DE10100746A1

DE10100746A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bilden von Filmen

Info

Publication number: DE10100746A1
Application number: DE10100746A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Anzaki; Kenji Mori
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2001-08-02
Also published as: JP2001200357A; US20010009221A1; US6419800B2

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Bilden von Filmen zum Herstellen kompakter optischer Teile und eine Vorrichtung dafür bereitgestellt. In einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform kann ein Substrat verwendet werden, das um die Mitte einer Drehachse (10) in der vertikalen Richtung drehbar ist, die sich in einem inneren Zylinder (12) befindet, und eine Vielzahl - beispielsweise vier - Target-Einheiten, die jede das Paar der Targets (2A, 2B) aufweisen (2B liegt unter 2A und ist hier nicht sichtbar), die seriell in der vertikalen Richtung innerhalb eines äußeren Zylinders (13), die gegenüber der Oberfläche (4a) des Substrates (4) angeordnet sind, die parallel in der Umfangsrichtung der inneren Wand des äußeren Zylinders (13) angeordnet sind. Indem ein Verfahren angewendet wird, durch das die Spannung angelegt wird, während abwechselnd die Polarität für jedes der Targets (2A, 2B) umgekehrt wird, ist es möglich, eine Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrats durch Glimmentladungssputtern zu bilden, um das Entladen durchzuführen, wobei das Sputtern durchgeführt werden kann, indem eine kleine serielle Vorrichtung oder eine glockenschalenförmige Vorrichtung mit geringem Raumbedarf benutzt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bilden von Filmen, die einen opti schen Film auf optischen Elementen durch Sputtern in einer Vakuumvorrichtung mit einer Atmosphäre mit einstellbar verringertem Druck bildet, ein Verfahren dafür und Substrate mit Filmen, die dadurch gebildet sind.

In der Vergangenheit ist versucht worden, zwei Sputter-Targets benachbart in derselben Ebe ne auf jeweiligen Kathoden anzuordnen, und das Substrat mit einem Überzug zu beschichten, der die Komponenten des Targetmaterials aufweist. In solchen Fällen ist es das angewandte Verfahren, jede Kathode mit einer Energiequelle zu versehen, um negative Spannung an die Kathoden anzulegen, d. h. jede Kathode mit einer negativen Spannung aus elektrisch getrenn ten Systemen zu versorgen.

Dieses ist in den jüngsten Jahren zu einer Vorrichtung entwickelt worden, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, wo abwechselnd umgekehrte Spannung auf die beiden Targets in derselben Ebene gegeben werden, und ein Film auf einem Substrat gebildet wird, wobei die Targets statisch entladen werden.

In der vereinfachten Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen, die in Fig. 13 gezeigt ist, wird Argongas oder, falls notwendig, Sauerstoff, Stickstoff, Methan, Al kohol, ein Kohlenwasserstoff, Fluorkohlenstoff oder anderes Gas durch ein Gaseinführrohr (nicht gezeigt) in die Vorrichtung zum Bilden von Filmen eingeführt, wobei das Innere der Vorrichtung zum Bilden von Filmen gleichzeitig mit einer Evakuierpumpe (nicht gezeigt) evakuiert wird, um einen Raum bereitzustellen, in dem auf einen gegebenen Druck reduziert wurde; wenn eine negative Spannung von der Energiequelle 7 auf die Kathoden 1A, 1B gege ben wird, die in einer Reihe angeordnet sind, bewirkt das Glimmentladungsplasma 3, das auf der Oberfläche der jeweiligen Targets 2A, 2B gebildet wird, die sich auf jeder Kathode 1A, 1B befinden, das Sputtern des Targets 2A und des Targets 2B. Wenn die Kathode 1A eine positive Elektrode ist, ist die Kathode 1B eine negative Elektrode. Wenn die Kathode 1A eine negative Elektrode ist, ist die Kathode 1B eine positive Elektrode.

Eine Gasrückhalteplatte/Anti-Anhaftplatte/Platte 6 zum Steuern der Filmdicke ist so angeord net, daß sie die beiden Kathoden 1A, 1B umgibt, und dies verhindert das unnötige Wegfliegen der gesputterten Teilchen, wobei auch das Streuen des Plasmas 3 abgeschlossen wird, um den Prozeß zu stabilisieren. Ein Substrat 4, auf dem der Film gebildet werden soll, wird an einer Stelle gegenüber dem Target 2A und dem Target 2B außerhalb der Öffnungen der Gasrück halteplatte/Anti-Anhaftplatte/Platte 6 zum Steuern der Filmdicke angeordnet. Das Substrat 4 wird in dieselbe Richtung transportiert, wie die Richtung ist, in der das Paar Targets 2A, 2B ausgerichtet ist.

Eine Magnetron-Energiequelle 7 liefert eine negative Spannung an die Kathoden 1A und 1B. Zu diesem Zeitpunkt kehrt ein Oszillator, eine Umschaltung oder ein elektrischer Wechsel stromgenerator 8 abwechselnd die Polarität der Kathoden 1A und 1B um, so daß die Kathode 1B die positive Elektrode ist, wenn die Kathode 1A die negative Elektrode 1, und so daß die Kathode 1A die positive Elektrode ist, wenn die Kathode 1B die negative Elektrode ist, um die Ladung abzuführen, die sich auf der Oberfläche der Targets 2A, 2B angesammelt hat, während von einem momentanen Gesichtspunkt her das abwechselnd umgekehrte Glimment ladungsplasma 3, das erzeugt wird, indem eine negative Spannung an eine der Kathoden 1A oder 1B und eine positive Spannung an die andere der Kathoden 1B oder 1B angelegt wird, das Sputtern der Targets 2A und 2B hervorruft, die sich auf den Oberflächen der beiden Ka thoden 1A und 1B befinden.

Andererseits gibt es Verfahren zum Bilden von Filmen auf den Enden optischer dreidimen sionaler Teile durch Vakuumverdampfung, wodurch Filme auf die Enden oder Seiten zahlrei cher kleiner optischer (dreidimensionaler) Teile aufgeschichtet werden können, wobei die kombinierte Wirkung des Drehens einer Kuppel, die mit den optischen Teilen beladen ist, und des Verwendens eines aktivierenden Mittels, so wie einer Plasmaunterstützung, benutzt wird.

Es gab eine Grenze für die Anzahl optischer Teile, die für den zuvor genannten Vakuumver dampfungsprozeß für optische Teile beschickt werden können, und die Produktivität ist nicht sehr hoch gewesen.

Zusätzlich gibt es auch Grenzen für die Materialien, die für die herkömmliche Filmbildung durch eine solche Vakuumverdampfung benutzt werden können, und grundsätzlich haben Verbindungen, welche Elemente mit unterschiedlichen Vakuumverdampfungsdrücken auf weisen, für jedes Element unterschiedliche Vakuumverdampfungsraten, so daß die Zusam mensetzung der Vakuumverdampfungsquelle sehr oft von der Zusammensetzung des Films unterschiedlich gewesen ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden von Filmen zum Herstellen kompakter optischer Teile zur Verfügung zu stelllen, wobei eine Glockenschalen- (oder "karusselförmige") Vorrichtung benutzt wird, wodurch die Anzahl der Teile, die in der Vorrichtung gleichzeitig angeordnet werden können, vergrößert werden kann, und eine Vor richtung dafür zur Verfügung zu stellen.

Die genannten Aufgaben der Erfindung können durch den folgenden Aufbau gelöst werden.

(1) Eine Vorrichtung zum Bilden von Filmen, mit einer Magnetron-Sputterkathode, einem Target, das sich auf der Kathode befindet, und einem Substrat, auf dem ein Film gebildet werden soll, das gegenüber dem Target angeordnet ist, in einer Vakuumvorrichtung mit einer Atmosphäre mit einstellbarem verringertem Druck, wobei die Vorrichtung zum Bilden von Film dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit einem Paar Kathoden versehen ist, die nahe be einander angeordnet sind und sich in einer geraden Linie in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrates befinden, wobei wenigstens eine Reihe sich in der Trans portrichtung des Substrates befindet, und einer Energiequellenvorrichtung (einer Energie quelle, einem Oszillator, einer Umschaltung oder einem elektrischen Wechselstromgenerator usw.), die abwechselnd die Polarität des Paares der Kathoden umkehrt, so daß, wenn die erste des Paares der Kathoden als eine negative Elektrode benutzt wird, die zweite des Paares der Kathoden als eine positive Elektrode benutzt wird, und wenn die zweite des Paares der Ka thoden als eine negative Elektrode benutzt wird, die erste des Paares der Kathoden als eine positive Elektrode benutzt wird, um eine Spannung, die eine Glimmentladung erzeugt, an ein Paar Targets anzulegen, von denen jedes einer des Paares der Kathoden entspricht und die sich auf der Oberfläche jeder Kathode befinden.

(2) Ein Verfahren zum Bilden von Filmen, bei dem eine Magnetron-Sputterkathode, ein Target, das auf der Kathode angeordnet ist, und ein Substrat, auf dem ein Film gebildet wer den soll, welches sich gegenüber dem Target befindet, in einer Vakuumvorrichtung mit einer Atmosphäre mit einstellbarem verringertem Druck angeordnet sind, um einen Film auf der Oberfläche des Substrates zu bilden, wobei das Verfahren zum Bilden von Filmen eines ist, welches das Anordnen eines Paares von Kathoden, die sich nahe einander in einer geraden Linie in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrates befinden, wobei we nigstens eine Reihe in der Transportrichtung des Substrates angeordnet ist, das abwechselnde Umkehren der Polarität des Paares der Kathoden, so daß, wenn die erste des Paares der Ka thoden als eine negative Elektrode benutzt wird, die zweite des Paares der Kathoden als eine positive Elektrode benutzt wird, und wenn die zweite des Paares der Kathoden als eine nega tive Elektrode benutzt wird, die erste des Paares der Elektroden als eine positive Elektrode benutzt wird, um eine Spannung, die eine Glimmentladung erzeugt, an ein Paar Targets an zulegen, die jeweils dem Paar der Kathoden entsprechen, wobei sie sich auf der Oberfläche jeder Kathode befinden, und das gleichzeitige Sputtern des Paares der Targets durch die er zeugte Glimmentladung, um einen Film zu bilden, der das strukturelle Material der Targets auf der Oberfläche des Substrates aufweist, umfaßt.

(3) Ein Substrat, auf dem ein Film gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es durch das Verfahren zum Bilden von Filmen nach (2) oben erhalten wurde.

Es ist bevorzugt, einen Oszillator, eine Umschaltung oder einen elektrischen Wechselstrom generator zwischen der Energiequelle und den Kathoden vorzusehen, um abwechselnd die Polarität des Paares der Kathoden umzukehren.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Targets gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht einer Glockenschalen-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im horizontalen Querschnitt (Fig. 2(a)), und eine vergrößerte Seitenansicht jedes Targetbereiches der Fig. 2(a) (Fig. 2(b));

Fig. 3(a) eine Draufsicht auf die Targets, Fig. 3(b) eine Seitenansicht der Targets;

Fig. 4(a) eine Draufsicht auf die Targets, Fig. 4 (b) eine Seitenansicht der Targets;

Fig. 5(a) eine schematische Zeichnung eines Aufbaus, bei dem ein optischer Monitor auf einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform angebracht ist,

Fig. 5(b) eine Ansicht entlang dem Pfeil A-A der Fig. 5(a);

Fig. 6(a) eine schematische Ansicht eines Aufbaus, bei dem ein Kristall-Filmdickenmesser innerhalb einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform an gebracht ist, Fig. 6 (b) eine Ansicht entlang dem Pfeil A-A der Fig. 6(a);

Fig. 7(a) eine schematische Ansicht eines Aufbaus, bei dem ein optischer Detektor zum Erfassen der Plasmaemission auf einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform angeordnet ist, Fig. 7 (b) eine Ansicht entlang dem Pfeil A- A der Fig. 7(a);

Fig. 8 a),(b) und (c) sind Draufsichten auf die Kathoden;

Fig. 9(a) und (b) sind Draufsichten auf die Kathoden;

Fig. 10 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen mit ei nem doppelzylindrigen Glockenschalen-(Karussell)-System;

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen mit ei nem aufgereihten System;

Fig. 12 ist eine verkürzte Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen durch Sputtern, die benutzt werden kann, um das Beschichtungsverfahren für ei nen Film gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchzuführen; und

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung für die Filmbildung auf einem Substrat, wobei die Targets statisch entladen werden und eine umgekehrte Span nung abwechselnd an jede der beiden Targets in derselben Ebene angelegt wird.

Bei der Vorrichtung zum Bilden von Filmen gemäß der Erfindung; wie sie in der Draufsicht auf die Oberflächen der Targets 2A, 2B in Fig. 1 gezeigt ist, befindet sich das Paar Targets 2A, 2B nahe beieinander, und sie sind hintereinander in der Richtung senkrecht zu der Trans portrichtung angeordnet, wobei wenigstens eine Reihe sich in der Transportrichtung des Sub strates 4 befindet.

Die Vorrichtung zum Bilden von Filmen gemäß der Erfindung, bei der das Paar Targets 2A, 2B nahe beieinander angeordnet ist und sie so hintereinander in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung angeordnet sind, wobei wenigstens eine Reihe sich in der Transportrich tung des Substrates befindet, kehrt abwechselnd die Polarität der Kathoden 1A, 1B um, die dem Paar der Targets 2A, 2B entsprechen, so daß die Polarität jedes der Targets 2A, 2B ab wechselnd umgekehrt wird, wenn die Spannung angelegt ist; dieses Verfahren ermöglicht es, daß eine Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates 4 durch Glimmentladungssputtern gebildet wird, um das statische Entladen zu erreichen, wobei das Sputtern durchgeführt wer den kann, indem eine kleine Aufreihungs- oder Glockenschalen (oder "karusselförmige")- Vorrichtung mit einem geringen Raumbedarf verwendet wird.

Im Gegensatz dazu sind bei der Vorrichtung zum Bilden von Filmen, die in Fig. 13 gezeigt ist, die Targets 2A, 2B für das Paar der Kathoden 1A, 1B, deren Polaritäten abwechselnd um gekehrt werden, in derselben Richtung wie der Transportrichtung des Substrates 4 angeordnet, so daß die Vorrichtung zum Bilden von Filmen einen relativ großen Raumbedarf erfordert.

Als Glockenschalen-Vorrichtung, die oben angesprochen ist, welche in Fig. 2 zu sehen ist (Fig. 2 (a) zeigt eine Ansicht der Glockenschalen-Vorrichtung in Richtung des horizontalen Querschnitts mit der Drehachse in der vertikalen Richtung, und Fig. 2 (b) zeigt eine vergrö ßerte Seitenansicht jedes Target-Bereiches der Fig. 2 (a)), kann eine Vorrichtung zum Bilden von Filmen mit einem Substrat 4 benutzt werden, das drehbar um die Mitte einer Drehachse 10 in der vertikalen Richtung in einem inneren Zylindern 12 angeordnet ist, und mit einer Vielzahl (in Fig. 2 vier) von Target-Einheiten, die jede das Paar der Targets 2A, 2B umfaßt (2B liegt unter 2A und kann in Fig. 2 nicht gesehen werden), die in der vertikalen Richtung aufgereiht angeordnet sind, innerhalb eines äußeren Zylinders 13 gegenüber der Oberfläche 4a des Substrats 4, die parallel in der Umfangsrichtung der Innenwand des äußeren Zylinders 13 angeordnet sind. Fig. 2 (b) zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Targets 2A, 2B, und eine Rücklage-Platte 14 und ein Magnetron-Magnet 15 befinden sich hinter den Targets 2A, 2B.

Die Vorrichtung zum Bilden von Filmen der Erfindung kann auch den Aufbau haben, der in Fig. 3 gezeigt ist (Fig. 3 (a) ist eine Draufsicht auf die Targets 2A, 2B von der Seite der Magnete 15A, 15B her, und Fig. 3 (b) ist eine Seitenansicht der Targets 2A, 2B), wobei der Magnetron-Magnet 15 so angeordnet ist, daß die mittlere magnetische Kraft im Grenzab schnitt zwischen dem Paar Targets 2A, 2B, die benachbart zueinander angeordnet sind, schwächer ist, als in anderen Bereichen, und so, daß das Magnetfeld in den Erosionszonen (den Zonen, wo das Sputtern durchgeführt wird) auf den Targets 2A, 2B äquivalent in den Bereichen nahe dem Grenzabschnitt und den anderen Abschnitten ist. Das Verfahren, bei dem die mittlere Magnetkraft in dem Grenzabschnitt schwächer gemacht wird, als in den anderen Abschnitten, kann zum Beispiel die Verwendung eines Magnetron-Magneten 15 mit einer schwächeren Magnetkraft in dem Grenzabschnitt als in anderen Abschnitten umfassen, oder es kann erreicht werden, indem der Magnetron-Magnet 15 an den Grenzabschnitten mit Ma gneten 15 gebaut ist, die aus zahlreichen schmalen Streifen bestehen, welche in einer Reihe angeordnet sind, und eine Einstellung vorgenommen wird, indem der Abstand zwischen den schmalen Streifen der Magnete 15 vergrößert oder verkleinert wird.

Die zuvor genannte Vorrichtung zum Bilden von Filmen kann auch den Aufbau haben, der in Fig. 4 gezeigt ist (Fig. 4(a) ist eine Draufsicht auf die Targets 2A, 2B von der Seite des Magneten 15 her, und Fig. 4(b) ist eine Seitenansicht der Targets 2A, 2B), wobei Magne tron-Magnete 15, die eine einzige kontinuierliche magnetische Schaltung bilden, in dem Paar der Targets 2A, 2B angeordnet werden können.

Der Aufbau kann so sein, daß der Unterschied in der Dicke des Targetfilms in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrats 4, die durch den Sputterprozeß der Gesamt heit der Paare der Targets 2A, 2B erhalten wird, in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, in dem Haupt bereich der Filmbildung im Bereich von etwa ± 20% und bevorzugt innerhalb eines Berei ches von ungefähr ± 10% liegt.

Das Vorsehen des Magnetron-Magneten 15 bewirkt, daß die Elektronen innerhalb des ma gnetischen Feldes auf den Targets 2A, 2B gefangen werden, und somit wird Gas, so wie Ar gon, das an die Vorrichtung geliefert wird, mit einer hohen Dichte ionisiert und stößt auf die Targets 2A, 2B mit einer hohen Beschleunigung. Dies vergrößert die Wirksamkeit des Sput terns stark.

Wie in Fig. 5 gezeigt (Fig. 5(a) ist eine schematische Zeichnung eines Aufbaus, bei dem ein optischer Monitor auf einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform angebracht ist, und Fig. 5(b) ist eine Ansicht entlang dem Pfeil A-A der Fig. 5(a)), kann ein optischer Detektor 17, so wie eine optische Vorrichtung zum Messen der Filmdicke, wel che einen Licht-Interferenzeffekt oder dergleichen ausnutzt, auf der Seitenwand der Vorrich tung 13 zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform angebaut sein, und die aufgebaute Filmdicke und das Filmduchlaßspektrum können während der tatsächlichen Bildung des Films auf dem Substrat 4 von den Targets 2A, 2B gemessen werden. Ein Filmdickenmonitor, der einen Kristalloszillator benutzt, kann auch anstelle eines optischen Detektors 17 verwen det werden, wobei in diesem Fall die Ausgabe des Kristalloszillators an die Energiequelle zurückgespeist werden kann, um die Filmbildungsgeschwindigkeit stabil zu steuern.

Hier, wie in Fig. 5 gezeigt, befindet sich das Ende des optischen Systems des optischen De tektors 17 mit seiner optischen Achse in der Richtung normal zu der Seitenwand des Zylin ders der Vorrichtung 13 zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform (der Richtung senk recht zu der Drehachse 10 der Vorrichtung 13 zum Bilden von Filmen).

Die Filmdicke kann angepaßt werden, indem die Spannung der Energiequelle usw. mit einem Filmbildungs-Steuersystem 18 gesteuert wird, während die aufgebaute Filmdicke und das Durchlaßspektrum in dem Film, der auf der Oberfläche des Substrats 14 gebildet ist, gemes sen werden (wobei das Durchlaßspektrum erfaßt wird, indem die Lichtquelle auf der Seite gegenüber dem Detektor für das Durchlaßspektrum für den aufgebauten Film eingerichtet wird).

Wie in Fig. 6 gezeigt (Fig. 6(a) ist eine schematische Ansicht eines Aufbaus, bei dem ein Kristall-Filmdickenmesser innerhalb einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glocken schalenform angeordnet ist, und Fig. 6(b) ist eine Ansicht entlang des Pfeiles A-A der Fig. 6 (a)), ist eine Kristall-Filmdickenmesser 20, der den Massenänderungseffekt benutzt, nahe der Vorderseite der Targets (Kathoden) 2A, 2B eingerichtet, wobei das Signal, das der Auf baurate des Films während der tatsächlichen Filmbildung auf dem Substrat 4 entspricht, ge messen wird, das Signal wird an ein Filmbildungs-Steuersystem 21 geschickt, und ein Signal für die Steuerung der Energie aus der Energiequelle der Kathode, um die Filmaufbaurate am vorgeschriebenen Wert zu halten, wird an die Energiequelle geschickt, so daß die vorge schriebene Filmaufbaurate stabil eingehalten werden kann; es ist so möglich, stabil eine kon stante Filmdicke zu erhalten, wenn die Transportgeschwindigkeit oder die Drehgeschwindig keit des Substrates 4 konstant ist.

Wie in Fig. 7 gezeigt (Fig. 7(a) ist eine schematische Ansicht eines Aufbaus, bei dem ein optischer Detektor zum Erfassen der Plasmaemission auf einer Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform angeordnet ist, und Fig. 7(b) ist eine Ansicht entlang dem Pfeil A-A der Fig. 7(a)), ist ein optischer Detektor 22, der in der Lage ist, die Plasmaemis sion währen der Filmbildung zu erfassen, nahe der Vorrichtung zum Bilden von Filmen ein gerichtet, und der Aufbau kann derart sein, daß der optische Detektor 22 sich mit einer oder mehreren optischen Achsen, wo die Plasmaemission erfaßt wird, in einer Ebene parallel zu der Oberfläche der Targets 2A, 2B befindet, so daß die Reaktionsrate zwischen dem reaktiven Gas und den fliegenden Teilchen von den Targets 2A, 2B auf den gewünschten stabilen Wert gesteuert wird.

Somit kann der Aufbau derart sein, daß die Intensität der erfaßten Plasmaemission an das Filmbildungs-Steuersystem 23 geschickt wird, und jedes der Targets 2A, 2B ist mit einem oder mehreren Systemen mit einem Mechanismus versehen, der ein Steuersignal, basierend auf der Differenz zwischen dieser Intensität und dem zuvor von dem Benutzer an das Filmbil dungs-Steuersystem 23 vorgegebenen Wert, der notwendig ist, um die beiden in einer festen Beziehung zu halten, von dem Filmbildungs-Steuersystem 23 an ein Prozeßgas- Strömungssteuerventil mit einem durch den Piezoeffekt bewegbaren Mechanismus schickt.

Ein Film kann auch mit einer niedrigen Filmbildungsgeschwindigkeit und hoher Stabilität im reaktiven Modus ohne Verwenden der Plasmasteuerung gebildet werden. Zu diesem Zweck wird es bevorzugt im reaktiven Bereich der Hysteresezeichnung der Spannung durchgeführt, die gegen das Sauerstoff-Strömungsverhältnis aufgetragen wird.

Indem die Vorrichtungen zum Bilden von Filmen und die Filmbildungs-Steuersysteme 18, 21, 23, die in den Fig. 5 bis 7 oben gezeigt sind, zur Verfügung gestellt werden, ist es mög lich, schnelles, stabiles und präzises Beschichten optischer Filme beispielsweise auf Mikro teilen zu realisieren.

Wenn eine Vorrichtung zum Bilden von Filmen in Glockenschalenform benutzt wird, so wie sie in den Fig. 5 bis 7 verwendet wird, kann die Anzahl der optischen Teile, die gleichzei tig in der Vorrichtung angeordnet werden können, erhöht werden, und der Raum für das Un terbringen der Nicht-Filmbildungsbereiche, so wie optische Fasern, können innerhalb der Glockenschale vorgesehen sein.

Gemäß der Erfindung kann das Material für die Targets aus einem einzigen Typ bestehen, und als Targetmaterialien können Metalle und anorganische Elemente verwendet werden, die hauptsächlich aus leitenden Materialien bestehen, so wie Al, Si, Ti, Nb, Zn, Sn, Zr, In, Bi, Ta, V, Cr, Fe, Ni, Ce und C, ebenso wie ihre Legierungen und Suboxide. Oxide oder Nitride die ser Targetmaterialien können auf dem Substrat 4 in einer oder mehreren Schichten durch re aktives Sputtern aufgebaut werden, wobei Sauerstoff oder Stickstoff benutzt wird.

Im Experiment sind C-Targets benutzt worden, indem ein Gas aus einer organischen Kohlen stoffverbindung, so wie Methan, mit Argon oder dergleichen gemischt wurde, und die für die Plasmaumwandlung eingeführt wurden, um in stabiler Weise diamantartige Kohlenstoffilme oder Kohlenwasserstoffilme bei geringer Temperatur und mit hoher Dichte und Härte zu er halten. Dies hat das stabile Beschichten dichter dielektrischer Materialien oder schützender Filmmaterialien mit einer hohen Geschwindigkeit ermöglicht.

Darüberhinaus können Oxide der zuvor genannten Metalle und anorganischen Substanzen, die hauptsächlich aus Al, Si, Ti, Nb, Zn, Sn, Zr, In, Bi, Ta, V, Cr, Fe, Ni, Ce und C bestehen, oder Verbundoxide oder -nitride einer Vielzahl dieser Metalle als Targetmaterialien benutzt wer den können, und Targets, deren Oberflächenwiderstand nicht größer ist als 1 K-Ohm können auf dem Substrat 4 zu einer oder mehreren Schichten aufgebaut werden, wobei Sputtern durchgeführt wird, bei dem hauptsächlich Argon benutzt wird. Dieses Verfahren ermöglicht es, daß dielektrische Materialien in stabiler Weise von keramischen Targets beschichtet wer den.

Weiterhin, wenn die Target-Schichten mit zwei oder mehr unterschiedlichen Targetmateriali en hergestellt werden und eine dieser Schichten aus der Zusammensetzung erhalten wird, die wenigstens einen Metalltyp entweder aus In oder Sn als eine antistatische Schicht enthält, ist es möglich, die In- oder Sn-Oxide durch Sputtern aufzubauen und somit schnell und stabil eine Beschichtung mit leitenden und antistatischen Funktionen zu erzeugen.

Zusätzlich, wenn Targetschichten aus zwei oder mehr unterschiedlichen Targetmaterialien hergestellt werden und eine dieser Schichten durch die Zusammensetzung erhalten wird, die wenigstens einen Metalltyp Ti, Nb oder Al, als eine Antischmutzschicht enthält, ist es mög lich, die entsprechenden Oxide von Ti, Nb und/oder Al als Oxide durch Sputtern aufzubauen und somit einen optischen Vielschichtfilm mit einem Antischmutzeffekt aufgrund einer pho tokatalytischen Wirkung zu erzeugen. Insbesondere für Titanoxid zeigen Substanzen mit einer Kristallstruktur vom Anatase-Typ eine hocheffektive katalytische Wirkung.

Das Substrat für die Erfindung kann eine direkte Kombination eines speziellen Substrats sein, so wie eine Stangenlinse, eine Mikrolinsenanordnung, optische Faser oder dergleichen mit einem Antireflexionsfilm oder einem Interferenzfilterfilm, die durch schnelles und niedertem peraturiges Sputtern mit hoher Aktivität hergestellt werden, um ihren Wert als ein optisches Teil zu vergrößern und somit die Herstellungskosten zu senken.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptteiles einer Ausführungsform einer Sputter- Vorrichtung zum Bilden von Filmen, die benutzt werden kann, um das Beschichtungsverfah ren für einen Film gemäß der Erfindung durchzuführen.

Argongas, oder, falls notwendig, ein Gas so wie Sauerstoff, Stickstoff, Methan, ein Alkohol, ein Kohlenwasserstoff, ein Fluorkohlenstoff oder dergleichen, wird in die Vorrichtung zum Bilden von Filmen durch ein Gaseinführrohr 5 eingeführt, und die Vorrichtung zum Bilden von Filmen wird gleichzeitig mit einer Evakuierpumpe (nicht gezeigt) evakuiert, um einen atmosphärischen Raum vorzubereiten, der auf einen gegebenen Druck reduziert ist. Die At mosphäre des Raums mit reduziertem Druck wird mit einer Vakuum-Evakuierpumpe, einem Ventil für das eingeführte Gas und einem Druckeinstellventil eingestellt, um das Sputtern der Gaszusammensetzung bei dem Druck zu ermöglichen.

Wenn eine negative Spannung an die Kathoden 1A, 1B von der Energiequelle 7 her angelegt wird, bewirkt das Glimmentladungsplasma 3, das auf der Oberfläche der Targets 2A, 2B er zeugt wird, das Sputtern des Targets 2A und des Targets 2B. Wenn die Kathode 1A eine po sitive Elektrode ist, ist die Kathode 1B die negative Elektrode. Wenn die Kathode 1A die ne gative Elektrode ist, ist die Kathode 1B die positive Elektrode.

Da das Target 2A elektrisch mit der Kathode 1A und das Target 2B mit der Kathode 1B ver bunden ist, sind die Polaritäten der Kathode 1A und des Targets 2A und die Polaritäten der Kathode 1B und des Targets 2A dieselben.

Die Spannung kann an die Kathoden 1A, 1B angelegt werden, indem eine Sinuswelle, eine Pulswelle oder eine zeitasymmetrische Welle benutzt werden. Wellenformen, die für die op tionale Fourier-Entwicklung geeignet sind, können auch benutzt werden. Eine Gleich- Vorspannung mit derselben Polarität für die beiden Kathoden 1A, 1B kann auch gleichzeitig verwendet werden. Das gewöhnliche Erdepotential der Kammer und das Standard- Nullpotential der Wellenform sind fließend und sind zueinander nicht in bezug stehende Po tentiale. Selbst wenn eine Potentialdifferenz zwischen dem Kammer-Erdpotential und dem Standard-Nullpotential vorliegt, wird sie ungefähr 0 bis 100 V sein.

Eine Gas-Rückhalteplatte/Anti-Anhaftplatte/Platte 6 zum Steuern der Filmdicke wird in eini gen Fällen die beiden Kathoden 1A, 1B umgebend angebracht sein. Dies verhindert das un nötige Abfliegen der gesputterten Teilchen, wobei auch die Streuung des Plasmas 3 abge schlossen wird, um den Prozeß zu stabilisieren.

Ein Substrat 4, auf dem der Film gebildet werden soll, befindet sich an einer Position gegen über dem Target 2A und dem Target 2B außerhalb der Öffnungen der Gas- Rückhalteplatte/Anti-Anhaftplatte/Platte 6 zum Steuern der Filmdicke.

Bei der Vorrichtung zum Bilden von Filmen dieser Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist, wird das Substrat 4 in die Richtung vertikal zu der Papieroberfläche transportiert, anders als bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Bilden von Filmen, die in Fig. 13 gezeigt ist, und dieser Aufbau ist ein Hauptmerkmal der Erfindung.

Aluminiumoxid oder ein keramisches Material, so wie Silika oder Aluminiumnitrid, ist manchmal auf den Seiten 2Aa, 2Ba der Targets 2A, 2B vorgesehen, so daß eine durch Elek trolyse erzeugte Hülle darin eingebettet ist. Dieses kann das Bogenbilden selbst auf den Seiten 2Aa, 2Ba verhindern, die gegen das statische Entladen resistent sind.

Die Energiequelle 7 kehrt abwechselnd die Polarität der Kathoden 1A, 1B um, so daß, wenn die Kathode 1A die negative Elektrode ist, die Kathode 1B die positive Elektrode ist, und wenn die Kathode 1B die negative Elektrode ist, ist die Kathode 1A die positive Elektrode, um die Ladung abzuführen, die sich auf der Oberfläche der Targets 2A, 2B angesammelt hat, während von einem momentanen Gesichtspunkt her das abwechselnd umgekehrte Glimment ladungsplasma 3, das durch Anlegen einer negativen Spannung an eine der Kathoden 1A oder 1B und eine positive Spannung an die andere der Kathoden 1B oder 1A erzeugt wird, das Sputtern der Targets 2A und 2B hervorruft, die sich auf den Oberflächen der beiden Kathoden 1A und 1B befinden.

Hier kehrt ein Oszillator, eine Umschaltung oder ein elektrischer Wechselstromgenerator 8 abwechselnd die Polarität der Kathoden 1A und 1B um.

Die Umkehrfrequenz zum Umkehren der Polarität beträgt bevorzugt wenigstens 100 Hz und weiter bevorzugt wenigstens 1 kHz. Wenn sie niedriger ist als 100 Hz, wird die destatigieren de Wirkung der Elektrisierung, die die Oberfläche der Targets 2A, 2B lädt, verringert, was in unerwünschter Weise die Entladung destabilisiert. Die Umkehrfrequenz ist bevorzugt nicht höher als 1 MHz und weiter bevorzugt nicht höher als 100 kHz. Dies deswegen, weil wenn die Umkehrfrequenz 1 MHz überschreitet, eine kinetische Verzögerung der positiven Ionen in bezug auf die Spannungsoszillation erzeugt wird, was es schwieriger macht, eine entladende Wirkung hervorzurufen.

Die Wellenform der angelegten Spannung kann eine angelegte Spannungs-Wellenform mit einem positiwen/negativen Ausgleich sein, für den die Ladung der Oberfläche der beiden Tar gets 2A, 2B in bezug auf die Zeitachse neutral ist, so wie eine Sinuswelle, eine Rechteck- Pulswelle oder eine zeitasymmetrische Welle.

Gemäß der Erfindung werden die Polaritäten der Kathoden 1A, 1B durch die zuvor genannte bevorzugte Umkehrfrequenz gewechselt, um das kathodische Sputtern auszuführen, das auf einer Mikroskala unterbrochen bei den Targets 2A, 2B erwirkt wird, indem jedoch die Um kehrperiode der Polarität innerhalb dem zuvor genannten bevorzugten Bereich gewählt wird, wird von einem makroskopischen Gesichtspunkt her eine Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates 4 gebildet, es scheint so, als ob das Target 2A und das Target 2B gleichzeitig gesputtert werden, und der Film haftet somit auf der Oberfläche des Substrats 4 an.

Gemäß der Erfindung wird die Ladung auf der Oberfläche beider Targets 2A, 2B durch das Umkehrpotential und den Umkehrstrom neutralisiert, so daß das Sputtern während des Entla dens durchgeführt wird. Folglich gibt es kein Auftreten anomaler Entladung (Bogenbildung, Corona usw.), das vom Hitzeschock oder dergleichen herrührt, wenn die Ladung, die auf der Oberfläche des Films aufgebaut wird und sich auf der Oberfläche beider Targets 2A, 2B an sammelt, das dielektrische Durchbrechen in dem Film hervorruft.

Weiterhin wird eine Filmbeschichtung gebildet, während der Film, der sich auf den Oberflä chen der Aerosionszonen der Targets 2A, 2B entfernt wird, gereinigt durch den Reinigungsef fekt, der durch das Sputtern der Oberfläche beider Targets 2A, 2B durch das Glimmentla dungsplasma 3 erzeugt wird. Als Folge wird das Ansammeln des elektrisch isolierenden Überzuges auf den Oberflächen der Aerosionszonen beider Targets 2A, 2B verhindert, und es gibt keine "anodische Verlusterscheinung", die man normalerweise sieht, wenn man ein ein zelnes Target verwendet, um einen Oxidfilm zu beschichten, so daß das Glimmentladungs plasma 3 während des Beschichtens nicht unterbrochen wird.

Ein reaktives Gas kann auch als das Sputtergas verwendet werden, und in einigen Fällen kann das Substrat 4 erwärmt oder erhitzt werden, um einen Film zu bilden, der von der Targetzu sammensetzung unterschiedlich ist, oder im einen dichten Film zu bilden. Solche Prozesse werden unter Betrachtung des Abstandes Lc zwischen den Kathoden eines 1A, 1B, dem mi nimalen Abstand Ls zwischen dem Substrat 4 und den Targets 2A, 2B, oder, falls nötig, der Drehgeschwindigkeit des Substrates 4, der Sputterrate usw. gewählt.

Gemäß der Erfindung wird ein Gas, so wie Stickstoff oder Sauerstoff, für den Prozeß benutzt und wird in Plasma umgewandelt, um das reaktive Sputtern zu vollführen, damit die Bildung eines Oxid- oder Nitrid-Filmes ermöglicht wird.

Die Erfindung kann auch durchgeführt werden, indem ein Material mit einer sehr geringer Sputterrate benutzt wird, so wie Titan (Ti) oder rostfreiem Stahl (SUS) für die Targets 2A, 2B, oder indem aktiver Kohlenstoff (C) als das Target verwendet wird, wobei darin ein orga nisches Kohlenstoffverbindungsgas für die Umwandlung in. Plasma eingeführt wird, so wie Methan oder ein Alkohol, und wobei das Substrat 4 durch Erhitzen oder dergleichen behan delt wird, um einen DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff)-Film oder einen Film aus Diamant im mikrokristallinen Zustand auf der Oberfläche des Substrates 4 zu bilden; diese Form des Aufbringens ist als Plasma-CVD oder Plasma-PVD bekannt. Solche Prozesse sind dahinge hend überlegen, daß die Entladung stabil durch den destatisierenden Effekt gehalten werden kann, selbst bei Einführung des hochdichten Stromes, der das Merkmal des Prozesses der Er findung ist, oder selbst beim Aufbau eines dielektrischen Filmes um die Targets 2A, 2B, und es ist somit möglich, die Plasmaenergiedichte nahe der Oberfläche des Substrates 4 zu erhö hen, um leicht und schnell das Substrat 4 mit dem zuvor erwähnten DLC-Film in einer befrie digenden Weise bei einer relativ geringen Temperatur zu beschichten.

Dieser wirkt auch als eine harte Beschichtung auf einem Kunststoffsubstrat oder Glassubstrat, das eine einzige Tafel aufweist.

Auf den Rückseiten dieser Targets 2A, 2B (der gegenüberliegenden Seite vom Substrat 4, um die Targets 2A, 2B zentriert) sind entweder integriert mit oder getrennt von den Targets 2A, 2B eine Rücklage-Platte 14, die normalerweise hauptsächlich aus Kupfer besteht (Fig. 2, Fig. 3) und für die Spannungsaufgabe und das Kühlen verwendet wird, ein Kühlmechanis mus, um sie zu kühlen, und ein Verstärkungsmagnet 15 (Fig. 2, Fig. 3), um das Magnetron aufzubauen, vorgesehen. Um das Anhaften an der Schnittstelle zwischen den Targets 2A, 2B und der Rücklage-Platte 14 zu verbessern, wird die Oberfläche der Rücklage-Platte, die übli cherweise aus Kupfer oder dergleichen gebildet ist, manchmal mit einer Plattierung aus Nic kel (Ni) oder Indium (In) beschichtet.

Sputter-Target-Materialien, die für die Erfindung verwendet werden können, umfassen Me talle, Metalloxide, Metallsulfide und Metallnitride. Zum Beispiel können Metalle oder halb leitende Elemente der dritten bis elften Periode und der Gruppen 2A bis 6B der Periodentafel benutzt werden, so wie Indium, Zinn, Zink, Gallium, Antimon, Aluminium, Wismut, Titan, Zirkonium, Tantal, Niob, Molybdän, Cer, Silicium, Lanthan usw. Leitende Elemente sind bevorzugt, und die Targets 2A, 2B haben bevorzugt einen Oberflächenwiderstand, der nicht größer ist als 1 KΩ, um die stabilisierte Entladung zu ermöglichen. Zum Beispiel, im Fall des Siliciums (Si), kann eine Spurenmenge Bor (B), Aluminium (Al) oder Phosphor (P) einge führt werden, um Leitfähigkeit hervorzurufen.

Ein Targetmaterial aus irgendeinem der zuvor genannten Metalle der Periodentafel (ein schließlich halbleitender Elemente) kann benutzt werden, um einen Metalloxidfilm, einen Metalloxynitridfilm oder einen Metallnitridfilm auf dem Substrat 4 durch reaktives Sputtern zu bilden. Wenn ein Metalloxid oder dergleichen für die Targets 2A, 2B verwendet wird, sind die Targets bevorzugt gesintert, wobei in diesem Fall die Targets 2A, 2B bevorzugt die zuvor genannte Leitfähigkeit haben.

Die Technik der Erfindung kann auch auf das Bilden metallischer Filme und Halbleiterfilme angewendet werden, wobei die zuvor genannten Metalle und halbleitenden Elemente der Pe riodentafel benutzt werden. Diese metallischen Oxide, Sulfide und Nitride können als die Targets 2A, 2B verwendet werden. In solchen Fällen ist es bevorzugt, eine geringe Menge einer Verunreinigung mit einem Element aus einer Gruppe höher (einem Element mit einer unterschiedlichen Koordinationszahl) einzuführen, so wie, zum Beispiel TiO₂-Nb₂O₅, in die zuvor genannten Elemente der Periodentafel, was ähnlich der Beziehung zwischen Indium (In) und Zinn (Sn) beim ITO ist, um die Leitfähigkeit der Targetoberfläche zu verbessern. Dies kann stabil einen Stromwiderstandsträger in den Targets 2A, 2B erzeugen, was somit ein Sputtertarget mit eine stabilisierten Entladung bildet.

Ein Beispiel, mit dem die Erfindung durch Verwenden einer Sputter-Vorrichtung zum Bilden von Filmen mit zwei sich wechselseitig gegenüberliegenden Magnetron-Kathoden 1A, 1B vom planaren Typ wie in Fig. 12 gezeigt verwendet wird, wird hiernach erläutert. Die ver wendeten Bedingungen für die Filmbeschichtung sind diejenigen, die nachstehend erläutert werden.

Abstand Lc zwischen den beiden Targets 2A, 2B: normalerweise einstellbar.
Sputtergas: Wenn ein Metalloxidfilm aufgeschichtet werden soll, wobei ein Metalloxid für die Targets 2A, 2B verwendet wird, wird Argon allein oder mit einer geringen Menge an Sauer stoff darin als das Sputtergas verwendet. Wenn ein Metalloxidfilm oder Metallnitridfilm auf geschichtet werden soll, wobei einer Metall für die Targets 2A, 2B verwendet wird, wird als Sputtergas Argon, das ein reaktives Gas, so wie Sauerstoff oder Stickstoff, enthält, benutzt.
Sputterdruck: bevorzugt 0.5-50 mTorr.
Substrattemperatur: bevorzugt Zimmertemperatur bis 500°C.
Umkehrwechselfrequenz: bevorzugt 1-100 kHz.
Spannungsamplitude zwischen den Kathoden: hängt vom Material ab, bevorzugt aber 200-3000 V.

Die Tabellen 1 bis 3 zeigen die Ergebnisse für die Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 unter den oben beschriebenen Bedingungen.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Die Parameter in den Tabellen 1 bis 3 wurden experimentell bestimmt und sind hiernach be schrieben.

1) Anordnung des Targetmaterials: Die Kombination des Paars der Targets 2A, 2B, so wie in der Draufsicht der Targets in Fig. 8 (a) gezeigt (Targets auf der Kathode sind in den Fig. 8(a)-(c) gezeigt), wobei die Anordnung in Reihe in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrats 4 ist und eine abwechselnd positive/negative Spannung an gewendet wird, wird aus Zweckmäßigkeitsgründen als eine "zweigeteilt vertikal"-Anordnung bezeichnet, und ein Fall, bei dem die Anordnung in Reihe in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrates ist und das Paar der Target (Targets 2A, 2B) und das Paar der Targets (Targets 2C, 2D), an die die wechselnde positive/negative Spannung angelegt wird, in Paaren angeordnet sind, so wie in den Draufsichten bei den Targets in Fig. 8(b), 8(c) gezeigt, wird aus Zweckmäßigkeitsgründen als eine "viergeteilt vertikal"-Anordnung bezeichnet.

In dem Fall der "viergeteilt vertikal"-Anordnung wird die wechselnde positive/negative Spannung manchmal zwischen dem Paar der Targets (Targets 2A, 2B) und zwischen dem Paar der Targets (Targets 2C, 2D) angelegt, die benachbart liegen, wie in Fig. 8(b) gezeigt, und die wechselnde positive/negative Spannung wird manchmal zwischen dem Paar der Tar gets (Targets 2A, 2B) in der Mitte und zwischen dem Paar der Targets (Targets 2C, 2D) an den Enden angelegt, wie in Fig. 8(c) gezeigt.

2) Systemtyp: Der Fall, bei dem Targets in der "zweigeteilt vertikal"-Anordnung der Fig. 8 (a) mit dem Paar der Targets 2A, 2B und dem Paar der Targets 2C, 2D unterschiedlicher Typen in zwei Reihen in der Vorwärts/Rückwärts-Richtung der Substrat-Transportrichtung angeordnet sind, wie in der Draufsicht der Targets der Fig. 9(a) gezeigt, wird aus Zweck mäßigkeitsgründen als ein "1+1"-System bezeichnet, und der Fall, bei dem Kathoden in der "zweigeteilt vertikal"-Anordnung der Fig. 8(a) mit dem Paar der Targets 2A, 2B vom sel ben Typ in zwei Reihen und dem Paar der Targets 2C, 2D eines unterschiedlichen Typs in einer Reihe in der Substrat-Transportrichtung angeordnet sind, wie in Fig. 9(b) gezeigt, wird aus Zweckmäßigkeitsgründen als ein "2+1"-System bezeichnet. Die Target-Anordnung des "2+1 "-Systems wird angewendet, wenn ein Targetmaterial mit einer geringen Filmbil dungsgeschwindigkeit, so wie Titan, in Kombination mit einem Targetmaterial mit hoher Filmbildungsgeschwindigkeit, so wie Silicium, benutzt wird.

Das "2 Herde" des Vergleichsbeispiels 4 (Tabelle 3) ist ein Fall, bei dem Ti und Si für die Vakuumverdampfung in getrennte Tiegel gebracht worden sind.

3) Transportgestaltung: Ein System, bei dem die Targets 2A, 2B sich innerhalb des äuße ren Zylinders 13 eines Doppelzylinders befinden, so wie in Fig. 10 gezeigt, wobei die Film bildungsoberfläche 4a des Substrats 4 auf der Außenseite des inneren Zylinders 12 und der äußere Zylinder 13 und/oder der innere Zylinder 12 gedreht werden, wird als Glockenschalen (Karussel)-System bezeichnet, und ein System, bei dem das Substrat linear transportiert wird, eine Vielzahl der Kathoden 1A, 1B der Fig. 12 in einer Reihe in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung angeordnet ist, und bei der eine positive/negative Spannung wechselnd angelegt wird, in der Vorwärts/Rückwärts-Richtung der Transportrichtung des Substrats 4 angeordnet, und eine Vielzahl Reihen Targets 2A, 2B angeordnet ist, wobei sie immer einer geraden Linie darauf entsprechen, so wie in Fig. 11 gezeigt, wird als ein Reihensystem oder aufgereihtes System bezeichnet.

4) Ratenmonitor-Typ: Die Filmbildungsrate der Filmdicke auf der Oberfläche des Sub strats 4 kann gemessen werden, indem ein Kristalloszillator benutzt wird, basierend auf der Änderung in der Schwingungsfrequenz aufgrund der Größe der Dicke des anhaftenden Films, oder sie kann gemessen werden, indem ein Detektor für den optischen Interferenzeffekt be nutzt wird, basierend auf einer Änderung in dem optischen Interferenzeffekt aufgrund der Größe der Dicke des Beschichtungsfilms.

5) Energiesteuerungs-Rückkopplung: Dies bezieht sich auf die Filmbildung, die durchge führt wird, während die Spannung und der Strom geändert werden, um die Energie anzupas sen, die zur Energiequelle (Kathode) eingeführt wird, so daß die Filmbildungsgeschwindig keit, die von dem Ratenmonitor gemessen wird, konstant ist, um die Filmdicken-Abdeckung der Beschichtung auf der Oberfläche des Substrats 4 zu stabilisieren. Die Endpunkt-Erfassung bezieht sich auf die Erfassung des Punktes, bei dem die Beschichtungsfilmdicke auf der Ober fläche des Substrats 4, wie nach dem Verfahren 4) oben gemessen, einen vorgeschriebenen Punkt erreicht. Die Filmbildung endet, wenn der Endpunkt erfaßt wird.

6) Überwachtes Ion: Die optische Intensität und der Partialdruck des Metall-Ions oder Gas-Ions, das zur Sauerstoffreaktion beiträgt, wird überwacht, um die Stabilität der Reakti onsrate des Plasmas 3 zu steuern, und der Ionentyp wird als der überwachte Ion bezeichnet.

7) Substrattyp: Eine Glas- oder Kunststofflinse oder -faser, Plattenglas oder dergleichen wurde benutzt; die Glasfaser mit schrägem Ende wurde hergestellt, indem die Seite einer stangenförmigen Faser mit einem vorgeschriebenen Steigungswinkel in bezug auf die Seite geschnitten wurde und ein Überzug auf der polierten geschnittenen Oberfläche gebildet wur de.

8) Struktur des Filmmaterials: Für TiO₂/SiO₂/TiO₂/SiO₂ wird zunächst eine Spannung genau an das Ti-Target gelegt, ohne daß Spannung an das Si-Target angelegt wird, um einen TiO₂-Film zu bilden und dann wird eine Spannung genau an das Si-Target angelegt, ohne daß eine Spannung an das Ti-Target angelegt wird, um einen SiO₂-Film zu bilden. Dies wird zweimal wiederholt, um den Film zu bilden.

9) Filmdickenstruktur: Die "2 Hohlräume, 47 Schichten" in Beispiel 4 (Tabelle 1) bezie hen sich auf eine Struktur mit zwei verbundenen Filmen, die eine Struktur haben, die mit ei nem Hohlraum L (Dicke des optischen Films λ/2) zwischem abwechselnden Schichten einer Substanz H mit hohem Brechungsindex (Dicke des optischen Films λ/4) und einer Substanz L mit niedrigem Brechungsindex (Dicke des optischen Films X/4) vorgesehen ist. Zum Beispiel sind in dem Fall "HLH. . . HLH, 2L (Hohlraum), HLH. . .HLH" zwei Filme durch eine Schicht L mit niedrigem Brechungsindex verbunden. Die "27 Schicht-Struktur" des Beispiels 7 (Tabelle 2) bezieht sich auf einen Film mit einer 27 schichtigen Struktur, wobei die Film materialien SiO₂, TiO₂ abwechselnd bei einer Filmdicke von jeweils λ/4 laminiert werden.

10) Plasma-Bombardement auf dem Film: Das Plasma 3 wird auf die Oberfläche des Sub strats 4 bombadiert, um die Bewegung der Teilchen während des Filmwachstums anzuregen, so daß der wachsende Film dicht wird. Die Substrat-Oberfläche wird auch gereinigt oder ver bessert.

11) Entladungswirkung der Target-Oberfläche: Gibt den Effekt an, bei dem die Potenti alumkehrungen die Wanderung sowohl der positiven Ionen als auch der Elektronen erleich tert, und die elektrische Ladung wird hierdurch neutralisiert.

12) Phänomen des Mikrobogens: Dies ist ein kleiner, fast unsichtbarer Bogen, der zwi schen der leitenden Oberfläche und der isolierenden Oberfläche auftritt, die durch die Film aufsammlung gebildet ist, nahe der Target-Erosionsgrenze, und es ist eine Ursache von Fehl stellen und Erzeugung von Fremdstoffen.

13) Fehlstellen und Fremdstoffe: Fehlstellen oder Fremdstoffe mit einem Durchmesser von wenigstens 50 Mikrometer in einer Fläche von 100 mm²; 10 sind durch bezeichnet, 11-30 durch ○, 31-99 durch ∆ und ≦ 100 durch X.

14) Entladungsstabilität (Bogenbildung): Bogenbildung nicht mehr als einmal in einer Minute wurde durch angegeben, 2-3 mal durch ○, 4-10 mal durch ∆ und mehr als 10 mal durch X.

15) Haftvermögen des Films am Substrat: Ein mit Überzug versehenes Substrat wurde über 24 Stunden einer Temperatur von 70°C und einer Feuchtigkeit von 90% ausgesetzt und dann mit Zellulosewischer abgetragen (BEMCOT^TMASAHIKASEI Co., Ltd.), und der Ober flächenzustand wurde mit einem Mikroskop betrachtet. Das Vorliegen klarer Kratzer oder das Abschälen wurde mit X bezeichnet, das Vorliegen von Kratzern oder Abschälen zu einem Grad, der kein Problem bildet, wurde durch ○ bezeichnet, und absolut keine Kratzer oder Abschälen wurde durch bezeichnet.

16) Filmdichten: Das beschichtete Substrat wurde in eine Lösung aus 50% HF: 61% HNO₃: H₂O = 3 : 2 : 60 (Volumenverhältnis) bei einer Temperatur von 20°C 20 Sekunden lang eingetaucht, und die Filmverlusttiefe des SiO₂-Films wurde gemessen, und ein relativer Vergleich wurde in bezug auf den Vakuumverdampfungsfilm gemacht, der im Vergleichsbei spiel 4 (Tabelle 3) erhalten wurde. Eine Filmverlusttiefe von weniger als 10% wurde durch angegeben, 10 bis < 50% durch ○, 50% bis < 90% durch ∆ und 90% oder mehr durch X.

17) Steuerung der Filmdicken-Stabilität: Die Variation der dynamischen Rate und die Steuereigenschaften zur Filmdicke des SiO₂ wurden bei 10 kW.H und 16 kW.integrierter Leistung für Benutzung der negativen Elektrode verglichen.

Diese Beispiele und die Vergleichsbeispiele belegen, daß die Ausführungsformen der Erfin dung das Beschichten einer optischen Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrates durch gleichzeitiges reaktives Sputtern von Targetmaterialien erlaubten, die sich auf Kathoden- Oberflächen befinden, durch Glimmentladung beim Anlegen einer positiven/negativen Wech selspannung an die beiden Kathoden. Indem die Filmdicke basierend auf der optischen Inter ferenz in Echtzeit bestimnt wurde, ist es möglich, in stabiler Weise eine dichte optische Film struktur zu bilden. Auch, indem momentan die Öffnung des Ventils gesteuert wird, das auf dem Zufuhrrohr für das reaktive Gas vorgesehen ist, so daß die Intensität der Plasmaemission des reaktiven Plasmagases erfaßt wird, während es auf einem gegebenen Wert gehalten wird, zu steuern und die Filmbildungsrate und den Entladungszustand zu stabilisieren. Dies macht es möglich, die optische Präzision zu erlangen, die für ein optisches Teil notwendig ist. Andererseits sind die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 Beispiele, die herkömmliche Verfahren be nutzen, welche Sputtern oder Vakuumverdampfung umfassen, und die Eigenschaften der sich ergebenden Filme sind deutlich schlechter als bei den Filmen der Erfindung.

Die Vorrichtung kann eine Glockenschalenform haben, um die Anzahl optischer Teile zu ver größern, die gleichzeitig in die Vorrichtung gebracht werden können, und der Raum für die Verwaltung der nichtfilmbildenden Abschnitte, so wie optische Fasern, kann innerhalb der Glockenschale bei der Erfindung vorgesehen sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, kompakte Filme zu erhalten und somit die optische Präzision zu realisieren, die für optische Teile benötigt wird, welche präzise Stan dards erfordern.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbar ten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

A,

1

B Kathoden

2

A,

2

B,

2

C,

2

D Targets

3

wechselnd umgekehrtes Entladungsplasma

4

Substrat

5

Einführrohr für das Sputtergas

6

Gas-Rückhalteplatte/Anti-Anhaftplatte/Platte zum Steuern der Filmdicke

7

Magnetron-Energiequelle

8

Oszillator (Polaritätswandler)

10

Drehachse

11

Äußerer Zylinder (glockenschalige Vorrichtung zum Bilden von Filmen)

12

Innerer Zylinder

14

Rücklage-Platte

15

Magnetron-Magnet

17

Optischer Detektor

18

,

21

,

23

Filmbildungs-Steuersystem

20

Kristallfilm-Dickenmesser

22

Optischer Detektor

Claims

1. Vorrichtung zum Bilden von Filmen, mit einer Magnetron-Sputterkathode (1A, 1B), ei nem Target (2A, 2B), das sich auf der Kathode (1A, 1B) befindet, und einem Substrat (4), auf dem ein Film gebildet werden soll, das gegenüber dem Target (2A, 2B) angeordnet ist, in einer Vakuumvorrichtung mit einer Atmosphäre mit einstellbar reduziertem Druck, wobei die Vorrichtung zum Bilden von Filmen gekennzeichnet ist durch
ein Paar Kathoden (1A, 1B), die nahe beieinander angeordnet sind und sich in einer gera den Linie in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrates (4) befinden, wobei wenigstens eine Reihe in der Transportrichtung des Substrates (4) angeordnet ist,
und eine Energiequellenvorrichtung (7), die wechselweise die Polarität des Paares der Kathoden (1A, 1B) umkehrt, so daß, wenn die erste des Paares der Kathoden als eine ne gative Elektrode benutzt wird, die zweite des Paares der Kathoden als eine positive Elek trode benutzt wird, und wenn die zweite des Paares der Kathoden als eine negative Elek trode benutzt wird, die erste des Paares der Kathoden als eine positive Elektrode benutzt wird, um eine eine Glimmentladung erzeugende Spannung an ein Paar Targets (2A, 2B) zu legen, von denen jedes einer aus dem Paar der Kathoden (1A, 1B) entspricht und sich auf der Oberfläche der jeweiligen Kathoden befindet.

2. Vorrichtung zum Bilden von Filmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetron-Magnet (15) so angeordnet ist, daß die mittlere magnetische Kraft an dem Grenzbereich zwischen dem Paar der Targets (2A, 2B), die nahe beieinander angeordnet sind, schwächer ist als in den anderen Bereichen, und so, daß das magnetische Feld an den Erosionszonen auf den Targets (2A, 2B) äquivalent an den Bereichen nahe dem Grenzabschnitt und in den anderen Bereichen sind.

3. Vorrichtung zum Bilden von Filmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzelne kontinuierliche magnetische Schaltung in dem Paar der Targets gebildet ist.

4. Vorrichtung zum Bilden von Filmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Substrat (4) drehbar in der Mitte einer Drehachse in einer Längsrichtung befindet und eine Vielzahl Reihen von Target-Einheiten, bei denen das Paar Targets (2A, 2B) einander gegenüberstehend auf der Oberfläche des Substrates (4) sich in einer Reihe in der Längs richtung innerhalb eines Zylinderkessels befindet, dessen Mittenachse die Drehachse ist, parallel in der Umfangsrichtung des Zylinders angeordnet ist.

5. Verfahren zum Bilden von Filmen, bei dem sich eine Magnetron-Sputterkathode, ein Target, daß sich auf der Kathode befindet, und ein Substrat, auf dem ein Film gebildet werden soll, das gegenüber dem Target angeordnet ist, in einer Vakuumvorrichtung be finden, die die Einstellung einer Atmosphäre mit reduziertem Druck erlaubt, um einen Film auf der Oberfläche des Substrats zu bilden, wobei das Verfahren zum Bilden von Filmen gekennzeichnet ist durch
Anordnen eines Paares Kathoden, die sich nahe beieinander befinden, in einer geraden Linie in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrates, mit wenigstens einer Reihe in der Transportrichtung des Substrates,
abwechselndes Umkehren der Polarität des Paares der Kathoden, so daß, wenn die erste des Paares der Kathoden als eine negative Elektrode benutzt wird, die zweite des Paares der Kathoden als eine positive Elektrode benutzt wird, und wenn die zweite des Paares der Kathoden als eine negative Elektrode benutzt wird, die erste des Paares der Kathoden als eine positive Elektrode benutzt wird, um eine eine Glimmentladung erzeugende Spannung an ein Paar Targets anzulegen, von denen jedes einer aus dem Paar der Katho de entspricht und sich auf der Oberfläche der jeweiligen Kathode befindet, und
gleichzeitiges Sputtern des Paares der Targets durch die erzeugte Glimmentladung, um einen Film zu bilden, der das strukturelle Material der Targets auf der Oberfläche des Substrats aufweist.

6. Verfahren zum Bilden von Filmen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetron-Magnet sich auch an dem Grenzabschnitt zwischen dem Paar der Targets be findet, wobei das magnetische Feld in dem Grenzabschnitt so korrigiert ist, daß, vom Ge sichtspunkt nur des magnetischen Feldes von dem ersten Target zu dem zweiten Target aus dem Paar der Targets her, die mittlere magnetische Kraft in dem Grenzabschnitt schwächer ist als in anderen Abschnitten als dem Grenzabschnitt, so daß das magnetische Feld in den Erosionszonen, die nach dem benachbarten Anordnen des Paars der Targets gebildet werden, äquivalent in den Abschnitten nahe dem Grenzabschnitt und in den an deren Abschnitten ist, und der Unterschied in der Filmdicke des Targets in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrates, erhalten durch den Prozeß des Sput terns der Gesamtheit des Paares der Targets, in einem Bereich von ungefähr ± 20% in dem Hauptfilmbildungsbereich liegt.

7. Vorrichtung zum Bilden von Filmen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige kontinuierliche magnetische Schaltung in dem Paar Targets (2A, 2B) gebildet ist, und der Unterschied in der Filmdicke des Targets in der Richtung senkrecht zu der Transportrichtung des Substrats (4), die durch den Sputterprozeß der Gesamtheit der Paa re der Targets (2A, 2B) erhalten wird, innerhalb eines Bereiches von etwa ± 20% in dem Hauptbereich für die Filmbildung liegt.

8. Substrat, auf dem ein Film gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß er durch das Verfah ren zum Bilden von Filmen nach Anspruch 5 erhalten worden ist.