DE69215077T2

DE69215077T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Dünnschichten

Info

Publication number: DE69215077T2
Application number: DE1992615077
Authority: DE
Inventors: Akinori Ebe; Satoshi Nishiyama; Kiyoshi Ogata; Yasuo Suzuki
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: DE69215077D1; EP0570618A1; EP0570618B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von Dünnschichten zum kontinuierlichen Bilden einer gewünschten Dünnschicht auf einer Oberfläche eines Substrats, das aus verschiedenen Arten von Materialien ausgewählt sein kann, wie makromolekulare Materialien, Metalle, Glas, Keramiken etc., und einer Vorrichtung dazu.

Beschreibung des betreffenden Standes der Technik

In den letzten Jahren wurde Dünnschichtbildung unter Gebrauch von Vakuumverdampfung eines bestimmten Materials auf die Oberfläche eines Substrats weit verbreitet angewendet, um beispielsweise eine Metalldünnschicht als Vorläufer eines gedruckten Schaltkreises auf einem gedruckten Schaltkreissubstrat aus einem makromolekularen Material zu bilden, um eine korrosionsbeständige Dünnschicht auf einer Oberfläche eines Substrats, das aus rostfreiem Stahl oder ähnlichem gemacht ist, und um eine Halbleiterdünnschicht auf dem Glassubstrat einer Flüssigkristallanzeige zu bilden. Solche Vakuumverdampfungsschichtbildung hat den Vorteil, daß die Schichtbildungsgeschwindigkeit relativ hoch im Vergleich mit der Dünnschichtbildung ist, die Sputtern oder ähnliches benutzt.
Vakuumaufdampfschichtbildung hat jedoch das Problem, daß die gegenseitige Haftung an der Grenzfläche zwischen der Substratoberfläche und der darauf gebildeten Dünnschicht so schwach ist, daß die Dünnschicht von dem Substrat getrennt werden kann, wenn das Substrat prozessiert wird, nachdem die Dünnschicht gebildet ist. Wenn z.B. eine Aluminiumdünnschicht für einen gedruckten Schaltkreis auf einer Oberfläche eines gedruckten Schaltkreissubstrats, das aus einem Polyimidfilm gebildet ist, geformt wird, entsteht das Problem, daß die Aluminiumdünnschicht abgetrennt werden kann, wenn der Film hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird, nachdem die Dünnschicht gebildet worden ist. Im Fall, daß z.B. eine korrosionsbeständige Aluminiumdünnschicht auf einem rostfreien Stahlsubstrat gebildet wird, kann die Aluminiumdünnschicht brechen oder sich ablösen, wenn das rostfreie Stahlsubstrat durch Biegen, Pressen oder ähnlichem prozessiert wird, nachdem die Dünnschicht gebildet worden ist.
Es wurde vormals ein Verfahren vorgeschlagen, um die oben erwähnten Probleme zu lösen, bei dem Vakuumverdampfung eines bestimmten Materials auf eine Oberfläche eines Substrats und lonenbestrahlung in Kombination benutzt wird, um eine haftende gemischte Schicht aus Bestandteilsatomen des Substratmaterials und Bestandteilsatomen eines Aufdampfmaterials auf einem Teilbereich der Substratoberfläche zu bilden, um eine Aufdampfdünnschicht desselben Materials und von vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht mit guter Haftung zu bilden. Ein ähnliches Verfahren ist z.B. in EP-A-0269112 beschrieben.
Beim Bilden der gemischten Schicht ist zur Verbesserung der Haftung nicht die ganze Dicke der entstehenden Dünnschicht notwendig. Das heißt, eine Dünnschicht mit einer beliebigen Dicke wird durch Vakuumverdampfung geformt, nachdem die gemischte Schicht benachbart zu der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Dünnschicht durch Ionenbestrahlung gebildet worden ist.
Für einen solchen Dünnschichtbildungsprozeß, der eine Kombination von Vakuumaufdampfen und Ionenbestrahlung benutzt, wurde kontinuierliche Bewegung eines streifenartigen oder plattenartigen Substrats vorgeschlagen mit dem Zweck der Dünnschichtbildungseffektivität, wie z.B. in JP-A-028567 beschrieben. In dem dort beschriebenen Verfahren ist kein unabhängiger Betrieb der Ionenquelle und der Aufdampfungsquelle möglich.
Fig. 5 zeigt ein anderes Beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung einer solchen kontinuierlichen Dünnschichtbildung, in dem ein Vakuumgefäß 9, das mit einer (nicht gezeigten) Auspumpvorrichtung bei einem vorbestimmten Vakuum gehalten werden kann, in zwei Teilbereiche 91 und 92 aufgeteilt ist. Ein Teilbereich 91 wird für eine Materialaufdampfquelle 93 und eine lonenguelle 94 zur Bildung einer gemischten Schicht gebraucht und der andere Teilbereich 92 wird für eine Materialaufdampfquelle 95 gebraucht zur Bildung einer Aufdampfdünnschicht vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht. Ein Substrat 96 wird von dem einen Teilbereich 91 zu dem anderen Teilbereich 92 geführt, so daß die gemischte Schicht in dem Teilbereich 91 gebildet wird und dann die Aufdampfdünnschicht vorbestimmter Dicke in dem Teilbereich 92.
Der Grund, warum das Vakuumgefäß 9 in zwei dünnschichtbildende Teilbereiche 91 und 92 aufgeteilt ist, ist, daß, wenn die Schichtbildungsbedingung zu der Bewegungsgeschwindigkeit des Substrats passen, es nötig ist, die Geschwindigkeit der Verdampfung zu reduzieren, um der Menge der Ionenbestrahlung im Bildungsschritt der gemischten Schicht zu genügen. Wenn die gesamte Dünnschichtbildungsgeschwindigkeit erhöht wird, ist es nötig, die Geschwindigkeit der Verdampfung zwischen der Bildung der gemischten Schicht und dem Bildungsschritt der Aufdampfdünnschicht zu ändern.
Ein anderes Verfahren und eine andere Vorrichtung wurden vorgeschlagen, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho-60-141869 beschrieben. Bei diesem vorgeschlagenen Dünnschichtbildungsverfahren und -vorrichtung sind eine erste Ionenquelle, eine erste Aufdampfquelle, eine zweite Ionenquelle und eine zweite Aufdampfquelle (welche mit einem Ionenplatierungsmittel kombiniert sein kann) in einem Vakuumgefäß entlang der Richtung der Substratführung angeordnet, um eine Vorbehandlung, wie eine Reinigung, der Substratoberfläche unter Gebrauch der ersten Ionenquelle durchzuführen, um eine Aufdampfdünnschicht zur Bildung einer gemischten Schicht unter Gebrauch der ersten Aufdampfquelle zu bilden, um die gemischte Schicht durch Ionenbestrahlung mit der zweiten Ionenquelle zu bilden und um eine Aufdampfdünnschicht vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht mit der zweiten Aufdampfquelle zu bilden.
Bei dem Dünnschichtbildungsverfahren und der Vorrichtung, die in jeder der Fig. 5 und der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho-60-141869 beschrieben ist, sind nicht nur mindestens eine Ionenguelle und eine Aufdampfquelle zur Bildung der gemischten Schicht nötig, sondern mindestens noch eine Aufdampfquelle ist auch nötig zur Bildung der Aufdampfdünnschicht. Es stellt sich daher das Problem, daß die Anzahl der Aufdampfquellen und die Dünnschichtbildungskosten erhöht werden.
In dem Verfahren und der Vorrichtung, die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho-60-141869 beschrieben sind, wird die gemischte Schicht durch Durchführung einer Ioneninjektion mit der zweiten Ionenquelle gebildet, nachdem die Aufdampfdünnschicht unter Gebrauch der ersten Aufdampfquelle geformt worden ist. Dementsprechend muß die Ionenenergie aus der zweiten Ionenguelle vergrößert werden. Andernfalls kann eine große Verminderung der Substratführungsgeschwindigkeit erwogen werden, jedoch ist die Produktionseffektivität beeinträchtigt, wenn die Substratführungsgeschwindigkeit stark vermindert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben geschilderten Umstände gemacht und hat als Ziel das Bereitstellen eines Dünnschichtbildungsverfahrens und einer Dünnschichtbildungsvorrichtung, in welchen leicht eine Dünnschicht mit guten Haftungseigenschaften kontinuierlich auf einem Substrat geformt werden kann, mit geringen Kosten und mit guter Produktivität verglichen mit dem konventionellen Verfahren und der konventionellen Vorrichtung.
Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung ausgeführt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich werden, oder können bei der Durchführung der Erfindung gelernt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der Instrumente und Kombinationen realisiert und erhalten werden, die speziell in den anhängenden Ansprüchen herausgehoben sind.
Um die Ziele in Übereinstimmung mit dem Zweck der Erfindung, so wie sie hierin ausgeführt und ausführlich beschrieben sind, zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung von Dünnschichten zur Verfügung, wie es in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 beschrieben ist.
Die Ziele und der Zweck der vorliegenden Erfindung werden weiterhin durch eine Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten erreicht, das die Merkmale aufweist, die in den unabhängigen Ansprüchen 4 und 5 beschrieben sind.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung können verschiedene Mittel zum kontinuierlichen Bewegen des Substrats benutzt werden. Zum Beispiel kann ein Bewegungsmittel, das eine Vielzahl von Rollen zur Vorwärtsbewegung dee Substrats aufweist, gebraucht werden, wenn das Substrat als ein endloser Riemen ausgebildet ist. In dem Fall, wo das Substrat als ein biegsamer Riemen mit zwei Enden geformt ist, kann ein Bewegungsmittel benutzt werden, das eine Zuführungsspule, eine Trommel dafür, eine Aufnahmespule und eine Trommel zum Hin- und Herbewegen des Substrats aufweist. In dem Fall z.B., wo das Substrat als Platte ausgebildet ist, können verschiedene Arten von Förderbändern sowie Rollenförderer zum Hin- und Herbewegen des Substrats erwogen werden.
Beim dem Verfahren und der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Richtung der Führung des Substrats in dem Schritt der Bildung der Aufdampfdünnschicht vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht dieselbe sein, wie die Richtung der Führung in dem Bildungsschritt der gemischten Schicht, oder entgegengesetzt dazu. In dem Fall, wo das Substrat wie ein Riemen oder eine Platte geformt ist, und durch Spulenelemente oder Förderelemente zugeführt wird, ist die Richtung der Führung zur Bildung der Schicht aus Aufdampfmaterial entgegengesetzt zu der Richtung in dem Bildungsschritt der gemischten Schicht.
Bei dem Verfahren und der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Ionenquelle passend angeordnet werden, so daß ein Teil der Ionenbestrahlung simultan auf einen stromaufwärtigen Substratteilbereich angewendet wird, der außerhalb des Bereichs liegt, der von dem Aufdampfmaterial der Aufdampfquelle erreicht wird.
Die Haftung der gebildeten Dünnschicht auf dem Substrat wird sehr stark durch das Transportverhältnis beeinflußt. Das bevorzugte Transportverhältnis variiert entsprechend der Art des Substrats, dem auf zudampfenden Material, dem gebrauchten Ionentyp, der Ionenenergie und ähnlichem, aber es ist im allgemeinen vorzuziehen, daß das Transportverhältnis im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 1000 ist. Wenn das Transportverhältnis kleiner als 10 ist, d.h., daß die Ionenbestrahlungsrate größer ist, wird das Substrat so geschädigt, daß die Haftung der Dünnschicht verschlechtert wird. Wenn die Transportrate größer als 1000 ist, ist die resultierende gemischte Schicht unbefriedigend.
So wird die Oberfläche des Substrats einem Teil der Ionenbestrahlung zur Vorbehandlung des Substrats ausgesetzt, wie dem Aktivieren der Substratoberfläche und Reinigung um Wasser zu entfernen, und dann wird eine gemischte Schicht und eine Vakuumaufdampfdünnschicht mit vorbestimmter Dicke gebildet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die anliegenden Zeichnungen, die in dieser Beschreibung mit eingeschlossen sind und einen Teil davon darstellen, beschreiben Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Ziele, Vorteile und Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
In den Zeichnungen ist
Fig. 1A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten, das zur Ausführung eines Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung gebraucht wird;
Fig. 1B eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten, die zur Durchführung eines Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung gebraucht wird;
Fig. 2 ein Graph, der das Ergebnis eines Abblätterungswiderstandstests einer Aluminiumdünnschicht auf einer rostfreien Stahlplatte zeigt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten, die zum Durchführen eines Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
Fig. 4 ein Graph, der das Ergebnis eines Abblätterungswiderstandstests einer Aluminiumdünnschicht auf einem Polyimidfilm zeigt; und
Fig. 5 eine beispielhafte Ansicht, die eine konventionelle Vorrichtung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Ausführungsform des Verfahrens zum Bilden von Dünnschichten entsprechend der vorliegenden Erfindung und eine Ausführungsform der Vorrichtung dazu wird im folgenden mit Bezug zu den Zeichnungen erklärt.
Wie in Fig. 1A gezeigt, hat die Vorrichtung zum Bilden von Dünnschichten der dargestellten Ausführungsform ein Hauptdünnschichtbildungsvakuumgefäß 1. Hilfsvakuumkammern 11 und 12 sind aufeinanderfolgend mit einem Teilbereich des Gefäßes 1 verbunden und eine Rolle 2 ist außerhalb dieser Kammern angeordnet. Hilfsvakuumkammern 13 und 14 sind aufeinanderfolgend mit dem anderen Seitenbereich des Gefäßes 1 verbunden. Außerdem ist eine Rolle 3 außerhalb der Kammern 13 und 14 angeordnet.
Ein Motor 22 ist mit der Rolle 2 durch ein abkuppelbares Kopplungselement 21 wie einer elektromagnetischen Ausrückkupplung verbunden. Ein Motor 32 ist mit der Rolle 3 durch ein Kopplungselement 31 sowie einer elektromagnetischen Ausrückkupplung verbunden. Die Rolle 2 kann durch Einschalten des Motors 22 und Einkuppeln des Kopplungselementes 21 angetrieben werden, um sich in Uhrzeigerrichtung, wie in der Zeichnung gezeigt, zu drehen. Die Rolle 3 kann durch Anschalten des Motors 32 und Einkuppeln des Kopplungselementes 31 angetrieben werden, um sich im Gegenuhrzeigersinn zu drehen.
Durchführungslöcher 12a, 14a, 11a, 13a, 1a bzw. 1b sind in den Endwänden der Hilfsvakuumkammern, den Wänden, die die Hilfsvakuumkammern 11 und 12 trennen, jenen die die Hilfsvakuumkammern 13 und 14 trennen, und den Wänden, die die Hilfsvakuumkammern 11 bzw. 13 von dem Vakuumgefäß 1 trennen, so klein wie möglich vorgesehen, um ein bandartiges Substrat T durchzulassen, das sich zwischen den Rollen 2 und 3 erstreckt. In der Zeichnung bezeichnen Bezugsziffern 15 und 16 einzelne Paare von Führungsrollen, die in dem Gefäß 1 vorgesehen sind, um das Substrat zu führen.
Verbindungspunkte 1c, 11b, 12b, 13b bzw. 14b zum Vakuumpumpen sind in dem Vakuumgefäß 1 und den Hilfsvakuumkammern 11, 12, 13 bzw. 14 vorgesehen. Eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe wird mit den Verbindungspunkten zum Vakuumpumpen verbunden, um das Gefäß 1 und die entsprechenden Hilfskammern zu evakuieren und das Gefäß 1 unter einem vorbestimmten Dünnschichtbildungsvakuum zu halten.
In dem Vakuumgefäß 1 sind eine Ionenguelle 4 bzw. eine Aufdampfquelle 5 auf der Seite des Gef-ßes nahe der Rolle 2 bzw. auf der Seite des Gefäßes nahe der Rolle 3 vorgesehen. Diese Quellen sind nach oben zu der unteren Oberfläche des Substrats T gerichtet, das zur Bewegung in einem Pfad durch die Rollen 2 und 3 getragen wird.
Die Ionenguelle 4 kann einen Ionenstrahl zu der unteren Oberfläche des Substrats T strahlen. Die Aufdampfquelle 5 ist eine Elektronenstrahlverdampfungsquelle, vorzugsweise eine EB-Aufdampfquelle, obwohl sie nicht darauf beschränkt sein soll.
Die Ionenguelle 4 und die Aufdampfquelle 5 sind in der Ausführungsform der Fig. 1A so angeordnet, daß das Zentrum des Bereichs, der von dem Ionenstrahl der Ionenquelle 4 an der Oberfläche des Substrats T erreicht wird, im wesentlichen mit dem Zentrum des Bereichs übereinstimmt, auf den die Aufdampfteilchen von der Aufdampfquelle 5 gerichtet sind.
Ein Schichtdickenmonitor 6 zur Messung der Menge der Dampfablagerung ist auf der einen Seite des Bereichs angeordnet, der vom Aufdampfmaterial erreicht wird. Ein Strahlmonitor 7 zur Messung der Menge der Ionenstrahlung ist auf einer Seite des Bereichs angeordnet, auf den Ionen gerichtet sind, und auf der gegenüberliegenden Seite des übereinstimmenden Bereichs vom Monitor 6 aus gesehen.
Die Ionenquelle 4 und die Aufdampfguelle 5 sind mit einer Ionenbestrahlungsmengen- und -Dampfablagerungssteuerungskomponente 51 verbunden, in die die (nicht gezeigten) Ausgaben der Monitoren 6 und 7 eingegeben werden. Auf der Basis eines Befehls, den die Steuerungskomponente gegeben hat, liefert die lonenguelle 4 die notwendige und passende Ionenstrahlung zu dem Zeitpunkt der Bildung der gemischten Schicht, wie es beschrieben werden wird, und die Aufdampfquelle 5 reguliert die Menge der Dampfablagerung auf einem Niveau während der Bildung der gemischten Schicht und auf einem anderen Niveau während des Schrittes der Bildung einer Aufdampfschicht auf der gemischten Schicht, wie es auch unten detaillierter beschrieben werden soll. Beim Betrieb der oben geschilderten Ausführungsform der Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten wird das Verfahren der Erfindung in der folgenden Art und Weise ausgeführt.
Ein bandartiges Zielsubstrat T wird im vorhinein auf die Rolle 2 gewickelt. Ein Führungsende des Substrats wird durch die Löcher 11a, 12a, 13a, 14a, 1a und 1b in die Hilfsvakuumkammern 11, 12, 13 und 14 und das Vakuumgefäß 1 geführt und wird mit der anderen Rolle 3 verbunden. In diesem Zustand ist das Kopplungselement 21 für die Rolle 2 ausgekuppelt, wohingegen das Kopplungselement 31 für die Rolle 3 eingekuppelt ist. Die Hilfsvakuumkammern 11, 12, 13 und 14 und das Vakuumgefäß 1 werden mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe ausgepumpt, so daß das Vakuumgefäß 1 unter einem Dünnschichtbildungsvakuum von ungefähr 1 x 10&supmin;&sup4; bis 1 x 10&supmin;² PASCAL (ungefähr 1 x 10&supmin;&sup6; bis ungefähr 1 x 10&supmin;&sup4; Torr) gehalten wird.
Während ein Aufdampfmaterial wie z.B. ein Metall, das im vorhinein in der Aufdampfquelle 5 gelagert worden ist, aus der Aufdampfquelle 5 auf die Oberfläche des Substrats T aufgedampft wird und gleichzeitig ein Ionenstrahl aus Edelgas wie z.B. Argongas von der Ionenquelle 4 zu der Oberfläche des Substrats T gestrahlt wird, wird der Motor 32 für die Rolle 3 betrieben, um das Substrat T in einer vorbestimmten Richtung und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit kontinuierlich zu bewegen, so daß das Substrat T durch die Rolle 3 von der Rolle 2 aufgenommen wird.
Eine gemischte Schicht aus Bestandteilsatomen des Materials des Substrats T und Bestandteilsatomen des Aufdampfmaterials wird so kontinuierlich auf der unteren Oberfläche des Substrats T durch Vakuumverdampfung des Aufdampfmaterials auf die Oberfläche des sich kontinuierlich bewegenden Substrats T und gleichzeitig durch Ionenstrahlung auf die untere Oberfläche gebildet.
Beim Bilden der gemischten Schicht werden die Stärke der Verdampfung von Aufdampfmaterial und die Stärke der Ionenstrahlung durch die Steuerungseinheit 51 so eingestellt, daß sie ein Transportverhältnis, d.h., das Verhältnis (M/N) der Anzahl M von Aufdampfmaterialatomen zur Anzahl N von Ionen, die die Oberfläche des Substrats pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit erreichen, aufweisen, um eine Schichthaftung guter Qualität zu erhalten, bezüglich der Stromdichte der Ionenguelle 4. Die Ionenart und -energie der Ionenstrahlung, das Transportverhältnis und die Dicke der gemischten Schicht variieren entsprechend der Art des Aufdampfmaterials und der Art des Substrats, es ist jedoch vorzuziehen, daß die Ionenenergie, das Transportverhältnis (M/N) bzw. die Dicke der gemischten Schicht ungefähr 500 eV bis ungefähr 20 kev, ungefähr 1 bis ungefähr 1000 bzw. 10 bis 300 nm (ungefähr 100 bis 3000 Å) sind. Die gemischte Schicht guter Haftungsqualität wird auf dem Substrat in dieser Art gebildet. Wenn das Transportverhältnis (M/N) kleiner ist als 10, das heißt, die Rate der lonenstrahlung ist höher, wird das Substrat derart geschädigt, daß die Haftung verschlechtert wird. Wenn das Transportverhältnis größer ist als 1000 oder die Rate der Ionenstrahlung kleiner ist, wird die resultierende gemischte Schicht unbefriedigend.
Nachdem die gemischte Schicht ungefähr auf einem vorbestimmten Bereich der Oberfläche des Substrats T gebildet worden ist, wird das Kopplungselement 31 für die Rolle 3 ausgekuppelt und das Kopplungselement 21 für die Rolle 2 wird eingekuppelt. Der Motor 22 ist dann in Betrieb, um das Substrat T von der Rolle 3 zu der Rolle 2 zurückzudrehen und das Substrat T kontinuierlich in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung der Bewegung während des Schrittes der Bildung der gemischten Schicht zu bewegen. Während die Ionenguelle 4 während der Bewegung des Substrats T in der entgegengesetzten Richtung ausgeschaltet ist, wird die Aufdampfquelle 5 auf Basis eines Befehls, der von der Steuerungskomponente 51 gegeben wird, mit einer Verdampfungsstärke betrieben, so daß eine Vakuumaufdampfschicht vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht gebildet wird.
Die Vakuumaufdampfschicht vorbestimmter Dicke wird kontinuierlich auf der gemischten Schicht, die während des ersten Schrittes gebildet worden ist, gebildet, bis sie fertig ist. Die so gebildete Dünnschicht auf dem Substrat T haftet als Ganzes auf dem Substrat T aufgrund der herausragenden Haftung der gemischten Schicht auf dem Oberflächenmaterial des Substrats T. Zudem wird die Dünnschicht leicht zu geringen Kosten durch eine Ionenquelle und eine Aufdampfquelle erhalten. Außerdem wird das Substrat T in jedem der zwei Prozeßschritte kontinuierlich geführt, so daß die Effektivität der Produktion der Dünnschicht gut ist.
Ein spezifisches Beispiel der Dünnschichtbildung, das die oben beschriebene Vorrichtung benutzt, wird im folgenden beschrieben.
Substrat T: bandartige rostfreie Stahlplatte (Stahlblech)
Zuführungsgeschwindigkeit: 6 m/min bei jedem der zwei Schritte
Aufdampfmaterial basierend auf der Aufdampfquelle 5: Aluminium
Dünnschichtbildungsvakuum: 6,65 x 10&supmin;³ PASCAL (5,0 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Dünnschichtbildungsgeschwindigkeit von der Aufdampfquelle 5 während des Schrittes der Bildung der gemischten Schicht: 50 nm/s (500 Å/s)
Geschwindigkeit der Dünnschichtbildung von der Aufdampfquelle 5 auf der gemischten Schicht: 200 nm/s (2000 Å/s)
Ionenquelle 4: Ionenart: Argonionen
Energie: 2 kev
Strahlstromdichte: 0,8 mA/cm²
Oberflächenionenstrahlgröße an der Substratoberfläche:
150 mm in der Substratzuführungsrichtung,
700 mm in der Richtung senkrecht dazu
Transportverhältnis MiN bei dem Schritt der Bildung der gemischten Schicht: Al/Ar-Ionen = 60
Eine Aluminiumdünnschicht wurde so auf dem rostfreien Stahlblech mit guter Haftung gebildet, die Dicke der gemischten Schicht bzw. die Dicke der Aluminiumdünnschicht waren dabei 100 nm (1000 Å) bzw. ungefähr 1 µm.
Um einen Vergleichstest der Haftung der Aluminiumdünnschicht, die in dem vorher beschriebenen spezifischen Beispiel gebildet wurde, zu erhalten, wurde ein rostfreies Stahlblech, das eine Aluminiumdünnschicht hat, in derselben Art und Weise wie in dem spezifischen Beispiel gebildet, außer daß die Ionenbestrahlung zur Bildung der gemischten Schicht nicht benutzt wurde. Die zwei Testproben wurden einer Temperatur von 150ºC für einen Aluminiumdünnschichtabblätterungswiderstandsfähigkeitstest entsprechend JISC-5016 nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit ausgesetzt. Das Ergebnis des Tests ist in Fig. 2 gezeigt. In der Graphik von Fig. 2 bezeichnet die Linie, die durch das Symbol dargestellt wird, die Aluminiumdünnschicht in dem spezifischen Beispiel und die Linie, die durch das Symbol dargestellt ist, zeigt die Aluminiumdünnschicht in dem Vergleichsbeispiel.
Aus den Ergebnissen des Tests wird klar, daß die Haftung der Aluminiumdünnschicht in dem Vergleichsbeispiel, das keine lonenstrahlung zur Bildung der gemischten Schicht benutzt, im Laufe der Zeit stark vermindert wird, während die Haftung der Aluminiumdünnschicht bei dem spezifischen Beispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung, die Ionenstrahlung zur Bildung der gemischten Schicht benutzt, mit dem Laufe der Zeit stabil bleibt.
Es ist so zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung beschränkt sein soll und daß sie in Abwandlung davon bereitgestellt werden kann. Zum Beispiel können die Rollen 2 und 3 in dem Vakuumgefäß 1 angeordnet sein und die Hilfsvakuumkammern 11 bis 14 können weggelassen werden. Ebenso kann ein Teil der lonenstrahlung aus der Ionenquelle 4 zur Ionenbestrahlung in einer Vorbehandlung benutzt werden, vor der Bildung der gemischten Schicht. In diesem Fall kann ein Teil der Ionenstrahlung zu einem Vorbehandlungsbereich gerichtet sein, der nicht von den Aufdampfteilchen erreicht wird.
Eine zweite Ausführungsform des Dünnschichtbildungsverfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung und eine Ausführungsform der Dünnschichtbildungsvorrichtung dazu werden im folgenden mit Bezug zu der Fig. 1B der Zeichnungen gezeigt, welche schematisch die Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten der zweiten Ausführungsform zeigt.
Die Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten in Fig. 1B ist mit leichten Änderungen zuvor beschriebener Komponenten sehr ähnlich zu der Ausführungsform der Fig. 1A. Daher sind Komponenten in der Fig. 1B, welche identisch zu Komponenten in der Fig. 1A sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter erklärt. Veränderte Komponenten in der Ausführungsform der Fig. 1B werden durch gestrichene Bezugszeichen bezeichnet, sind aber sonst denen der Fig. 1A gleich.
In der Ausführungsform der Fig. 1B ist die Rolle 2' frei drehbar und, wenn nötig, mit einer Bremse oder einem Schleifelement ausgestattet, um Drehung aufgrund von Trägheit zu unterdrücken. Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1A ist der Motor 32 mit der Rolle 3 durch ein Kopplungselement 31 sowie einer elektromagnetischen Ausrückkupplung verbunden. Die Rolle 3 kann durch Anschalten des Motors 32 und bei Einkupplung des Kopplungselementes 31 angetrieben werden, um sich im Gegenuhrzeigersinn zu drehen.
Eine andere Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1B verglichen mit der der Fig. 1A ist es, daß die Ionenquelle 4' und die Aufdampfquelle 5' so angeordnet sind, daß der Bereich, den der Ionenstrahl von der Ionenquelle 4' an der Oberfläche des Substrats T erreicht, zu der stromaufwärtigen Seite - relativ zu dem Bereich, der von dem Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle 5' erreicht wird - in Richtung der Zuführung des Substrats verschoben ist, d.h., er ist auf die stromaufwärtige Seite des Aufdampfbereichs verschoben, an der eine geringere Aufdampfgeschwindigkeit herrscht.
In allen anderen Aspekten des strukturellen Aufbaus ist die Ausführungsform der Fig. 1B dem der in Fig. 1A gleich.
Während des Betriebes der Vorrichtung zur Dünnschichtbildung, die in Fig. 1B gezeigt ist, wird eine zweite Verfahrensausführungsform der Erfindung angewendet.
Ein bandartiges Zielsubstrat T wird im vorhinein auf die Rolle 2 gewickelt. Ein führendes Ende des Substrats wird durch die Löcher 11a, 12a, 13a, 14a, 1a und 1b in den Hilfsvakuumkammern 11, 12, 13 und 14 und das Vakuumgefäß 1 geführt und wird mit der anderen Rolle 3 verbunden. Die Hilfsvakuumkammern 11, 12, 13 und 14 und das Vakuumgefäß 1 werden durch eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe ausgepumpt, so daß das Vakuumgefäß 1 bei einem Dünnschichtbildungsvakuum von ungefähr 1 x 10&supmin;&sup4; bis un gefähr 1 x 10&supmin;² PASCAL (ungefähr 1 x 10&supmin;&sup6; bis ungefähr 1 x 10&supmin;&sup4; Torr) gehalten wird.
Danach wird, während ein Aufdampfmaterial wie z.B. ein Metall, das im vorhinein in der Aufdampfquelle 5' gelagert worden ist, von der Aufdampfquelle 5' auf die Oberfläche des Substrats T aufgedampft wird, gleichzeitig ein Ionenstrahl aus Edelgas wie z.B. Argongas von der Ionenquelle 4' auf die Oberfläche des Substrats T gestrahlt. Der Motor 32 treibt die Rolle 3 an, um das Substrat T in einer vorbestimmten Richtung kontinuierlich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, so daß das Substrat T durch die Rolle 3 von der Rolle 2 aufgenommen wird.
Vakuumaufdampfen eines Aufdampfmaterials auf die untere Oberfläche des sich kontinuierlich bewegenden Substrats T und Strahlung von Ionen aus der Ionenquelle 4' werden gleichzeitig ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform werden jedoch die Ionen aus der Quelle 4' zu einem Bereich gelenkt, der von dem Zentralbereich des Aufdampfbereichs versetzt ist, oder zu einem Teilbereich des Aufdampfbereichs, der eine relativ geringe Menge von Aufdampfmaterialatomen empfängt. In anderen Worten gesagt, ist der Bereich der Ionenbestrahlung ein Teilbereich des Aufdampfbereichs, der ein Transportverhältnis M/N aufweist, bei dem eine gemischte Schicht guter Haftung gebildet wird. So wird eine gemischte Schicht aus Bestandteilsatomen des Substratmaterials und Bestandteilsatomen des Aufdampfmatenais kontinuierlich auf der Oberfläche des Substrats simultan mit der kontinuierlichen Bildung einer Vakuumaufdampfschicht vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht gebildet. Die Aufdampfmaterialschicht wird mit hoher Geschwindigkeit gebildet, indem die gemischte Schicht durch den zentralen Teilbereich des Aufdampfbereichs, welcher höher in Aufdampfgeschwindigkeit ist, und durch einen Teilbereich geringerer Aufdampfmaterialbildungsgeschwindigkeit dieses Bereichs, der dem zentralen Teilbereich folgt, geführt wird.
Bei der Bildung der gemischten Schicht in der Ausführungsform des zweiten Prozesses variieren die Ionenstrahlungsart und Ionenenergie, das Transportverhältnis und die Dicke der gemischten Schicht entsprechend der Art des Materials und der Art des Substrats, aber es ist vorzuziehen, daß die Ionenenergie, das Transportverhältnis (M/N) bzw. die Dicke der gemischten Schicht im Bereich von ungefähr 500 eV bis ungefähr 20 kev, von ungefähr 1 bis ungefähr 1000 bzw. von ungefähr 10 bis 300 nm (ungefähr 100 bis 3000 Å) ist. Die Steuerungskomponente 51 steuert die Ionenquelle 4' und die Aufdampfquelle 5', um diese Parameter in den entsprechenden zuvor genannten Bereichen zu halten.
In jedem der zwei Schritte wird das Substrat T kontinuierlich geführt, so daß gute Produktionseffektivität erhalten wird. Ein besonderes Beispiel der Dünnschichtbildung, daß die Vorrichtung der Fig. 1B benutzt, wird nun beschrieben.
Substrat T: bandartige rostfreie Stahlplatte (Stahlblech)
Zuführungsgeschwindigkeit: 6 m/min
Aufdampfmaterial basierend auf der Aufdampfquelle 5': Aluminium
Dünnschichtbildungsvakuum: 6,65 x 10&supmin;³ PASCAL (5,0 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Geschwindigkeit der Dünnschichtbildung aus der Aufdampfquelle 5': 200 nm/s (2000 Å/s)
Ionenquelle 4': Diese ist so angeordnet, daß eine zentrale axiale Linie einer Ionenstrahlelektrode die Oberfläche des Substrats an einer Position B schneidet, die um 300 mm zu der stromaufwärtigen Seite - in Richtung der Bewegung des Substrats - von einem Punkt A verschoben ist, der der Schnittpunkt zwischen einer zentralen axialen Linie der Aufdampfquelle 5' an der Oberfläche des Substrats ist, wie in Fig. 1B gezeigt.
Die Aluminiumdünnschicht, die mit der Ausführungsform des zweiten Prozesses gebildet worden ist, wurde in derselben Art und Weise getestet, wie das Verfahren, das mit Bezug zur Fig. 1A beschrieben worden ist. Die Ergebnisse sind im wesentlichen dieselben gewesen und werden daher ebenso durch den Graph der Fig. 2, wie oben erklärt, dargestellt.
Eine andere Ausführungsform des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung und eine Ausführungsform der Vorrichtung dazu zur Dünnschichtbildung werden mit Bezug zu Fig. 3, welche eine schematische Darstellung der Dünnschichtbildungsvorrichtung zeigt, beschrieben.
Die Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten der Fig. 3 umfaßt ein Dünnschichtbildungsvakuumgefäß 10, an das eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe angeschlossen ist, um das Gefäß 10 unter einem vorbestimmten Vakuum zu halten.
Rollen 20 und 30 sind in einem oberen Teilbereich des Gefäßes 10 angeordnet. Die Rolle 20 ist so angeordnet, daß sie in der Zeichnung durch einen Motor 201 im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden kann, der außerhalb des Gefäßes 10 angeordnet ist. Die Rolle 30 rotiert frei, es kann jedoch, wenn n4tig, ein Bremselement zur Unterdrückung der Trägheitsrotation vorgesehen sein.
Eine Führungstrommel 8, frei drehbar, wird im Zentralbereich des Gefäßes 10 vorgesehen, so daß das bandartige Substrat T, das durch die Rolle 20 von der Rolle 30 aufgenommen wird, vom Umfang der Führungstrommel 8 getragen und geführt werden kann.
Eine Verdampfungsquelle so ist im unteren Teilbereich des Vakuumgefäßes 10 und direkt unter der Trommel 8 angeordnet. Eine Ionenquelle 40 ist auf einer stromaufwärtigen Seite der Aufdampfquelle 50 und im wesentlichen unter der Rolle 30 angeordnet. Weiterhin ist eine Abteilplatte 80 an gegenüberliegenden Seiten der Trommel 8 vorgesehen, um zu verhindern, daß das Aufdampfmaterial und die Ionen in die Kammer, die die Rollen 20 und 30 enthält, eintreten.
Die Ionenquelle 40 und die Aufdampfquelle 50 sind im wesentlichen dieselben, wie zuvor beschrieben.
Die Ionenquelle 40 und die Aufdampfquelle 50 sind so angeordnet, daß der Bereich, an dem der Ionenstrahl von der Ionenquelle 40 die Oberfläche des Substrats T, das von der Trommel 8 geführt wird, erreicht - in Richtung der Substratzuführung -von dem zentralen Teilbereich des Bereichs, der von Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle 50 erreicht wird, zur stromaufwärtigen Seite verschoben ist. So ist der Bereich, der von dem Ionenstrahl erreicht wird, zu dem stromaufwärtigen Teilbereich des Aufdampfbereichs verschoben, welcher geringer in Aufdampfgeschwindigkeit ist, und so, daß ein Teil (in dieser Ausführungsform etwa die Hälfte) des Ionenstrahls zu einer Ionenbestrahlungsvorbehandlungsregion S gestrahlt wird, die benachbart zu der - in Richtung der Zuführung des Substrats -stromaufwärtigen Seite des Bereichs ist, wo Aufdampfmaterial ankommt. Eine ablagerungsverhindernde Platte 401 ist in der Nähe der Position B angeordnet, wo sich das Zentrum des Ionenstrahls und die Oberfläche des Substrats T auf der Führungstrommel 8 schneiden, um zu verhindern, daß sich Aufdampfmaterial auf dem Vorbehandlungsbereich ablagert.
Ein Schichtdickenmonitor 60 zur Messung der Menge der Dampfablagerung ist an einem Teil des Bereichs angeordnet, der vorn Aufdampfmaterial erreicht wird. Ein Strahlmonitor 70 zur Messung der Menge der Ionenstrahlung ist an einem Teil des Bereichs angeordnet, der von Ionen erreicht wird.
Die Ionenquelle 40 und die Aufdampfquelle 50 sind mit einer Ionenstrahlungsmengen- und Dampfablagerungsmengensteuerungskomponente 501 verbunden, in die die (nicht gezeigten) Ausgaben der Monitoren 60 und 70 eingegeben werden. Auf der Basis eines Befehles, der von der Steuerungskomponente gegeben wird, führt die Ionenquelle 40 die passende Ionenbestrahlung durch, die ntig für die Vorbehandlung und die Bildung der gemischten Schicht ist. Die Aufdampfquelle 50 verdampft das Aufdampfmaterial mit einer Rate, daß die Menge der Dampfablagerung erreicht wird, die nötig zur Bildung der gemischten Schicht ist, und dann zur Bildung einer Vakuumaufdampfschicht auf der gemischten Schicht.
Das bandartige Zielsubstrat T wird im vorhinein auf die Rolle 30 gewickelt. Dann wird ein Führungsende des Substrats auf die Oberfläche der Führungstrommel 8 gewickelt und mit der anderen Rolle 20 verbunden.
Das Vakuumgefäß 10 wird mit einer nicht gezeigten Vakuumpumpe evakuiert, so daß das Vakuumgefäß 10 bei einem Dünnschichtbil dungsvakuum von ungefähr 1 x 10&supmin;&sup4; bis ungefähr 1 x 10&supmin;² PASCAL (ungefähr 1 x 10&supmin;&sup6; bis ungefähr 1 x 10&supmin;&sup4; Torr) gehalten wird.
Dann wird, während das Aufdampfmaterial wie z.B. ein Metall, das im vorhinein in der Aufdampfquelle 50 gelagert worden ist, aus der Aufdampfquelle 50 auf die Oberfläche des Substrats T auf der Trommel 8 aufgedampft wird und gleichzeitig ein Ionenstrahl aus Edelgas wie z.B. Argongas aus der Ionenquelle 40 zu der Oberfläche des Substrats T gestrahlt wird, die Rolle 20 durch den Motor 201 angetrieben, um das Substrat T in einer vorbestimmten Richtung kontinuierlich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, so daß das Substrat T durch die Rolle 20 von der Rolle 30 aufgenommen wird.
Vakuumaufdampfen von Aufdampfmaterial wird zu einem Aufdampfbereich auf der Oberfläche des sich kontinuierlich bewegenden Substrats T gerichtet und Strahlung von Ionen wird zu einem Teilbereich geringerer Aufdampfgeschwindigkeit außerhalb des zentralen Teilbereichs des Aufdampfbereichs gerichtet, oder zu einem Teilbereich, der eine relativ geringe Rate von ankommenden Aufdampfmaterialatomen hat. In anderen Worten werden die Ionen zu einem Teilbereich des Aufdampfbereichs gerichtet, der ein Transportverhältnis M/N aufweist, bei dem eine gut haftende gemischte Schicht gebildet wird, gleichzeitig mit der Strahlung der Ionen auf der Oberfläche des Substrats in der strornaufwärtigeren Vorbehandlungsregion S.
Der Vorbehandlungsschritt, z.B. zum Aktivieren der Substratoberfläche und zum Reinigen um Wasser zu entfernen, wird so durch die Ionenbestrahlung auf der Oberfläche des sich kontinuierlich bewegenden Substrats durchgeführt. Dann wird eine gemischte Schicht aus Bestandteilsatomen des Substratmaterials und Bestandteilsatomen des Aufdampfmaterials kontinuierlich auf der vorbehandelten Substratoberfläche gebildet. Dann wird die gemischte Schicht durch den zentralen Teilbereich des Aufdampfbereichs geführt, der eine hohe Aufdampfgeschwindigkeit aufweist, und durch einen Teilbereich nach diesem zentralen Teilbereich, so daß eine Vakuumaufdampfschicht mit einer vorbestimmten Dicke kontinuierlich auf der gemischten Schicht mit einer hohen Dünnschichtbildungsgeschwindigkeit geformt wird.
Bei der Bildung der gemischten Schicht variieren die Strahlungsionenart und die Ionenenergie, das Transportverhältnis und die Dicke der gemischten Schicht entsprechend der Materialart und der Art des Substrats, aber es ist in diesem Fall vorzuziehen, daß die Ionenenergie, das Transportverhältnis (M/N) bzw. die Dicke der gemischten Schicht im Bereich von ungefähr 500 eV bis ungefähr 20 kev, von ungefähr 10 bis ungefähr 1000 bzw. von ungefähr 10 bis 300 nm (ungefähr 100 bis 3000 Å) sind. Die Steuereinheit 501 steuert die Ionenquelle 40 und die Aufdampfquelle 50, um diese Parameter entsprechend in den vorgenannten Bereichen aufrechtzuerhalten.
Die Vakuumaufdampfschicht mit der vorbestimmten Dicke wird kontinuierlich auf der zuvor gebildeten gemischten Schicht gebildet, so daß die Dünnschichtbildung abgeschlossen ist.
Die so gebildete Dünnschicht auf dem Substrat T haftet vollständig auf dem Substrat T aufgrund der Bildung der gemischten Schicht auf der Oberfläche des Substratmaterials nach dem Vorbehandlungsschritt. Außerdem wird die Dünnschicht leicht und billig durch das aufeinanderfolgende Durchführen der Vorbehandlung, der Bildung der gemischten Schicht und der Bildung der Vakuumaufdampfschicht unter Gebrauch einer einzigen Ionenquelle und einer einzigen Aufdampfquelle, wie oben beschrieben, erhalten. Außerdem wird gute Produktionseffektivität erreicht.
Ein spezifisches Beispiel der Dünnschichtsbildung unter Gebrauch der Vorrichtung in Fig. 3 wird nun beschrieben.
Substrat T: Polyimidfilm
Zuführungsgeschwindigkeit: 6 m/min
Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle 50: Aluminium
Dünnschichtbildungsvakuum: 6,65 x 10&supmin;³ PASCAL (5 x 10&supmin;&sup5; Torr)
Geschwindigkeit der Dünnschichtbildung aus der Aufdampfquelle 50: 200 nm/s (2000 Å/s)
Ionenquelle 40: Diese ist so angeordnet, daß eine zentrale axiale Linie der Ionenstrahlelektrode, die Oberfläche des Substrats an einer Position B, wie in Fig. 3 gezeigt, schneidet, die um 300 mm in der Richtung der Substratbewegung von einem Punkt A, an dem die zentrale axiale Linie der Aufdampfquelle 50 und die Oberfläche des Substrats sich schneiden, auf die stromaufwärtige Seite versetzt ist, so daß ungefähr die Hälfte des Oberflächenionenstrahls zur Vorbehandlung benutzt wird.
Ionenart: Argonionen
Energie: 2 kev
Strahlstromdichte: 0,8 mA/cm²
Größe des Ionenstrahls an der Substratoberfläche:
250 mm in der Substratzuführungsrichtung,
700 mm in der Richtung senkrecht dazu.
Transportrate M/N zur Bildung der gemischten Schicht:
Al/Ar-Ionen 80
Eine metallisierte Dünnschicht wurde so durch Bildung einer Aluminiumdünnschicht guter Haftung auf dem Polyimidfilmsubstrat T erhalten, so daß die Dicke der gemischten Schicht bzw. die Dicke der Aluminiumdünnschicht ungefähr 100 nm (1000 Å) bzw. ungefähr 1 µm waren. Die gute Haftung der Dünnschicht wurde durch Anwendung der Vorbehandlung unter Gebrauch von lonenstrahlung stabil gehalten, so daß eine Verminderung der Haftung der Aluminiumdünnschicht, während der Temperaturgeschichte (z.B. von -30ºC bis 130ºC) bei einem Dünnschichtstärkentest und ähnlichem, nicht beobachtet wurde.
Um die Haftung der Aluminiurndünnschicht zu testen, wurde ein Vergleichsbeispiel mit einem Polyimidfilm hergestellt, der eine Aluminiumdünnschicht aufgewiesen hat, die in derselben Art und Weise wie bei dem zuvor beschriebenen spezifischen Beispiel gebildet wurde, außer daß eine (nicht gezeigte) Einrichtung zum Abhalten der Ionenstrahlung von der Vorbehandlungsregion in der Vorrichtung eingesetzt wurde, wobei Heizzyklen (ungefähr ein Zyklus pro Tag) von -30ºC bis 130ºC auf einen Aluminiumdünnschichtabblätterungswiderstandstest entsprechend JISC-5016 angewendet wurde, nachdem eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Die Ergebnisse des Tests sind in Fig. 4 gezeigt. Bei der Kurve der Fig. 4 zeigt die Linie, die durch das Symbol Δ ausgedrückt wird, die Aluminiumdünnschicht in dem spezifischen Beispiel und die Linie, die durch das Symbol ausgedrückt ist, zeigt die Aluminiumdünnschicht in dem Vergleichsbeispiel.
Wie es aus den Ergebnissen des Tests klar wird, wird die Haftung der Aluminiumdünnschicht im Laufe der Zeit bei dem Vergleichsbeispiel, das keine Ionenstrahlenvorbehandlung benutzt, verringert, wohingegen die Haftung der Aluminiumdünnschicht in dem speziellen Beispiel der vorliegenden Erfindung, die die Ionenstrahlenvorbehandlung benutzt, stärker ist und unabhängig vom Zeitablauf stabil bleibt.
Es ist so zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt sein soll und daß sie in verschiedenen Ausführungsformen davon bereitgestellt werden kann. In der Vorrichtung der Fig. 3 und dem Verfahren der Erfindung, das diese Vorrichtung benutzt, können die Rollen 20 und 30 außerhalb des Vakuumgefäßes 10 in derselben Art wie in der Vorrichtung der Fig. 1B angeordnet sein. In diesem Fall können, wenn nötig, Hilfsvakuumkammern wie in der Vorrichtung der Fig. 1A und 1B vorgesehen werden.
Weiterhin ist in der Vorrichtung der Fig. 3 die ablagerungsverhindernde Platte 401 nicht immer notwendig. Auch bei der Vorrichtung der Fig. 1B kann ein Teil des Ionenstrahls zur Vorbehandlung benutzt werden, und es kann außerdem eine ablagerungsverhindernde Platte, die dieselbe Funktion wie die ablagerungsverhindernde Platte 401 hat, vorgesehen werden.
Wie oben beschrieben, kann entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten bereitgestellt werden, bei dem leicht und billig eine Dünnschicht kontinuierlich auf einem Substrat gebildet werden kann, mit guter Haftung, verglichen mit dem konventionellen Verfahren und der konventionellen Vorrichtung.
Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wurde zum Zweck der Illustration und Beschreibung dargelegt. Es ist nicht beabsichtigt, daß sie erschöpfend ist oder daß sie die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkt, und Abwandlungen und Änderungen sind m:glich im Lichte der obigen Lehre oder können durch Anwendung der Erfindung erlangt werden. Die Ausführungsformen sind ausgewählt worden und beschrieben worden, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, um Fachleute zu befähigen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Abwandlungen passend zu dem speziellen beabsichtigten Gebrauch einzusetzen. Es ist beabsichtigt, daß der Umfang der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht aus einem Aufdampfmaterial auf einem Substrat (T), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bilden einer gemischten Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (T), wobei die gemischte Schicht Atome sowohl des Substratmaterials als auch des Aufdampfmaterials umfaßt, durch Vakuumaufdampfen einer vorbestimmten Menge von Aufdampfmaterial aus einer Aufdampfquelle (5) auf die Oberfläche und Bestrahlung der Oberfläche mit Ionen während der Bewegung des Substrats (T) in einer vorbestimmten Richtung;

und Bilden einer Dünnschicht aus Aufdampfmaterial mit einer vorbestimmten Dicke auf der gemischten Schicht aus einer Aufdampfquelle (5) durch Vakuumaufdampfen, während das Substrat (T) kontinuierlich bewegt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Dünnschicht mit einer vorbestimmten Dicke aus Aufdampfmaterial mit derselben Aufdampfquelle gebildet wird, die zur Bildung der gemischten Schicht benutzt wird, nachdem die gemischte Schicht zumindest teilweise auf einem vorbestimmten Teil der Oberfläche des Substrats (T) gebildet worden ist, während sich das Substrat in der gleichen Richtung oder entgegengesetzt zu der vorbestimmten Richtung bezüglich der Aufdampfquelle (5) bewegt;

das Zentrum des Bereichs, der von der Ionenbestrahlung an der Oberfläche des Substrats (T) erreicht wird, im wesentlichen mit dem Zentrum des Bereichs übereinstimmt, auf den die Aufdampfteilchen aus der Aufdampfquelle (5) gerichtet sind; und

die Ionenbestrahlung und die Verdampfung unabhängig eingestellt werden, wobei

die Ionenbestrahlung zur Bildung der gemischten Schicht derart ausgeführt wird, daß das Verhältnis M/N der Anzahl M von Aufdampfmaterialatornen zu der Anzahl N von Ionen, die die Oberfläche des Substrats (T) pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit erreichen, im Bereich von 10 bis 1000 ist.

2. Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht aus Aufdampfmaterial auf einem Substrat (T), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Bildung einer gemischten Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (T), wobei die gemischte Schicht sowohl Atome des Substratmaterials als auch des Aufdampfmaterials umfaßt, durch Vakuumaufdampfen einer vorbestimmten Menge von Aufdampfmaterial aus einer Aufdampfquelle (5', 50) auf die Oberfläche und Bestrahlung der Oberfläche mit Ionen während sich das Substrat (T) in einer vorbestimmten Richtung bewegt;

und Bildung einer Dünnschicht aus Aufdampfmaterial mit einer vorbestimmten Dicke auf der gemischten Schicht aus einer Aufdampfquelle (5',50) durch Vakuumaufdampfen, während das Substrat (T) kontinuierlich bewegt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Ionenbestrahlung und das Vakuumaufdampfen einer vorbestimmten Menge von Aufdampfmaterial aus einer Aufdampfquelle (5',50) auf das Substrat (T) gleichzeitig ausgeführt werden, während das Substrat (T) kontinuierlich bewegt wird, wobei die Ionenbestrahlung auf einen Teilbereich (B) angewendet wird, der - relativ zur Bewegungsrichtung des Substrats - gegenüber einem zentralen Teil (A) des Bereichs, der von der Verdampfung des Aufdampfmaterials aus der Aufdampfquelle (5',50) erreicht wird, stromaufwärts liegt und die Verdampfungsgeschwindigkeit in dem stromaufwärtigen Teilbereich (B) geringer ist als in dem zentralen Teil (A) des Bereichs, so daß eine gemischte Schicht aus Atomen des Substrats und des Aufdampfmaterials kontinuierlich auf der Oberfläche des Substrats an dem Teilbereich (B) gebildet wird, wo die Ionenbestrahlung angewendet wird; und

die Vakuumaufdampfschicht mit einer vorbestimmten Dicke aus Aufdampfmaterial kontinuierlich auf der gemischten Schicht an dem Teilbereich (A) gebildet wird, wo die lonenbestrahlung nicht angewendet wird;

die Ionenbestrahlung und die Verdampfung unabhängig voneinander eingestellt werden, wobei

die Ionenbestrahlung zur Bildung der gemischten Schicht derart ausgeführt wird, daß das Verhältnis M/N der Anzahl M von Aufdampfmaterialatomen zu der Anzahl N von Ionen, die die Oberfläche des Substrats (T) pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit erreichen, im Bereich von 10 bis 1000 ist.

3. Dünnschichtbildungsverfahren nach Anspruch 2, in dem ein Teil der Ionenbestrahlung simultan auf einen zusätzlichen stromaufwärtigen Teilbereich des Substrats angewendet wird, der außerhalb des Bereichs liegt, der von der Verdampfung von Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle erreicht wird, so daß die Oberfläche des Substrats vor der Bildung der gemischten Schicht vorbehandelt wird.

4. Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten, die folgendes umfaßt:

eine Aufdampfquelle (5) zum Vakuumaufdampfen eines vorbestimmten Materials auf die Oberfläche eines sich bewegenden Zielsubstrats (T);

eine Ionenquelle (4) zur Strahlung von Ionen zu der Oberfläche des sich bewegenden Substrats (T);

Mittel (2,20,3,30) zur kontinuierlichen Bewegung des Zielsubstrats (T), wobei die Mittel (2,20,3,30) zur Bewegung des Substrats (T) in einer vorbestimmten Richtung angeordnet sind;

um beim Gebrauch eine gemischte Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (T) zu bilden, wobei die gemischte Schicht Atome sowohl des Substratmaterials als auch des Aufdampfmaterials umfaßt, durch Vakuumaufdampfen einer vorbestimmten Menge von Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle (5) auf die Oberfläche und Bestrahlung der Oberfläche mit Ionen aus der Ionenquelle (4) während der Bewegung des Substrats (T) in der vorbestimmten Richtung;

um beim Gebrauch eine Dünnschicht aus Aufdampfmaterial mit vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht aus derselben Aufdampfquelle (5) durch Vakuumverdampfung zu bilden, während das Substrat (T) kontinuierlich bewegt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bewegungsmittel (2,3) angeordnet sind, um beim Gebrauch das Substrat bei einem Schritt der Bildung einer gemischten Schicht von Substratmaterialatornen und Aufdampfmaterialatomen aus der Aufdampfmaterial (5) in einer vorbestimmten Richtung zu bewegen und das Substrat in einem anderen Schritt der Bildung einer Dünnschicht mit einer vorbestimmten Dicke aus der Aufdampfquelle (5) auf der gemischten Schicht durch Vakuumverdampfung in der gleichen Richtung wie die vorbestimmte Richtung beim Bilden der gemischten Schicht oder entgegengesetzt dazu zu bewegen;

die Ionenquelle (4) und die Aufdampfquelle (5) so angeordnet sind, daß das Zentrum des Bereichs, der beim Gebrauch von dem Ionenstrahl aus der Ionenquelle (4) an der Oberfläche des Substrats (T) erreicht wird, im wesentlichen mit dem Zentrum des Bereichs übereinstimmt, auf den die Aufdampfteilchen aus der Aufdampfquelle (5) gerichtet sind; und

die Ionenquelle (4) so aufgebaut ist, daß sie unabhängig von der Aufdampfquelle (5) betrieben wird, so daß im Gebrauch,

die Ionenbestrahlung aus der Ionenquelle (4) zur Bildung der gemischten Schicht so ausgeführt werden kann, daß das Verhältnis M/N der Anzahl M von Aufdampfmaterialatomen zu der Anzahl N von Ionen, die die Oberfläche des Substrats (T) pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit erreichen, im Bereich von 10 bis 1000 ist.

5. Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten, die folgendes umfaßt:

eine Aufdampfquelle (5',50) zur Vakuumverdampfung eines vorbestimmten Materials auf die Oberfläche eines sich bewegenden Zielsubstrats (T);

einen Ionenquelle (4',40) zur Strahlung von Ionen zu der Oberfläche des sich bewegenden Substrats (T);

Mittel (2,20,3,30) zur kontinuierlichen Bewegung des Zielsubstrats (T) in einer vorbestimmten Richtung;

um beim Gebrauch eine gemischte Schicht auf einer Oberfläche des Substrats (T) zu bilden, wobei die gemischte Schicht Atome sowohl des Substratmaterials als auch des Verdampfungsmaterials umfaßt, durch Vakuumverdampfung einer vorbestimmten Menge von Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle (5',50) zu der Oberfläche und Bestrahlung der Oberfläche mit Ionen aus der Ionenquelle (4',40) während der Bewegung des Substrats (T) in der vorbestimmten Richtung;

um beim Gebrauch eine Dünnschicht aus Aufdampfmaterial mit vorbestimmter Dicke auf der gemischten Schicht durch Vakuumverdampfung aus der Aufdampfquelle (5',50) zu bilden, während das Substrat (T) kontinuierlich bewegt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Bestrahlung aus der Ionenquelle (4',40) und die Vakuumverdampfung einer vorbestimmten Menge von Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle (5',50) auf die Oberfläche (T) beim Gebrauch gleichzeitig ausgeführt werden, während das Substrat kontinuierlich bewegt wird, wobei die Ionenquelle (4',40) so angeordnet ist, daß die Ionenbestrahlung aus der Ionenquelle (4',40) beim Gebrauch auf einen Teilbereich (B) angewendet wird, der - in Richtung der Bewegung des Substrats - gegenüber einem zentralen Teilbereich (A) stromaufwärts angeordnet ist und die Aufdampfgeschwindigkeit in dem stromaufwärtigen Bereich (B) geringer ist als in dem zentralen Teilbereich (A), so daß eine gemischte Schicht aus Substratmaterialatomen und Aufdampfmaterialatornen kontinuierlich auf der Oberfläche des Substrats (T) art, dem Teilbereich (B) gebildet wird, wo die lonenbestrahlung angewendet wird, und dann eine Vakuumaufdampfschicht mit einer vorbestimmten Dicke kontinuierlich auf der gemischten Schicht an dem Bereich (A) gebildet wird, wo die Ionenbestrahlung nicht angewendet wird, und die Ionenquelle (4',40) unabhängig von der Aufdampfquelle (5',50) betrieben werden kann, so daß beim Gebrauch

die Ionenbestrahlung aus der Ionenquelle (4',40) zur Bildung der gemischten Schicht derart ausgeführt werden kann, daß das Verhältnis M/N der Anzahl M von Aufdampfmaterialatomen zu der Anzahl N von Ionen, die die Oberfläche des Substrats (T) pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit erreichen, im Bereich von 10 bis 1000 ist.

6. Vorrichtung zur Bildung von Dünnschichten nach Anspruch 5, bei der die Ionenquelle so angeordnet ist, daß im Gebrauch ein Teil der Ionenstrahlung simultan auf die Substratoberfläche angewendet wird, die stromaufwärts von dem Oberflächenbereich liegt, der von dem Aufdampfmaterial aus der Aufdampfquelle erreicht wird, wodurch die Oberfläche des Substrats vor der Bildung der gemischten Schicht vorbehandelt wird.