CN106256927B

CN106256927B - 成膜方法和成膜装置

Info

Publication number: CN106256927B
Application number: CN201510711369.8A
Authority: CN
Inventors: 石田将崇; 林达也; 菅原卓哉; 我妻伸哉; 宫内充祐; 姜友松; 长江亦周
Original assignee: New Cologne Inc
Current assignee: New Cologne Inc
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: TWI683020B; CN205062167U; WO2016203585A1; CN106256927A; JPWO2016203585A1; TW201700757A; JP6533511B2

Abstract

本发明提供成膜方法和成膜装置。本发明的方法是下述成膜方法：通过将施加有电压的多个基板依次导入成膜区域内的规定位置，成膜区域是利用溅射放电的溅射等离子体从靶材释放出的溅射粒子所到达的区域，由此使溅射粒子到达基板的表面并堆积，并进行使溅射等离子体中的离子撞击基板或溅射粒子的堆积物的等离子体处理，形成薄膜，其中，在形成于具有排气系统的真空容器内的成膜区域内，进行溅射粒子的堆积和基于溅射等离子体的等离子体处理而形成中间薄膜，然后通过使基板保持器旋转而使基板移动至被配置成与成膜区域在空间上分离的反应区域内，进行使溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击中间薄膜的等离子体再处理，形成薄膜。

Description

成膜方法和成膜装置

技术领域

本发明涉及基于偏压溅射法的成膜方法和成膜装置。

背景技术

关于作为利用了等离子体反应的成膜法的一种的溅射成膜法中的一种，已知下述这样的方法：除了对载置靶材的阴极电极赋予电位之外，还对载置基板的基板电极赋予电位，从而一边对基板电极上所载置的基板施加偏压一边形成薄膜(偏压溅射法)(专利文献1和2)。

该偏压溅射法的原理大致如下。如果在将稀有气体等环境气体导入到系统内的基础上对载置靶材的阴极电极供给电力以赋予电位从而使导入气体在阴极电极与基板电极之间的空间内放电，则在因该放电而产生的等离子体内所生成的全部离子中的一部分被吸引而撞击靶材，使靶材物质弹出，从而在与靶材对置地配置的基板的表面上形成由靶材物质的堆积物构成的薄膜(溅射成膜)。与此同时，对载置基板的基板电极供给电力，由此相对于所述等离子体对基板电极赋予电位，由此，所述等离子体内存在的全部离子中的剩余部分被吸引而撞击基板，对堆积在基板上的靶材物质提供能量(等离子体处理)，由此对薄膜赋予规定的功能。

作为通过等离子体处理所赋予的功能，例如有下述功能：膜质致密化而使得硬度提高(专利文献1)；或者，改善阶梯覆盖性(step coverage)(在微小的阶梯部处的覆盖状态)，即在阶梯部处，侧面和底部都以大致均匀的膜厚来形成(专利文献2)。前者是通过等离子体中的离子的成膜辅助所实现的功能，后者是基于该离子的蚀刻效果所实现的功能。

专利文献1：日本特开2002-256415号公报

专利文献2：日本特开平11-509049号公报

包括专利文献1和2所公开的方法在内的基于偏压溅射法的以往成膜方法都将在阴极电极与基板电极之间生成的单一的等离子体内所产生的离子用于溅射成膜和等离子体处理这两者中。如果变换看法，则是在相同的区域内进行溅射成膜和等离子体处理。因此，在控制性较低这点上存在问题。

例如，在考虑欲提高等离子体处理的效果时，在以往的成膜方法中，必须采用下述方法中的任意一种：1)提高对基板电极供给的功率，由此提高对基板施加的偏压；或2)提高对阴极电极供给的功率，由此提高对靶材进行溅射的功率。

可是，在利用方法1)的情况下，由于该能量也会与照射在基板上的离子的密度一起增加，因此，根据所使用的基板的材质，基板也可能受到破坏(损伤)。在利用方法2)的情况下，撞击靶材的离子的密度增加，由此导致从靶材溅射出的靶材物质的量增加(成膜速率增加)，因此，无法维持期望的成膜速率。

发明内容

在本发明的一个方面，提供一种基于偏压溅射法的成膜方法和成膜装置，其能够在抑制对基板的破坏的同时维持期望的成膜速率，并且能够调整等离子体处理的效果。

根据本发明，提供一种成膜方法，将被施加有电压的多个基板依次导入成膜区域内的规定的位置，成膜区域是利用溅射放电的溅射等离子体从靶材释放出的溅射粒子所到达的区域，由此，使溅射粒子到达基板的表面进行堆积，并且进行使溅射等离子体中的离子撞击基板或溅射粒子的堆积物的等离子体处理，形成薄膜，其特征在于，在形成于具有排气系统的单一的真空槽内的成膜区域内，进行溅射粒子的堆积和基于溅射等离子体的等离子体处理而形成中间薄膜，然后，使基板移动至反应区域内(即，从成膜区域移动至反应区域)，进行使溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击中间薄膜的等离子体再处理，形成薄膜，所述反应区域被配置成与成膜区域在空间上分离。

上述发明可以通过使用成膜装置来实现，在所述成膜装置中，利用溅射放电的溅射等离子体从靶材释放出溅射粒子的成膜区域、和产生溅射等离子体之外的其他等离子体的反应区域在具有排气系统的单一的真空槽内被配置成彼此在空间上分离，并且所述成膜装置构成为能够独立地控制各区域中的处理。

具体而言，提供一种成膜方法，其利用作为一例的所述成膜装置在多个基板各自的表面上形成薄膜，其特征在于，所述成膜方法包括：在成膜区域内产生溅射放电的溅射等离子体的工序；在反应区域内产生溅射等离子体之外的其他等离子体的工序；对多个基板分别施加电压的工序；以及使施加有电压的多个基板至少从成膜区域内的规定的位置移动至反应区域内的规定的位置的工序，所述成膜区域是利用溅射等离子体从靶材释放出的溅射粒子所到达的区域，所述反应区域是被暴露于溅射等离子体之外的其他等离子体的区域，使从靶材释放出的溅射粒子到达被导入到成膜区域中的基板进行堆积，同时进行使上述溅射等离子体中的离子撞击基板或溅射粒子的堆积物的等离子体处理，形成中间薄膜，然后，进行使溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击已经移动到反应区域中的基板的中间薄膜的等离子体再处理，形成薄膜。

在上述发明中，形成薄膜的情况下的中间薄膜的形成和等离子体再处理只要至少进行1次即可。优选的是，对于最初的等离子体再处理后的超薄膜反复多次执行中间薄膜的形成和向超薄膜的转换，由此能够形成目标膜厚的薄膜。

在上述发明中，可以是，在成膜区域中，在工作气体的环境下，对由金属构成的靶材进行溅射，进行溅射粒子的堆积和基于溅射等离子体的等离子体处理，形成由金属或金属的不完全反应物构成的连续的中间薄膜或不连续的中间薄膜，在反应区域中，使在含有反应性气体的环境下产生的等离子体中的、电中性的反应性气体的活性种与移动来的基板的中间薄膜接触而发生反应，将所述中间薄膜转换为由金属的完全反应物构成的连续的超薄膜。

在上述发明中，也可以是，将惰性气体作为工作气体导入到成膜区域中，在溅射等离子体中产生惰性气体的离子，将惰性气体、反应性气体、以及惰性气体和反应性气体的混合气体中的任意一种导入到反应区域中，在溅射等离子体之外的其他等离子体中产生导入气体的离子。

在上述发明中，也可以是，在将多个基板保持在外周面上后，一边施加电压一边使筒状的基板保持器旋转，由此使得施加有电压的多个基板在成膜区域的所述规定的位置与反应区域的所述规定的位置之间移动，由此反复执行中间薄膜的形成和向超薄膜的转换，从而形成薄膜。

在上述发明中，可以是，作为用于对多个基板施加电压的电力供给源，采用了构成为能够与直流电源和高频电源的一方或双方连接的电力供给源。

在上述发明中，可以是，对多个基板分别施加的电压为5V～1000V，其中，在基于从直流电源供给的电力的情况下，对多个基板分别施加的电压为输出电压，在基于从高频电源供给的电力的情况下，对多个基板分别施加的电压是自偏电压。

在上述发明中，可以是，通过从交流电源施加频率为10kHz～2.5GHz的交流电压而在反应区域内产生等离子体。

作为可实现反复多次执行中间薄膜的形成和向超薄膜的转换的一例，例如可以采用下面所示的结构的成膜装置。

根据本发明，提供一种成膜装置，其特征在于，所述成膜装置具有：真空槽，其具有排气系统；成膜区域，其形成于真空槽内；反应区域，其形成于真空槽内，并且被配置成与成膜区域在空间上分离；阴极电极，其搭载靶材；溅射电源，其使面对靶材的被溅射面的成膜区域内产生溅射放电；等离子体产生单元，其使反应区域内产生溅射等离子体之外的其他等离子体，所述溅射等离子体是通过在成膜区域内产生的溅射放电而形成的；筒状的基板保持器，其将多个基板保持在外周面上；以及驱动单元，其使基板保持器旋转，通过驱动单元使基板保持器旋转，由此使基板在成膜区域内的规定的位置与反应区域内的规定的位置之间反复移动，所述成膜区域是利用溅射等离子体从靶材释放出的溅射粒子所到达的区域，所述反应区域是被暴露于溅射等离子体之外的其他等离子体的区域，其中，所述成膜装置还具备：基板电极，其从背面搭载由基板保持器保持的基板；和偏置电源，其向基板电极供给电力。

在上述发明中，成膜装置可以构成为，将靶材搭载在阴极电极上并接通溅射电源，使等离子体产生单元工作，并且，将多个基板保持在基板保持器的外周面上，并且一边向基板电极供给电力从而对基板施加电压，一边使基板保持器旋转，由此使得从靶材释放出的溅射粒子到达已经移动到成膜区域中的基板进行堆积，同时，进行使溅射等离子体中的离子撞击基板或溅射粒子的堆积物的等离子体处理，形成中间薄膜，然后，进行使溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击已经移动到反应区域中的基板的中间薄膜的等离子体再处理，将所述中间薄膜转换为超薄膜，然后，使多层该超薄膜层叠而形成薄膜。

在上述发明中所说的“移动”中，除曲线的移动(例如圆周移动)之外，也包括直线移动。因此，对于“使基板从成膜区域移动至反应区域中”，除了绕某个中心轴进行公转移动的形态之外，也包括在连接某2点的直线轨道上进行往复移动的形态。

上述发明中所说的“旋转”除自转之外也包括公转。因此，在单纯地称为“绕中心轴旋转”的情况下，除绕某个中心轴进行自转的形态之外，也包括进行公转的形态。

上述发明中所说的“中间薄膜”是指穿过成膜区域而形成的膜。另外，“超薄膜”是指将超薄膜堆积多次而成为最终的薄膜，因此，“超薄膜”是为了防止与该“薄膜”混淆而使用的用语，是比最终的“薄膜”足够薄的意思。

根据上述发明，在形成于单一的真空槽内的成膜区域内进行了基于以前的偏压溅射法的成膜后，进行等离子体再处理，在该等离子体再处理中，使在配置成与成膜区域在空间上分离的反应区域内产生的、成膜区域中的溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击薄膜。即，对偏压溅射后的薄膜再次实施等离子体处理。由此，即使不提高对基板施加的电压或溅射功率，也能够独立地控制等离子体处理的效果。

即，根据本发明，能够在抑制对基板的破坏的同时维持期望的成膜速率，并且能够调整等离子体处理的效果。

附图说明

图1是示出用于实现本发明方法的成膜装置的一例的局部横剖视图。

图2是沿图1中的II-II线的局部纵剖视图。

图3是示出实验例1中的反应区域处的等离子体处理功率与薄膜的膜硬度之间的关系的曲线图。

图4是示出实验例2中的反应区域处的等离子体处理功率与对薄膜进行蚀刻的蚀刻速率之间的关系的曲线图。

图5是示出对图案基板进行埋入成膜后的一个示例的剖视图。

标号说明

1：成膜装置；11：真空容器；13：基板保持器；S：基板；12、14、16：间隔壁；15：轴；18：基板电极；19：电力供给源；19a：配线部件；20、40：成膜区域；溅射源(21a、21b、41a、41b：磁控溅射电极；23、43：交流电源；24、44：变压器；29a、29b、49a、49b：靶材)；溅射用气体供给单元(26、46：溅射用储气瓶；25、45：质量流量控制器)；60：反应区域；80：等离子体源(81：壳体；82：天线收纳室；83：电介质板；85a、85b：天线；87：匹配器；89：交流电源)；反应处理用气体供给单元(68：反应处理用储气瓶；67：质量流量控制器)。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明方法的一个实施方式详细地进行说明。

首先，对能够实现本发明方法的成膜装置的一个结构例进行说明。

图1和图2所示的成膜装置1是本发明的成膜装置的一个示例，并且是通过一次处理就能够对多个基板S成膜的批处理方式的所谓的转盘型装置，成膜装置1具有真空容器11，在该真空容器11内配设有筒状的旋转体。

在本例中，真空容器11具有腔主体，该腔主体是利用沿铅直方向(图1的纸面方向和图2的上下方向。以下相同)延伸的侧壁在平面方向(与所述铅直方向垂直的方向。图1的上下左右方向和图2的纸面方向。以下相同)上环绕而构成。在本例中，虽然使腔主体的平面方向上的截面形成为方形状，但也可以是其他形状(例如圆形等)。真空容器11例如由不锈钢等金属构成。

在真空容器11的上方形成有用于使轴15(参照图2)贯穿的孔，该真空容器11电接地而被设置为接地电位。排气用的配管15a与真空容器11连接。用于对真空容器11内进行排气的真空泵10与配管15a连接，通过该真空泵10和控制器(省略图示)能够调节真空容器11内的真空度。真空泵10例如可以由旋转泵或涡轮分子泵(TMP：turbo molecular pump)等构成。

在本例中，轴15由大致管状部件形成，经由配设于在真空容器11的上方形成的孔部分中的绝缘部件(未图示)，被支承成能够相对于真空容器11旋转。轴15经由由绝缘子、树脂等构成的绝缘部件支承于真空容器11，由此能够在与真空容器11电绝缘的状态下相对于真空容器11旋转。

在本例中，在轴15的位于真空容器11外侧的上端侧固定安装有第1齿轮(未图示)，该第1齿轮与马达17的输出侧的第2齿轮(未图示)啮合。因此，通过马达17的驱动，旋转驱动力经由第2齿轮被传递至第1齿轮，从而使轴15旋转。

在轴15的位于真空容器11内侧的下端部安装有筒状的旋转体(旋转滚筒)。

在本例中，旋转滚筒以沿其筒方向延伸的轴线Z朝向真空容器11的铅直方向(Y方向)的方式配设于真空容器11内。在本例中，旋转滚筒形成为圆筒状，但不限于该形状，也可以是横截面呈多边形的多棱柱形或圆锥状。旋转滚筒通过轴15的基于马达17的驱动所实现的旋转，以轴线Z为中心旋转。

在旋转滚筒的外侧(外周)装配有基板保持器13。在基板保持器13的外周面设有多个基板保持部(例如凹部。省略图示)，能够利用该基板保持部对多个作为成膜对象的基板S从背面(是指成膜面的相反侧的面。)进行支承。在本例中，基板保持器13的轴线(省略图示)与旋转滚筒的轴线Z一致。因此，通过使旋转滚筒以轴线Z为中心旋转，基板保持器13与旋转滚筒的旋转同步且与旋转滚筒成为一体地以该滚筒的轴线Z为中心旋转。

在设置于基板保持器13的外周面的多个基板保持部上，分别配备有基板电极18，所述基板电极18从基板S的背面搭载基板S。各基板电极18例如由不锈钢制的板状部件构成，并经由配线部件19a与位于真空容器11外侧的电力供给源19连接。

在本例中，电力供给源19构成为能够与直流(DC)电源和高频(RF)电源的一方或双方连接(详细结构省略图示)。在绝缘性的基板S上成膜的情况下，或者在使用绝缘物作为附着于基板S上的成膜材料的情况下，可以仅使用RF电源或使用RF电源和DC电源的组合。在使导电性的成膜材料在导电性的基板S上成膜的情况下，可以仅使用DC电源或使用RF电源和DC电源的组合。

在本例中，也可以在基板电极18与DC电源之间串联连接滤波器(未图示)。这样，能够使来自RF电源的高频电力高效地向基板电极18方向流动，而不流向DC电源(通过滤波器切断)。另外，也可以在基板电极18与RF电源之间串联连接阻抗匹配用的匹配器(matchingbox)。

在本例中，配线部件19a形成为这样的形状：从位于真空容器11外侧的电源侧通过由大致管状部件形成的轴15的内侧，向配设于真空容器11内的旋转滚筒的内侧延伸。

各基板电极18以与各基板S的背面对置且平行的方式被配设于从所配置的各基板S的背面离开规定的距离(d)的位置。基板S与基板电极18之间的距离d(更准确来说，是基板S的背面与基板电极18的表面之间的距离)被设定在可使基板电极18的自偏压效应反映在基板S上的范围内。另外，通过使距离d变化，能够调整反映在基板S上的自偏压效应。当然，也可以通过变更溅射用功率来调整自偏电位。

虽然也取决于成膜条件，但在本例中，当距离d为0.20mm左右以下时，基板电极18的自偏压效应会对基板S造成影响。使基板S的材质、从电力供给源19供给至基板电极18的功率值、或成膜环境等成膜条件变化来进行了成膜实验，其结果是，在距离d处于0.10～0.14mm的范围内时，获得了良好的膜。因此，优选将距离d设定在该范围内。另外，通过变更距离d或功率值来进行自偏压效应的调整。当然，在所述范围内对距离d进行调整。

距离d的调整例如可以通过将导电性或绝缘性的间隔件(省略图示)插入基板电极18的背面来进行。在本例中，对应于各基板电极18来调整距离d，但也可以通过将各基板电极18构成为一体来一并进行距离d的设定。

考虑各基板S的大小来确定各基板电极18的大小。该基板电极18优选为基板S的尺寸的80％以上的大小，特别优选为基板S的尺寸的90％以上的大小。

例如，在基板S为圆板状且其直径为100mm的情况下，基板电极18优选为相同的圆板状，另外，优选以其直径为80～98mm的尺寸来形成。

并且，当基板电极18相对于基板S的大小来说过小时，难以使反映到基板S表面上的自偏压效应均匀，因此，存在基板S上形成的薄膜的厚度或膜质变得不均匀的可能性。另一方面，当基板电极18过于接近其他部件(例如基板保持器13等)时，会在该基板电极18与基板保持器13之间放电，被供给的溅射用功率可能变得不稳定。

因此，在使基板电极18的大小相对于基板S的尺寸形成为90％左右以上的情况下，能够使与基板电极18接近的区域的基板保持器13的、基板电极18侧绝缘。作为绝缘方法，例如可以列举出基于热喷涂等实现的绝缘性涂覆等。

在将基板电极18安装于各个基板S的背面侧的情况下，由于会对各个基板电极18分别供给电力，因此，无需对整个基板保持器13供给电力。由于施加电流的面积较小，因此，能够将可施加于各基板S的电压/电流值的范围设定得比以往更高，从而能够提高离子的密度，其结果是，能够实现膜质的致密化或处理时间的缩短。

在配置于真空容器11内的基板保持器13的周围，配设有溅射源和等离子体源80。在本例中，配设了2个溅射源和1个等离子体源80，但在本发明中，只要至少有一个溅射源即可，以此为标准，后述的成膜区域也只要至少有1个即可。

在本例中，在各溅射源的前面分别形成有成膜区域20、40。相同地，在等离子体源80的前面形成有反应区域60。

区域20、40形成在由真空容器11的内壁面、从该内壁面朝基板保持器13突出的间隔壁12(或14)、基板保持器13的外周面以及各溅射源的前表面围绕而成的区域中，由此，区域20、40在真空容器11的内部分别在空间上和压力上分离，从而确保了彼此独立的空间。并且，图1中，假设对不同的两种物质进行溅射，并例示了设置两对磁控溅射电极的情况(21a、21b和41a、41b)。

区域60也与区域20、40相同地形成在由真空容器11的内壁面、从该内壁面朝基板保持器13突出的间隔壁16、基板保持器13的外周面以及等离子体源80的前表面围绕而成的区域中，由此，区域60也在真空容器11的内部在空间上和压力上与区域20、40分离，从而确保了独立的空间。在本例中，构成为能够分别独立地控制各区域20、40、60中的处理。

各溅射源的结构并不特别限定，在本例中，各溅射源都分别由具备2个磁控溅射电极21a、21b(或41a、41b)的双阴极型溅射源构成。在成膜时(后述)，靶材29a、29b(或49a、49b)分别以装卸自如的方式被保持在各电极21a、21b(或41a、41b)的一端侧表面上。在各电极21a、21b(或41a、41b)的另一端侧，经由对电量进行调整的作为功率控制单元的变压器24(或44)与作为电力供给单元的交流电源23(或43)连接，并且构成为对各电极21a、21b(或41a、41b)施加频率例如为1kHz～100kHz左右的交流电压。

在各溅射源的前面(区域20、40)连接有溅射用气体供给单元。在本例中，溅射用气体供给单元包括：储气瓶26(或46)，其贮藏溅射用气体；和质量流量控制器25(或45)，其对由该储气瓶26(或46)供给的溅射用气体的流量进行调整。溅射用气体通过配管被分别导入区域20(或40)。质量流量控制器25(或45)是对溅射用气体的流量进行调节的装置。来自储气瓶26(或46)的溅射用气体在通过质量流量控制器25(或45)调节流量后被导入区域20(或40)。

等离子体源80的结构也不特别限定，在本例中，等离子体源80具有：壳体81，其以从外部堵住在真空容器11的壁面上形成的开口的方式被固定；和电介质板83，其固定于该壳体81的前表面。并且构成为，通过将电介质板83固定于壳体81上，由此，在被壳体81和电介质板83包围的区域中形成天线收纳室82。

天线收纳室82从真空容器11的内部分离。即，天线收纳室82和真空容器11的内部以被电介质板83隔开的状态形成独立的空间。另外，天线收纳室82和真空容器11的外部以被壳体81隔开的状态形成独立的空间。天线收纳室82经由配管15a与真空泵10连通，通过用真空泵10抽真空，对天线收纳室82的内部进行排气从而能够使天线收纳室82的内部成为真空状态。

在天线收纳室82内设有天线85a、85b。天线85a、85b经由收纳匹配电路的匹配器87与交流电源89连接。天线85a、85b接收来自交流电源89的电力供给，使真空容器11的内部(特别是区域60)产生感应电场，从而在区域60中产生等离子体。在本例中构成为，从交流电源89对天线85a、85b施加交流电压，以使区域60产生反应处理用气体的等离子体。在匹配器87内设有可变电容器，该可变电容器能够变更从交流电源89向天线85a、85b供给的功率。

在等离子体源80的前面(区域60)连接有反应处理用气体供给单元。在本例中，反应处理用气体供给单元包括：储气瓶68，其贮藏反应处理用气体；和质量流量控制器67，其对由该储气瓶68供给的反应处理用气体的流量进行调整。反应处理用气体通过配管被导入区域60。质量流量控制器67是对反应处理用气体的流量进行调节的装置。来自储气瓶68的反应处理用气体在通过质量流量控制器67调节流量后被导入区域60。

另外，反应处理用气体供给单元不限于上述结构(即，包括1个储气瓶和1个质量流量控制器的结构)，还可以形成为包括多个储气瓶和质量流量控制器的结构(例如是具有分别贮藏惰性气体和反应性气体的2个储气瓶和对从各储气瓶供给的各气体的流量进行调整的2个质量流量控制器的结构)。

下面，对采用了成膜装置1的本发明方法的一个示例进行说明。

(1)成膜的前序准备

(a)首先，将靶材29a、29b(或49a、49b)设置在电极21a、21b(或41a、41b)上，并将多个作为成膜对象的基板S在设置于基板保持器13上后收纳在真空容器11内。

作为基板S，除塑料基板(有机玻璃基板)、无机基板(无机玻璃基板)外，还可以应用不锈钢等的金属基板，其厚度例如为0.1～5mm。并且，作为基板S的一个示例即无机玻璃基板，例如可以列举出碱石灰玻璃(6H～7H)、硼硅酸盐玻璃(6H～7H)等。并且，无机玻璃基板的括号内的数字是利用以JIS-K5600-5-4为依据的方法测量出的铅笔硬度的值。

基板S的配置不特别限定，在本例中，在基板保持器13的外周面上沿基板保持器13的旋转方向(横向)断续地排列有多个基板S，并且，沿与基板保持器13的轴线Z平行的方向(纵向，Y方向。等同于真空容器11的铅直方向)断续地排列有多个基板S。

靶材29a、29b(或49a、49b)是使要在基板S上成膜的成膜材料形成为平板状(大致矩形板状)而成的，该靶材29a、29b(或49a、49b)以其长度方向与基板保持器13的旋转轴线Z平行且其平行方向的面与基板保持器13的侧面(或外周面)对置的方式保持在各电极21a、21b(或41a、41b)的表面上。

作为成膜材料，例如可以根据需要适当选择Si、Nb、Al、Ta、Cu等金属、或者C等非金属、SiO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃这样的绝缘物等。

(b)接下来，使用真空泵10使真空容器11内成为10^-5～0.1Pa左右的高真空状态。此时，将阀门打开，也同时对等离子体源80的天线收纳室进行排气。然后，开始驱动马达17，通过轴15使基板保持器13以轴线Z为中心旋转。这样，被保持于基板保持器13的外周面的基板S以基板保持器13的自转轴即轴线Z为中心公转，在面对区域20、40的位置与面对区域60的位置之间反复移动。

然后，依次反复在区域20、40处进行的溅射处理和在区域60处进行的等离子体暴露处理，在基板S的表面生成规定膜厚的薄膜。

在本例中，基板保持器13的转速只要是10rpm以上即可，优选是50rpm以上，更加优选是80rpm以上。通过使转速为50rpm以上，能够增加膜质的致密化或处理时间缩短等优点，是优选的。在本例中，将基板保持器13的转速的上限设置为例如150rpm左右，优选设置为100rpm。

在本例中，通过在区域20、40的任意一个区域中进行的溅射处理而在基板S的表面上形成中间薄膜，通过此后的等离子体暴露处理对该中间薄膜进行转换而使其形成为超薄膜。然后，通过反复进行溅射处理和等离子体暴露处理，由此在超薄膜上堆积下一层的超薄膜，反复该操作直至成为最终的薄膜。

并且，在本例中，“中间薄膜”是指穿过区域20和区域40中的任意一个区域而形成的薄膜。关于“超薄膜”，由于多次堆积超薄膜而成为最终的薄膜(目标膜厚的薄膜)，因此，“超薄膜”是为了防止与该最终的“薄膜”混淆而使用的用语，以比最终的“薄膜”足够薄的意思来使用。

(2)溅射处理

溅射处理如下述这样进行。在本例中，首先，在确认真空容器11内的压力稳定后，将区域20内的压力调整为例如0.05～0.2Pa，然后，经由质量流量控制器25将规定流量的溅射用气体从储气瓶26导入到区域20中。

在本例中，单独使用惰性气体作为溅射用气体，没有并用氮、氧等反应性气体。本例中的惰性气体的导入流量例如设定为100～600sccm，优选设定为大约150～500sccm。这样，靶材29a、29b的周围成为惰性气体环境。该状态下，从交流电源23经由变压器24对各电极21a、21b施加交流电压，从而对靶材29a、29b施加交变电场。

在本例中，对各电极21a、21b供给电力(溅射功率)，以便相对于靶材29a、29b使溅射功率密度成为大约0.57W/cm²～10.91W/cm²。“功率密度”是指对靶材29a、29b(或49a、49b)的每单位面积(cm²)供给的功率(W)。

通过对靶材29a、29b供给电力，在某个时刻，靶材29a成为阴极(负极)，此时，靶材29b必然成为阳极(正极)。如果在下一时刻改变交流的方向，则这次靶材29b成为阴极(负极)，靶材29a成为阳极(正极)。通过像这样使一对靶材29a、29b交替地成为阳极和阴极，由此，各靶材29a、29b周围的溅射用气体(惰性气体)的一部分释放出电子而离子化。通过配置于各电极21a、21b中的磁铁在各靶材29a、29b的表面形成漏磁场，该电子在各靶材29a、29b的表面附近所产生的磁场中一边描画环形(toroidal)曲线一边周转。沿着该电子的轨道在区域20中产生较强的溅射等离子体，该等离子体中的溅射用气体的离子被朝向负电位状态(阴极侧)的靶材加速而与各靶材29a、29b撞击，由此使各靶材29a、29b的表面(被溅射面)溅射而释放出原子或粒子(以下，也存在统称为溅射粒子或靶材物质的情况)(溅射处理)。

并且，正在进行溅射时，虽然也存在非导电性或导电性低的不完全反应物等附着在阳极上的情况，但当该阳极通过交变电场被变换为阴极时，这些不完全反应物等被溅射，靶材表面成为原来的清洁的状态。并且，通过反复进行使一对靶材29a、29b交替地成为阳极和阴极的操作，能够一直获得稳定的阳极电位状态，防止了等离子电位(通常与阳极电位几乎相等)的变化，从而能够朝向基板S的表面稳定地释放出溅射粒子。

在本例中，在上述的溅射处理中，从电力供给源19对各基板电极18供给电力(在高频电力的情况下例如是50～2000W，在直流电力的情况下例如是1000V以下，优选是30～1000V)，来对各基板S施加电压。这样，在基板电极18上对溅射等离子体赋予电位，由此，在溅射等离子体内存在的溅射用气体的所有离子的一部分被向基板S侧吸引而撞击基板S，从而对附着并堆积在基板S表面上的靶材物质提供能量(等离子体处理)。

在本例中，优选以施加于各基板S上的电压为5～1000V的方式对基板电极18供给电力。当该电压为5V以上时，容易获得膜质的致密化和处理时间的缩短等优点。此处的电压能够设置为1000V以下。并且，在基于从DC电源供给的电力的情况下，此处的电压是指输出电压，在基于从RF电源供给的电力的情况下，此处的电压是指自偏压(RF等离子体放电时所产生的负的直流电压)。

优选的是，使施加于各基板S的电压在成膜过程中不发生变化，而是一直保持为规定的值。

以上是在区域20中进行的溅射处理(基于下述这样的偏压溅射法的成膜处理：在该偏压溅射法中，一边施加阴极电压和基板偏压这两个电压，一边形成中间薄膜)。

(3)等离子体处理

等离子体处理如下述这样进行。在本例中，在使区域20、40工作的同时也开始使区域60工作。具体而言，经由质量流量控制器67将规定流量的反应处理用气体从储气瓶68导入区域60，使天线85a、85b的周围成为规定气体环境。

区域60的压力例如维持在0.07～1Pa。另外，至少在使区域60产生等离子体的过程当中，将天线收纳室的内部压力保持在0.001Pa以下。如果在从储气瓶68导入了反应处理用气体的状态下从交流电源89对天线85a、85b施加频率为10kHz～2.5GHz(优选是100kHz～1000MHz)的交流电压，则在区域60内的面对天线85a、85b的区域中产生等离子体。该等离子体是在区域20、40中产生的溅射等离子体之外的其他等离子体。

在基板S由玻璃材料构成的情况下，从交流电源89供给的功率(等离子体处理功率)优选能够设定为0.5～4.5kW，在基板S由树脂材料构成的情况下，从交流电源89供给的功率(等离子体处理功率)优选能够设定为1kW以下。

所导入的反应处理用气体只要是惰性气体和/或反应性气体即可，优选根据要形成的薄膜的种类来确定。例如，在使靶材29a、29b为碳(C)来形成DLC(Diamond-LikeCarbon：类金刚石)薄膜的情况下，可以采用惰性气体(氩、氦等)。在使靶材29a、29b为硅(Si)来形成SiO₂薄膜的情况下，可以采用至少含有反应性气体的气体(只有反应性气体，或是惰性气体和反应性气体的混合气体)。

作为反应性气体，可以使用氧、臭氧等氧化性气体、氮等氮化性气体、甲烷等碳化性气体、CF4等氟化性气体等。

在本例中，在基板保持器13旋转而将各基板S导入到区域60时，与区域20中的情况相同，也对各基板S施加电压。因此，与上述情况相同，在基板电极18上对溅射等离子体之外的上述等离子体赋予电位，由此，在溅射等离子体之外的上述等离子体内所存在的、反应处理用气体的离子被向基板S侧吸引而撞击基板S，进一步对形成在基板S表面上的中间薄膜提供能量(等离子体再处理)。

并且，优选的是，对各基板S施加的电压从基板S被导入到区域60开始始终保持为规定的值。但是，也可以在施加电压的时刻使供给至基板电极18的电量变动以使施加电压以1000V/秒以下的速度逐渐增加。

在所导入的反应处理用气体中含有反应性气体(例如氧气)的情况下，在上述等离子体中存在反应性气体的活性种，该活性种被引导至区域60中。然后，当基板保持器13旋转而将基板S导入到区域60中后，对于在区域20、40中形成于基板S的表面上的中间薄膜(例如金属原子或该金属原子的不完全氧化物)进行等离子体暴露处理(氧化处理)，将该中间薄膜转换为金属原子的完全氧化物而形成超薄膜。

以上是在区域60中对中间薄膜进行的等离子体暴露。

在本例中，反复进行溅射处理和等离子体暴露处理直至在基板S的表面上形成的超薄膜成为规定的膜厚(例如大约3μm以上，优选为大约3～7μm)，由此在保持于基板保持器13的所有基板S上生成作为目的膜厚的最终薄膜。

根据本例，在形成于单一的真空容器11内的成膜区域20内基于以前的偏压溅射法进行了成膜后，进行等离子体再处理，在该等离子体再处理中，使在配置成从空间上与成膜区域20分离的反应区域60内产生的、成膜区域20中的溅射等离子体以外的等离子体中的离子进行撞击。即，对偏压溅射后的薄膜再次实施等离子体处理。由此，即使不提高对基板S施加的电压或区域20中的溅射功率，通过改变区域60中的处理条件，也能够独立地控制等离子体处理的效果。

(4)其他实施方式

以上说明的实施方式是为用于容易地理解上述发明而记载的实施方式，并不是用于限定上述发明而记载的实施方式。因此，上述的实施方式中公开的各要素也包括属于上述发明的技术范围的所有的设计变更和等同物。

在上述的实施方式中，也可以在基板S上生成目的膜厚的最终薄膜后，进一步实施等离子体后处理。具体而言，首先，暂时停止基板保持器13的旋转，并停止区域20、40内的动作(溅射用气体的供给、来自交流电源23、43的电力供给)。另一方面，使区域60的动作保持原状态持续。即，在区域60中，继续执行反应处理用气体的供给和来自交流电源89的电力供给，以继续产生等离子体。如果该状态下使基板保持器13再次旋转而将基板S搬送至区域60中，则在基板S上生成的薄膜在穿过区域60的期间被进行等离子体处理(后处理)。通过实施等离子体后处理，对于最终的薄膜能够期待表面的平坦性提高等效果。

在实施等离子体后处理的情况下，可以以相同的条件执行形成薄膜时的等离子体暴露处理和薄膜形成后的等离子体后处理，也可以以不同的条件执行上述处理。在实施等离子体后处理的情况下，例如可以使混合气体中的反应性气体的浓度变动。另外，在实施等离子体后处理的情况下，可以对于形成薄膜时的等离子体暴露处理使等离子体处理功率(从交流电源89供给的功率)变动。该情况下，可以用匹配器87进行调整。关于等离子体后处理的时间，例如在大约1～60分的范围内设定为适当的时间。

在上述的实施方式中，例示了使用基于溅射的一例即磁控溅射的成膜装置1来形成薄膜的情况，但并不限定于此，也可以通过使用了下述成膜装置的其它溅射法来成膜：该成膜装置进行不利用磁控放电的二极溅射等其他公知的溅射。但是，溅射时的环境在任何情况下都为惰性气体环境。

实施例

接下来，举出将上述发明的实施方式更具体化了的实施例，对发明更加详细地进行说明。

[实验例1]

采用图1和图2所示的成膜装置1，将100个基板S设置在基板保持器13上，以下述条件反复在区域20中进行的溅射和在区域60中进行的等离子体暴露，得到了在基板S上形成有厚度为3μm的DLC薄膜的多个实验例样本。

以下述条件对成膜后的膜硬度进行了评价。在图3中示出结果。

·基板S：BK7(玻璃基板)

·成膜速率：0.1nm/s，

·基板温度：室温。

＜区域20中的溅射＞

·溅射用气体：Ar，

·溅射用气压：0.11Pa，

·溅射用气体的导入流量：80sccm，

·靶材29a、29b：碳(C)，

·溅射功率密度：10.91W/cm²，

·对基板S施加的电压：180V，

·向基板电极18供给电力的电力供给源：DC电源。

＜区域60中的等离子体暴露＞

·反应处理用气体：Ar，

·反应处理用气压：0.11Pa，

·反应处理用气体的导入流量：60sccm，

·从交流电源89向天线85a、85b供给的功率(等离子体处理功率)：0W、400W、500W、600W、800W、1000W、2500W、5000W，

·对天线85a、85b施加的交流电压的频率：13.56MHz。

＜膜硬度＞

利用微小硬度试验机(MMT-X7，日本Matsuzawa公司制)，以下述的测量条件对实验例样本的DLC薄膜表面的硬度(GPa)进行了测量。

·压头形状：维氏压头(a＝136°)，

·测量环境：温度20℃/相对湿度60％，

·试验载荷：25gf，

·载荷速度：10μ/s，

·最大载荷蠕变时间：15秒。

＜考察＞

根据图3，实验例样本的DLC薄膜的膜硬度根据区域60中的等离子体处理功率而发生变化。由此可以理解为：通过将区域20中的溅射功率密度和区域20、区域60中的基板偏压供给功率设为固定值、并仅使区域60中的等离子体处理功率的条件变化，能够对所得到的薄膜的膜硬度进行调整(控制)。

[实验例2]

采用图1和图2所示的成膜装置1，将36个基板S设置在基板保持器13上，以下述条件反复在区域20中进行的溅射和在区域60中进行的等离子体暴露，得到了在基板S上形成有厚度为1μm的SiO₂薄膜的多个实验例样本。

以下述条件对等离子体成膜后的蚀刻速率进行了评价。在图4中示出结果。

·基板S：BK7(玻璃基板)

·成膜速率：0.1nm/s，

·基板温度：室温。

＜区域20中的溅射＞

·溅射用气体：Ar，

·溅射用气压：0.1Pa，

·溅射用气体的导入流量：80sccm，

·靶材29a、29b：硅(Si)，

·溅射功率密度：5.74W/cm²，

·对基板S施加的电压：130V

·对基板电极18供给的功率(基板偏压供给功率)：600W

·向基板电极18供给电力的电力供给源：RF电源+DC电源

＜区域60中的等离子体暴露＞

·反应处理用气体：O₂，

·反应处理用气体中的O₂浓度：100％，

·反应处理用气压：0.1Pa，

·反应处理用气体的导入流量：50sccm，

·从交流电源89向天线85a、85b供给的功率(等离子体处理功率)：2kW、3kW、4kW、4.5kW，

·对天线85a、85b施加的交流电压的频率：13.56MHz。

＜蚀刻速率＞

计算出了在未对各基板S施加电压的状态(无偏压。对基板S施加的电压：0V，基板偏压供给功率：0W)下成膜的速率，在此基础上，基于下述算式对实验例样本的SiO₂薄膜的蚀刻速率(nm/s)进行了评价。

(算式)

蚀刻速率＝(无偏压的成膜速率)-(有偏压的成膜速率)

在区域20、60中，溅射等离子体中的离子和该溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子都被施加于各基板S上的电压向各基板S侧吸引而撞击薄膜，因此，没能成为致密结构的膜在被蚀刻的同时成膜。成膜后，通过测量薄膜的膜厚，能够计算出成膜速率(有偏压)。

＜考察＞

根据图4，实验例样本的SiO₂薄膜的蚀刻速率根据区域60中的等离子体处理功率而发生变化。由此可以理解为：通过将区域20中的溅射功率密度和区域20及区域60中的基板偏压供给功率设为固定值、并仅使区域60中的等离子体处理功率的条件变化，能够对所得到的薄膜的蚀刻速率进行调整(控制)。

其结果是，在阶梯覆盖(利用微小的阶梯部进行覆盖的覆盖状态)中，能够控制阶梯部的侧面部和底部的成膜速率，例如如图5所示，能够进行无空隙的成膜。

Claims

1.一种成膜方法，将被施加有电压的多个基板依次导入成膜区域内的规定的位置，所述成膜区域是利用溅射放电的溅射等离子体从靶材释放出的溅射粒子所到达的区域，由此，使溅射粒子到达所述基板的表面进行堆积，并且进行使溅射等离子体中的离子撞击所述基板或溅射粒子的堆积物的等离子体处理，形成薄膜，其特征在于，

采用构成为能够与直流电源和高频电源的一方或双方连接的电力供给源，使来自该电力供给源的电力分别供给至多个基板电极，从而对多个基板施加电压，由此，在形成于具有排气系统的单一的真空槽内的成膜区域内，进行溅射粒子的堆积和基于溅射等离子体的等离子体处理而形成中间薄膜，然后，使所述基板移动至反应区域内，进行使溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击所述中间薄膜的等离子体再处理，形成所述薄膜，所述反应区域被配置成与成膜区域在空间上分离，所述多个基板电极设置于各个基板的背面位置，而不与将多个基板保持于外周面的筒状的基板保持器电连接。

2.根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，

所述成膜方法是使用成膜装置在多个基板各自的表面上形成薄膜的方法，在所述成膜装置中，利用溅射放电的溅射等离子体从靶材释放出溅射粒子的成膜区域、和产生溅射等离子体之外的其他等离子体的反应区域在具有排气系统的单一的真空槽内被配置成彼此在空间上分离，并且所述成膜装置构成为能够独立地控制各区域中的处理，

所述成膜方法具有：

在成膜区域内产生溅射放电的溅射等离子体的工序；

在反应区域内产生溅射等离子体之外的其他等离子体的工序；

对多个基板分别施加电压的工序；以及

使施加有电压的多个基板在成膜区域内的规定的位置和反应区域内的规定的位置之间移动的工序，所述成膜区域是利用溅射等离子体从靶材释放出的溅射粒子所到达的区域，所述反应区域是被暴露于溅射等离子体之外的其他等离子体的区域，

使从靶材释放出的溅射粒子到达被导入到成膜区域中的基板进行堆积，同时进行使溅射等离子体中的离子撞击基板或溅射粒子的堆积物的等离子体处理，形成中间薄膜，然后，进行使溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击已经移动到反应区域中的基板的中间薄膜的等离子体再处理，形成薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于，

在成膜区域中，在工作气体的环境下，对由金属构成的靶材进行溅射，进行溅射粒子的堆积和基于溅射等离子体的等离子体处理，形成由金属或金属的不完全反应物构成的连续的中间薄膜或不连续的中间薄膜，

在反应区域中，使在含有反应性气体的环境下产生的等离子体中的、电中性的反应性气体的活性种与移动来的基板的中间薄膜接触而发生反应，将所述中间薄膜转换为由金属的完全反应物构成的连续的超薄膜。

4.根据权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于，

将惰性气体作为工作气体导入到成膜区域中，在溅射等离子体中产生惰性气体的离子，将惰性气体、反应性气体、以及惰性气体和反应性气体的混合气体中的任意一种导入到反应区域中，在溅射等离子体之外的其他等离子体中产生导入气体的离子。

5.根据权利要求2所述的成膜方法，其特征在于，

在将多个基板保持在外周面上后，一边施加电压一边使筒状的基板保持器旋转，由此使得施加有电压的多个基板在成膜区域的所述规定的位置与反应区域的所述规定的位置之间移动，由此反复执行中间薄膜的形成和向超薄膜的转换，从而形成薄膜。

6.根据权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于，

对多个基板分别施加的电压为5V～1000V，其中，在基于从直流电源供给的电力的情况下，对多个基板分别施加的电压为输出电压，在基于从高频电源供给的电力的情况下，对多个基板分别施加的电压是自偏电压。

7.根据权利要求1或2所述的成膜方法，其特征在于，

通过从交流电源施加频率为10kHz～2.5GHz的交流电压而在反应区域内产生等离子体。

8.一种成膜装置，其特征在于，所述成膜装置具有：

真空槽，其具有排气系统；

成膜区域，其形成于真空槽内；

反应区域，其形成于真空槽内，并且被配置成与成膜区域在空间上分离；

阴极电极，其搭载靶材；

溅射电源，其使面对靶材的被溅射面的成膜区域内产生溅射放电；

等离子体产生单元，其使反应区域内产生溅射等离子体之外的其他等离子体，所述溅射等离子体是通过在成膜区域内产生的溅射放电而形成的；

筒状的基板保持器，其在外周面具有多个基板保持部；以及

驱动单元，其使基板保持器旋转，

通过驱动单元使基板保持器旋转，由此使背面保持于基板保持部的基板在成膜区域内的规定的位置与反应区域内的规定的位置之间反复移动，所述成膜区域是利用溅射等离子体从靶材释放出的溅射粒子所到达的区域，所述反应区域是被暴露于溅射等离子体之外的其他等离子体的区域，其中，

所述成膜装置还具备：

多个基板电极，它们分别设置于各个基板保持部的背面位置，而不与基板保持器电连接；和

偏置电源，其向各个基板电极分别供给电力，

作为所述偏置电源，采用了构成为能够与直流电源和高频电源的一方或双方连接的偏置电源，

所述成膜装置构成为，将靶材搭载在阴极电极上并接通溅射电源，使等离子体产生单元工作，并且，将多个基板保持在基板保持器的外周面上，并且一边向基板电极供给电力从而对基板施加电压，一边使基板保持器旋转，由此使得从靶材释放出的溅射粒子到达已经移动到成膜区域中的基板进行堆积，同时，进行使溅射等离子体中的离子撞击基板或溅射粒子的堆积物的等离子体处理，形成中间薄膜，然后，进行使溅射等离子体之外的其他等离子体中的离子撞击已经移动到反应区域中的基板的中间薄膜的等离子体再处理，将所述中间薄膜转换为超薄膜，然后，使多层该超薄膜层叠而形成薄膜。

9.一种成膜装置，其特征在于，所述成膜装置具有：

真空槽，其具有排气系统；

成膜区域，其形成于真空槽内；

阴极电极，其搭载靶材；

筒状的基板保持器，其在外周面上具有多个基板保持部；以及

驱动单元，其使基板保持器旋转，

所述成膜装置还具备：

偏置电源，其向各个基板电极分别供给电力，

作为所述偏置电源，采用了构成为能够与直流电源和高频电源的一方或双方连接的偏置电源。

10.根据权利要求8或9所述的成膜装置，其特征在于，

各个基板电极以各个基板保持部所保持的基板的尺寸的80～98％的大小来形成。

11.根据权利要求10所述的成膜装置，其特征在于，

与各个基板保持部的所述背面位置相当的基板保持器的内周面是绝缘的。

12.根据权利要求8、9或11所述的成膜装置，其特征在于，

按各个基板电极，在0.10～0.14mm的范围内调整基板电极与基板保持器的内周面的距离。

13.根据权利要求10所述的成膜装置，其特征在于，