ist es unmöglich, dass Ionen des Kathodenmaterials 19 an den gewünschten Positionen, z.B. in dem mittleren Bereich auf der Oberfläche des Substrats 6 und darum herum, auftreffen.
Der Querschnitt der Leitung 9 und die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d sind jeweils im Querschnitt rechteckig. Aufgrund der Magnetfeldeigenschaften der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14d erhöht sich die Neigung ∇B des Magnetfelds zu der äußeren Seite des Querschnitts hin. Demgemäß erhöht sich die Driftgeschwindigkeit, welche eine schräge Abwärtsrichtung aufweist, und somit erhöht sich die Ablenkung in der Abwärtsrichtung.
Es ist unmöglich, die Auftreffmitte der Ionen des Kathodenmaterials 19 zum Beispiel in der Mitte der Oberfläche des Substrats 6 einzustellen. Selbst wenn die Auftreffpositionen der Ionen des Kathodenmaterials 19 periodisch durch periodisches Umkehren der Richtung des Stroms, welcher durch jede der elektromagnetischen Spulen 14a bis 14d fließt, versetzt werden, ist es unmöglich, eine Schicht auf dem Substrat 6 durch Dampfabscheiden des Kathodenmaterials 19 an einer gewünschten Position auf dem Substrat 6 auszubilden. In dieser Hinsicht ist die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung für das Erhalten einer gleichförmigen Schichtausbildung nicht zufriedenstellend.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen horizontalen Versatz einer Auftreffposition eines Kathodenmaterials und eine vertikale Ablenkung des Kathodenmaterials, die aufgrund eines divergierenden Magnetfelds in einer Nähe eines Endmagnetfelds (einer elektromagnetischen Spule) entsteht, zu verhindern, und somit eine gleichförmige dünne Schicht auf einem Substrat dampfabzuscheiden und Positionen, wie gewünscht, auf einem Substrat zu kontrollieren, an denen Ionen des Kathodenmaterials auftreffen, um dadurch eine weitere Verbesserung der Schichtausbildungseigenschaften zu gewährleisten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, auf eine einfache und kostengünstige Weise eine Magnetfeldeigenschaft eines magnetischen Filters in dieser Art einer Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, ohne tatsächlich eine magnetfelderzeugende Spule zu bewegen, einzustellen, aufzubauen und zu steuern, und somit die Schichtausbildungseigenschaft zu verbessern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Schichtausbildungseigenschaft für das Substrat durch das Richten der Aufmerksamkeit auf die Elektronendrift, die durch das Magnetfeld erzeugt wird, das durch den Magneten erzeugt wird, der näher an einem Ende (Verdampfungsquelle) der Leitung des magnetischen Filters positioniert ist, eher als durch den Endmagneten (elektromagnetische Spule), die Schichtausbildungseigenschaft zu verbessern. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die Schichtausbildungs eigenschaft durch Steuern einer Position auf dem Substrat, wie gewünscht, an der die Ionen des negativen Elektrodenmaterials ankommen, weiter zu verbessern.
Um diese Erfindung zu erhalten, weist ein Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess der Erfindung charakteristischerweise Merkmale dahingehend auf, dass der Endmagnet, der der Plasmainjektionsöffnung am nächsten positioniert ist, schräg zu einer Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung geneigt ist, und Bewegungsrichtungen der Ionen durch ein Magnetfeld gesteuert werden, das durch den Endmagnet erzeugt wird.
Der Endmagnet ist in einem geeigneten Winkel zu der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung geneigt angebracht, wohingegen er in dem herkömmlichen Stand der Technik sich parallel zu der Plasmainjektionsebene befindet. Mit diesem Merkmal bewegen sich Ionen des Kathodenmaterials unter einem Magnetfeld, das von dem Endmagneten erzeugt wird, und sie treffen auf den mittleren Bereich auf der Oberfläche des Substrats auf.
Durch Einstellen des Anbringungswinkels des Endmagneten mit geeigneten Werten treffen Ionen des Kathodenmaterials an einer Zielposition auf der Oberfläche des Substrats auf. Infolgedessen kann eine dampfabgeschiedene dünne Schicht mit gewünschten Schichtausbildungseigenschaften ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Anbringungswinkel des Endmagneten veränderlich.
Der Anbringungswinkel des Endmagneten kann vor dem Schichtausbildungsprozess und während des Schichtausbildungsprozesses verändert werden. Demgemäß können dampfabgeschiedene dünne Schichten mit verschiedenen Schichtausbildungseigenschaften, wie gewünscht, ausgebildet werden.
In einer anderen vorbestimmten Ausführungsform ist der Endmagnet in der Größe von den übrigen Magneten unterschiedlich.
Das divergierende Magnetfeld des Endmagneten, insbesondere sein vertikales Divergieren, kann verschiedentlich durch Variieren der Größe des Endmagneten gesteuert wer den. Wenn z.B. der Endmagnet größer als jeder der übrigen Magnete ist, wird das vertikale Divergieren des Magnetfelds zu einem hohen Grad an einer Position näher dem Substrat als die Plasmainjektionsebene unterdrückt werden, und die Teilchen des Kathodenmaterials, die abzuscheiden sind, werden daran gehindert, sich vertikal auszudehnen. Infolgedessen wird die Schicht gleichförmiger mit hervorragenderen Schichtausbildungseigenschaften ausgebildet.
Es ist praktikabel und es wird bevorzugt, dass jeder der Magnete vorzugsweise aus einer elektromagnetischen Spule besteht.
Weiterhin wird es bevorzugt, dass der Anbringungswinkel des Endmagneten automatisch gesteuert wird.
Um zufriedenstellende Schichtausbildungseigenschaften zu gewährleisten, wird es bevorzugt, dass jeder Magnet aus einer elektromagnetischen Spule besteht und dass ein Spulenstrom, der in jede elektromagnetische Spule des Magneten eingespeist wird, in Verbindung mit der Steuerung des Anbringungswinkels des Endmagneten gesteuert wird.
Wenn eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen verwendet wird, wird die Schichtausbildungseigenschaft verbessert und verschiedene Arten von Kathodenmaterial können für die Schichtausbildung verwendet werden.
Die Richtung des Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule, die jeden Magneten bildet, eingespeist wird, kann in bestimmten Zeitabständen umgekehrt werden. Wenn dieses geschieht, wird die Elektronendriftrichtung umgekehrt und die Auftreffpositionen der Ionen des Kathodenmaterials werden periodisch versetzt, und infolgedessen wird eine Schicht gleichförmig über einem Substrat einer großen Fläche ausgebildet.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche charakteristischerweise Merkmale dahingehend aufweist, dass der Endmagnet, der sich am nächsten zu der Plasmainjektionsöffnung befindet, zu der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung geneigt angeordnet wird.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung kann eine Einrichtung zum Verändern des Befestigungswinkels des Endmagneten einschließen.
Demgemäß kann die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, die so konstruiert ist, für das Ausführen des ersten und zweiten Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozesses verwendet werden.
Der Endmagnet kann in der Größe von den übrigen Magneten verschieden sein.
Durch eine solche Konstruktion wird die erste und zweite Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung mit der Funktion der Unterdrückung einer vertikalen Ablenkung des Magnetfelds versehen.
Es ist praktikabel, dass jeder der Magneten vorzugsweise aus einer elektromagnetischen Spule besteht.
Weiterhin wird es bevorzugt, eine automatische Steuerungseinrichtung für die automatische Steuerung des Befestigungswinkels des Endmagneten zu verwenden.
Um zufriedenstellende Schichtausbildungseigenschaften zu gewährleisten, wird es bevorzugt, dass jeder Magnet aus einer elektromagnetischen Spule besteht und eine Einrichtung zum Steuern des Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule des Magneten gespeist wird, in Verbindung mit der Steuerung des Anbringungswinkels des Endmagneten zu verwenden.
Eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen kann verwendet werden, und die Richtung des Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule, die jeden Magneten ausbildet, eingespeist wird, kann zu bestimmten Zeitabständen umgekehrt werden.
Um den zweiten Aspekt der Erfindung zu erreichen, weist die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung der Erfindung charakteristischerweise die Merkmale dahingehend auf, dass zumindest eine der magnetfelderzeugenden Spulen mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen ausgebildet ist, welche in verschiedenen Winkeln gegenüber dem Querschnitt der Leitung geneigt sind, wobei sie die Leitung umgeben, und die elektromagnetischen Spulen werden wahlweise durch einen Strom betrieben, der in Abhängigkeit von der Einstellung und der Steuerung des Magnetfelds des magnetischen Filters eingespeist wird.
Zumindest eine der magnetfelderzeugenden Spulen, welche einen magnetischen Filter ausbilden, ist aus einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen gebildet, die in unterschiedlichen Winkeln gegenüber dem Querschnitt einer Leitung geneigt sind, wobei sie die Leitung umgeben. Eine der elektromagnetischen Spulen wird ausgewählt und mit einem Strom gespeist. Eine Magnetfeldeigenschaft jeder magnetfelderzeugenden Spule ist eine Magnetfeldeigenschaft der elektromagnetischen Spule, wie sie mit dem Strom gespeist wird. Die Eigenschaft des magnetischen Filters kann eingestellt, aufgebaut und gesteuert werden, ohne tatsächlich die magnetfelderzeugenden Spulen zu neigen.
Daher gibt es keine Notwendigkeit dafür, einen komplizierten, kostspieligen Drehmechanismus zum Drehen der magnetfelderzeugenden Spule zu verwenden. Demgemäß wird die Magnetfeldeigenschaft des magnetischen Filters leicht und mit einer einfachen und kostengünstige Konstruktion eingestellt und gesteuert, um dadurch eine gleichförmige dünne Schicht auf dem Substrat auszubilden, und somit werden die Schichtausbildungseigenschaft und dergleichen verbessert.
Es ist praktikabel, dass die Mehrzahl der elektromagnetischen Spulen, welche die Leitung umgeben, bereitgestellt wird, wobei diese in verschiedenen Winkeln in einer oder zwei Ebenen senkrecht zu dem Querschnitt der Leitung geneigt sind.
Die Mehrzahl der elektromagnetischen Spulen, welche die Leitung umgeben, unterscheiden sich in der Spulengröße, oder sie sind in der Spulengröße gleich oder im wesentlichen gleich.
Um den dritten Aspekt der Erfindung zu erreichen, ist in einem ersten Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess von den Magneten, welche den magnetischen Filter ausbilden, zumindest ein bestimmter Magnet, der näher an der Verdampfungsquelle ist als der Endmagnet, der der Plasmainjektionsöffnung am nächsten ist, gegenüber der Querschnittsebene der Leitung geneigt, und die Ionenbewegungsrichtungen werden durch ein Magnetfeld gesteuert, das durch den bestimmten Magneten erzeugt wird.
Von den Magneten, welche den magnetischen Filter ausbilden, werden einer oder mehrere Magneten, mit Ausnahme des Endmagneten, aktiv gegenüber der Querschnittsebene der Leitung geneigt, wobei sie um die Leitung herum angeordnet sind. Die Richtung eines Ablenkungsmagnetfelds, das durch diese Magneten erzeugt wird, ist von derjenigen eines Magnetfelds verschieden, welches durch das herkömmliche Verfahren erzeugt wird, welches im wesentlichen parallel zu der Querschnittsebene der Leitung ist. Wenn der Neigungswinkel des Magneten geeignet gewählt wird, werden die Bewegungsrichtungen der Elektronen und Ionen, die aus dem Plasmastrom extrahiert werden, korrigiert, wird die oben erwähnte Drift unterdrückt, und wird die Auftreffposition des Kathodenmaterials wenig durch die Drift beeinflusst. Infolgedessen wird die Schichtausbildungseigenschaft verbessert.
In einem zweiten Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess wird, wie in dem ersten Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess, der bestimmte Magnet gegenüber der Querschnittsebene der Leitung geneigt, und der Endmagnet wird gegenüber der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung geneigt, und die Bewegungsrichtungen von Ionen des Kathodenmaterials werden durch Magnetfelder gesteuert, welche durch den bestimmten Magnet und den Endmagnet erzeugt werden.
In diesem Fall ist ein Magnetfeld, welches durch den Endmagnet erzeugt wird, von demjenigen in dem herkömmlichen Fall, in dem der Endmagnet parallel zu der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung angeordnet ist, verschieden.
Durch geeignetes Einstellen der Anbringungswinkel des bestimmten Magneten und des Endmagneten werden die Bewegungsrichtungen von Elektronen und Ionen durch die Magnetfelder, welche durch den bestimmten Magnet und den Endmagnet erzeugt werden, korrigiert. Die oben erwähnte Drift wird unterdrückt, und die Schichtausbildungseigenschaft wird weiter verbessert.
In dem Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess der Erfindung ist der Anbringungswinkel des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten veränderlich.
Der Anbringungswinkel des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten kann vor dem Schichtausbildungsprozess und während des Schichtausbildungsprozesses verändert werden. Es können dampfabgeschiedene Schichten mit verschiedenen Schichtaus bildungseigenschaften ausgebildet werden, welche gewünschte Eigenschaften aufweisen.
In dem zweiten oder dritten Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess sind die Magnete vorzugsweise elektromagnetische Spulen.
Der Anbringungswinkel des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten wird automatisch gesteuert.
Jeder Magnet besteht aus einer elektromagnetischen Spule, und der Spulenstrom, der in jede elektromagnetische Spule des Magnets eingespeist wird, wird in Verbindung mit der Steuerung des Anbringungswinkels des bestimmten Magnets und/oder des Endmagnets gesteuert. Dieses technische Merkmal wird hinsichtlich der Schichtausbildungseigenschaft bevorzugt.
Wenn eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen verwendet wird, wird die Schichtausbildungseigenschaft verbessert, und verschiedene Arten von Kathodenmaterial können für die Schichtausbildung verwendet werden.
Die Richtung des Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule, die jeden Magnet ausbildet, eingespeist wird, kann zu bestimmten Zeitabständen umgekehrt werden. Wenn dieses geschieht, wird die Elektronendriftrichtung umgekehrt, und die Auftreffpositionen der Ionen des Kathodenmaterials werden periodisch versetzt, und infolgedessen wird eine Schicht gleichförmig über einem Substrat von großer Fläche ausgebildet.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche charakteristische Merkmale dahingehend besitzt, dass zumindest ein bestimmter Magnet, welcher der Verdampfungsquelle näher ist als der Endmagnet, der der Plasmainjektionsöffnung am nächsten ist, gegenüber der Querschnittsebene der Leitung geneigt ist und die Ionenbewegungsrichtungen durch ein Magnetfeld gesteuert werden, welches durch den bestimmten Magnet erzeugt wird.
In einer Vakkum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung der Erfindung ist der bestimmte Magnet gegenüber der Querschnittsebene der Leitung geneigt, und der Endmagnet ist gegenüber der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung geneigt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zur Verfügung, welche für den ersten und zweiten Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess verwendbar ist.
Eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung der Erfindung schließt eine Einrichtung zum Verändern des Befestigungswinkels des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten ein und führt den dritten Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess durch.
In der Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung der Erfindung ist es praktikabel, dass die Magnete elektromagnetische Spulen sind, und es wird bevorzugt, dass eine Einrichtung zum automatischen Steuern des Befestigungswinkels des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten enthalten ist.
Jeder Magnet besteht aus einer elektromagnetischen Spule, und es ist zusätzlich eine Einrichtung zum Steuern des Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule des Magneten eingespeist wird, in Verbindung mit der Steuerung des Befestigungswinkels des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten enthalten. Dieses technische Merkmal wird hinsichtlich der Schichtausbildungseigenschaft bevorzugt.
Eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen kann bereitgestellt werden, und es ist weiterhin eine Einrichtung zur Stromsteuerung zur Umkehr der Richtung des Spulenstroms zu bestimmten Zeitabständen, der in jede elektromagnetische Spule, die jeden Magnet ausbildet, eingespeist wird, enthalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine ebene Ansicht, welche eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elektromagnetische Spule als einen Endmagnet in 1 zeigt;
3A und 3B sind erläuternde Diagramme zur Erläuterung einer Neigung der elektromagnetischen Spule von 2;
4A und 4B zeigen eine ebene Ansicht und eine rechtsseitige erhobene Ansicht, welche für die Erläuterung von Elektronenbahnen jeweils nützlich sind, wenn die elektromagnetische Spule als der Endmagnet als eine elektromagnetische Endspule mit einem Winkel von α = 15° geneigt ist;
5A und 5B sind eine ebene Ansicht und eine rechte Querschnittsansicht, die jede jeweils für die Erläuterung von Elektronenbahnen nützlich ist, wenn die elektromagnetische Spule als der Endmagnet mit einem Winkel von α = 15° geneigt ist und die Größe der elektromagnetischen Spule größer als die der elektromagnetischen Spule eines anderen Magneten ist;
6 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse von Messwerten für Elektronenankunftspositionen zeigt, wenn ein Winkel α der elektromagnetischen Spule als der Endspule variiert wird;
7 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse von Messwerten von Elektronenankunftspositionen zeigt, wenn die elektromagnetische Spule als die Endspule mit einem Winkel von α = 15° geneigt ist und der Spulenstrom variiert wird;
8A, 8B und 8C sind Tabellen, welche die Ergebnisse von Messwerten für Elektronenankunftspositionen für eine Spulengrößendifferenz zeigen, wenn die elektromagnetische Spule als die Endspule mit einem Winkel von α = 15° geneigt ist und der Spulenstrom zwischen 30A, 50A und 100A verändert wird;
9 ist eine ebene Ansicht, die eine herkömmliche Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt;
10A und 10B sind eine ebene Ansicht und eine rechte Schnittansicht zur Erläuterung eines divergierenden Magnetfelds der herkömmlichen Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung von 9;
11A und 11B sind eine ebene Ansicht bzw. eine rechte Schnittansicht jeweils zur Erläuterung eines divergierenden Magnetfelds der herkömmlichen Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung von 9;
12 ist eine ebene Ansicht, die eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
13 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine magnetfelderzeugende Spule 1 als einen Endmagnet in 12 zeigt;
14A und 14B sind eine ebene Ansicht und eine rechte Seitenansicht, welche Elektronenbahnen durch die Vorrichtung von 12 zeigen;
15 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine andere magnetfelderzeugende Spule 1 als einen Endmagnet in 12 zeigt;
16 ist eine perspektivische Ansicht, die noch eine andere magnetfelderzeugende Spule 1 als einen Endmagnet in 12 zeigt;
17 ist ein erklärendes Diagramm zur Erläuterung der Windung der elektromagnetischen Spulen der magnetfelderzeugenden Spule in 16;
18 ist eine ebene Ansicht, welche eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, welche eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
19 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Drift von geladenen Teilchen in der herkömmlichen Vorrichtung von 9;
20 ist eine ebene Ansicht, welche eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
21 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine elektromagnetische Spule als einen bestimmten Magnet, der in 20 gezeigt ist, zeigt;
22A und 22B sind eine ebene Ansicht bzw. eine rechte Seitenansicht zur Erläuterung einer Neigung der elektromagnetischen Spule, die in 21 gezeigt ist;
23A und 23B sind eine ebene Ansicht und eine rechte Seitenansicht zur Erläuterung von Elektronenauftreffpositionen durch die Vorrichtung von 20;
24 ist eine ebene Ansicht, die eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, die eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
25 ist eine ebene Ansicht zur Erläuterung von Elektronenbahnen in der Vorrichtung von 24;
26 ist eine rechte Seitenansicht zur Erläuterung von Elektronenbahnen in der Vorrichtung von 24; und
27 ist ein Diagramm zur Erläuterung von Elektronenauftreffpositionen auf der Oberfläche des Substrats.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf 1 bis 8 beschrieben.
1 ist eine ebene Ansicht, welche eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung entsprechend derjenigen von 9 zeigt.
In 1 wird eine elektromagnetische Spule 21 anstelle einer elektromagnetischen Spule 14d als der Endmagnet in 9 verwendet. Die elektromagnetische Spule 21 ist größer als die anderen elektromagnetischen Spulen 14a bis 14c.
Eine elektromagnetische Spule 21 ist, wie in einer perspektivischen Ansicht von 2 gezeigt, wie ein rechteckiger Rahmen geformt. In einer ebenen Ansicht und in einer rechten Seitenansicht, die in den 3A und 3B die elektromagnetische Spule auf der Leitung angebracht zeigen, stellt eine X-Achsenrichtung eine horizontale Richtung ("positiv" ist der rechten Seite zugewiesen) dar, eine Y-Achsenrichtung ist eine Von-Vorne-Nach-Hinten-Richtung ("positiv" ist der Hinterseite zugewiesen) und eine Z-Achsenrichtung ist eine vertikale Richtung ("positiv" ist der Oberseite zugewiesen). Die elektromagnetische Spule ist auf der Leitung in einem Zustand angebracht, in dem sie in einer Ebene, die durch die X-Y-Achsen definiert wird, mit einem Winkel α von ihrer gestrichelten Linienhöhe parallel zu der Plasmaausstoßebene der Plasmainjektionsöffnung 13 geneigt ist und mit einem Winkel β in einer Y-Z-Ebene geneigt ist.
Die Winkel α und β werden optimal im vorne herein durch eine Geladene-Teilchen-Analyse-Simulation und einen Test-Dampfabscheidungsprozess bestimmt. In der gegenwärtigen Ausführungsformn wurde ein Winkel, in dem die elektromagnetische Spule 21 auf der Leitung 9 angebracht wird, manuell eingestellt. Bei der Justage war die elektromagnetische Spule mit dem Winkel α und/oder β mit Hinsicht auf die Plasmaausstoßfläche der elektromagnetischen Spule 21 geneigt.
Ein Magnetfeld, das durch die elektromagnetische Spule 21 erzeugt wird, wird in Übereinstimmung mit dem Winkel α und/oder β gesteuert. Ein magnetischer Filter 22 des Ablenkmagnetfelds 17', welches von dem Ablenkmagnetfeld 17 in 9 verschieden ist, wird in der Nähe der Plamainjektionsöffnung 13 ausgebildet. Ein Plasmastrom 23, entsprechend dem Plasmastrom 20 in 9, wird durch den magnetischen Filter 22 erzeugt.
Hierbei verläuft, wie in einer ebenen Ansicht und einer rechtsseitigen Ansicht gezeigt, welche in 4A und 4B die Elektronenbahnen zeigen, die Elektronenbahn durch die Leitung 9 und erreicht die Oberfläche des Substrats 6, und sie wird so justiert, dass die Mittelposition auf dem Substrat, an welcher die Elektronen ankommen, im wesentlichen mit der Mitte der Oberfläche des Substrats 6 übereinstimmt.
Um den Effekt durch den Anbringungswinkel der elektromagnetischen Spule 21 zu zeigen, wurden die Elektronenbahnen, die in den 4A und 4B veranschaulicht sind, bildlich unter den Bedingungen dargestellt, dass die elektromagnetische Spule 21 durch eine elektromagnetische Spule 21' ersetzt wurde, welche in der Größe derjenigen jeder der übrigen elektromagnetischen Spulen 14 gleich ist. Dann wurde die elektromagnetische Spule 21' in einem Winkel von 15° im Uhrzeigersinn geneigt, wobei eine Ablenkung des Magnetfelds in der horizontalen Richtung durch Konversion korrigiert wurde. Wie in dem Fall der 11A und 11B wird Strom nur den zwei elektromagnetischen Spulen 21' und 14 zugeführt, nämlich jede andere elektromagnetische Spule dieser elektromagnetischen Spulen.
Die Größe der elektromagnetischen Spule 21 ist von der der übrigen elektromagnetischen Spulen 14 verschieden, und in der gegenwärtigen Ausführungsform ist die elektromagnetische Spule 21 größer als die übrigen elektromagnetischen Spulen 14, um das Divergieren des Magnetfelds in der vertikalen Richtung zu unterdrücken.
Wenn die elektromagnetische Spule 21 größer ist als jede der übrigen elektromagnetischen Spulen 14, besitzt sie eine zusätzliche Funktion darin, das Magnetfeld in der vertikalen Richtung zu fokussieren. Mit dieser zusätzlichen Funktion wird das Magnetfeld für eine Korrektur in der vertikalen Richtung konvertiert. Wie es in einer ebenen Ansicht und einer rechtsseitigen Ansicht der 5A und 5B gezeigt ist, welche Elektronenbahnen zeigen, werden Elektronenbahnen, wenn sie in der vertikalen Richtung gesehen werden, zu der Mitte der Oberfläche des Substrats 6 hin korrigiert. Diese Tatsache wurde durch unser Experiment bestätigt.
Elektronenbahnen, die in 5A und 5B veranschaulicht sind, wurden unter der Bedingung bildlich dargestellt, dass der Anbringungswinkel α der elektromagnetischen Spule 21 15° betrug, wenn sie in Uhrzeigerrichtung geneigt wurde, und die Größe der elektromagnetischen Spule betrug 120 % derjenigen jeder der anderen elektromagnetischen Spulen 14. Wie in dem Fall der 4A und 4B wird dieser elektromagnetische Spulenstrom lediglich den zwei elektromagnetischen Spulen 21 und 14 zugeführt, nämlich jede andere elektromagnetische Spule.
Wie aus den 4A, 4B, 5A und 5B ersichtlich, werden die Elektronenbahnen zu der Mitte der Oberfläche des Substrats 6 hin sowohl in der vertikalen als auch der horizontalen Richtung korrigiert. Daher werden der Versatz der Auftreffpositionen der Ionen des Kathodenmaterials 19 auf der Substratoberfläche in der vertikalen und horizontalen Richtung (dieser Versatz der Ionenauftreffposition wird als der vertikale und horizontale Versatz bezeichnet) und die Ablenkung der Ionen zu der Mitte auf dem Substrat hin korrigiert. Als ein Ergebnis wird eine Schicht gleichförmig über der Oberfläche des Substrats 6 ausgebildet.
Besondere experimentelle Ergebnisse werden weiter unten angegeben.
Die Mitte der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13 war an der der Oberfläche des Substrats 6 in einem Zustand, in dem diese voneinander über einen Abstand von 400 mm beabstandet waren, ausgerichtet. Ein Spulenstrom von 100A wurde in die elektromagnetischen Spulen 21 und 14 eingespeist. Der Anbringungswinkel α der elektromagnetischen Spule 21 wurde auf 15°, 20° und 25° eingestellt, wobei die elektromagnetische Spule in Uhrzeigerrichtung geneigt war. Der Versatz der Positionen auf der Oberfläche des Substrats 6, an denen die Elektronen, welche sich entlang ihrer Pfade bewegt haben, auftreffen, von der Mitte der Oberfläche des Substrats 6 in der rechten und linken Richtung (horizontale Richtungen) und in der Richtung nach oben und unten (vertikale Richtungen) ergab sich, wie es in 6 gezeigt ist.
In 6 zeigt ein Zeichen ♦ einen Versatz der Elektronenbahn durch eine Referenz (Referenzspule) an, wenn α = 0°, und Zeichen ∎, Δ und • stellen einen Versatz der Elektronenbahnen für α = 15°, 20° und 26° dar.
Wenn α = 15° und der Spulenstrom auf 30A, 50A und 100A eingestellt wurde, ergab sich der Versatz der Elektronenbahnen, wie es in 7 gezeigt ist.
In 7 zeigt ein Zeichen ♦ einen Versatz einer Elektronenbahn durch die Referenz an, wenn α = 0° und der Spulenstrom 50A betrug, und Zeichen ∎, Δ und • stellen einen Versatz dar, wenn α = 150° und der Spulenstrom auf 30A, 50A und 100A eingestellt wurde.
Wie es ebenso aus den 6 und 7 ersichtlich ist, werden, wenn der Anbringungswinkel α geeignet in Übereinstimmung mit dem Spulenstrom gewählt wird und die elektromagnetische Spule 21 geeignet gegenüber der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13 geneigt ist, dann die Elektronenauftreffpositionen auf der Oberfläche des Substrats 6 insbesondere in der horizontalen Richtung zu der Mitte des Substrats hin korrigiert. Infolgedessen wird das Kathodenmaterial 19 auf den zentralen Bereich der Oberfläche des Substrats 6 abgeschieden.
Die Ergebnisse, wie sie in den 8A, 8B und 8C gezeigt sind, wurden unter der Bedingung erhalten, dass α = 15°, der Spulenstrom = 30A, 50A und 100A und die Größe der elektromagnetischen Spule = 80 %, 100 % und 120 % betrugen.
In den 8A, 8B und 8C zeigt ♦ einen Versatz der Elektronenauftreffpositionen durch die Referenz an, wenn α = 0° und die Größe der elektromagnetischen Spule = 100 %. ∎, Δ und • stellen einen Versatz der Elektronenauftreffpositionen dar, wenn α = 15° und die Größe der elektromagnetischen Spule = 80 %, 100 % und 120 %.
in 8B zeigt, wie in dem Fall von Δ, einen Versatz der Elektronenauftreffpositionen an, wenn α = 15° und die Größe der elektromagnetischen Spule = 100 %, und die Richtung des Spulenstroms gegenüber dem Fall des anderen Versatzes umgekehrt ist.
Wie ebenso aus den 8A, 8B und 8C ersichtlich ist, wird, wenn die Größe der elektromagnetischen Spule 21 auf 120 % gesetzt wird, das Divergieren des Magnetfeldes unterdrückt, so dass dadurch die Elektronenauftreffposition in der vertikalen Richtung zu der Mitte des Substrats 6 hin korrigiert wird. Dem gemäß wird Kathodenmaterial 19 besser auf den zentralen Bereich auf der Oberfläche des Substrats 6 abgeschieden, und es ist eine gleichförmige Ausbildung gewährleistet.
Somit ist in der gegenwärtigen Ausführungsform die elektromagnetische Spule 21 als der Endmagnet mit einem Winkel α und/oder β hinsichtlich der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13 geneigt, und die elektromagnetische Spule 21 ist so gewählt, dass sie größer als jede der anderen elektromagnetischen Spulen 14 ist. Dem gemäß wird die Bewegung der Ionen des Kathodenmaterials 19 in der vertikalen und horizontalen Richtung gesteuert, um die Elektronenauftreffpositionen zu der Mitte der Substratoberfläche hin zu korrigieren. Das Kathodenmaterial 19 wird auf den mittleren Bereich der Oberfläche des Substrats 16 dampfabgeschieden, und somit wird eine dünne Schicht über der Oberfläche des Substrats 16 gleichförmig ausgebildet.
In der oben erwähnten Ausführungsform wird das Kathodenmaterial 19 auf dem zentralen Bereich der Oberfläche des Substrats 6 dampfabgeschieden, um die Elektronenauftreffpositionen zur Mitte der Substratoberfläche hin zu korrigieren. Bei einigen Arten des Substrats 6 ist es erforderlich, das Kathodenmaterial an einem Ort abzuscheiden, der von dem zentralen Bereich der Substratoberfläche entfernt ist.
In einem solchen Fall werden die Winkel α und/oder β auf Werte in Übereinstimmung mit dem Nutzungszweck eingestellt, und es kann eine gewünschte Position auf der Oberfläche des Substrats 6 für die Abscheidung ausgewählt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die elektromagnetische Spule 21 manuell mit einem Winkel α und/oder β geneigt. In einer Alternative wird eine Einrichtung zum Verändern des Anbringungswinkels der elektromagnetischen Spule 21 zur Verfügung gestellt, und sie schließt eine Spannvorrichtung für das Verändern des Winkels α durch Drehen der elektromagnetischen Spule 21 in einer X-X-Ebene ein, und es wird eine weitere Einspannvorrichtung für das Verändern des Winkels β durch Drehen der elektromagnetischen Spule 21 in einer Z-Y-Ebene bereitgestellt. Eine der Einspannvorrichtungen oder beide Einspannvorrichtungen werden für das Verändern des Anbringungswinkels der elektromagnetischen Spule verwendet. Der Anbringungswinkel der elektromagnetischen Spule 21 wird anfänglich auf der Grundlage der Ergebnisse von einer Testschichtausbildung eingestellt, welche bereits unter Verwendung der Einrichtung zum Verändern des Befestigungswinkels ausgeführt worden ist. Wenn es erforderlich ist, kann der Anbringungswinkel der elektromagnetischen Spule 21 während einer stattfindenden Dampfabscheidung unter Verwendung derselben verändert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden der Endmagnet und die übrigen Magnete sämtlich aus den elektromagnetischen Spulen 21 und 14 gebildet. Diese Magnete können aus Permanentmagneten gebildet sein.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die einzelne Verdampfungsquelle 11 zur Vereinfachung der Erläuterung verwendet. In einem Fall, in dem das Substrat 6 eine große Fläche aufweist, oder in dem mehrere Arten von Kathodenmaterial gleichzeitig abgeschieden werden, kann eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen 11 in einer vertikalen Anordnung zur Verfügung gestellt werden.
Es ist praktikabel und mit Hinsicht auf die Schichtausbildungsleistungsfähigkeit bevorzugt, den Befestigungswinkel des Endmagneten unter Verwendung einer automatischen Steuereinrichtung automatisch einzustellen, welche durch eine Ablaufsteuerung, eine Programmsteuerung oder dergleichen in der Steuereinheit 24 in 1 ausgebildet ist, und automatisch beide Einspannvorrichtungen in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Messung der Schichtdicke auf der Oberfläche des Substrats 6 durch einen Dickenmesser (nicht gezeigt) vor oder während des Verlaufs eines stattfindenden Schichtausbildungsprozesses steuert, oder automatisch den Befestigungswinkel der elektromagnetischen Spule während des Schichtausbildungsprozesses verändert.
In einem Fall, in dem die Magnete aus elektromagnetischen Spulen 14 und 21 gebildet werden, kann der Spulenstrom der elektromagnetischen Spulen 14 und 21 in Übereinstimmung mit dem Messergebnis des Dickenmessers unter Verwendung einer Stromeinspeisesteuereinrichtung der Steuereinheit 24 während des Schichtausbildungsprozesses in Verbindung mit der Steuerung der Befestigungswinkel α und β der elektromagnetischen Spule 21 gesteuert werden. Wenn es so geschieht, ist eine genauere Schichtausbildung gewährleistet.
Wenn die Richtung des Spulenstroms der elektromagnetischen Spulen 14 und 21 zu bestimmten Zeitabständen durch die Stromeinspeisesteuereinrichtung der Steuereinheit 24 umgekehrt werden kann, wird die Richtung des Magnetfelds B umgekehrt, während die Richtung des Gradienten ∇B des Magnetfelds B unverändert bleibt. Infolgedessen ändert sich eine Driftgeschwindigkeit, welche auf den Transport des Plasmastroms 23 wirkt, und die Richtung des sich bewegenden Kathodenmaterials 19 zu der Oberfläche des Substrats 6 ändert sich. Infolgedessen ist die Schichtverteilung gleichförmig, und somit wird die Schichtausbildungseigenschaft weiter verbessert.
Wenn der Spulenstrom der elektromagnetischen Spulen 21 und 24 aus einer Wechselspannungsstromquelle gespeist wird, kann die Richtung des Spulenstroms der elektromagnetischen Spulen 21 und 14 zu festen Zeitabständen ohne die Hilfe der Stromeinspeisesteuereinrichtung umgekehrt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Querschnitt der Leitung 9 rechtwinklig, er kann jedoch kreisförmig, elliptisch oder dergleichen sein. In diesem Fall ist der Querschnitt von jedem Magnet vorzugsweise kreisförmig, elliptisch oder dergleichen in Übereinstimmung mit der Querschnittskonfiguration der Leitung 9.
In der Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung der oben beschriebenen Ausführungsform ist die einzelne Leitung 9 mit dem Vakuumgefäß 2 verbunden. Alternativ werden eine Mehrzahl von Leitungen mit dem Vakuumgefäß 2 verbunden, und die Endmagnete dieser Leitungen werden gegenüber der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung geneigt.
Zur Einfachheit der Erläuterung ist ein Halter 5 innerhalb der Schichtausbildungskammer 1 positioniert, und es wird eine dünne Schicht auf einem Substrat 6 durch Dampfabscheidung ausgebildet. Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewendet werden kann, in dem die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidung auf eine Mehrzahl von Substraten, wie in der Ionenplattiervorrichtung der Lichtbogenart, die in der bereits zitierten Veröffentlichung offenbart ist, angewendet wird: Ein zylindrischer drehbarer Halter wird innerhalb der Schichtausbildungskammer bereitgestellt, und eine Mehrzahl von Substraten wird auf den Oberflächen des Halters gehalten.
In der Ausführungsform ist die elektromagnetische Spule 21 größer als die übrigen elektromagnetischen Spulen 14, und somit ist der Endmagnet größer als die übrigen Magnete. Unter einigen Schichtausbildungsbedingungen ist z.B. ein Abstand zwischen der Plasmainjektionsöffnung 13 und dem Substrat 6 klein, selbst wenn der Endmagnet kleiner als die übrigen ist, können manchmal gute Schichtausbildungseigenschaften erhalten werden. In einem solchen Fall kann der Endmagnet so gewählt werden, dass er kleiner als die übrigen ist.
Während die oben erwähnte Ausführungsform die gekrümmte Leitung 9 verwendet, kann die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewendet werden, in dem eine gebogene Leitung statt dessen verwendet wird.
Um die Schichtausbildungseigenschaft weiterhin zu verbessern, wird der Anbringungswinkel des Endmagneten (der elektromagnetischen Spule 21) in der horizontalen und/oder vertikalen Richtung justiert, und es werden weiterhin einige oder sämtliche der übrigen Magnete (elektromagnetischen Spulen 14) hinsichtlich ihrer Anbringungswinkel in der horizontalen und/oder vertikalen Richtung justiert, wie es mit dem Endmagnet geschieht.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, weist die vorliegende Erfindung die folgenden Effekte auf.
In einem Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess des ersten Aspekts der Erfindung wird der Endmagnet (die elektromagnetische Spule 21), der der Plasmainjektionsöffnung 3 am nächsten ist, gegenüber einer Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13 geneigt angeordnet, und es werden die Bewegungsrichtungen der Ionen des Kathodenmaterials 19 durch ein Magnetfeld gesteuert, welches durch den Endmagnet erzeugt wird. Mit diesem Merkmal bewegen sich, anders als in dem herkömmlichen Fall, in dem das Endmagnetfeld parallel zu der Plasmainjektionsebene in dem herkömmlichen Stand der Technik ist, Ionen des Kathodenmaterials 19 unter einem Magnetfeld, das durch den Endmagnet aufgebaut wird, und treffen auf den mittleren Bereich auf der Oberfläche des Substrats 6 auf, wodurch eine gleichförmige Schichtausbildung durch Dampfabscheidung gewährleistet ist.
Durch Einstellen des Anbringungswinkels des Endmagneten auf geeignete Werte treffen Ionen des Kathodenmaterials 19 auf einer Zielposition auf der Oberfläche des Substrats auf. Infolgedessen kann eine dampfabgeschiedene dünne Schicht mit gewünschten Schichtausbildungseigenschaften ausgebildet werden.
In der Erfindung ist der Anbringungswinkel des Endmagneten veränderlich. Daher kann der Anbringungswinkel des Endmagneten vor und während des Schichtausbildungsprozesses verändert werden. Dem gemäß können dampfabgeschiedene dünne Schichten verschiedener Schichtausbildungseigenschaften, wie gewünscht, ausgebildet werden.
In dem Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess des dritten Aspekts der Erfindung ist der Endmagnet größer als jeder der anderen Magnete. Daher wird das divergierende Magnetfeld des Endmagneten, insbesondere seine vertikale Ablenkung, verschiedentlich durch Verändern der Größe des Endmagneten gesteuert. Wenn z.B. der Endmagnet größer ist als jeder der übrigen Magnete, wird die vertikale Ablenkung des Magnetfeldes in hohem Maße unterdrückt, und es kann die Schicht gleichförmiger mit hervorragenderen Schichtausbildungseigenschaften ausgebildet werden.
Und es ist praktikabel und wird bevorzugt, dass die Magnete elektromagnetische Spulen 14 und 21 sind. Weiterhin wird es bevorzugt, dass der Anbringungswinkel des Endmagneten automatisch gesteuert wird.
Um zufriedenstellende Schichtausbildungseigenschaften zu gewährleisten, wird es bevorzugt, dass jeder Magnet aus einer elektromagnetischen Spule 14 (21) besteht und dass der Spulenstrom, der in die elektromagnetische Spule 14 (21) gespeist wird, in Verbindung mit der Steuerung des Befestigungswinkels des Endmagneten gesteuert wird.
Wenn eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen 11 verwendet wird, wird die Schichtausbildungseigenschaft verbessert, und es kann gleichzeitig eine Schichtausbildung unter Verwendung von mehreren Arten von Kathodenmaterial 19 für die Schichtausbildung ausgeführt werden.
Die Richtung des Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule 14 (21) gespeist wird, die jeden Magnet bildet, kann zu bestimmten Zeitabständen umgekehrt werden. Wenn dieses erfolgt, werden die Auftreffpositionen der Ionen des Kathodenmaterials 19 periodisch versetzt und infolgedessen wird eine Schicht gleichförmig über einem Substrat 6 einer großen Fläche ausgebildet.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, die oben beschrieben wird, stellt ein spezielles Mittel zur Ausführung jedes Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozesses zur Verfügung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 12 bis 18 beschrieben.
12 ist eine ebene Ansicht, welche eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung entsprechend derjenigen, die in 9 gezeigt wird, zeigt, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder äquivalente Teile in 9.
In 12 wird eine magnetfelderzeugende Spule 14d', die aus drei elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c gebildet ist, an einer Stelle zur Verfügung gestellt, an der die magnetfelderzeugende Spule 14d' sich als der Endmagnet in 9 befindet.
Die elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c der magnetfelderzeugenden Spule 14d', wie sie perspektivisch in 13 gezeigt sind, sind rechteckig geformte Spulen verschiedener Größe (verschiedenen Durchmessers) und mehrerer Windungen. In 2 sind die elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c voneinander verschieden und von großer, mittlerer bzw. kleiner Größe. Die elektromagnetische Spule 21b wird in die elektromagnetische Spule 21a eingepasst, und die elektromagnetische Spule 21c wird in die elektromagnetische Spule 21b eingepasst.
In 12 sind die Richtungen der Querschnitte der Leitung 9 bei den magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14c und 14d' durch eine Einpunkt-Strich-Linien a, b und c angezeigt. Wenn die Richtungen R-Achsen-Richtungen sind, stellen zwei Ebenen senkrecht zu jeder dieser Querschnitte eine horizontale Ebene dar, welche die R-Achse enthält, und eine vertikale Ebene, welche eine Z-Achse enthält, die sich in der Richtung von oben nach unten erstreckt.
Eine Einpunkt-Strich-Linie, die sich in der Richtung von rechts nach links in 13 erstreckt, zeigt die R-Achse an, und eine Einpunkt-Strich-Linie, die sich in der Richtung von oben nach unten erstreckt, zeigt eine Z-Achse an. Die elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c werden derart angeordnet, dass sich diese Spulen in der horizontalen Ebene in unterschiedlichen Winkeln um die Z-Achse beabstandet befinden und die Leitung 9 umgeben, wobei sie in unterschiedlichen Winkeln zu der Leitung geneigt sind.
In 13 ist die elektromagnetische Spule 21b parallel zu dem Querschnitt der Leitung (Neigungswinkel = 0). Die elektromagnetischen Spulen 21a und 21c befinden sich in der horizontalen Ebene im Winkel durch voreingestellte Winkel von der elektromagnetischen Spule 21b beabstandet.
Eine elektromagnetische Spule wird unter diesen elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c manuell oder über eine Ablaufsteuerung (Bewegungswahl) ausgewählt. Die ausgewählte elektromagnetische Spule wird an einer Energieeinspeisungsschleife einer Spulenstromquelle 15 angeschlossen. Dann wird die gewählte elektromagnetische Spule mit Strom gespeist.
In diesem Fall wird eine Magnetfeldeigenschaft eines magnetischen Filters 18b in 12, der aus einem Ablenkungsmagnetfeld 17b gebildet wird, das durch die magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14c, 14d aufgebaut wird, eingestellt. Dann wird die justierte Magnetfeldeigenschaft durch Speisen des Stroms wahlweise in die elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c der magnetfelderzeugenden Spule 14d', wie in dem Fall, in dem die magnetfelderzeugende Spule 14d' in der herkömmlichen Vorrichtung in einer horizontalen Ebene durch den Drehmechanismus gedreht wird, eingestellt und gesteuert.
Und es wird ein Plasmastrom 20b entsprechend dem Plasmastrom 20a in 8 durch den magnetischen Filter 18b erzeugt.
Wie aus einer ebenen Ansicht und einer rechtsseitigen Ansicht, welche Elektronenbahnen in 3A und 3B zeigen, ersichtlich ist, werden die Bahnen von Elektronen, die durch die Lei tung 9 verlaufen und die Oberfläche des Substrats 6 erreichen, durch die elektromagnetische Spule 14' korrigiert, so dass die Mitte der Elektronenauftreffpositionen an der Mitte der Oberfläche des Substrats 6 ausgerichtet ist.
14A und 14B zeigen Elektronenbahnen, wenn Strom lediglich in eine der zwei elektromagnetischen Spulen 14b und 14d' eingespeist wird, nämlich zu dem Zwecke durch durchgezogene Linien angezeigt, den Effekt des Befestigungswinkels der magnetfelderzeugenden Spule 14d' zu zeigen.
Dementsprechend kann, ohne komplizierte und kostspielige Drehmechanismen und dergleichen zur Verfügung zu stellen, die Magnetfeldeigenschaft des magnetischen Filters 18a leicht und mit einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion eingestellt und gesteuert werden, und somit werden die Schichtausbildungseigenschaft und dergleichen verbessert.
Wenn die magnetfelderzeugende Spule 14d' durch Kombination der elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c gebildet wird, welche verschiedene Spulengrößen, wie in 2 gezeigt, aufweisen, wird sie einfach durch Einpassen der kleinen elektromagnetischen Spule in die große ausgebildet.
Die elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c können elektromagnetische Spulen sein, welche gleiche oder im wesentlichen gleiche Spulengrößen aufweisen.
Wenn die magnetfelderzeugende Spule 14d' durch Kombination einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen gebildet wird, welche die gleiche Spulengröße aufweisen, werden elektromagnetische Spulen 22a, 22b und 22c von gleicher Größe, wie sie in 15 perspektivisch gezeigt sind, anstelle der elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c von verschiedener Spulengröße in 13 verwendet.
Diese elektromagnetischen Spulen 22a, 22b und 22c werden so angeordnet, dass die Spule 22b auf der Spule 22c und die Spule 22a auf der Spule 22 an den oberen und unteren Kreuzungspunkten A und B positioniert werden. Ebenso ist an dem unteren Kreuzungspunkt B die Spule 21b auf der Spule 21c positioniert. Somit kreuzen diese Spulen jede Spule.
Wenn die magnetfelderzeugende Spule 14d' aus einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen gebildet wird, welche die gleiche Spulengröße aufweisen, werden elektromagnetische Spulen 23a, 23b und 23c von gleicher Größe, die in einer integralen Form ausgebildet sind, wie sie perspektivisch in 15 gezeigt sind, anstelle der elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c in 2 verwendet.
In diesem Fall werden die elektromagnetischen Spulen 23a, 23b und 23c, deren Teile vergrößert in 16 veranschaulicht sind, integral miteinander verbunden, so dass eine Windung ta der Spule 23a, eine Windung der Spule 23b und eine Windung tc der Spule 23c ineinander gewunden sind, d.h. durch Verflechten dieser Windungen. Diese Spulen sind in der Größe im wesentlichen gleich.
In einem Fall, in dem die magnetfelderzeugende Spule 14d' aus den elektromagnetischen Spulen 22a bis 22c (23a bis 23c) gebildet wird, deren Spulengrößen gleich oder im wesentlichen gleich sind, sind die Magnetfelder, die durch diese Spulen 22a bis 22c (23a bis 23c) gebildet werden, im wesentlichen gleich. Dem gemäß ist das Einstellen und Steuern der Magnetfeldeigenschaft einfach.
In der Ausführungsform sind die elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c (22a bis 22c, 23a bis 23c) der magnetfelderzeugenden Spule 14d' mit verschiedenen Winkeln in der horizontalen Ebene gegenüber der X-Achse geneigt, um die Ablenkung der Elektronen und Ionen in der rechten und linken Richtung zu unterdrücken. Um die Ablenkung der Elektronen und Ionen hauptsächlich in der Richtung nach oben und nach unten zu unterdrücken, kann lediglich die magnetfelderzeugende Spule 14d' aus einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen, die mit verschiedenen Winkeln in der vertikalen Ebene gegenüber der R-Achse geneigt sind, ausgebildet werden.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 18 beschrieben.
18 ist eine ebene Ansicht, die eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung zeigt, welche eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder äquivalente Teile in 12. In dem Fall von 18 wird eine #4 elektromagnetische Spule 14'', welche aus den elektromagnetischen Spulen 24a bis 24c gebildet ist, anstelle der magnetfelderzeugenden Spule 14d' in 12 verwendet. Weiterhin wird die magnetfelderzeugende Spule 14b in 12 durch eine #2 magnetfelderzeugende Spule 14b' ersetzt, welche aus den elektromagnetischen Spulen 25a bis 25c gebildet ist.
Um eine horizontale Ablenkung von Elektronen und Ionen genau zu unterdrücken, können die elektromagnetischen Spulen 24a bis 24c und 25a bis 25c wie die elektromagnetischen Spulen 21a bis 21c, 22a bis 22c, 23a bis 23c, mit verschiedenen Winkeln in der horizontalen Ebene gegenüber der Z-Achse geneigt sein. Um eine vertikale Ablenkung von Elektronen und Ionen genau zu unterdrücken, können diese elektromagnetischen Spulen mit verschiedenen Winkeln in einer vertikalen Ebene gegenüber der R-Achse geneigt sein.
Weiterhin ist, wenn es erforderlich ist, eine der elektromagnetischen Spulen 24a bis 24c und der elektromagnetischen Spulen 25a bis 25c in der horizontalen Ebene geneigt. Die andere der 24a bis 24c und 25a bis 25c ist in der vertikalen Ebene geneigt. Hierdurch werden die horizontalen und vertikalen Ablenkungen von Elektronen und Ionen unterdrückt.
Es ist offensichtlich, dass die elektromagnetischen Spulen 24a bis 24c, 25a bis 25c ebenso, wie in 13 gezeigt, unterschiedliche Größen besitzen, oder gleiche oder im wesentlichen gleiche Spulengrößen, wie in den 15 und 16 gezeigt, aufweisen können.
Eine elektromagnetische Spule, die aus diesen elektromagnetischen Spulen 24a bis 24c, 25a bis 25c ausgewählt wird, ist an die Energieeinspeiseschleife der Spulenstromquelle 15 angeschlossen, und es wird ein magnetischer Filter 18c, der durch ein Ablenkungsmagnetfeld 17c definiert ist, ausgebildet. Und es wird ein Plasmastrom 20c entsprechend dem Plasmastrom 20b in 12 erzeugt. Eine dünne Schicht wird auf der Oberfläche des Substrats 6 mit ganz hervorragenden Schichtausbildungseigenschaften ausgebildet.
Es versteht sich, dass die Konfigurationen und Strukturen der Leitung, des magnetischen Filters und dergleichen und die Anzahl der magnetfelderzeugenden Spulen, die Orte, an denen die magnetfelderzeugenden Spulen installiert sind, von denen in den oben beschriebenen Ausführungsformen unterschiedlich sein können.
Eine oder mehrere magnetfelderzeugenden Spulen, die den magnetischen Filter ausbilden, kann aus einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen, wie den elektromagnetischen Spulen 21a bis 21c, 25a bis 25c, ausgebildet werden. In diesem Fall beträgt die Anzahl der elektromagnetischen Spulen zumindest zwei, und die Neigungsrichtung der magnetfelderzeugenden Spule kann von der magnetfelderzeugenden Spule unterschieden sein.
Es ist offensichtlich, dass die Konfiguration und Windung jeder elektromagnetischen Spule jeder der magnetfelderzeugenden Spulen nicht auf diejenigen in der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt sind.
Es ist nicht wesentlich, dass die magnetfelderzeugenden Spulen die gleiche Spulengröße aufweisen. In 1 können z.B. die elektromagnetischen Spulen 21a bis 21c der #4 magnetfelderzeugenden Endspule 14d' in der Größe größer als die der magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14c sein, und es kann die magnetfelderzeugende Spule 14d' im Durchmesser größer als die übrigen magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14c sein. Hierdurch wird die Ablenkung von Elektronen und Ionen weiter unterdrückt.
Weiterhin kann die Erfindung für verschiedene Arten einer Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, welche magnetische Filter aufweist, verwendet werden.
Wie aus der vorgehenden Beschreibung ersichtlich ist, weist die vorliegende Erfindung die folgenden Effekte auf.
Zumindest ist aus den magnetfelderzeugenden Spulen 14a bis 14c und 14d', 14a, 14b', 14c, 14d'', welche einen magnetischen Filter 18b, 18c bilden, mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen 21a bis 21c, 25a bis 25c ausgebildet, welche mit verschiedenen Winkeln hinsichtlich des Querschnitts einer Leitung 9 geneigt sind, wobei sie die Leitung 9 umgeben. Die elektromagnetischen Spulen 21a, 21b und 21c und 25a bis 25c werden wahlweise durch einen Strom, wie er in Abhängigkeit von der Einstellung und Steuerung des Magnetfelds des magnetischen Filters eingespeist wird, betrieben. Ein Magnetfeld des magnetischen Filters 18b, 18c kann auf eine gewünschte Eigenschaft eingestellt werden, ohne dass tatsächlich die magnetfelderzeugende Spule bewegt wird. Es besteht keine Notwendigkeit, einen komplizierten, kostspieligen Drehmechanismus für die Drehbewegung der magnetfelderzeugenden Spule zur Verfügung zu stellen. Dem gemäß wird die Magnetfeldeigenschaft des magnetischen Filters 18b, 18c mit einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion eingestellt und gesteuert, um so eine gleichförmige dünne Schicht auf dem Substrat 6 auszubilden, und somit werden die Schichtausbildungseigenschaft und dergleichen verbessert.
Die Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen, welche die genannte Leitung umgeben, wird bereitgestellt, wobei sie mit verschiedenen Winkeln in einer oder zwei Ebenen senkrecht zu dem Querschnitt der genannten Leitung geneigt sind. Daher kann die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung mit einer praktischen Konstruktion realisiert werden.
Wenn die elektromagnetischen Spulen 21a bis 21c, 25a bis 25c in der Spulengröße unterschiedlich sind, können die magnetfelderzeugenden Spulen 14b', 14d', 14d'' einfach ausgebildet werden. Wenn diese Spulen in der Spulengröße gleich oder im wesentlichen gleich sind, besteht kein Unterschied der Magnetfeldintensität unter diesen elektromagnetischen Spulen 21a bis 21c. Das Einstellen und Steuern der Magnetfeldeigenschaft ist einfach.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die 20 bis 27 beschrieben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 20 bis 23 beschrieben.
20 ist eine ebene Ansicht, welche eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung entsprechend derjenigen, die in 9 gezeigt ist, zeigt, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder äquivalente Teile in 9.
In der Erfindung werden einer oder mehrere Magnete, die näher an einem Ende einer Leitung 9 sind (oder einer Verdampfungsquelle 11) als der Endmagnet, die die Leitung 9 umgeben, als ein bestimmter Magnet verwendet. In der Ausführungsform ist ein zweiter (#2) Magnet, von der Verdampfungsquelle 11 aus gezählt, ein bestimmter Magnet.
Eine elektromagnetische Spule des bestimmten Magneten ist mit einer elektromagnetischen Spule 14b', wie sie durch eine durchgezogene Linie angezeigt ist, ausgebildet, die aktiv in einem gewünschten Winkel gegenüber dem Querschnitt der Leitung 9 geneigt wird, keine herkömmliche elektromagnetische Spule 14b, wie sie durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist, die in der Richtung des Querschnitts der Leitung 9 orientiert ist.
Eine Zwei-Punkt-Strich-Linie zeigt eine Ausbreitungsrichtung der Leitung 9 an. Eine Querschnittsebene der Leitung 9 ist senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung an jeder der jeweiligen Positionen. Die Querschnittsebene erstreckt sich in der Richtung einer senkrechten Linie, die durch die Mitte einer Krümmung in einem gekrümmten Bereich verläuft.
Die elektromagnetische Spule 14b', die in einem gekrümmten Bereich der Leitung 9 positioniert ist, ist wie andere elektromagnetische Spulen 14a, 14c und 14d ebenso in der Form rechteckig, wie es perspektivisch in 21 gezeigt ist, und die so geformte elektromagnetische Spule ist um die Leitung durch mehrere Windungen gewickelt.
Wie in einer ebenen Ansicht gezeigt, welche einen Leitungsanbringungszustand in 22A zeigt, fällt eine Einpunkt-Strich-Linie, die durch die Mitte der Krümmung der Leitung 9 verläuft, mit der Querschnittsebenenrichtung der Leitung 9 in einer X-Y-Ebene (horizontale E bene) zusammen, welche durch eine X-Achse und eine Y-Achse senkrecht zu der vorherigen gebildet wird.
Wie in einer rechtsseitigen Ansicht gezeigt, welche einen Leitungsanbringungszustand in 22B zeigt, ist die Querschnittsebene der Leitung 9 parallel zu einer Z-Achse, welche durch eine Einpunkt-Strich-Linie in einer Y-Z-Ebene (vertikale Ebene) angezeigt ist, welche durch die Y-Achse und die Z-Achse, die sich senkrecht erstrecken, gebildet ist.
Die elektromagnetische Spule 14b' ist mit einem geeigneten Winkel α (X-Y)-Ebene und/oder einem geeigneten Winkel β (Y-Z-Ebene) in der X-Y-Ebene und/oder Y-Z-Ebene von einem Anbringungszustand der herkömmlichen Spule 14b, welche parallel zu der Querschnittsebene, die durch eine Einpunkt-Strich-Linie in den 3A und 3B in einem Anbringungszustand gezeigt ist, geneigt, wie es durch eine durchgezogene Linie in den 3A und 3B angezeigt ist.
Die Winkel α und β werden optimal von vorne herein durch eine Geladene-Teilchen-Analyse-Simulation und einen Test-Dampfabscheidungsprozess so bestimmt, dass eine Abscheidungsposition auf dem Substrat 6 in einem zentralen Bereich auf der Oberfläche des Substrats 6 gelegen ist.
In der gegenwärtigen Ausführungsform wurde ein Winkel, in dem die elektromagnetische Spule 14' auf der Leitung 9 angebracht ist, manuell justiert. Bei der Justage wurde die elektromagnetische Spule 14b' mit dem Winkel α und/oder β gegenüber dem Querschnitt der Leitung 9 geneigt.
Ein magnetischer Filter 18b des Ablenkungsmagnetfelds 17b in 20, welches durch geeignetes Korrigieren des Ablenkungsmagnetfelds 17a ausgebildet wird, wird durch ein Magnetfeld ausgebildet, das durch die elektromagnetische Spule 14b' erzeugt wird.
Der Drifteinfluss durch die Krümmung der Leitung 9 und dergleichen, der in den Elektronen und Ionen des Plasmastroms 20b enthalten ist, welcher durch den magnetischen Filter 18b erzeugt wird, wird durch das Magnetfeld, das durch die elektromagnetische Spule 14' erzeugt wird, aufgehoben.
Als Ergebnis der Korrektur werden, wie in den 23A und 23B als eine ebene Ansicht und eine rechtsseitige Ansicht, die Elektronenbahnen zeigen, gezeigt, die Elektronenbahnen von Elektronen, welche durch die Leitung verlaufen und die Oberfläche des Substrats 6 erreichen, auf der Oberfläche des Substrats 6 zentriert. Die Ionenabscheidungsposition liegt in der Mitte der Oberfläche des Substrats 6. Als ein Ergebnis wird die Schichtausbildungseigenschaft verbessert.
In den 4A und 4B werden lediglich die zwei #2 und #4 elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d, d.h. jede andere dieser elektromagnetischen Spulen, mit Strom gespeist.
Um eine weitere genaue Driftkorrektur zu gewährleisten, sind andere elektromagnetische Spulen 14a und 14c ebenso gegenüber der Querschnittsebene der Leitung 9, wenn es notwendig ist, geneigt.
Von diesen elektromagnetischen Spulen sind eine oder mehr elektromagnetische Spulen in der X-Y-Ebene geneigt, und die übrigen sind in der X-Z-Ebene geneigt, wodurch die Drift korrigiert wird.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung wird in Bezug auf die 24 bis 27 beschrieben. In einer ebenen Ansicht von 24 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile in 20. Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist von der Vorrichtung von 20 darin verschieden, dass der als #2 spezifizierte Magnet mit einer elektromagnetischen Spule 14b' ausgebildet ist, die gegenüber der Querschnittsebene der Leitung 9 geneigt ist, und dass der #4 Endmagnet mit der elektromagnetischen Spule 14d' ausgebildet wird, welche gegenüber der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13 geneigt ist, nicht mit der herkömmlichen Spule 14d, welche zu der Plasmainjektionsebene parallel ist.
In dem Fall von 24 ist die Plasmainjektionsebene zu der X-Z-Ebene, wie in dem Fall von 20, parallel, ist die elektromagnetische Spule 14d' wie auch die elektromagnetische Spule 14b' mit einem geeigneten Winkel in der X-Y-Ebene und/oder der Y-Z-Ebene geneigt, und ist in diesem Zustand auf der Leitung 9 angebracht.
Wenn Elektronen und Ionen, deren Bewegungsbahnen durch die Korrektur des Magnetfelds der elektromagnetischen Spule 14b' korrigiert werden, aus der Leitung 9 austreten, werden die Bewegungsbahnen dieser geladenen Teilchen weiter durch die Korrektur des Magnetfelds der elektromagnetischen Spule 14d' korrigiert. Der Bewegungseinfluss dieser Teilchen, der aufgrund der Krümmung der Leitung 9 entsteht, wird weiter unterdrückt.
Genauer werden, wie in einer ebenen Ansicht von 25 gezeigt, die Elektronen- und Ionenbahnen von den Bahnen, die durch gestrichelte Linien (a) gekennzeichnet sind, zu solchen korrigiert, die durch durchgezogene Linien (b) angezeigt sind, d.h. diese werden durch die #2 elektromagnetische Spule 14b' zu den Bahnen hin korrigiert, welche sich näher an der Mitte der Leitung 9 befinden. Unter der Steuerung der #4 elektromagnetischen Spule 14b' bewegen sich die Elektronen und Ionen geradlinig zu der Hinterseite und treffen auf den mittleren Bereich der Oberfläche des Substrats 6 auf.
Die elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d' können in der Größe von den übrigen elektromagnetischen Spulen 14a und 14c verschieden sein. Insbesondere ist zur wirksamen Unterdrückung der vertikalen Ablenkung des Magnetfeldes die elektromagnetische Spule 14d' vorzugsweise größer als die der anderen elektromagnetischen Spulen 14a, 14b' und 14c.
Es wird das Ergebnis der Analyse der Elektronenbahnen beschrieben.
Zu der Analyse war 1) die #2 elektromagnetische Spule 14b' in der X-Y-Ebene (horizontalen Ebene) geneigt; 2) die #4 elektromagnetische Spule 14d' war in der X-Y-Ebene (horizontale Ebene) geneigt und 3) die #2 elektromagnetische Spule 14b' war in der X-Y-Ebene (horizontale Ebene) geneigt und die #4 elektromagnetische Spule 14d' war in der Y-Z-Ebene (vertikale Ebene) geneigt. Die Elektronen- und Ionenbahnen, die in diesen Fällen 1) bis 3) verfolgt wurden, ergaben sich wie in 7 bildlich dargestellt, d.h. wie durch gestrichelte Linien (c), Einpunkt-Strich-Linien (d) und durchgezogene Linien (e) angezeigt. Wenn die #2 elektromagnetische Spule 14b' in der X-Y-Ebene geneigt war und die #4 elektromagnetische Spule 14d' in der Y-Z-Ebene geneigt war, wurde die Ablenkung des Magnetfelds unten rückt, und die Teilchenbahnen wurden zu dem oberen und zu dem mittleren Bereich hin korrigiert. Eine gute Korrektur wurde ausgeführt. Diese Tatsache wurde bestätigt.
i) Die #2 elektromagnetische Spule 14b' war in der X-Y-Ebene (horizontale Ebene) um 10° geneigt. ii) Die #4 elektromagnetische Spule 14d' war in der X-Y-Ebene (horizontale Ebene) um 10° geneigt. iii) Die #4 elektromagnetische Spule 14d' war in der X-Y-Ebene (horizontale Ebene) um 5° geneigt. iv) Die #2 elektromagnetische Spule 14b' war in der X-Y-Ebene (horizontale Ebene) um 10° geneigt, und die #4 elektromagnetische Spule 14d' war in der Y-Z-Ebene (vertikale Ebene) um 5° geneigt. Ein Versatz der Elektronen- und Ionenauftreffpositionen von der Mitte auf der Oberfläche des Substrats 6 in der X- und Z-Achse ergab sich wie in 27 gezeigt.
In 27 stellt ∎ einen Versatz der Teilchenauftreffposition in dem Fall i) oben dar;
stellt einen Versatz in dem Fall ii) dar; • stellt einen Versatz für den Fall iii) dar und ♦ stellt eine Referenzauftreffposition dar, wenn die elektromagnetischen Spulen 14b und 14d bereitgestellt werden, die in der Richtung der Querschnittsebene orientiert sind.
Wie aus 27 ersichtlich, wurde die hervorragendste Schichtausbildungseigenschaft in dem Fall iv) gewonnen, und diese Tatsache wurde bestätigt.
In 27 wurde ein Strom von 40A in die elektromagnetische Spule 14b' eingespeist und ein Strom von 30A in die elektromagnetische Spule 14d' eingespeist.
Gewöhnlich ist es zufriedenstellend, dass das Kathodenmaterial 19 gesputtert und auf dem mittleren Bereich der Oberfläche des Substrats abgeschieden wird. Für einige Arten des Substrats 6 ist es erforderlich, dass das Kathodenmaterial an einem Ort, der von dem mittleren Bereich der Substratoberfläche entfernt ist, abgeschieden wird. In einem solchen Fall sind die Winkel α und/oder β der elektromagnetischen Spule 14b' auf Werte in Übereinstimmung mit den Nutzungszwecken eingestellt, und es kann eine gewünschte Position auf der Oberfläche 6 für die Abscheidung gewählt werden.
Wenn die elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d' geneigt installiert werden, kann eine Einrichtung für das Verändern der Befestigungswinkel der elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d' zur Verfügung gestellt werden. In diesem Fall schließt sie eine Einspannvorrichtung für das Verändern des Winkels α durch Drehen der elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d' in einer X-X-Ebene ein. Eine andere Einspannvorrichtung für das Verändern des Winkels β durch Drehen der elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d' in einer Z-Y-Ebene wird zur Verfügung gestellt. Eine der Einspannvorrichtungen oder beide Einspannvorrichtungen werden für das Verändern des Befestigungswinkels der elektromagnetischen Spule verwendet. Der Befestigungswinkel der elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d' wird anfänglich auf der Grundlage der Ergebnisse der Testschichtausbildung, welche bereits unter Verwendung der Einrichtung zur Änderung des Befestigungswinkels ausgeführt worden ist, eingestellt. Wenn es erforderlich ist, können die Befestigungswinkel der elektromagnetischen Spulen 14b' und 14d' während einer tatsächlichen Dampfabscheidung unter Verwendung derselben verändert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Magnete sämtlich durch die elektromagnetischen Spulen ausgebildet. Diese Magnete können durch Permanentmagnete gebildet werden.
In einem Fall, in dem das Substrat 6 eine große Fläche besitzt oder mehrere Arten von Kathodenmaterial gleichzeitig abgeschieden werden, kann eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen 11 in einer vertikalen Anordnung zur Verfügung gestellt werden.
Es ist praktikabel und in Hinsicht auf die Schichtausbildungsleistungsfähigkeit bevorzugt, den Befestigungswinkel des bestimmten Magneten oder des bestimmten Magneten und des Endmagneten automatisch unter Verwendung einer automatischen Steuereinrichtung einzustellen, die aus einer Ablaufsteuerung, einer Programmsteuerung oder dergleichen in der Steuereinheit 24 in 20 (24) ausgebildet wird, und automatisch sowohl die Einspannvorrichtungen in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Messung der Schichtdicke auf der Oberfläche des Substrats 6 durch einen Dickemesser (nicht gezeigt) vor oder während des Fortschreitens eines tatsächlichen Schichtausbildungsprozesses zu steuern oder den Befestigungswinkel der elektromagnetischen Spule während des Schichtausbildungsprozesses automatisch zu verändern.
In einem Fall, in dem die Magnete aus elektromagnetischen Spulen 14a, 14b', 14c und 14d' gebildet werden, kann der Spulenstrom der elektromagnetischen Spulen 14 und 21 in Übereinstimmung mit dem Messergebnis des Dickemessers unter Verwendung der Steuereinrichtung für die Stromeinspeisung der Steuereinheit 24 während des Schichtausbildungsprozesses in Zusammenhang mit der Steuerung der Befestigungswinkel der elektromagnetischen Spule gesteuert werden. Hierdurch wird eine genauere Schichtausbildung gewährleistet.
Wenn die Richtung des Spulenstroms der elektromagnetischen Spulen 14a, 14b', 14c und 14d' zu bestimmten Zeitintervallen durch die Steuereinrichtung für die Stromeinspeisung der Steuereinheit 24 umgekehrt werden kann, wird die Richtung des Magnetfelds B umgekehrt, während die Richtung des Gradienten ∇B des Magnetfelds B unverändert bleibt. Infolgedessen ändert sich eine Driftgeschwindigkeit, welche auf den Transport des Plasmastroms 23 wirkt. Weiterhin ändert sich die Richtung der Bewegung des Kathodenmaterials 19 zu der Oberfläche des Substrats 6 hin. Infolgedessen ist die Schichtausbildung gleichförmig, und somit wird die Schichtausbildungseigenschaft weiter verbessert.
Wenn der Spulenstrom der elektromagnetischen Spulen 14a, 14b', 14c und 14d' von einer Wechselspannungsenergiequelle eingespeist wird, kann die Richtung des Spulenstroms zu den elektromagnetischen Spulen zu bestimmten Zeitabständen ohne die Hilfe der Steuereinrichtung für die Stromeinspeisung umgekehrt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Querschnitt der Leitung 9 rechteckig, aber er kann kreisförmig, elliptisch oder dergleichen sein. In diesem Fall ist der Querschnitt von jedem Magnet vorzugsweise kreisförmig, elliptisch oder dergleichen in Übereinstimmung mit der Querschnittskonfiguration der Leitung 9.
In der Vakkum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung der oben beschriebenen Ausführungsform ist die einzelne Leitung 9 mit dem Vakuumgefäß 2 verbunden. Alternativ ist eine Mehrzahl von Leitungen mit dem Vakuumgefäß 2 verbunden. Die Endmagnete dieser Leitungen sind gegenüber der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung geneigt.
Zur Einfachheit der Erläuterung ist ein Halter 5 innerhalb der Schichtausbildungskammer 1 positioniert, und es wird eine dünne Schicht auf einem Substrat 6 durch Dampfabscheidung ausgebildet. Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewendet werden kann, in dem die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidung für eine Mehrzahl von Substraten, wie in der Ionenplattiervorrichtung der Lichtbogenart, verwendet werden kann, welche in der bereits zitierten Publikation offenbart ist: ein zylindrischer drehbarer Halter wird innerhalb der Schichtausbildungskammer zur Verfügung gestellt, und eine Mehrzahl von Substraten wird auf den Oberflächen des Halters gehalten.
In einigen Schichtausbildungsbedingungen ist z.B. ein Abstand zwischen der Plasmainjektionsöffnung 13 und dem Substrat 6 klein, selbst wenn der Endmagnet kleiner als die verbleibenden ist, werden manchmal gute Schichtausbildungseigenschaften erhalten. In einem solchen Fall kann der Endmagnet so gewählt werden, dass er kleiner als die übrigen ist.
Während die oben erwähnte Ausführungsform die gekrümmte Leitung 9 verwendet, kann die vorliegende Erfindung auf einen Fall angewendet werden, in dem eine gebogene Leitung statt dessen verwendet wird.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung erkannt wird, weist die vorliegende Erfindung die folgenden nützlichen Effekte auf.
In einem Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess des siebzehnten Aspekts der Erfindung werden die Magnete, welche den magnetischen Filter 18b bilden, zumindest ein Magnet (elektromagnetische Spule 14b'), der näher an der Verdampfungsquelle 11 als der Endmagnet (die elektromagnetische Spule 14d), der sich der Plasmainjektionsöffnung am nächsten befindet, ist, aktiv gegenüber der Querschnittsebene der Leitung geneigt, wobei sie die Leitung umgeben. In diesem Fall ist die Richtung des Ablenkungsmagnetfelds von derjenigen eines Magnetfelds verschieden, welches durch das herkömmliche Verfahren erzeugt wird, welches im wesentlichen parallel zu der Querschnittsebene der Leitung ist. Durch geeignetes Wählen des Neigungswinkels des Magneten werden die Bewegungsrichtungen der Elektronen und Ionen, die aus dem Plasmastrom extrahiert werden, korrigiert, wird die Drift, die durch das Magnetfeld in der Leitung 9 verursacht wird, unterdrückt und wird die Auftreffposition des Kathodenmaterials durch die Drift wenig beeinträchtigt. Demgemäß kann eine gleichförmige dünne Schicht auf der Oberfläche des Substrats 6 ausgebildet werden, und es wird die Schichtausbildungseigenschaft verbessert.
In einem Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess der Erfindung ist der bestimmte Magnet (die elektromagnetische Spule 14b') gegenüber der Querschnittsebene der Leitung 9 geneigt, und der Endmagnet (die elektromagnetische Spule 14d') ist gegenüber der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung 13 geneigt. Ein Magnetfeld, das durch den Endmagneten erzeugt wird, ist von demjenigen in dem herkömmlichen Fall verschieden, in dem der Endmagnet parallel zu der Plasmainjektionsebene der Plasmainjektionsöffnung angeordnet ist. Durch geeignetes Wählen der Anbringungswinkel des bestimmten Magneten und des Endmagneten wird die Bewegungsrichtung der Elektronen und Ionen unter den Magnetfeldern durch den bestimmten Magnet und den Endmagnet korrgiert. Als ein Ergebnis wird die Schichtausbildungseigenschaft weiter verbessert.
In einem Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess der Erfindung ist der Befestigungswinkel des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten veränderlich. Demgemäß kann der Befestigungswinkel des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten vor dem oder während des Schichtausbildungsprozesses verändert werden. Dampfabgeschiedene Schichten mit verschiedenen Schichtausbildungseigenschaften können ausgebildet werden, die die gewünschten Eigenschaften aufweisen.
In einem Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsprozess der Erfindung sind die Magnete vorzugsweise elektromagnetische Spulen 14a, 14b', 14c, 14d, 14d'. Weiterhin wird es bevorzugt, den Befestigungswinkel des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten automatisch zu steuern.
Die Magnete sind aus den elektromagnetischen Spulen 14a bis 14d' gebildet, und der Spulenstrom, der in die elektromagnetischen Spulen 14a bis 14d' der Magnete eingespeist wird, wird in Verbindung mit der Steuerung des Befestigungswinkels des bestimmten Magneten und/oder des Endmagneten gesteuert. Dieses technische Merkmal wird hinsichtlich der Schichtausbildungseigenschaft bevorzugt.
Wenn eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen 11 verwendet wird, wird die Schichtausbildungseigenschaft verbessert, und es kann eine Mehrzahl von Arten des Kathodenmaterials für die Schichtausbildung verwendet werden.
Die Richtung des Spulenstroms, der in die elektromagnetischen Spulen 14a bis 14d' eingespeist wird, die jede den Magnet bilden, kann zu bestimmten Zeitabständen umgekehrt werden. Wenn dieses erfolgt, wird die Elektronendriftrichtung umgekehrt, und die Auftreffpositionen der Ionen des Kathodenmaterials 19 werden periodisch versetzt, und infolgedessen wird eine Schicht gleichförmig über einem Substrat 6 einer großen Fläche ausgebildet.

Claims

Ein Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren, die Schritte umfassend: Bereitstellen eines von einer Verdampfungsquelle verdampften Kathodenmaterials durch eine Lichtbogenentladung, wobei sich das Kathodenmaterial an einem Ende einer gekrümmten oder gebogenen Leitung befindet; Ausbilden eines magnetischen Filters durch Anordnen einer Mehrzahl von Magneten an einer Mehrzahl von Positionen entlang der genannten Leitung und um diese herum, wobei die genannte Mehrzahl von Magneten einen Endmagnet und zumindest einen bestimmten Magnet einschließt, wobei der genannte Endmagnet sich am nächsten zu einer Plasmainjektionsöffnung befindet, die sich an dem anderen Ende der genannten Leitung befindet; Erzeugen eines Ablenkmagnetfelds innerhalb der genannten Leitung durch den genannten magnetischen Filter; Transportieren eines Plasmastroms, der Ionen des genannten Kathodenmaterials einschließt, von einem Ende der genannten Leitung zu der genannten Plasmainjektionsöffnung, wobei Tröpfchen entfernt werden, die durch die genannte Verdampfung des genannten Kathodenmaterials erzeugt werden; Neigen des genannten Endmagneten gegenüber einer Plasmainjektionsebene der genannten Plasmainjektionsöffnung und/oder Neigen des genannten bestimmten Magneten gegenüber dem Querschnitt der genannten Leitung, wobei der genannte bestimmte Magnet so positioniert ist, dass die Bewegungsrichtungen der genannten Ionen des Plasmastroms durch ein Magnetfeld gesteuert werden, wobei das genannte Magneffeld durch den genannten Endmagnet und/oder den genannten bestimmten Magnet erzeugt wird; und Extrahieren der genannten gesteuerten Ionen des genannten Plasmastroms aus der genannten Plasmainjektionsöffnung in eine Schichtausbildungskammer, so dass die genannten gesteuerten Ionen des genannten Plasmastroms auf ein Substrat in der genannten Schichtausbildungskammer abgeschieden werden.
Das Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren gemäß Anspruch 1, worin ein Befestigungswinkel zumindest eines bestimmten Magneten und/oder des genannten Endmagneten veränderlich ist.
Das Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren gemäß Anspruch 1, worin der genannte Endmagnet in der Größe von den übrigen Magneten verschieden ist.
Das Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren gemäß Anspruch 1, worin jeder der genannten Magnete eine elektromagnetische Spule ist.
Das Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren gemäß Anspruch 1, worin ein Befestigungswinkel des genannten zumindest einen der bestimmten Magnete und/oder des genannten Endmagnets automatisch gesteuert wird.
Das Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin die Schritte umfassend: Steuern des Spulenstroms, der in jeden der genannten Magneten eingespeist wird, in Verbindung mit einer Steuerung eines Befestigungswinkels des genannten Endmagneten und/oder des genannten zumindest einen der bestimmten Magnete, wobei jeder der genannten Magnete eine elektromagnetische Spule ist.
Das Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren gemäß Anspruch 1, worin die genannte Verdampfungsquelle eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen umfasst.
Das Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsverfahren gemäß Anspruch 6, worin eine Richtung des genannten Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule eingespeist wird, in bestimmten Zeitabständen umgekehrt wird.
Eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, umfassend: eine Schichtausbildungskammer, in welcher ein Substrat positioniert ist; eine gekrümmte oder gebogene Leitung; zumindest eine Verdampfungsquelle, die sich an einem Ende der genannten Leitung befindet, wobei die genannte Verdampfungsquelle Kathodenmaterial einschließt, welches durch eine Lichtbogenentladung in einem Vakuum verdampft wird; eine Plasmainjektionsöffnung, die sich an dem anderen Ende der genannten Leitung befindet und mit der genannten Schichtausbildungskammer verbunden ist; und einen magnetischen Filter, der durch Anordnen einer Mehrzahl von Magneten an einer Mehrzahl von Positionen entlang der genannten Leitung und um diese herum ausgebildet wird, wobei die genannte Mehrzahl von Magneten einen Endmagnet, der sich einer Plasmainjektionsöffnung am nächsten befindet, und zumindest einen bestimmten Magnet einschließt, wobei der genannte magnetische Filter ein Ablenkungsmagnetfeld innerhalb der genannten Leitung erzeugt, wobei der genannte magnetische Filter einen Plasmastrom, der Ionen des genannten Kathodenmaterials einschließt, von einem Ende der genannten Leitung zu der genannten Plasmainjektionsöffnung transportiert, wobei Tröpfchen entfernt werden, die durch die genannte Verdampfung des genannten Kathodenmaterials erzeugt werden, wobei die genannten Ionen des genannten Plasmastroms aus der genannten Plasmainjektionsöffnung in die genannte Schichtausbildungskammer extrahiert werden, wobei die genannten Ionen anziehend auf das genannte Substrat geführt werden, wodurch das genannte Kathodenmaterial auf dem genannten Substrat dampfabgeschieden wird, worin der genannte Endmagnet so positioniert ist, dass er gegenüber einer Plasmainjektionsebene der genannten Plasmainjektionsöffnung geneigt ist, und/oder der genannte zumindest eine bestimmte Magnet so positioniert ist, dass er gegenüber dem Querschnitt der genannten Leitung geneigt ist, wo sich der genannte zumindest eine bestimmte Magnet befindet.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, weiterhin umfassend: eine Einrichtung zum Verändern eines Befestigungswinkels des genannten Endmagneten und/oder des genannten zumindest einen bestimmten Magneten entlang der genannten Leitung und um diese herum.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, worin der genannte Endmagnet in der Größe von den übrigen Magneten verschieden ist.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, worin jeder der genannten Magnete eine elektromagnetische Spule ist.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, weiterhin umfassend: eine Einrichtung zum Steuern eines Befestigungswinkels des genannten Endmagneten und/oder des genannten zumindest einen bestimmten Magneten.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend: eine Einrichtung zum Steuern des Spulenstroms, der in jede der genannten elektromagnetischen Spule eingespeist wird, in Verbindung mit der Steuerung des genannten Befestigungswinkels des genannten Endmagneten und/oder des genannten zumindest einen bestimmten Magneten.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, worin die genannte Verdampfungsquelle eine Mehrzahl von Verdampfungsquellen umfasst.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend: eine Einrichtung zum Umkehren der Richtung des genannten Spulenstroms, der in jede elektromagnetische Spule eingespeist wird, in bestimmten Zeitabständen.
Eine Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung, umfassend: eine Schichtausbildungskammer, in welcher ein Substrat positioniert ist; eine gekrümmte oder gebogene Leitung; zumindest eine Verdampfungsquelle, die sich an einem Ende der genannten Leitung befindet, wobei die genannte Verdampfungsquelle Kathodenmaterial einschließt, welches durch eine Lichtbogenentladung in einem Vakuum verdampft wird; eine Plasmainjektionsöffnung, die sich an dem anderen Ende der genannten Leitung befindet und mit der genannten Schichtausbildungskammer verbunden ist; und ein magnetischer Filter, der durch Anordnen von magnetfelderzeugenden Spulen an einer Mehrzahl von Positionen entlang der genannten Leitung und um diese herum ausgebildet wird, wobei der genannte magnetische Filter ein Ablenkungsmagnetfeld innerhalb der genannten Leitung erzeugt, wobei der genannte magnetische Filter einen Plasmastrom, der Ionen des genannten Kathodenmaterials einschließt, von einem Ende der genannten Leitung zu der genannten Plasmainjektionsöffnung transportiert, wobei Tröpfchen entfernt werden, die durch die genannte Verdampfung des genannten Kathodenmaterials erzeugt werden, wobei die genannten Ionen des genannten Plasmastroms aus der genannten Plasmainjektionsöffnung in die genannte Schichtausbildungskammer extrahiert werden, wobei die genannten Ionen anziehend auf das genannte Substrat geführt werden, wodurch das genannte Kathodenmaterial auf dem genannten Substrat dampfabgeschieden wird, worin die genannten magnetfelderzeugenden Spulen aus einer Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen gebildet sind, die in unterschiedlichen Winkeln mit Bezug auf einen Querschnitt der genannten Leitung geneigt sind, wobei sie die genannte Leitung umgeben, und worin eine der genannten elektromagnetischen Spulen wahlweise durch einen Strom auf der Grundlage des Aufbauens und Steuerns des genannten Ablenkungsmagnetfelds, das durch den genannten magnetischen Filter erzeugt wird, betrieben wird.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 17, worin die genannte Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen, die die genannte Leitung umgeben, zur Verfügung gestellt werden, wobei sie in verschiedenen Winkeln in einer von zwei Ebenen senkrecht zu einem Querschnitt der genannten Leitung geneigt sind.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 17, worin die genannte Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen, welche die genannte Leitung umgeben, in der Spulengröße verschieden sind.
Die Vakuum-Lichtbogen-Dampfabscheidungsvorrichtung gemäß Anspruch 17, worin die genannte Mehrzahl von elektromagnetischen Spulen, welche die genannte Leitung umgeben, in der Spulengröße gleich oder im wesentlich gleich sind.