TW201700757A - 成膜方法及成膜裝置 - Google Patents

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Abstract

一種成膜方法，一邊抑制對基板的損傷一邊維持希望的成膜速率，且能夠調整電漿處理的效果，包括：進行電漿處理，將施加電壓的複數的基板S依序導入因為濺鍍放電產生的濺鍍電漿而從目標物29a、29b放出的濺鍍粒子會到達成膜領域20內的既定位置，藉此使濺鍍粒子到達並堆積於基板S的表面，且同時使濺鍍電漿中的離子碰撞基板S或濺鍍粒子的堆積物，形成薄膜；進行電漿再處理，在形成於具有排氣系統的真空容器11內的成膜領域20內，進行濺鍍粒子的堆積以及利用濺鍍電漿的電漿處理來形成中間薄膜後，使基板保持器13移動，將基板S移動到與成膜領域20在空間上分離配置的反應領域60內，讓與濺鍍電漿不同的其他電漿中的離子碰撞中間薄膜，形成薄膜。

Description

成膜方法及成膜裝置
本發明係有關於使用偏壓濺鍍法的成膜方法及成膜裝置。
濺鍍成膜法是一種利用電漿反應的成膜法，濺鍍成膜法中有一種除了在載置目標的陰極電極，也在載置基板的基板電極施加電位，一邊施加偏壓於載置於基板電極上的基板一邊形成薄膜的方法(偏壓濺鍍法)(專利文獻1及2)。
這種偏壓濺鍍法的原理大概如下。將惰性氣體等的氣體導入系統內，將電力供給至載置目標的陰極電極給予電位，將陰極電極與基板電極之間的空間中的導入氣體放電，使得因為放電而產生於電漿內的全部離子中的一部分被吸引到目標與其碰撞，將目標對象物彈出，而在與目標對向配置的基板的表面形成由目標物質的堆積物組成的薄膜(濺鍍成膜)。同時，藉由供給電力至載置基板的基板電極，相對於上述電漿給予基板電極電位，藉此使存在於上述電漿內的全部離子中的剩餘部分被吸引到基板與其碰撞，給予堆基於基板上的目標物質能量(電漿處理)，藉此賦予薄膜特定的機能。
藉由電漿處理而給予的機能例如膜質細緻化提高硬度(專利文獻1)、或階差覆蓋(微細的階差部上的被覆狀 態)的改善，也就是在階差部形成側面與底部略均一的膜厚(專利文獻2)。前者是電漿中的離子的成膜輔助而帶來的機能，後者是相同離子的蝕刻效果而帶來的機能。
先行技術文獻
專利文獻1：日本特開2002-256415號公報
專利文獻2：日本特開平11-509049號公報
包括專利文獻1及2所揭露的方法，利用偏壓濺鍍法的習知的成膜方法全部都將陰極電極與基板電極之間產生的單一電漿內發生的離子利用於濺鍍成膜與電漿處理雙方。換個角度來看，就是濺鍍成膜與電漿處理在相同領域進行。因此存在有控制性低的問題。
例如，考量到想要提昇電漿處理的效果時，習知的成膜方法中，必須採用以下至少一者：1)提高供給至基板電極的電力，藉此提高施加到基板的偏壓電壓的方法；2)提高供給至陰極電極的電力，藉此提高濺鍍目標的電力的方法。
然而，使用1)的方法的情況下，照射於基板的離子的密度與能量皆提高，因此有時會因為使用的基板的材質不同而造成基板受損(損傷)。使用2)的方法的情況下，與目標碰撞的離子的密度提高，因此從目標濺鍍出來的目標物質的量增加(成膜速率增加)，反而變得無法維持所希望的成膜速率。
本發明的一個觀點下，將提供使用偏壓濺鍍法的成膜方法及成膜裝置，能夠抑制對基板的損害且維持希望的成膜速率，同時能夠調整電漿處理的效果。
根據本發明，提出一種成膜方法，包括：進行電漿處理，將施加電壓的複數的基板依序導入成膜領域內的既定位置，因為濺鍍放電產生的濺鍍電漿而從目標物放出的濺鍍粒子會到達該成膜領域，藉此使濺鍍粒子到達並堆積於該基板的表面，且同時使濺鍍電漿中的離子碰撞該基板或濺鍍粒子的堆積物，形成薄膜。該成膜方法更包括：進行電漿再處理，在形成於具有排氣系統的單一真空槽內的成膜領域內，進行濺鍍粒子的堆積以及利用濺鍍電漿的電漿處理來形成中間薄膜後，將該基板移動到與該成膜領域在空間上分離配置的反應領域內(也就是從成膜領域到反應領域)，讓與該濺鍍電漿不同的其他電漿中的離子碰撞該中間薄膜，形成該薄膜。
上述發明能夠使用成膜裝置來實現，該成膜裝置中，成膜領域(因為濺鍍放電產生的濺鍍電漿而從目標物放出濺鍍粒子)與反應領域(產生與濺鍍電漿不同的其他的電漿)在具有排氣系統的單一真空槽內分別空間上分離配置，在各領域的處理能夠獨立地控制。
具體來說，使用做為一例的成膜裝置，在複數的基板的表面分別形成薄膜，該成膜方法更包括：將濺鍍放電產生的濺鍍電漿產生於成膜領域內的步驟；將與濺鍍電漿不同的其他的電漿產生於反應領域內的步驟；對複數的基板分別施加電壓的步驟；將施加電壓的複數的基板移動到成膜領域內的既定位置以及反應領域內的既定位置之間的步驟，其中因為濺鍍放電產生的濺鍍電漿而從目標物放出的濺鍍粒子會到達該成 膜領域的該既定位置，而反應領域的該既定位置會暴露於於與濺鍍電漿不同的其他電漿。其中進行電漿處理，使目標物放出的濺鍍粒子到達並堆積於導入成膜領域的基板，同時讓濺鍍電漿中的離子碰撞基板或濺鍍粒子的堆積物，以形成中間薄膜，然後進行電漿再處理，使與濺鍍電漿不同的電漿中的離子碰撞移動到反應領域中的基板的中間薄膜，以形成薄膜。
上述發明中，形成薄膜的情況下，中間薄膜的形成與電漿再處理至少進行一次即可。較佳的是，對最初的電漿再處理後的超薄膜，反覆進行複數次的中間薄膜的形成與超薄膜的膜變化，藉此能夠形成具有目標膜厚的薄膜。
上述發明中，在成膜領域，能夠在充滿動作氣體的環境下，濺鍍金屬組成的目標物，進行濺鍍粒子的堆積與利用濺鍍電漿的電漿處理，形成金屬或金屬的不完全反應物組成的連續的中間薄膜或不連續的中間薄膜；在反應領域，能夠將在含有反應氣體的環境下產生的電漿中的，電中性的反應性氣體的活性種，接觸移動而來的基板的中間薄膜使其發生反應，讓膜變化為金屬的完全反應物組成的連續的超薄膜。
上述發明中，能夠將做為動作氣體的活性氣體導入成膜領域，使濺鍍電漿中產生非活性氣體離子化的產物，將非活性氣體、反應性氣體、非活性氣體與反應性氣體的混合氣體中的任一者導入反應領域，使與濺鍍電漿不同的其他電漿中產生導入氣體離子化的產物。
上述發明中，能夠一邊將複數的基板保持在外周面的狀態下施加電壓，一邊旋轉筒狀的基板保持器，藉此使被 施加電壓的基板移動於成膜領域的該既定位置與反應領域的該既定位置之間，以重複進行中間薄膜的形成與超薄膜的變換，而形成薄膜。
上述發明中，做為用以施加電壓至複數的基板的電力供給源，能夠使用能夠連接到直流電源與高頻電源中的一者或兩者而構成之物。
上述發明中，施加於複數的基板的各個電壓(從直流電源供給的電力的情況下是輸出電壓，從高頻電源供給電力的情況下是自我偏壓)能夠在5~1000V。
上述發明中，能夠從交流電源施加頻率10kHz~2.5GHz的交流電壓，藉此在反應領域內產生電漿。
做為實現重複複數次中間薄膜的形成與超薄膜的膜變換的一例，能夠使用例如以下所示的構造的成膜裝置。根據本發明，提出一種成膜裝置，包括：真空槽，具有排氣系統；成膜領域，形成於真空槽內；反應領域，形成於真空槽內，且與成膜領域在空間上分離配置；陰極電極，搭載目標物；濺鍍電源，在面向目標物的被濺鍍面的成膜領域內進行濺鍍放電；電漿產生構件，在反應領域內產生與在成膜領域內發生電漿放電的濺鍍電漿不同的其他的電漿；筒狀的基板保持器，保持複數的基板於外周面；以及驅動構件，使基板保持器旋轉。其中該成膜裝置中，利用驅動手段使基板保持器旋轉，使基板反覆移動於成膜領域內的既定位置與反應領域內的既定位置之間，其中因為濺鍍電漿而從目標物放出的濺鍍粒子會到達該成膜領域的該既定位置，而反應領域的該既定位置會暴露於與濺 鍍電漿不同的其他電漿。該成膜裝置更包括：基板電極，從背面搭載被保持於基板保持器的基板；以及偏壓電源，供給電力至基板電極。
上述發明中，成膜裝置能夠將目標物搭在於陰極電極並啟動濺鍍電源，使電漿產生構件動作，另一方面，將複數的基板保持於基板保持器的外周面，一邊供給電力至基板電極以對基板施加電壓，且一邊使基板保持器旋轉，藉此讓目標物放出的濺鍍粒子到達並堆積於移動至成膜領域的基板，同時讓濺鍍電漿中的離子碰撞基板或濺鍍粒子的堆積物，進行上述電漿處理形成中間薄膜後，使與濺鍍電漿不同的電漿中的離子與移動至反應領域的基板的中間薄膜碰撞，進行上述電漿處理將膜變換成超薄膜，之後層積複數的該超薄膜以形成薄膜。
上述發明所說的「移動」包括曲線的移動(例如圓周移動)，也包括直線移動。因此，「將基板從成膜領域動到反應領域」包括繞著某中心軸公轉移動，也包括來回移動於某兩點連成的直線軌道上。
上述發明所說的「旋轉」包括自轉也包括公轉。因此，單純說「繞著中心軸旋轉」的情況下，包括繞著某個中心軸自轉，也包括繞著某個中心軸公轉。
上述發明所說的「中間薄膜」是通過成膜領域而形成的膜。又「超薄膜」是因為堆積複數次超薄膜會形成的最終的薄膜，所以為了防止與此「薄膜」的用語混用而採用的說法，表示比最終的「薄膜」還要薄許多的意思。
根據上述發明，在單一的真空槽內形成的成膜領 域內，進行使用習知的偏壓濺鍍法的成膜後，實行發生在與成膜領域空間上分離配置的反應領域內的電漿再處理，讓與在成膜領域的濺鍍電漿不同的電漿中的離子產生碰撞。也就是說，對偏壓濺鍍後的薄膜再次進行電漿處理。藉此，即使不提高施加於基板的電壓或濺鍍電力，也能夠獨立出電漿處理的效果並加以控制。也就是說根據本發明，能夠抑制對基板的損害且維持希望的成膜速率，同時能夠調整電漿處理的效果。
1‧‧‧成膜裝置
11‧‧‧真空容器
12‧‧‧分隔壁
13‧‧‧基板保持器
14‧‧‧分隔壁
15‧‧‧轉軸
15a‧‧‧配管
16‧‧‧分隔壁
17‧‧‧馬達
18‧‧‧基板電極
19‧‧‧電力供給源
19a‧‧‧配線構件
20、40‧‧‧成膜領域
21a、21b、41a、41b‧‧‧磁控濺鍍電極
23、43‧‧‧交流電源
24、44‧‧‧變壓器
25、45‧‧‧質流控制器
26、46‧‧‧濺鍍用氣桶
29a、29b、49a、49b‧‧‧目標物
60‧‧‧反應領域
67‧‧‧質流控制器
68‧‧‧反應處理用氣桶
80‧‧‧電漿源
81‧‧‧殼體
82‧‧‧天線收容室
83‧‧‧介電體板
85a、85b‧‧‧天線
87‧‧‧匹配盒
89‧‧‧交流電源
S‧‧‧基板
第1圖係顯示實現本發明方法的成膜裝置的一例的部分橫剖面圖。
第2圖係沿著第1圖的II-II線的部分縱剖面圖。
第3圖係顯示實施例1中在反應領域的電漿處理電力與薄膜的膜硬度之間的關係。
第4圖係顯示實施例2中在反應領域的電漿處理電力與對薄膜的蝕刻速率的關係。
第5圖係顯示對圖樣基板的膜入成膜後的一例的剖面圖。
以下，參照圖式詳細地說明本發明發法的一實施形態。首先，說明能夠實現本發明方法的成膜裝置的一構成例。
第1圖及第2圖所示的成膜裝置1是本發明的成膜裝置的一例，是在一次的處理中可對複數的基板S成膜的批量式的轉盤型裝置，具有真空容器11，在此真空容器11內配設有筒狀的旋轉體。真空容器11在本例中具有以沿著鉛直方 向(第1圖的紙面方向及第2圖的上下方向，以下相同)的側壁包圍平面方向(垂直於上述鉛直方向的方向，第1圖的上下左右方向及第2圖的紙面方向，以下相同)所構成的腔室本體。本例中，將腔室本體的平面方向的剖面作成方形，但也可以是其他形狀(例如圓形)。真空容係11例如以不銹鋼等的金屬構成。
真空容器11的上方形成有使轉軸15(參照第2圖)貫通的孔，電性地接地形成接地電位。真空容器11連接有排氣用的配管15a。配管15a連接有對真空容器11內排氣用的真空泵15，藉由這個真空泵15及控制器(圖式省略)能夠調節真空容器11內的真空度。真空泵15例如能夠以旋轉泵或渦輪分子泵(TMP)等所構成。
轉軸15在本例中是以略管狀構件形成，透過配置於孔部分(形成於真空容器11的上方)的絕緣構件(未圖示)而相對於真空容器11可旋轉地被支持。藉由透過以絕緣礙子或樹脂等構成的絕緣構件支持於真空容器11，轉軸15能夠在與真空容器11電性絕緣的狀態下相對於真空容器11旋轉。
位於真空容器11的外側的轉軸15的上端側，在本例中固定著第1齒輪(未圖示)，此第1齒輪與馬達17的輸出側的第2齒輪(未圖示)咬合。因此，藉由馬達17的驅動，旋轉驅動力透過第2齒輪傳達到第1齒輪，使轉軸15旋轉。位於真空容器11的內側的轉軸15的下端部安裝有筒狀的旋轉體(旋轉鼓)。
旋轉鼓在本例中配設於真空容器11內，沿著其筒方向的軸線Z會朝向真空容器11的鉛直方向(Y方向)。旋轉鼓在本例中是圓筒狀，但不限定於這個形狀，可以是橫剖面為多角形的多角柱狀或者是圓椎狀。旋轉鼓透過馬達17所驅動的轉軸15的旋轉而繞著軸線Z的中心旋轉。
旋轉鼓的外側(外周)安裝有基板保持器13。基板保持器13的外周面設置了複數的基板保持部(例如凹部，圖示省略)，藉由這個基板保持部，可將複數個作為成膜對象的基板S從背面(指的是與成膜面相反的面)支持。本例中，基板保持器13的軸線(圖示省略)與旋轉鼓的軸線Z一致。因此，基板保持器13藉由使旋轉鼓以軸線Z為中心旋轉，而與此旋轉同步，與旋轉鼓形成一體，以該鼓的軸線Z為中心旋轉。
設置於基板保持器13的外周面的複數的基板保持部分別安裝有從背面搭載基板S的基板電極18。各基板電極18例如以不銹鋼製的板狀構件構成，透過配線構件19a與位於真空容器11的外側的電力供給源19連接。電力供給源19在本例中可連接到直流(DC)電源與高頻(RF)電源中的一者或兩者(詳細構造省略圖示)。在絕緣性的基板S成膜的情況下，或者是使用絕緣物作為被覆於基板S的成膜材料的情況下，能夠使用僅RF電源，或者是RF電源與DC電源的組合。將導電性的成膜材料成膜於導電性的基板S的情況下，能夠使用僅DC電源，或者是RF電源與DC電源的組合。
本例中，基板電極18與DC電源之間可以串聯連接濾波器(未圖示)。這樣一來，能夠使來自RF電源的高頻電力不流入DC電源(以濾波器遮斷)，而有效地流入基板電極18的方向。又，基板電極18與RF電源之間，也可以串聯連接阻抗整合用的整合器(匹配盒)。配線構件19a在本例中，會設計成從位於真空容器11的外側的電源側，通過以略管狀構件形成的轉軸15的內側，延伸到配置於真空容器11內的旋轉鼓的內側。
各基板電極18會配置在與各基板S的背面分離既定距離(d)的位置，且平行於各基板S的背面。基板S與基板電極18之間的距離d(更正確地說是基板S的背面與基板電極18的表面之間的距離)設定在基板電極的自我偏壓效果能反應在基板S上的範圍內。又，反應於基板S的自我偏壓效果能夠藉由改變距離d來調整。當然，也可以藉由變更濺鍍用電力來調整自我偏壓電位。
雖然也受到成膜條件影響，但在本例中，距離d在0.2mm程度以下時，基板電極18的自我偏壓效果會影響到基板S。改變基板S的材質、電力共給源19供給至基板電極18的電力值或成膜環境氣體等的成膜條件並進行成膜實驗，結果當距離d在0.10~0.14mm的範圍內能夠獲得良好的膜。因此，將距離d設定在這個範圍內較佳。又，自我偏壓效果的調整能夠藉由距離d或電力值的變更來達成。當然距離d要在上述的範圍內調整。
距離d的調整例如能夠藉由將導電性或絕緣性的 間隙物(圖式省略)插入基板電極18的背面來實行。在本例中，距離d是每個基板電極18各自調整，但也能夠將各基板電極18一體地構成，藉此統一進行距離d的設定。
各基板電極18的大小會考慮各基板S的大小而決定。此基板電極18在基板S的尺寸的80%以上，特別是90%以上為佳。例如，基板S是圓板狀且直徑為100mm的情況下，基板電極18同樣是圓板狀為佳，又其直徑為80~98m為佳。另外，若基板電極18的尺寸相對於基板S的尺寸過小，要將反應於基板S表面的自我偏壓的效果均一化會變得困難，因此形成於基板S上的薄膜的厚度或膜質有變不均一的可能性。另一方面，如果基板電極18太接近其他的構件(例如基板保持器13等)，與基板保持器13之間發生放電，有可能會使得供應的濺鍍用電力變得不穩定。因此，將基板電極18的大小形成相對於基板S的尺寸的90%以上的情況下，能夠使與基板電極18接近的領域的基板保持器13的基板電極18側絕緣。作為絕緣手段，例如藉由溶射而形成的絕緣性鍍膜等。
將基板電極18安裝於各自的基板S的背面側的情況下，供給各個基板電極18電力，因此不需要將電力供給基板保持器13全體。因為電流施加的面積小，能夠將施加於各基板S的電壓.電流值的範圍設定於比習知技術更高的值，進而提高離子密度。結果，可望能夠使膜值緻密化或處理時間縮短化。
配置於真空容器11內的基板保持器13的週邊設置有濺鍍源及電漿源80。本例中，配置2個濺鍍源與1個電漿 源80，但本發明中濺鍍源配置至少一個即可，若以此為準，後述的成膜領域也至少有一個即可。
本例中，各濺鍍源的全面分別形成有成膜領域20、40。相同地，電漿源80的前面形成有反應領域60。領域20、40形成由真空容器11的內壁面、該內壁面朝向基板保持器13突出的分隔壁12(或14)、基板保持器13的外周面、各濺鍍源的前面所圍繞而成的領域。藉此，領域20、40分別在真空容器11的內部空間地、壓力地分離，各自確保獨立的空間。另外，在第1圖中，例示了假設要濺鍍不同的2種類的物質而設置一對的磁控電極2組的情況(21a、21b、41a、41b)。領域60也與領域20、40相同地，形成由真空容器11的內壁面、該內壁面朝向基板保持器13突出的分隔壁16、基板保持器13的外周面、電漿源80的前面所圍繞而成的領域。藉此，領域60也在真空容器11的內部空間地、壓力地與領域20、40分離，確保獨立的空間。本例中，各領域、20、40、60中的處理能夠彼此獨立地控制。
各濺鍍源的構成並沒有特別限制，本例中，各濺鍍源分別以具備2個磁控濺鍍電極21a、21b(或41a、41b)的雙陰極形式構成。成膜時(後述)，各電極21a、21b(或41a、41b)的一端側分別保持有可自由裝卸的目標物29a、29b(或49a、49b)。各電極21a、21b(或41a、41b)的另一端側透過變壓器24(或44，作為用以調整電力的電力控制手段)連接到交流電源23(或43，作為電力供給手段)。各電極21a、21b(或41a、41b)會施加頻率例如1kHz~100kHz左右的交流 電壓。
各濺鍍源的前面(領域20、40)連接有濺鍍用氣體供給手段。濺鍍用氣體供給手段在本例中包括儲藏濺鍍用氣體的氣桶26(或46)、調整該氣桶46(或46)供給的濺鍍用氣體的流量的質流控制器25(或45)。濺鍍用氣體通過配管導入各個領域20(或40)。質流控制器25(或45)是調節濺鍍用氣體的流量的裝置。來自氣桶26(或46)的濺鍍用氣體被質流控制器25(或45)調節流量後被導入領域20(或40)。
電漿源80的構成並沒有特別限定，但本例中，具有殼體81(以將形成於真空容器11的壁面的開口從外部塞住的方式固定)、介電體板83(固定於此殼體81的前面)。然後，因為介電體板83固定於殼體81，殼體81與介電體板83所包圍的領域形成天線收容室82。
天線收容室82會與真空容器11的內部分離。也就是天線收容室82與真空容器11的內部會在介電體板83分隔的狀態下形成獨立的空間。又，天線收容器82與真空容器11的外部會在殼體81分隔的狀態下形成獨立的空間。天線收容器82透過配管15a連通道真空泵15，能夠以真空泵15進行抽真空，將天線收容器82的內部排氣成真空狀態。
天線收容器82設置有有天線85a、85b。天線85a、85b透過收容匹配電路的匹配盒87連接到交流電源89。天線85a、85b接收交流電源89供給的電力在真空容器11的內部(特別是領域60)產生感應電場，產生電漿於領域60。本例中， 從交流電源89施加交流電壓至天線85a、85b，產生反應處理用氣體的電漿於領域60。匹配盒87內設置了可變電容器，能夠變更從交流電源89供給至天線85a、85b的電力。
電漿源80的前面(領域60)連接了反應處理用氣體供給手段。反應處理用氣體供應手段在本例中，包括儲存反應處理用氣體的氣桶68、以及調整該氣桶68供給的反應處理用氣體的流量的質流控制器67。反應處理用氣體通過配管導入領域60。質流控制器67室調節反應處理用氣體的流量的裝置。來自氣桶68的反應處理用氣體會被質流控制器67調節流量後導入領域60。另外，反應處理用氣體供給手段不限定於上述構造(也就是1個氣桶與1個質流控制器)，能夠作成包括複數的氣桶及質流控制器的構造(例如，2個氣桶分別儲藏非活性氣體與反應性氣體、2個質流控制器調整各氣桶供給的各氣體的流量)。
接著，說明使用成膜裝置1的本發明方法的一例。(1)成膜的前置準備：(a)首先，設置目標物29a、29b(或49a、49b)於電極21a、21b(或41a、41b)上，並且將作為成膜對象的基板S設置於基板保持器13後，收容於真空容器11內。
作為基板S，除了塑膠基板(有機玻璃基板)或無機基板(無機玻璃基板)以外，也可以使用不銹鋼等的金屬基板，其厚度例如0.1~5mm。另外，作為基板S的一個例子的無機玻璃基板，例如鈉鈣玻璃(6H~7H)、硼矽酸玻璃(6H~7H)等。另外，無機玻璃基板的括號內的數字是以 JIS-K5600-5-4為基準的方法所測試的鉛筆硬度的值。基板S的配置並沒有特別限定，本例中，在基板保持器13的外周面沿著基板保持器13的旋轉方向(橫方向)斷續地配置複數個，且沿著平行於基板保持器13的軸線Z的方向(縱方向，Y方向。等於真空容器11的鉛直方向)斷續地配置複數個。
目標物29a、29b(或49a、49b)將要成膜於基板S的成膜材料形成於平板狀(略矩形板狀)，其長度方向平行於基板保持器13的旋轉軸線Z，而且以其平行方向的面面向基板保持器13的側面(或外周面)的方式，保持於各電極21a、21b(或41a、41b)的表面。成膜材料例如因應需要而適當地選擇Si、Nb、Al、Ta、Cu等的金屬或C等的非金屬、SiO2、Nb2O5、Al2O3之類的絕緣物等。
(b)接著，使用真空泵15將真空容器11內抽成10-5~0.1Pa程度的高真空狀態。此時，閥門打開，電漿源80的天線收容室也同時排氣。之後，開始驅動馬達17，通過轉軸15使基板保持器13以軸線Z為中心旋轉。這樣一來，保持於基板保持器13的外周面的基板S會以基板保持器13的自轉軸(軸線Z)為中心公轉，反覆地移動於面向領域20、40的位置以及面向領域60的位置之間。
然後依序重複在領域20、40所進行的濺鍍處理、及在領域60所進行的電漿曝露處理，產生既定膜厚的薄膜於基板S的表面。
本例中，基板保持器13的旋轉速度在10rpm以上即可，但在50rpm以上更佳，在80rpm以上又更佳。使旋轉速 度在50rpm以上，增加了膜質緻密化或處理時間縮短化的優點，更為合適。本例中，將基板保持器13的旋轉速度的上限設定在例如150rpm左右，更佳的是100rpm。
本例中，以領域20、40任一者的濺鍍處理形成中間薄膜於基板S的表面，以之後的電將曝露處理使此中間薄膜變化成超薄膜。然後，藉由反覆執行濺鍍處理與電漿曝露處理使超薄膜上堆積下一層超薄膜，這項操作反覆進行到形成最終的薄膜為止。
另外，本例中，「中間薄膜」是指通過領域20及領域40任一者的領域而形成的薄膜。「超薄膜」是因為堆積複數次超薄膜會形成的最終薄膜(目標膜厚的薄膜)，所以為了防止與最終的「薄膜」的用語混用而採用的說法，表示比最終的「薄膜」還要薄許多的意思。
(2)濺鍍處理：濺鍍處理會按照以下的方式進行。本例中，首先確認真空容器11內的壓力穩定後，將領域20內的壓力調整為0.05~0.2Pa，之後透過質流控制器25從氣桶26導入既定流量的濺鍍用氣體至領域20。
本例中，濺鍍用氣體會單獨使用非活性氣體，而不併用氮或氧等的反應性氣體。本例中的非活性氣體的導入流量假設為例如100~600sccm，其中150~500sccm更佳。這樣一來，目標物29a、29b的週邊會充滿非活性氣體。在這個狀態下，從交流電源23透過變壓器24施加交流電壓至各電極21a、21b，對目標物29a、29b施加交流電場。
本例中，對於目標物29a、29b，將電力(濺鍍功 率)供給至各電極21a、21b，使濺鍍功率密度在0.57W/cm2~10.91W/cm2的程度。「功率密度」是指供給至每單位面積(cm2)的目標物29a、29b(或49a、49b)的電力(W)。
藉由供給電力至目標物29a、29b，在某個時間點，目標物29a成為陰極(負極)，此時目標物29b必定成為陽極(正極)。當在下一個時間點變化交流的方向時，目標物29b成為陰極(負極)，目標物29a成為陽極(正極)。像這樣一對的目標物29a、29b交互成為陰極與陽極，會讓各目標物29a、29b週邊的濺鍍用氣體(非活性氣體)的一部分放出電子而離子化。藉由配置於各電極21a、21b的磁鐵，各目標物29a、29b的表面形成洩漏磁場，因此這些電子會在各目標物29a、29b的表面附近產生的磁場中一邊畫出環形曲線一邊繞圈。沿著這些電子的軌道，領域20中產生強的濺鍍電漿，這些電漿中的濺鍍用氣體的離子會朝向負電位狀態(陰極側)的目標物加速，與各目標物29a、29b碰撞，藉此各目標物29a、29b的表面(被濺鍍面)被濺鍍而放出原子或粒子(以下也可總稱為濺鍍粒子或目標物質)(濺鍍處理)。
另外，進行濺鍍期間，有時陽極上會附著非導電性或導電性低的不完全反應物等，但當此陽極因為交替電場變化為陰極，這些不完全反應物等被濺鍍，目標物表面恢復本來的乾淨狀態。然後，一對的目標物29a、29b藉由交互地成為陽極與陰極，而能夠獲得持續穩定的陽極電位狀態，防止電漿電位(通常幾乎等於陽極電位)的變化，對基板S的表面穩定地放出濺鍍粒子。
本例中，上述的濺鍍處理中，電力供給源19供給各基板電極18電力(高頻電力的情況下例如50~2000W，直流電力的強況下例如1000V以下，30~1000V較佳)，對各基板S施加電壓。藉此，相對於濺鍍電漿，給予基板電極18的電位，使得存在於濺鍍電漿內的濺鍍用氣體的全部離子的一部分被拉到基板S側並發生碰撞，將能量給予附著堆積於基板S表面的目標物物質(電漿處理)。
本例中，供給電力至基板電極18，使施加於各基板S的電壓為5~1000V為佳。當這個電壓在5V以上。容易獲得膜質緻密化或處理時間縮短化的優點。這個電壓能夠設定在1000V以下。另外，這個電壓在此是指根據DC電源供給的電力下的輸出電壓，根據RF電源供給的電力下的自我偏壓(RF電漿放電時產生的負的直流電壓)。施加於各基板S的電壓在成膜中不使其變化，保持在既定值為佳。以上是在領域20所進行的濺鍍處理(使用一邊施加陰極電壓及基板偏壓電壓兩個電壓，一邊形成中間薄膜的偏壓濺鍍法所進行的成膜處理)。
(3)電漿處理：電漿處理按照以下的方式進行。本例中，跟著領域20、40的動作，領域60也開始動作。具體來說，透過質流控制器67從氣桶68導入既定流量的反應處理用氣體至領域60，使天線85a、85b的週邊充滿既定的氣體。
領域60的壓力例如維持在0.07~1Pa。又，至少在領域60產生電漿期間，保持天線收容室的內部壓力在0.001Pa以下。從氣桶68導入反應處理用氣體的狀態下，從交 流電源89施加頻率為10kHz~2.5GHz(較佳的是100kHz~1000MHz)的交流電壓至天線85a、85b，在面向領域60內的天線85a、85b的領域產生電漿。這個電漿是與領域20、40內產生的濺鍍電漿不同的電漿。
交流電源89供給的電力(電漿處理電力)在基板S以玻璃材料構成的情況下，較佳的是能夠設定在0.5~4.5kW，在基板S以樹脂材料構成的情況下，較佳的是能夠設定在1kW以下。
導入的反應處理用氣體是非活性氣體、及/或反應性氣體即可，最好是因應要形成的薄膜的種類而定。例如，以碳(C)構成目標物29a、29b並形成DLC(Diamond-Like Carbon)薄膜的情況下，能夠使用非活性氣體(氬氣或氦氣)。以矽(Si)構成目標物29a、29b並形成SiO2薄膜的情況下，能夠使用至少含有反應性氣體的氣體(僅反應性氣體、或非活性氣體與反應性氣體的混合氣體)。反應性氣體能夠使用臭氧等的氧化性氣體、氮等的氮化性氣體、甲烷等的碳化性氣體、CF4等的氟化性氣體等。
本例中，基板保持氣13旋轉使各基板S導入領域60時，與在領域20的情況下相同，施加電壓到各基板S。因此，如同前述，對於與濺鍍電漿不同的上述電漿，在基板電極18施加電位，藉此存在於與濺鍍電漿不同的上述電漿內的反應處理用氣體的離子被拉到基板S側發生碰撞，對於形成於基板S表面的中間薄膜更加給予能量(電漿再處理)。
另外，施加於各基板S的電壓最好是包含從基板S 導入領域60之後一直都保持在既定值。然而，也可以在施加電壓的時間點，變動供給至基板電極18的電力量，以1000V/秒以下的速率拉起施加電壓。
導入的反應處理用氣體包含反應性氣體(例如含氧氣體)的情況下，上述電漿中會變得存在反應性氣體的活性種，這會導入領域60。然後，當基板保持器13旋轉且基板S導入領域60時，在領域20、40中形成於基板S的表面的中間薄膜(例如金屬原子或此金屬原子的不完全氧化物)被電漿曝露處理(氧化處理)，而膜變換成金屬原子的完全氧化物，形成超薄膜。以上就是在領域60下的對中間薄膜的電漿曝露。
本例中，形成於基板S的表面的超薄膜到達既定的膜厚(例如3μm程度以上，較佳的是3~7μm程度)為止，會反覆地進行濺鍍處理與電漿曝露處理，藉此將作為目標膜厚的最終的薄膜產生於保持在基板保持器13上的全部的基板S上。
根據本例，在形成於單一的真空容器11內的成膜領域20內，進行使用習知的偏壓濺鍍法的成膜後，進行電漿再處理，使在與成膜領域20空間上分離配置的反應領域60內產生的且與成膜領域20下的濺鍍電漿不同的電漿中的離子發生碰撞。也就是對偏壓濺鍍後的薄膜再次實施電漿處理。藉此，即使不提高施加於基板S的電壓或領域20下的濺鍍電力，藉由改變領域60下的處理條件，也能夠獨立出電漿處理的效果並加以控制。
(4)其他的實施形態：以上說明的實施形態是為了使上述發明容易理解而記載，並非是用限定上述發明。因此，上述實施形態中揭露的各要素均包含屬於上述發明的技術範圍內的全部的設計變更或均等物。
上述的實施形態中，可在目標膜厚的最終薄膜形成於基板S上後，再進行電漿後處理。具體來說，首先使基板保持器13的旋轉暫時停止，停止領域20、40內的動作(濺鍍用氣體的供給、交流電源23、43的電力供給)。另一方面，持續領域60的動作。也就是說，在領域60繼續反應處理用氣體的供給、交流電源89的電力供給，繼續發生電漿。在這個狀態下，使基板保持器13再旋轉，當基板S被搬送到領域60時，產生於基板S的薄膜會在通過領域60期間被實施電漿處理(後處理)。藉由實施電漿後處理，能夠期待對最終的薄膜提昇表面的平坦性等的效果。在實施電漿後處理的情況下，也可以用相同的條件來執行形成薄膜時的電漿曝露處理與薄膜形成後的電漿後處理，也可以用不同的提見來執行。實施電漿後處理的情況下，可以例如變動混合氣體中的反應性氣體的濃度。又要實施電漿後處理的情況下，對於形成薄膜時的電漿曝露處理，也可以變動電漿處理電力(交流電源89供給的電力)。在這個情況下，能夠以匹配盒87來做調整。電漿後處理的時間設定為例如1~60分鐘左右的範圍內的適當時間。
上述實施形態中，舉出了使用磁控濺鍍(濺鍍的一個例子)的成膜裝置1來形成薄膜的情況，但並不限定於此，也能夠使用其他的濺鍍方法來成膜，所使用的成膜裝置會執行 不用到磁控放電的2極濺鍍等的其他的習知的濺鍍。然而，濺鍍時的周圍氣體在任一種情況下都要是非活性氣體。
接著，舉出使上述發明的實施形態更具體化的實施例，更加詳細地說明本發明。
[實驗例1]
使用第1圖及第2圖所示的成膜裝置1，設置100片基板S於基板保持器13上，以下述的條件反覆地進行在領域20的濺鍍與在領域60的電漿曝露，形成厚度3μm的DLC薄膜於基板S上，獲得複數的實施例樣本。以下述條件評價成膜後的膜硬度。結果顯示於第3圖。
基板S：BK7(玻璃基板)；成膜速率：0.1nm/s；基板溫度：室溫。
<在領域20的濺鍍>
濺鍍用氣體：Ar；濺鍍用氣體壓力：0.11Pa；濺鍍用氣體的導入流量：80sccm；目標物29a、29b：碳(C)；濺鍍功率密度：10.91W/cm2；施加於基板S的電壓：180V；對基板電極18的電力供給源：DC電源。
<在領域60的電漿曝露>
反應處理用氣體：Ar； 反應處理用氣體壓力：0.11Pa；反應處理用氣體的導入流量：60sccm；交流電源89供給至天線85a、85b的電力(電漿處理電力)：0W、400W、500W、600W、800W、1000W、2500W、5000W；施加於天線85a、85b的交流電壓的頻率：13.56MHz。
<膜硬度>使用微小硬度試驗機(MMT-X7，Matsuzawa公司製)，以下述的量測條件來量測實驗例樣本的DLC薄膜表面的硬度(GPa)。
壓頭形狀：vickers壓頭(a=136°)；量測環境：溫度20℃、相對濕度60%；試驗負重：25gf；負重速度：10μ/s；最大負重潛變(creep)時間：15秒。
<考察>從第3圖可知，實驗例樣本的DLC薄膜的膜硬度會跟著領域60的電漿處理電力而變化。因此，使在領域20下的濺鍍功率密度、在領域20及領域60的基板偏壓供給電力維持一定，僅變化在領域60的電漿處理電力條件，能夠調整(控制)獲得的薄膜的膜硬度。
[實驗例2]
使用第1圖及第2圖所示的成膜裝置1，設置36片基板S於基板保持器13上，以下述的條件反覆地進行在領域20的濺鍍與在領域60的電漿曝露，形成厚度1μm的SiO2薄膜於基板S上，獲得複數的實施例樣本。以下述條件評價電 漿成膜後的蝕刻速率。結果顯示於第4圖。
基板S：BK7(玻璃基板)；成膜速率：0.1nm/s；基板溫度：室溫。
<在領域20的濺鍍>
濺鍍用氣體：Ar；濺鍍用氣體壓力：0.1Pa；濺鍍用氣體的導入流量：80sccm；目標物29a、29b：矽(Si)；濺鍍功率密度：5.74W/cm2；施加於基板S的電壓：130V；供給基板電極18的電力(基板偏壓供給電力)：600W；對基板電極18的電力供給源：RF電源+DC電源。
<在領域60的電漿曝露>
反應處理用氣體：O2；反應處理用氣體中的O2濃度：100%；反應處理用氣體壓力：0.1Pa；反應處理用氣體的導入流量：50sccm；交流電源89供給至天線85a、85b的電力(電漿處理電力)：2kW、3kW、4kW、4.5kW；施加於天線85a、85b的交流電壓的頻率：13.56MHz。
<蝕刻速率>計算出不施加電壓於各基板S的狀態(無偏壓，施加於基板S的電壓：0V；基板偏壓供給電力：0W) 下成膜的速率，然後根據以下的計算式評價實驗例樣本的SiO2薄膜的蝕刻速率(nm/S)。
計算式：蝕刻速率=(無偏壓的成膜速率)-(有偏壓的成膜速率)
在領域20、60下，濺鍍電漿中的離子以及與該濺鍍電漿不同的電漿中的離子都會因為施加於各基板S的電壓而被拉到各基板S側，與薄膜碰撞，因此，無法形成緻密構造的膜會被一邊蝕刻一邊成膜。成膜後，量測薄膜的膜厚，藉此能夠算出成膜速率(有偏壓)。
<考察>從第4圖可知，實驗例樣本的SiO2薄膜的蝕刻速率會跟著在領域60的電漿處理電力而變化。因此，使在領域20下的濺鍍功率密度、在領域20及領域60的基板偏壓供給電力維持一定，僅變化在領域60的電漿處理電力條件，能夠調整(控制)獲得的薄膜的蝕刻速率。
結果，在階差覆蓋(微細的階差部上的被覆狀態)這點上，位於階差部的側面部與底部的成膜速率變得能夠控制，例如第5圖所示，能夠形成沒有空隙的膜。
1‧‧‧成膜裝置
11‧‧‧真空容器
12‧‧‧分隔壁
13‧‧‧基板保持器
14‧‧‧分隔壁
15‧‧‧真空泵
15a‧‧‧配管
16‧‧‧分隔壁
18‧‧‧基板電極
20、40‧‧‧成膜領域
21a、21b、41a、41b‧‧‧磁控濺鍍電極
23、43‧‧‧交流電源
24、44‧‧‧變壓器
25、45‧‧‧質流控制器
26、46‧‧‧濺鍍用氣桶
29a、29b、49a、49b‧‧‧目標物
60‧‧‧反應領域
67‧‧‧質流控制器
68‧‧‧反應處理用氣桶
80‧‧‧電漿源
83‧‧‧介電體板
87‧‧‧匹配盒
89‧‧‧交流電源
S‧‧‧基板

Claims (10)

  1. 一種成膜方法，包括：進行電漿處理，將施加電壓的複數的基板依序導入成膜領域內的既定位置，因為濺鍍放電產生的濺鍍電漿而從目標物放出的濺鍍粒子會到達該成膜領域，藉此使濺鍍粒子到達並堆積於該基板的表面，且同時使濺鍍電漿中的離子碰撞該基板或濺鍍粒子的堆積物，形成薄膜，其中該成膜方法更包括：進行電漿再處理，在形成於具有排氣系統的單一真空槽內的成膜領域內，進行濺鍍粒子的堆積以及利用濺鍍電漿的電漿處理來形成中間薄膜後，將該基板移動到與該成膜領域在空間上分離配置的反應領域內，讓與該濺鍍電漿不同的其他電漿中的離子碰撞該中間薄膜，形成該薄膜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成膜方法，其中使用一成膜裝置在複數的基板的表面分別形成薄膜，該成膜裝置中，因為濺鍍放電產生的濺鍍電漿而讓目標物放出濺鍍粒子的成膜領域、以及產生與濺鍍電漿不同的其他電漿的反應領域，會在具有排氣系統的單一真空槽內各自空間上分離配置，且在各領域的處理能夠獨立控制，其中該成膜方法更包括：將濺鍍放電產生的濺鍍電漿產生於成膜領域內的步驟；將與濺鍍電漿不同的其他的電漿產生於反應領域內的步驟；對複數的基板分別施加電壓的步驟； 將施加電壓的複數的基板移動到成膜領域內的既定位置以及反應領域內的既定位置之間的步驟，其中因為濺鍍放電產生的濺鍍電漿而從目標物放出的濺鍍粒子會到達該成膜領域的該既定位置，而反應領域的該既定位置會暴露於於與濺鍍電漿不同的其他電漿，其中進行電漿處理，使目標物放出的濺鍍粒子到達並堆積於導入成膜領域的基板，同時讓濺鍍電漿中的離子碰撞基板或濺鍍粒子的堆積物，以形成中間薄膜，然後進行電漿再處理，使與濺鍍電漿不同的電漿中的離子碰撞移動到反應領域中的基板的中間薄膜，以形成薄膜。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之成膜方法，其中在成膜領域，在充滿動作氣體的環境下，濺鍍金屬組成的目標物，進行濺鍍粒子的堆積與利用濺鍍電漿的電漿處理，形成金屬或金屬的不完全反應物組成的連續的中間薄膜或不連續的中間薄膜，在反應領域，將在含有反應氣體的環境下產生的電漿中的，電中性的反應性氣體的活性種，接觸移動而來的基板的中間薄膜使其發生反應，讓膜變化為金屬的完全反應物組成的連續的超薄膜。
  4. 如申請專利範圍第1至3項任一項所述之成膜方法，其中將做為動作氣體的活性氣體導入成膜領域，使濺鍍電漿中產生非活性氣體離子化的產物，將非活性氣體、反應性氣體、非活性氣體與反應性氣體的混合氣體中的任一者導入反應領域，使與濺鍍電漿不同的其他電漿中產生導入氣體 離子化的產物。
  5. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之成膜方法，其中一邊將複數的基板保持在外周面的狀態下施加電壓，一邊旋轉筒狀的基板保持器，藉此使被施加電壓的基板移動於成膜領域的該既定位置與反應領域的該既定位置之間，以重複進行中間薄膜的形成與超薄膜的變換，而形成薄膜。
  6. 如申請專利範圍第1至5項任一項所述之成膜方法，其中做為用以施加電壓至複數的基板的電力供給源，使用能夠連接到直流電源與高頻電源中的一者或兩者而構成之物。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之成膜方法，其中施加於複數的基板的各個電壓(從直流電源供給的電力的情況下是輸出電壓，從高頻電源供給電力的情況下是自我偏壓)在5~1000V。
  8. 如申請專利範圍第1至7項任一項所述之成膜方法，其中從交流電源施加頻率10kHz~2.5GHz的交流電壓，藉此在反應領域內產生電漿。
  9. 一種成膜裝置，包括：真空槽，具有排氣系統；成膜領域，形成於真空槽內；反應領域，形成於真空槽內，且與成膜領域在空間上分離配置；陰極電極，搭載目標物；濺鍍電源，在面向目標物的被濺鍍面的成膜領域內進行濺鍍放電 電漿產生構件，在反應領域內產生與在成膜領域內發生電漿放電的濺鍍電漿不同的其他的電漿；筒狀的基板保持器，保持複數的基板於外周面；以及驅動構件，使基板保持器旋轉，其中利用驅動手段使基板保持器旋轉，使基板反覆移動於成膜領域內的既定位置與反應領域內的既定位置之間，其中因為濺鍍電漿而從目標物放出的濺鍍粒子會到達該成膜領域的該既定位置，而反應領域的該既定位置會暴露於與濺鍍電漿不同的其他電漿，該成膜裝置更包括：基板電極，從背面搭載被保持於基板保持器的基板；以及偏壓電源，供給電力至基板電極，其中將目標物搭在於陰極電極並啟動濺鍍電源，使電漿產生構件動作，另一方面，將複數的基板保持於基板保持器的外周面，一邊供給電力至基板電極以對基板施加電壓，且一邊使基板保持器旋轉，藉此讓目標物放出的濺鍍粒子到達並堆積於移動至成膜領域的基板，同時讓濺鍍電漿中的離子碰撞基板或濺鍍粒子的堆積物，進行上述電漿處理形成中間薄膜後，使與濺鍍電漿不同的電漿中的離子與移動至反應領域的基板的中間薄膜碰撞，進行上述電漿處理將膜變換成超薄膜，之後層積複數的該超薄膜以形成薄膜。
  10. 一種成膜裝置，包括：真空槽，具有排氣系統；成膜領域，形成於真空槽內； 反應領域，形成於真空槽內，且與成膜領域在空間上分離配置；陰極電極，搭載目標物；濺鍍電源，在面向目標物的被濺鍍面的成膜領域內進行濺鍍放電電漿產生構件，在反應領域內產生與在成膜領域內發生電漿放電的濺鍍電漿不同的其他的電漿；筒狀的基板保持器，保持複數的基板於外周面；以及驅動構件，使基板保持器旋轉，其中利用驅動手段使基板保持器旋轉，使基板反覆移動於成膜領域內的既定位置與反應領域內的既定位置之間，其中因為濺鍍電漿而從目標物放出的濺鍍粒子會到達該成膜領域的該既定位置，而反應領域的該既定位置會暴露於與濺鍍電漿不同的其他電漿，該成膜裝置更包括：基板電極，從背面搭載被保持於基板保持器的基板；以及偏壓電源，供給電力至基板電極。
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