專利名稱:薄膜形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜形成裝置，該薄膜形成裝置用于制造光學(xué)薄膜以及在光學(xué)設(shè)備、光電子學(xué)用設(shè)備和半導(dǎo)體設(shè)備等中使用的薄膜，特別涉及具有等離子發(fā)生單元的薄膜形成裝置。
背景技術(shù)：
以往，使用在真空槽內(nèi)等離子化后的反應(yīng)性氣體進(jìn)行基板上的薄膜形成、所形成的薄膜的表面改良、蝕刻等等離子處理。例如，公知有這樣的技術(shù)使用濺射技術(shù)在基板上形成由金屬的不完全反應(yīng)物構(gòu)成的薄膜，使等離子化后的反應(yīng)性氣體與該由不完全反應(yīng)物構(gòu)成的薄膜接觸，從而形成由金屬化合物構(gòu)成的薄膜的技術(shù)(例如專利文獻(xiàn)1)。
在該技術(shù)中，為了使反應(yīng)性氣體在薄膜形成裝置的真空槽內(nèi)等離子化，而使用等離子發(fā)生單元。通過等離子發(fā)生單元等離子化后的氣體中含有離子、電子、自由基等活性物質(zhì)。
可以考慮到等離子化后的氣體中所含有的電子和離子有時給薄膜帶來不良影響。特別是可以考慮到在高能量(約30eV以上)狀態(tài)下，電子和離子飛向基板時，有時給形成在基板上的薄膜造成損傷。另一方面，可以考慮到電中性的反應(yīng)性氣體的自由基有助于薄膜形成(反應(yīng))的情況較多。因此，在該現(xiàn)有技術(shù)中，為了阻止電子、離子朝向基板上的薄膜，并使自由基選擇性地與薄膜接觸，而使用了柵。
圖9是說明以往的柵的結(jié)構(gòu)的說明圖。圖9(A)所示的柵101具有以下結(jié)構(gòu)在由金屬或絕緣物構(gòu)成的平板上設(shè)有直徑約0.1～3.0mm的多個孔103。圖9(B)所示的柵111具有以下結(jié)構(gòu)在由金屬或絕緣物構(gòu)成的平板上設(shè)有寬度約0.1～1.0mm的多個狹縫113。
通過使用這樣的柵101、111，將反應(yīng)性氣體的等離子中的電中性的自由基、原子、分子等選擇性或者優(yōu)先地引導(dǎo)到反應(yīng)處理區(qū)60中，阻止帶電粒子即電子、離子的一大半通過柵101、111。即，在柵101、111的表面上，在等離子中的離子和電子之間進(jìn)行電荷交換，電子和離子電中和從而消滅。這樣，以往利用柵101、111將電子和離子的一大半消滅，由此提高了等離子氣體中的自由基的相對密度，實現(xiàn)了等離子處理的高效率。
專利文獻(xiàn)1日本特開2001-234338號公報(第6-9頁，圖1、圖2、圖6、圖7)另外，等離子化后的氣體中所含有的離子也往往有助于薄膜的形成(反應(yīng))。特別是約小于30eV的低能量的離子由于較少給薄膜造成損傷，所以也往往有助于薄膜的形成(反應(yīng))。
然而，在以往的柵101、111中，由于孔103和狹縫113相對于平板狀部件(也包括孔103和狹縫113的面積)的面積所占的比例(開口率)較小(例如開口率＜0.3)，所以離子的一大半被柵101、111消滅，從而使反應(yīng)性氣體的離子幾乎不能協(xié)助薄膜的反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜形成裝置，該薄膜形成裝置能夠提高反應(yīng)性氣體的等離子中自由基的相對密度，同時能夠使等離子中一定程度的比例的離子與薄膜接觸來進(jìn)行成膜。
為了解決上述問題，技術(shù)方案一所述的薄膜形成裝置的特征在于，該薄膜形成裝置具有具有開口的真空槽；等離子發(fā)生單元，其設(shè)在該真空槽的與所述開口對應(yīng)的位置，并在所述真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子；在所述真空槽內(nèi)保持基體的基體保持單元；和離子消滅單元，其設(shè)在所述等離子發(fā)生單元和所述基體保持單元之間，并使由所述等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的離子消滅，所述離子消滅單元在從所述等離子發(fā)生單元面向所述基板保持架的方向上相對于所述等離子發(fā)生單元遮蔽所述基體保持單元的面積構(gòu)成為，小于所述等離子發(fā)生單元在從所述等離子發(fā)生單元面向所述基板保持架的方向上的剩余面積。
這樣，由于離子消滅單元相對于等離子發(fā)生單元遮蔽基體保持單元的面積構(gòu)成為小于離子消滅單元在從等離子發(fā)生單元面向基板保持架的方向上的剩余面積，所以能夠抑制被離子消滅單元消滅的離子的量。因此，未被離子消滅單元消滅的離子可以從等離子發(fā)生單元朝向基體保持單元側(cè)移動。由此，能夠使離子與形成于基體的薄膜接觸，從而使離子有助于膜的形成。
此時，所述離子消滅單元適合由導(dǎo)電體構(gòu)成，并且在接地狀態(tài)下設(shè)在所述真空槽內(nèi)。
通過這樣構(gòu)成，能夠使由等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的離子的一部分和電子的一部分通過接地的離子消滅單元進(jìn)行電中和從而消滅。
并且，所述離子消滅單元適合由空心部件形成。
通過這樣構(gòu)成，能夠使冷卻劑通過由空心部件形成的離子消滅單元的內(nèi)部，從而能夠抑制離子消滅單元的溫度上升。
并且，所述離子消滅單元適合由絕緣體構(gòu)成。
通過這樣構(gòu)成，能夠使由等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的離子的一部分與離子消滅單元碰撞從而消滅。
并且，所述基板保持單元適合與所述真空槽絕緣，并且在電位浮動的狀態(tài)下設(shè)在所述真空槽內(nèi)。
如果基板保持單元這樣采用電位浮動的結(jié)構(gòu)，則借助于基板保持單元的電位狀態(tài)，由等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的離子不會朝向基板保持單元加速。因此，能夠抑制由等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的離子在高能量狀態(tài)下飛向基板保持單元。
并且，所述等離子發(fā)生單元適合構(gòu)成為具有與高頻電源連接，并且在同一平面上形成旋渦的天線，通過所述高頻電源向所述天線提供2kW以上4kW以下的電功率。
通過這樣構(gòu)成，能夠抑制由等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的高能量反應(yīng)性氣體的離子和電子的量，從而能夠形成衰減系數(shù)小的薄膜。
圖1是說明本發(fā)明的薄膜形成裝置的局部剖面的俯視說明圖。
圖2是說明本發(fā)明的薄膜形成裝置的局部剖面的側(cè)視說明圖。
圖3是說明本發(fā)明的等離子發(fā)生單元和離子消滅單元的主要部分說明圖。
圖4是說明本發(fā)明的等離子發(fā)生單元的主要部分說明圖。
圖5是說明離子消滅單元的主要部分說明圖。
圖6表示提供給天線的電功率與TiO2薄膜的光學(xué)常數(shù)的關(guān)系。
圖7是說明等離子發(fā)生單元的其他實施方式的主要部分說明圖。
圖8是說明等離子發(fā)生單元的其他實施方式的主要部分說明圖。
圖9是說明以往的柵(離子消滅單元)的結(jié)構(gòu)的說明圖。
具體實施方式以下，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式。另外，以下說明的部件、配置等并不限定本發(fā)明，能夠在本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變。
圖1至圖5是說明濺射裝置1的說明圖。圖1是為了容易理解而取局部剖面的濺射裝置1的俯視說明圖，圖2是沿圖1中的線A-B-C取其局部剖面的側(cè)視說明圖。圖3是說明本發(fā)明的等離子發(fā)生單元和離子消滅單元的主要部分說明圖。圖4是沿圖3中的D-D線的剖面圖。濺射裝置1是本發(fā)明的薄膜形成裝置的一例。圖5是說明離子消滅單元的主要部分說明圖。
在本實施方式中，使用了進(jìn)行作為濺射的一例的磁控濺射的濺射裝置1，但不限于此，也可以使用進(jìn)行不使用磁控放電的兩極濺射等其他公知的濺射的濺射裝置。
根據(jù)本實施方式的濺射裝置1，通過濺射在基板上形成與目標(biāo)膜厚相比薄很多的薄膜，對所形成的薄膜反復(fù)進(jìn)行等離子處理，由此能夠在基板上形成目標(biāo)膜厚的薄膜。在本實施方式中，反復(fù)進(jìn)行通過濺射和等離子處理來形成平均膜厚為0.01～1.5nm的薄膜的工序，由此形成目標(biāo)膜厚約為數(shù)nm～數(shù)百nm的薄膜。
本實施方式的濺射裝置1具有真空槽11；用于在真空槽11內(nèi)保持使薄膜形成的基板的基板保持架13；用于驅(qū)動基板保持架13的電動機17；磁控濺射電極21a、12b；和用于產(chǎn)生等離子的等離子發(fā)生單元80。另外，基板相當(dāng)于本發(fā)明的基體。在本實施方式中，作為基體使用了板狀的基板，但也可以使用透鏡等作為基體。
真空槽11是在公知的濺射裝置中經(jīng)常使用的不銹鋼制品，并且接地。真空容器11是大致長方體形狀的空心體。真空槽11的形狀也可以是空心的圓柱狀。
基板保持架13配置在真空槽11內(nèi)的大致中央?；灞３旨?3的形狀是圓筒狀，在其外周面上保持有多個基板(未圖示)。另外，基板保持架13相當(dāng)于本發(fā)明的基體保持單元。作為基體保持單元，也可以不是像本實施方式那樣的圓筒狀，而是空心的多棱柱狀或圓錐狀。基板保持架13由樞轉(zhuǎn)支承在真空槽13上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸17a從下方支承，并且由樞轉(zhuǎn)支承在真空槽13上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸17b從上方支承為可以旋轉(zhuǎn)。來自電動機17的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸17a傳遞給基板保持架13，在維持真空槽11內(nèi)的真空狀態(tài)的狀態(tài)下，基板保持架13以中心軸線Z為中心被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動?；灞３旨?3以圓筒的筒方向的中心軸線Z(參照圖2)位于真空槽11的上下方向的方式配設(shè)在真空槽11內(nèi)。
在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸17a與基板保持架13以及旋轉(zhuǎn)支承軸17b與基板保持架13的接觸部包覆有由氟化乙烯樹脂(特氟龍(注冊商標(biāo)))等絕緣體構(gòu)成的絕緣部件18a、18b。由此，基板保持架13與真空槽11電絕緣，并處于電位浮動的狀態(tài)。這樣，通過使基板保持架13構(gòu)成為浮動狀態(tài)，可以防止基板中的異常放電。并且，能夠抑制高能量(約30eV以上)的電子和離子飛向基板而給形成在基板上的薄膜帶來不良影響或者將基板保持架13加熱。
在基板保持架13的外周面上保持有多個基板(未圖示)，并且該多個基板處于在沿著基板保持架13的中心軸線Z的方向(上下方向)上保持預(yù)定間隔排列的狀態(tài)。在本實施方式中，基板以基板中形成薄膜的面(以下稱為“膜形成面”)朝向與基板保持架13的中心軸線Z垂直的方向的方式保持在基板保持架13上。
間隔壁12、16是從真空槽11的側(cè)壁面朝向基板保持架13立設(shè)的部件，并通過焊接或螺栓固定于真空槽11。本實施方式的間隔壁12、16與真空槽11相同，也是不銹鋼制部件。間隔壁12、16設(shè)置成從真空槽11的側(cè)壁面朝向基板保持架13包圍四周的狀態(tài)。
圍繞真空槽11的內(nèi)壁面、間隔壁12和基板保持架13的外周面形成有用于進(jìn)行濺射的成膜處理區(qū)20。并且，圍繞真空槽11的內(nèi)壁面、后述的等離子發(fā)生單元80、間隔壁16和基板保持架13的外周面形成有用于產(chǎn)生等離子并對基板上的薄膜進(jìn)行等離子處理的反應(yīng)處理區(qū)60。
在本實施方式中，在從真空槽11的固定有間隔壁12的位置以基板保持架13的中心軸線Z為中心旋轉(zhuǎn)大約90度的位置，固定有間隔壁16。因此，成膜處理區(qū)20和反應(yīng)處理區(qū)60形成在相對于基板保持架13的中心軸線Z偏離大約90度的位置。因此，在通過電動機17驅(qū)動基板保持架13旋轉(zhuǎn)時，保持于基板保持架13的外周面的基板在面向成膜處理區(qū)20的位置和面向反應(yīng)處理區(qū)60的位置之間被運送。在真空槽11的成膜處理區(qū)20和反應(yīng)處理區(qū)60之間的位置連接有排氣用的配管15a，在該配管上連接有用于對真空槽11內(nèi)進(jìn)行排氣的真空泵15。
在間隔壁16的面向反應(yīng)處理區(qū)60的壁面上包覆有由絕緣體構(gòu)成的保護(hù)層P。另外，在真空槽11的內(nèi)壁面的面向反應(yīng)處理區(qū)60的部分也包覆有由絕緣體構(gòu)成的保護(hù)層P。作為構(gòu)成保護(hù)層P的絕緣體，例如可以使用熱解氮化硼(PBNPyrolytic Boron Nitride)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和氮化硼(BN)。保護(hù)層P通過化學(xué)氣相沉積法(Chemical VaporDeposition)、蒸鍍法和噴鍍法等，包覆到間隔壁16和真空槽11的內(nèi)壁面上。在熱解氮化硼的情況下，可以通過利用化學(xué)氣相沉積法的熱分解法包覆到間隔壁16和真空容器11的內(nèi)壁面上。
在成膜處理區(qū)20通過配管連接有質(zhì)量流控制器25、26。質(zhì)量流控制器25與儲存惰性氣體的濺射氣體儲氣瓶27連接。質(zhì)量流控制器26與儲存反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性氣體儲氣瓶28連接。惰性氣體和反應(yīng)性氣體由質(zhì)量流控制器25、26控制而被導(dǎo)入成膜處理區(qū)20。作為導(dǎo)入成膜處理區(qū)20中的惰性氣體，例如可以使用氬氣、氦氣、氖氣、氪氣和氙氣。并且，作為導(dǎo)入成膜處理區(qū)20中的反應(yīng)性氣體，例如可以使用氧氣、氮氣、氟氣、臭氧等。
在成膜處理區(qū)20中，在真空槽11的壁面上，以與基板保持架13的外周面對置的方式配置有磁控濺射電極21a、21b。該磁控濺射電極21a、21b通過未圖示的絕緣部件固定在處于接地電位的真空槽11上。磁控濺射電極21a、21b構(gòu)成為通過變壓器24與中頻交流電源23連接，并且可以施加交變電場。本實施方式的中頻交流電源23用于施加1k～100kHz的交變電場。在磁控濺射電極21a、21b上保持有靶29a、29b。靶29a、29b的形狀為平板狀，靶29a、29b的與基板保持架13的外周面對置的面被保持成朝向與基板保持架13的中心軸線Z垂直的方向。
在真空槽11的與反應(yīng)處理區(qū)60對應(yīng)的壁面上形成有用于設(shè)置等離子發(fā)生單元80的開口11a。并且，在反應(yīng)處理區(qū)60連接有用于通過質(zhì)量流控制器75導(dǎo)入惰性氣體儲氣瓶77內(nèi)的惰性氣體的配管、和用于通過質(zhì)量流控制器76導(dǎo)入反應(yīng)性氣體儲氣瓶78內(nèi)的反應(yīng)性氣體的配管。作為導(dǎo)入到反應(yīng)處理區(qū)60的惰性氣體，例如可以使用氬氣、氦氣、氖氣、氪氣和氙氣。并且，作為導(dǎo)入到反應(yīng)處理區(qū)60的反應(yīng)性氣體，例如可以使用氧氣、氮氣、氟氣、臭氧等。
使用圖1至圖4說明本實施方式的等離子發(fā)生單元80。
等離子發(fā)生單元80面向反應(yīng)處理區(qū)60而設(shè)在與所述開口11a對應(yīng)的位置。本實施方式的等離子發(fā)生單元80構(gòu)成為具有作為蓋體的殼體81；作為電介質(zhì)壁的電介質(zhì)板83；固定框84；天線85a、85b；夾具88；作為減壓單元的配管15a；和真空泵15。
殼體81具有封閉形成于真空槽11的壁面的開口11a的形狀，并通過螺栓(未圖示)固定以封閉真空槽11的開口11a。殼體81固定在真空槽11的壁面上，由此使等離子發(fā)生單元80與真空槽11連接。在本實施方式中，殼體81由不銹鋼形成。電介質(zhì)板83由板狀的電介質(zhì)形成。在本實施方式中，電介質(zhì)板83由石英形成。另外，電介質(zhì)板83也可以不使用石英，而由Al2O3等陶瓷材料形成。
固定框84用于將電介質(zhì)板83固定在殼體81上，是形成為“口”字形狀的框體。固定框84和殼體81通過螺栓(未圖示)連接，從而將電介質(zhì)板83夾持在固定框84和殼體81之間，由此將電介質(zhì)板83固定在殼體81上。通過將電介質(zhì)板83固定在殼體81上，從而利用殼體81和電介質(zhì)板83形成天線容納室80A。即，在本實施方式中，形成有被殼體81和電介質(zhì)板83包圍的天線容納室80A。
固定在殼體81上的電介質(zhì)板83設(shè)置成通過開口11a面向真空槽11的內(nèi)部(反應(yīng)處理區(qū)60)。此時，天線容納室80A與真空槽11的內(nèi)部分離。即，天線容納室80A與真空槽11的內(nèi)部形成被電介質(zhì)板83分隔的狀態(tài)下的獨立空間。并且，天線容納室80A與真空槽11的外部形成由殼體81間隔開的狀態(tài)下的獨立空間。在本實施方式中，在這樣形成為獨立空間的天線容納室80A中設(shè)置有天線85a、85b。另外，天線容納室80A與真空槽11內(nèi)部的反應(yīng)處理區(qū)60、天線容納室80A與真空槽11外部之間通過O型密封圈保持氣密。
在本實施方式中，為了對天線容納室80A的內(nèi)部進(jìn)行排氣而使其成為真空狀態(tài)，在天線容納室80A連接有排氣用的配管15a。真空泵15與配管15a連接。在本實施方式中，配管15a也與真空槽11的內(nèi)部連通。在配管15a的從真空泵15與真空槽11內(nèi)部連通的位置設(shè)有閥V1、V2。并且，在配管15a的從真空泵15與天線容納室80A內(nèi)部連通的位置設(shè)有閥V1、V3。通過關(guān)閉閥V2、V3中的某一個，來阻止氣體在天線容納室80A內(nèi)部和真空槽11內(nèi)部之間移動。利用真空計(未圖示)來測量真空槽11內(nèi)部的壓力和天線容納室80A內(nèi)部的壓力。
在本實施方式中，在濺射裝置1中具有控制裝置(未圖示)。真空計的輸出被輸入給該控制裝置。控制裝置具有以下功能根據(jù)所輸入的真空計的測量值控制由真空泵15進(jìn)行的排氣，從而調(diào)整真空槽11內(nèi)部和天線容納室80A內(nèi)部的真空度。在本實施方式中，控制裝置通過控制閥V1、V2、V3的開閉，從而能夠同時或獨立地對真空槽11內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部進(jìn)行排氣。
天線85a和天線85b用于從高頻電源89接受電力供給，使真空槽11的內(nèi)部(反應(yīng)處理區(qū)60)產(chǎn)生感應(yīng)電場，從而產(chǎn)生等離子。本實施方式的天線85a、85b具有由銅形成的圓管狀的主體部、和包覆主體部表面的由銀形成的包覆層。為了降低天線85a的阻抗，優(yōu)選利用電阻低的材料形成天線85a、85b。因此，利用高頻電流集中于天線表面這一特性，使用廉價、加工容易且電阻也低的銅將天線85a、85b的主體部形成為圓管狀，并利用電阻低于銅的銀包覆天線85a、85b的表面。通過這樣構(gòu)成，降低了天線85a、85b相對于高頻的阻抗，使電流有效地流向天線85a，從而提高產(chǎn)生等離子的效率。
天線85a和天線85b具有俯視形成旋渦的形狀。天線85a和天線85b在形成于殼體81和電介質(zhì)板83之間的天線容納室80A中，在形成旋渦的面朝向反應(yīng)處理區(qū)60的狀態(tài)下與電介質(zhì)板83鄰接設(shè)置。換言之，天線85a和天線85b在天線85a和天線85b的形成旋渦的面與板狀電介質(zhì)板83的壁面對置的狀態(tài)下，沿著與天線85a和天線85b的旋渦的中心軸線垂直的方向上下(與中心軸線Z平行的方向)相鄰設(shè)置。
即，如圖2至圖4所示，在與天線65a和天線65b的形成旋渦的面(電介質(zhì)壁63)的垂線垂直的方向上保持預(yù)定間隔D地固定天線65a和天線65b。因此，在使電動機17動作，使基板保持架13繞中心軸線Z旋轉(zhuǎn)時，保持在基板保持架的外周上的基板以基板的膜形成面與天線85a、85b的形成旋渦的面對置的方式相對于上下并列的天線85a、85b被沿橫向運送。
天線85a和天線85b與高頻電源89并聯(lián)連接。天線85a、85b通過容納匹配電路的匹配盒87與高頻電源89連接。如圖4所示，在匹配盒87內(nèi)設(shè)有可變電容器87a、87b。在本實施方式中，由于天線85b與天線85a并聯(lián)連接，所以天線85b發(fā)揮在以往的匹配電路中匹配用線圈所發(fā)揮的作用的全部或一部分。因此，能夠減輕匹配盒內(nèi)的電功率損耗，從而能夠通過天線85a、85b將從高頻電源89提供的電功率有效地活用于等離子的產(chǎn)生。并且，也容易獲得阻抗匹配。
旋渦狀的天線85a、85b通過導(dǎo)線部86a、86b與匹配盒87連接。導(dǎo)線部86a、86b由與天線85a、85b相同的材質(zhì)制成。在殼體81上形成有用于使導(dǎo)線部86a、86b貫穿插入的貫通孔81a。天線容納室80A內(nèi)側(cè)的天線85a、85b與天線容納室80A外側(cè)的匹配盒87、高頻電源89通過貫穿插入于貫通孔81a中的導(dǎo)線部86a連接。在導(dǎo)線部86a、86b和貫通孔81a之間設(shè)有密封部件81b，以在天線容納室80A的內(nèi)外保持氣密。
在本實施方式中，使導(dǎo)線部86a、86b的長度具有富余，以能夠調(diào)整天線85a和天線85b的間隔D。在本實施方式的濺射裝置1中，在利用夾具88固定天線85a、85b時，能夠調(diào)整天線85a和天線85b在上下方向的間隔D。
夾具88用于將天線85a、85b設(shè)置于天線容納室80A中。本實施方式的夾具88由固定板88a、88b和固定螺栓88c、88d構(gòu)成。天線85a、85b配合在固定板88a、88b上。配合有天線85a、85b的固定板88a、88b通過固定螺栓88c、88d安裝在殼體81上。在殼體81上沿上下方向形成有多個螺栓孔，固定板88a、88b使用某一個螺栓孔安裝在殼體81上。即，根據(jù)使用的螺栓孔的位置來調(diào)整天線85a和天線85b在上下方向的間隔D。另外，為了將天線85a、85b和固定板88a、88b絕緣，至少天線85a、85b與固定板88a、88b的接觸面由絕緣材料形成。
說明將具有以上結(jié)構(gòu)的等離子發(fā)生單元80組裝于真空槽11的步驟。
首先，使用夾具88將天線85a、85b固定在殼體81上。此時，使用與天線85a和天線85b在上下方向的間隔D、天線85a的直徑Ra、天線85b的直徑Rb相匹配的夾具88。接著，使用固定框84將電介質(zhì)板83固定在殼體81上。由此，天線85a、85b處于被夾持在電介質(zhì)板83和固定板88a、88b之間的狀態(tài)。并且，殼體81、電介質(zhì)板83、天線85a、85b和夾具88形成為一體。然后，利用螺栓(未圖示)將殼體81固定在真空槽11上，以封閉真空槽11的開口11a。由此將等離子發(fā)生單元80組裝在真空槽11上，天線容納室80A、反應(yīng)處理區(qū)60(真空槽11的內(nèi)部)和真空槽11的外側(cè)分別形成為獨立的空間，天線85a、85b被設(shè)置在天線容納室80A中。
在本實施方式中，在使殼體81、電介質(zhì)板83、天線85a、85b和夾具88形成為一體的狀態(tài)下，利用螺栓固定殼體81和真空槽11，由此能夠?qū)⒌入x子發(fā)生單元80與真空槽11連接，所以容易將等離子發(fā)生單元80裝卸于真空槽11。
另外，在本實施方式中，在等離子發(fā)生單元80和基板保持架13之間設(shè)有圖1至圖3、圖5中所示的柵90。柵90相當(dāng)于本發(fā)明的離子消滅單元，用于使由等離子發(fā)生單元80產(chǎn)生的離子的一部分和電子的一部分消滅。
圖5是在從等離子發(fā)生單元80面向基板保持架13時，通過開口11a觀察到的柵90的主視圖。
如圖5所示，柵90是由導(dǎo)電體構(gòu)成的空心部件并且接地。在柵的端部連接有提供冷卻劑的軟管(未圖示)，用于使冷卻劑(例如冷卻水)流向由空心部件構(gòu)成的柵90的內(nèi)部。
本實施方式的柵90由縱柵90a和橫柵90b構(gòu)成?？v柵90a以排列多個與中心軸線Z平行的方向(縱向)的筋的方式配置空心部件。橫柵90b以排列多個與基板保持架13的旋轉(zhuǎn)方向平行的方向(橫向)的筋的方式配置空心部件。作為構(gòu)成柵90的導(dǎo)電體，使用銅、銅合金、鋁、不銹鋼等。
在本實施方式中，如圖5所示，銅管彎曲成網(wǎng)眼狀，從而構(gòu)成縱柵90a和橫柵90b。縱柵90a和橫柵90b固定于真空容器11。在本實施方式中，在利用螺栓固定在真空容器11上的固定板91和真空容器11之間夾持橫柵90b，由此將橫柵90b固定在真空容器11上?？v柵90a通過焊接或粘結(jié)劑與橫柵90b固定在一起。也可以利用固定板91固定縱柵90a。
如圖5所示，在本實施方式的柵90中，將縱柵90a和橫柵90b配置成，柵90在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13的方向上相對于等離子發(fā)生單元80遮蔽基板保持架13的面積小于柵90在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13的方向上的剩余面積。即，在本實施方式中，將縱柵90a和橫柵90b配置成，在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13時，開口11a被柵90封閉的面積小于開口11a的剩余面積。
下面，說明使用本實施方式的濺射裝置1在反應(yīng)處理區(qū)60產(chǎn)生等離子的步驟。
首先，使真空泵15動作，將真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A減壓。此時，控制裝置使設(shè)于配管15a的閥V1、V2、V3全部打開，從而對真空槽11內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部同時進(jìn)行排氣，使真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部成為真空狀態(tài)?？刂蒲b置監(jiān)視真空計的測量值，適當(dāng)控制閥V1、V2、V3的開閉，以使真空槽11內(nèi)部和天線容納室80A內(nèi)部的壓力差不增大(例如不產(chǎn)生104Pa以上的壓力差)。然后，在真空槽11的內(nèi)部達(dá)到10-2Pa～10Pa時，控制裝置暫時關(guān)閉閥V2。天線容納室80A繼續(xù)被減壓到10-3Pa以下。然后，在天線容納室80A的內(nèi)部達(dá)到10-3Pa以下時關(guān)閉閥V3。然后，在真空槽11的內(nèi)部保持10-2Pa～10Pa的狀態(tài)下，將反應(yīng)性氣體儲氣瓶78內(nèi)的反應(yīng)性氣體通過質(zhì)量流控制器76導(dǎo)入反應(yīng)處理區(qū)60。
在使真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部保持在上述預(yù)定壓力的狀態(tài)下，從高頻電源89向天線85a、85b施加13.56MHz的電壓，從而在反應(yīng)處理區(qū)60產(chǎn)生反應(yīng)性氣體的等離子。此時，產(chǎn)生分布狀態(tài)與天線85a和天線85b在上下方向的間隔D、天線85a的直徑Ra和天線85b的直徑Rb等對應(yīng)的等離子。
利用這樣產(chǎn)生的反應(yīng)性氣體的等離子中的離子、電子、自由基等活性物質(zhì)，進(jìn)行在配置于基板保持架13的基板上形成的薄膜的等離子處理。在本實施方式中，等離子中的離子、電子、自由基等活性物質(zhì)中的離子的一部分和電子的一部分的電荷通過設(shè)于等離子發(fā)生單元80和基板保持架13之間的柵90而中和。在本實施方式中，將縱柵90a和橫柵90b配置成，柵90在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13的方向上相對于等離子發(fā)生單元80遮蔽基板保持架13的面積小于柵90在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13的方向上的剩余面積。通過這樣配置縱柵90a和橫柵90b，來抑制由等離子發(fā)生單元80產(chǎn)生的反應(yīng)性氣體的離子通過柵90電中和而消滅的量。
即，如果開口11a被柵90封閉的面積過大，則由等離子發(fā)生單元80產(chǎn)生的反應(yīng)性氣體的離子的一大半被柵90中和，導(dǎo)致與形成于基板的薄膜接觸的離子的量變得極少。與此相對，像本實施方式這樣，通過使開口11a被柵90封閉的面積小于開口11a的剩余面積，來抑制被柵90電中和的反應(yīng)性氣體的離子的量，從而使與薄膜接觸的離子的量不會極端減少。
如上所述，在本實施方式中，將形成用于形成或處理薄膜的空間的真空槽11的內(nèi)部保持為產(chǎn)生等離子的壓力，將形成與真空槽11的內(nèi)部獨立的空間的天線容納室80A的內(nèi)部保持為低于真空槽11內(nèi)部的不易產(chǎn)生等離子的壓力，從而在真空槽11內(nèi)產(chǎn)生等離子。因此，能夠抑制在天線容納室80A中產(chǎn)生等離子，并可在真空槽11的內(nèi)部有效地產(chǎn)生等離子。
另外，在本實施方式中，天線容納室80A和真空槽11的內(nèi)部構(gòu)成為在被電介質(zhì)板83間隔開的狀態(tài)下成為獨立的空間，在天線容納室80A的內(nèi)部設(shè)置天線85a、85b，在將天線容納室80A減壓后的狀態(tài)下在真空槽11的內(nèi)部產(chǎn)生等離子。因此，與在大氣中設(shè)置天線85a、85b的狀態(tài)下產(chǎn)生等離子的以往情況相比，能夠抑制天線85a、85b的氧化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)天線85a、85b的長壽命化。并且，能夠抑制因天線85a、85b的氧化而導(dǎo)致等離子不穩(wěn)定。
并且，在本實施方式中，監(jiān)視真空槽11內(nèi)部和天線容納室80A內(nèi)部的壓力并對它們進(jìn)行減壓，以使得在真空槽11內(nèi)部和天線容納室80A內(nèi)部不會產(chǎn)生大的壓力差，將真空槽11的內(nèi)部保持為大約10-2Pa～10Pa的真空，將天線容納室80A保持在10-3Pa以下，使在真空槽11的內(nèi)部產(chǎn)生等離子。并且，天線容納室80A和真空槽11的內(nèi)部被電介質(zhì)板83間隔開，天線容納室80A和真空槽11的外部被殼體81間隔開。因此，與在大氣中設(shè)置天線185并利用電介質(zhì)板183將真空槽11的內(nèi)部與真空槽的外部間隔開的情況相比，在本實施方式中，能夠?qū)⑻炀€容納室80A和真空槽11內(nèi)部的壓力差保持為較小，因此能夠?qū)㈦娊橘|(zhì)板83的厚度設(shè)計得比較薄，從而可以有效地產(chǎn)生等離子，并且能夠使用廉價的電介質(zhì)板83而實現(xiàn)低成本化。
并且，根據(jù)本實施方式，通過調(diào)整天線85a和天線85b在上下方向的間隔D，能夠調(diào)整等離子相對于配置在基板保持架13上的基板的分布。并且，由于能夠獨立地改變天線85a的直徑Ra、天線85b的直徑Rb或天線85a、85b的粗細(xì)等，所以即使調(diào)整天線85a的直徑Ra、天線85b的直徑Rb或粗細(xì)等，也能夠調(diào)整等離子的分布。并且，在本實施方式中，如圖4所示，天線85a和天線85b具有由大小的半圓構(gòu)成的整體形狀，但也可以通過將天線85a和天線85b的整體形狀變更為矩形等形狀，來調(diào)整等離子的分布。
特別是由于在與被橫向運送的基板的運送方向交叉的上下方向上排列天線85a和天線85b，也能夠調(diào)整天線85a、85b兩者的間隔，所以在需要在與基板的運送方向交叉的方向上，在大范圍內(nèi)進(jìn)行等離子處理的情況下，能夠容易地調(diào)整等離子的密度分布。例如，在使用像本實施方式這樣的轉(zhuǎn)盤式濺射裝置1進(jìn)行等離子處理的情況下，根據(jù)基板在基板保持架13上的配置和濺射條件等，位于基板保持架上方的薄膜和位于中間的薄膜的膜厚有時會產(chǎn)生差異。在這樣的情況下，如果使用本實施方式的等離子發(fā)生單元80，則具有能夠與膜厚的差異對應(yīng)地適當(dāng)調(diào)整等離子的密度分布的優(yōu)點。
并且，在本實施方式中，如上所述，通過在間隔壁16的面向反應(yīng)處理區(qū)60的壁面、和真空槽11的內(nèi)壁面的面向反應(yīng)處理區(qū)60的部分包覆絕緣體，來將反應(yīng)處理區(qū)60的自由基的相對密度維持得較高，從而使更多的自由基與基板上的薄膜接觸，以實現(xiàn)等離子處理的高效率。即，通過在間隔壁16和真空槽11的內(nèi)壁面上包覆化學(xué)上穩(wěn)定的熱解氮化硼，來抑制通過等離子發(fā)生單元80在反應(yīng)處理區(qū)60產(chǎn)生的自由基或激發(fā)態(tài)的自由基與間隔壁16或真空槽11的內(nèi)壁面反應(yīng)而消滅。并且，能夠利用間隔壁16進(jìn)行控制以使在反應(yīng)處理區(qū)60產(chǎn)生的自由基朝向基板保持架的方向。
另外，如上所述地進(jìn)行等離子分布的調(diào)整和自由基的相對密度的提高，同時使開口11a被柵90封閉的面積小于開口11a的剩余面積，從而能夠抑制被柵90電中和的反應(yīng)性氣體的離子的量，并調(diào)整與薄膜接觸的離子的量。
以下，作為使用上述濺射裝置1的等離子處理的方法，例示這樣的方法對在基板上通過濺射形成的不完全氧化鈦(TiOx1(x1＜2))薄膜進(jìn)行等離子處理，從而形成與該不完全氧化鈦相比進(jìn)一步氧化的氧化鈦(TiOx2(x1＜x2≤2))的薄膜。另外，所謂的不完全氧化鈦是指作為氧化鈦TiO2的構(gòu)成元素的氧氣不足的不完全的氧化鈦TiOx(x＜2)。
首先，將基板和靶29a、29b配置在濺射裝置1中?；灞３衷诨灞３旨?3上。靶29a、29b分別保持在磁控濺射電極21a、21b上。使用鈦(Ti)作為靶29a、29b的材料。
然后，將真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部減壓為上述的預(yù)定壓力，使電動機17動作，從而使基板保持架13旋轉(zhuǎn)。然后，在真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部壓力穩(wěn)定后，將成膜處理區(qū)20的壓力調(diào)整為0.1Pa～1.3Pa。
然后，在成膜處理區(qū)20內(nèi)，利用質(zhì)量流控制器25、26調(diào)整流量，同時從濺射氣體儲氣瓶27、反應(yīng)性氣體儲氣瓶28引導(dǎo)濺射用惰性氣體即氬氣和反應(yīng)性氣體即氧氣，從而調(diào)整成膜處理區(qū)20的用于進(jìn)行濺射的環(huán)境。
然后，從中頻交流電源23通過變壓器24向磁控濺射電極21a、21b施加頻率為1～100KHz的交流電壓，從而將交變電場作用于靶29a、29b。由此，在某個時刻，靶29a成為陰極(負(fù)極)，此時靶29b一定成為陽極(正極)。當(dāng)交流的方向在下一個時刻變化時，此次靶29b成為陰極(負(fù)極)，靶29a成為陽極(正極)。這樣，一對靶29a、29b交替地成為陽極和陰極，從而形成等離子，并對陰極上的靶進(jìn)行濺射。
在進(jìn)行濺射的過程中，非導(dǎo)電性或?qū)щ娦缘偷难趸?TiOx(x≤2))有時附著在陽極上，但在該陽極通過交變電場轉(zhuǎn)換為陰極時，這些氧化鈦(TiOx(x≤2))被濺射，從而使靶表面成為原來的清潔狀態(tài)。并且，通過反復(fù)使一對靶29a、29b交替成為陽極和陰極，從而能始終獲得穩(wěn)定的陽極電位狀態(tài)，能防止等離子電位(通常與陽極電位大致相等)的變化，從而在基板的膜形成面上穩(wěn)定地形成由鈦或不完全氧化鈦(TiOx1(x1＜2))構(gòu)成的薄膜。
另外，通過調(diào)整導(dǎo)入成膜處理區(qū)20的氧氣流量和控制基板保持架13的旋轉(zhuǎn)速度，能夠使在成膜處理區(qū)20形成的薄膜的組成為鈦(Ti)、氧化鈦(TiO2)或不完全氧化鈦(TiOx1(x1＜2))。
在成膜處理區(qū)20中，在基板的膜形成面上形成由鈦或不完全氧化鈦(TiOx1(x1＜2))構(gòu)成的薄膜后，通過基板保持架13的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，把基板從面向成膜處理區(qū)20的位置運送到面向反應(yīng)處理區(qū)60的位置。將氧氣作為反應(yīng)性氣體從反應(yīng)性氣體儲氣瓶78導(dǎo)入反應(yīng)處理區(qū)60中，并且將惰性氣體(例如氬氣)從惰性氣體儲氣瓶77導(dǎo)入反應(yīng)處理區(qū)60中。這樣，不僅將作為反應(yīng)性氣體的氧氣導(dǎo)入反應(yīng)處理區(qū)60，而且將惰性氣體導(dǎo)入反應(yīng)處理區(qū)60，由此能夠提高等離子中的反應(yīng)性氣體的自由基的密度。
然后，向天線85a、85b施加13.56MHz的高頻電壓，并利用等離子發(fā)生單元80在反應(yīng)處理區(qū)60產(chǎn)生等離子。反應(yīng)處理區(qū)60的壓力維持在0.7Pa～1Pa。并且，至少在反應(yīng)處理區(qū)60中產(chǎn)生等離子的過程中，天線容納室80A的內(nèi)部壓力保持在10-3Pa以下。
然后，當(dāng)基板保持架13旋轉(zhuǎn)，形成有由鈦或不完全氧化鈦(TiOx1(x1＜2))構(gòu)成的薄膜的基板被運送到面向反應(yīng)處理區(qū)60的位置時，在反應(yīng)處理區(qū)60中，進(jìn)行通過等離子處理使由鈦或不完全氧化鈦(TiOx1(x1＜2))構(gòu)成的薄膜發(fā)生氧化反應(yīng)的工序。即，利用通過等離子發(fā)生單元80在反應(yīng)處理區(qū)60產(chǎn)生的氧氣的等離子，使鈦或不完全氧化鈦(TiOx1(x1＜2))發(fā)生氧化反應(yīng)，而轉(zhuǎn)換為具有所希望的組成的不完全氧化鈦(TiOx2(x1＜x2＜2))或氧化鈦(TiO2)。
在本實施方式中，通過以上工序，能夠制作具有所希望的組成的氧化鈦(TiOx(x≤2))薄膜。另外，通過反復(fù)進(jìn)行以上工序，能夠使薄膜層疊從而制作具有所希望的膜厚的薄膜。
但是，在反應(yīng)處理區(qū)60中，根據(jù)反應(yīng)性氣體的等離子，表現(xiàn)出兩個效果。第一個效果是利用反應(yīng)性氣體的等離子對薄膜進(jìn)行氧化反應(yīng)，從而由通過濺射形成的金屬或不完全氧化物構(gòu)成的薄膜被轉(zhuǎn)換為完全氧化物或與完全氧化物接近的不完全氧化物的效果。第二個效果是反應(yīng)性氣體的等離子中的高能量離子或電子與由通過濺射形成的金屬或不完全氧化物構(gòu)成的薄膜碰撞，由此進(jìn)行從薄膜的脫氧，從而給薄膜的組成帶來不良影響的效果。根據(jù)這樣的兩個效果的相對強弱來確定通過反應(yīng)處理區(qū)60進(jìn)行了等離子處理的薄膜的組成。
圖6表示在形成TiO2薄膜的情況下提供給天線85a、85b的電功率與TiO2薄膜的光學(xué)常數(shù)(折射率n和衰減系數(shù)k)的關(guān)系。圖6的橫軸表示提供給天線85a、85b的電功率，圖6的縱軸(左側(cè))表示所形成的薄膜的折射率n，圖6的縱軸(右側(cè))表示所形成的薄膜的衰減系數(shù)k。
根據(jù)圖6可知，在提供大于4kW的電功率的情況下，衰減系數(shù)k增大(例如，在提供5kW的電功率的情況下，衰減系數(shù)k超過1.0×10-3)，與此相對，在提供2kW以上4kW以下的電功率的情況下，能夠形成折射率n為2.47～2.49、衰減系數(shù)k為1.0×10-3以下的TiO2薄膜。
在向天線85a、85b提供大于4kW的電功率的情況下，衰減系數(shù)k增大的原因如下通過向天線85a、85b提供大的電功率，從而產(chǎn)生大量高能量的反應(yīng)性氣體的離子和電子，使上述第二個效果變得顯著。
因此，為了抑制高能量的反應(yīng)性氣體的離子和電子的量從而減小衰減系數(shù)k，可以從高頻電源89向天線85a、85b提供2kW以上4kW以下的電功率。另外，為了使衰減系數(shù)k減小到大約1.0×10-4，可以從高頻電源89向天線85a、85b提供2kW以上3.5kW以下的電功率。
例如也可以按照下面的(a)～(1)那樣改變以上說明的實施方式。并且，也可以通過對(a)～(1)進(jìn)行適當(dāng)組合來改變。另外，在以下說明中，與上述實施方式相同的部件使用相同標(biāo)號進(jìn)行說明。
(a)在上述實施方式中，說明了利用由導(dǎo)電體構(gòu)成的空心部件來構(gòu)成柵90的示例，但也可以利用由絕緣體構(gòu)成的桿狀部件來構(gòu)成柵90。在該情況下，也與上述實施方式相同，可以由縱柵90a和橫柵90b構(gòu)成柵90。本實施方式的縱柵90a以排列多個與中心軸線Z平行的方向(縱向)的筋的方式配置桿狀部件。并且，橫柵90b以排列多個與基板保持架13的旋轉(zhuǎn)方向平行的方向(橫向)的筋的方式配置桿狀部件。
并且，在本實施方式中，也與上述實施方式相同，將縱柵90a和橫柵90b配置成，柵90在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13的方向上相對于等離子發(fā)生單元80遮蔽基板保持架13的面積小于柵90在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13的方向上的剩余面積。即，將縱柵90a和橫柵90b配置成，在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13時，開口11a被柵90封閉的面積小于開口11a的剩余面積。
這樣，通過設(shè)置由絕緣體構(gòu)成的柵90，可以使由等離子發(fā)生單元80產(chǎn)生的等離子中的離子的一部分與柵90碰撞而消滅。并且，與上述實施方式相同，在從等離子發(fā)生單元80面向基體保持架13時，開口11a被柵90封閉的面積小于開口11a的剩余面積，由此抑制被柵90消滅的反應(yīng)性氣體的離子的量，從而使與薄膜接觸的離子的量不會極端變少。
另外，作為構(gòu)成柵90的絕緣體，可以使用熱解氮化硼(PBN)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)和氮化鋁(AlN)等。并且，構(gòu)成柵90的由絕緣體構(gòu)成的桿狀部件不一定整體都由絕緣體構(gòu)成。也可以通過熱解氮化硼(PBN)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)和氮化鋁(AlN)等絕緣體包覆空心導(dǎo)電體(例如不銹鋼、銅、銅合金和鋁等)的表面，來構(gòu)成柵90。絕緣體對導(dǎo)電體的包覆與上述保護(hù)層P的包覆方法相同，可以利用化學(xué)氣相沉積法、蒸鍍法和噴鍍法等進(jìn)行。
(b)在上述實施方式中，作為薄膜形成裝置的一例，說明了濺射裝置，但是本發(fā)明的等離子發(fā)生單元也可以應(yīng)用于其他類型的薄膜形成裝置。作為薄膜形成裝置，例如也可以是使用等離子進(jìn)行蝕刻的蝕刻裝置、使用等離子進(jìn)行CVD的CVD裝置等。并且，也可以應(yīng)用于使用等離子進(jìn)行塑料的表面處理的表面處理裝置。
(c)在上述實施方式中，使用了所謂轉(zhuǎn)盤式的濺射裝置，但不限于此。本發(fā)明也可以應(yīng)用于將基板面向產(chǎn)生等離子的區(qū)域運送的其他濺射裝置。
(d)在上述實施方式中，在使用固定框84將電介質(zhì)板83固定在殼體81上，并使殼體81、電介質(zhì)板83、天線85a、85b、夾具88形成為一體的狀態(tài)下，利用螺栓固定殼體81和真空槽11，由此將等離子發(fā)生單元與真空槽11連接。但是，電介質(zhì)板83的固定方法和等離子發(fā)生單元的連接方法不限于此。例如也可以如圖7所示那樣進(jìn)行改變。圖7是說明等離子發(fā)生單元的其他實施方式的主要部分說明圖。在圖7所示的實施方式中，利用螺栓(未圖示)將真空槽11和固定框184連接在一起，由此將作為本發(fā)明的電介質(zhì)壁的電介質(zhì)板183夾持在真空槽11和固定框184之間，并將電介質(zhì)板183固定在真空槽11上。并且，作為本發(fā)明的蓋體的殼體181通過螺栓固定在真空槽11上，以覆蓋固定在真空槽11上的電介質(zhì)板183，由此將等離子發(fā)生單元180固定在真空槽11上。
并且，通過殼體181和電介質(zhì)板183包圍而形成天線容納室180A。為了能夠?qū)⑻炀€容納室180A的內(nèi)部減壓，在天線容納室180A連接有配管15a，在配管15a的前端連接有真空泵15。另外，與上述實施方式中使用夾具88將天線85a、85b固定在殼體81上相同，使用夾具188將天線85a、85b固定在殼體181上。如果將殼體181從真空槽11卸下，則能夠容易地進(jìn)行天線85a、85b的裝卸、以及天線85a、85b的形狀的改變等。
(e)在上述實施方式中，作為等離子發(fā)生單元，使用圖1至圖4所示那樣的電感耦合式(平板式)等離子發(fā)生單元，該等離子發(fā)生單元將在同一平面上形成旋渦的天線85a、85b固定在板狀的電介質(zhì)板83上，但本發(fā)明也可應(yīng)用于具有其他類型的等離子發(fā)生單元的薄膜形成裝置。即，本發(fā)明也能夠應(yīng)用于電感耦合式(圓筒式)等離子發(fā)生單元，該等離子發(fā)生單元對在由電介質(zhì)形成的圓筒形的電介質(zhì)壁周圍卷繞成旋渦狀的天線施加高頻電功率，使在圓筒形電介質(zhì)壁所包圍的區(qū)域產(chǎn)生感應(yīng)電場，從而產(chǎn)生等離子。
圖8是說明電感耦合式(圓筒式)等離子發(fā)生單元的主要部分說明圖。在圖8所示的實施方式中，作為本發(fā)明的電介質(zhì)壁具有電介質(zhì)板283。電介質(zhì)板283具有圓筒形狀。利用螺栓(未圖示)將真空槽11和固定框284連接在一起，由此在真空槽11和固定框284之間夾持作為本發(fā)明的電介質(zhì)壁的電介質(zhì)板283，并將電介質(zhì)板283固定在真空槽11上。并且，作為本發(fā)明的蓋體的殼體281通過螺栓固定在真空槽11上，以覆蓋固定在真空槽11上的電介質(zhì)板283，從而將等離子發(fā)生單元280固定在真空槽11上。
并且，通過殼體281和電介質(zhì)板283包圍來形成天線容納室280A。為了能夠?qū)⑻炀€容納室280A的內(nèi)部減壓，在天線容納室280A連接有配管15a，在配管15a的前端連接有真空泵15。天線285卷繞在圓筒狀的電介質(zhì)板的外周上。與上述實施方式中使用夾具88將天線85a、85b固定在殼體81上相同，使用夾具288將天線285固定在殼體281上。如果將殼體281從真空槽11卸下，則能夠容易地進(jìn)行天線285的裝卸、以及天線285的形狀改變等。
另外，在圖8所示的實施方式中，也能夠形成這樣的結(jié)構(gòu)在殼體281和固定框84之間夾持電介質(zhì)板283，從而將電介質(zhì)板283固定在殼體281上，并使殼體281、電介質(zhì)板283、天線285和夾具288成為一體的結(jié)構(gòu)。如果這樣構(gòu)成，則由于通過利用螺栓固定殼體281和真空槽11，能夠?qū)⒌入x子發(fā)生單元280與真空槽11連接，因此在真空槽11上裝卸等離子發(fā)生單元280變得容易。
(f)在上述實施方式中，配管15a與真空槽11內(nèi)部和天線容納室80A內(nèi)部兩者連接，并利用與配管15a連接的真空泵15對真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A進(jìn)行排氣。但是，也可以使真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部分別與獨立的配管連接，并利用與各配管連接的獨立的真空泵，對真空槽11的內(nèi)部和天線容納室80A的內(nèi)部進(jìn)行排氣。
(g)在上述實施方式中，電介質(zhì)板83配合在固定板88a、88b上，并利用固定螺栓88c、88d將固定板88a、88b固定在殼體81上，由此將天線85a、85b設(shè)置在天線容納室80A中，但總之，只要能夠調(diào)整間隔D來固定天線85a、85b，也可以采用其他方法。
(h)在上述實施方式中，在間隔壁16的面向反應(yīng)處理區(qū)60的壁面、和真空槽11的內(nèi)壁面的面向反應(yīng)處理區(qū)60的面上形成有由絕緣體構(gòu)成的保護(hù)層P，但也可以在其他部分形成由絕緣體構(gòu)成的保護(hù)層P。例如，也可以不僅在間隔壁16的面向反應(yīng)處理區(qū)60的壁面上包覆絕緣體，而且還在間隔壁16的其他部分包覆絕緣體。由此，能夠最大限度地避免自由基因與間隔壁16發(fā)生反應(yīng)而減少。并且，例如也可以不僅在真空槽11的內(nèi)壁面的面向反應(yīng)處理區(qū)60的部分包覆絕緣體，而且還在真空槽11的內(nèi)壁面的其他部分、例如整個內(nèi)壁面上包覆絕緣體。由此，能夠最大限度地避免自由基因與真空槽11的內(nèi)壁面發(fā)生反應(yīng)而減少。也可以在間隔壁12上包覆絕緣體。
(i)在上述實施方式中，由銅形成天線85a的圓管狀主體部，由銀形成包覆層，但只要利用廉價、加工容易而且電阻也低的材料形成主體部，并利用電阻低于主體部的材料形成電流集中的包覆層即可，因此也可以是其他材料的組合。例如，也可以由鋁或鋁-銅合金形成主體部，或者由銅、金形成包覆層。也能夠同樣地改變天線85b的主體部和包覆層。并且，也可以利用不同的材料形成天線85a、85b。
(j)在上述實施方式中，將氧氣作為反應(yīng)性氣體導(dǎo)入反應(yīng)處理區(qū)60，但除此以外，通過導(dǎo)入臭氧、一氧化二氮(N2O)等氧化性氣體、氮氣等氮化性氣體、甲烷等碳化性氣體、氟、四氟化碳(CF4)等氟化性氣體等，也能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于氧化處理以外的等離子處理。
(k)在上述實施方式中，作為靶29a、29b的材料使用了鈦，但不限于此，也可以使用這些氧化物。并且，可以使用鋁(Al)、硅(Si)、鋯(Zr)、錫(Sn)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、碲(Te)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鎳-鉻(Ni-Cr)、銦-錫(In-Sn)等金屬。并且，也可以使用這些金屬的化合物，例如Al2O3、SiO2、ZrO2、Ta2O5、HfO2等。
在使用這些靶的情況下，通過在反應(yīng)處理區(qū)60中的等離子處理，能夠制作Al2O3、SiO2、ZrO2、Ta2O5、SiO2、Nb2O5、HfO2、MgF2等光學(xué)膜或者絕緣膜、ITO等導(dǎo)電膜、Fe2O3等磁性膜、和TiN、CrN、TiC等超硬膜。像TiO2、ZrO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5那樣的絕緣性金屬化合物與金屬(Ti、Zr、Si)相比，濺射速度非常慢且生產(chǎn)率差，因此特別在使用本發(fā)明的薄膜形成裝置進(jìn)行等離子處理時有效。
(l)在上述實施方式中，靶29a和靶29b由相同材料構(gòu)成，但也可以由不同種類的材料構(gòu)成。在使用相同的金屬靶的情況下，如上所述，通過進(jìn)行濺射，單一金屬的不完全反應(yīng)物形成在基板上，在使用不同種類的金屬靶的情況下，合金的不完全反應(yīng)物形成在基板上。
根據(jù)本發(fā)明的薄膜形成裝置，能夠?qū)⒎磻?yīng)性氣體的等離子中的自由基的相對密度提高一定程度，同時使一定程度比例的離子與薄膜接觸，來進(jìn)行成膜。
權(quán)利要求
1.一種薄膜形成裝置，其特征在于，該薄膜形成裝置具有具有開口的真空槽；等離子發(fā)生單元，其設(shè)在該真空槽的與所述開口對應(yīng)的位置，并在所述真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子；在所述真空槽內(nèi)保持基體的基體保持單元；和離子消滅單元，其設(shè)在所述等離子發(fā)生單元和所述基體保持單元之間，并使由所述等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的離子消滅，所述離子消滅單元在從所述等離子發(fā)生單元面向所述基板保持架的方向上相對于等離子發(fā)生單元遮蔽所述基體保持單元的面積，小于所述等離子發(fā)生單元在從所述等離子發(fā)生單元面向所述基板保持架的方向上的剩余面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述離子消滅單元由導(dǎo)電體構(gòu)成，并且在接地狀態(tài)下設(shè)在所述真空槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述離子消滅單元由空心部件形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述離子消滅單元由空心部件形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述離子消滅單元由絕緣體構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述基板保持單元與所述真空槽絕緣，并且在電位浮動的狀態(tài)下設(shè)在所述真空槽內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的薄膜形成裝置，其特征在于，所述等離子發(fā)生單元構(gòu)成為具有與高頻電源連接、并且在同一平面上形成旋渦的天線，利用所述高頻電源向所述天線提供2kW以上4kW以下的電功率。
專利摘要
本發(fā)明提供一種薄膜形成裝置，該薄膜形成裝置能夠使等離子中一定程度的比例的離子與薄膜接觸來進(jìn)行成膜。薄膜形成裝置(1)具有等離子發(fā)生單元(80)，其設(shè)在真空槽(11)的與所述開(11a)對應(yīng)的位置，并在真空槽(11)內(nèi)產(chǎn)生等離子；基板保持架(13)，其在真空槽(11)內(nèi)保持基體；離子消滅單元(90)，其設(shè)在等離子發(fā)生單元(80)和基板保持架(13)之間。離子消滅單元(90)在從等離子發(fā)生單元(80)面向基板保持架(13)的方向上相對于等離子發(fā)生單元(80)遮蔽基板保持架(13)的面積，小于離子消滅單元(90)在從等離子發(fā)生單元(80)面向基板保持架(13)的方向上的剩余面積。
文檔編號H01L21/31GK1993492SQ200580026467
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月5日
發(fā)明者宋亦周, 荒井徹治, 千葉幸喜, 櫻井武, 姜友松 申請人:株式會社新柯隆導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan