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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Bilden einer dünnen Schicht aus einer Komposit-Metall-Verbindung,
wie es in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.
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Ein Verfahren dieses Typs ist in
der
EP 719 874 A1 offenbart.
Diese Referenz beschreibt ein Verfahren zum Bilden von Schichten
aus metallischen Verbindungen durch Sputtern von ultradünnen Filmen
bzw. Schichten und Transformieren dieser Schichten in eine metallische
Verbindung durch Aussetzen davon einem Plasma aus einem reaktiven Gas
so, wie sie ist. Es ist nicht offenbart, elektrisch neutrale, aktivierte
Formen von dem reaktiven Gas auszuwählen, und es ist nicht offenbart,
die Spannung von einem negativen Wert zu einem positiven umzukehren.
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Die
EP 497 499 A1 beschreibt ein Beschichtungsverfahren
für eine
dünne Schicht
mittels einer Vorrichtung, die ein zylindrisches, sich drehendes Sputtersystem
umfasst, das eine separate Niederschlagsvorrichtung und mindestens
eine Vorrichtung für
eine chemische Reaktion für
ein gleichzeitiges Niederschlagen von Materialien und danach Oxidieren
der niedergeschlagenen Materialien einsetzt. Die Niederschlagsvorrichtungen
sind lineare Magnetron-Sputter-Kathoden-Vorrichtungen und die Reaktionsvorrichtung
ist eine lineare Magnetron-Ionenquelle-Oxidierer-Vorrichtung. Es
ist weder als bekannt beschrieben, die elektrisch neutralen, aktiven
Formen von dem reaktiven Gas auszuwählen, noch ist beschrieben,
die Spannung, angelegt an das Target, umzukehren.
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Die
EP 428 358 A2 beschreibt eine Magnetronsputtervorrichtung,
und insbesondere Geometrien und Konfigurationen dafür. Die Referenz
beschreibt ein Beschichtungssystem für eine dünne Schicht, unter Verwendung
einer Mehrzahl von sequenziell oder simultan betriebenen Niederschlags-
und Reaktionszonen, und verwendet Plasma, das viele Ionen von dem
verwendeten, reaktanten Gas (Sauerstoff) zum Erhöhen einer Oxidation der gesputterten
Metalle erzeugt. Weder die Verwendung von elektrisch neutralen,
aktivierten Formen von dem reaktiven Gas noch die Umkehrung der
Spannung ist in dieser Referenz offenbart.
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Die
EP
409 451 beschreibt ein Verfahren zum Niederschlagen von
optischen, dünnen
Filmen bzw. Schichten durch ein sich drehendes, zylindrisches Sputtersystem,
das eine Sputter-Niederschlags- und Reaktions-Technologie kombiniert.
Es ist weder offenbart, elektrisch neutrale Formen von dem reaktiven
Gas auszuwählen,
noch ist offenbart, die Spannung innerhalb eines spezifischen Intervalls von
einem positiven Bereich zu einem negativen Bereich umzukehren.
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Die
EP 328 257 A2 beschreibt eine Magnetronsputtervorrichtung
und ein Verfahren, bei dem ein reaktives Gas angewandt wird, um
angrenzend an das Substrat ein zweites Plasma zu bilden, das Ionen des
reaktiven Gases aufweist. Diese Referenz offenbart weder, die elektrisch
neutralen, aktivierten Formen von dem reaktiven Gas auszuwählen, noch
die Spannung von einem negativen Bereich an einem spezifischen Intervall
zu einem positiven Bereich umzukehren.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Bilden einer dünnen Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung
und auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Genauer
gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Bilden, über Sputtern,
einer dünnen
Schicht aus einer Komposit-Metall-Verbindung auf einem Substrat
in einer stabilen Art und Weise und unter einer hohen Niederschlagsrate.
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Herkömmlich sind, wenn optische,
dünne Filme
bzw. Schichten für
verschiedene Gruppen von Produkten über die Verwendung von nur
existierenden Dampfniederschlagsmaterialien gebildet werden, zufriedenstellende
Funktionsweisen, wie sie durch die Produkte erforderlich sind, sehr
schwierig zu erhalten. Das bedeutet, dass sich ein Auslegen von
optischen, dünnen
Schichten über
die Verwendung nur von Substanzen, die in der natürlichen
Umgebung existieren, im Hinblick auf das Erzielen von optischen,
spektralen Charakteristika, wie sie durch eine bestimmte Gruppe
von Produkten erforderlich sind, als schwierig erwiesen hat.
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Zum Beispiel erfordert eine Konfiguration von
Breitband-Antireflexionsschichten Materialien, die einen Zwischenbrechungsindex
(zwischen 1,46 und 2,20) besitzen, die nur spärlich in der natürlichen Umgebung
existieren.
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Allgemein muss, um, zum Beispiel,
das Reflexionsvermögen
von Glas, über
den gesamten Wellenlängenbereich
des sichtbaren Lichts, zu verringern, Glas mit einem Dampfniederschlagsmaterial beschichtet
werden, das einen Brechungsindex von 1,46-2,20 besitzt, bezeichnet als ein Zwischenbrechungsindex.
Materialien, die einen Zwischenbrechungsindex haben, sind begrenzt,
und der Brechungsindex kann nicht so ausgewählt werden, wie dies erwünscht ist.
Dementsprechend sind die folgenden Techniken als alternative Techniken
zum Erreichen eines Zwischenbrechungsindex des vorstehend erwähnten Bereichs
bekannt.
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(1) Ein niedrig brechendes Material
(z. B. SiO2 (Brechungsindex: 1,46)) und
ein hoch brechendes Material (z. B. TiO2 (Brechungsindex
: 2,35)) werden gleichzeitig von entsprechenden Verdampfungsquellen
verdampft, und ein Zwischenbrechungsindex (1,46–2,40) wird aufgrund deren
Mischungsverhältnis
erhalten; (2) ein niedrig brechendes Material und ein hoch brechendes
Material werden gleichzeitig von einer einzelnen Verdampfungsquelle
in der Form einer Mischung verdampft, und ein Zwischenbrechungsindex
wird aufgrund deren Mischungsverhältnis erhalten; (3) ein Zwischenbrechungsindex
wird äquivalent über die
Kombination eines niedrig brechenden Materials und eines hoch brechenden
Materials (bezeichnet als die äquivalente
Schichttechnik) erhalten; und (4) ein Komposit-Target-Material wird beim Sputtern verwendet.
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Allerdings besitzen die vorstehend
erwähnten
Techniken die folgenden Nachteile. In der vorstehend erwähnten Technik
(1), bei der ein niedrig brechendes Material (z. B. SiO2 (Brechungsindex: 1,46)) und ein hoch brechendes
Material (z. B. TiO2 (Brechungsindex: 2,35))
gleichzeitig von jeweiligen Verdampfungsquellen verdampft werden
und ein Zwischenbrechungsindex (1,46–2,40) aufgrund deren Mischungsverhältnisses
erhalten wird, ist ein geschichteter Niederschlag einer Schicht über die gleichzeitige
Kontrolle der Raten eines Niederschlags von den zwei Verdampfungsquellen
schwierig zu erreichen, und demzufolge ist es schwierig, einen erwünschten
Brechungsindex mit einer guten Reproduzierbarkeit zu erreichen.
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In der vorstehend erwähnten Technik
(2), bei der ein niedrig brechendes Material und ein hoch
brechendes Material gleichzeitig von einer einzelnen Verdampfungsquelle
in der Form einer Mischung verdampft werden und ein Zwischenbrechungsindex aufgrund
deren Mischungsverhältnis
erhalten wird, ändert
sich, wenn die Verdampfung für
eine lange Zeitperiode fortfährt,
der Brechungsindex aufgrund von Differenzen im Schmelzpunkt und
in dem Dampfdruck zwischen dem niedrig brechenden Material und dem
hoch brechenden Material. Als Folge ist es schwierig, einen erwünschten
Brechungsindex stabil zu erhalten.
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In der vorstehend erwähnten Technik
(3), bei der ein Zwischenbrechungsindex durch die Verwendung
einer äquivalenten
Schicht, gebildet aus einer kombinierten Verwendung eines niedrig
brechenden und eines hoch brechenden Materials erhalten wird, erfordert
ein gegebener Brechungsindex die Bildung einer sehr dünnen Schicht;
demzufolge wird die Kontrolle einer Schichtdicke schwierig und kompliziert.
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Wie vorstehend erwähnt ist,
schlagen die herkömmlichen
Techniken dahingehend fehl, gleichzeitig eine hohe, stabile Niederschlagsrate,
einen weiten Bereich einer Brechungsindexvariation und ein einfaches
Steuersystem zu erzielen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zum Bilden einer dünnen Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung
zu schaffen, und zwar durch Bilden einer ultradünnen Schicht, während die
ultradünne
Schicht einer Oxidation, einer Nitrierung, einer Fluorierung, oder
einer entsprechenden Reaktion unterworfen wird, und Bilden, auf
einem Substrat, einer dünnen
Schicht aus einer metallischen Verbindung, die stabile, optische
Charakteristika, dynamische Charakteristika, und ähnliche
Charakteristika besitzt, ohne die Substrattemperatur zu erhöhen, und
unter einer hohen Niederschlagsrate.
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Eine andere Entwicklung der vorliegenden Erfindung
ist diejenige, ein Verfahren zum Bilden einer dünnen Schicht aus einer Komposit-Metall-Verbindung
zu schaffen, das dazu geeignet ist, einen weiten Bereich einer Brechungsindexvariation
zu erhalten, und zwar über
die Verwendung eines einfachen Steuersystems, und eine Vorrichtung
zum Ausführen
desselben zu schaffen.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch
das Verfahren gemäß Anspruch
10 der vorliegenden Erfindung erreicht.
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Hier wird der Ausdruck „ultradünne Schicht" dazu verwendet,
eine abschließende,
dünne Schicht von
einer Mehrzahl von ultradünnen
Schichten zu unterscheiden, die niedergeschlagen werden, um dann die
abschließende,
dünne Schicht
zu werden, und gibt an, dass jede der ultradünnen Schichten im Wesentlichen
dünner
als die abschließende,
dünne Schicht
bzw. der Film ist. Der Ausdruck „aktivierte Formen" bezieht sich auf
Radikale, Radikale in einem angeregten Zustand, Atome in einem angeregten
Zustand, Moleküle
in einem angeregten Zustand, und dergleichen. Eine „Radikale" bezieht sich auf
ein Atom oder ein Molekül,
das mindestens ein nicht gepaartes Elektron besitzt. Ein „angeregter
Zustand" bezeichnet
den Zustand, bei dem das Energieniveau höher verglichen mit dem stabilen
Grundzustand ist, der die niedrigste Energie besitzt.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird
als nächstes
im Detail beschrieben.
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Gemäß einem ersten Hauptaspekt
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer dünnen Schicht
aus einer Komposit-Metall-Verbindung geschaffen, bei dem zuerst
unabhängige Targets,
gebildet aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallen, gesputtert
werden, um so auf einem Substrat eine ultradünne Schicht aus einem Komposit-Metall
oder einem nicht vollständig
reagierten Komposit-Metall zu bilden. Zum Beispiel wird eines von
zwei Targets aus Si gebildet, während
das andere Target aus Ta gebildet wird.
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Als nächstes wird die so gebildete,
ultradünne
Schicht (z. B. Si +Ta) auf dem Substrat mit den elektrisch neutralen,
aktivierten Formen eines reaktiven Gases (z. B. aktivierte Formen
von Sauerstoffgas) bestrahlt, um so das Komposit-Metall oder das nicht
vollständig
reagierte Komposit-Metall in eine Komposit-Metall-Verbindung (z.
B. ein Komposit aus SiO2 und Ta2O2) über
eine Reaktion der ultradünnen Schicht
mit den aktivierten Formen des reaktiven Gases umzuwandeln. Die
vorstehend angegebenen Schritte eines Bildens einer ultradünnen Schicht
und einer Umwandlung der ultradünnen
Schicht in eine Komposit-Metall-Verbindung werden sequenziell wiederholt,
um so auf einem Substrat eine dünne Schicht
aus einer Komposit-Metall-Verbindung zu bilden, die eine erwünschte Dicke
besitzt.
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In einem Schritt eines Niederschlagens
einer reaktiven Schicht, bei der eine Komposit-Metall-Verbindung
von einem Komposit-Metall oder einem nicht vollständig reagierten
Komposit-Metall erhalten wird, werden aktivierte Formen aus dem
folgenden Grund verwendet. Für
die chemische Reaktion in dem Schicht-Niederschlags-Schritt sind
chemisch aktive, elektrisch neutrale, aktivierte Formen, wie beispielsweise
Radikale und angeregte Formen, entscheidend wichtiger als geladene
Teilchen, wie beispielsweise Ionen und Elektroden.
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Aktivierte Formen werden über die
Verwendung einer Plasmaquelle zum Erzeugen eines hoch dichten Plasmas,
verbunden mit einer Hochfrequenzenergieversorgungsquelle, erzeugt.
Genauer gesagt ist die Plasmaquelle eine induktiv gekoppelte oder
kapazitiv gekoppelte Plasmaquelle, die eine äußere und eine innere Wicklung
besitzt, oder eine Spiralwellenplasmaquelle. Um ein hoch dichtes
Plasma zu erhalten, wird ein magnetisches Feld von 20–300 Gauss
in einer Plasmaerzeugungseinheit erzeugt.
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Eine Spannung (gewöhnlich eine
negative Spannung), angelegt an jedes der Targets, wird unter 1–200 kHz
Intervallen zu einer positiven Spannung hin invertiert, die zwischen
+50 V und +200 V liegt, um dadurch, mit Elektronen im Plasma, positive
Ladungen zu neutralisieren, die sich in einer Verbindung akkumulieren,
die auf der Oberfläche
gebil det werden sollen, insbesondere an einem nicht erodierten Bereich
davon, und zwar jedes der Targets. Demzufolge wird, über die
temporäre
Inversion zu einer positiven Spannung von einer negativen Spannung, der
positiv geladene Zustand an den Oberflächen der Targets neutralisiert,
so dass die Spannung der Targets auf einem normalen Niveau gehalten
werden kann.
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Die 4 bis 6 stellen die Beziehung zwischen
einer elektrischen Energie und optischen Charakteristika dar, wie
beispielsweise Brechungsindex, Absorption, Heterogenität, usw.,
für TaxSiyOz Schichten.
In den 4 bis 6 werden optische Konstanten basierend
auf Daten berechnet, die sich auf die spektralen Charakteristika
einer Einzel-Polarität-Schicht beziehen.
Wie in 4 dargestellt
ist, variieren die Brechungsindizes von TaxSiyOz Schichten mit
dem Verhältnis
der Energie, die an eine Führung
zu der Energie angelegt ist, die an die andere Führung angelegt ist.
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Wie anhand der 4 zu sehen ist, verringert sich, wenn
sich das angelegte Energieverhältnis zwischen
der Si-Kathode und der Ta-Kathode erhöht, der Brechungsindex. Da
die Dampfniederschlagsrate auf 40 nm/min fixiert ist, gilt die dargestellte
Beziehung des Verhältnisses
zwischen dem Brechungsindex und der angelegten Energie. Als Folge
werden der minimale und der maximale Brechungsindex bei einer Wellenlänge von
550 nm bei 1,463 und 2,182 jeweils vorgefunden. Wenn sich das Verhältnis der angelegten
Energie erhöht,
erhöht
sich der Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm von 1,463 auf
2,182. Auch kann der Brechungsindex von 2,182 auf 1,463 verringert
werden.
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Beim Niederschlagen einer dünnen Schicht einer
Komposit-Metall-Verbindung, die eine erwünschte Dicke besitzt, auf einem
Substrat, wie dies vorstehend beschrieben ist, kann, wenn zwei Metalle jeweils, über, zum
Beispiel, ein Magnetronsputtern gesputtert werden, kann irgendein
Brechungsindex innerhalb des Bereichs zwischen dem eigenen Brechungsindex
zu einer Metall-Verbindung und dem eigenen Brechungsindex zu der
anderen Metall-Verbindung (z. B. der Bereich zwischen 1,46 und 2,25, wobei
1,46 der Brechungsindex von SiO2, eine Si-Verbindung,
ist, und 2,25 der Brechungsindex von Ta2O2, eine Ta-Verbindung, ist) auf die dünne Schicht über eine
geeignete Kontrolle der Energie, angelegt an die Magnetron-Sputter-Targets,
beeinträchtigt werden.
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Der Schichtniederschlagsvorgang wird
als nächstes
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, die
den Prozess zum Bilden einer dünnen
Schicht aus einer Komposit-Metall-Verbindung
auf einem Substrat darstellt.
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Zuerst wird ein Substrat in der Position
eines ersten Metall-Targets platziert. Das erste Metall-Target wird
so gesputtert, um eine dünne,
metallische Schicht (ultradünne
Schicht) auf dem Substrat zu bilden. Dann wird das Substrat zu der
Position eines zweiten Metall-Targets bewegt. Das zweite Metall-Target
wird so gesputtert, um eine sehr dünne, metallische Schicht (ultradünne Schicht)
auf dem Substrat zu bilden. Wie in 3 dargestellt
ist, werden das erste und das zweite Metall homogen auf dem Substrat
niedergeschlagen, um eine ultradünne Schicht
zu bilden. Das bedeutet, dass eine ultradünne Schicht eines Komposit-Metalls
oder eines nicht vollständig
reagierten Komposit-Metalls auf dem Substrat gebildet wird.
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Die so gebildete, ultradünne Schicht
wird abschließend
mit den elektrisch neutralen, aktivierten Formen eines reaktiven
Gases bestrahlt, um so das Komposit-Metall oder das nicht vollständig reagierte Komposit-Metall
zu einer Komposit-Metall-Verbindung über die Reaktion der ultradünnen Schicht
mit den aktivierten Formen des reaktiven Gases umzuwandeln. Genauer
gesagt wird die ultradünne Schicht
in der Position einer radikalen Quelle oxidiert. Der Schritt eines
Bildens der ultradünnen
Schicht und der Schritt eines Umwandelns der Komposit-Metall-Verbindung
werden sequenziell wiederholt, um so auf dem Substrat eine dünne Schicht
aus der Komposit-Metall-Verbindung zu bilden, die eine erwünschte Dicke
besitzt.
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Unter dem vorliegenden Aspekt kann
ein Substrat solange überführt oder
fixiert werden, wie der Schritt eines Bildens einer ultradünnen Schicht und
der Schritt eines Umwandelns zu einer Komposit-Metall-Verbindung
sequenziell wiederholt werden, um auf dem Substrat eine dünne Schicht
der Komposit-Metall-Verbindung zu bilden, die eine erwünschte Dicke
besitzt.
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Eine Vorrichtung zum Bilden einer
dünnen Schicht
bzw. eines dünnen
Films einer Komposit-Metall-Verbindung wird geschaffen, aufweisend
eine Vakuumkammer, Schichtniederschlags-Prozesskammern, eine Reaktionsprozesskammer
und eine Separationseinrichtung (d. h. Abschirmplatten). In den Schichtniederschlags-Prozesskammern
wird ein Arbeitsgas (z. B. Argon-Gas) darin eingeführt, und
unabhängige
Targets, gebildet an mindestens zwei unterschiedlichen Metallen
(z. B. Si und Ta in dem Fall von zwei unterschiedlichen Metallen),
werden so gesputtert, um auf einem Substrat eine ultradünne Schicht
eines Komposit-Metalls oder eines nicht vollständig reagierten Komposit-Metalls
zu bilden.
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In der Reaktionsprozesskammer wird
die ultradünne
Schicht (z. B. Si und Ta), gebildet in den Schichtniederschlags-Prozesskammern,
mit den elektrisch neutralen, aktivierten Arten eines reaktiven Gases
(z. B. die aktivierten Arten von Sauerstoff) bestrahlt, um so das
Komposit-Metall oder das nicht vollständig reagierte Komposit-Metall
in eine Komposit-Metall-Verbindung (z. B. SiO2 und
Ta2O) über
die Reaktion der ultradünnen
Schicht mit den aktivierten Arten des reaktiven Gases umzuwandeln.
Die Separationseinrichtung ist so angepasst, um die Reaktionsprozesskammer
von den Schichtniederschlags-Prozesskammern
im Hinblick auf einen Raum und einen Druck mittels der Abschirmplatten zu
separieren.
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Die Abschirmplatten, die als die
Separationseinrichtung dienen, definieren innerhalb der Vakuumkammer
separate Räume,
die als die Reaktionsprozesskammer und die Schichtniederschlags-Prozesskammern
dienen. Das bedeutet, dass die so definierten Räume innerhalb der Vakuumkammer
nicht vollständig
voneinander separiert sind, sondern einen im Wesentlichen unabhängigen Zustand
so beibehalten, um als die Reaktionsprozesskammer und die Schichtniederschlags-Prozesskammern
zu dienen, die unabhängig
voneinander kontrolliert werden. Demzufolge sind die Reaktionsprozesskammer
und die Schichtniederschlags-Prozesskammern so konfiguriert, um
am geringsten gegeneinander beeinflussend zu sein, so dass optimale Bedingungen
in jeder der Kammern eingerichtet werden können.
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Demzufolge verhindert die Separationseinrichtung,
dass sich das reaktive Gas (z. B. die aktivierten Arten von Sauerstoff)
mit dem Arbeitsgas (z. B. Argon-Gas) in den Schichtniederschlags-Prozesskammern
mischen, so dass dabei sequenziell ein stabiler Schichtniederschlags-Prozess
und ein Reaktionsprozess wiederholt werden können, um dadurch auf einem
Substrat eine dünne
Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung, die eine erwünschte Dicke
besitzt, zu bilden.
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Die aktivierten Arten eines reaktiven
Gases, verwendet in der Reaktionsprozesskammer, sind elektrisch
neutrale Radikale (Atome oder Moleküle, die mindestens ein ungepaartes
Elektron haben, oder Atome oder Moleküle in einem angeregten Zustand).
Auch dient bei der vorliegenden Erfindung eine Magnetron-Sputtervorrichtung
als eine Niederschlagsvorrichtung für eine dünne Schicht.
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Aktivierte Spezies werden erzeugt
mittels: einer Hochfrequenz-Entladungskammer, die eine Quarzröhre aufweist,
um die herum eine Hochfrequenzspule gewickelt ist; einer Hochfrequenz-Energieversorgungsquelle
zum Anlegen von Energie an die Hochfrequenzspule über eine
Anpassungs-Box; einer Reaktionsgas-Zuführeinrichtung, zum Einführen eines
reaktiven Gases von einem Gaszylinder in die Hochfrequenz-Entladungskammer über eine Massenfluss-Steuereinrichtung;
einer externen oder internen Wicklung zum Erzeugen eines magnetischen
Felds von 20–300
Gauss innerhalb der Hochfrequenz-Entladungskammer;
und eines Multi-Apertur-Gitters, eines Multi-Schlitz-Gitters, oder
eines entsprechenden Gitters, angeordnet zwischen der Hochfrequenz-Entladungskammer
und der Reaktionsprozesskammer.
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Ein Multi-Apertur-Gitter ist aus
einem Metall oder einem Isolator gebildet, in dem eine Anzahl von Aperturen
bzw. Öffnungen
gebildet ist, die einen Durchmesser von 0,1–3 mm haben, und ist gekühlt. Ein
Multi-Schlitz-Gitter ist aus einem Metall oder einem Isolator gebildet,
in dem eine Anzahl von Schlitzen gebildet ist, die eine Breite von
0,1–1
mm haben, und ist gekühlt.
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Vorzugsweise ist eine Kühlmaßnahme,
wie beispielsweise eine Wasserkühlmaßnahme,
für das Multi-Apertur-Gitter
oder das Multi-Schlitz-Gitter vorgesehen. Die Kühlmaßnahme kann eine bekannte Technik
einsetzen. Ein solches Gitter bewirkt, dass Ionen und Elektronen
in einem Plasma gegenseitig Ladungen auf der Oberfläche des
Gitters austauschen, um dadurch in die Reaktionsprozesskammer nur
aktivierte Spezies einzuführen,
die reaktiv sind und nicht geladen sind, d. h. die elektrisch neutral sind.
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Wie in dem Fall des ersten Aspekts
wird eine Spannung (gewöhnlich
eine negative Spannung), angelegt an jedes der Targets, unter Intervallen
von 1–200
kHz zu einer positiven Spannung, die zwischen +50 V und +200 V liegt,
invertiert, um dadurch zu neutralisieren, und zwar mit Elektronen
in dem Plasma, positiven Ladungen, die sich in einer Verbindung
ansammeln, die auf der Oberfläche
gebildet ist, insbesondere an einem nicht erodierten Bereich davon,
und zwar jedes der Targets.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer dünnen Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung geschaffen, bei dem eine dünne Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung, die eine erwünschte Dicke besitzt, auf einem
Substrat in einer Art und Weise ähnlich
zu derjenigen, die vorstehend beschrieben ist, gebildet wird, und
bei dem auf der dünnen
Schicht irgendein Brechungsindex innerhalb des Bereichs zwischen
dem optischen Brechungsindex, der einer Bestandteil-Metall-Verbindung
der dünnen Schicht
eigen ist, und einem optischen Brechungsindex, der einer anderen
Bestandteil-Metall-Verbindung der dünnen Schicht eigen ist, aufzubringen.
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Dabei ist der vorliegenden Aspekt
dadurch gekennzeichnet, dass auf der dünnen Schicht irgendein Brechungsindex
innerhalb des Bereichs zwischen dem optischen Brechungsindex, der
einer Bestandteil-Metall-Verbindung einer dünnen Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung
eigen ist, und einem optischen Brechungsindex, der einer anderen
Bestandteil-Metall-Verbindung der dünnen Schicht eigen ist, aufgebracht.
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Wie in dem Abschnitt des ersten Aspekts
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben
ist, werden Si, das als ein erstes Metall dient, und Ta, das als
ein zweites Metall dient, zum Beispiel, gesputtert, und der vorstehend
erwähnte
Schichtniederschlagsprozess wird wiederholt, um eine Komposit-Oxidschicht zu
bilden.
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Über
die Kontrolle der Größe einer
Energie, angelegt an das erste Metalltarget, und derjenigen einer
Energie, angelegt an das zweite Metalltarget, kann der Brechungsindex
einer dünnen
Schicht variiert werden. Zum Beispiel variiert, wie in 4 dargestellt ist, der Brechungsindex
einer dünnen
Schicht mit dem Verhältnis
zwischen der Energie, angelegt an Si, das als das erste Metall dient,
und der Energie, angelegt an Ta, das als das zweite Metall dient.
Dementsprechend kann, über
die fortlaufende Variation der Energie, angelegt an die zwei Targets,
entsprechend einer vorbestimmten Regel, eine refraktive Gradienten-Schicht gebildet
werden.
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In den Fällen, die vorstehend beschrieben sind,
sind die elektrisch neutralen, aktivierten Spezies eines reaktiven
Gases Radikale (Atome oder Moleküle,
die mindestens ein ungepaartes Elektron haben, oder Atome oder Moleküle in einem
angeregten Zustand). Auch ist das vorstehend erwähnte Sputtern ein Magnetron-Sputtern.
Weiterhin wird eine Spannung (gewöhnlich eine negative Spannung),
angelegt an jedes der Targets, unter Intervallen von 1–200 kHz
zu einer positiven Spannung, die zwischen +50 V und +200 V reicht,
invertiert, um dadurch zu neutralisieren, mit Elektronen in dem
Plasma, wobei sich positive Ladungen in einer Verbindung ansammeln, die
auf der Oberfläche
gebildet wird, insbesondere in einem nicht erodierten Bereich davon,
und zwar jedes der Targets.
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Eine Vorrichtung zum Bilden einer
dünnen Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung
wird geschaffen, die die Merkmale aufweist, die vorstehend beschrieben
sind, und eine Übertragungseinrichtung zum
sequenziellen und wiederholten Überführen eines
Substrats zwischen den Dünnfilm-Niederschlagsbereichen
zum Bilden einer dünnen Schicht über Sputtern,
wobei die Dünnfilm-Niederschlagsbereiche
den vorstehend erwähnten
Schichtniederschlags-Prozesskammern entsprechen, und einem Bereich,
der Radikale aussetzt, zum Aussetzen einer dünnen Schicht, den Radikalen
eines reaktiven Gases, abgegeben von einer Radikalen-Quelle, wobei der
Bereich für
ein Aussetzen gegenüber
Radikalen der vorstehend erwähnten
Reaktionsprozesskammer entspricht. Eine dünne Schicht aus einer Komposit-Metall-Verbindung
wird auf dem Substrat über
die sequenziell wiederholte Überführung des
Substrats zwischen den Dünnfilm-Niederschlagsbereichen
und dem Bereich zum Aussetzen gegenüber Radikalen gebildet. Auch
wird auf die dünne
Schicht irgendein Brechungsindex innerhalb des Bereichs zwischen dem
optischen Brechungsindex, der einer Bestandteil-Metall-Verbindung
einer dünnen
Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung eigen ist, und dem optischen
Brechungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
der dünnen
Schicht eigen ist, aufgebracht.
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Ein Substrat wird durch einen elektrisch
isolierten Substrathalter so gehalten, um das Auftreten irgendeiner
ungewöhnlichen
Entladung an dem Substrat zu verhindern. Wie in den Fällen, die
vorstehend beschrieben sind, sind die aktivierten Spezies eines reaktiven
Gases, verwendet in der Reaktionsprozesskammer, elektrisch neutrale
Radikale (Atome oder Moleküle,
die mindestens ein ungepaartes Elektron haben, oder Atome oder Moleküle in einem
angeregten Zustand); eine Magnetron-Sputtervorrichtung dient als
eine Schichtniederschlagsvorrichtung; und eine negative Spannung,
angelegt an jedes der Targets, wird unter Intervallen von 1–200 kHz
zu einer positiven Spannung invertiert, die von +50 V bis zu +200
V reicht, um dadurch, mit Elektronen in dem Plasma, positive Ladungen
zu neutralisieren, die sich in einer Verbindung ansammeln, die auf
der Oberfläche
gebildet werden soll, insbesondere in einem nicht erodierten Bereich
davon, und zwar jedes der Targets. Auch sind ein Mechanismus zum
Erzeugen der aktivierten Spezies, ein Gitter und eine Abschirmeinrichtung ähnlich zu
solchen der vorhergehenden Aspekte.
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Gemäß einer Weiterentwicklung der
vorliegenden Erfindung wird eine dünne Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung
auf einem Substrat in einer Art und Weise ähnlich zu derjenigen des ersten Aspekts
gebildet, und irgendwelche optischen Charakteristika werden auf
die dünne
Schicht über
die fortlaufende Variation des Brechungsindex der dünnen Schicht
in der Richtung der Dicke der dünnen Schicht
innerhalb des Bereichs zwischen dem optischen Brechungsindex, der
einer Bestandteil-Metall-Verbindung der dün nen Schicht eigen ist, und dem
optischen Brechungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
der dünnen
Schicht eigen ist, aufgebracht.
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Als nächstes werden, als Beispiele,
eine 3-schichtige Antireflexionsschicht, die eine Zwischen-Refraktiv-Index-Schicht
besitzt, und eine 2-schichtige Antireflexionsschicht, die eine refraktive Gradientenschicht
besitzt, beschrieben. Deren Schichtkonfigurationen sind, zum Beispiel,
wie folgt:
- (1) Substrat/M(λ/4)/2H(λ/2)/L(λ/4)/Luft; und
- (2) Substrat/G/L(λ/4)/Luft
(G: refraktive Gradientenschicht).
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In diesem Fall wird der Brechungsindex
der Zwischen-Refraktiv-Index-Schicht M durch
dargestellt,
wobei n
m der Brechungsindex der Zwischen-Refraktiv-Index-Schicht M ist,
n
m der Brechungsindex der Niedrig-Refraktiv-Index-Schicht
ist, und n
s der Brechungsindex des Substrats
ist. Die 2-schichtige Antireflexionsschicht ist basierend auf dem
herkömmlichen
2-schichtigen Antireflexions-Design, bezeichnet als w-Coat, aufgebaut;
genauer gesagt Substrat/2H(λ/2)/L(λ/4)/Luft.
7 stellt die berechneten
und gemessenen spektralen Kurven der 3-schichtigen und 2-schichtigen
Antireflexionsschichten dar. Wie anhand von
7 zu sehen ist, befinden sich die berechneten
Werte und die gemessenen Werte in einer guten Übereinstimmung. In dem Fall der
2-schichtigen Antireflexionsschicht wird die Schicht mit einem hohen
Brechungsindex des herkömmlichen
w-Coats durch eine
refraktive Gradientenschicht ersetzt, um dadurch den Bereich einer
Antireflexion zu erweitern.
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Wie vorstehend erwähnt ist,
können, über die kontinuierliche
Variation des Brechungsindex eines dünnen Films bzw. einer dünnen Schicht
in der Richtung der Dicke der dünnen
Schicht, irgendwelche optischen Charakteristika auf die dünne Schicht
aufgebracht werden.
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Gemäß den vorstehend beschriebenen
Aspekten werden zwei Sputtereinrichtungen zum Sputtern von zwei
Arten von Metallen verwendet. Allerdings können drei oder mehr Sputtereinrichtungen verwendet
werden. Eine solche Konfiguration ist durchführbar, da die Schichtniederschlags-Prozesskammern
und die Reaktionsprozesskammer gegeneinander durch die Abschirmeinrichtung
separiert sind und unabhängig
voneinander kontrolliert werden können.
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Demzufolge erzielt die vorliegenden
Erfindung die folgenden Vorteile: der Brechungsindex kann auf irgendeinen
Wert innerhalb des Bereichs zwischen den jeweiligen Brechungsindizes,
die für eine
Mehrzahl von Metallen, die gesputtert werden sollen, eigen sind,
kontrolliert werden; eine ultradünne
Schicht kann gebildet werden, während
die ultradünne
Schicht einer Oxidation, Nitrierung, Fluorierung, oder einer anderen,
entsprechenden Reaktion unterworfen wird; und eine dünne Schicht
einer metallischen Verbindung, die stabile, optische Charakteristika,
dynamische Charakteristika und entsprechende Charakteristika besitzt,
kann auf einem Substrat ohne Erhöhen
der Substrattemperatur unter einer hohen Niederschlagsrate gebildet
werden. Auch kann ein weiter Bereich einer Brechungsindexvariation über die
Verwendung eines einzelnen Steuersystems erreicht werden.
-
1 zeigt
eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zum Bilden einer
dünnen
Schicht darstellt;
-
2 zeigt
eine schematische Seitenansicht, gesehen entlang der Linie A-B-C
der
-
1;
-
3 zeigt
eine erläuternde
Ansicht, die den Prozess eines Bildens einer dünnen Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung
auf einem Substrat darstellt;
-
4 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Leistungsverlust
(power ratio) und dem Brechungsindex darstellt;
-
5 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen Extinktionskoeffizienten
und einem Brechungsindex darstellt;
-
6 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Heterogenität und einem
Brechungsindex für
eine Mehrzahl von dünnen Schichten
darstellt; und
-
7 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Reflexionsvermögen und
der Wellenlänge
zum Vergleich zwischen berechneten Werten und experimentellen Werten
darstellt.
-
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung
S zum Durchführen
des Verfahrens zum Bilden einer dünnen Schicht gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Vakuumkammer 11, Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40,
eine Reaktionsprozesskammer 60, Abschirmplatten 31, 51 und 75 (die
als eine Separationseinrichtung oder eine Abschirmeinrichtung dienen),
einen Substrathalter 13 und eine Antriebseinrichtung dafür (die als
eine Überführungseinrichtung
dient), und Einrichtungen zum Erzeugen von aktivierten Spezies.
-
Die Vakuumkammer 11 ist
aus einem geschlossenen, hohlen Behälter, der irgendeine Form besitzt,
gebildet. Der im Wesentlichen zylindrische Substrathalter 13 ist
an der Mitte der Vakuumkammer 11 in einer Art und Weise,
drehbar unter einer vorbestimmten Geschwindigkeit, angeordnet. Die
Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 und
die Reaktionsprozesskammer 60 sind um den Substrathalter 13 herum
und innerhalb der Vakuumkammer 11 angeordnet.
-
Die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 sind
mit den Abschirmplatten 31 und 51 jeweils, unabhängig voneinander,
umschlossen, und besitzen mindestens zwei Sputtereinrichtungen.
-
Die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 sind
entgegengesetzt zueinander in Bezug auf den Substrathalter 13 angeordnet.
Die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 sind durch
die Abschirmplatten 31 und 51 jeweils definiert.
-
Die Abschirmplatten 31, 51 und 75 definieren separate
Räume,
die als die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 und
die Reaktionsprozesskammer 60 jeweils dienen (die später beschrieben
werden), in einer Vakuumatmosphäre,
eingerichtet innerhalb der Vakuumkammer 11. Die so definierten
Räume sind
nicht vollständig
voneinander getrennt, sondern sind im Wesentlichen unabhängig voneinander
und dienen als die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 und
die Reaktionsprozesskammer 60, die unabhängig kontrollierbar
sind.
-
Dementsprechend sind die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 und
die Reaktionsprozesskammer 60 so konfiguriert, um zumindest so
zueinander beeinflussbar zu sein, dass optimale Bedingungen in jeder
der Kammern 20, 40 und 60 eingerichtet
werden können.
Vorzugsweise wird der Druck der Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 höher als
derjenige der Reaktionsprozesskammer 60 eingestellt.
-
Eine solche Druckeinstellung verhindert, dass
ein reaktives Gas (z. B. Sauerstoffgas) in der Reaktionsprozesskammer 60 von
den Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 aus
eintritt. Demzufolge kann dabei das Auftreten einer ungewöhnlichen
Entladung, die ansonsten aufgrund der Bildung einer metallischen
Verbindung auf den Oberflächen
der Targets 29 und 49 resultieren würde, verhindert
werden. Zum Beispiel beträgt
der Druck (der Grad eines Vakuums) der Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und
40 vorzugsweise
0,8–10 × 10–3 Torr,
und der Druck (der Grad eines Vakuums) der Reaktionsprozesskammer 60 beträgt vorzugsweise 0,8–8 × 10–3 Torr,
um dadurch den Zustand einzurichten, dass der Druck der Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 größer als
derjenige der Reaktionsprozesskammer 60 ist.
-
Die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 besitzen
Sputterelektroden 21 und 41 jeweils. Räume vor
den Sputterelektroden 21 und 41 dienen als Sputterschicht-Niederschlagsbereiche.
-
Die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 sind
mit den Sputtergaszylindern 27 und 47 über Massenfluss-Steuerrichtungen 25 und 45 jeweils
verbunden. Ein Sputtergas, wie beispielsweise Argon, wird von den
Zylindern 27 und 47 in die Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 jeweils
eingeführt,
um dadurch eine regulierte Sputteratmosphäre innerhalb der Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 einzurichten. Über das
Anlegen von Energie von den Sputterenergiequellen 23 und 43 wird
ein Sputtern durchgeführt. In
der vorliegenden Ausführungsform
wird ein niedrig brechendes Material als das Target 29 verwendet. Beispiele
eines solchen niedrig brechenden Materials umfassen Si. Auch wird
ein hoch brechendes Material als das Target 49 verwendet.
Beispiele eines solchen hoch brechenden Materials umfassen Ti, Zr, Ta
und Nb.
-
Die Reaktionsprozesskammer 60 umfasst
einen Generator 61 für
aktivierte Spezies, der als eine Quelle für Radikale dient, zum Erzeugen
der aktivierten Spezies eines reaktiven Gases, und ein Gitter 62. Das
Gitter 62 kann ein Multi-Apertur-Gitter oder ein Multi-Schlitz-Gitter
sein.
-
Der Generator 61 für aktivierte
Spezies kann ein induktiv gekoppelter Typ, ein kapazitiv gekoppelter
Typ oder ein induktiv, kapazitiv gekoppelter Typ sein, und besitzt
externe oder interne Elektroden.
-
Der Generator 61 für aktivierte
Spezies umfasst eine Hochfrequenz-(HF)-Entladungskammer 63, gebildet
aus einem Quarzrohr, und eine Hochfrequenz-(HF)-Wicklung, gewickelt auf der HF-Entladungskammer 63.
Eine Hochfrequenz-(HF)-Energiequelle 69 legt
Energie (eine Hochfrequenzenergie von 100 kHz bis 50 MHz) an die
HF-Spule 65 über eine
Anpassungs-Box 67 an. Gleichzeitig wird ein reaktives Gas,
wie beispielsweise Sauerstoffgas, von einem Zylinder 73 für reaktives
Gas in die HF-Entladungskammer 63 über eine
Massenfluss-Steuereinheit 71 eingeführt. Als Folge wird das Plasma
des reaktiven Gases erzeugt. Beispiele eines solchen reaktiven Gases
um fassen oxidierende Gase, wie beispielsweise Sauerstoff und Ozon,
nitrierende Gase, wie beispielsweise Stickstoff, karbonisierende
Gase, wie beispielsweise Methan, und fluorierende Gase, wie beispielsweise
CF4.
-
Um ein hoch dichtes Plasma zu erhalten, wird
ein magnetisches Feld von 20–300
Gauss innerhalb des Quarzrohrs über
die Verwendung der externen Spule 80 oder der internen
Spule 81 erzeugt. Das Gitter 62, angeordnet an
dem Verbindungsbereich zwischen dem Quarzrohr und der Vakuumkammer 11,
ist so angepasst, um nur aktivierte Spezies in die Reaktionsprozesskammer 60 hinein
freizugeben.
-
Das Multi-Apertur-Gitter, das als
das Gitter 62 dient, ist aus einem Metall oder einem Isolator
gebildet, in dem eine Anzahl von Öffnungen gebildet ist, die
einen Durchmesser von 0,1–3
mm besitzen, und ist gekühlt.
Das Multi-Schlitz-Gitter, das als das Gitter 62 dient,
ist aus einem Metall oder einem Isolator gebildet, in dem eine Anzahl
von Schlitzen gebildet ist, die eine Breite von 0,1–1 mm besitzen,
und ist gekühlt.
-
Über
die Verwendung des Gitters 62 werden selektiv in die Reaktionsprozesskammer 60 die
aktivierten Spezies eines reaktiven Gases eingeführt, d.h. Radikale, Radikale
in einem angeregten Zustand, Atome in einem angeregten Zustand,
und Moleküle
in einem angeregten Zustand, während
geladene Teilchen, wie beispielsweise Elektronen und Ionen, nicht
durch das Gitter 62 hindurchführen können, und demzufolge nicht
in die Reaktionsprozesskammer 60 eintreten können. Dementsprechend wird,
in der Reaktionsprozesskammer 60, eine metallische, ultradünne Schicht
nicht den vorstehend erwähnten,
geladenen Teilchen ausgesetzt, sondern wird nur elektrisch neutralen,
aktivierten Spezies eines Reaktionsgases ausgesetzt, und reagiert
mit den aktivierten Spezies, um dadurch von einer metallischen,
dünnen
Schicht aus Si und Ta, oder dergleichen, zu einer dünnen Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung (SiO2 und
Ta2O2) umgewandelt
zu werden.
-
Die Überführungseinrichtung der vorstehenden
Ausführungsform
ist so angepasst, um sequenziell und wiederholt ein Substrat zwischen
Dünnschicht-Niederschlagsbereichen
zum Bilden einer dünnen
Schicht über
Sputtern zu überführen, wobei die
Dünnfilm-Niederschlagsbereiche
den Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 entsprechen,
und einem Bereich zum Aussetzen gegenüber Radikalen zum Aussetzen
einer dünnen
Schicht Radikalen eines reaktiven Gases, emittiert von einer Radikalen-Quelle,
zu überführen, wobei
der Bereich zum Aussetzen gegenüber
Radikalen der Reaktionsprozesskammer 60 entspricht.
-
Die Überführungseinrichtung der vorliegenden
Ausführungsform
wird nun genauer beschrieben. Wie in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist der im Wesentlichen zylindrische Substrathalter 13,
der als die Überführungseinrichtung
dient, an der Mitte der Vakuumkammer 11 in einer Art und
Weise drehbar unter einer vorbestimmten Geschwindigkeit angeordnet. Der
Substrathalter 13 ist drehbar durch nicht dargestellte
Lagerbereiche in der Vakuumkammer 11 gehalten. Die Lagerbereiche
können
innerhalb oder außerhalb
der Vakuumkammer 11 gebildet sein. Der Substrathalter 13 ist
mit der Abtriebswelle eines Drehantriebs 17 (Motor) verbunden
und wird durch die sich drehende Abtriebswelle gedreht.
-
Der Drehantrieb 17 ist so
konfiguriert, dass die Drehgeschwindigkeit davon kontrolliert werden kann.
Ein Substrat (nicht dargestellt) ist an dem Substrathalter 13 befestigt
und wird sequenziell und wiederholt zwischen den Dünnschicht-Niederschlagsbereichen
zum Bilden einer dünnen
Schicht über
Sputtern in den Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 und
dem Bereich zum Aussetzen gegenüber
Radikalen zum Aussetzen einer dünnen
Schicht den Radikalen eines reaktiven Gases, emittiert von der Radikale-Quelle
in der Reaktionsprozesskammer 60, überführt.
-
BEISPIELE
-
Sputterbedingungen und Bedingungen
zum Erzeugen der aktivierten Spezies eines reaktiven Gases sind
wie folgt:
- (1) Sputterbedingungen (Si)
Angelegte
Energie: 0–2,9
kW
Substrattemperatur: Raumtemperatur
Argonfluss: 300
sccm
Drehgeschwindigkeit des Substrathalters: 100 U/min
Dicke
der ultradünnen
Schicht: 2–6 Ångström
- (2) Sputterbedingungen (Ta)
Angelegte Energie: 0–1,5 kW
Substrattemperatur:
Raumtemperatur
Argonfluss: 200 sccm
Drehgeschwindigkeit
des Substrathalters: 100 U/min
Dicke der ultradünnen Schicht:
1–4 Ångström
- (3) Bedingungen zum Erzeugen von Radikalen eines reaktiven Gases
(O2)
Angelegte Energie: 2,0 kW
Sauerstofffluss:
60 sccm
-
Um die vorliegende Erfindung zu beschreiben,
wird als nächstes,
anhand eines Beispiels, der Fall beschrieben, bei dem eine dünne Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung
aus SiO2 und Ta2O2 unter den vorstehend angegebenen Sputterbedingungen
und den Bedingungen zum Erzeugen der aktivierten Spezies eines reaktiven
Gases niedergeschlagen wird.
-
Silizium (Si) wird in den Schritten
gesputtert: Fixieren von Silizium, das als das Target 29 dient,
an Ort und Stelle; Einführen
von Argon-Gas in die Schichtniederschlags-Prozesskammer 20 von dem Sputtergaszylinder 27 aus;
und Anlegen von Energie an das Target 29 von der Sputterenergiequelle 23. Tantal
(Ta) wird in den Schritten gesputtert: Fixieren von Tantal, das
als das Target 29 dient, an Ort und Stelle; Einführen von
Argon-Gas in die
Schichtniederschlags-Prozesskammer 40 von dem Sputtergaszylinder 47 aus;
und Anlegen von Energie an das Target 29 von der Sputterenergiequelle 43.
-
Ein Brechungsindex, der erhalten
werden soll, hängt
von dem Verhältnis
zwischen der Energie, angelegt an das Magnetron-Sputtertarget, und
der Energie, angelegt an das andere Magnetron-Sputtertarget in 3, ab. Sauerstoffgas wird
in den Generator 61 für
aktivierte Spezies von dem Reaktivgaszylinder 73 eingeführt und
der Generator 61 für
aktivierte Spezies wird aktiviert, um dadurch die aktivierten Spezies
eines Sauerstoffgases (Sauerstoffatome) zu erzeugen.
-
Wenn der Substrathalter 13,
der ein Substrat trägt,
mit dem Drehantrieb 17 (Motor) gedreht wird, wird eine
ultradünne
Si-Schicht auf dem Substrat niedergeschlagen, wenn das Substrat
vor der Sputterelektrode 21 (der Niederschlagsbereich zum
Sputtern der dünnen
Schicht) in der Schichtniederschlags-Prozesskammer 20 angeordnet
ist. Als nächstes
wird eine ultradünne
Ta-Schicht auf dem Substrat niedergeschlagen, wenn das Substrat
vor der Sputterelektrode 41 (der Niederschlagsbereich zum
Sputtern der dünnen
Schicht) in der Schichtniederschlags-Prozesskammer 40 angeordnet
ist. Die so gebildete dünne
Schicht des Komposit-Metalls wird durch die aktivierten Spezies
des Sauerstoffgases oxidiert, wenn das Substrat vor dem Gitter 62 (der
Bereich zum Aussetzen gegenüber
Radikalen) in der Reaktionsprozesskammer 60 angeordnet
ist. Als Folge wird die dünne Schicht
des Komposit-Metalls zu einer dünnen
Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung aus SiO2 und
Ta2O2 umgewandelt.
-
Der Substrathalter 13, der
das Substrat trägt, wird
gedreht, um so den Niederschlag einer ultradünnen Schicht aus Si und Ta
und die Umwandlung der ultradünnen
Schicht aus Si und Ta zu einer dünnen Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung von SiO2 und
Ta2O2 zu wiederholen,
bis eine dünne
Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung aus SiO2 und
Ta2O2, der eine
erwünschte
Dicke besitzt, erhalten ist.
-
Räume
vor den Sputterelektroden 21 und 41 werden durch
die Abschirmplatten 31 und 51 jeweils umschlossen,
und ein Raum vor dem Gitter 62 wird durch die Abschirmplatten 75 umschlossen.
Ein Sputtergas wird in die entsprechenden, umschlossenen Räume von
den Sputtergaszylindern 27 und 47 eingeführt, und
eine Reaktionsgas wird in den entsprechenden, umschlossenen Raum
von dem Reaktionsgaszylinder 73 aus eingeführt. Die
so eingeführten
Gase werden in ein Evakuierungssystem durch eine Vakuumpumpe 15 evakuiert.
Dementsprechend tritt das Sputtergas nicht in den Raum, umschlossen durch
die Abschirmplatten 75, ein, oder das reaktive Gas tritt
nicht in die Räume,
umschlossen durch die Abschirmplatten 31 und 51,
ein.
-
Auch können eine Entladung, zugeordnet
einem Magnetron-Sputtern, und eine Entladung, zugeordnet der Erzeugung
der aktivierten Spezies eines Reaktionsgases, unabhängig voneinander
kontrolliert werden, um dadurch keinen Effekt aufeinander zu haben,
und können
demzufolge stabil durchgeführt
werden, um dadurch das Auftreten eines unerwarteten Vorfalls zu
vermeiden und eine hohe Zuverlässigkeit
zu erzielen. Weiterhin ist das Substrat, da der Generator für aktivierte
Spezies so konfiguriert ist, um nicht ein Substrat einem Plasma
auszusetzen, frei von verschiedenen Beschädigungen, die ansonsten aufgrund
von aufgeladenen Teilchen auftreten würden. Auch kann die Substrattemperatur
auf 100°C
oder niedriger kontrolliert werden, um dadurch einen unvorteilhaften
Temperaturanstieg zu vermeiden. In dem Fall eines Kunststoffsubstrats
wird, da die Substrattemperatur nicht 100°C übersteigt, ein Glasübergangspunkt
nicht während
eines Sputterns überschritten.
Demzufolge erleidet das Kunststoffsubstrat nicht irgendeine Deformation
oder eine ähnliche
Beschädigung.
-
Die vorstehend erwähnten Phänomene werden
nun unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 beschrieben. Die 4 bis 7 stellen die Beziehung zwischen Energie- und optischen Charakteristika
dar, wie beispielsweise Brechungsindex, Extinktionskoeffi zent und
Heterogenität
von TaxSiyOz. Optische Konstanten werden basierend auf
Daten, die sich auf die spektralen Charakteristika einer Einzel-Polaritäts-Schicht
beziehen, berechnet. Wie in 4 dargestellt
ist, variieren die Brechungsindizes von TaxSiyOz mit dem Verhältnis der
Energie, angelegt an eine Führung,
zu der Energie, angelegt an die andere Führung. Wie anhand der 4 zu sehen ist, verringert
sich, wenn sich das Verhältnis
der angelegten Energie zwischen der Si-Kathode und der Ta-Kathode
erhöht,
der Brechungsindex.
-
Da die Dampfniederschlagsrate auf
40 nm/min fixiert ist, gilt die dargestellte Beziehung zwischen
dem Brechungsindex und der angelegten Energie. Als Folge werden
der minimale und der maximale Brechungsindex bei einer Wellenlänge von
550 nm bei 1,463 und 2,182 jeweils vorgefunden. Wenn sich das Verhältnis der
angelegten Energie erhöht, erhöht sich
der Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 550 nm von 1,463 auf
2,182. Auch kann der Brechungsindex von 2,182 auf 1,463 verringert
werden.
-
5 stellt
die Beziehung zwischen dem Extinktionskoeftizienten und dem Brechungsindex
dar, und 6 stellt die
Beziehung zwischen einer Heterogenität und dem Brechungsindex für eine Vielzahl von
dünnen
Schichten dar. Wie in 5 dargestellt ist,
sind die Extinktionskoeffizienten von dünnen Schichten, die einen Brechungsindex
von 1,463 bis 2,00 bei einer Wellenlänge von 550 nm haben, kleiner
als 5 × 10–4.
Die Extinktionskoeftizienten von dünnen Schichten, die einen Brechungsindex
von 2,00 bis 2,182 haben, sind kleiner als 1 × 10–3.
Wie anhand von 6 zu
sehen ist, zeigen die dünnen
Schichten eine sehr geringe Heterogenität. Dünne Schichten, die einen Brechungsindex
nicht höher
als 2,00 haben, sind negativ heterogen. Dünne Schichten, die einen Brechungsindex
höher als
2,00 haben, sind positiv heterogen.
-
Basierend auf den vorstehenden Erkenntnissen
wurden eine 3-schichtige Antireflexionsschicht, die eine Zwischen-Refraktiv-Index-Schicht
besitzt, und eine 2-schichtigen Antireflexionsschicht, die eine refraktive
Gradientenschicht besitzt, ausgelegt und hergestellt. Die hergestellten
Schicht-Konfigurationen waren wie folgt:
- (1)
Substrat/M(λ/4)/2H(λ/2)/L(λ/4)/Luft;
und
- (2) Substrat /G/L(λ/4)/Luft
(G: refraktive Gradientenschicht).
-
der Brechungsindex der Zwischen-Refraktiv-Index-Schicht
M ist durch
dargestellt,
wobei n
m der Brechungsindex der Zwischen-Refraktiv-Index-Schicht
M ist, n
1 der Brechungsindex der Niedrig-Refraktiv-Index-Schicht
ist, und n
s der Brechungsindex des Substrats
ist. Die 2-schichtige Antireflexionsschicht wurde basierend auf
dem herkömmlichen
2-schichtigen Antireflexions-Design, bezeichnet als w-Coat, ausgelegt;
genauer gesagt Substrat/2H(λ/2)
/L(λ/4)/Luft.
7 stellt die berechneten
und gemessenen, spektralen Kurven der 3-schichtigen- und 2-schichtigen
Antireflexionsschichten dar. Wie anhand der
7 zu sehen ist, befinden sich die berechneten
Werte und die gemessenen Werte in einer guten Übereinstimmung. In dem Fall
der 2-schichtigen Antireflexionsschicht wurde die Schicht mit hohem
Brechungsindex des herkömmlichen
w-Coats durch eine refraktive Gradientenschicht ersetzt, um dadurch
den Bereich einer Antireflexion zu erweitern.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst
die folgenden Ausführungsformen:
- – eine
Vorrichtung zum Bilden einer dünnen Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung,
wobei das Multi-Apertur-Gitter aus einem Metall oder einem Isolator
gebildet ist, bei dem eine Anzahl von Aperturen bzw. Öffnungen
gebildet ist, die einen Durchmesser von 0,1–3 mm besitzen, und gekühlt wird.
- – eine
Vorrichtung zum Bilden einer dünnen Schicht
einer Komposit-Metall-Verbindung,
wobei das Multi-Schlitz-Gitter aus einem Metall oder einem Isolator
gebildet ist, bei dem eine Anzahl von Schlitzen gebildet wird, die
eine Breite von 0,1–1 mm
besitzen und gekühlt
wird.
- – ein
Verfahren zum Bilden einer dünnen
Schicht einer Komposit-Metall-Verbindung, aufweisend die Schritte:
Sputtern von mindestens zwei unabhängigen, unterschiedlichen Metallen,
um so auf einem Substrat eine ultradünne Schicht eines Komposit-Metalls
oder eines nicht vollständig
reagierten Komposit-Metalls zu bilden; und Bestrahlen der ultradünnen Schicht
mit elektrisch neutralen, aktivierten Spezies eines reaktiven Gases, um
so das Komposit-Metall oder das nicht vollständig reagierte Komposit-Metall
in eine Komposit-Metall-Verbindung über die Reaktion der ultradünnen Schicht
mit den aktivierten Spezies des reaktiven Gases umzuwandeln, wobei
der Schritt eines Bildens der ultradünnen Schicht und der Schritt
eines Umwandelns zu der Komposit-Metall-Verbindung sequenziell wiederholt
werden, um so auf dem Substrat eine dünne Schicht der Komposit-Metall-Verbindung zu bilden,
die eine erwünschte
Dicke besitzt, und wobei dabei auf die dünne Schicht irgendein Brechungsindex
innerhalb des Bereichs zwischen dem optischen Brechungsindex, der
einer Bestandteil-Metall-Verbindung der dünnen Schicht eigen ist, und dem
optischen Brechungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
der dünnen
Schicht eigen ist, über
die kontinuierliche Variation des Brechungsindex der dünnen Schicht
in der Richtung der Dicke der dünnen
Schicht, aufgebracht wird.
