CN109576654B - 成膜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可通过使移动的工件附近的压力下降来提升膜的致密性的成膜装置。成膜装置包括：成膜部，具有在一端具有开口的成膜室，在成膜室内具有包括成膜材料的靶材，利用成膜室内的溅射气体中生成的等离子体使靶材的成膜材料堆积于与开口相向的工件的表面以进行成膜；以及搬运体，通过沿着规定的搬运路径对工件进行搬运而使所述工件反复通过与成膜室的开口相向的相向区域及不与成膜室的开口相向的非相向区域，搬运体具有：低压部位，载置工件，在通过相向区域时，使成膜室内小于等离子体的着火下限压力且大于等于等离子体的放电维持下限压力；以及高压部位，不载置工件，在通过相向区域时，使成膜室内大于等于着火下限压力。

Description

成膜装置
技术领域
本发明涉及一种成膜装置。
背景技术
在半导体装置或液晶显示器(display)或者光盘(optical disk)等各种产品的制造工序中，有时要在例如晶片(wafer)或玻璃(glass)基板等工件(work)上形成薄膜。薄膜例如能够通过对工件形成金属等的膜的成膜、或对所形成的膜进行蚀刻(etching)、氧化或氮化等膜处理而制作。
作为进行此种成膜的装置，提出有使用等离子体并通过溅射(sputtering)来进行成膜的成膜装置。所述成膜装置向配置有靶材(target)的真空容器内导入惰性气体，并对靶材施加直流电压。使由此而被等离子体化的惰性气体的离子与成膜材料的靶材碰撞，并使自靶材撞出的材料堆积于工件以进行成膜。
还存在一种成膜装置：在一个真空容器的内部配置有旋转平台(table)，且沿旋转平台的上方的圆周方向配置有多个进行成膜的成膜单元，以便能够连续进行成膜处理。通过将工件保持于旋转平台上来进行循环搬运并使其反复通过成膜单元的正下方，可效率良好地进行成膜处理。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利第4416422号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
此处，在利用成膜装置进行的成膜中，例如存在制作使TiO2或SiO2层压多层而成的膜的情况。使TiO2或SiO2层压而成的膜被用作利用了光学干涉的防反射膜、增反射膜。对防反射膜及增反射膜要求提高膜的致密性以提升可视性。
作为利用溅射进行的成膜中提高膜的致密性的技术，存在专利文献1所述记载的方法。在专利文献1中，记载有：使靶材附近的压力相对高为0.01Pa程度，维持用于等离子体生成的放电所需的电压，并且降低作为工件的基板的附近的压力。若压力低，则从靶材撞出的成膜材料即溅射粒子到达工件前与气体分子的冲撞次数变少。因此，溅射粒子不会失去能量，方向的变化得到抑制。以高的能量到达工件的溅射粒子可在工件的表面进行移动，所以溅射粒子向薄膜的稀疏的部分移动。因此，形成致密的膜。
另一方面，若靶材与工件的距离远，则溅射粒子的能量衰减，方向也容易发生变化。因此，为了提高膜的致密性，优选靶材与工件的距离近。但是，需要如上所述将靶材附近设为比较高的压力。因此，若缩短靶材与工件的距离，则变得难以降低工件附近的压力。即，工件附近的压力可降低的程度存在限度。
并且，在为所述循环搬运式的成膜装置的情况下，是在腔室内收容成膜单元及旋转平台。因此，使成膜单元的靶材与平台上的工件的距离隔开会导致装置整体的大型化。因此，靶材与工件的距离比较近，从而难以对靶材附近与工件附近之间设置压力差。而且，专利文献1中，设有向靶材附近供给溅射气体的气体供给装置、围绕靶材的喷嘴形状构件、对工件附近进行排气的排气装置。但是，难以对与旋转平台相向的各成膜单元分别添加所述构成。
并且，若过于缩短靶材与工件的距离，则会产生膜局部性地变厚等膜厚分布问题。尤其，在使多个靶材同时溅射以进行成膜的情况下，会在各靶材所对应的位置上产生膜厚的峰值，靶材间的膜厚变薄，膜厚分布的均匀性下降。
而且，存在一种通过对工件施加偏压电压以进行溅射，而使膜的致密性提升的方法。但是，添加对由旋转平台循环搬运的工件施加电压的结构会导致成膜装置的构成变得非常复杂。并且，存在一种提高对靶材的施加电压来使膜的致密性提升的方法。但是，若使现状下已施加的电压进一步上升，则存在靶材受损的可能。
本发明的目的在于提供一种可通过使移动的工件附近的压力下降来提升膜的致密性的成膜装置，以解决所述课题。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，本发明的成膜装置具有：成膜部，具有在一端具有开口的成膜室，在所述成膜室内具有包括成膜材料的靶材，利用所述成膜室内的溅射气体中生成的等离子体使所述靶材的成膜材料堆积于与所述开口相向的工件的表面以进行成膜；以及搬运体，通过沿着规定的搬运路径对所述工件进行搬运而使所述工件反复通过与所述成膜室的开口相向的相向区域及不与所述成膜室的开口相向的非相向区域，所述搬运体具有：低压部位，载置所述工件，在通过所述相向区域时，使所述成膜室内小于等离子体的着火下限压力且大于等于等离子体的放电维持下限压力；以及高压部位，不载置所述工件，在通过所述相向区域时，使所述成膜室内大于等于着火下限压力。
也可以为：所述低压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离比所述高压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离长。
也可以为：所述低压部位的沿所述搬运路径方向的距离及所述高压部位的沿所述搬运路径方向的距离分别大于等于所述开口的沿所述搬运路径方向的距离。
也可以为：所述低压部位具有载置所述工件的凹部。也可以为：所述低压部位与所述开口之间的流导大于所述高压部位与所述开口之间的流导。
也可以为：所述搬运体是以圆周的轨迹使所述工件循环搬运的旋转平台，所述开口及所述低压部位为大致扇形。
也可以具有：膜处理部，在所述低压部位及所述高压部位所对着的区域，使物质化合于由成膜部形成在工件W上的膜，由此进行生成化合物膜的处理，相对于所述高压部位与所述开口之间的流导，所述低压部位与所述开口之间的流导为超过1.0倍且小于等于10.0倍。
也可以为：若设所述低压部位通过所述相向区域时的所述成膜室内的压力为P1、所述低压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离为H1、所述高压部位通过所述相向区域时的所述成膜室内的压力为P2、所述高压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离为H2，则P1×H1≤P2×H2。
也可以为：所述低压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离被设置为可变。
也可以为：在所述低压部位，经由一个或多个托盘而载置有工件。
也可以具有：气体供给部，以在所述低压部位通过所述相向区域时使所述成膜室内大于等于等离子体的放电维持下限压力并且小于等离子体的着火下限压力，在所述高压部位通过所述相向区域时使所述成膜室内大于等于着火下限压力的方式将所述溅射气体供给至所述成膜室内。
[发明的效果]
本发明可提供一种可通过使移动的工件附近的压力下降来提升膜的致密性的成膜装置。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的成膜装置的构成的平面图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是表示实施方式的搬运体的平面图。
图4是表示图2的高压部位(position)到达与成膜部相向的位置的状态的剖面图。
图5是表示搬运体的低压部位、高压部位、成膜室的开口沿搬运路径的长度的说明图。
图6是表示低压部位开始重叠于开口的状态的说明图。
图7是表示低压部位到达开口的正下方的状态的说明图。
图8是表示低压部位偏离开口的正下方的状态的说明图。
图9是表示低压部位即将不再与开口有重叠的状态的说明图。
图10是表示高压部位到达开口的正下方的状态的说明图。
图11是表示成膜室内的压力变动的一例的图表。
图12(A)是表示成膜装置内的溅射气体的流动的说明图、图12(B)是表示护罩构件的外形尺寸的说明图。
图13是示出了供给至膜处理部的氧的流量与Nb2Ox膜的光的吸收率的关系的图表。
图14是示出了供给至膜处理部的氧的流量与成膜部的放电电压的关系的图表。
图15是表示进行了对多个芯片的成膜的实验的芯片的配置的说明图。
图16是将图13的实验的结果以膜的折射率来表示的图表。
[符号的说明]
1：成膜装置
2：腔室
2a：排气部
3、3a、3b、3c、3d、3e、3f：成膜部
30：溅射源
30a：靶材
30b：背板
30c：电极
31：DC电源
32：溅射气体导入部
33：护罩构件
33a：隔壁
34：成膜室
34a：开口
4：膜处理部
40：电极
41：开口部
42：RF电源
43：工艺气体导入部
5：搬运体
5a：中心轴
51：低压部位
51a：凹部
52：高压部位
6：加载互锁部
7：控制部
G1：溅射气体
G2：工艺气体
B：方向
H1：低压部位的与开口相向的相向面跟靶材的距离
H2：高压部位的与开口相向的相向面跟靶材的距离
L：搬运路径
R：芯片
T：托盘
W：工件
a：俯视护罩构件时，形成溅射气体的流路的外周边的长度
c：护罩构件的俯视时的外侧的圆弧部分
d：护罩构件的俯视时的与半径方向大致平行的边
e：护罩构件的俯视时的内周侧的边
b1：低压部位与隔壁的间隔
b2：高压部位与隔壁的间隔
α：低压部位的沿搬运路径的距离
β：高压部位的沿搬运路径的距离
γ：开口的沿搬运路径的距离
具体实施方式
以下，参照附图来对本实施方式的成膜装置进行说明。图1是成膜装置1的简略平面图，图2是图1的A-A剖面图。
[概要]
如图1所示，本实施方式的成膜装置1包括：腔室2、成膜部3a～成膜部3f、膜处理部4、搬运体5。腔室2是能够使内部为真空的容器。如图2所示，成膜部3a～成膜部3f具有在一端具有开口34a的成膜室34，并在成膜室34内具有包括成膜材料的靶材30a。成膜部3a～成膜部3f是利用由成膜室34内的溅射气体G1生成的等离子体，使靶材30a的成膜材料堆积于与开口34a相向的工件W的表面以进行成膜的构成部。
在本实施方式中，如后所述，成膜室34是在设于腔室2内的护罩构件33的内部形成的空间。护罩构件33中，与腔室2的顶面相反的一侧成为开口34a。即，成膜室34及开口34a虽形成在护罩构件33上，但本发明为了方便而称为成膜室34的开口34a。另外，在成膜装置1中进行处理的工件W，可使用晶片、玻璃基板、电子零件等，另外，可使用在需要在表面进行成膜的所有构件。而且，工件W的形状既可以为平板状，也可以具有曲面或凹凸。在本实施方式中，使用如图1及图2所示具有曲面的工件W。
膜处理部4是对由成膜部3a～成膜部3f在工件W上形成的膜进行膜处理的构成部。作为膜处理，包括：利用后氧化处理等进行的氧化膜、氮化膜等化合物膜的生成；蚀刻、灰化(ashing)等表面改性；清洁等。所谓后氧化处理，是指如下所述的处理：使由等离子体所生成的氧离子等与由成膜部3形成的金属膜或半导体膜进行反应，从而对金属膜或半导体膜进行氧化。
搬运体5是通过沿着规定的搬运路径L对工件W进行搬运而使所述工件W反复通过与成膜室34的开口34a相向的相向区域及不与成膜室34的开口34a相向的非相向区域的构成部。相向区域是与开口34a隔开距离并且俯视时产生重叠的区域，非相向区域是与开口34a隔开距离并且俯视时不产生重叠的区域。在本实施方式中，开口34a的正下方的区域成为相向区域。
多个成膜部3a、成膜部3b、成膜部3c、成膜部3d、成膜部3e、成膜部3f以及膜处理部4如图1所示，沿着形成于搬运体5的、工件W的搬运路径L，以彼此隔开规定的间隔而邻接的方式配置。使工件W通过成膜部3、膜处理部4之下，由此来进行各处理。另外，在不对成膜部3a、成膜部3b、成膜部3c、成膜部3d、成膜部3e、成膜部3f进行区分的情况下，以成膜部3来进行说明。
[构成]
以下，对所述成膜装置1的构成进行具体说明。
(腔室)
如图1及图2所示，腔室2是大致圆筒型的密闭容器。在腔室2设有连接于未图示的泵等减压装置的排气部2a，通过从所述排气部2a进行排气，能够使腔室2的内部为真空。
(成膜部)
如图2所示，成膜部3具有溅射源30、直流(Direct Current，DC)电源31、溅射气体导入部32、护罩构件33。溅射源30具有靶材30a、背板(backing plate)30b、电极30c。靶材30a是包含堆积在工件W上而成为膜的成膜材料的板状构件。靶材30a设置于工件W通过成膜室34之下时与工件W相向的位置。如图1所示，本实施方式的靶材30a是圆形并设有两个。但是，靶材30a的数量并不限定于此。可将靶材30a设为一个，也可以设为三个以上。
背板30b是保持靶材30a的构件。电极30c是用以自腔室2的外部对靶材30a施加电力的导电性构件。此外，溅射源30中视需要而适当具备磁铁、冷却机构等。
DC电源31是经由电极30c对靶材30a施加直流电压的电源。另外，关于电源，可应用DC脉冲电源、射频(Radio Frequency，RF)电源等众所周知的电源。溅射气体导入部32是从腔室2的上表面的、安装有靶材30a处的附近，将溅射气体G1导入至成膜室34的气体供给部。溅射气体G1例如可使用氩(Ar)等惰性气体。
如图1及图2所示，护罩构件33为俯视时大致扇形的箱状的构件。护罩构件33的内部为成膜室34，下部成为朝向搬运体5的开口34a。护罩构件33的外周壁是用以降低等离子体从靶材30a的周围流出的隔壁33a。另外，在护罩构件33的顶面，以使各靶材30a在成膜室34内露出的方式，在与各靶材30a相对应的位置形成有与靶材30a的大小及形状相同的孔。
另外，成膜室34是进行大半的成膜的区域。然而，即使在离开成膜室34的区域，也存在成膜材料从成膜室34的泄漏。因此，并非完全没有膜的堆积。即，成膜部3进行成膜的成膜区域为比由护罩构件33划定的成膜室34稍微宽广的区域。因此，虽然相向区域是接受成膜的区域，但在非相向区域也存在产生膜的堆积的情况。
(膜处理部)
如图1及图2所示，膜处理部4包括设置在腔室2的上表面的箱型的电极40。电极40的形状并无特别限定，但在本实施方式中，在俯视时成为大致扇形。电极40在底部具有开口部41。开口部41的外缘即电极40的下端与搬运体5的上表面介隔稍许的间隙而相向。
在电极40上连接有用于施加高频电压的RF电源42。在RF电源42的输出侧连接有匹配箱(matching box)(未图示)。RF电源42也连接于腔室2，电极40为阴极(cathode)，腔室2为阳极(anode)。而且，在电极40上连接有工艺气体(process gas)导入部43，从外部的工艺气体供给源经由工艺气体导入部43而向电极40导入工艺气体G2。
工艺气体G2可根据膜处理的目的来适当变更。例如，在进行蚀刻时，使用氩等惰性气体来作为蚀刻气体。当进行氧化处理时，使用氧。当进行氮化处理时，使用氮。利用工艺气体导入部43对电极40导入工艺气体G2，并利用RF电源42施加高频电压，由此在电极40的内部产生等离子体。另外，成膜部3、膜处理部4的排列顺序及数量并无特别限定。
(搬运体)
如图1及作为平面图的图3所示，搬运体5是设于腔室2的内部的圆盘状的旋转平台。搬运体5的中心轴5a(参照图2)连结有未图示的驱动机构。搬运体5通过驱动机构的驱动而以中心轴5a为旋转轴进行旋转。所述搬运体5及驱动机构构成搬运部。
搬运体5具有低压部位51及高压部位52。低压部位51是载置工件W，在通过相向区域时，使成膜室34内小于等离子体的着火下限压力且大于等于等离子体的放电维持下限压力的部位。着火下限压力是指在对成膜室34内施加电压来使等离子体产生(以下，也称为着火)时可使等离子体着火的下限的压力。
所谓放电维持下限压力是指可维持着火的等离子体的下限的压力。着火下限压力是高于放电维持下限压力的压力。即使是小于着火下限压力的压力，只要一旦生成的等离子体等到了维持，则便可进行成膜。通过像这样在小于着火下限压力的低压下进行成膜，可使膜的致密性提升。另外，所谓“通过时”是指通过的过程中的任一时间点。而且，在本实施方式中，工件W经由托盘T而载置于低压部位51。工件W既可以直接载置于低压部位51，也可以经由托盘T而间接载置于低压部位51。
通过搬运体5旋转，载置于低压部位51的工件W沿着搬运体5的圆周方向移动。即，如图1所示，工件W的搬运路径L在搬运体5上形成为圆周状。工件W通过成膜部3之下而被进行成膜，通过膜处理部4之下而被进行膜处理。以下，在简称作“圆周方向”时，是指“搬运体5的圆周方向”，在简称作“半径方向”时，是指“搬运体5的半径方向”。另外，在本实施方式中，如图1所示，工件W的搬运方向俯视时为顺时针，但这仅为一例，也可以为逆时针。
高压部位52是不载置工件W，在通过相向区域时，使成膜室34内大于等于着火下限压力的部位。因设为小于着火下限压力的压力，也存在一旦生成的等离子体消失的情况，此时，需要将成膜室34内的压力提高至着火下限压力以上。在本实施方式中，可通过高压部位52将由低压部位51设为小于着火下限压力的成膜室34内提高至着火下限压力以上。
因此，低压部位51及高压部位52具体来说具有如下构成。首先，如图2及图4所示，低压部位51的与开口34a相向的相向面跟靶材30a的距离H1比高压部位52的与开口34a相向的相向面跟靶材30a的距离H2长。即，如图2所示，低压部位51具有载置工件W的凹部51a。因此，与搬运体5的上表面的高度即高压部位52与靶材30a的距离相比，低压部位51与靶材30a的距离变长。凹部51a是形成于搬运体5的上表面的凹陷。
此处，设低压部位51通过相向区域时的成膜室34内的压力为P1，并设高压部位52通过相向区域时的成膜室内的压力为P2。于是，优选为P1×H1≤P2×H2。将其理由叙述如下。如上所述，作为使膜变致密的方法，有设为低压的方法及缩短距离的方法。缩短距离存在膜的均匀性的问题，所以一定程度上拉开距离并以低压进行成膜。但是，若过于远离，则不再有以低压进行成膜所获得的效果。
低压部位51可根据工件W的形状而采用各种形状，但在本实施方式中，以如图3及图5的平面图所示将凹部51a设为俯视时为大致扇形的示例进行说明。凹部51a的内底面成为与开口34a相向的平坦的相向面(参照图2)。在搬运体5的上表面沿着搬运体5的圆周方向等间隔地设有多个凹部51a。在本实施方式中，设有三个凹部51a，但并不限定于此。即，低压部位51只要有一个以上即可。
在搬运体5的上表面中，低压部位51之外的部分为高压部位52。即，由未形成有凹部51a的平坦的相向面形成了高压部位52。
而且，如图5所示，低压部位51的沿搬运路径L的距离α及高压部位52的沿搬运路径L的距离β大于等于开口34a的沿搬运路径L的距离γ。由此，低压部位51与开口34a之间的流导大于高压部位52与开口34a之间的流导。即，在成膜时，低压部位51与开口34a的间隙变宽，所以溅射气体G1变得容易流出，成膜室34成为低压。在非成膜时，高压部位52与开口34a的间隙变窄，所以溅射气体G1变得难以流出，成膜室34被维持为高压。另外，所谓成膜时，是指在对靶材30a施加有电压的状态下，低压部位51通过相向区域时。所谓非成膜时，是指在对靶材30a施加有电压的状态下，高压部位52通过相向区域时。
另外，如图1所示，成膜部3a与成膜部3f之间设有加载互锁(load lock)部6。加载互锁部6将未处理的工件W从外部搬入到腔室2的内部，且将已处理完毕的工件W向腔室2的外部搬出。
成膜装置1还包括控制部7。控制部7包括具有CPU等运算部、存储器等存储部的计算机。控制部7进行与溅射气体G1向腔室2及工艺气体G2向电极40的导入及排气相关的控制、DC电源31及RF电源42的控制、及搬运体5的转速控制等。
[动作]
对本实施方式的成膜装置1的动作进行说明。另外，以下的动作是通过利用成膜部3a～成膜部3f形成铌(Nb)的膜，并利用膜处理部4进行后氧化处理来制成氧化铌(Nb2Ox)的示例。
(成膜处理的概要)
首先，腔室2的内部通过自排气部2a进行排气而成为真空状态。维持着腔室2内的真空状态而从加载互锁部6将载置于托盘T上的未处理的工件W搬入至腔室2内。搬入的托盘T被载置于依次定位于加载互锁部6的搬运体5的低压部位51。并且，通过连续使搬运体5旋转，从而使工件W沿着搬运路径L来循环搬运。通过如此操作，使工件W如图1及图2所示通过成膜部3a～成膜部3f、膜处理部4之下。
在成膜部3a中，从溅射气体导入部32导入溅射气体G1，并自DC电源31对溅射源30施加直流电压。通过直流电压的施加，溅射气体G1被等离子体化，从而产生离子。当所产生的离子碰撞到靶材30a时，靶材30a的材料飞出。飞出的材料堆积于通过成膜部3a之下的工件W，由此在工件W上形成薄膜。其他的成膜部3b、成膜部3c、成膜部3d、成膜部3e、成膜部3f中，也以同样的方法来进行成膜。只是，未必需要利用所有的成膜部3来进行成膜。作为一例，此处，对工件W生成Nb的薄膜。
由成膜部3a～成膜部3f生成有薄膜的工件W如图4所示通过膜处理部4之下。在膜处理部4中，从工艺气体导入部43向电极40内导入工艺气体G2即氧气，并自RF电源42对电极40施加高频电压。通过施加高频电压，氧气被等离子体化，从而产生电子、离子及自由基等。等离子体从作为阳极的电极40的开口部41流向作为阴极的搬运体5。等离子体中的离子碰撞至通过开口部41之下的工件W上的薄膜，从而使薄膜受到后氧化。
此种薄膜的生成及后氧化处理随着搬运体5的旋转而反复进行，从而在工件W上形成Nb2Ox。形成有期望的Nb2Ox的工件W与托盘T一起从加载互锁部6搬出至腔室2之外。
(成膜室的压力变化)
参照图6～图10对如上所述的成膜处理过程中的成膜室34的内部压力发生变化的原理进行说明。另外，图6～图10是从图1的B方向对搬运体5与护罩构件33的位置关系进行观察的简略纵剖面图。
如图6所示，随着搬运体5的旋转，低压部位51到达与成膜室34的开口34a在俯视时开始产生重叠的位置。于是，因凹部51a，护罩构件33的下端的、搬运路径L的旋转方向上的上游侧(图中为右端侧)与搬运体5的间隙扩大。因此，如图中的涂白的箭头所示，溅射气体G1的泄漏量开始增加。由此，成膜室34内的压力开始下降。由此，成膜室34内的压力下降至小于着火下限压力。
当如图7所示，低压部位51到达成膜室34的开口34a的正下方时，护罩构件33的下端中、搬运路径L的旋转方向上的上游侧与下游侧的两端与搬运体5的间隙扩大。因此，如图中的涂白的箭头所示，溅射气体G1的泄漏量进一步增大。这是因为凹部51a的沿搬运路径L的距离α形成得比开口34a的沿搬运路径L的距离γ长。
如图8所示，随着搬运体5的旋转，低压部位51到达经过了成膜室34的开口34a的正下方的位置。于是，因凹部51a，护罩构件33的下端的、搬运路径L的旋转方向上的上游侧(图中为右端侧)与搬运体5的间隙缩小。因此，如图中的涂白的箭头所示，溅射气体G1的泄漏量开始减少。由此，成膜室34内的压力开始上升。
当如图9所示，随着搬运体5的旋转，与开口34a相向的凹部51a的容积减少，护罩构件33的下端与搬运体5的间隙减少时，成膜室34内的压力进一步上升。
当进一步如图10所示，随着搬运体5的旋转，高压部位52到达成膜室34的开口34a的正下方时，护罩构件33的下端与搬运体5的间隙进一步缩小。由此，成膜室34内的压力上升至着火下限压力以上。
(实施例)
对应用有如上所述的本实施方式的具体的实施例进行说明。首先，参照图11说明对成膜过程中成膜室34内的压力变动进行了测定的示例。在此例中，使用了放电维持下限压力为0.08Pa程度且着火下限压力为0.19Pa程度的成膜室34、溅射气体G1、溅射源30。而且，设置工件W的低压部位51在搬运体5上仅设置了一处。将低压部位51与隔壁33a的间隔b1设为30mm，并将高压部位52与隔壁33a的间隔b2设为5mm(参照图2、图4)。
并且，将高压部位52的非成膜时的流导设为522L/s，并将低压部位51成膜时的流导设为964L/s(1.85倍)。此处，将气体在特定的区域中流动时所产生的阻抗称为排气阻抗，其倒数为流导。即，流导是指气体的流动容易度。
如图11所示，使Ar以72sccm流入至成膜室34时的成膜压力在非成膜时成为0.25Pa，在成膜时成为0.15Pa。由此，即使在失去了放电的情况下，也可在非成膜时使压力上升而使其再着火，从而继续放电，所以能够在小于着火下限压力下进行成膜。
另外，流导的求法存在多种。在本实施方式那样的成膜装置1中，如图12(A)的涂黑的粗箭头所示，溅射气体G1穿过护罩构件33与搬运体5即旋转平台的间隙而流动至位于腔室2的底部的排气部2a。此种成膜装置1的内部的排气路径的所有部分的流导C1均可根据有效排气速度S*与作为减压装置的泵的排气速度S0使用以下的式子求出。
C1＝S*S0/(S0-S*)
有效排气速度S*根据Q-P测定而求出。所谓Q-P测定是根据流量Q及压力P的测定值求出有效排气速度的方法。具体来说，对使溅射气体G1流入至由护罩构件33划分成的成膜室34时的成膜室34内的压力的值进行测定。并且，通过将溅射气体导入部32的气体流量的值除以压力的值，可求出有效排气速度。
例如，设成膜时的有效排气速度为860L/s，并设非成膜时的有效排气速度为490L/s。若设泵排气速度共同为8000L/s，则成膜时的流导C1x成为963.585L/s，非成膜时的流导C1y成为521.971L/s。
而且，护罩构件33与搬运体5即旋转平台的间隙部分的流导C2可如下求出。假定护罩构件33与搬运体5即旋转平台的间隙为薄的平行两面的配管。如图12(B)所示，将俯视护罩构件33时，形成溅射气体G1的流路的外周边的长度设为a，护罩构件33与旋转平台的间隙的长度设为b。即，护罩构件33与旋转平台的间隙的长度b在成膜时为间隔b1，非成膜时为间隔b2(参照图12(A)、图2、图4)。若设护罩构件33的板厚为l，修正系数为K，则流导C2可根据以下的式子求出。
C2＝309Kab2/l
若以成膜时的流导为C2x，非成膜时的流导为C2y来考虑C2x及C2y，则共同的参数即a、l如下。若设护罩构件33的俯视时的外侧的圆弧部分为c、与半径方向大致平行的边为d，内周侧的边为e，则a＝c+2d+e。例如，若设c为487.5mm，d为1131mm，e不作为流路来考虑而设为0，则a＝2749.5mm。而且，l为12mm。另外，护罩构件33的c的部分因凹部51a的形成方法而与搬运体5的间隔既有发生变化的情况，也有不发生变化的情况。
在成膜时与非成膜时会发生变动的参数即间隙的长度b及修正系数K如下。成膜时的b与所述相同，为低压部位51的内底面与隔壁33a的间隔b1为30mm，非成膜时的b为高压部位52的表面与隔壁33a的间隔b2为5mm。修正系数K是从l/b的值中适当选择。若为b1，则K为0.13，若为b2则K为0.46。于是，例如，成膜时的流导C2x成为8284L/s，非成膜时的流导C2y成为814L/s。
另外，此运算下的流导C2x是求出了最大时的值。但是，在将凹部51a设为与护罩构件33大致相同的大小的扇形时，流导C2x成为计算式所求出的8284L/s是一瞬间。实际上，在单侧的d的部分的间隔b变宽之后，逐渐地在c的部分，间隔b宽的部分不断增加。并且，在c的部分整个区域的间隔b变宽的时间点，两侧的d的部分的间隔b成为最大。
之后，间隔b最先变宽的d的部分的间隔b变窄，c的部分中间隔b宽的部分逐渐变少。最终，后来间隔b变宽的d的部分的间隔b变窄。并且，所述全部的过程，即从先头的d的间隔b变宽时起到最末尾的d的间隔b变窄期间，需要使成膜室34内的压力变得低于着火下限压力。因此，优选仅利用单侧的d的部分以使成膜室34内的压力低于着火下限压力的方式使流导C2x产生变化。
但是，若护罩构件33与搬运体5即旋转平台的间隙部分大，则膜处理部4的工艺气体G2会流入成膜部3。当工艺气体G2的流入量超过一定量时，溅射迁移至氧化物模式。所谓氧化物模式是指在靶材表面形成氧化物。若迁移至氧化物模式，则成膜率会下降，所以生产性会下降。因此，在进行后氧化处理时，流导C2不可过分加大。
此处，参照图13及图14来说明根据流导C2x与工艺气体G2的流入量的关系对相对于非成膜时的流导C2y的、成膜时的流导C2x的上限进行研究的结果的一例。在此例中，使用了包括在半径方向上配置有三个靶材30a的成膜部3的成膜装置1。成膜条件是对Nb2Ox膜进行成膜的情况。施加至三个靶材30a的DC电源31的电力从内周侧至外周侧依次为1.65/2.08/3.34[kW]。施加至膜处理部4的电极40的RF电源42的电力为5[kW]，溅射气体G1即氩气的流量为72[sccm]，工艺气体G2即氧的流量为40[sccm]～200[sccm]，旋转平台的转度为60[rpm]。
图13是示出了供给至膜处理部的氧的流量与Nb2Ox膜的光的吸收率Ab的关系的图表。吸收率Ab是光入射至物质时被物质吸收的比例，若设透过率为t，反射率为r，则可根据以下的式子求出。
Ab＝100-t-r
在光学用途中所使用的膜中，理想的是吸收率Ab低。一般来说，若Ab≤1％，则可用于光学用途。如图13所示，设氧的流量为40sccm、60sccm、90sccm、120sccm、150sccm、200sccm，而针对分别形成的Nb2Ox膜求出了光的吸收率Ab。于是，在150sccm以上，吸收率Ab成为1％以下。而且，设氧的流量为150sccm时的吸收率Ab与设氧的流量为200sccm时的吸收率Ab大致相同。据此可认为，通过以氧的流量150sccm以上进行导入，可获得吸收率Ab最低的Nb2Ox膜。因此，若考虑作为工艺气体G2的氧的利用效率，则优选设为150sccm～200sccm。另外，吸收率Ab是Nb2Ox的膜厚为65nm时的值。
另一方面，图14是示出了供给至膜处理部4的氧的流量与成膜部3的放电电压的关系的图表。在实验中，设低压部位51的内底面与隔壁33a的间隔b1为5mm(最大的C2x的值为814L/s，即与C2y相同)、30mm(最大C2x的值为8284L/s)。Nb在溅射成为氧化物模式时放电电压增加。因此，调查了在将间隔b1设为所述两个情况时，相对于供给至膜处理部4的氧的流量，成膜部3的放电电压是如何变化。
如图14所示，若使氧的流量不断增加，则在C2x＝814L/s的情况下，从氧的流量为300sccm的附近开始，放电电压急剧增加。据此可认为在氧的流量为300sccm附近迁移至氧化物模式。因此，此时，优选将氧的流量设为300sccm以下。此处，如上所述，为了降低吸收率Ab，优选将氧的流量设为150sccm～200sccm。即，在C2x＝814L/s的情况下，即使将氧的流量设为200sccm也无问题。
在C2x＝8284L/s的情况下，若使氧的流量不断增加，则在超过了150sccm附近，放电电压急剧增加。据此可认为从氧的流量超过了150sccm附近起迁移至氧化物模式。因此认为，此时，优选将氧的流量设为150sccm以下。然而，如上所述，为了降低吸收率Ab，优选将氧的流量设为150sccm～200sccm。由此，C2x＝8284L/s的情况下，氧的流量成为150sccm。
根据所述结果可认为：在C2x＞8284L/s的情况下，在氧的流量少于150sccm的阶段，迁移至氧化物模式。为了降低吸收率Ab，需要氧的流量为150sccm以上，所以C2x＝8284L/s成为相对于C2y＝814L/s的上限。此处，C2x/C2y＝10.18。由此，优选将C2x设定为相对于C2y为超过1.0倍且10.0倍以下。
而且，针对表示通过在低压部位51中进行成膜而致密性提升的实验，参照图15及图16进行说明。图15是示意性地示出了进行所述实验时的搬运体5的构成的平面图。在作为搬运体5的旋转平台上仅设有一处凹部51a。在旋转平台上，以10°间隔安装了36个硅晶片的芯片(以下，称为芯片R)。在此状态下，进行了硅氧化膜(SiO2)的成膜。
图16表示调查成膜在各芯片R上的SiO2膜的折射率而得的实验结果。使用折射率是因为一般来说，若形成的膜的致密性增加，则膜的折射率会上升。根据所述实验结果可知：在安装在低压部位51即凹部51a的芯片R上形成的SiO2膜的折射率与其他芯片R相比已上升。据此可认为，成膜压力已成为低压。另外，在邻接于凹部51a的位置上的芯片R的折射率也已上升，但推测是受到了凹部51a的压力下降的影响。
[作用效果]
(1)如上所述，本实施方式的成膜装置1包括：成膜部3，具有在一端具有开口34a的成膜室34，在成膜室34内具有包括成膜材料的靶材30a，利用成膜室34内的溅射气体G1中生成的等离子体使靶材30a的成膜材料堆积于与开口34a相向的工件W的表面以进行成膜；以及搬运体5，通过沿着规定的搬运路径L对工件W进行搬运而使所述工件反复通过与成膜室34的开口34a相向的相向区域及不与成膜室34的开口34a相向的非相向区域，搬运体5具有：低压部位51，载置工件W，在通过相向区域时，使成膜室34内小于等离子体的着火下限压力且大于等于等离子体的放电维持下限压力；以及高压部位52，不载置工件W，在通过相向区域时，使成膜室34内大于等于着火下限压力。
因此，在载置于低压部位51的工件W通过与成膜室34的开口34a相向的相向区域而被进行成膜时，成膜室34内小于等离子体的着火下限压力而成为低压。伴随于此，形成致密的膜。此时，成膜室34内的等离子体的放电维持下限压力得到维持，所以可降低等离子体消失的可能性。而且，即使等离子体消失，在高压部位52通过与开口34a相向的相向区域时，成膜室34内仍会变为大于等于等离子体的着火下限压力，所以可再次使等离子体产生。
因可通过设为低压而使膜变致密，所以不会使靶材30a与工件W的距离过于接近，从而可使膜厚分布均匀。尤其，即使在使多个靶材30a同时溅射以进行成膜的情况下，也可通过适度保持靶材30a与工件W的距离而使膜厚分布均匀。
(2)低压部位51的与开口34a相向的相向面跟靶材30a的距离H1比高压部位52的与开口34a相向的相向面跟靶材30a的距离H2长。
因此，在低压部位51通过相向区域时，围绕成膜时的工件W的区域扩大而成为低压。而且，在高压部位52通过相向区域时，围绕工件W的区域缩小而得以维持高压。
(3)低压部位51的沿搬运路径L方向的距离α及高压部位52的沿搬运路径L方向的距离β分别大于等于开口34a的沿搬运路径L方向的距离γ。
因此，在低压部位51中，因溅射气体G1容易从开口34a流出，所以成为低压。而且，在高压部位52中，溅射气体G1难以从开口34a流出，所以成为高压。
(4)低压部位51具有载置工件W的凹部51a。因此，可通过形成凹部51a而简单地形成低压部位51。
(5)低压部位51与开口34a之间的流导大于高压部位52与开口34a之间的流导。在低压部位51中，因溅射气体G1变得容易流出，所以成为低压。
(6)搬运体5是以圆周的轨迹使工件W循环搬运的旋转平台，开口34a及低压部位51为大致扇形。因此，在低压部位51通过开口34a的相向区域时，两者的边缘部成为直线状，所以成膜室34的压力的切换得以立刻进行。
(7)具有：膜处理部4，在低压部位51及高压部位52所对着的区域，使物质化合于由成膜部3形成在工件W上的膜，由此进行生成化合物膜的处理，相对于高压部位52与开口34a之间的流导，低压部位51与开口34a之间的流导为超过1.0倍且小于等于10.0倍。因此，在低压部位51的成膜时，使其低压化并对流导进行抑制，从而可防止因氧或氮等来自膜处理部4的用于进行化合的物质的绕入、流入导致的成膜时的化合。
(8)若设低压部位51通过相向区域时的成膜室34内的压力为P1、低压部位51的与开口34a相向的相向面跟靶材30a的距离为H1、高压部位52通过相向区域时的成膜室34内的压力为P2、高压部位52的与开口34a相向的相向面跟靶材30a的距离为H2，则P1×H1≤P2×H2。因此，可使与靶材30a的距离H1为在使膜厚分布均匀的同时可维持利用低压使膜致密化的效果的距离。
[变形例]
本发明的实施方式并不限定于所述形态，也包含以下般的形态。另外，关于与所述形态相同的构成，将省略说明。
(1)也可以将低压部位51的与开口34a相向的相向面跟靶材30a的距离设置为可变。例如，通过将凹部51a的内底面设为能够升降，可变更凹部51a的容积，所以可调整压力。而且，通过对载置于低压部位51的托盘T的层压数进行调整，也可变更凹部51a的容积。若利用托盘T的层压数对压力进行调整，则简易。即，也可以在低压部位51，经由一个或多个托盘T而载置有工件W。
(2)溅射气体导入部32也可以以在低压部位51通过相向区域时使成膜室34内大于等于等离子体的放电维持下限压力并且小于等离子体的着火下限压力，在高压部位52通过相向区域时使成膜室34内大于等于着火下限压力的方式将溅射气体G1供给至成膜室34内。
即，如上所述，使低压部位51与高压部位52的形状存在差异。并且，在低压部位51通过相向区域时与高压部位52通过相向区域时，改变溅射气体G1的供给量。也可如此设置压力差。或者，不使低压部位51与高压部位52的形状存在差异，而是改变所述各部位通过相向区域时供给的溅射气体G1的供给量。也可如此设置压力差。
(3)低压部位51的形状并不限定于扇形。可根据所搭载的工件W的形状、数量等来采用各种形状。例如，可采用圆形、椭圆形、三角形、四边形、梯形等多边形等。
(4)以上已对本发明的实施方式及各部的变形例进行了说明，但所述实施方式或各部的变形例仅作为一例而提出，并不意图限定发明的范围。上文所述的这些新颖的实施方式能以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内可进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围或主旨内，并且包含于权利要求所记载的发明内。如何将各技术方案的发明设为组合形态是自由的，既可选择所述实施方式、变形例(1)、变形例(2)中的任一特征来组合，也可以省略。

Claims (9)

1.一种成膜装置，其特征在于具有：
能够使内部为真空的容器；
成膜部，设于所述容器内，具有在一端具有开口的成膜室，在所述成膜室内具有包括成膜材料的靶材，利用所述成膜室内的溅射气体中生成的等离子体使所述靶材的成膜材料堆积于与所述开口相向的工件的表面以进行成膜；以及
搬运体，通过沿着搬运路径对所述工件进行搬运而使所述工件反复通过与所述成膜室的所述开口相向的相向区域及不与所述成膜室的所述开口相向的非相向区域，
所述搬运体具有：
低压部位，具有载置所述工件的凹部，在通过所述相向区域时，使所述成膜室内小于等离子体的着火下限压力且大于等于等离子体的放电维持下限压力；以及
高压部位，不载置所述工件，在通过所述相向区域时，使所述成膜室内大于等于着火下限压力，
所述凹部具有载置所述工件的区域及未载置所述工件的区域，所述凹部中未载置所述工件的区域的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离比所述高压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离长。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，所述低压部位的沿所述搬运路径方向的距离及所述高压部位的沿所述搬运路径方向的距离分别大于等于所述开口的沿所述搬运路径方向的距离。
3.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，所述低压部位与所述开口之间的流导大于所述高压部位与所述开口之间的流导。
4.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，
所述搬运体是以圆周的轨迹使所述工件循环搬运的旋转平台，
所述开口及所述低压部位为扇形。
5.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于具有：
膜处理部，在所述低压部位及所述高压部位所对着的区域，使物质化合于由所述成膜部形成在所述工件上的膜，由此进行生成化合物膜的处理，
相对于所述高压部位与所述开口之间的流导，所述低压部位与所述开口之间的流导为超过1.0倍且小于等于10.0倍。
6.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，设所述低压部位通过所述相向区域时的所述成膜室内的压力为P1、所述低压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离为H1、所述高压部位通过所述相向区域时的所述成膜室内的压力为P2、所述高压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离为H2时，P1×H1≤P2×H2。
7.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，所述低压部位的与所述开口相向的相向面跟所述靶材的距离被设置为可变。
8.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于，在所述低压部位，经由一个或多个托盘而载置有所述工件。
9.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于具有：气体供给部，以在所述低压部位通过所述相向区域时使所述成膜室内大于等于等离子体的放电维持下限压力并且小于等离子体的着火下限压力，在所述高压部位通过所述相向区域时使所述成膜室内大于等于着火下限压力的方式将所述溅射气体供给至所述成膜室内。
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