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Dokumentenidentifikation DE112004002810T5 03.05.2007
Titel Dünnschichterzeugungsverfahren und Dünnschichterzeugungsvorrichtung
Anmelder Tohoku Seiki Industries, Ltd., Yamagata, Yamagara, JP
Erfinder Kusunoki, Masanobu, Wakayama, JP;
Harada, Keitaro, Yamagata, JP;
Yokoo, Masayoshi, Yamagata, JP;
Takano, Yoshinobu, Yamagata, JP
Vertreter BEETZ & PARTNER Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 112004002810
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 26.03.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2004/004356
WO-Veröffentlichungsnummer 2005093123
WO-Veröffentlichungsdatum 06.10.2005
Date of publication of WO application in German translation 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse C23C 14/34(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]
Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschichterzeugungsverfahren und eine Dünnschichterzeugungsvorrichtung und insbesondere eine Technologie, die effektiv auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Dünnschicht aus einem Oxidsupraleiter angewendet wird.

Technischer Hintergrund

Herkömmlicher Weise existiert als Verfahren zur Erzeugung einer Dünnschicht auf einem Dielektrikum, Silicium oder einem anderen Substrat beispielsweise ein Dünnschichterzeugungsverfahren, bei dem aus dem (nachstehend als Dünnschichtmaterial bezeichneten) Material der Dünnschicht Partikel erzeugt werden und das partikelförmige Dünnschichtmaterial auf das Substrat aufgebracht wird. Als Dünnschichterzeugungsverfahren existieren in Abhängigkeit von den Unterschieden zwischen den Verfahren zur Erzeugung von Partikeln aus dem Dünnschichtmaterial Verfahren zu seiner Abscheidung und dergleichen, beispielsweise ein Sputterverfahren, ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren), ein Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren), ein Laserablationsverfahren, ein Vakuumabscheidungsverfahren, etc.

Zusätzlich sind die Dünnschichterzeugungssysteme, die zur Erzeugung von Dünnschichten unter Verwendung des Sputterverfahrens, etc. eingesetzt werden, entsprechend der Positionsbeziehung zwischen dem Substrat, auf dem die Dünnschicht erzeugt wird, und einem Target zur Erzeugung des partikelförmigen Dünnschichtmaterials in als Typ mit parallelen Platten und als gegenüberliegender Typ bezeichnete Systeme klassifiziert.

Die Dünnschichterzeugungsvorrichtung des Typs mit parallelen Platten ist beispielsweise, wie in 13 gezeigt, so aufgebaut, daß die erste Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 und das Target 2B parallel sein können. Zu diesem Zeitpunkt ist das Target 2B auf einer Kathode 3 montiert, und durch die Zufuhr elektrischen Stroms zur Kathode 3 wird das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A zwischen dem Target 2B und dem Substrat 1 aus dem Target 2B gesputtert. Dann wird beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Felds zwischen dem Target 2B und dem Substrat 1, Einleiten des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A unter Beschleunigung in der Richtung des Substrats 1 und Abscheiden des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1A die Dünnschicht 2 erzeugt. Zusätzlich wird das Substrat 1 zu diesem Zeitpunkt an einer Wärmestufe 13 befestigt und von der (nachstehend als zweite Hauptoberfläche bezeichneten) Rückseite 1B der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 erwärmt, wie in 13 gezeigt.

Bei der Dünnschichterzeugungsvorrichtung des Typs mit parallelen Platten kollidiert das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A, das beschleunigt und in einen hochenergetischen Zustand versetzt wird, in einem nahezu vertikalen Winkel mit der Dünnschichterzeugungsoberfläche des Substrats. Obwohl die Schichterzeugungsgeschwindigkeit der Dünnschicht 2 und die Fertigungseffizienz hoch sind, tritt daher das Problem auf, daß die Beschädigung der Oberfläche der auf das Substrat 1 abgeschiedenen Dünnschicht 2 erheblich ist. Um die Beschädigung der Oberfläche der Dünnschicht 2 gering zu halten, existiert beispielsweise ein Verfahren, bei dem die Beschleunigung des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A gering gehalten wird. Nichtsdestotrotz fallen die Schichterzeugungsgeschwindigkeit der Dünnschicht 2 und die Fertigungseffizienz ab, wenn die Beschleunigung des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A gering gehalten wird. Dann wurde in den jüngsten Jahren beispielsweise die Dünnschichterzeugungsvorrichtung des gegenüberliegenden Typs als Dünnschichterzeugungsvorrichtung vorgeschlagen, durch die die Dünnschichterzeugungsvorrichtung des Typs mit parallelen Platten ersetzt wird.

Die Dünnschichterzeugungsvorrichtung des gegenüberliegenden Typs ist, wie beispielsweise in 14 gezeigt, so aufgebaut, daß zwei Targets 2B einander auf einer Verlängerung in einer zur Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 parallelen Richtung gegenüberliegen. Gleichzeitig ist auch jedes Target 2B auf einer Kathode 3 montiert, und durch die Zufuhr von elektrischem Strom zur Kathode 3 wird das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A aus den Targets 2B gesputtert. Da sich das aus jedem der Targets 2B gesputterte, partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Targets 2B ansammelt, wird das Dünnschichtmaterial 2 durch Abscheidung des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 gebildet, wenn das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A durch Anlegen eines elektrischen Felds zwischen den beiden Targets 2B beschleunigt und auf die erste Hauptoberfläche 1A de s Substrats 1 geleitet wird.

Da bei der Dünnschichterzeugungsvorrichtung des gegenüberliegenden Typs der Einfallwinkel zum Zeitpunkt der Kollision des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A mit der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 einen geringen Wert von ca. 0° bis 45° aufweist, sind die bei der Kollision des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A mit der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 an der auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 abgeschiedenen Dünnschicht 2 verursachten Schäden gering. Da das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A in einem hochenergetischen Zustand auf die erste Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 geleitet und auf ihr abgeschieden werden kann, kann daher ohne eine Verringerung der Fertigungseffizienz eine Dünnschicht 2 erzeugt werden, deren Oberfläche nur geringfügig beschädigt wird.

Da zudem bei anderen Verfahren, wie dem CVD-Verfahren, dem MBE-Verfahren, dem Laserablationsverfahren und weiteren Schichterzeugungsverfahren eine Dünnschicht ebenfalls gemäß Prinzipien und mittels Vorrichtungen erzeugt wird, die dem Sputterverfahren ähneln, wird auf eine genaue Beschreibung verzichtet.

Die Dünnschichterzeugungssysteme des Typs mit parallelen Platten und des gegenüberliegenden Typs werden beispielsweise bei der Erzeugung von Mikrowellenvorrichtungen, wie GPS-Gruppenantennen (GPS: globales Positionierungssystem) und integrierten Mikrowellenschaltungen verwendet. Bei Mikrowellenvorrichtungen, wie beispielsweise den in den 15 und 16 gezeigten, ist auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 ein Schaltungsmuster 2C und auf der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 eine Erdebene 2D vorgesehen. Hierbei ist 16 eine Schnittansicht entlang der Linie D–D' in 15.

Die Mikrowellenvorrichtung wird unter Verwendung einer Veränderung eines in Verbindung mit einem zwischen dem Schaltungsmuster 2C und der Erdebene 2D erzeugten magnetischen Streufeld erzeugen Magnetfelds betätigt, wie beispielsweise in 17 gezeigt. Wenn das Schaltungsmuster 2C und die Erdebene 2D beispielsweise gleichzeitig Oxidschichtsupraleiter sind, können im Vergleich zu normalen Leitern ein geringerer Oberflächenwiderstand und höhere Betriebscharakteristika erzielt werden. Daher haben in jüngster Zeit unterschiedliche Mikrowellenvorrichtungen, für die Oxidsupraleiter verwendet wurden, Aufmerksamkeit erregt (siehe beispielsweise S. Ohshima, „High-temperature superconducting passive microwave devices, filters and antennas", Supercond. Sci. Technol., 13, 2000, S. 103–108).

Bei einer Mikrowellenvorrichtung, für die Oxidsupraleiter verwendet werden, werden beispielsweise ein dielektrisches Substrat, wie Magnesiumoxid (MgO) oder Saphir (Al2O3), als Substrat 1 und Oxidsupraleiter, wie YBCO oder BSCCO, als Schaltungsmuster 2C und Erdebene 2D verwendet.

Bei der Herstellung einer Mikrowellenvorrichtung unter Verwendung von Oxidsupraleitern werden zunächst, wie in 18 gezeigt, jeweils Dünnschichten 2C' und 2D aus den Oxidsupraleitern auf der ersten Hauptoberfläche 1A und auf der zweiten Hauptoberfläche 1B des dielektrischen Substrats 1 gebildet. Zur Erzeugung der Dünnschichten 2C' und 2D werden die Dünnschichterzeugungsvorrichtungen des Typs mit parallelen Platten und des gegenüberliegenden Typs verwendet. Es wird davon ausgegangen, daß das Target 2B zu diesem Zeitpunkt beispielsweise aus einem Werkstoff wie YBa2CU3Ox, Y2O3, BaO, CuO oder dergleichen gefertigt ist, der zur Erzeugung von YBCO verwendet wird, das eine Art von Oxidsupraleiter ist. Zusätzlich wird das dielektrische Substrat 1 zu diesem Zeitpunkt beispielsweise auf ca. 800°C erwärmt.

Zusätzlich wird bei der Erzeugung der Dünnschichten 2C' und 2D das dielektrische Substrat 1 beispielsweise nach der Erzeugung der Dünnschicht 2C' auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 umgedreht und die Dünnschicht 2D auf der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt werden die jeweiligen Dünnschichten 2C' und 2D auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des dielektrischen Substrats 1 erzeugt, während beispielsweise die Zusammensetzung des Targets 2B und die Bedingungen in der Vorrichtung zum Zeitpunkt der Erzeugung feststehen, um die gleiche Schichtqualität und Schichtdicke zu erhalten.

Als nächstes wird, wie in 19 gezeigt, auf einer Dünnschicht, beispielsweise der Dünnschicht 2C' auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1, ein zum Schaltungsmuster 2C passender Ätzwiderstand 12 erzeugt. Obwohl auf eine Darstellung verzichtet wird, wird zu diesem Zeitpunkt beispielsweise auch auf der Rückseite der Oberfläche, auf der der Ätzwiderstand erzeugt wird, d.h. der Dünnschicht 2D auf der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1, ein Widerstand erzeugt. Dann werden nicht erforderliche Teile durch Ätzen der Dünnschicht 2C' auf der Oberfläche entfernt, auf der der Ätzwiderstand erzeugt wurde, und das in 15 gezeigte Schaltungsmuster 2C wird erzeugt.

Nichtsdestotrotz müssen bei der Erzeugung der Dünnschichten 2 auf beiden Seiten des Substrats 1 mittels der herkömmlichen Technik die einzelnen Seiten separat erzeugt werden. Daher kann sich beispielsweise beim Umdrehen des Substrats 1 und der Erzeugung der Dünnschicht 2 auf der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 nach der Erzeugung der Dünnschicht 2 auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 die Schichtqualität der auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 erzeugten Dünnschicht 2 verändern. Insbesondere trat bei der Erzeugung der Dünnschichten 2C' und 2D aus Oxidsupraleitern, wie bei der Mikrowellenvorrichtung, das Problem auf, daß aufgrund einer zeitbedingten Veränderung leicht eine Verschlechterung der Schichtqualität auftrat.

Selbst wenn Dünnschichten unter übereinstimmenden Bedingungen und unter Verwendung übereinstimmender Dünnschichterzeugungsvorrichtungen erzeugt werden, besteht zudem die Wahrscheinlichkeit, daß aufgrund des Zustands des Targets 2B, einer Ungleichförmigkeit der Temperatur bei der Erwärmung, etc. ein Unterschied zwischen den Schichtqualitäten der zu einem Zeitpunkt erzeugten Dünnschicht 2 und der zu einem zweiten Zeitpunkt erzeugten Dünnschicht 2 entsteht. Daher trat bei den herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung einer Dünnschicht das Problem auf, daß es schwierig war, die Schichtqualitäten der Dünnschichten auf der ersten Hauptoberfläche 1A und auf der zweiten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 aneinander anzugleichen.

Insbesondere mangelt es dem bei der Herstellung der Vorrichtung verwendeten Oxidsupraleiter an chemischer Stabilität. Daher besteht bei der getrennten Erzeugung der einzelnen Seiten bei der Erzeugung der Dünnschichten 2C' und 2D aus dem Oxidsupraleiter auf beiden Seiten des Substrats 1 eine Neigung zu einer Verschlechterung der Schichtqualität und zu einer Verringerung der Gleichmäßigkeit der auf der ersten Hauptoberfläche 1A erzeugten Dünnschicht 2C' und der auf der zweiten Hauptoberfläche 1B des dielektrischen Substrats 1 erzeugten Dünnschicht 2D. Dadurch trat beispielsweise das Problem auf, daß eine Differenz zwischen den elektrischen Charakteristika des Schaltungsmusters 2C und den elektrischen Charakteristika der Erdebene 2D entstand und der Berieb der Vorrichtung instabil wurde.

Zudem wurde in jüngster Zeit die Vergrößerung der zur Herstellung von Mikrowellenvorrichtungen, etc. verwendeten Substrate vorangetrieben. Daher wurden bei der getrennten Erzeugung der einzelnen Seiten bei der Erzeugung von Dünnschichten auf beiden Seiten, der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 die Verschlechterung und Ungleichmäßigkeit der Schichtqualität merklich. Überdies trat beispielsweise das Problem auf, daß der zur Erzeugung der Dünnschichten erforderliche Zeit- und Energieaufwand zunahm.

Wenn die zur Erzeugung der Dünnschichten erforderliche Zeit lang wurde, trat überdies das Problem auf, daß die Fertigungseffizienz der Dünnschichten abnahm und die Herstellungskosten stiegen.

Daher zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Technologie zu schaffen, durch die die Verschlechterung und Ungleichförmigkeit der Schichtqualität von Dünnschichten auf jeweiligen Oberflächen bei einem Dünnschichterzeugungsverfahren verringert werden können, durch das auf beiden Seiten eines Substrats Dünnschichten, wie partikelförmige Oxidsupraleiter, erzeugt werden.

Zudem zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Herstellungskosten bei einem Dünnschichterzeugungsverfahren zu verringern, durch das auf beiden Seiten eines Substrats Dünnschichten, wie partikelförmige Oxidsupraleiter, erzeugt werden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschichterzeugungsverfahren, bei dem ein partikelförmiges Dünnschichtmaterial erzeugt, das erzeugte partikelförmige Dünnschichtmaterial auf die Hauptoberfläche eines Substrats geleitet und auf dieser abgeschieden und eine Dünnschicht erzeugt werden, wobei das Substrat so gehalten wird, daß die erste Hauptoberfläche und ihre (nachstehend als zweite Hauptoberfläche bezeichnete) Rückseite freiliegen können, das partikelförmige Dünnschichtmaterial an einer Verlängerung in der Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche des Substrats erzeugt wird und das erzeugte partikelförmige Dünnschichtmaterial auf die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats aufgebracht wird. Dadurch können auf beiden Seiten, der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche, des Substrats gleichzeitig Dünnschichten erzeugt werden. Daher können eine Verschlechterung der Schichtqualität aufgrund einer zeitbedingten Veränderung und eine Ungleichförmigkeit der Schichtqualität aufgrund der Ungleichmäßigkeit des Zustands oder der Temperatur eines Targets verringert werden, und es ist leicht, die Schichtqualität der auf beiden Seiten des Substrats erzeugten Dünnschichten auszugleichen.

Da es zudem möglich ist, auf beiden Seiten, der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche, des Substrats gleichzeitig Dünnschichten zu erzeugen, kann der zur Erzeugung der Dünnschichten erforderliche Zeit- und Energieaufwand verringert werden. Daher können die Fertigungseffizienz verbessert und die Herstellungskosten verringert werden.

Überdies kann die Schichterzeugungsgeschwindigkeit der Dünnschichten durch derartiges Aufbringen des partikelförmigen Dünnschichtmaterials erhöht werden, daß es konvergieren kann, damit seine Dichte bei seiner Annäherung an die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats hoch wird. Dadurch wird die Fertigungseffizienz der Dünnschichten weiter verbessert.

Darüber hinaus wird es zu diesem Zeitpunkt durch das Abscheiden des Dünnschichtmaterials bei rotierendem Substrat mit der zur ersten Hauptoberfläche senkrechten Richtung als Drehachse selbst dann leicht, die Schichtdicke der Dünnschichten gleichmäßig zu halten, wenn die Dichteverteilung des partikelförmigen Dünnschichtmaterials ungleichmäßig ist.

Zudem kann zu diesem Zeitpunkt durch Anordnen von Heizvorrichtungen an der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche des Substrats und Erwärmen des Substrats die Ungleichmäßigkeit der Temperatur des Substrats verringert werden. Dadurch kann die Ungleichförmigkeit der Schichtqualität der Dünnschichten verringert werden.

Überdies wird ein derartiges Dünnschichterzeugungsverfahren vorzugsweise bei der Erzeugung von Dünnschichten aus Oxidsupraleitern, wie YBCO, BSCCO oder dergleichen verwendet, denen es an chemischer Stabilität mangelt. Oxidsupraleiter neigen zum Auftreten einer zeitbedingten Verschlechterung und Ungleichförmigkeit der Schichtqualität. Daher können durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Dünnschichterzeugungsverfahrens die zur Erzeugung von Dünnschichten erforderliche Zeit verkürzt und die Verschlechterung und Ungleichförmigkeit der Schichtqualität verringert werden.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Dünnschichterzeugungsvorrichtung, die ein aus einem Dünnschichtmaterial bestehendes Target, eine Kathode zur Erzeugung von partikelförmigem Dünnschichtmaterial aus dem Target, ein Element zum Halten eines Substrats, auf dem das partikelförmige Dünnschichtmaterial abgeschieden werden soll, eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Substrats und eine Führung zum Aufbringen des partikelförmigen Dünnschichtmaterials auf die Oberfläche des Substrats umfaßt, auf das das Dünnschichtmaterial abgeschieden wird, und eine Dünnschichterzeugungsvorrichtung, bei der das Halteelement das Substrat so hält, daß die erste Hauptoberfläche und ihre (nachstehend als zweite Hauptoberfläche bezeichnete) Rückseite freiliegen können, das Target an einer Position angeordnet ist, an der das partikelförmige Dünnschichtmaterial an einer Verlängerung in der Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche des Substrats erzeugt wird und die Führung an der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist. Da dadurch auf beiden Seiten, der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche, des Substrats gleichzeitig Dünnschichten erzeugt werden können, kann nicht nur die Verschlechterung der Schichtqualität vermindert werden, sondern es kann auch die Schichtqualität der auf den jeweiligen Oberflächen des Substrats erzeugten Dünnschichten leicht gleichmäßig eingestellt werden.

Da auf beiden Seiten des Substrats gleichzeitig Dünnschichten erzeugt werden können, kann zudem der zur Erzeugung der Dünnschichten erforderliche Zeit- und Energieaufwand verringert werden. Dadurch können die Fertigungseffizienz verbessert und die Fertigungskosten gesenkt werden.

Überdies wird es durch Anordnen der Führung möglich, beim Aufbringen des partikelförmigen Dünnschichtmaterials, das sich auf einer Verlängerung in der zur ersten Oberfläche des Substrats parallelen Richtung befindet, eine Divergenz des Dünnschichtmaterials zu verhindern. Daher ist die Abscheidung des partikelförmigen Dünnschichtmaterials auf dem Substrat im Vergleich zu einer herkömmlichen Dünnschichterzeugungsvorrichtung des gegenüberliegenden Typs leicht, und die Fertigungseffizienz der Dünnschichten wird verbessert.

Darüber hinaus ist die Führung bei einer derartigen Dünnschichterzeugungsvorrichtung vorzugsweise aus einem zu der ersten Hauptoberfläche oder der zweiten Hauptoberfläche des Substrats parallelen Abschnitt und einem geneigten Abschnitt aufgebaut, der vom Substrat getrennt ist, während er vom Substrat zum Target verläuft. Zu diesem Zeitpunkt wird das partikelförmige Dünnschichtmaterial zusammen mit dem geneigten Abschnitt auf die erste Hauptoberfläche oder die zweite Hauptoberfläche des Substrats aufgebracht. Dadurch kann der partikelförmige Dünnschichtleiter konvergierend und mit einer hohen Dichte auf die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats aufgebracht werden.

Überdies ist das Halteelement zu diesem Zeitpunkt vorzugsweise mit einem Drehmechanismus ausgestattet, der das Substrat dreht. Selbst wenn der partikelförmige Dünnschichtleiter durch die Führung konvergierend und mit hoher Dichte aufgebracht wird, tritt am parallelen Abschnitt und am geneigten Abschnitt der Führung eine Ungleichförmigkeit der Dichte des partikelförmigen Dünnschichtleiters auf. Daher kann durch Drehen des Substrats vermittels des Drehmechanismus der Einfluß der Dichtestreuung des partikelförmigen Dünnschichtleiters verringert werden, und es wird leicht, die Schichtdicke der zu erzeugenden Dünnschichten gleichmäßig zu halten.

Zudem kann die Heizvorrichtung zu diesem Zeitpunkt eine ungleichmäßige Erwärmung des Substrats reduzieren, indem sie beispielsweise an einer dem Substrat gegenüber liegenden Oberfläche jeder Führung angeordnet wird.

Darüber hinaus ist das Target vorzugsweise so angeordnet, daß das erzeugte partikelförmige Dünnschichtmaterial in einem vorab bestimmten Winkel auf die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats auftreffen kann. Wenn der Auftreffwinkel, mit dem das partikelförmige Dünnschichtmaterial auf die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats auftrifft (mit ihnen kollidiert), zu diesem Zeitpunkt zu groß ist, werden die Oberflächen der erzeugten Dünnschichten ernsthaft beschädigt und grob. Zusätzlich besteht bei einem zu keinen Auftreffwinkel die Wahrscheinlichkeit einer leichten Abstoßung beim Auftreffen auf die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats (bei der Kollision mit diesen), und die Schichterzeugungsgeschwindigkeit nimmt ab. Daher ist das Target vorzugsweise so angeordnet, daß der Auftreffwinkel des partikelförmigen Dünnschichtmaterials beispielsweise 3° bis 45° beträgt.

Überdies wird zu diesem Zeitpunkt durch Teilen des Targets in mehrere Teile die Effizienz bei der Erzeugung des partikelförmigen Dünnschichtmaterials verbessert, und der Stromverbrauch kann verringert werden.

Obwohl das Dünnschichterzeugungsverfahren und die Dünnschichterzeugungsvorrichtung unabhängig von der Art der Substrate und der Dünnschichterzeugungsmaterialien auf unterschiedliche Arten der Dünnschichterzeugung angewendet werden können, werden sie zudem insbesondere vorzugsweise zur Erzeugung von Dünnschichten aus Oxidsupraleitern, wie YBCO oder BSCCO, angewendet, denen es an chemischer Stabilität mangelt. Gleichzeitig ist das Target aus einem zur Erzeugung eines Oxidsupraleiters verwendeten Material gefertigt. Da es einem Oxidsupraleiter an chemischer Stabilität mangelt, können eine Veränderung (Verschlechterung) und eine Ungleichförmigkeit der Schichtqualität aufgrund zeitbedingter Veränderungen durch das gleichzeitige Erzeugen von Dünnschichten auf beiden Seiten, der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche, des Substrats reduziert werden. Daher können durch die Erzeugung von Oxidsupraleiterdünnschichten, wie YBCO oder BSCCO, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Dünnschichterzeugungsverfahrens und der erfindungsgemäßen Dünnschichterzeugungsvorrichtung bei der Herstellung von Vorrichtungen, wie Mikrowellenvorrichtungen, beispielsweise die Ungleichförmigkeit der Betriebscharakteristika der Vorrichtung und dergleichen reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Prinzips eines Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Prinzips eines Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 ist ein schematisches Diagramm, das schematisch den Aufbau einer Dünnschichterzeugungsvorrichtung zeigt, die das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform realisiert, und eine Vorderansicht, die den Aufbau des Systems zeigt;

4 ist ein schematisches Diagramm, das schematisch den Aufbau einer Dünnschichterzeugungsvorrichtung zeigt, die das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform realisiert, und eine Ansicht der linken Seite entlang der Linie A–A' in 3;

5 ist ein schematisches Diagramm, das schematisch den Aufbau einer Dünnschichterzeugungsvorrichtung zeigt, die das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform realisiert, und eine Draufsicht, die den Aufbau eines Substrathalters zeigt;

6 ist ein schematisches Diagramm, das schematisch den Aufbau einer Dünnschichterzeugungsvorrichtung zeigt, die das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform realisiert, und eine Schnittansicht entlang der Linie B–B' in 5;

7 ist ein schematisches Diagramm, das schematisch den Aufbau einer Dünnschichterzeugungsvorrichtung zeigt, die das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform realisiert, und eine Draufsicht, die den Aufbau einer Heizvorrichtung zeigt;

8 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform und eine Draufsicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Mikrowellenvorrichtung zeigt;

9 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform und eine Schnittansicht entlang der Linie C– C' in 8;

10 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform und ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Mikrowellenvorrichtung;

11 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform und ein Schnittdiagramm zur Erläuterung eines Prozesses zur Herstellung einer Mikrowellenvorrichtung;

12 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform und ein Schnittdiagramm zur Erläuterung eines Prozesses zur Herstellung einer Mikrowellenvorrichtung;

13 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines herkömmlichen Dünnschichterzeugungsverfahrens und ein Diagramm, das einen Prozeß zur Erzeugung zeigt, bei dem ein System des Typs mit parallelen Platten verwendet wird;

14 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines herkömmlichen Dünnschichterzeugungsverfahrens und ein Diagramm, das einen Prozeß zur Erzeugung zeigt, bei dem ein System des gegenüberliegenden Typs verwendet wird;

15 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels eines herkömmlichen Dünnschichterzeugungsverfahrens und eine Draufsicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Mikrowellenvorrichtung zeigt;

16 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des herkömmlichen Dünnschichterzeugungsverfahrens und eine Schnittansicht entlang der Linie D–D' in 15;

17 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des herkömmlichen Dünnschichterzeugungsverfahrens und ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Mikrowellenvorrichtung;

18 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des herkömmlichen Dünnschichterzeugungsverfahrens und ein Schnittdiagramm zur Erläuterung eines Prozesses zur Erzeugung der Mikrowellenvorrichtung; und

19 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels des herkömmlichen Dünnschichterzeugungsverfahrens und ein Schnittdiagramm zur Erläuterung eines Prozesses zur Herstellung der Mikrowellenvorrichtung.

Bester Modus zur Ausführung der Erfindung

Zur genaueren Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird diese unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besprochen.

Zudem sind in allen Zeichnungen zur Erläuterung einer Ausführungsform den Elementen mit übereinstimmenden Funktionen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und auf eine Wiederholung ihrer Beschreibung wird verzichtet.

Bei dem Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden auf beiden Seiten, sowohl der Oberseite als auch der Rückseite, Dünnschichten erzeugt, indem ein Substrat so gehalten wird, daß die Oberseite und die Rückseite eines Substrats freiliegen, und ein an einer Verlängerung der Oberseite (bzw. Rückseite) des Substrats erzeugtes, partikelförmiges Material zum Substrat geleitet und auf der Oberseite und der Rückseite des Substrats abgeschieden wird.

(Ausführungsformen)

Die 1 und 2 sind schematische Diagramme zur Erläuterung des Prinzips eines Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den 1 und 2 bezeichnen das Bezugszeichen 1 ein Substrat, das Bezugszeichen 1A eine erste Hauptoberfläche des Substrats, das Bezugszeichen 1B eine zweite Hauptoberfläche des Substrats, das Bezugszeichen 2A ein partikelförmiges Dünnschichtmaterial, das Bezugszeichen 2B ein Target, das Bezugszeichen 3 eine Kathode, das Bezugszeichen 4 eine Führung, das Bezugszeichen 4A einen parallelen Abschnitt der Führung und das Bezugszeichen 4B einen geneigten Abschnitt der Führung. Zudem bezeichnet &thgr; in 2 den Auftreffwinkel des partikelförmigen Dünnschichtmaterials.

Das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform ist ein Erzeugungsverfahren, bei dem beispielsweise ein Sputterverfahren verwendet und, wie in 1 gezeigt, das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A an einer Verlängerung in der zur Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1, auf dem die Dünnschichten erzeugt werden, und ihrer Rückseite (der zweiten Hauptoberfläche) 1B parallelen Richtung erzeugt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A aus dem, wie beispielsweise in 1 gezeigt, an der Kathode 3 montierten Target 2B erzeugt. Zudem ist die Kathode 3, auf der das Target 2B montiert ist, wie in den 1 und 2 gezeigt, so angeordnet, daß das aus dem Target 2B erzeugte partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A in einem Winkel &thgr; auf die erste Hauptoberfläche 1A bzw. die zweite Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 auftreffen (mit ihr kollidieren) kann. Der Winkel &thgr; wird beispielsweise auf 3° bis 45° eingestellt.

Wenn die erste Hauptoberfläche 1A und die zweite Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 zu diesem Zeitpunkt in einen freigelegten Zustand gebracht werden, indem das Substrat 1 an den Endabschnitten der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 gehalten wird, und das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A auf die erste Hauptoberfläche 1A und die zweite Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 geleitet wird, können auf beiden Seiten, der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1, gleichzeitig Dünnschichten erzeugt werden.

Zusätzlich kann zu diesem Zeitpunkt die Dichte durch Herbeiführen einer Konvergenz des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A beim Prozeß des Aufbringens des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A auf die jeweiligen Hauptoberflächen 1A und 1B des Substrats 1 erhöht werden, wie in den 1 und 2 gezeigt, wenn auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 die Führung 4 vorgesehen ist, die den parallelen Abschnitt 4A, der parallel zu den jeweiligen Hauptoberflächen 1A und 1B ist, und den geneigten Abschnitt 4B aufweist, der von dem Substrat 1 getrennt ist, während er vom Substrat 1 zum Target 2B verläuft. Da die Schichterzeugungsgeschwindigkeit der Dünnschichten hoch wird, kann daher die Fertigungseffizienz erhöht werden.

Wenn sich die Grenze zwischen dem parallelen Abschnitt 4A und dem geneigten Abschnitt 4B der Führung 4 zu diesem Zeitpunkt auf dem Substrat 1 befindet, wie in 1 gezeigt, unterscheidet sich die Dichte des Dünnschichtmaterials 2A an einem von dem parallelen Abschnitt 4A eingeklemmten Abschnitt von der Dichte des Dünnschichtmaterials 2A in einem von dem geneigten Abschnitt 4B eingeklemmten Abschnitt, und daher tritt eine Ungleichförmigkeit der Schichtdicke auf. Daher wird das Dünnschichtmaterial beispielsweise vorzugsweise abgeschieden, während sich das Substrat 1 dreht, wenn sich die Grenze zwischen dem parallelen Abschnitt 4A und dem geneigten Abschnitt 4B der Führung 4 auf dem Substrat 1 befindet.

Darüber hinaus ist es bei der Erzeugung der Dünnschichten im allgemeinen erforderlich, das Substrat 1 zu erwärmen. Daher sind beispielsweise (nicht dargestellte) Heizvorrichtungen zum Erwärmen des Substrats 1 in den dem Substrat 1 gegenüberliegenden Oberflächen der Führung 4 vorgesehen. Wenn sich die Grenze zwischen dem parallelen Abschnitt 4A und dem geneigten Abschnitt 4B der Führung 4 zu diesem Zeitpunkt auf dem Substrat 1 befindet, wie in 1 gezeigt, unterscheidet sich die Temperatur des vom parallelen Abschnitt 4A eingeklemmten Abschnitts von der Temperatur des vom geneigten Abschnitt 4B eingeklemmten Abschnitts, und daher wird die Schichtqualität ungleichmäßig. Wenn sich die Grenze zwischen dem parallelen Abschnitt 4A und dem geneigten Abschnitt 4B der Führung 4 auf dem Substrat 1 befindet, wird daher das Dünnschichtmaterial 2A beispielsweise vorzugsweise abgeschieden, während das Substrat 1 gedreht wird.

Wie vorstehend erläutert, wird das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A auf beide Seiten, sowohl die erste Hauptoberfläche 1A als auch die zweite Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 aufgebracht, indem das Substrat beispielsweise so gehalten wird, daß die erste Hauptoberfläche 1A und die zweite Hauptoberfläche 1B freiliegen, und das an der Verlängerung in der Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche des Substrats 1 erzeugte, partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A zum Substrat 1 geleitet wird, während es beschleunigt wird. Daher können auf beiden Seiten, sowohl der ersten Hauptoberfläche 1A als auch der zweiten Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 jeweils gleichzeitig Dünnschichten erzeugt werden. Da auf beiden Seiten, sowohl der ersten Hauptoberfläche 1A als auch der zweiten Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 jeweils gleichzeitig Dünnschichten erzeugt werden können, ist es darüber hinaus leicht, die Schichtqualität der beiden auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 erzeugten Dünnschichten gleichmäßig zu halten.

Zudem kann durch Vorsehen der Führung 4 zur Steigerung der Dichte des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 eine Verringerung der Schichterzeugungsgeschwindigkeit verhindert werden. Da es möglich ist, auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats gleichzeitig Dünnschichten zu erzeugen, kann weiterhin die zur Erzeugung der Dünnschichten erforderliche Zeit verkürzt werden.

Die 3 bis 7 sind schematische Diagramme, die schematisch den Aufbau einer Dünnschichterzeugungsvorrichtung zeigen, durch die das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform realisiert wird, wobei 3 eine Frontansicht ist, die den Aufbau der Dünnschichterzeugungsvorrichtung zeigt, 4 eine Ansicht der linken Seite entlang der Linie A–A' in 3 ist, 5 eine Draufsicht ist, die den Aufbau einer Substrathalterung zeigt, 6 eine Schnittansicht entlang der Linie B–B' in 5 ist und 7 eine Draufsicht ist, die den Aufbau einer Heizvorrichtung zeigt.

In den 3 bis 7 bezeichnen das Bezugszeichen 5 eine Kammer, das Bezugszeichen 5A einen ersten Auslaßanschluß, das Bezugszeichen 5B einen zweiten Auslaßanschluß, das Bezugszeichen 5C ein Gaseinlaßrohr, das Bezugszeichen 6 eine Substrathalterung, das Bezugszeichen 6A eine erste Halterung, das Bezugszeichen 6B eine zweite Halterung, das Bezugszeichen 6C eine Schraube, das Bezugszeichen 7 ein Halteelement, das Bezugszeichen 8 eine Antriebswelle, das Bezugszeichen 9 einen Motor, das Bezugszeichen 10 eine Heizvorrichtung, das Bezugszeichen 10A einen parallelen Abschnitt der Heizvorrichtung, das Bezugszeichen 10B einen geneigten Abschnitt der Heizvorrichtung, das Bezugszeichen 10C einen Heizdraht, das Bezugszeichen 10D eine Durchgangsbohrung, das Bezugszeichen 11 ein Kathodenmontageelement und das Bezugszeichen 11A eine Winkelsteuereinheit.

Bei der Dünnschichterzeugungsvorrichtung, durch die das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform umgesetzt wird, sind beispielsweise das Halteelement 7, das die Substrathalterung 6 hält, in der das Substrat 1 montiert ist, die Kathode 3, in der das Target 2B montiert ist, und die Führung 4 in der Kammer 5 vorgesehen, wie in den 3 und 4 gezeigt. Gleichzeitig ist die Substrathalterung 6 aus der ersten Halterung 6A und der zweiten Halterung 6B sowie der Schraube 6C zusammengesetzt, durch die die erste Halterung 6A und die zweite Halterung 6B befestigt und fixiert sind, wie in den 5 und 6 gezeigt. Ferner hält die Substrathalterung 6 die Endabschnitte der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1, wie in 6 gezeigt, zu diesem Zeitpunkt mit der ersten Halterung 6A und der zweiten Halterung 6B so, daß die erste Hauptoberfläche 1A und die zweite Hauptoberfläche 1B freiliegen können.

Da das Halteelement 7 überdies beispielsweise mit dem Motor 9 mit der Antriebswelle 8 verbunden ist, kann es die Substrathalterung 6 mit der Drehung des Motors 9 synchron drehen, wobei die zur ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 senkrechte Richtung als Drehachse eingestellt ist.

Darüber hinaus ist die Führung 4 aus dem parallelen Abschnitt 4A, der parallel zur Substrathalterung 6 ist, und dem geneigten Abschnitt 4B aufgebaut, der von der Substrathalterung 6 getrennt ist, während er sich von der Substrathalterung 6 zur Kathode 3 erstreckt. Gleichzeitig wird davon ausgegangen, daß der parallele Abschnitt 4A und der geneigte Abschnitt 4B beispielsweise an einem Drehpunktabschnitt 4C verbunden sind und daß der von dem paralelen Abschnitt 4A und dem geneigten Abschnitt 4B gebildete Winkel steuerbar eingestellt wird.

Zudem sein die Heizvorrichtungen 10 an den Oberflächen der Führung 4 vorgesehen, die der Substrathalterung 6 gegenüberliegen. Gleichzeitig ist die Heizvorrichtung 10 beispielsweise aus dem am parallelen Abschnitt 4A der Führung 4 montierten, parallelen Abschnitt 10A und dem am geneigten Abschnitt 4B der Führung 4 montierten, geneigten Abschnitt 10B aufgebaut, wie in 7 gezeigt. Weiterhin wird der von dem parallelen Abschnitt 10A und dem geneigten Abschnitt 10B der Heizvorrichtung 10 gebildete Winkel zu diesem Zeitpunkt beispielsweise so eingestellt, daß er mit der Bewegung des parallelen Abschnitts 4A und des geneigten Abschnitts 4B der Führung 4 gekoppelt ist. Ferner werden der im parallelen Abschnitt 10A der Heizvorrichtung 10 vorgesehene Heizdraht 10C und der im geneigten Abschnitt 10B der Heizvorrichtung 10 vorgesehene Heizdraht 10C so eingestellt, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem parallelen Abschnitt 10A und dem geneigten Abschnitt 10B durch eine Veränderung der Dichte oder dergleichen gering wird. Überdies ist auch die Durchgangsbohrung 10D, durch die die Antriebswelle 8 verläuft, in der Heizvorrichtung 10 vorgesehen.

Obwohl auf eine Darstellung verzichtet wird, ist die Durchgangsbohrung, durch die die Antriebswelle 8 verläuft, darüber hinaus auch in der Führung 4 vorgesehen.

Zudem ist die Kathode 3 durch das Kathodenmontageelement 11 an der Kammer 5 befestigt, wie in den 3 und 4 gezeigt. Gleichzeitig ist die Winkelsteuereinheit 11A, die den Winkel der Kathode 3 steuert, in dem Kathodenmontageelement 11 vorgesehen.

Bei der Erzeugung von Dünnschichten auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 unter Verwendung der Dünnschichterzeugungsvorrichtung wird die Substrathalterung 6 beispielsweise in der Kammer 5 angeordnet und von dem Halteelement 7 gehalten, und während die Kathode 3, in der das Target 2B montiert ist, in der Kammer 5 montiert ist, werden die Winkel des geneigten Abschnitts 4B der Führung 4, des geneigten Abschnitts 10B der Heizvorrichtung 10 und der Kathode 3 eingestellt.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Winkel der Kathode 3, wie in 2 gezeigt, so eingestellt, daß der Auftreffwinkel &thgr; des aus dem an der Kathode 3 montierten Targets 2B gesputterten partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A 15° beträgt. Weiterhin wird auch der Winkel zwischen dem geneigten Abschnitt 4B der Führung 4 und dem geneigten Abschnitt 10B der Heizvorrichtung 10 entsprechend dem Auftreffwinkel &thgr; des partikelförmigen Dünnschichtmaterials 2A so eingestellt, daß er 30° beträgt.

Als Nächstes wird im Inneren der Kammer 5 nicht nur durch Absaugen der Innenluft durch den ersten Auslaßanschluß 5A und den zweiten Auslaßanschluß 5B, die in der Kammer vorgesehen sind, sondern auch durch Einfüllen von Argongas oder Sauerstoff in das Innere der Kammer 5 über das in der Kammer 5 vorgesehene Gaseinlaßrohr 5C ein Vakuum erzeugt.

Als Nächstes wird das auf der Substrathalterung 6 montierte Substrat 1 mittels der Heizvorrichtung 10 auf die vorab bestimmte Temperatur erwärmt, während die Substrathalterung 6 gedreht wird.

Dann wird elektrischer Strom an die Kathode 3 angelegt, und das partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A wird aus dem Target 2B gesputtert. Das aus dem Target 2B gesputterte, partikelförmige Dünnschichtmaterial 2A wird beispielsweise gemäß dem unter Bezugnahme auf 1 erläuterten Prinzip auf die erste Hauptoberfläche 1A und die zweite Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 aufgebracht und auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 abgeschieden.

Die 8 bis 12 sind schematische Diagramme zur Erläuterung von Anwendungsbeispielen des Dünnschichterzeugungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform, wobei 8 eine Draufsicht ist, die ein Beispiel des Aufbaus einer Mikrowellenvorrichtung zeigt, 9 eine Schnittansicht entlang der Linie C–C' in 8 ist, 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Mikrowellenvorrichtung ist und die 11 und 12 Schnittdiagramme zur Erläuterung eines Prozesses zur Herstellung einer Mikrowellenvorrichtung sind.

Das Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform wird, wie beispielsweise in den 8 und 9 gezeigt, zur Herstellung einer Mikrowellenvorrichtung verwendet, bei der das Schaltungsmuster 2C auf der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 und eine Erdebene auf der Rückseite (auf der zweiten Hauptoberfläche) 1B der ersten Hauptoberfläche 1A des Substrats 1 vorgesehen ist. Beispiele für Mikrowellenvorrichtungen sind eine Gruppenantenne, eine integrierte Mikrowellenschaltung, ein Filter und dergleichen.

Die Mikrowellenvorrichtung wird unter Verwendung einer Veränderung eines im Zusammenhang mit einem zwischen dem Schaltungsmuster 2C und der Erdebene 2D erzeugten, elektrischen Streufeld erzeugten Magnetfelds betrieben, wie beispielsweise in 10 gezeigt. Wenn das Schaltungsmuster 2C und die Erdebene 2D hierbei beispielsweise Oxidschichtsupraleiter sind, können im Vergleich zu normalen Leitern ein geringerer Oberflächenwiderstand und höhere Betriebscharakteristika erzielt werden. Daher haben in jüngster Zeit unterschiedliche Mikrowellenvorrichtungen Aufmerksamkeit erregt, für die Oxidsupraleiter verwendet wurden.

Bei einer Mikrowellenvorrichtung, für die Oxidsupraleiter verwendet werden, werden als Substrat 1 beispielsweise ein dielektrisches Substrat, wie Magnesiumoxid (MgO) oder Al2O3, und für das Schaltungsmuster 2C und die Erdebene 2D Oxidsupraleiter, wie YBCO oder BSCCO, verwendet.

Bei der Herstellung einer Mikrowellenvorrichtung unter Verwendung von Oxidsupraleitern werden zunächst, wie in 11 gezeigt, Dünnschichten 2C' und 2D aus den Oxidsupraleitern auf der ersten Hauptoberfläche 1A und der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1 erzeugt. Zur Erzeugung der Dünnschichten 2C' und 2D wird die im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform erläuterte Dünnschichterzeugungsvorrichtung verwendet. Hierbei werden beispielsweise Materialien, wie YBa2CU3OX, Y2O3, BaO, CuO und dergleichen, die zur Erzeugung von YBCO verwendet werden, das eine Art von Oxidsupraleiter ist, für das Target 2B verwendet. Zudem wird das Substrat 1 auf beispielsweise ca. 800°C erwärmt.

Als Nächstes wird, wie in 12 gezeigt, ein mit dem Schaltungsmuster 2C übereinstimmender Ätzwiderstand 12 auf einer Dünnschicht, beispielsweise der auf der ersten Hauptoberfläche 1Ades Substrats 1 erzeugten Dünnschicht 2C' erzeugt. Obwohl auf eine Darstellung verzichtet wurde, wird zu diesem Zeitpunkt auch auf der Rückseite der Oberfläche, auf der der Ätzwiderstand 12 erzeugt wird, d.h. der Dünnschicht 2D auf der zweiten Hauptoberfläche 1B des Substrats 1, beispielsweise ein Widerstand erzeugt. Dann werden überflüssige Abschnitte durch Ätzen der Dünnschicht 2C' auf der Oberfläche entfernt, auf der der Ätzwiderstand 12 erzeugt wurde, und das in 8 gezeigte Schaltungsmuster 2C wird erzeugt.

Da hierbei die Dünnschichten 2C' und 2D jeweils in einer herkömmlichen Dünnschichterzeugungsvorrichtung erzeugt werden sollten, unterschied sich der Grad der zeitbedingten Veränderungen der zuerst erzeugten Dünnschicht 2C' und der als Zweites erzeugten Dünnschicht 2D, und daher unterschied sich in vielen Fällen die Schichtqualität der beiden Dünnschichten 2C' und 2D. Insbesondere bei der Erzeugung der Dünnschichten 2C' und 2D unter Verwendung von Oxidsupraleitern waren die Verschlechterung und die Ungleichförmigkeit der Schichtqualität merklich, da es Oxidsupraleitern an chemischer Stabilität mangelt. Daher lag ein großer Einfluß auf die Verschlechterung der Betriebscharakteristika einer erzeugten Mikrowellenvorrichtung vor. Da es bei der Dünnschichterzeugungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform andererseits möglich ist, die Dünnschichten 2C' und 2D gleichzeitig auf beiden Seiten, sowohl der ersten Hauptoberfläche 1A als auch der zweiten Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 zu erzeugen, können die Verschlechterung und Ungleichförmigkeit der Schichtqualität der Dünnschichten 2C' und 2D auf den jeweiligen Oberflächen reduziert werden. Dadurch können die Betriebscharakteristika der Vorrichtung stabilisiert werden.

Wie vorstehend erläutert, können bei dem Dünnschichterzeugungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform die durch zeitbedingte Veränderungen verursachte Verschlechterung und Ungleichförmigkeit der Schichtqualität reduziert werden, da die Dünnschichten 2C' und 2D gleichzeitig auf beiden Seiten, sowohl der ersten Hauptoberfläche 1A als auch der zweiten Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 erzeugt werden können.

Da die Dünnschichten 2C' und 2D auf beiden Seiten, sowohl der ersten Hauptoberfläche 1A als auch der zweiten Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 gleichzeitig erzeugt werden können, kann ferner der zur Erzeugung der Dünnschichten erforderliche Zeit- und Energieaufwand verringert werden. Dadurch können die Fertigungskosten der Dünnschichten gesenkt werden.

Da die Dünnschichten 2C' und 2D auf beiden Seiten, sowohl der ersten Hauptoberfläche 1A als auch der zweiten Hauptoberfläche 1B, des Substrats 1 gleichzeitig erzeugt werden können, kann überdies die durch zeitbedingte Veränderungen verursachte Verschlechterung der Schichtqualität auch bei der Erzeugung von Dünnschichten aus Oxidsupraleitern reduziert werden. Dadurch können die Betriebscharakteristika der Mikrowellenvorrichtung stabilisiert werden, für die Oxidsupraleiter verwendet werden.

Überdies können die Verschlechterung und Ungleichförmigkeit der Schichtqualität und die Ungleichförmigkeit der Schichtdicke bei der gleichzeitigen Erzeugung von Dünnschichten auf mehreren Substraten 1 unter Verwendung der in den 3 und 4 gezeigten Dünnschichterzeugungsvorrichtung oder auch bei der Erzeugung von Dünnschichten auf einem großen Substrat 1 reduziert werden.

Wie vorstehend erwähnt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann selbstverständlich innerhalb eines Rahmens, in nicht vom Wesentlichen abgewichen wird, auf unterschiedliche Arten modifiziert werden, obwohl die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben wurde.

Obwohl beispielsweise das Sputterverfahren als Beispiel und Prinzip genannt und im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Aufbau der Dünnschichterzeugungsvorrichtung erläutert wurde, stellt dies keine Einschränkung dar, sondern es können auch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (ein CVD-Verfahren, ein Molekularstrahlepitaxieverfahren, (ein MBE-Verfahren), ein Laserablationsverfahren, ein Vakuumabscheidungsverfahren, etc. verwendet werden, bei denen ähnliche Prinzipien angewendet werden.

Obwohl bei den Ausführungsformen zudem ein Dünnschichterzeugungsverfahren verwendet wird, bei dem ein Oxidsupraleiter verwendet wird, stellt dies keine Einschränkung dar, sondern es können beliebige Arten von Werkstoffen verwendet werden, so lange es sich um ein Dünnschichterzeugungsverfahren handelt, bei dem ein ähnliches Prinzip und ein ähnliches System beispielsweise zur Erzeugung einer Dünnschicht aus einem Halbleiter oder einem Metall angewendet werden.

Obwohl bei den Ausführungsformen weiterhin durch die Heizvorrichtung 10 die Ungleichmäßigkeit der Temperatur verringert wird, indem die Dichte der Heizdrähte 10C des parallelen Abschnitts 10A und des geneigten Abschnitts 10B verändert wird, wie in 7 gezeigt, stellt dies keine Einschränkung dar, sondern es ist beispielsweise auch zufriedenstellend, wenn die Ungleichmäßigkeit der Temperatur verringert wird, indem der Heizdraht 10C des parallelen Abschnitts 10A und der Heizdraht 10C des geneigten Abschnitts 10B unabhängig gehalten werden und der an jeden angelegte elektrische Strom eingestellt wird. Obwohl die Heizvorrichtungen 10 bei den Ausführungsformen ferner an den Oberflächen der Führung 4 vorgesehen sind, die der Substrathalterung 6 gegenüberliegen, wie in 3 gezeigt, stellt dies keine Einschränkung dar, sondern es kann jede Art von Konfiguration und Anordnung verwendet werden, solange das auf der Substrathalterung 6 montierte Substrat 1 gleichmäßig erwärmt werden kann.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie vorstehend beschrieben, sind das Dünnschichterzeugungsverfahren und die Dünnschichterzeugungsvorrichtung, die die Erfindung betrifft, durch die Abscheidung eines partikelförmigen Materials auf einem Substrat als Dünnschichterzeugungsverfahren nützlich, und insbesondere ist es zur Erzeugung einer Mikrowellenvorrichtung oder dergleichen geeignet, bei der stabile Betriebscharakteristika gefordert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG DÜNNSCHICHTERZEUGUNGSVERFAHREN UND DÜNNSCHICHTERZEUGUNGSVORRICHTUNG

Eine Dünnschichterzeugungsvorrichtung umfaßt ein aus einem Dünnschichtmaterial aufgebautes Target, eine Kathode zur Erzeugung eines partikelförmigen Dünnschichtmaterials aus dem Target, ein Halteelement zum Halten des Substrats, auf dem das partikelförmige Dünnschichtmaterial abgeschieden werden soll, eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Substrats und eine Führung zum Leiten des partikelförmigen Dünnschichtmaterials auf eine Oberfläche des Substrats, auf der das Dünnschichtmaterial abgeschieden wird, wobei das Halteelement das Substrat so hält, daß die erste Hauptoberfläche des Substrats und ihre Rückseite (die zweite Hauptoberfläche) freiliegen, das Target an einer Position angeordnet ist, an der das partikelförmige Dünnschichtmaterial an einer Verlängerung in der Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche des Substrats erzeugt wird, und die Führung auf der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist.


Anspruch[de]
Dünnschichterzeugungsverfahren, bei dem ein partikelförmiges Dünnschichtmaterial erzeugt, das erzeugte partikelförmige Dünnschichtmaterial auf die Hauptoberfläche eines Substrats geleitet und auf ihr abgeschieden und eine Dünnschicht erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat so gehalten wird, daß eine erste Hauptoberfläche und ihre (als zweite Hauptoberfläche bezeichnete) Rückseite freigelegt werden können, das partikelförmige Dünnschichtmaterial an einer Verlängerung in der Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche des Substrats erzeugt wird, und das erzeugte partikelförmige Dünnschichtmaterial auf die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats aufgebracht wird. Dünnschichterzeugungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Dünnschichtmaterial so aufgebracht wird, dass es divergiert und dass seine Dichte erhöht wird, wenn es sich der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche des Substrats nähert. Dünnschichterzeugungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dünnschichtmaterial abgeschieden wird, während das Substrat gedreht wird, wobei die zur ersten Hauptoberfläche senkrechte Richtung als Drehachse verwendet wird. Dünnschichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Heizvorrichtungen an der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet sind und das Substrat erwärmen. Dünnschichterzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das partikelförmige Dünnschichtmaterial aus einem zur Erzeugung eines Oxidsupraleiters verwendeten Material erzeugt wird. Dünnschichterzeugungsvorrichtung mit einem aus einem Dünnschichtmaterial aufgebauten Target, einer Kathode zur Erzeugung eines partikelförmigen Dünnschichtmaterials aus dem Target, einem Halteelement zum Halten des Substrats, auf dem das partikelförmige Dünnschichtmaterial abgeschieden werden soll, einer Heizvorrichtung zum Erwärmen des Substrats und einer Führung zum Leiten des partikelförmigen Dünnschichtmaterials auf eine Oberfläche des Substrats, auf der das Dünnschichtmaterial abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement das Substrat so hält, daß die erste Hauptoberfläche des Substrats und ihre Rückseite (die zweite Hauptoberfläche) freiliegen, das Target an einer Position angeordnet ist, an der das partikelförmige Dünnschichtmaterial an einer Verlängerung in der Richtung der Ebene der ersten Hauptoberfläche des Substrats erzeugt wird, und die Führung auf der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist. Dünnschichterzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung aus einem parallelen Abschnitt, der zu der ersten Hauptoberfläche oder der zweiten Hauptoberfläche des Substrats parallel ist, und einem geneigten Abschnitt aufgebaut ist, der von dem Substrat getrennt ist, während er sich vom Target zum Substrat erstreckt. Dünnschichterzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement einen Drehmechanismus aufweist, der das Substrat dreht. Dünnschichterzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung auf einer Oberfläche jeder Führung vorgesehen ist, die dem Substrat gegenüberliegt. Dünnschichterzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Target so angeordnet ist, daß das erzeugte partikelförmige Dünnschichtmaterial in einem vorab bestimmten Winkel auf die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des Substrats auftrifft. Dünnschichterzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei oder mehr Targets umfaßt. Dünnschichterzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Target aus einem Material hergestellt ist, das zur Erzeugung eines Oxidsupraleiters verwendet wird.






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