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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden
eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung. Genauer gesagt bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Bilden eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung auf einem Substrat durch
Sputtern in einer stabilen Art und Weise und unter einer hohen Niederschlagsrate.
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Die
EP-A-0 497 499 beschreibt ein System und ein Verfahren zum Bilden
von schützenden,
relativ dicken Dünnfilmbeschichtungen
mit optischer Qualität.
Die verwendete Vorrichtung umfasst ein Drehzylinder-Sputtersystem,
das getrennte Niederschlagsvorrichtungen und mindestens eine chemische
Reaktionsvorrichtung zum gleichzeitigen Niederschlagen von Materialien,
die Zug- und Druckoxide bilden, einsetzt, wonach die niedergeschlagenen Materialien
oxidiert werden. Die chemische Reaktionsvorrichtung ist eine lineare
Magnetron-Ionenquelle-Oxidierer-Vorrichtung. Das Ziel dieses Verfahrens ist
es, die Filmspannung in der Dünnfilmbeschichtung
zu kontrollieren. Die Spannungskontrolle wird durch Kontrollieren
von Energie zu den Metall-Targets jeweils erreicht.
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Die
EP-0 428 358 beschreibt das Einstellen eines Brechungsindex durch
eine Leistungssteuerung des Targets. Dieses Dokument ist allerdings auch
auf Reaktionsprozesskammern gerichtet, die eine Ionenquelle haben.
Weiterhin werden HF-Techniken, die in den vorliegenden Unterlagen
für den
Reaktionsprozess verwendet werden, dahingehend diskutiert, dass
sie weniger bevorzugt sind.
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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, zufrieden
stellende Funktionsweisen, wie sie durch die Produkte erforderlich
sind, sehr schwierig zu erhalten. Das bedeutet, dass sich ein Auslegen von
optischen Dünnfilmen 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
Ma terialien, 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.
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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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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bilden
eines Dünnfilms
bzw. einer dünnen
Schicht einer zusammengesetzten Metallverbindung zu schaffen, das
zum Kontrollieren des Brechungsindex eines Dünnfilms so, wie dies erwünscht ist,
geeignet ist, wobei ein Ultra-Dünnfilm gebildet
wird, während
der Ultra-Dünnfilm einer
Oxidation, einer Nitrierung, einer Fluorierung, oder einer entsprechenden
Reaktion unterworfen wird, und Bilden, auf einem Substrat, eines
Dünnfilms
einer Metallverbindung, der stabile, optische Charakteristika, dynamische
Charakteristika, und ähnliche
Charakteristika, ohne die Substrattemperatur zu erhöhen, und unter
einer hohen Niederschlagsrate besitzt, ebenso wie eine Vorrichtung
zum Ausführen
des Verfahrens zu schaffen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist diejenige, ein Verfahren
zum Bilden einer dünnen
Schicht bzw. eines Dünnfilms
aus einer zusammengesetzten Metallverbindung 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 nach Anspruch 1 gelöst.
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Hier
wird der Ausdruck "ultradünne Schicht" bzw. "Ultra-Dünnfilm" dazu verwendet,
einen abschließenden
Dünnfilm
von einer Mehrzahl von Ultra-Dünnfilmen
zu unterscheiden, die niedergeschlagen werden, um dann den abschließenden Dünnfilm zu
werden, und gibt an, dass jeder der Ultra-Dünnfilme im Wesentlichen dünner als
der abschließende Dünnfilm 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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Die
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden als nächstes im Detail beschrieben.
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Erster Aspekt:
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Bilden eines Dünnfilms
aus einer zusammengesetzten Metallverbindung geschaffen, bei dem
zuerst unabhängige Targets,
gebildet aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallen, gesputtert
werden, um so auf einem Substrat einen Ultra-Dünnfilm 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 der so gebildete Ultra-Dünnfilm
(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 zusammengesetzten Metallverbindung (z.B.
ein Komposit aus SiO2 und Ta2O2) über
eine Reaktion der Ultra-Dünnfilme
mit den aktivierten Formen des reaktiven Gases umzuwandeln. Die
vorstehend angegebenen Schritte eines Bildens von Ultra-Dünnfilmen und
einer Umwandlung der Ultra-Dünnfilme
in eine zusammengesetzten Metallverbindung werden sequenziell wiederholt,
um so auf einem Substrat einen Dünnfilm
aus einer zusammengesetzten Metallverbindung zu bilden, die eine
erwünschte
Dicke besitzt.
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In
einem Schritt eines Niederschlagens einer reaktiven Schicht, bei
der eine zusammengesetzten Metallverbindung 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
gebildet 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,
wie beispielsweise Brechungsindex, Absorption, Heterogenität, usw.,
für TaxSiyOz-Schichten,
dar. In den 4 bis 6 werden
optische Konstanten basierend auf Daten berechnet, die sich auf
die spektralen Charakteristika einer Einzel-Polaritäts-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 eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung, 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, irgendein Brechungsindex innerhalb des Bereichs zwischen
dem Brechungsindex der der einen Metall-Verbindung eigen ist, und
dem Brechungsindex, der der anderen Metall-Verbindung eigen ist
(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 den Dünnfilm 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 eines Dünnfilms
aus einer zusammengesetzten Metallverbindung 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
(Ultra-Dünnfilm)
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 (Ultra-Dünnfilm)
auf dem Substrat zu bilden. Wie in 3 dargestellt
ist, werden das erste und das zweite Metall homogen auf dem Substrat
niedergeschlagen, um einen Ultra-Dünnfilm zu bilden. Das bedeutet,
dass ein Ultra-Dünnfilm
eines Komposit-Metalls oder eines nicht vollständig reagierten Komposit-Metalls
auf dem Substrat gebildet wird.
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Der
so gebildete Ultra-Dünnfilm
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 zusammengesetzten Metallverbindung über die Reaktion des Ultra-Dünnfilms mit
den aktivierten Formen des reaktiven Gases umzuwandeln. Genauer
gesagt wird der Ultra-Dünnfilm in
der Position einer radikalen Quelle oxidiert. Der Schritt eines
Bildens des Ultra-Dünnfilms
und der Schritt eines Um wandelns der zusammengesetzten Metallverbindung
werden sequenziell wiederholt, um so auf dem Substrat einen Dünnfilm aus
der zusammengesetzten Metallverbindung zu bilden, der 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 eines Ultra-Dünnfilms
und der Schritt eines Umwandelns zu einer zusammengesetzten Metallverbindung
sequenziell wiederholt werden, um auf dem Substrat einen Dünnfilm der
zusammengesetzten Metallverbindung zu bilden, der eine erwünschte Dicke
besitzt.
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Zweiter Aspekt:
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Bilden einer dünnen
Schicht bzw. eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung 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 einen Ultra-Dünnfilm eines
Komposit-Metalls oder eines nicht vollständig reagierten Komposit-Metalls
zu bilden.
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In
der Reaktionsprozesskammer wird der Ultra-Dünnfilm (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 zusammengesetzten Metallverbindung (z.B.
SiO2 und Ta2O2) über
die Reaktion des Ultra-Dünnfilms
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 Reaktions prozesskammer 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 einen Dünnfilm einer zusammengesetzten
Metallverbindung, der eine erwünschte
Dicke besitzt, zu bilden.
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Wie
in dem Fall des ersten Aspekts werden die aktivierten Arten 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).
Auch in dem vorliegenden Aspekt kann eine Magnetron-Sputtervorrichtung
als eine Niederschlagsvorrichtung für einen Dünnfilm dienen.
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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 mit Elektronen in dem Plasma positive Ladungen
zu neutralisieren, die sich in einer Verbindung ansammeln, die auf
der Oberfläche,
insbesondere an einem nicht erodierten Bereich davon, jedes der
Targets gebildet ist.
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Dritter Aspekt:
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Bilden eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung geschaffen, bei dem ein
Dünnfilm
einer zusammengesetzten Metallverbindung, der eine erwünschte Dicke
besitzt, auf einem Substrat in einer Art und Weise ähnlich zu
derjenigen des ersten Aspekts gebildet wird, und bei dem auf dem
Dünnfilm
irgendein Brechungsindex innerhalb des Bereichs zwischen dem optischen
Brechungsindex, der einer Bestandteil-Metall-Verbindung der Dünnfilme
eigen ist, und einem optischen Brechungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
der Dünnfilme
eigen ist, aufgebracht wird.
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Dabei
ist der vorliegende Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass auf den
Dünnfilm
irgendein Brechungsindex innerhalb des Bereichs zwischen dem optischen
Brechungsindex, der einer Bestandteil-Metall-Verbindung eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung eigen ist, und einem optischen
Brechungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
des Dünnfilms
eigen ist, aufgebracht wird.
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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 Metall-Target, und derjenigen einer
Energie, angelegt an das zweite Metall-Target, kann der Brechungs index
eines Dünnfilms
variiert werden. Zum Beispiel variiert, wie in 4 dargestellt
ist, der Brechungsindex eines Dünnfilms
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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Wie
in den Fällen
der vorhergehenden Aspekte 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 kann das vorstehend erwähnte Sputtern
ein Magnetronsputtern sein. 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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Vierter Aspekt:
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Bilden eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung geschaffen, die die Merkmale
des zweiten Aspekts und eine Übertragungseinrichtung
zum sequenziellen und wiederholten Überführen eines Substrats zwischen
den Dünnfilm-Niederschlagsbereichen
zum Bilden eines Dünnfilms über Sputtern,
wobei die Dünnfilm-Niederschlagsbereiche
den vorstehend erwähnten
Schichtniederschlags-Prozesskammern entsprechen, und einem Bereich,
der Radikale aussetzt, zum Aussetzen eines Dünnfilms den Radikalen eines
reaktiven Gases, abgegeben von einer Radikalen-Quelle, wobei der
Bereich für
ein Aussetzen gegenüber
Radikalen der vorstehend erwähnten Reaktionsprozesskammer
entspricht, aufweist. Ein Dünnfilm
aus einer zusammengesetzten Metallverbindung 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 dem Dünnfilm
irgendein Brechungsindex innerhalb des Bereichs zwischen dem optischen Brechungsindex,
der einer Bestandteil-Metall-Verbindung eines Dünnfilms einer zusammengesetzten Metallverbindung
eigen ist, und dem optischen Bre chungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
des Dünnfilms
eigen ist, aufgebracht.
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Gemäß dem vorliegenden
Aspekt wird ein Substrat durch einen elektrisch isolierten Substrathalter
so gehalten, um das Auftreten einer ungewöhnlichen Entladung an dem Substrat
zu verhindern. Wie in dem Fall der vorhergehenden Aspekte werden
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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Fünfter Aspekt:
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnfilm einer zusammengesetzten
Metallverbindung auf einem Substrat in einer Art und Weise ähnlich zu
dem ersten Aspekt gebildet, und irgendwelche optischen Charakteristika
werden auf den Dünnfilm über die
fortlaufende Variation des Brechungsindex der Dünnfilme in der Richtung der Dicke
der Dünnfilme
innerhalb des Bereichs zwischen dem optischen Brechungsindex, der
einer Bestandteil-Metall-Verbindung der Dünnfilme eigen ist, und dem
optischen Brechungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
der Dünnfilme
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
1 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. eines Dünnfilms
in der Richtung der Dicke der Dünnfilme,
irgendwelche optischen Charakteristika auf den Dünnfilm 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; ein Ultra-Dünnfilm
kann gebildet werden, während
der Ultra-Dünnfilm einer
Oxidation, Nitrierung, Fluorierung, oder einer anderen, entsprechenden
Reaktion unterworfen wird; und ein Dünnfilm 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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zum Bilden eines
Dünnfilms
darstellt;
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2 zeigt
eine schematische Seitenansicht, gesehen entlang der Linie A-B-C
der 1;
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3 zeigt
eine erläuternde
Ansicht, die den Prozess eines Bildens eines Dünnfilms einer zusammengesetzten
Metallverbindung auf einem Substrat darstellt;
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4 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Leistungsverlust
(power ratio) und dem Brechungsindex darstellt;
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5 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen Extinktionskoeffizienten
und einem Brechungsindex darstellt;
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6 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Heterogenität und einem
Brechungsindex für
eine Mehrzahl von Dünnfilmen
darstellt; und
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7 zeigt
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem Reflexionsvermögen und
der Wellenlänge
zum Vergleich zwischen berechneten Werten und experimentellen Werten
darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Vorrichtung S zum Bilden eines Dünnfilms
gemäß einer
Ausführungsform
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.
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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.
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Die
Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 sind
mit den Abschirmplatten 31 und 51 jeweils, unabhängig voneinander,
umschlossen, und besitzen mindestens zwei Sputtereinrichtungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 besitzen
jeweils Sputterelektroden 21 und 41. Räume vor
den Sputterelektroden 21 und 41 dienen als Sputterschicht-Niederschlagsbereiche.
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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
umfassen 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.
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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, ein metallischer Ultra-Dünnfilm 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 einem metallischen Dünnfilm aus
Si und Ta, oder dergleichen, zu einem Dünnfilm einer zusammengesetzten
Metallverbindung (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 eines Dünnfilms über Sputtern,
wobei die Dünnfilm-Niederschlagsbereiche
den Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 entsprechen,
und einem Bereich zum Aussetzen gegenüber Radikalen, um einen Dünnfilm Radikalen
eines reaktiven Gases, emittiert von einer Radikalen-Quelle, auszusetzen,
zu überführen, wobei
der Bereich zum Aussetzen gegenüber Radikalen
der Reaktionsprozesskammer 60 entspricht.
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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.
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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 einen Dünnfilm über Sputtern
in den Schichtniederschlags-Prozesskammern 20 und 40 und
dem Bereich zum Aussetzen gegenüber
Radikalen zum Aussetzen einen Dünnfilm
den Radikalen eines reaktiven Gases, emittiert von der Radikale-Quelle
in der Reaktionsprozesskammer 60, überführt.
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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
des Ultra-Dünnfilms:
2–6 Ångström
- (2) Sputterbedingungen (Ta)
Angelegte Energie: 0–1,5 kW
Substrattemperatur:
Raumtemperatur
Argonfluss: 200 sccm
Drehgeschwindigkeit
des Substrathalters: 100 U/min
Dicke des Ultra-Dünnfilms:
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 ein Dünnfilm einer
zusammengesetzten Metallverbindung 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.
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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 Dünnfilme) 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 Dünnfilme)
in der Schichtniederschlags-Prozesskammer 40 angeordnet
ist. Der so gebildete Dünnfilm 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 der Dünnfilm
des Komposit-Metalls
zu einem Dünnfilm
einer zusammengesetzten Metallverbindung aus SiO2 und
Ta2O2 umgewandelt.
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Der
Substrathalter 13, der das Substrat trägt, wird gedreht, um so den
Niederschlag eines Ultra-Dünnfilms
aus Si und Ta und die Umwandlung des Ultra-Dünnfilms aus Si und Ta zu einem
Dünnfilm
einer zusammengesetzten Metallverbindung von SiO2 und
Ta2O2 zu wiederholen,
bis ein Dünnfilm
einer zusammengesetzten Metallverbindung aus SiO2 und Ta2O2, der eine erwünschte Dicke
besitzt, erhalten ist.
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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
ein Reaktionsgas wird in den entsprechenden, umschlossenen Raum
von dem Reaktionsgaszylinder 73 aus eingeführt.
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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 Magnetronsputtern, 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.
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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, Extinktionskoeffizient
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.
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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.
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5 stellt
die Beziehung zwischen dem Extinktionskoeffizienten und dem Brechungsindex
dar, und 6 stellt die Beziehung zwischen
einer Heterogenität
und dem Brechungsindex für
eine Vielzahl von Dünnfilmen
dar. Wie in 5 dargestellt ist, sind die
Extinktionskoefhzienten von Dünnfilmen,
die einen Brechungsindex von 1,463 bis 2,00 bei einer Wellenlänge von
550 nm haben, kleiner als 5 × 10–4. Die
Extinktionskoeffizienten von Dünnfilmen,
die einen Brechungsindex von 2,00 bis 2,182 haben, sind kleiner
als 1 × 10–3.
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Wie
anhand von 6 zu sehen ist, zeigen die Dünnfilme
eine sehr geringe Heterogenität.
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Dünnfilme,
die einen Brechungsindex nicht höher
als 2,00 haben, sind negativ heterogen.
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Dünnfilme,
die einen Brechungsindex höher als
2,00 haben, sind positiv heterogen.
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Basierend
auf den vorstehenden Erkenntnissen wurden eine 3-schichtige Antireflexionsschicht, die
eine Zwischen-Refraktiv-Index-Schicht besitzt, und eine 2-schichtige
Antireflexionsschicht, die eine refraktive Gradientenschicht besitzt,
ausgelegt und hergestellt.
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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).
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst die folgenden Ausführungsformen:
- – eine
Vorrichtung zum Bilden eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallver bindung, 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 eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbindung, 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 eines Dünnfilms
einer zusammengesetzten Metallverbin dung, aufweisend die Schritte:
Sputtern von mindestens zwei unabhängigen, unterschiedlichen Metallen,
um so auf einem Substrat einen Ultra-Dünnfilm eines Komposit-Metalls
oder eines nicht vollständig
reagierten Komposit-Metalls zu bilden; und Bestrahlen des Ultra-Dünnfilms
mit elektrisch neutralen, aktivierten Spezies eines reaktiven Gases,
um so das Komposit-Metall oder das nicht vollständig reagierte Komposit-Metall
in eine zusammengesetzten Metallverbindung über die Reaktion des Ultra-Dünnfilms
mit den aktivierten Spezies des reaktiven Gases umzuwandeln, wobei
der Schritt eines Bildens des Ultra-Dünnfilms
und der Schritt eines Umwandelns zu der zusammengesetzten Metallverbindung
sequenziell wiederholt werden, um so auf dem Substrat einen Dünnfilm der
zusammengesetzten Metallverbindung zu bilden, der eine erwünschte Dicke
besitzt, und wobei dabei auf dem Dünnfilm irgendein Brechungsindex innerhalb
des Bereichs zwischen dem optischen Brechungsindex, der einer Bestandteil-Metall-Verbindung
des Dünnfilms
eigen ist, und dem optischen Brechungsindex, der einer anderen Bestandteil-Metall-Verbindung
des Dünnfilms
eigen ist, über
die kontinuierliche Variation des Brechungsindex des Dünnfilms
in der Richtung der Dicke des Dünnfilms,
aufgebracht wird.