CN111850471B - 成膜装置以及成膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成膜装置以及成膜方法，其可低成本且高效率地形成氢化硅膜。所述成膜装置包括：搬送部(30)，具有循环搬送工件(10)的旋转台(31)；成膜处理部(40)，具有包含硅材料的靶(42)、及对被导入靶(42)与旋转台(31)之间的溅射气体(G1)进行等离子体化的等离子体产生器，通过溅射而在工件(10)形成硅膜；以及氢化处理部(50)，具有导入含有氢气的工艺气体(G2)的工艺气体导入部(58)、及对工艺气体(G2)进行等离子体化的等离子体产生器，对已形成在工件(10)的硅膜进行氢化，搬送部(30)以使工件(10)交替地穿过成膜处理部(40)与氢化处理部(50)的方式进行搬送。

Description

成膜装置以及成膜方法

技术领域

本发明涉及一种成膜装置以及成膜方法。

背景技术

用于光学膜等的硅(Si)膜若在膜中的硅原子中存在悬键(dangling bond)，则电性变得不稳定，光学性质变得不稳定，因此必须通过使氢(H)原子与悬键进行键结来变成稳定的状态，由此变成经氢封端的Si-H膜(以下，称为氢化硅膜)。作为形成硅膜的成膜装置，有通过溅射来使硅的粒子堆积在基板上的装置。通过溅射来堆积的硅为非晶质(非晶)，与结晶质的硅相比存在许多悬键，但可通过进行氢封端来使其稳定化。

在此种成膜装置中，在作为密闭容器的腔室内，将基板支撑固定在与硅材料的靶相向的位置。而且，将添加有氢气的溅射气体导入腔室内，对靶施加高频电力，由此使溅射气体等离子体化。通过由等离子体产生的活性种，而将硅粒子从靶中打出并堆积在基板上。此时，硅原子的悬键与溅射气体中所含有的氢原子进行键结，由此进行氢封端。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开平07-90570号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

在如以上那样进行成膜并进行氢封端的情况下，硅与氢的键结的效率不佳。因此，必须提高溅射气体中的氢气的比例(氢浓度)。但是，若提高氢浓度，则高浓度的氢因与存在于成膜装置内部的氧的反应或热而爆炸的可能性变高。因此，在提高使用的氢浓度的情况下，将建筑物或装置设为防爆规格来确保安全性。其结果，设备的成本变高。另外，即便利用含有氢气的溅射气体在腔室内进行成膜，虽然容易对形成在基板的硅膜的表层的部分的硅原子进行氢封端，但氢原子也难以到达硅膜的内部，膜内部的硅原子容易残存悬键。即，难以高效率地对也包含硅膜的内部的整体进行氢封端。

本发明是为了解决如上所述的问题而提出，其目的在于提供一种可低成本且高效率地形成氢化硅膜的成膜装置以及成膜方法。

[解决问题的技术手段]

为了实现所述目的，本发明的成膜装置包括：搬送部，具有循环搬送工件的旋转台；成膜处理部，具有包含硅材料的靶、及对被导入所述靶与所述旋转台之间的溅射气体进行等离子体化的等离子体产生器，通过溅射而在所述工件形成硅膜；以及氢化处理部，具有导入含有氢气的工艺气体的工艺气体导入部、及对所述工艺气体进行等离子体化的等离子体产生器，对已形成在所述工件的所述硅膜进行氢化，所述搬送部以使所述工件交替地穿过所述成膜处理部与所述氢化处理部的方式进行搬送。

另外，本发明的成膜方法包括：循环搬送步骤，具有旋转台的搬送部循环搬送工件；成膜步骤，具有靶及等离子体产生器的成膜处理部通过溅射而在所述工件形成硅膜，所述靶包含硅材料，所述等离子体产生器对被导入所述靶与所述旋转台之间的溅射气体进行等离子体化；以及氢化步骤，具有工艺气体导入部及等离子体产生器的氢化处理部对已形成在所述工件的硅膜进行氢化，所述工艺气体导入部导入含有氢气的工艺气体，所述等离子体产生器对所述工艺气体进行等离子体化，所述搬送部以使所述工件交替地穿过所述成膜处理部与所述氢化处理部的方式进行搬送。

[发明的效果]

根据本发明，可低成本且高效率地形成氢化硅膜。

附图说明

图1是示意性地表示本实施方式的成膜装置的构成的透视平面图。

图2是图1中的A-A剖面图，且为从图1的实施方式的成膜装置的侧面观察的内部构成的详细图。

图3是利用本实施方式的成膜装置的处理的流程图。

图4的(A)至图4的(I)是表示利用本实施方式的成膜装置的工件的处理过程的示意图。

图5是表示硅膜的消光系数与波长的关系的图表。

[符号的说明]

10：工件

11：氢化硅膜

12：薄膜

20：腔室

20a：顶部

20b：内底面

20c：内周面

21：排气口

22：分隔部

30：搬送部

31：旋转台

32：马达

33：保持部

34：托盘

40：成膜处理部

41：处理空间

42：靶

43：支承板

44：电极

46：电源部

47：气体导入口

48：配管

49：溅射气体导入部

50：氢化处理部

51：筒状体

52：窗构件

53：天线

54：RF电源

55：匹配箱

56：气体导入口

57：配管

58：工艺气体导入部

59：处理空间

60：负载锁定部

70：控制装置

80：排气部

90：供给源

91：稀有气体供给部

92：氢气供给部

93A、93B：混合器

100：成膜装置

910、920：储气瓶

911A、911B、921A、921B：配管

912A、912B、922A、922B：流量控制计

G1：溅射气体

G2：工艺气体

L：搬送路径

S01～S09：步骤

具体实施方式

一边参照附图，一边对本发明的成膜装置的实施方式进行详细说明。

[概要]

图1中所示的成膜装置100是通过溅射而在工件10上形成氢化硅膜的装置。工件10例如为石英、玻璃等具有透光性的基板，成膜装置100在工件10的表面形成经氢封端的硅(Si-H)膜。另外，所形成的硅膜为非晶质，即非晶硅膜，构成膜的硅原子具有悬键。另外，在本说明书中，“氢化”与“氢封端”的意思相同。因此，在以下的说明中，氢化处理是指进行氢封端的处理。

成膜装置100具有腔室20、搬送部30、成膜处理部40、氢化处理部50、负载锁定(load-lock)部60及控制装置70。腔室20是可使内部变成真空的容器。腔室20为圆柱形状，其内部由分隔部22划分，被呈扇状地分割成多个区域。在一个区域配置成膜处理部40，在另一个区域配置氢化处理部50，进而在另一个区域配置负载锁定部60。即，在腔室20内，将成膜处理部40、氢化处理部50、负载锁定部60配置在不同的区域。

成膜处理部40与氢化处理部50各配置在一个区域中。工件10在腔室20内沿着圆周方向旋转几圈，由此交替地巡回并穿过成膜处理部40与氢化处理部50，在工件10上交替地重复硅膜的形成与硅膜的氢化，所期望的厚度的氢化硅膜成长。另外，在提升氢浓度的情况下，也可以针对成膜处理部40配置两个以上的氢化处理部50。即，也可以将氢化处理部50配置在两个以上的区域中。即便配置两个以上的氢化处理部50，只要如成膜→氢化处理→氢化处理→成膜……这样，在氢化处理与成膜处理之间不包含成膜处理或氢化处理以外的处理，则也包含在“交替地穿过成膜处理部与氢化处理部”这一实施例中。

如图2所示，腔室20由圆盘状的顶部20a、圆盘状的内底面20b、及环状的内周面20c包围来形成。分隔部22是从圆柱形状的中心呈放射状地配设的方形的壁板，从顶部20a朝内底面20b延长，未到达内底面20b。即，在内底面20b侧确保圆柱状的空间。

在所述圆柱状的空间内配置有搬送工件10的旋转台31。分隔部22的下端空开载置在搬送部30的工件10穿过的间隙，与旋转台31中的工件10的载置面相向。通过所述分隔部22，而在成膜处理部40及氢化处理部50中划分进行工件10的处理的处理空间41、处理空间59。即，成膜处理部40、氢化处理部50分别具有比腔室20小、相互分离的处理空间41、处理空间59。由此，可抑制成膜处理部40的溅射气体G1及氢化处理部50的工艺气体G2朝腔室20内扩散。

另外，如后述那样，在成膜处理部40及氢化处理部50中，在处理空间41、处理空间59内生成等离子体，但只要调整被划分成比腔室20小的空间的处理空间内的压力即可，因此可容易地进行压力调整，可使等离子体的放电稳定化。因此，只要可获得所述效果，则在俯视时，只要至少具有夹着成膜处理部40的两个分隔部22、夹着氢化处理部50的两个分隔部22即可。

另外，在腔室20设置有排气口21。在排气口21连接有排气部80。排气部80具有配管及未图示的泵、阀等。通过经由排气口21的利用排气部80的排气，可对腔室20内进行减压来变成真空。

搬送部30具有旋转台31、马达32及保持部33，沿着作为圆周的轨跡的搬送路径L循环搬送工件10。旋转台31具有圆盘形状，以不与内周面20c接触的程度大幅度扩展。马达32将旋转台31的圆中心作为旋转轴，以规定的旋转速度连续地旋转。保持部33是在旋转台31的上表面配设在圆周等配位置的槽、孔、突起、治具、固定器等，利用机械式夹头、粘着夹头来保持载置有工件10的托盘34。工件10例如呈矩阵状的排列配置在托盘34上，在旋转台31上，以60°间隔配设六个保持部33。即，成膜装置100可对由多个保持部33保持的多个工件10一并进行成膜，因此生产性非常高。

成膜处理部40生成等离子体，使包含硅材料的靶42暴露在所述等离子体中。由此，成膜处理部40使通过使等离子体中所含有的离子冲撞硅材料而被打出的硅粒子堆积在工件10上来进行成膜。如图2所示，所述成膜处理部40包括：包含靶42、支撑板43及电极44的溅射源；以及包含电源部46与溅射气体导入部49的等离子体产生器。

靶42是包含堆积在工件10上来变成膜的成膜材料的板状构件。本实施方式的成膜材料是硅材料，靶42成为堆积在工件10上的硅粒子的供给源。即，靶42包含硅材料。“包含硅材料的靶”只要是可供给硅粒子的溅射靶，则即便是硅合金靶等包含硅以外的材料的靶，也被容许。

靶42在载置在旋转台31的工件10的搬送路径L上分离来设置。靶42以其表面与载置在旋转台31的工件10相向的方式，保持在腔室20的顶部20a。例如设置三个靶42。三个靶42设置在俯视时排列于三角形的顶点上的位置。

支撑板43是保持靶42的支撑构件。所述支撑板43个别地保持各靶42。电极44是用于从腔室20的外部朝各靶42个别地施加电力的导电性的构件，且与靶42电连接。可个别地改变施加至各靶42的电力。此外，在溅射源中，视需要而适宜包括磁铁、冷却机构等。

电源部46例如为施加高电压的直流(Direct Current，DC)电源，且与电极44电连接。电源部46经由电极44而对靶42施加电力。另外，旋转台31的电位与接地的腔室20相同，通过对靶42侧施加高电压而产生电位差。为了进行高频溅射，也可以将电源部46设为射频(Radio Frequency，RF)电源。

溅射气体导入部49如图2所示，将溅射气体G1导入腔室20中。溅射气体导入部49具有溅射气体G1的供给源90、配管48、及气体导入口47。配管48与溅射气体G1的供给源90连接，气密地贯穿腔室20后朝腔室20的内部延长，其端部作为气体导入口47而开口。

气体导入口47在旋转台31与靶42之间开口，将成膜用的溅射气体G1导入形成在旋转台31与靶42之间的处理空间41内。作为溅射气体G1，可采用稀有气体，适宜的是氩(Ar)气等。另外，在本实施方式的溅射气体G1中添加有氢气。溅射气体G1中的氢浓度例如为3％以下的低浓度。另外，所谓溅射气体G1中的氢浓度，是指溅射气体G1(稀有气体+氢气)中的氢气的比例(重量百分比)。

溅射气体G1的供给源90控制溅射气体G1中的稀有气体与氢气的导入分压来将溅射气体G1供给至腔室20内。具体而言，供给源90包括：稀有气体供给部91、氢气供给部92、及将稀有气体与氢气混合的混合器93A。稀有气体供给部91包括：收纳有稀有气体的储气瓶910、导入稀有气体的配管911A、调整稀有气体的流量的流量控制计(质量流量控制器(massflow controller，MFC))912A。氢气供给部92包括：收纳有氢气的储气瓶920、导入氢气的配管921A、调整氢气的流量的流量控制计(MFC)922A。混合器93A将通过流量控制计912A、流量控制计922A而调节成规定的流量的稀有气体与氢气混合。在混合器93A中得到混合的稀有气体与氢气的混合气体作为溅射气体G1而从气体导入口47被供给至腔室20的内部。

在此种成膜处理部40中，若从溅射气体导入部49导入溅射气体G1，电源部46经由电极44而对靶42施加高电压，则已被导入形成在旋转台31与靶42之间的处理空间41的溅射气体G1等离子体化，产生离子等活性种。等离子体中的离子与包含硅材料的靶42冲撞而将硅粒子打出。

另外，由旋转台31循环搬送的工件10穿过所述处理空间41。已被打出的硅粒子在工件10穿过处理空间41时堆积在工件10上，而在工件10上形成硅膜的薄膜。工件10由旋转台31循环搬送，重复穿过所述处理空间41，由此进行成膜处理。

所述硅膜的膜厚取决于氢化处理部50的固定时间内的氢化量，即氢化率，但例如可为1原子级～2原子级(0.5nm以下)左右的膜厚。即，每当工件10穿过处理空间41时，硅粒子每次层叠1原子级或2原子级的膜厚，由此形成硅膜。如此变成硅膜的硅原子的大部分具有悬键，是存在不成对电子的不稳定的状态。但是，通过溅射气体G1中所含有的氢气等离子体化而产生化学种(原子/分子、离子、自由基、激发原子/激发分子等)。所述化学种中所含有的氢原子与一部分的硅原子的悬键进行键结(进行氢封端)。但是，溅射气体G1中所含有的氢气为低浓度，所生成的化学种的量变得比较少，并且从等离子体移动至工件10之前的硅原子剧烈地运动，因此键结的效率低。

氢化处理部50在导入有含有氢气的工艺气体G2的处理空间59内生成感应耦合等离子体。即，氢化处理部50对氢气进行等离子体化来产生化学种。已产生的化学种中所含有的氢原子冲撞通过成膜处理部40而形成在工件10上的硅膜来与硅原子进行键结。由此，氢化处理部50形成作为化合物膜的氢化硅膜。如此，氢化处理部50是使用等离子体对工件10上的硅膜的硅原子进行氢封端的等离子体处理部。如图2所示，所述氢化处理部50具有等离子体产生器，所述等离子体产生器包含筒状体51、窗构件52、天线53、RF电源54、匹配箱55及工艺气体导入部58。

筒状体51是覆盖处理空间59的周围的构件。如图2所示，筒状体51是水平剖面为圆角长方形的筒，具有开口。筒状体51以其开口分离地朝向旋转台31侧的方式，嵌入腔室20的顶部20a，并朝腔室20的内部空间突出。将所述筒状体51设为与旋转台31相同的材质。窗构件52是与筒状体51的水平剖面大致相似形状的石英等电介质的平板。所述窗构件52以堵塞筒状体51的开口的方式设置，将腔室20内的被导入含有氢气的工艺气体G2的处理空间59与筒状体51的内部隔开。

处理空间59在氢化处理部50中，形成在旋转台31与筒状体51的内部之间。由旋转台31循环搬送的工件10重复穿过所述处理空间59，由此进行氢化处理。另外，窗构件52也可以是氧化铝等电介质，也可以是硅等半导体。

天线53是卷绕成线圈状的导电体，配置在通过窗构件52而与腔室20内的处理空间59分离的筒状体51内部空间，通过流动交流电流而产生电场。天线53理想的是配置在窗构件52的附近，以使从天线53产生的电场经由窗构件52而有效率地导入处理空间59。天线53与施加高频电压的RF电源54连接。在RF电源54的输出侧串联连接有作为匹配电路的匹配箱55。匹配箱55使输入侧及输出侧的阻抗匹配，由此使等离子体的放电稳定化。

工艺气体导入部58如图2所示，将含有氢气的工艺气体G2导入处理空间59。工艺气体导入部58具有工艺气体G2的供给源90与配管57、气体导入口56。配管57与工艺气体G2的供给源90连接，气密地密封并贯穿腔室20后朝腔室20的内部延长，其端部作为气体导入口56而开口。

气体导入口56朝窗构件52与旋转台31之间的处理空间59开口，导入工艺气体G2。作为工艺气体G2，可采用稀有气体，适宜的是氩气等。另外，在本实施方式的工艺气体G2中添加有氢气。工艺气体G2中的氢浓度例如为3％以下的低浓度。即，工艺气体G2可使用与溅射气体G1相同的气体。另外，所谓工艺气体G2中的氢浓度，是指工艺气体G2(稀有气体+氢气)中的氢气的比例(重量百分比)。

工艺气体G2的供给源90控制工艺气体G2中的稀有气体与氢气的导入分压来将工艺气体G2供给至处理空间59。具体而言，供给源90包括：稀有气体供给部91、氢气供给部92、及将稀有气体与氢气混合的混合器93B。稀有气体供给部91包括：收纳有稀有气体的储气瓶910、导入稀有气体的配管911B、调整稀有气体的流量的流量控制计(MFC)912B。氢气供给部92包括：收纳有氢气的储气瓶920、导入氢气的配管921B、调整氢气的流量的流量控制计(MFC)922B。储气瓶910、储气瓶920是与溅射气体G1的供给源90共用的储气瓶。混合器93B将通过流量控制计912B、流量控制计922B而调节成规定的流量的稀有气体与氢气混合。在混合器中得到混合的稀有气体与氢气的混合气体作为工艺气体G2而从气体导入口56被供给至处理空间59的内部。

在此种氢化处理部50中，从RF电源54朝天线53施加高频电压。由此，在天线53中流动高频电流，通过电磁感应而产生电场。电场经由窗构件52而在处理空间59内产生，在工艺气体G2中产生感应耦合等离子体。此时，产生含有氢原子的氢的化学种，并冲撞工件10上的硅膜，由此氢原子与硅原子的悬键进行键结。其结果，对工件10上的硅膜进行氢封端，形成稳定的氢化硅膜作为化合物膜。此处，堆积在工件10上的硅原子无随机的剧烈的运动而留在工件10上，因此即便工艺气体G2的氢为低浓度，也容易与悬键进行键结，可进行效率良好的氢封端。

负载锁定部60是如下的装置：在维持腔室20的真空的状态下，利用未图示的搬送部件将搭载有未处理的工件10的托盘34从外部搬入腔室20内，并将搭载有处理完的工件10的托盘34朝腔室20的外部搬出。所述负载锁定部60可应用众所周知的结构者，因此省略说明。

控制装置70控制排气部80、溅射气体导入部49、工艺气体导入部58、电源部46、RF电源54、搬送部30等构成成膜装置100的各种元件。所述控制装置70是包含可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)或中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的处理装置，存储有记述控制内容的程序。作为具体进行控制的内容，可列举：成膜装置100的初期排气压力、对于靶42及天线53的施加电力、溅射气体G1及工艺气体G2的流量、导入时间及排气时间、成膜时间、马达32的旋转速度等。另外，控制装置70可应对多种多样的成膜规格。

[运行]

继而，对由控制装置70所控制的成膜装置100的整体运行进行说明。另外，利用成膜装置100按以下所示的顺序进行成膜的成膜方法、成膜装置100的控制方法也是本发明的一实施例。图3是利用本实施方式的成膜装置100的处理的流程图。首先，利用搬送部件，将搭载有工件10的托盘34从负载锁定部60依次搬入腔室20内(步骤S01)。在步骤S01中，旋转台31使空的保持部33依次移动至从负载锁定部60搬入托盘34的部位。保持部33分别个别地保持由搬送部件所搬入的托盘34。如此，将搭载有形成氢化硅膜的工件10的托盘34全部载置在旋转台31上。

腔室20内通过排气部80来从排气口21排气而经常得到减压。若腔室20内被减压至规定的压力为止(步骤S02)，则载置有工件10的旋转台31进行旋转，并达到规定的旋转速度(步骤S03)。

若达到规定的旋转速度，则首先通过成膜处理部40而在工件10上形成硅膜(步骤S04)。即，溅射气体导入部49经由气体导入口47来供给溅射气体G1。溅射气体G1被供给至包含硅材料的靶42的周围。电源部46对靶42施加电压。由此，使溅射气体G1等离子体化。由等离子体所产生的离子冲撞靶42而将硅的粒子打出。

当穿过成膜处理部40时，在未处理的工件10(图4的(A))形成硅粒子堆积在表面的薄膜12(图4的(B))。在本实施方式中，每穿过成膜处理部40一次，均能够以膜厚为0.5nm以下，即可含有1个～2个硅原子的程度进行堆积。另外，若溅射气体G1等离子体化，则从溅射气体G1中的氢气产生氢的化学种，其中所含有的氢原子与一部分的硅原子的悬键进行键结，由此进行氢封端。但是，成膜时的氢封端限于微小的量。

如此，通过旋转台31的旋转而穿过成膜处理部40，并形成有薄膜12的工件10穿过氢化处理部50，在此过程中对薄膜12的硅原子进行氢封端(步骤S05)。即，工艺气体导入部58经由气体导入口56来供给含有氢气的工艺气体G2。含有氢气的工艺气体G2被供给至由窗构件52与旋转台31夹着的处理空间59。RF电源54对天线53施加高频电压。通过高频电压的施加而流动高频电流的天线53所产生的电场经由窗构件52而在处理空间59内产生。而且，通过所述电场，激发已被供给至所述空间内的含有氢气的工艺气体G2来产生等离子体。进而，由等离子体所产生的氢的化学种中所含有的氢原子在工件10上冲撞薄膜12，由此与硅原子的悬键进行键结，而将薄膜12转换成氢化硅膜11(图4的(C))。

如此，在步骤S04、步骤S05中，通过工件10穿过正在运转的成膜处理部40的处理空间41来进行成膜处理，通过工件10穿过正在运转的氢化处理部50的处理空间59来进行氢化处理。另外，将“正在运转”的意思设为与在各处理部的处理空间41、处理空间59中正在进行产生等离子体的等离子体生成运行的意思相同。

氢化处理部50的运转，换言之，等离子体生成运行(利用工艺气体导入部58的工艺气体G2的导入、及利用RF电源54的对于天线53的电压施加)只要在由成膜处理部40进行了最初的成膜的工件10到达氢化处理部50之前的期间内开始即可。若即便对进行成膜之前的工件10的表面进行氢化处理也无问题，则也可以使成膜处理部40的运转，换言之，成膜处理部40的等离子体生成运行(利用溅射气体导入部49的溅射气体G1的导入、及利用电源部46的对于靶42的电压施加)与氢化处理部50的等离子体生成运行同时开始，也可以在成膜处理部40的等离子体生成运行开始之前使氢化处理部50的等离子体生成运行开始。

旋转台31在规定的厚度的氢化硅膜11形成在工件10上之前，即在通过模拟或实验等而事先获得的规定的时间经过之前(步骤S06，否(No))，持续旋转。换言之，在形成规定的厚度的氢化硅膜11之前的期间，工件10循环地持续穿过成膜处理部40与氢化处理部50，交替地重复使硅的粒子堆积在工件10上的成膜处理(步骤S04)、及已堆积的硅粒子的氢化处理(步骤S05)(图4的(D)～图4的(I))。

若规定的时间经过(步骤S06，是(Yes))，则首先使成膜处理部40的运转停止(步骤S07)。具体而言，停止利用溅射气体导入部49的溅射气体G1的导入，停止利用电源部46的对于靶42的电压施加。其次，使氢化处理部50的运转停止(步骤S08)。具体而言，停止利用工艺气体导入部58的工艺气体G2的导入，停止利用RF电源54的对于天线53的高频电力的供给。然后，使旋转台31的旋转停止，从负载锁定部60中排出载置有工件10的托盘34(步骤S09)。

在步骤S07及步骤S08中，进行成膜处理部40与氢化处理部50的运转停止，使一连串的成膜处理结束。

以不会在进行成膜处理后，不进行氢化处理而结束一连串的成膜处理的方式，控制成膜处理部40、氢化处理部50、搬送部30的各元件。换言之，以成膜处理与氢化处理之中，最后进行氢化处理来结束一连串的氢化硅的成膜处理的方式，控制各元件。在本实施方式中，在穿过了成膜处理部40的工件10穿过氢化处理部50而再次到达成膜处理部40之前的期间内，使成膜处理部40的运转，换言之，成膜处理部40中的等离子体生成运行(利用溅射气体导入部49的溅射气体G1的导入、及利用电源部46的对于靶42的电压施加)停止。

如此，在成膜装置100中，将工件10交替地搬送至成膜处理部40与氢化处理部50，且将交互搬送重复多次。由此，交替地进行多次成膜处理与氢化处理。如图4的(A)至图4的(I)所示，在成膜处理中，对硅材料进行溅射，在工件10上形成已被打出的硅粒子堆积的硅的薄膜12。在氢化处理中，对含有氢原子的工艺气体G2进行等离子体化来生成含有氢原子的化学种，使工件10上的薄膜12暴露在化学种中，每次形成薄膜12时均进行氢化，由此生成氢化硅膜11。

通过交替地进行多次成膜处理与氢化处理，而交替地重复成膜处理与氢化处理，对通过使硅粒子堆积所形成的薄膜12进行氢化来形成氢化硅膜11，并对通过进一步使硅粒子堆积在氢化硅膜11上而新形成的硅的薄膜12进行氢化。通过所述一连串的氢化硅膜的成膜处理，而在工件10上形成在厚度方向上被均匀地氢化的氢化硅膜11。

[作用效果]

(1)如上所述，本实施方式的成膜装置100包括：搬送部30，具有循环搬送工件10的旋转台31；成膜处理部40，具有包含硅材料的靶42、及对被导入靶42与旋转台31之间的溅射气体G1进行等离子体化的等离子体产生器，通过溅射而在工件10形成硅膜；以及氢化处理部50，具有导入含有氢气的工艺气体G2的工艺气体导入部58、及对工艺气体G2进行等离子体化的等离子体产生器，对已形成在工件10的硅膜进行氢化，搬送部30以使工件10交替地穿过成膜处理部40与氢化处理部50的方式进行搬送。

另外，本实施方式的成膜方法包括：循环搬送步骤，具有旋转台31的搬送部30循环搬送工件10；成膜步骤，具有靶42及等离子体产生器的成膜处理部40通过溅射而在工件10形成硅膜，所述靶42包含硅材料，所述等离子体产生器对被导入靶42与旋转台31之间的溅射气体G1进行等离子体化；以及氢化步骤，具有工艺气体导入部58及等离子体产生器的氢化处理部50对已形成在工件10的硅膜进行氢化，所述工艺气体导入部58导入含有氢气的工艺气体G2，所述等离子体产生器对工艺气体G2进行等离子体化，搬送部30以使工件10交替地穿过成膜处理部40与氢化处理部50的方式进行搬送。

因此，可一边利用旋转台31循环搬送工件10，一边使工件10交替地穿过成膜处理部40与氢化处理部50来重复利用溅射的成膜与氢化。即，使在成膜处理部40中通过溅射而堆积的硅原子暴露在由氢化处理部50进行了等离子体化的工艺气体G2中，由此可使氢原子高效率地与硅原子的悬键进行键结，可容易地提高膜中的经氢封端的硅原子的比例。因此，即便不提高工艺气体G2的氢浓度，也可以高效率地形成氢化硅膜。

当在使工件10在腔室内静止的状态下通过溅射来进行成膜时，成膜容易进行且膜厚容易成长。若膜厚变厚，则即便暴露在经等离子体化的含有氢气的工艺气体G2中，虽然对表层的部分进行氢封端，但氢原子也难以到达膜内部为止，残留有悬键的硅原子残存在膜中。在本实施方式中，一边循环搬送工件10，一边使工件10交替地穿过成膜处理部40与氢化处理部50，使通过溅射而堆积的硅原子暴露在工艺气体G2中，因此形成薄膜，并在膜厚薄的状态下对表层进行氢封端，通过重复此操作而最终形成的膜中所存在的硅原子变成经氢封端的状态。因此，可在硅膜的厚度方向上均匀地进行氢封端，因此可提升硅膜整体的氢封端的均匀性。

另外，当如所述那样在共同的腔室内进行工件10的成膜与氢封端时，为了减少悬键，必须将溅射气体中的氢浓度设为10％以上。但是，悬键与氢原子的键结比例存在极限，因此若提升气体中的氢浓度，则未与硅原子进行键结的氢原子增加，膜中所存在的氢原子的量变成不均匀，而使膜的特性恶化。为了应对此情况，需要使氢原子脱离的处理。本发明的发明者对此种技术常识进行努力研究的结果，发现一边利用旋转台31循环搬送工件10，一边使工件10交替地穿过成膜处理部40与氢化处理部50来重复利用溅射的成膜与氢化，由此即便利用氢浓度低的气体进行氢化处理，也可以谋求悬键的减少，可效率非常良好地实现氢封端。因此，在本实施方式中，也可以减少因提升氢浓度而大量地生成的未与硅原子进行键结的氢原子的残留，也无需使氢原子脱离。

(2)成膜处理部40具有导入含有氢气的溅射气体G1的溅射气体导入部49。因此，即便在成膜时，也可以对含有氢气的溅射气体G1进行等离子体化，并使已产生的氢的化学种与硅原子的悬键进行键结。如上所述，若仅为成膜时的氢化，则氢封端并不充分，但可与氢化处理部50中的氢化结合来提高构成膜的硅原子的氢封端。

(3)溅射气体导入部49导入与工艺气体G2相同的溅射气体G1。通过使用相同的气体，可在成膜处理部40与氢化处理部50中共用储气瓶等气体源，可减少成本。

(4)工艺气体G2中的氢浓度为3％以下。产生爆炸风险的氢气浓度通常为4％左右，因此通过设为可安全地使用的范围的3％以下，可大幅度地减少产生爆炸的可能性。因此，设备不需要防爆规格，可大幅度地减少成本。

(5)每当穿过成膜处理部40时成膜的硅膜的膜厚为0.5nm以下。因此，使硅以1原子级～2原子级的膜厚层叠，以1原子级～2原子级的膜厚进行氢化，由此可不仅对硅膜的表面进行氢封端，也对膜中所存在的硅原子进行氢封端，而在厚度方向上均匀地对内部进行氢封端。

(6)成膜装置100包括将成膜处理部40与氢化处理部50配置在不同的区域的腔室20，成膜处理部40与氢化处理部50设置在旋转台31的圆周的搬送路径L上。由此，仅通过使工件10朝一方向持续移动，便可朝配置在旋转台31的圆周的搬送路径L上的成膜处理部40与氢化处理部50交替搬送，可交替地重复进行成膜处理与氢化处理。因此，可容易地进行成膜处理与氢化处理的切换，容易调整成膜处理时间与氢化处理时间的平衡。

[消光系数的测定]

将对各种硅膜的消光系数k进行测定的结果示于图5中，所述各种硅膜包含在成膜装置中，通过一边利用旋转台循环搬送工件，一边使工件交替地穿过成膜处理部与氢化处理部所形成的非晶硅膜(α-Si膜)，即氢化硅膜。图5是对应于观测波长(400nm～1200nm)，绘制在溅射气体G1与工艺气体G2中的氢浓度为条件1～条件8下所形成的膜中的消光系数k的图表。消光系数k根据通过使检查光射入形成有硅膜的工件，并接收已射出的光所测定的反射率与透过率进行运算来求出。消光系数k是表示当光已射入某一介质时，所述介质吸收多少光的常数。消光系数k越大(绘制在图5的上方)，光的吸收性越高，消光系数k越小，光的透过性越高。存在利用氢原子对已形成的硅膜的悬键进行封端，由此消光系数k变小的倾向。因此，通过测定消光系数k，可掌握是否良好地进行了氢封端。

(成膜条件)

成膜条件如下所示。

·工件：玻璃基板

·靶：Si

·固定器：不锈钢(Steel Use Stainless，SUS)

·靶与工件的距离：100mm(面对面的状态)

·旋转台的转速：60rpm

·对于天线(氢化处理部)的高频的施加电力：2000W

·对于溅射源的直流的施加电力：1500W～2500W(在包括三个溅射源的成膜处理部中，对于各个溅射源的施加电力的值)

·成膜率：0.2nm/s

·整体的膜厚：300nm

(气体条件)

溅射气体G1、工艺气体G2的条件如下所示。

＜条件1＞

G1：Ar+H(0％)50sccm/G2：Ar+H(0％)200sccm

＜条件2＞

G1：Ar+H(0％)50sccm/G2：Ar+H(3％)200sccm

＜条件3＞

G1：Ar+H(0％)50sccm/G2：Ar+H(5％)200sccm

＜条件4＞

G1：Ar+H(0％)50sccm/G2：Ar+H(7％)200sccm

＜条件5＞

G1：Ar+H(0％)50sccm/G2：Ar+H(10％)200sccm

＜条件6＞

G1：Ar+H(3％)50sccm/G2：Ar+H(3％)200sccm

＜条件7＞

G1：Ar+H(5％)50sccm/G2：Ar+H(0％)200sccm

＜条件8＞

G1：Ar+H(7％)50sccm/G2：Ar+H(0％)200sccm

[结果]

条件1是在溅射气体G1、工艺气体G2的任一者中均未添加氢气的条件。条件7、条件8是仅在溅射气体G1中添加有氢气的条件。条件1与条件7及条件8为相同的结果(结果1)。

条件2～条件5是在工艺气体G2中添加有氢气的条件。在条件2～条件5中，与条件1相比显著地看到消光系数k的下降。尤其在600nm以上的波长中，消光系数k最小的是条件5。但是，若如条件6那样，在工艺气体G2与溅射气体G1中分别导入3％的氢气，则在约1000nm以上的波长(红外线的波长范围)中，与导入有3％以上的氢气的条件2、条件3、条件4相比消光系数k变小(结果2)。

如结果1所示，可知即便如条件7、条件8那样仅在溅射气体G1中添加氢气，氢化的效率也差。如结果2所示，可以说在条件2～条件5中消光系数k变小的原因是良好地进行了氢化。而且，可知通过如条件6那样在工艺气体G2与溅射气体G1中分别添加氢气，即便不将氢浓度提升至存在爆炸风险的浓度为止，也可以高效地进行氢化。

如上所述，通过在工艺气体G2中添加氢气，可在红外线的波长范围内形成消光系数k小的膜。由此，例如可应用于要求吸收可见光区域的光，并使红外线区域的光透过的红外线传感器等光学制品。

[其他实施方式]

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是作为一例来提示者，并不意图限定发明的范围。所述这些新颖的实施方式能够以其他各种实施例来实施，可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求中记载的发明中。

例如，在所述实施例中，将溅射气体G1、工艺气体G2设为相同，但也可以将稀有气体、氢浓度设为不同者。另外，也可以在溅射气体导入部49导入的溅射气体G1中不包含氢气。即，也可以仅在氢化处理部50中进行氢化处理。在此情况下，工艺气体G2的氢浓度也可以与所述相同，但为了进一步提高键结的效率，也可以设为可将爆炸的可能性抑制得更低的程度的高浓度。另外，也可以设置多个氢化处理部50来提高氢化的效率。

另外，构成溅射气体G1、工艺气体G2的供给源90的储气瓶设为收纳有稀有气体的储气瓶910及收纳有氢气的储气瓶920，但并不限于此。例如，构成供给源90的储气瓶也可设为收纳有以预先求出的比例混合的氢气与稀有气体的混合气体的储气瓶。在此情况下，省略流量控制计912A、流量控制计922A、流量控制计912B、流量控制计922B或将稀有气体与氢气的混合的混合器93A、混合器93B，经由流量控制计将规定的流量的混合气体从配管48、配管57导入处理空间41、处理空间59。另外，若溅射气体G1、工艺气体G2的氢浓度相同，则可以使用共同的储气瓶。

另外，例如在所述实施方式中，在步骤S07中使成膜处理部40的运转停止后，在步骤S08中使氢化处理部50的运转停止，在步骤S09中使旋转台31的旋转停止，但并不限定于此，只要以最后穿过成膜处理部40与氢化处理部50之中，正在运转的氢化处理部50来停止工件10的搬送的方式，控制搬送部30、成膜处理部40、氢化处理部50即可。在此情况下，例如也可以在使旋转台31的旋转停止后，使成膜处理部40的运转及氢化处理部50的运转停止，以最后穿过氢化处理部50来停止工件10的搬送。另外，例如在未运转的成膜处理部40中不进行成膜处理，因此只要使成膜处理部40的运转停止后，则也可以在穿过氢化处理部50后穿过成膜处理部40来停止工件10的搬送。

另外，例如在所述实施方式中，为了停止成膜处理部40的运转，即停止等离子体生成运行，停止溅射气体G1的导入，并且停止利用电源部46的电压施加，但并不限定于此，只要使利用溅射气体导入部49的溅射气体G1的导入、或利用电源部46的电压施加的至少任一个运行停止即可。同样地，为了停止氢化处理部50的运转的停止，即停止等离子体生成运行，只要使工艺气体G2的导入或利用RF电源54的电压施加的至少任一个运行停止即可。

另外，当将多层的膜层叠时，也可以在腔室20内进而设置成膜处理部、等离子体处理部。在此情况下，除所述成膜处理部40以外，可追加利用与其不同种类的靶材料的成膜处理部，也可以追加利用相同种类的靶材料的成膜处理部。另外，也可以追加利用与所述氢化处理部50不同种类的工艺气体的等离子体处理部。

Claims (4)

1.一种成膜装置，其特征在于，包括：

腔室，是可使内部变成真空的容器；

搬送部，设置在所述腔室内，具有循环搬送工件的旋转台；

成膜处理部，具有包含硅材料的靶、对被导入所述靶与所述旋转台之间的处理空间导入具有包含氢气浓度为3％以下的溅射气体的溅射气体导入部的、对所述溅射气体进行等离子体化的等离子体产生器，通过溅射而在所述工件形成硅膜；

氢化处理部，具有一端的开口朝向所述旋转台侧的筒状体、对由所述筒状体及所述旋转台所包围的处理空间导入含有浓度为3％以下的氢气的工艺气体的工艺气体导入部的、对所述工艺气体进行等离子体化的等离子体产生器，对已形成在所述工件的所述硅膜进行氢化；以及

所述搬送部以通过使所述工件交替地穿过所述成膜处理部与所述氢化处理部的方式进行搬送，以溅射的方式交替地进行多次成膜与氢化并以规定的速度搬送，

控制装置，以每当穿过所述成膜处理部时成膜的所述硅膜的膜厚为0.5nm以下的方式控制所述成膜处理部。

2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

所述溅射气体导入部导入与所述工艺气体相同的溅射气体。

3.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，

所述成膜处理部与所述氢化处理部设置在所述旋转台的圆周的搬送路径上。

4.一种成膜方法，其特征在于，包括：

循环搬送步骤，在可使内部变成真空的容器的腔室内设置具有旋转台的搬送部循环搬送工件，

所述腔室包括分隔部，将成膜处理部与氢化处理部配置在不同的区域、划分所述成膜处理部的处理空间及所述氢化处理部的处理空间之间，

所述分隔部的下端空开载置在所述旋转台的工件穿过的间隙，与所述旋转台相向的方式设置；

成膜步骤，在成膜的同时进行氢化，具有靶及等离子体产生器的成膜处理部通过溅射而循环搬送在所述工件通过溅射形成膜厚为0.5nm以下的硅膜，所述靶包含硅材料，所述等离子体产生器对被导入所述靶与所述旋转台之间的处理空间、含有浓度为3％以下的氢气的溅射气体进行等离子体化；以及

氢化步骤，具有工艺气体导入部及等离子体产生器的氢化处理部对一端的开口朝向所述旋转台侧的筒状体所包围的处理空间的已形成在所述工件的膜厚为0.5nm以下的硅膜进行氢化，所述工艺气体导入部导入含有浓度为3％以下的氢气的工艺气体，所述等离子体产生器对所述工艺气体进行等离子体化，

所述循环搬送步骤中所述搬送部以所述成膜步骤及所述氢化步骤重复的方式使所述工件交替地穿过所述成膜处理部与所述氢化处理部的方式进行搬送。

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