-
Die
Erfindung beruht auf der in
Japan
eingereichten Patentanmeldung Nr. 10-90224 , deren Inhalt hiermit
durch Bezugnahme eingebracht wird.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Abscheiden eines Films auf einem Gegenstand oder einer Sache,
wobei der Gegenstand Plasma von einem Abscheidungsmaterialgas ausgesetzt
wird, während
er mit Ionenstrahlen bestrahlt wird.
-
In
einem Plasma-CVD-Verfahren wird einem Abscheidungsmaterialgas eine
elektrische Energie zugeführt,
um aus dem Gas Plasma zu erzeugen, und es wird ein Film auf einem
Zielgegenstand (das heißt,
einem Gegenstand, auf welchem ein Film abgeschieden werden soll)
in dem Plasma abgeschieden. Bei diesem Verfahren wurde der Versuch
unternommen, zusätzlich
zu der Filmabscheidung mit dem Plasma Bestrahlung mit Ionenstrahlen
durchzuführen.
-
Zum
Beispiel hat die
japanische offengelegte Patentveröffentlichung
Nr. 9-208389 ein Verfahren zum Abscheiden eines Films offenbart,
in welchem ein Zielgegenstand aus einem Abscheidungsmaterialgas
erzeugtem Plasma ausgesetzt wird und die Oberfläche des Gegenstandes mit Ionenstrahlen
bestrahlt wird.
-
Zum
Herstellen der Ionenstrahlen wurde ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
verwendet, welches aus zwei Elektroden gebildet wird. Alternativ
kann das aus drei Elektroden gebildete Elektrodensystem verwendet
werden. Gemäß dem aus
drei Elektroden gebildeten Elektrodensystem können die Ionenstrahlen genauer überwacht
werden als bei dem aus zwei Elektroden gebildeten Elektrodensystem
(in dem Fall, wo die äußere Elektrode
auf einem Erdungspotential liegt). Ferner kann das erstere mehr
Ionenstrahlen herstellen und es kann verglichen mit dem letzteren
einen Ionenstrahl-Divergenzwinkel genauer steuern.
-
2 zeigt
als ein Beispiel eine Ionenquelle mit einem aus drei Elektroden
gebildeten Strahlherstellungs-Elektrodensystem nach dem Stand der Technik.
Die Ionenquelle in 2 hat einen zylindrischen Plasmabehälter 2,
welcher aus einer eine zylindrische Seitenwand bildenden Radiofrequenz-(RF)-Elektrode 21 und
einer eine obere Wand bildenden RF-Elektrode 22 gebildet
wird. Die RF-Elektroden 21 und 22 sind elektrisch
voneinander isoliert, und zwischen die Elektroden 21 und 22 ist
mit einer Anpassungseinheit 3 eine RF-Energiequelle geschaltet.
Eine Quelle für
positive Energie P1, welche an die Elektroden 21 und 22 eine
positive Spannung legen kann, ist ebenfalls dazu geschaltet. Eine Gaseinspeisungseinheit 1 für ein Ionenmaterialgas ist
mit dem Plasmabehälter 2 verbunden.
Die Gaseinspeisungseinheit 1 beinhalten einen Massenflussregler,
ein Ventil und eine Gasquelle, die in den Abbildungen nicht gezeigt
werden. In einer Struktur zum Beispiel, welche die Ionenquelle beinhaltet,
die kontinuierlich der Filmabscheidungsvorrichtung zugeordnet ist,
kann das in die Vorrichtung eingeführte und in die Ionenquelle
diffundierende Gas als das Ionenmaterialgas verwendet werden. In
diesem Fall kann die Gaseinspeisungseinheit 1 beseitigt
werden.
-
Ein
aus drei Elektroden gebildetes Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
E1 ist in einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen 23 des
Plasmabehälters 2 angeordnet.
Das Elektrodensystem E1 wird aus ersten, zweiten und dritten Elektroden
E11, E12 und E13 gebildet, welche in dieser Reihenfolge von der
Seite des Behälters 2 zu
der Außenseite
angeordnet sind. Jede der Elektroden ist porös oder ist mit Schlitzen versehen.
Die erste Elektrode E11 ist elektrisch kontinuierlich zu dem Plasmabehälter 2,
welcher seinerseits mit der positiven Energiequelle P1 verbunden
ist. Die zweite Elektrode E12 ist mit einer negativen Energiequelle
P2 verbunden, um eine negative Spannung daran zu legen. Die dritte
Elektrode E13 trägt
ein Erdungspotential. Diese Elektroden E11, E12 und E13 sind elektrisch
voneinander isoliert. Ein Magnet 100a, welcher ein magnetisches Feld
bereitstellt, ist außerhalb
des Plasmabehälters 2 angeordnet,
um das Plasma stabil zu halten.
-
Positive
Ionenstrahlen werden von der Ionenquelle zum Beispiel in der folgenden
Weise hergestellt. Eine Entlüftungsvorrichtung,
welche für
die mit der Ionenquelle versehene Filmabscheidungsvorrichtung verwendet
wird, wird betrieben, um den Druck in dem Plasmabehälter 2 auf
einen vorbestimmten Wert zu verringern. Dann speist die Materialgas-Einspeisungseinheit 1 das
Materialgas des Ionenstrahls in den Behälter 2 ein, und die
RF-Energiequelle 4 legt über die Anpassungseinheit 3 eine
Radiofrequenz-Energie zwischen den Elektroden 21 und 22 an,
so dass das Plasma aus dem eingespeisten Gas (in der Position innerhalb
des Plasmabehälters 2,
die in der Abbildung mit „8" angedeutet ist) hergestellt
wird. Die Elektroden 21 und 22 werden von der
positiven Energiequelle P1 ebenfalls mit der positiven Spannung
versorgt und tragen auf diese Weise das positive Potential, so dass
die erste Elektrode E11 das gleiche (das heißt, positive) Potential wie
der Plasmabehälter 2 trägt. Die
von der negativen Energiequelle P2 mit der negativen Spannung versorgte
Elektrode E12 trägt
das negative Potential. Dadurch erzeugt die Potentialdifferenz zwischen
den ersten und zweiten Elektroden E11 und E12 aus dem in dem Plasmabehälter 2 erzeugten
Plasma 8 die positiven Ionenstrahlen. Die dritte Elektrode
E13 fixiert die Energie der Ionenstrahlen in Bezug auf das Erdungspotential.
Einer der Gründe,
weshalb die zweite Elektrode E12 auf dem negativen Potential gehalten
wird, ist Rückfluss
von Elektronen in den Behälter 2,
das heißt
die Ionenquelle, zum Beispiel aus dem zu der Ionenquelle kontinuierlichen
Raum innerhalb der Kammer und von der Kammerwand, zu verhindern.
Das Fließen
von Elektronen in das Plasma 8 in dem Behälter 2 entspricht
dem Herausfließen
von Ionen aus dem Plasma 8. Daher verhindert Fließen von Elektronen
in die Ionenquelle die genaue Überwachung
der Menge der hergestellten Ionenstrahlen.
-
Wenn
jedoch in der Ionenquelle mit dem in 2 gezeigten,
aus drei Elektroden gebildeten Strahlherstellungs-Elektrodensystem
die erste Elektrode ein hohes Potential trägt, ist die zweite Elektrode
von der ersten Elektrode durch einen langen Abstand getrennt, um
Isolierungs-Durchschlag zu verhindern. Wenn in diesem Fall das Potential
auf der ersten Elektrode über
einen breiten Bereich variabel ist, muss die Energiequelle zum Anlegen
der Spannung an die zweite Elektrode einen sehr breiten variablen
Bereich haben, um die im Wesentlichen konstante Intensität des elektrischen
Feldes zwischen den ersten und zweiten Elektroden aufrecht zu halten.
Die erhöht
die Größe und die
Kosten der Energiequelle.
-
Um
das Vorstehende zu vermeiden, kann die Vorrichtung eine Ionenquelle
mit einem Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem verwenden, welches aus
vier Elektroden gebildet wird, zum Beispiel wie in 3 gezeigt.
Diese Ionenquelle verwendet ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
E2 anstelle des in der in 2 gezeigten
Ionenquelle verwendeten Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystems
E1. Das Strahlherstellungs-Elektrodensystem E2 wird aus den ersten,
zweiten, dritten und vierten Elektroden E21, E22, E23 und E24 gebildet,
die in dieser Reihenfolge von der Seite am nächsten zu dem Plasmabehälter zu
der Außenseite
hin angeordnet sind. Die erste Elektrode E21 ist elektrisch kontinuierlich mit
dem mit der positiven Energiequelle P1 verbundenen Plasmabehälter 2.
Die zweite Elektrode E22 ist mit der positiven Energiequelle P1
und einer Energiequelle P3 in Reihe geschaltet, welche eine negative
Spannung anlegen kann, so dass die negative Energiequelle P3 eine
konstante Potentialdifferenz zwischen den Elektroden E21 und E22
sogar aufrecht erhalten kann, wenn die Ausgangsspannung der positiven
Energiequelle P1 variabel ist. Die dritte Elektrode E23 ist mit
einer negativen Energiequelle P4 zum Anlegen einer negativen Spannung
verbunden. Die vierte Elektrode E24 trägt das Erdungspotential. Die
Elektroden E21, E22, E23 und E24 sind elektrisch voneinander isoliert.
Strukturen anders als die vorstehende sind ähnlich denen der in 2 gezeigten
Vorrichtung, und die im Wesentlichen gleichen Teile und Elemente
tragen die gleichen Bezugszahlen.
-
Um
die Ionenstrahlen aus der in 3 gezeigten
Ionenquelle herzustellen, wird das Plasma 8 aus dem Ionenmaterialgas
in einer Weise ähnlich derjenigen
der in 2 gezeigten Vorrichtung erzeugt, und die Ionenstrahlen
werden durch die Potentialdifferenz zwischen den ersten und zweiten Elektroden
E21 und E22 aus dem Plasma erzeugt und werden durch die Potentialdifferenz
zwischen den zweiten und dritten Elektroden E22 und E23 beschleunigt.
Die vierte Elektrode E24 fixiert die Energie der Ionenstrahlen in
Bezug auf das Erdungspotential.
-
Der
Zweck davon, die dritte Elektrode E23 auf dem negativen Potential
zu halten ist, Rückfluss der
Elektronen in die Ionenquelle von der mit den von der Ionenquelle
emittierten Ionenstrahlen bestrahlten Stelle aus zu verhindern.
In dieser Vorrichtung muss die Energiequelle P3 nur eine verhältnismäßig kleine Spannung
anlegen, weil die negative Energiequelle P3 die konstante Potentialdifferenz
zwischen der ersten und zweiten Elektrode E21 und E22 hält. Zum Beispiel
legt die positive Energiequelle P1 eine Spannung von 10 kV an die
erste Elektrode E21, und die negative Energiequelle P3 legt eine
Spannung von –500
V an die zweite Elektrode E22, so dass die Potentialdifferenz von
500 V zwischen den ersten und zweiten Elektroden E22 und E21 gehalten
wird und die positive Spannung von 9,5 kV an die zweite Elektrode
E22 gelegt wird. Wie vorstehend beschrieben, kann die Intensität des elektrischen
Feldes zum Herstellen der Ionenstrahlen konstant gehalten werden, ohne
die Größe der Energiequelle
P3 zu erhöhen.
-
Jedoch
leiden die konventionellen Ionenquellen mit dem Elektrodensystem,
welches aus drei oder vier Elektroden gebildet wird, unter den folgenden
Problemen, wenn die Bestrahlung mit Ionenstrahlen gleichzeitig mit
der Abscheidung des Films durch das Plasma auf dem Zielgegenstand
durchgeführt
wird, welcher in die Filmabscheidungsvorrichtung verbracht ist.
-
Bei
der vorstehenden Ionenquelle mit dem Elektrodensystem, welches aus
drei oder vier Elektroden gebildet wird und in der Position gegenüber dem
von dem Hochdichte-Plasma zur Filmabscheidung eingenommenen Bereich
angeordnet ist, kann abnormale Entladung zwischen den Elektroden
in dem Strahlherstellungs-Elektrodensystem
auftreten. Ferner kann die Funktion aussetzender Kurzschluss auftreten.
Als Grund hierfür
kann das Folgende angenommen werden. Aus dem Plasma zur Filmabscheidung
abgeleitete positive Ionen, welche sich in das Strahlherstellungs-Elektrodensystem
bewegt haben, befinden sich zwischen der das positive Potential
tragenden ersten Elektrode und der das negative Potential tragenden
zweiten Elektrode in dem Drei-Elektroden-System, und befinden sich
zwischen der normaler Weise das positive Potential tragenden zweiten Elektrode
und der das negative Potential tragenden dritten Elektrode in dem
Vier-Elektroden-System.
Insbesondere sind nahe der zweiten Elektrode in dem Drei-Elektroden-System viele positive
Ionen vorhanden, und befinden sich nahe der dritten Elektrode in dem
Vier-Elektroden-System. Daher ist es wegen solcher positiven Raumladungen schwierig,
die positiven Ionenstrahlen aus der Ionenquelle herzustellen, und
die den Raum zwischen den Elektroden füllenden positiven Ladungen
verursachen die abnormalen Entladungen und anderes.
-
Um
das Vorstehende zu vermeiden, kann die Ionenquelle an einer Stelle
angeordnet werden, die entfernt von dem Bereich ist, wo das Hochdichte-Plasma
zur Filmabscheidung hergestellt wird, das heißt an einer Stelle, die entfernt
von dem Bereich in der Nähe
der mit der Energie zur Plasma-Anregung versorgten Elektrode liegt.
Jedoch nehmen in diesem Fall die Ionenstrahlen in der Menge ab,
die an dem Zielgegenstand anlangen können, und die Vorrichtung nimmt
an Größe zu. Es
kann auch eine solche Struktur verwendet werden, dass der Bereich,
wo das Hochdichte-Plasma
zur Filmabscheidung hergestellt wird, und deshalb die mit der elektrischen
Energie zur Plasma-Anregung versorgte Elektrode wie auch der Bereich
in der Näher
derselben, gegen das Strahl-herstellende Elektrodensystem der Ionenquelle
abgeschirmt sind, um direkten Kontakt zwischen dem Strahiherstellungs-Elektrodensystem
und dem Hochdichte-Plasma zur Filmabscheidung zu vermeiden. Dies
hat jedoch Komplizierung der Vorrichtungsstruktur und Zunahme der
Größe der Vorrichtung
zur Folge.
-
Demgemäß ist es
ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Filmabscheidungsverfahren
zum Abscheiden eines Filmes bereitzustellen, und insbesondere ein
Verfahren, welches sowohl Filmabscheidung mit Plasma wie auch Bestrahlung
mit Ionenstrahlen durchführt
und die Ionenstrahl-Bestrahlung ohne Schwierigkeit durchführen kann,
während
Probleme wie das Auftreten abnormaler Entladung in dem Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
unterdrückt
werden.
-
Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, eine mit einer Ionenquelle versehene
Filmabscheidungsvorrichtung bereitzustellen, und insbesondere eine
Filmabscheidungsvorrichtung, die genau arbeiten kann, ohne Probleme
wie abnormale Entladung in dem Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
in der Ionenquelle zu verursachen, und die eine einfache und kleine
Struktur haben kann.
-
Die
Erfindung stellt die folgende Vorrichtung und ein Verfahren zur
Filmabscheidung bereit, die zu einem ersten Typ gehören.
-
Vorrichtung und Verfahren zur Filmabscheidung
des ersten Typs.
-
(1-1) Filmabscheidungsverfahren
-
Ein
Verfahren zum Abscheiden eines Films auf einem Zielgegenstand durch
Aussetzen des Zielgegenstandes einem Filmabscheidungsplasma, erhalten
durch Zufuhr von elektrischer Energie zur Plasma-Anregung in ein
Filmabscheidungsmaterialgas, während
der Zielgegenstand mit Ionenstrahlen bestrahlt wird, wobei eine
Ionenquelle für
die Bestrahlung mit den Ionenstrahlen verwendet wird, die Ionenquelle
die Ionenstrahlen aus Plasma herstellt, das aus einem Ionenmaterialgas
in einem Plasmabehälter
durch Anlegen einer Spannung an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
hergestellt wird, das aus vier Elektroden gebildet wird, die in
einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
sind, und während
der Herstellung der Ionenstrahlen Potentiale an den Plasmabehälter und
die vier Elektroden gelegt werden, welche das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
bilden, so dass der Plasmabehälter
und die erste Elektrode unter den vier Elektroden, die sich an einer
inneren Position am nächsten
zu dem Plasmabehälter befindet,
ein positives Potential tragen, die zweite Elektrode unmittelbar
außerhalb
der ersten Elektrode ein negatives Potential trägt, die dritte Elektrode unmittelbar
außerhalb
der zweiten Elektrode ein positives Potential trägt und die vierte Elektrode
in der äußeren Position,
am weitesten entfernt von dem Plasmabehälter, ein Erdungspotential
trägt.
-
(1-2) Filmabscheidungsvorrichtung
-
Eine
Filmabscheidungsvorrichtung zum Abscheiden eines Films auf einem
Zielgegenstand, umfassend:
eine Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer;
eine
Materialgas-Einspeisungsvorrichtung zum Einspeisen eines Filmabscheidungsmaterialgases
in die Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer;
eine Versorgungsvorrichtung
für elektrische
Energie zur Plasma-Anregung zum Einbringen von elektrischer Energie
in das Filmabscheidungsmaterialgas in die Kammer zum Erzeugen von
Filmabscheidungsplasma aus dem Materialgas;
eine Trägervorrichtung
zum Tragen des Zielgegenstandes in der Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer;
eine
Ionenquelle zum Bestrahlen des von der Trägervorrichtung getragenen Zielgegenstandes
mit Ionenstrahlen;
wobei die Ionenquelle einen Plasmabehälter beinhaltet
und die Funktion hat, die Ionenstrahlen aus in dem Plasmabehälter aus
einem Ionenmaterialgas erzeugtem Plasma herzustellen, indem eine
Spannung an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem gelegt wird,
das aus ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden gebildet
wird und in einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
ist;
wobei der Plasmabehälter
mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven
Potentials auf den Behälter
verbunden ist;
wobei die erste Elektrode am nächsten zu
dem Plasmabehälter
mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven
Potentials auf die erste Elektrode verbunden ist;
wobei die
zweite Elektrode unmittelbar außerhalb
der ersten Elektrode mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen
eines negativen Potentials auf die zweite Elektrode verbunden ist;
wobei
die dritte Elektrode unmittelbar außerhalb der zweiten Elektrode
mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven
Potentials auf die zweite Elektrode verbunden ist; und
die
vierte Elektrode, befindlich in der äußeren Position, am weitesten
entfernt von dem Plasmabehälter, elektrisch
geerdet ist.
-
Die
Erfindung stellt auch die folgende Vorrichtung und ein Verfahren
zur Filmabscheidung bereit, die zu dem zweiten Typ gehören.
-
Vorrichtung und Verfahren zur Filmabscheidung
des zweiten Typs.
-
(2-1) Filmabscheidungsverfahren
-
Ein
Verfahren zum Abscheiden eines Films auf einem Zielgegenstand durch
Aussetzen des Zielgegenstandes einem Filmabscheidungsplasma, erhalten
durch Zufuhr von elektrischen Energie zur Plasma-Anregung in ein
Filmabscheidungsmaterialgas, während
der Zielgegenstand mit Ionenstrahlen bestrahlt wird, wobei eine
Ionenquelle für
die Bestrahlung mit den Ionenstrahlen verwendet wird, die Ionenquelle
die Ionenstrahlen aus Plasma herstellt, das aus einem Ionenmaterialgas
in einem Plasmabehälter
durch Anlegen einer Spannung an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
hergestellt wird, das aus vier Elektroden gebildet wird, die in
einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
sind, und während
der Herstellung der Ionenstrahlen Potentiale an den Plasmabehälter und
die vier Elektroden angelegt werden, welche das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem bilden,
so dass der Plasmabehälter
und die erste Elektrode unter den vier Elektroden, die sich an einer inneren
Position am nächsten
zu dem Plasmabehälter
befindet, ein positives Potential tragen, die zweite Elektrode unmittelbar
außerhalb
der ersten Elektrode ein niedrigeres Potential als das Filmabscheidungsplasma
trägt,
die dritte Elektrode unmittelbar außerhalb der zweiten Elektrode
ein höheres
Potential als das Filmabscheidungsplasma trägt und die vierte Elektrode
in der äußeren Position,
am weitesten entfernt von dem Plasmabehälter, ein Erdungspotential trägt.
-
(2-2) Filmabscheidungsvorrichtung
-
Eine
Filmabscheidungsvorrichtung zum Abscheiden eines Films auf einem
Zielgegenstand, umfassend:
eine Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer;
eine
Materialgas-Einspeisungsvorrichtung zum Einspeisen eines Filmabscheidungsmaterialgases
in die Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer;
eine Versorgungsvorrichtung
für elektrische
Energie zur Plasma-Anregung zum Einbringen von elektrischer Energie
in das Filmabscheidungsmaterialgas in die Kammer zum Erzeugen von
Filmabscheidungsplasma aus dem Materialgas;
eine Trägervorrichtung
zum Tragen des Zielgegenstandes in der Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer;
eine
Ionenquelle zum Bestrahlen des von der Trägervorrichtung getragenen Zielgegenstandes
mit Ionenstrahlen;
wobei die Ionenquelle einen Plasmabehälter beinhaltet
und die Funktion hat, die Ionenstrahlen aus in dem Plasmabehälter aus
einem Ionenmaterialgas erzeugtem Plasma herzustellen, indem eine
Spannung an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem gelegt wird,
das aus ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden gebildet
wird und in einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
ist;
wobei der Plasmabehälter
mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven
Potentials auf den Behälter
verbunden ist;
wobei die erste Elektrode am nächsten zu
dem Plasmabehälter
mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven
Potentials auf die erste Elektrode verbunden ist;
wobei die
zweite Elektrode unmittelbar außerhalb
der ersten Elektrode mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen
eines niedrigeren Potentials als das des Filmabscheidungsplasmas
auf die zweite Elektrode verbunden ist;
wobei die dritte Elektrode
unmittelbar außerhalb
der zweiten Elektrode mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen
eines höheren
Potentials als das des Filmabscheidungsplasmas auf die dritte Elektrode
verbunden ist; und
die vierte Elektrode, befindlich in der äußeren Position,
am weitesten entfernt von dem Plasmabehälter, elektrisch geerdet ist.
-
Die
vorstehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn
diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erwogen wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1(A) und 1(B) zeigen
beispielhaft schematische Strukturen von Filmabscheidungsvorrichtungen
gemäß der Erfindung;
-
2 zeigt
beispielhaft eine schematische Struktur einer Ionenquelle mit einem
aus drei Elektroden gebildeten Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
im Stand der Technik; und
-
3 zeigt
beispielhaft eine schematische Struktur einer Ionenquelle mit einem
aus vier Elektroden gebildeten Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
im Stand der Technik.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung können
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filmabscheidung wie folgt
sein.
-
In
dem Filmabscheidungsverfahren der Ausführungsform der Erfindung wird
ein Film auf einem Zielgegenstand durch Aussetzen des Zielgegenstandes
einem Filmabscheidungsplasma, erhalten durch Zufuhr von elektrischer
Energie zur Plasma-Anregung in ein Filmabscheidungsmaterialgas,
abgeschieden, während
der Zielgegenstand mit Ionenstrahlen bestrahlt wird.
-
Für die Bestrahlung
mit den Ionenstrahlen wird eine Ionenquelle verwendet. Die Ionenquelle stellt
die Ionenstrahlen aus Plasma her, das aus einem Ionenmaterialgas
in einem Plasmabehälter durch
Anlegen einer Spannung an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
hergestellt wird, das aus vier Elektroden gebildet wird, die in
einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
sind.
-
Während der
Herstellung der Ionenstrahlen werden Potentiale an den Plasmabehälter und
die vier Elektroden gelegt, welche das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
bilden, so dass der Plasmabehälter
und die erste Elektrode unter den vier Elektroden, die sich an einer
inneren Position am nächsten
zu dem Plasmabehälter
befindet, ein positives Potential tragen, die zweite Elektrode unmittelbar
außerhalb
der ersten Elektrode ein negatives Potential trägt, die dritte Elektrode unmittelbar
außerhalb
der zweiten Elektrode ein positives Potential trägt und die vierte Elektrode
in der äußeren Position, am
weitesten entfernt von dem Plasmabehälter, ein Erdungspotential
trägt.
-
In
der Filmabscheidungsvorrichtung der Ausführungsform der Erfindung wird
ein Film auf einem Zielgegenstand in einer solchen Weise abgeschieden,
dass eine Materialgas-Einspeisungsvorrichtung ein Filmabscheidungsmaterialgas
in eine Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer einspeist, eine
Versorgungsvorrichtung für
elektrische Energie zur Plasma-Anregung eine elektrische Energie
zum Erzeugen von Filmabscheidungsplasma aus dem Materialgas liefert,
und der durch eine Trägervorrichtung
getragene Zielgegenstand dem Filmabscheidungsplasma ausgesetzt wird,
während
er mit Ionenstrahlen bestrahlt wird, die aus einer Ionenquelle emittiert
werden.
-
Die
Ionenquelle bewirkt, die Ionenstrahlen aus in einem Plasmabehälter aus
einem Ionenmaterialgas erzeugtem Plasma herzustellen, indem eine Spannung
an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem gelegt wird, das
aus ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden gebildet wird
und in einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
ist.
-
Der
Plasmabehälter
ist mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven Potentials
auf den Behälter
verbunden, die erste Elektrode am nächsten zu dem Plasmabehälter ist mit
einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven Potentials
auf die erste Elektrode verbunden, die zweite Elektrode unmittelbar
außerhalb der
ersten Elektrode ist mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen
eines negativen Potentials auf die zweite Elektrode verbunden, die
dritte Elektrode unmittelbar außerhalb
der zweiten Elektrode ist mit einer Energiequellenvorrichtung zum
Aufbringen eines positiven Potentials auf die dritte Elektrode verbunden
und auf die vierte Elektrode, befindlich in der äußeren Position, am weitesten
entfernt von dem Plasmabehälter,
wird ein Erdungspotential aufgebracht.
-
Um
die Bestrahlung mit den von der Ionenquelle emittierten Ionenstrahlen
in dem vorstehenden Verfahren und der Vorrichtung für die Filmabscheidung
durchzuführen,
werden positive Ionenstrahlen aus dem Plasma hergestellt, welches
in dem Plasmabehälter
der Ionenquelle, beruhend auf der Potentialdifferenz zwischen der
das positive Potential tragenden ersten Elektrode und der das negative
Potential tragenden zweiten Elektrode, hergestellt ist. Die vierte
Elektrode fixiert die Energie der Ionenstrahlen in Bezug auf das
Erdungspotential. Das positive Potential auf der dritten Elektrode
wird nicht zu einem solchen Ausmaß erhöht, das den Durchgang der hergestellten
positiven Ionenstrahlen behindert.
-
In
dem Fall, wo das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem in der
Ionenquelle in Kontakt mit dem Hochdichte-Plasma zur Filmabscheidung
angeordnet ist, durchläuft
das Filmabscheidungsplasma, das heißt das Plasma zur Filmabscheidung,
die äußerste,
das Erdungspotential tragende vierte Elektrode, und die das positive
Potential tragende innere dritte Elektrode unterdrückt das
Fließen
von positiven Ionen in dem Plasma in die Ionenquelle. Die zweite,
das negative Potential tragende Elektrode unterdrückt das
Fließen
von Elektronen in dem Plasma, welches die dritte Elektrode durchlaufen
hat, in die Ionenquelle. Sogar wenn das Filmabscheidungsplasma in
einen Raum zwischen der vierten und der dritten Elektrode fließt, treten
zwischen der vierten und der dritten Elektrode abnormale Entladung
und Kurzschluss nicht auf, weil die dritte Elektrode auf einem verhältnismäßig niedrigen
positiven Potential liegt. Selbst wenn sie aufträten, wäre das Ausmaß davon
vernachlässigbar
gering. Auf Grund des Vorstehenden kann normaler Betrieb durchgeführt werden.
Da Fließen
der positiven Ionen und Elektronen aus dem Plasma in die Ionenquelle
unterdrückt
wird, kann die Menge der von der Ionenquelle hergestellten Ionenstrahlen
genau überwacht
werden.
-
Auf
Grund des Vorstehenden kann die Filmabscheidungsvorrichtung eine
solche Struktur haben, dass das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
der Ionenquelle dem Gebiet gegenüber
liegt, wo das Filmabscheidungsplasma hergestellt wird. Diese Anordnung
kann die Größe der Vorrichtung verringern
und kann Kompliziertheit der Struktur verhindern.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung können
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Filmabscheidung wie folgt
sein.
-
In
dem Filmabscheidungsverfahren einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird
ein Film auf einem Zielgegenstand durch Aussetzen des Zielgegenstandes
einem Filmabscheidungsplasma, erhalten durch Zufuhr von elektrischer
Energie zur Plasma-Anregung in ein Filmabscheidungsmaterialgas,
abgeschieden, während
der Zielgegenstand mit Ionenstrahlen bestrahlt wird.
-
Für die Bestrahlung
mit den Ionenstrahlen wird eine Ionenquelle verwendet. Die Ionenquelle stellt
die Ionenstrahlen aus Plasma her, das aus einem Ionenmaterialgas
in einem Plasmabehälter durch
Anlegen einer Spannung an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
hergestellt wird, das aus vier Elektroden gebildet wird, die in
einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
sind.
-
Während der
Herstellung der Ionenstrahlen werden Potentiale an den Plasmabehälter und
die vier Elektroden gelegt, welche das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
bilden, so dass der Plasmabehälter
und die erste Elektrode unter den vier Elektroden, die sich an einer
inneren Position am nächsten
zu dem Plasmabehälter
befindet, ein positives Potential tragen, die zweite Elektrode unmittelbar
außerhalb
der ersten Elektrode ein niedrigeres Potential als das Filmabscheidungsplasma
trägt,
die dritte Elektrode unmittelbar außerhalb der zweiten Elektrode
ein höheres
Potential als das Filmabscheidungsplasma trägt und die vierte Elektrode
in der äußeren Position,
am weitesten entfernt von dem Plasmabehälter, ein Erdungspotential
trägt.
-
In
der Filmabscheidungsvorrichtung einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird ein Film auf einem Zielgegenstand in einer solchen
Weise abgeschieden, dass eine Materialgas-Einspeisungsvorrichtung
ein Filmabscheidungsmaterialgas in eine Filmabscheidungs-Plasmaherstellungskammer
einspeist, eine Versorgungsvorrichtung für elektrische Energie zur Plasma-Anregung
eine elektrische Energie zum Erzeugen von Filmabscheidungsplasma
aus dem Materialgas liefert, und der durch eine Trägervorrichtung
getragene Zielgegenstand dem Filmabscheidungsplasma ausgesetzt wird,
während
er mit Ionenstrahlen bestrahlt wird, die aus einer Ionenquelle emittiert
werden.
-
Die
Ionenquelle bewirkt, die Ionenstrahlen aus in einem Plasmabehälter aus
einem Ionenmaterialgas erzeugtem Plasma herzustellen, indem eine Spannung
an ein Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem gelegt wird, das
aus ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden gebildet wird
und in einem Ionenstrahlherstellungs-Stutzen des Plasmabehälters angeordnet
ist.
-
Der
Plasmabehälter
ist mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven Potentials
auf den Behälter
verbunden, die erste Elektrode am nächsten zu dem Plasmabehälter ist mit
einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen eines positiven Potentials
auf die erste Elektrode verbunden, die zweite Elektrode unmittelbar
außerhalb der
ersten Elektrode ist mit einer Energiequellenvorrichtung zum Aufbringen
eines niedrigeren Potentials als das des Filmabscheidungsplasmas
auf die zweite Elektrode verbunden, die dritte Elektrode unmittelbar außerhalb
der zweiten Elektrode ist mit einer Energiequellenvorrichtung zum
Aufbringen eines höheren Potentials
als das des Filmabscheidungsplasmas auf die dritte Elektrode verbunden
und auf die vierte Elektrode, befindlich in der äußeren Position, am weitesten
entfernt von dem Plasmabehälter,
wird ein Erdungspotential aufgebracht.
-
Um
die Bestrahlung mit den von der Ionenquelle emittierten Ionenstrahlen
in dem vorstehenden Verfahren und der Vorrichtung für die Filmabscheidung
durchzuführen,
werden positive Ionenstrahlen aus dem Plasma hergestellt, welches
in dem Plasmabehälter
der Ionenquelle, beruhend auf der Potentialdifferenz zwischen der
das positive Potential tragenden ersten Elektrode und der das Potential
niedriger als das des Filmabscheidungsplasmas tragenden zweiten
Elektrode hergestellt ist. An die erste Elektrode wird ein höheres Potential
als das der zweiten Elektrode gelegt. Die vierte Elektrode fixiert
die Energie der Ionenstrahlen in Bezug auf das Erdungspotential.
Das Potential auf der dritten Elektrode kann zum Beispiel höchstens
ein wenig höher
als das des Filmabscheidungsplasmas sein. Das Potential auf der
dritten Elektrode wird zu einem solchen Ausmaß eingestellt, dass die dritte
Elektrode den Durchgang der hergestellten positiven Ionenstrahlen
nicht behindert.
-
In
dem Fall, wo das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem in der
Ionenquelle in Kontakt mit dem Hochdichte-Plasma zur Filmabscheidung
angeordnet ist, durchläuft
das Filmabscheidungsplasma die äußerste,
das Erdungspotential tragende vierte Elektrode, und die das Potential
höher als
das des Filmabscheidungsplasmas tragende innere dritte Elektrode
unterdrückt
das Fließen
von positiven Ionen in dem Plasma in die Ionenquelle. Die zweite,
das Potential niedriger als das des Filmabscheidungsplasmas tragende
Elektrode unterdrückt das
Fließen
von Elektronen in dem Plasma, welches die dritte Elektrode durchlaufen
hat, in die Ionenquelle. Sogar wenn das Filmabscheidungsplasma in
einen Raum zwischen der vierten und der dritten Elektrode fließt, können Probleme
wie abnormale Entladung und Kurzschluss zwischen der vierten und
der dritten Elektrode unterdrückt
werden, weil das Potential auf der dritten Elektrode höchstens
ein wenig höher
als das des Filmabscheidungsplasmas sein kann. Daher kann normaler
Betrieb durchgeführt werden.
Da Fließen
der positiven Ionen und Elektronen aus dem Plasma in die Ionenquelle
unterdrückt wird,
kann die Menge der von der Ionenquelle hergestellten Ionenstrahlen
genau überwacht
werden.
-
Auf
Grund des Vorstehenden kann die Filmabscheidungsvorrichtung eine
solche Struktur haben, dass das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
der Ionenquelle dem Gebiet gegenüber
liegt, wo das Plasma aus dem Filmabscheidungsmaterialgas erzeugt
wird. Diese Anordnung kann die Größe der Vorrichtung verringern
und kann Kompliziertheit der Struktur verhindern.
-
In
jedem der vorstehenden Filmabscheidungsverfahren liegen der Plasmabehälter der
Ionenquelle und die erste Elektrode des Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystems
normaler Weise auf dem gleichen Potential. In diesem Fall können der Plasmabehälter und
die erste Elektrode in jeder Filmabscheidungsvorrichtung mit den
unterschiedlichen Energiequellenvorrichtungen verbunden sein, welche
den Plasmabehälter
beziehungsweise die erste Elektrode auf das gleiche Potential versetzen.
Alternativ kann die erste Elektrode mit dem Plasmabehälter über eine
Richtungsverbindung oder einen Widerstand elektrisch kontinuierlich
sein, und eines von ihnen (zum Beispiel der Plasmabehälter) kann
mit einer für
beide gemeinsamen Energiequellenvorrichtung verbunden sein.
-
In
jeder der vorstehenden Filmabscheidungsvorrichtungen kann die Versorgungsvorrichtung
für elektrische
Energie zur Plasma-Anregung als eine Elektrode zur Lieferung der
Plasma-Anregungsenergie eine Elektrode beinhalten, die eine Öffnung hat
und sich gegenüber
dem Rand des von der Trägervorrichtung
getragenen Zielgegenstandes befindet, und die Ionenquelle kann die
Ionenstrahlen durch die Öffnung
in der Elektrode zu dem Zielgegenstand emittieren.
-
Die
Elektrode gegenüber
dem Rand des Zielgegenstandes kann die Elektrode in ihrem wörtlichen Sinn
sein, das heißt,
die Elektrode welche dem Rand des Zielgegenstandes gegenüber liegt,
und sie kann auch eine Elektrode sein, welche an einer Stelle gegenüber oder
nahe dem Rand des Zielgegenstandes angeordnet ist, einer Stelle
mit Bezug auf den Rand oder dergleichen, um das Plasma nahe dem Rand des
Zielgegenstandes zu erzeugen. Noch spezifischer kann die Elektrode
eine ringartige Elektrode, eine zylindrische Elektrode, eine spulenartige
Elektrode, eine Elektrode vom Typ der Lisitano-Spule, eine Antenne
zum Einführen
von Mikrowellen oder dergleichen sein, welche dem Rand des Zielgegenstandes
gegenüber
liegt.
-
In
dem Fall, wo die ringartige Elektrode, zylindrische Elektrode oder
spulenartige Elektrode verwendet wird, ist die in der Versorgungsvorrichtung
für elektrische
Energie zur Plasma-Anregung beinhaltete Energiequelle typischer
Weise eine RF(Radiofrequenz) oder Hochfrequenz-Energiequelle. In
dem Fall, wo die Elektrode vom Typ der Lisitano-Spule verwendet
wird, wird gewöhnlich
eine Mikrowellen-Energiequelle
als die Energiequelle verwendet, und eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Magnetfeldes ist für
den äußeren Randteil
der Lisitano-Spule angeordnet, um Elektronencyclotronresonanz- (ECR)
Plasma herzustellen. In dem Fall, wo die ringartige Elektrode, zylindrische
Elektrode, spulenartige Elektrode oder die Antenne zum Einführen von
Mikrowellen verwendet wird, kann eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Magnetfeldes für
den äußeren Randteil
der Elektrode oder Antenne angeordnet sein. Durch Erzeugen des Magnetfeldes
kann das Plasma leicht sogar bei einem niedrigen Druck (das heißt, in einem
Hochvakuum) erzeugt und erhalten werden.
-
Durch
Verwendung der Elektrode gegenüber dem
Rand des von der Trägervorrichtung
getragenen Zielgegenstandes kann das Plasma nahe dem äußeren Randteil
des Gegenstandes erzeugt werden, und direkte Emission von schnellen
Ionen (das heißt,
Ionen mit hoher Energie) und schnellen Elektronen aus dem Plasma
zu dem Zielgegenstand wird unterdrückt, so dass der Film einer
hohen Qualität
mit weniger Fehlstellen ohne übermäßiges Beschädigen der
Filmaufwachs-Oberfläche wachsen
gelassen werden kann. Zusätzlich
zu dem Vorstehenden wird der Zielgegenstand mit den Ionenstrahlen
aus der Ionenquelle bestrahlt, und die Ionenspecies, die Ionen-Beschleunigungsenergie
und andere Kenngrößen der
Ionenstrahlen können
in geeigneter Weise gewählt
oder gesteuert werden. Dies erbringt Auswirkungen wie Oberflächen-Anregung,
Verbesserungen der Kristallinität
und Steuerung der Kristallorientierung in dem Fall, wo je nach der
Art des Materialgases ein kristalliner Film erzeugt werden soll.
Daher wird Wanderung der den Film aufbauenden Atome beschleunigt,
und der auf dem Zielgegenstand erzeugte Film kann eine gute Kristallinität aufweisen.
-
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1(A) zeigt eine schematische Struktur eines Beispiels
der Filmabscheidungsvorrichtung. Diese Vorrichtung hat eine Plasma-Erzeugungskammer
C, welche mit einer Vakuum-Entlüftungseinheit 18 und
einer Materialgas-Einspeisungsvorrichtung 12 verbunden
ist. Die Materialgas-Einspeisungsvorrichtung 12 beinhaltet
ein ringförmiges
Gaseinbringrohr 121, einen Massenflussregler, ein Ventil
und eine Gasquelle, in der Abbildung wird aber nur das Gaseinbringrohr 121 gezeigt.
Ein Zielgegenstand-Halterelement 11 ist in der Kammer C
angeordnet. Das Halterelement 11 kann durch eine Antriebseinheit
(nicht gezeigt) zum Transportieren eines Abscheidungs-Zielgegenstandes 10 in
die Kammer und aus der Kammer C horizontal hin und her bewegt werden.
Das Halterelement 11 in der Kammer C befindet sich auf
einer Heizvorrichtung 9 zum Erwärmen des Gegenstandes 10.
Eine zylindrische Elektrode 14 ist an einer Stelle gegenüber dem
Rand des von dem Halterelement 11 gehaltenen Gegenstandes 10 angeordnet.
Die Elektrode 14 ist durch eine Anpassungseinheit 16 mit
einer Radiofrequenz-Energiequelle (Hochfrequenz-Energiequelle) verbunden.
-
Eine
Ionenquelle I ist an einer Stelle, die dem Halterelement 11 gegenüber liegt,
mit der zylindrischen Elektrode 14 dazwischen, angeordnet.
Die Ionenquelle I ist mit einem Strahlherstellungs-Elektrodensystem
E3 an Stelle des Elektrodensystems E1 versehen, das in der Ionenquelle,
die in 2 gezeigt wird, verwendet wird. Das Strahlherstellungs-Elektrodensystem
E3 wird aus ersten, zweiten dritten und vierten Elektroden E31,
E32, E33 und E34 gebildet, welche in dieser Reihenfolge von der
Seite nahe dem Plasmabehälter 2 zu
der Plasma-Erzeugungskammer C hin angeordnet sind. Die erste Elektrode
E31 ist direkt (oder über
einen elektrischen Widerstand) mit dem Plasmabehälter 2 verbunden,
der mit einer positiven Energiequelle P1 verbunden ist. Die zweite
Elektrode E32 ist mit einer negativen Energiequelle P5 verbunden.
Die dritte Elektrode E33 ist mit einer positiven Elektrode P6 verbunden.
Die vierte Elektrode E34 ist geerdet. Die ersten, zweiten dritten
und vierten Elektroden E31, E32, E33 und E34 sind elektrisch voneinander
isoliert. In 1(A) deutet „G" ein Absperrventil zum Transportieren
des Gegenstandes in die Kammer und aus der Kammer heraus an. Strukturen
der Ionenquelle I anders als die vorstehenden sind die gleichen
wie die der in 2 gezeigten Ionenquelle, und
die im Wesentlichen gleichen Teile tragen die gleichen Bezugszahlen.
In dieser Struktur ist die erste Elektrode E31 mit dem Plasmabehälter 2 elektrisch
kontinuierlich. Alternativ kann eine unabhängige Energiequelle mit der
ersten Elektrode 31 verbunden werden, so dass die erste Elektrode 31 das
gleiche Potential wie der Plasmabehälter 2 oder ein positives,
aber davon verschiedenes Potential tragen kann.
-
Es
wird nun eine Beschreibung von einem Beispiel des Filmabscheidungsverfahrens
der Erfindung geboten, welches die vorstehende Filmabscheidungsvorrichtung
verwendet. Als erstes ist die Vakuum-Entlüftungseinheit 18 in
Betrieb, um in der Plasma-Erzeugungskammer C einen vorbestimmten Druck
herzustellen, und die Materialgas-Einspeisungseinheit 12 speist
das Abscheidungsmaterialgas in die Plasma-Erzeugungskammer C ein.
Ebenfalls legt die RF-Energiequelle 17 eine RF-Energie durch die
Anpassungseinheit 16 an die zylindrische Elektrode 14,
so dass aus dem auf diese Weise eingespeisten Gas das Plasma hergestellt
wird, und es noch spezifischer nahe dem Rand des Zielgegenstandes 10 gebildet
wird, das heißt,
an der in der Abbildung durch 13 angezeigten Stelle.
-
Der
Zielgegenstand 10 wird dem Plasma zur Abscheidung des Films
auf der Gegenstands-Oberfläche
wie vorstehend beschrieben ausgesetzt, und die Zieloberfläche wird
mit Ionenstrahlen bestrahlt. Die Bestrahlung mit Ionenstrahlen wird
wie folgt durchgeführt.
Das Materialgas aus Ionen wird in den Plasmabehälter 2 der Ionenquelle
I aus der Ionenquellen-Gaseinspeisungseinheit 1 eingespeist,
und über
eine Anpassungseinheit 3 wird die RF-Energie von einer
Energiequelle 4 über
die Elektroden 21 und 22 eingespeist, so dass
das Plasma an der in der Abbildung durch 8 angezeigten
Stelle innerhalb der Ionenquelle hergestellt wird. Die positive
Energiequelle P1 bringt das positive Potential auf die Elektroden 21 und 22 auf.
Die zweite Elektrode E32 des Strahlherstellungs-Elektrodensystems
E3 wird von einer negativen Energiequelle P5 mit einer negativen
Spannung versorgt, und die dritte Elektrode E33 wird von einer positiven
Energiequelle P6 mit einer positiven Spannung versorgt. Die an die
dritte Elektrode E33 angelegte positive Spannung wird so festgelegt,
dass die Spannung die Herstellung von positiven Ionenstrahlen nicht
behindert. Insbesondere wird die positive Spannung so festgelegt,
dass das Potential an der dritten Elektrode E33 nicht extrem höher ist
als das Potential des Filmabscheidungsplasmas 13. Die positiven
Ionenstrahlen werden durch die Potentialdifferenz zwischen den ersten
und zweiten Elektrode E31 und E32 hergestellt. Die vierte Elektrode
E34 auf dem Erdungspotential fixiert die Energie der Ionenstrahlen
in Bezug auf das Erdungspotential. Auf diese Weise werden durch
den Ionenstrahlherstellungs-Stutzen 23 des Plasmabehälters 2 aus
dem Plasma 8 die positiven Ionenstrahlen hergestellt und werden
durch die Öffnung
in der zylindrischen Elektrode 14 zu dem Zielgegenstand
hin emittiert. Wenn die Plasma-Erzeugungskammer
C und die Ionenquelle I das gleiche Materialgas verwenden, können das
von der Materialgas-Einspeisungseinheit 12 in die Plasma-Erzeugungskammer
C eingespeiste Gas oder das von der Gaseinspeisungseinheit 1 in
den Plasmabehälter 2 eingespeiste
Gas gemeinsam von der Kammer C und dem Behälter 2 benutzt werden. Auf
diese Weise wird der beabsichtigte Film auf dem Zielgegenstand 10 abgeschieden.
-
In
der Struktur, bei welcher die zylindrische Elektrode 14 nahe
der Ionenquelle I angeordnet ist, wie in 1(A) gezeigt,
kann das Materialgas-Plasma 13 in Kontakt mit dem Elektrodensystem
E3 kommen. In diesem Fall durchläuft
das Materialgasplasma die in der äußersten Position angeordnete
vierte Elektrode E34 auf dem Erdungspotential, die das positive
Potential tragende dritte Elektrode unterdrückt aber das Fließen der
positiven Ionen in dem Plasma in einen Raum zwischen der ersten
und der zweiten Elektrode E31 und E32. Ferner unterdrückt die
das negative Potential tragende zweite Elektrode E32 das Fließen der
Elektronen in dem Plasma, welch die dritte Elektrode durchliefen,
in den Plasmabehälter 2. Das Filmabscheidungsplasma 13 fließt zu der
Stelle zwischen den vierten und dritten Elektroden E34 und E33.
Jedoch trägt
die dritte Elektrode E33 das positive Potential, welches höchstens
ein wenig höher
ist als das von dem Filmabscheidungsplasma 13. Daher treten
Probleme wie abnormale Entladung und Kurzschluss zwischen der vierten
und der dritten Elektrode E34 und E33 nicht auf, und es kann der
normale Betrieb durchgeführt
werden.
-
Auf
Grund des Vorstehenden ist es nicht notwendig, die Ionenquelle so
anzuordnen, dass das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem E3
beträchtlich
von der zylindrischen Elektrode 14 entfernt ist, und es
ist auch nicht notwendig, eine Struktur derart zu verwenden, dass
der Durchmesser der zylindrischen Elektrode 14 beträchtlich
größer als
die Durchmesser der jeweiligen Elektroden des Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystems
E3 ist, um direkten Kontakt des Filmabscheidungsplasmas 13 mit dem
Strahlherstellungs-Elektrodensystem E3 zu verhindern. Daher können Komplizierung
der Struktur und Zunahme der Größe der Vorrichtung
vermieden werden.
-
1(B) zeigt eine schematische Struktur von einer
anderen Ausführungsform
der mit einer Ionenquelle versehenen Filmabscheidungsvorrichtung.
Diese Vorrichtung ist an Stelle der Ionenquelle I in der in 1(A) gezeigten Filmabscheidungsvorrichtung mit
einer Ionenquelle I' versehen.
Die Ionenquelle I' unterscheidet
sich von der in 1(A) gezeigten Ionenquelle I
dadurch, dass die zweite Elektrode E32 des Strahlherstellungs-Elektrodensystems E3
nicht mit der negativen Energiequelle P5, sondern mit einer Energiequelle
P7 verbunden ist, welche eine Spannung anlegen kann, die ein Potential
niedriger als das des Filmabscheidungsplasmas 13 auf die
Elektrode E32 aufbringen kann, und dass die dritte Elektrode E33
nicht mit der positiven Energiequelle P6 verbunden ist, sondern
mit einer Energiequelle P8 verbunden ist, die ein Potential höher als
das des Filmabscheidungsplasmas 13 an die Elektrode E33 aufbringen
kann. Strukturen anders als die vorstehenden sind ähnlich denen
der in 1(A) gezeigten Vorrichtung,
und die im Wesentlichen gleichen Teile tragen die gleichen Bezugszahlen.
-
In
dieser Vorrichtung wird der Film ebenfalls auf dem Zielgegenstand 10 abgeschieden,
indem gleichzeitig das Plasma aus dem Filmabscheidungsmaterialgas
erzeugt wird und Bestrahlung mit den Ionenstrahlen durchgeführt wird.
Hierzu wird ähnlich wie
in der in 1(A) gezeigten Vorrichtung Materialgasplasma
zur Filmabscheidung 13 in der Plasmaherstellungskammer
C hergestellt. Ferner wird das Plasma 8 aus dem Ionenmaterialgas
in dem Plasmabehälter 2 der
Ionenquelle I' ähnlich der
Betriebsweise der in 1(A) gezeigten
Ionenquelle I hergestellt. Die Energiequelle P7 legt die Spannung
an die zweite Elektrode E32, um ein Potential niedriger als das
des Filmabscheidungsplasmas 13 auf die zweite Elektrode
E32 aufzubringen, und die Energiequelle P8 legt eine Spannung an
die dritte Elektrode E33, um ein Potential höher als das des Filmabscheidungsplasmas 13 auf
die dritte Elektrode E33 aufzubringen. Die an die dritte Elektrode
E33 gelegte Spannung wird so festgelegt, dass das Potential auf der
Elektrode E33 ein wenig höher
ist als das des Filmabscheidungsplasmas 13. Demgemäß behindert die
Elektrode E33 im wesentlichen nicht die Herstellung der positiven
Ionenstrahlen aus dem Plasma 8. Auf Grund der Potentialdifferenz
zwischen den ersten und zweiten Elektroden E31 und E32 werden die
positiven Ionenstrahlen aus dem Plasma 8 hergestellt. Die
vierte Elektrode E34 auf dem Erdungspotential fixiert die Energie
der Ionenstrahlen in Bezug auf das Erdungspotential. Durch Erzeugen
des Filmabscheidungs-Materialgasplasmas 13 und
Bestrahlen des Gegenstandes mit den positiven Ionenstrahlen durch die
Quelle I', wie vorstehend
beschrieben, wird ein beabsichtigter Film auf dem Zielgegenstand 10 abgeschieden.
-
Wenn
in der in 1(B) gezeigten Vorrichtung das
Strahlherstellungs-Elektrodensystem
E3 und das Filmabscheidungsplasma 13 in Kontakt miteinander
sind, durchläuft
das Filmabscheidungsplasma 13 die auf der äußersten
Position befindliche vierte Elektrode E34 auf dem Erdungspotential.
Jedoch unterdrückt
die ein etwas höheres
Potential als das Filmabscheidungsplasma 13 tragende Elektrode
E33 das Fließen
der positiven Ionen in dem Plasma 13 in einen Raum zwischen
den ersten und zweiten Elektroden E31 und E32. Ferner durchlaufen
die Elektronen in dem Filmabscheidungsplasma 13 die dritte Elektrode
E33, aber die zweite Elektrode E32 auf einem niedrigeren Potential
als das Plasma 13 unterdrückt das Fließen solcher
Elektronen in den Plasmabehälter 2.
Das Filmabscheidungsplasma 13 fließt in einen Raum zwischen den
vierten und dritten Elektroden E34 und E33, aber Probleme wie abnormale
Entladung und Kurzschluss treten nicht auf, und der Betrieb kann
genau durchgeführt
werden, weil die dritte Elektrode E33 ein Potential trägt, welches
höchstens ein
wenig höher
als das des Filmabscheidungsplasmas 13 ist.
-
Erhöhung der
Größe der Vorrichtung
und Komplizierung der Struktur können
vermieden werden, was auch in der in 1(A) gezeigten
Struktur erfolgen kann.
-
Es
wird nun eine Beschreibung von experimentellen Beispielen von Filmabscheidung
durch die in
1(A) und
1(B) gezeigten
Filmabscheidungsvorrichtungen gegeben. Auch wird eine Beschreibung
der Vergleichsbeispiele 1 und 2 gegeben. In dem Vergleichsbeispiel
1 wurde die Filmabscheidung mit der Vorrichtung durchgeführt, welche ähnlich der
in
1(A) gezeigten ist, aber an
Stelle der Ionenquelle I in
1(A) die
mit dem aus den drei Elektroden gebildeten Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
versehene Ionenquelle in
2 verwendet. In dem Vergleichsbeispiel
2 wurde die Filmabscheidung mit der Vorrichtung durchgeführt, welche ähnlich der
in
1(A) gezeigten ist, aber an Stelle
der Ionenquelle I in
1(A) die
mit dem aus den vier Elektroden gebildeten Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem
versehene Ionenquelle in
3 verwendet. In jeder der in
den Vergleichsbeispielen 1 und 2 verwendeten Vorrichtungen befindet sich
das Ionenstrahlherstellungs-Elektrodensystem der Ionenquelle nahe
der zylindrischen RF-Elektrode, wie das auch in den in
1(A) und
1(B) gezeigten
Vorrichtungen der Fall ist. Experimentelles
Beispiel 1 (Verwendung der Vorrichtung in Fi. 1(A))
| Abscheidungsmaterialgas | SiH4 30
%
H2 70 % |
| Filmabscheidungsplasma,
hergestellt durch RF-Entladung (13,56 Hz) | Potential von 80 V |
| Abscheidungsdruck
Ionenquelle | 1 × 10–3 Torr |
| Ionenmaterialgas | gleiches wie das Abscheidungsmaterialgas |
| Potential im Plasmabehälter | +2000 V |
| Potential auf erster Elektrode
E31 | +2000 V |
| Potential auf zweiter Elektrode
E32 | –100 V |
| Potential auf dritter
Elektrode E33 | +150 V |
| Potential auf vierter
Elektrode E34 | Erdungspotential |
-
Unter
den vorstehenden Bedingungen wurden Erzeugung des Plasmas aus dem
Abscheidungsmaterialgas und Bestrahlung mit Ionenstrahlen fortlaufend
parallel zueinander eine Stunde lang durchgeführt. Es trat in dem Strahlherstellungs-Elektrodensystem
in der Ionenquelle kein abnormaler Betrieb wie abnormale Entladung
auf, und die Filmabscheidung konnte ordnungsgemäß durchgeführt werden. Experimentelles
Beispiel 2 (Verwendung der Vorrichtung in Fig. 1(B))
| Abscheidungsmaterialgas | SiH4 30
%
H2 70 % |
| Filmabscheidungsplasma, | durch RF-Entladung (13,56
Hz)
Potential von 80 V |
| Abscheidungsdruck
Ionenquelle | 1 × 10–3 Tour |
| Ionenmaterialgas | gleiches wie das Abscheidungsmaterialgas |
| Potential im Plasmabehälter | +2000 V |
| Potential auf erster Elektrode
E31 | +2000 V |
| Potential auf zweiter Elektrode
E32 | +40 V |
| Potential auf dritter
Elektrode E33 | +150 V |
| Potential auf vierter
Elektrode E34 | Erdungspotential |
-
Unter
den vorstehenden Bedingungen wurden Erzeugung des Plasmas aus dem Abscheidungsmaterialgas
und Bestrahlung mit Ionenstrahlen fortlaufend parallel zueinander
eine Stunde lang durchgeführt.
Es trat in dem Strahlherstellungs-Elektrodensystem in der Ionenquelle
kein abnormaler Betrieb wie abnormale Entladung auf, und die Filmabscheidung
konnte ordnungsgemäß durchgeführt werden. Vergleichsbeispiel
1 (Verwendung der herkömmlichen
Vorrichtung, welche ähnlich
der in Fig 1(A) ist, aber mit der Ionenquelle in Fig. 2 an Stelle
der Ionenquelle I versehen ist).
| Abscheidungsmaterialgas | SiH4 30
%
H2 70 % |
| Filmabscheidungsplasma, | durch RF-Entladung (13,56
Hz)
Potential von 80 V |
| Abscheidungsdruck
Ionenquelle | 1 × 10–3 Torr |
| Ionenmaterialgas | gleiches wie das Abscheidungsmaterialgas |
| Potential im Plasmabehälter | +2000 V |
| Potential auf erster Elektrode
E11 | +2000 V |
| Potential auf zweiter Elektrode
E12 | –100 V |
| Potential auf dritter
Elektrode E13 | Erdungspotential |
-
Unter
den vorstehenden Bedingungen wurden Erzeugung des Plasmas aus dem
Abscheidungsmaterialgas und Bestrahlung mit Ionenstrahlen gleichzeitig
begonnen. Unmittelbar nach dem Beginn trat abnormale Entladung in
dem Strahlherstellungs-Elektrodensystem
in der Ionenquelle auf, und die Filmabscheidung konnte nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden. Vergleichsbeispiel
2 (Verwendung der herkömmlichen
Vorrichtung, welche ähnlich
der in Fig. 1(A) ist, aber mit der Ionenquelle in Fig. 3 an Stelle
der Ionenquelle I versehen ist).
| Abscheidungsmaterialgas | SiH4 30
%
H2 70 % |
| Filmabscheidungsplasma, | durch RF-Entladung(13,56
Hz)
Potential von 80 V |
| Abscheidungsdruck
Ionenquelle | 1 × 10–3Torr |
| Ionenmaterialgas | gleiches wie das Abscheidungsmaterialgas |
| Potential im Plasmabehälter | +2000 V |
| Potentiel auf erste Elektrode
E11 | +2000 V |
| Potential auf zweiter Elektrode
E12 | +1000 V |
| Potential auf dritter
Elektrode E13 | –500 V |
| Potential auf vierter
Elektrode E34 | Erdungspotential |
-
Unter
den vorstehenden Bedingungen wurden Erzeugung des Plasmas aus dem
Abscheidungsmaterialgas und Bestrahlung mit Ionenstrahlen gleichzeitig
begonnen. Unmittelbar nach dem Beginn trat abnormale Entladung in
dem Strahlherstellungs-Elektrodensystem
in der Ionenquelle auf, und die Filmabscheidung konnte nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden.
-
Aus
den vorstehenden Ergebnissen kann das Folgende verstanden werden.
Gemäß der Vorrichtung
und dem Verfahren zur Filmabscheidung der Erfindung wird ein positives
Potential oder ein Potential höher
als das des Filmabscheidungsplasmas auf die dritte Elektrode der
Ionenquelle aufgebracht, und ein negatives Potential oder ein Potential
niedriger als das des Filmabscheidungsplasmas wird auf die vierte
Elektrode aufgebracht, wodurch Probleme wie abnormale Entladung
in dem Strahlherstellungs-Elektrodensystem nicht auftreten und die
Ionenquelle ordnungsgemäß für Filmabscheidung
in Betrieb sein kann.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in Einzelheiten beschrieben und veranschaulicht
wurde, versteht es sich eindeutig, dass dies nur als Veranschaulichung
und Beispiel erfolgte und nicht als Beschränkung aufzufassen ist, wobei
der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Ausdrücke der angehängten Ansprüche begrenzt
ist.