本發(fā)明涉及基于偏壓濺射法的成膜方法和成膜裝置。

背景技術：

關于作為利用了等離子體反應的成膜法的一種的濺射成膜法中的一種，已知下述這樣的方法：除了對載置靶材的陰極電極賦予電位之外，還對載置基板的基板電極賦予電位，從而一邊對基板電極上所載置的基板施加偏壓一邊形成薄膜(偏壓濺射法)(專利文獻1和2)。

該偏壓濺射法的原理大致如下。如果在將稀有氣體等環(huán)境氣體導入到系統(tǒng)內的基礎上對載置靶材的陰極電極供給電力以賦予電位從而使導入氣體在陰極電極與基板電極之間的空間內放電，則在因該放電而產(chǎn)生的等離子體內所生成的全部離子中的一部分被吸引而撞擊靶材，使靶材物質彈出，從而在與靶材對置地配置的基板的表面上形成由靶材物質的堆積物構成的薄膜(濺射成膜)。與此同時，對載置基板的基板電極供給電力，由此相對于所述等離子體對基板電極賦予電位，由此，所述等離子體內存在的全部離子中的剩余部分被吸引而撞擊基板，對堆積在基板上的靶材物質提供能量(等離子體處理)，由此對薄膜賦予規(guī)定的功能。

作為通過等離子體處理所賦予的功能，例如有下述功能：膜質致密化而使得硬度提高(專利文獻1)；或者，改善階梯覆蓋性(step coverage)(在微小的階梯部處的覆蓋狀態(tài))，即在階梯部處，側面和底部都以大致均勻的膜厚來形成(專利文獻2)。前者是通過等離子體中的離子的成膜輔助所實現(xiàn)的功能，后者是基于該離子的蝕刻效果所實現(xiàn)的功能。

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和2所公開的方法在內的基于偏壓濺射法的以往成膜方法都將在陰極電極與基板電極之間生成的單一的等離子體內所產(chǎn)生的離子用于濺射成膜和等 離子體處理這兩者中。如果變換看法，則是在相同的區(qū)域內進行濺射成膜和等離子體處理。因此，在控制性較低這點上存在問題。

例如，在考慮欲提高等離子體處理的效果時，在以往的成膜方法中，必須采用下述方法中的任意一種：1)提高對基板電極供給的功率，由此提高對基板施加的偏壓；或2)提高對陰極電極供給的功率，由此提高對靶材進行濺射的功率。

可是，在利用方法1)的情況下，由于該能量也會與照射在基板上的離子的密度一起增加，因此，根據(jù)所使用的基板的材質，基板也可能受到破壞(損傷)。在利用方法2)的情況下，撞擊靶材的離子的密度增加，由此導致從靶材濺射出的靶材物質的量增加(成膜速率增加)，因此，無法維持期望的成膜速率。

技術實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個方面，提供一種基于偏壓濺射法的成膜方法和成膜裝置，其能夠在抑制對基板的破壞的同時維持期望的成膜速率，并且能夠調整等離子體處理的效果。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種成膜方法，將被施加有電壓的多個基板依次導入成膜區(qū)域內的規(guī)定的位置，成膜區(qū)域是利用濺射放電的濺射等離子體從靶材釋放出的濺射粒子所到達的區(qū)域，由此，使濺射粒子到達基板的表面進行堆積，并且進行使濺射等離子體中的離子撞擊基板或濺射粒子的堆積物的等離子體處理，形成薄膜，其特征在于，在形成于具有排氣系統(tǒng)的單一的真空槽內的成膜區(qū)域內，進行濺射粒子的堆積和基于濺射等離子體的等離子體處理而形成中間薄膜，然后，使基板移動至反應區(qū)域內(即，從成膜區(qū)域移動至反應區(qū)域)，進行使濺射等離子體之外的其他等離子體中的離子撞擊中間薄膜的等離子體再處理，形成薄膜，所述反應區(qū)域被配置成與成膜區(qū)域在空間上分離。

上述發(fā)明可以通過使用成膜裝置來實現(xiàn)，在所述成膜裝置中，利用濺射放電的濺射等離子體從靶材釋放出濺射粒子的成膜區(qū)域、和產(chǎn)生濺射等離子體之外的其他等離子體的反應區(qū)域在具有排氣系統(tǒng)的單一的真空槽內被配置成彼此在空間上分離，并且所述成膜裝置構成為能夠獨立地控制各區(qū)域中的處理。

具體而言，提供一種成膜方法，其利用作為一例的所述成膜裝置在多個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：在成膜區(qū)域內產(chǎn)生濺射放電的 濺射等離子體的工序；在反應區(qū)域內產(chǎn)生濺射等離子體之外的其他等離子體的工序；對多個基板分別施加電壓的工序；以及使施加有電壓的多個基板至少從成膜區(qū)域內的規(guī)定的位置移動至反應區(qū)域內的規(guī)定的位置的工序，所述成膜區(qū)域是利用濺射等離子體從靶材釋放出的濺射粒子所到達的區(qū)域，所述反應區(qū)域是被暴露于濺射等離子體之外的其他等離子體的區(qū)域，使從靶材釋放出的濺射粒子到達被導入到成膜區(qū)域中的基板進行堆積，同時進行使上述濺射等離子體中的離子撞擊基板或濺射粒子的堆積物的等離子體處理，形成中間薄膜，然后，進行使濺射等離子體之外的其他等離子體中的離子撞擊已經(jīng)移動到反應區(qū)域中的基板的中間薄膜的等離子體再處理，形成薄膜。

在上述發(fā)明中，形成薄膜的情況下的中間薄膜的形成和等離子體再處理只要至少進行1次即可。優(yōu)選的是，對于最初的等離子體再處理后的超薄膜反復多次執(zhí)行中間薄膜的形成和向超薄膜的轉換，由此能夠形成目標膜厚的薄膜。

在上述發(fā)明中，可以是，在成膜區(qū)域中，在工作氣體的環(huán)境下，對由金屬構成的靶材進行濺射，進行濺射粒子的堆積和基于濺射等離子體的等離子體處理，形成由金屬或金屬的不完全反應物構成的連續(xù)的中間薄膜或不連續(xù)的中間薄膜，在反應區(qū)域中，使在含有反應性氣體的環(huán)境下產(chǎn)生的等離子體中的、電中性的反應性氣體的活性種與移動來的基板的中間薄膜接觸而發(fā)生反應，將所述中間薄膜轉換為由金屬的完全反應物構成的連續(xù)的超薄膜。

在上述發(fā)明中，也可以是，將惰性氣體作為工作氣體導入到成膜區(qū)域中，在濺射等離子體中產(chǎn)生惰性氣體的離子，將惰性氣體、反應性氣體、以及惰性氣體和反應性氣體的混合氣體中的任意一種導入到反應區(qū)域中，在濺射等離子體之外的其他等離子體中產(chǎn)生導入氣體的離子。

在上述發(fā)明中，也可以是，在將多個基板保持在外周面上后，一邊施加電壓一邊使筒狀的基板保持器旋轉，由此使得施加有電壓的多個基板在成膜區(qū)域的所述規(guī)定的位置與反應區(qū)域的所述規(guī)定的位置之間移動，由此反復執(zhí)行中間薄膜的形成和向超薄膜的轉換，從而形成薄膜。

在上述發(fā)明中，可以是，作為用于對多個基板施加電壓的電力供給源，采用了構成為能夠與直流電源和高頻電源的一方或雙方連接的電力供給源。

在上述發(fā)明中，可以是，對多個基板分別施加的電壓為5V～1000V，其中，在基于從直流電源供給的電力的情況下，對多個基板分別施加的電壓為輸出電壓，在基 于從高頻電源供給的電力的情況下，對多個基板分別施加的電壓是自偏電壓。

在上述發(fā)明中，可以是，通過從交流電源施加頻率為10kHz～2.5GHz的交流電壓而在反應區(qū)域內產(chǎn)生等離子體。

作為可實現(xiàn)反復多次執(zhí)行中間薄膜的形成和向超薄膜的轉換的一例，例如可以采用下面所示的結構的成膜裝置。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種成膜裝置，其特征在于，所述成膜裝置具有：真空槽，其具有排氣系統(tǒng)；成膜區(qū)域，其形成于真空槽內；反應區(qū)域，其形成于真空槽內，并且被配置成與成膜區(qū)域在空間上分離；陰極電極，其搭載靶材；濺射電源，其使面對靶材的被濺射面的成膜區(qū)域內產(chǎn)生濺射放電；等離子體產(chǎn)生單元，其使反應區(qū)域內產(chǎn)生濺射等離子體之外的其他等離子體，所述濺射等離子體是通過在成膜區(qū)域內產(chǎn)生的濺射放電而形成的；筒狀的基板保持器，其將多個基板保持在外周面上；以及驅動單元，其使基板保持器旋轉，通過驅動單元使基板保持器旋轉，由此使基板在成膜區(qū)域內的規(guī)定的位置與反應區(qū)域內的規(guī)定的位置之間反復移動，所述成膜區(qū)域是利用濺射等離子體從靶材釋放出的濺射粒子所到達的區(qū)域，所述反應區(qū)域是被暴露于濺射等離子體之外的其他等離子體的區(qū)域，其中，所述成膜裝置還具備：基板電極，其從背面搭載由基板保持器保持的基板；和偏置電源，其向基板電極供給電力。

在上述發(fā)明中，成膜裝置可以構成為，將靶材搭載在陰極電極上并接通濺射電源，使等離子體產(chǎn)生單元工作，并且，將多個基板保持在基板保持器的外周面上，并且一邊向基板電極供給電力從而對基板施加電壓，一邊使基板保持器旋轉，由此使得從靶材釋放出的濺射粒子到達已經(jīng)移動到成膜區(qū)域中的基板進行堆積，同時，進行使濺射等離子體中的離子撞擊基板或濺射粒子的堆積物的等離子體處理，形成中間薄膜，然后，進行使濺射等離子體之外的其他等離子體中的離子撞擊已經(jīng)移動到反應區(qū)域中的基板的中間薄膜的等離子體再處理，將所述中間薄膜轉換為超薄膜，然后，使多層該超薄膜層疊而形成薄膜。

在上述發(fā)明中所說的“移動”中，除曲線的移動(例如圓周移動)之外，也包括直線移動。因此，對于“使基板從成膜區(qū)域移動至反應區(qū)域中”，除了繞某個中心軸進行公轉移動的形態(tài)之外，也包括在連接某2點的直線軌道上進行往復移動的形態(tài)。

上述發(fā)明中所說的“旋轉”除自轉之外也包括公轉。因此，在單純地稱為“繞中心軸旋轉”的情況下，除繞某個中心軸進行自轉的形態(tài)之外，也包括進行公轉的形態(tài)。

上述發(fā)明中所說的“中間薄膜”是指穿過成膜區(qū)域而形成的膜。另外，“超薄膜”是指將超薄膜堆積多次而成為最終的薄膜，因此，“超薄膜”是為了防止與該“薄膜”混淆而使用的用語，是比最終的“薄膜”足夠薄的意思。

根據(jù)上述發(fā)明，在形成于單一的真空槽內的成膜區(qū)域內進行了基于以前的偏壓濺射法的成膜后，進行等離子體再處理，在該等離子體再處理中，使在配置成與成膜區(qū)域在空間上分離的反應區(qū)域內產(chǎn)生的、成膜區(qū)域中的濺射等離子體之外的其他等離子體中的離子撞擊薄膜。即，對偏壓濺射后的薄膜再次實施等離子體處理。由此，即使不提高對基板施加的電壓或濺射功率，也能夠獨立地控制等離子體處理的效果。

即，根據(jù)本發(fā)明，能夠在抑制對基板的破壞的同時維持期望的成膜速率，并且能夠調整等離子體處理的效果。

附圖說明

圖1是示出用于實現(xiàn)本發(fā)明方法的成膜裝置的一例的局部橫剖視圖。

圖2是沿圖1中的II-II線的局部縱剖視圖。

圖3是示出實驗例1中的反應區(qū)域處的等離子體處理功率與薄膜的膜硬度之間的關系的曲線圖。

圖4是示出實驗例2中的反應區(qū)域處的等離子體處理功率與對薄膜進行蝕刻的蝕刻速率之間的關系的曲線圖。

圖5是示出對圖案基板進行埋入成膜后的一個示例的剖視圖。

標號說明

1：成膜裝置；11：真空容器；13：基板保持器；S：基板；12、14、16：間隔壁；15：軸；18：基板電極；19：電力供給源；19a：配線部件；20、40：成膜區(qū)域；濺射源(21a、21b、41a、41b：磁控濺射電極；23、43：交流電源；24、44：變壓器；29a、29b、49a、49b：靶材)；濺射用氣體供給單元(26、46：濺射用儲氣瓶；25、45：質量流量控制器)；60：反應區(qū)域；80：等離子體源(81：殼體；82：天線收納室；83：電介質板；85a、85b：天線；87：匹配器；89：交流電源)；反應處理用氣體供給單元(68：反應處理用儲氣瓶；67：質量流量控制器)。

具體實施方式

下面，參照附圖對本發(fā)明方法的一個實施方式詳細地進行說明。

首先，對能夠實現(xiàn)本發(fā)明方法的成膜裝置的一個結構例進行說明。

圖1和圖2所示的成膜裝置1是本發(fā)明的成膜裝置的一個示例，并且是通過一次處理就能夠對多個基板S成膜的批處理方式的所謂的轉盤型裝置，成膜裝置1具有真空容器11，在該真空容器11內配設有筒狀的旋轉體。

在本例中，真空容器11具有腔主體，該腔主體是利用沿鉛直方向(圖1的紙面方向和圖2的上下方向。以下相同)延伸的側壁在平面方向(與所述鉛直方向垂直的方向。圖1的上下左右方向和圖2的紙面方向。以下相同)上環(huán)繞而構成。在本例中，雖然使腔主體的平面方向上的截面形成為方形狀，但也可以是其他形狀(例如圓形等)。真空容器11例如由不銹鋼等金屬構成。

在真空容器11的上方形成有用于使軸15(參照圖2)貫穿的孔，該真空容器11電接地而被設置為接地電位。排氣用的配管15a與真空容器11連接。用于對真空容器11內進行排氣的真空泵10與配管15a連接，通過該真空泵10和控制器(省略圖示)能夠調節(jié)真空容器11內的真空度。真空泵10例如可以由旋轉泵或渦輪分子泵(TMP：turbo molecular pump)等構成。

在本例中，軸15由大致管狀部件形成，經(jīng)由配設于在真空容器11的上方形成的孔部分中的絕緣部件(未圖示)，被支承成能夠相對于真空容器11旋轉。軸15經(jīng)由由絕緣子、樹脂等構成的絕緣部件支承于真空容器11，由此能夠在與真空容器11電絕緣的狀態(tài)下相對于真空容器11旋轉。

在本例中，在軸15的位于真空容器11外側的上端側固定安裝有第1齒輪(未圖示)，該第1齒輪與馬達17的輸出側的第2齒輪(未圖示)嚙合。因此，通過馬達17的驅動，旋轉驅動力經(jīng)由第2齒輪被傳遞至第1齒輪，從而使軸15旋轉。

在軸15的位于真空容器11內側的下端部安裝有筒狀的旋轉體(旋轉滾筒)。

在本例中，旋轉滾筒以沿其筒方向延伸的軸線Z朝向真空容器11的鉛直方向(Y方向)的方式配設于真空容器11內。在本例中，旋轉滾筒形成為圓筒狀，但不限于該形狀，也可以是橫截面呈多邊形的多棱柱形或圓錐狀。旋轉滾筒通過軸15的基于馬達17的驅動所實現(xiàn)的旋轉，以軸線Z為中心旋轉。

在旋轉滾筒的外側(外周)裝配有基板保持器13。在基板保持器13的外周面設有多個基板保持部(例如凹部。省略圖示)，能夠利用該基板保持部對多個作為成膜 對象的基板S從背面(是指成膜面的相反側的面。)進行支承。在本例中，基板保持器13的軸線(省略圖示)與旋轉滾筒的軸線Z一致。因此，通過使旋轉滾筒以軸線Z為中心旋轉，基板保持器13與旋轉滾筒的旋轉同步且與旋轉滾筒成為一體地以該滾筒的軸線Z為中心旋轉。

在設置于基板保持器13的外周面的多個基板保持部上，分別配備有基板電極18，所述基板電極18從基板S的背面搭載基板S。各基板電極18例如由不銹鋼制的板狀部件構成，并經(jīng)由配線部件19a與位于真空容器11外側的電力供給源19連接。

在本例中，電力供給源19構成為能夠與直流(DC)電源和高頻(RF)電源的一方或雙方連接(詳細結構省略圖示)。在絕緣性的基板S上成膜的情況下，或者在使用絕緣物作為附著于基板S上的成膜材料的情況下，可以僅使用RF電源或使用RF電源和DC電源的組合。在使導電性的成膜材料在導電性的基板S上成膜的情況下，可以僅使用DC電源或使用RF電源和DC電源的組合。

在本例中，也可以在基板電極18與DC電源之間串聯(lián)連接濾波器(未圖示)。這樣，能夠使來自RF電源的高頻電力高效地向基板電極18方向流動，而不流向DC電源(通過濾波器切斷)。另外，也可以在基板電極18與RF電源之間串聯(lián)連接阻抗匹配用的匹配器(matching box)。

在本例中，配線部件19a形成為這樣的形狀：從位于真空容器11外側的電源側通過由大致管狀部件形成的軸15的內側，向配設于真空容器11內的旋轉滾筒的內側延伸。

各基板電極18以與各基板S的背面對置且平行的方式被配設于從所配置的各基板S的背面離開規(guī)定的距離(d)的位置。基板S與基板電極18之間的距離d(更準確來說，是基板S的背面與基板電極18的表面之間的距離)被設定在可使基板電極18的自偏壓效應反映在基板S上的范圍內。另外，通過使距離d變化，能夠調整反映在基板S上的自偏壓效應。當然，也可以通過變更濺射用功率來調整自偏電位。

雖然也取決于成膜條件，但在本例中，當距離d為0.20mm左右以下時，基板電極18的自偏壓效應會對基板S造成影響。使基板S的材質、從電力供給源19供給至基板電極18的功率值、或成膜環(huán)境等成膜條件變化來進行了成膜實驗，其結果是，在距離d處于0.10～0.14mm的范圍內時，獲得了良好的膜。因此，優(yōu)選將距離d設定在該范圍內。另外，通過變更距離d或功率值來進行自偏壓效應的調整。當然，在 所述范圍內對距離d進行調整。

距離d的調整例如可以通過將導電性或絕緣性的間隔件(省略圖示)插入基板電極18的背面來進行。在本例中，對應于各基板電極18來調整距離d，但也可以通過將各基板電極18構成為一體來一并進行距離d的設定。

考慮各基板S的大小來確定各基板電極18的大小。該基板電極18優(yōu)選為基板S的尺寸的80％以上的大小，特別優(yōu)選為基板S的尺寸的90％以上的大小。

例如，在基板S為圓板狀且其直徑為100mm的情況下，基板電極18優(yōu)選為相同的圓板狀，另外，優(yōu)選以其直徑為80～98mm的尺寸來形成。

并且，當基板電極18相對于基板S的大小來說過小時，難以使反映到基板S表面上的自偏壓效應均勻，因此，存在基板S上形成的薄膜的厚度或膜質變得不均勻的可能性。另一方面，當基板電極18過于接近其他部件(例如基板保持器13等)時，會在該基板電極18與基板保持器13之間放電，被供給的濺射用功率可能變得不穩(wěn)定。

因此，在使基板電極18的大小相對于基板S的尺寸形成為90％左右以上的情況下，能夠使與基板電極18接近的區(qū)域的基板保持器13的、基板電極18側絕緣。作為絕緣方法，例如可以列舉出基于熱噴涂等實現(xiàn)的絕緣性涂覆等。

在將基板電極18安裝于各個基板S的背面?zhèn)鹊那闆r下，由于會對各個基板電極18分別供給電力，因此，無需對整個基板保持器13供給電力。由于施加電流的面積較小，因此，能夠將可施加于各基板S的電壓/電流值的范圍設定得比以往更高，從而能夠提高離子的密度，其結果是，能夠實現(xiàn)膜質的致密化或處理時間的縮短。

在配置于真空容器11內的基板保持器13的周圍，配設有濺射源和等離子體源80。在本例中，配設了2個濺射源和1個等離子體源80，但在本發(fā)明中，只要至少有一個濺射源即可，以此為標準，后述的成膜區(qū)域也只要至少有1個即可。

在本例中，在各濺射源的前面分別形成有成膜區(qū)域20、40。相同地，在等離子體源80的前面形成有反應區(qū)域60。

區(qū)域20、40形成在由真空容器11的內壁面、從該內壁面朝基板保持器13突出的間隔壁12(或14)、基板保持器13的外周面以及各濺射源的前表面圍繞而成的區(qū)域中，由此，區(qū)域20、40在真空容器11的內部分別在空間上和壓力上分離，從而確保了彼此獨立的空間。并且，圖1中，假設對不同的兩種物質進行濺射，并例示了設置兩對磁控濺射電極的情況(21a、21b和41a、41b)。

區(qū)域60也與區(qū)域20、40相同地形成在由真空容器11的內壁面、從該內壁面朝基板保持器13突出的間隔壁16、基板保持器13的外周面以及等離子體源80的前表面圍繞而成的區(qū)域中，由此，區(qū)域60也在真空容器11的內部在空間上和壓力上與區(qū)域20、40分離，從而確保了獨立的空間。在本例中，構成為能夠分別獨立地控制各區(qū)域20、40、60中的處理。

各濺射源的結構并不特別限定，在本例中，各濺射源都分別由具備2個磁控濺射電極21a、21b(或41a、41b)的雙陰極型濺射源構成。在成膜時(后述)，靶材29a、29b(或49a、49b)分別以裝卸自如的方式被保持在各電極21a、21b(或41a、41b)的一端側表面上。在各電極21a、21b(或41a、41b)的另一端側，經(jīng)由對電量進行調整的作為功率控制單元的變壓器24(或44)與作為電力供給單元的交流電源23(或43)連接，并且構成為對各電極21a、21b(或41a、41b)施加頻率例如為1kHz～100kHz左右的交流電壓。

在各濺射源的前面(區(qū)域20、40)連接有濺射用氣體供給單元。在本例中，濺射用氣體供給單元包括：儲氣瓶26(或46)，其貯藏濺射用氣體；和質量流量控制器25(或45)，其對由該儲氣瓶26(或46)供給的濺射用氣體的流量進行調整。濺射用氣體通過配管被分別導入?yún)^(qū)域20(或40)。質量流量控制器25(或45)是對濺射用氣體的流量進行調節(jié)的裝置。來自儲氣瓶26(或46)的濺射用氣體在通過質量流量控制器25(或45)調節(jié)流量后被導入?yún)^(qū)域20(或40)。

等離子體源80的結構也不特別限定，在本例中，等離子體源80具有：殼體81，其以從外部堵住在真空容器11的壁面上形成的開口的方式被固定；和電介質板83，其固定于該殼體81的前表面。并且構成為，通過將電介質板83固定于殼體81上，由此，在被殼體81和電介質板83包圍的區(qū)域中形成天線收納室82。

天線收納室82從真空容器11的內部分離。即，天線收納室82和真空容器11的內部以被電介質板83隔開的狀態(tài)形成獨立的空間。另外，天線收納室82和真空容器11的外部以被殼體81隔開的狀態(tài)形成獨立的空間。天線收納室82經(jīng)由配管15a與真空泵10連通，通過用真空泵10抽真空，對天線收納室82的內部進行排氣從而能夠使天線收納室82的內部成為真空狀態(tài)。

在天線收納室82內設有天線85a、85b。天線85a、85b經(jīng)由收納匹配電路的匹配器87與交流電源89連接。天線85a、85b接收來自交流電源89的電力供給，使真 空容器11的內部(特別是區(qū)域60)產(chǎn)生感應電場，從而在區(qū)域60中產(chǎn)生等離子體。在本例中構成為，從交流電源89對天線85a、85b施加交流電壓，以使區(qū)域60產(chǎn)生反應處理用氣體的等離子體。在匹配器87內設有可變電容器，該可變電容器能夠變更從交流電源89向天線85a、85b供給的功率。

在等離子體源80的前面(區(qū)域60)連接有反應處理用氣體供給單元。在本例中，反應處理用氣體供給單元包括：儲氣瓶68，其貯藏反應處理用氣體；和質量流量控制器67，其對由該儲氣瓶68供給的反應處理用氣體的流量進行調整。反應處理用氣體通過配管被導入?yún)^(qū)域60。質量流量控制器67是對反應處理用氣體的流量進行調節(jié)的裝置。來自儲氣瓶68的反應處理用氣體在通過質量流量控制器67調節(jié)流量后被導入?yún)^(qū)域60。

另外，反應處理用氣體供給單元不限于上述結構(即，包括1個儲氣瓶和1個質量流量控制器的結構)，還可以形成為包括多個儲氣瓶和質量流量控制器的結構(例如是具有分別貯藏惰性氣體和反應性氣體的2個儲氣瓶和對從各儲氣瓶供給的各氣體的流量進行調整的2個質量流量控制器的結構)。

下面，對采用了成膜裝置1的本發(fā)明方法的一個示例進行說明。

(1)成膜的前序準備

(a)首先，將靶材29a、29b(或49a、49b)設置在電極21a、21b(或41a、41b)上，并將多個作為成膜對象的基板S在設置于基板保持器13上后收納在真空容器11內。

作為基板S，除塑料基板(有機玻璃基板)、無機基板(無機玻璃基板)外，還可以應用不銹鋼等的金屬基板，其厚度例如為0.1～5mm。并且，作為基板S的一個示例即無機玻璃基板，例如可以列舉出堿石灰玻璃(6H～7H)、硼硅酸鹽玻璃(6H～7H)等。并且，無機玻璃基板的括號內的數(shù)字是利用以JIS-K5600-5-4為依據(jù)的方法測量出的鉛筆硬度的值。

基板S的配置不特別限定，在本例中，在基板保持器13的外周面上沿基板保持器13的旋轉方向(橫向)斷續(xù)地排列有多個基板S，并且，沿與基板保持器13的軸線Z平行的方向(縱向，Y方向。等同于真空容器11的鉛直方向)斷續(xù)地排列有多個基板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為平板狀 (大致矩形板狀)而成的，該靶材29a、29b(或49a、49b)以其長度方向與基板保持器13的旋轉軸線Z平行且其平行方向的面與基板保持器13的側面(或外周面)對置的方式保持在各電極21a、21b(或41a、41b)的表面上。

作為成膜材料，例如可以根據(jù)需要適當選擇Si、Nb、Al、Ta、Cu等金屬、或者C等非金屬、SiO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃這樣的絕緣物等。

(b)接下來，使用真空泵10使真空容器11內成為10^-5～0.1Pa左右的高真空狀態(tài)。此時，將閥門打開，也同時對等離子體源80的天線收納室進行排氣。然后，開始驅動馬達17，通過軸15使基板保持器13以軸線Z為中心旋轉。這樣，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的自轉軸即軸線Z為中心公轉，在面對區(qū)域20、40的位置與面對區(qū)域60的位置之間反復移動。

然后，依次反復在區(qū)域20、40處進行的濺射處理和在區(qū)域60處進行的等離子體暴露處理，在基板S的表面生成規(guī)定膜厚的薄膜。

在本例中，基板保持器13的轉速只要是10rpm以上即可，優(yōu)選是50rpm以上，更加優(yōu)選是80rpm以上。通過使轉速為50rpm以上，能夠增加膜質的致密化或處理時間縮短等優(yōu)點，是優(yōu)選的。在本例中，將基板保持器13的轉速的上限設置為例如150rpm左右，優(yōu)選設置為100rpm。

在本例中，通過在區(qū)域20、40的任意一個區(qū)域中進行的濺射處理而在基板S的表面上形成中間薄膜，通過此后的等離子體暴露處理對該中間薄膜進行轉換而使其形成為超薄膜。然后，通過反復進行濺射處理和等離子體暴露處理，由此在超薄膜上堆積下一層的超薄膜，反復該操作直至成為最終的薄膜。

并且，在本例中，“中間薄膜”是指穿過區(qū)域20和區(qū)域40中的任意一個區(qū)域而形成的薄膜。關于“超薄膜”，由于多次堆積超薄膜而成為最終的薄膜(目標膜厚的薄膜)，因此，“超薄膜”是為了防止與該最終的“薄膜”混淆而使用的用語，以比最終的“薄膜”足夠薄的意思來使用。

(2)濺射處理

濺射處理如下述這樣進行。在本例中，首先，在確認真空容器11內的壓力穩(wěn)定后，將區(qū)域20內的壓力調整為例如0.05～0.2Pa，然后，經(jīng)由質量流量控制器25將規(guī)定流量的濺射用氣體從儲氣瓶26導入到區(qū)域20中。

在本例中，單獨使用惰性氣體作為濺射用氣體，沒有并用氮、氧等反應性氣體。 本例中的惰性氣體的導入流量例如設定為100～600sccm，優(yōu)選設定為大約150～500sccm。這樣，靶材29a、29b的周圍成為惰性氣體環(huán)境。該狀態(tài)下，從交流電源23經(jīng)由變壓器24對各電極21a、21b施加交流電壓，從而對靶材29a、29b施加交變電場。

在本例中，對各電極21a、21b供給電力(濺射功率)，以便相對于靶材29a、29b使濺射功率密度成為大約0.57W/cm²～10.91W/cm²?！肮β拭芏取笔侵笇Π胁?9a、29b(或49a、49b)的每單位面積(cm²)供給的功率(W)。

通過對靶材29a、29b供給電力，在某個時刻，靶材29a成為陰極(負極)，此時，靶材29b必然成為陽極(正極)。如果在下一時刻改變交流的方向，則這次靶材29b成為陰極(負極)，靶材29a成為陽極(正極)。通過像這樣使一對靶材29a、29b交替地成為陽極和陰極，由此，各靶材29a、29b周圍的濺射用氣體(惰性氣體)的一部分釋放出電子而離子化。通過配置于各電極21a、21b中的磁鐵在各靶材29a、29b的表面形成漏磁場，該電子在各靶材29a、29b的表面附近所產(chǎn)生的磁場中一邊描畫環(huán)形(toroidal)曲線一邊周轉。沿著該電子的軌道在區(qū)域20中產(chǎn)生較強的濺射等離子體，該等離子體中的濺射用氣體的離子被朝向負電位狀態(tài)(陰極側)的靶材加速而與各靶材29a、29b撞擊，由此使各靶材29a、29b的表面(被濺射面)濺射而釋放出原子或粒子(以下，也存在統(tǒng)稱為濺射粒子或靶材物質的情況)(濺射處理)。

并且，正在進行濺射時，雖然也存在非導電性或導電性低的不完全反應物等附著在陽極上的情況，但當該陽極通過交變電場被變換為陰極時，這些不完全反應物等被濺射，靶材表面成為原來的清潔的狀態(tài)。并且，通過反復進行使一對靶材29a、29b交替地成為陽極和陰極的操作，能夠一直獲得穩(wěn)定的陽極電位狀態(tài)，防止了等離子電位(通常與陽極電位幾乎相等)的變化，從而能夠朝向基板S的表面穩(wěn)定地釋放出濺射粒子。

在本例中，在上述的濺射處理中，從電力供給源19對各基板電極18供給電力(在高頻電力的情況下例如是50～2000W，在直流電力的情況下例如是1000V以下，優(yōu)選是30～1000V)，來對各基板S施加電壓。這樣，在基板電極18上對濺射等離子體賦予電位，由此，在濺射等離子體內存在的濺射用氣體的所有離子的一部分被向基板S側吸引而撞擊基板S，從而對附著并堆積在基板S表面上的靶材物質提供能量(等離子體處理)。

在本例中，優(yōu)選以施加于各基板S上的電壓為5～1000V的方式對基板電極18供給電力。當該電壓為5V以上時，容易獲得膜質的致密化和處理時間的縮短等優(yōu)點。此處的電壓能夠設置為1000V以下。并且，在基于從DC電源供給的電力的情況下，此處的電壓是指輸出電壓，在基于從RF電源供給的電力的情況下，此處的電壓是指自偏壓(RF等離子體放電時所產(chǎn)生的負的直流電壓)。

優(yōu)選的是，使施加于各基板S的電壓在成膜過程中不發(fā)生變化，而是一直保持為規(guī)定的值。

以上是在區(qū)域20中進行的濺射處理(基于下述這樣的偏壓濺射法的成膜處理：在該偏壓濺射法中，一邊施加陰極電壓和基板偏壓這兩個電壓，一邊形成中間薄膜)。

(3)等離子體處理

等離子體處理如下述這樣進行。在本例中，在使區(qū)域20、40工作的同時也開始使區(qū)域60工作。具體而言，經(jīng)由質量流量控制器67將規(guī)定流量的反應處理用氣體從儲氣瓶68導入?yún)^(qū)域60，使天線85a、85b的周圍成為規(guī)定氣體環(huán)境。

區(qū)域60的壓力例如維持在0.07～1Pa。另外，至少在使區(qū)域60產(chǎn)生等離子體的過程當中，將天線收納室的內部壓力保持在0.001Pa以下。如果在從儲氣瓶68導入了反應處理用氣體的狀態(tài)下從交流電源89對天線85a、85b施加頻率為10kHz～2.5GHz(優(yōu)選是100kHz～1000MHz)的交流電壓，則在區(qū)域60內的面對天線85a、85b的區(qū)域中產(chǎn)生等離子體。該等離子體是在區(qū)域20、40中產(chǎn)生的濺射等離子體之外的其他等離子體。

在基板S由玻璃材料構成的情況下，從交流電源89供給的功率(等離子體處理功率)優(yōu)選能夠設定為0.5～4.5kW，在基板S由樹脂材料構成的情況下，從交流電源89供給的功率(等離子體處理功率)優(yōu)選能夠設定為1kW以下。

所導入的反應處理用氣體只要是惰性氣體和/或反應性氣體即可，優(yōu)選根據(jù)要形成的薄膜的種類來確定。例如，在使靶材29a、29b為碳(C)來形成DLC(Diamond-Like Carbon：類金剛石)薄膜的情況下，可以采用惰性氣體(氬、氦等)。在使靶材29a、29b為硅(Si)來形成SiO₂薄膜的情況下，可以采用至少含有反應性氣體的氣體(只有反應性氣體，或是惰性氣體和反應性氣體的混合氣體)。

作為反應性氣體，可以使用氧、臭氧等氧化性氣體、氮等氮化性氣體、甲烷等碳化性氣體、CF4等氟化性氣體等。

在本例中，在基板保持器13旋轉而將各基板S導入到區(qū)域60時，與區(qū)域20中的情況相同，也對各基板S施加電壓。因此，與上述情況相同，在基板電極18上對濺射等離子體之外的上述等離子體賦予電位，由此，在濺射等離子體之外的上述等離子體內所存在的、反應處理用氣體的離子被向基板S側吸引而撞擊基板S，進一步對形成在基板S表面上的中間薄膜提供能量(等離子體再處理)。

并且，優(yōu)選的是，對各基板S施加的電壓從基板S被導入到區(qū)域60開始始終保持為規(guī)定的值。但是，也可以在施加電壓的時刻使供給至基板電極18的電量變動以使施加電壓以1000V/秒以下的速度逐漸增加。

在所導入的反應處理用氣體中含有反應性氣體(例如氧氣)的情況下，在上述等離子體中存在反應性氣體的活性種，該活性種被引導至區(qū)域60中。然后，當基板保持器13旋轉而將基板S導入到區(qū)域60中后，對于在區(qū)域20、40中形成于基板S的表面上的中間薄膜(例如金屬原子或該金屬原子的不完全氧化物)進行等離子體暴露處理(氧化處理)，將該中間薄膜轉換為金屬原子的完全氧化物而形成超薄膜。

以上是在區(qū)域60中對中間薄膜進行的等離子體暴露。

在本例中，反復進行濺射處理和等離子體暴露處理直至在基板S的表面上形成的超薄膜成為規(guī)定的膜厚(例如大約3μm以上，優(yōu)選為大約3～7μm)，由此在保持于基板保持器13的所有基板S上生成作為目的膜厚的最終薄膜。

根據(jù)本例，在形成于單一的真空容器11內的成膜區(qū)域20內基于以前的偏壓濺射法進行了成膜后，進行等離子體再處理，在該等離子體再處理中，使在配置成從空間上與成膜區(qū)域20分離的反應區(qū)域60內產(chǎn)生的、成膜區(qū)域20中的濺射等離子體以外的等離子體中的離子進行撞擊。即，對偏壓濺射后的薄膜再次實施等離子體處理。由此，即使不提高對基板S施加的電壓或區(qū)域20中的濺射功率，通過改變區(qū)域60中的處理條件，也能夠獨立地控制等離子體處理的效果。

(4)其他實施方式

以上說明的實施方式是為用于容易地理解上述發(fā)明而記載的實施方式，并不是用于限定上述發(fā)明而記載的實施方式。因此，上述的實施方式中公開的各要素也包括屬于上述發(fā)明的技術范圍的所有的設計變更和等同物。

在上述的實施方式中，也可以在基板S上生成目的膜厚的最終薄膜后，進一步實施等離子體后處理。具體而言，首先，暫時停止基板保持器13的旋轉，并停止區(qū)域 20、40內的動作(濺射用氣體的供給、來自交流電源23、43的電力供給)。另一方面，使區(qū)域60的動作保持原狀態(tài)持續(xù)。即，在區(qū)域60中，繼續(xù)執(zhí)行反應處理用氣體的供給和來自交流電源89的電力供給，以繼續(xù)產(chǎn)生等離子體。如果該狀態(tài)下使基板保持器13再次旋轉而將基板S搬送至區(qū)域60中，則在基板S上生成的薄膜在穿過區(qū)域60的期間被進行等離子體處理(后處理)。通過實施等離子體后處理，對于最終的薄膜能夠期待表面的平坦性提高等效果。

在實施等離子體后處理的情況下，可以以相同的條件執(zhí)行形成薄膜時的等離子體暴露處理和薄膜形成后的等離子體后處理，也可以以不同的條件執(zhí)行上述處理。在實施等離子體后處理的情況下，例如可以使混合氣體中的反應性氣體的濃度變動。另外，在實施等離子體后處理的情況下，可以對于形成薄膜時的等離子體暴露處理使等離子體處理功率(從交流電源89供給的功率)變動。該情況下，可以用匹配器87進行調整。關于等離子體后處理的時間，例如在大約1～60分的范圍內設定為適當?shù)臅r間。

在上述的實施方式中，例示了使用基于濺射的一例即磁控濺射的成膜裝置1來形成薄膜的情況，但并不限定于此，也可以通過使用了下述成膜裝置的其它濺射法來成膜：該成膜裝置進行不利用磁控放電的二極濺射等其他公知的濺射。但是，濺射時的環(huán)境在任何情況下都為惰性氣體環(huán)境。

實施例

接下來，舉出將上述發(fā)明的實施方式更具體化了的實施例，對發(fā)明更加詳細地進行說明。

[實驗例1]

采用圖1和圖2所示的成膜裝置1，將100個基板S設置在基板保持器13上，以下述條件反復在區(qū)域20中進行的濺射和在區(qū)域60中進行的等離子體暴露，得到了在基板S上形成有厚度為3μm的DLC薄膜的多個實驗例樣本。

以下述條件對成膜后的膜硬度進行了評價。在圖3中示出結果。

·基板S：BK7(玻璃基板)

·成膜速率：0.1nm/s，

·基板溫度：室溫。

＜區(qū)域20中的濺射＞

·濺射用氣體：Ar，

·濺射用氣壓：0.11Pa，

·濺射用氣體的導入流量：80sccm，

·靶材29a、29b：碳(C)，

·濺射功率密度：10.91W/cm²，

·對基板S施加的電壓：180V，

·向基板電極18供給電力的電力供給源：DC電源。

＜區(qū)域60中的等離子體暴露＞

·反應處理用氣體：Ar，

·反應處理用氣壓：0.11Pa，

·反應處理用氣體的導入流量：60sccm，

·從交流電源89向天線85a、85b供給的功率(等離子體處理功率)：0W、400W、500W、600W、800W、1000W、2500W、5000W，

·對天線85a、85b施加的交流電壓的頻率：13.56MHz。

＜膜硬度＞

利用微小硬度試驗機(MMT-X7，日本Matsuzawa公司制)，以下述的測量條件對實驗例樣本的DLC薄膜表面的硬度(GPa)進行了測量。

·壓頭形狀：維氏壓頭(a＝136°)，

·測量環(huán)境：溫度20℃/相對濕度60％，

·試驗載荷：25gf，

·載荷速度：10μ/s，

·最大載荷蠕變時間：15秒。

＜考察＞

根據(jù)圖3，實驗例樣本的DLC薄膜的膜硬度根據(jù)區(qū)域60中的等離子體處理功率而發(fā)生變化。由此可以理解為：通過將區(qū)域20中的濺射功率密度和區(qū)域20、區(qū)域60中的基板偏壓供給功率設為固定值、并僅使區(qū)域60中的等離子體處理功率的條件變化，能夠對所得到的薄膜的膜硬度進行調整(控制)。

[實驗例2]

采用圖1和圖2所示的成膜裝置1，將36個基板S設置在基板保持器13上，以下述條件反復在區(qū)域20中進行的濺射和在區(qū)域60中進行的等離子體暴露，得到了在 基板S上形成有厚度為1μm的SiO₂薄膜的多個實驗例樣本。

以下述條件對等離子體成膜后的蝕刻速率進行了評價。在圖4中示出結果。

·基板S：BK7(玻璃基板)

·成膜速率：0.1nm/s，

·基板溫度：室溫。

＜區(qū)域20中的濺射＞

·濺射用氣體：Ar，

·濺射用氣壓：0.1Pa，

·濺射用氣體的導入流量：80sccm，

·靶材29a、29b：硅(Si)，

·濺射功率密度：5.74W/cm²，

·對基板S施加的電壓：130V

·對基板電極18供給的功率(基板偏壓供給功率)：600W

·向基板電極18供給電力的電力供給源：RF電源+DC電源

＜區(qū)域60中的等離子體暴露＞

·反應處理用氣體：O₂，

·反應處理用氣體中的O₂濃度：100％，

·反應處理用氣壓：0.1Pa，

·反應處理用氣體的導入流量：50sccm，

·從交流電源89向天線85a、85b供給的功率(等離子體處理功率)：2kW、3kW、4kW、4.5kW，

·對天線85a、85b施加的交流電壓的頻率：13.56MHz。

＜蝕刻速率＞

計算出了在未對各基板S施加電壓的狀態(tài)(無偏壓。對基板S施加的電壓：0V，基板偏壓供給功率：0W)下成膜的速率，在此基礎上，基于下述算式對實驗例樣本的SiO₂薄膜的蝕刻速率(nm/s)進行了評價。

(算式)

蝕刻速率＝(無偏壓的成膜速率)-(有偏壓的成膜速率)

在區(qū)域20、60中，濺射等離子體中的離子和該濺射等離子體之外的其他等離子 體中的離子都被施加于各基板S上的電壓向各基板S側吸引而撞擊薄膜，因此，沒能成為致密結構的膜在被蝕刻的同時成膜。成膜后，通過測量薄膜的膜厚，能夠計算出成膜速率(有偏壓)。

＜考察＞

根據(jù)圖4，實驗例樣本的SiO₂薄膜的蝕刻速率根據(jù)區(qū)域60中的等離子體處理功率而發(fā)生變化。由此可以理解為：通過將區(qū)域20中的濺射功率密度和區(qū)域20及區(qū)域60中的基板偏壓供給功率設為固定值、并僅使區(qū)域60中的等離子體處理功率的條件變化，能夠對所得到的薄膜的蝕刻速率進行調整(控制)。

其結果是，在階梯覆蓋(利用微小的階梯部進行覆蓋的覆蓋狀態(tài))中，能夠控制階梯部的側面部和底部的成膜速率，例如如圖5所示，能夠進行無空隙的成膜。