CN100513632C - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的薄膜形成装置(1)包括：内部维持真空的真空容器(11)；将反应性气体导入真空容器(11)内的气体导入单元(76)；和在真空容器(11)内产生反应性气体的等离子体的等离子体发生单元(61)。并且，在真空容器(11)内的壁面上，涂敷有热分解氮化硼(P)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造在光学薄膜和光学设备、光电子学用设备以及半导体设备等中使用的薄膜的薄膜形成装置，特别涉及一种通过改良等离子体发生单元和真空容器，来提高与薄膜发生化学反应的活性物种的密度的薄膜形成装置。
背景技术
以往，利用在真空容器内形成为等离子体的反应性气体，在基板上进行薄膜的形成、形成后的薄膜的表面改性，以及蚀刻等等离子体处理。例如，公知有如下技术：使用溅镀技术，在基板上形成由金属的不完全反应物构成的薄膜，使由该不完全反应物构成的薄膜与等离子体化了的反应性气体接触，从而形成由金属化合物构成的薄膜(例如，日本专利特开2001—234338号公报)。
在该技术中，为了在薄膜形成装置所具有的真空容器内使反应性气体等离子体化，而使用了等离子体发生单元。在利用等离子体发生单元进行了等离子体化的气体中，包含离子、电子、原子、分子和活性物种(原子团、激发状态的原子团等)。在多数情况下，等离子体化了的气体中所包含的电子、离子可能会给薄膜带来损伤，而另一方面，电中性的反应性气体的原子团则有利于薄膜的形成。由此，在现有技术中，为了阻止电子、离子朝向基板上的薄膜，并使原子团有选择地与薄膜接触，而使用了栅(grid)。这样，通过使用栅，就可以提高有利于形成薄膜的原子团在等离子体气体中的相对密度，从而实现了等离子体处理的高效率化。
但是，若为了提高原子团的相对密度而使用栅，则存在以下的问题：薄膜形成装置的结构变得复杂，真空容器内的原子团的分布区域受到栅的尺寸、形状和配置的限制。这种问题妨碍了在较大范围内进行等离子体处理，成为等离子体处理的非高效率化的主要原因，结果，妨碍了提高薄膜的生产效率。另外，若为了扩大原子团的分布区域而增大栅，则还会产生成本提高的问题。
但是，作为用于产生等离子体的等离子发生单元，以往公知的有平行平板型、ECR型、感应结合型等装置。作为感应结合型的装置，公知的有圆筒型和平板型的装置。
图10是说明平板型的现有等离子体发生装置161的图。图10A所示的图是表示薄膜形成装置的局部剖面图。如图10A所示，平板型的现有等离子体发生单元，利用由石英等电介体构成的电介板163来构成真空容器111的一部分，并且沿电介板163位于大气侧的外壁配置天线(antenna)165。
图10B表示天线165的形状。天线165在同一平面内呈漩涡状。平板型的现有等离子体发生装置161，利用高频电源169，并通过具有匹配电路的匹配箱167，将频率为100kHz～50MHz的功率施加到天线165上，从而在真空容器111内产生等离子体。
如图10的匹配箱167所示，对天线165施加高频功率是通过用于进行阻抗匹配的匹配电路进行的。如图10所示，连接在天线165和高频电源169之间的匹配电路具有可变电容器167a、167b和匹配用线圈167c。
在公知的等离子体发生单元中，在真空容器内对较大范围进行等离子体处理的情况下，虽然增大了天线165，但是存在这样的问题：在天线165和匹配用线圈167c上的功率损失增大，并且难以获取阻抗的匹配。另外，当在较大范围进行等离子体处理时，还产生等离子体的密度根据地点不均匀的问题。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种可以有效地在较大范围内进行等离子体处理的薄膜形成装置。
本发明的薄膜形成装置具有：内部维持真空的真空容器；将反应性气体导入该真空容器内的气体导入单元；在上述真空容器内产生上述反应性气体的等离子体的等离子体发生单元，其特征在于，上述等离子体发生单元具有：设置于上述真空容器外壁上的电介体壁；漩涡状的第一天线和第二天线；用于将上述第一天线和上述第二天线与高频电源连接起来的导线，上述薄膜形成装置具有将上述第一天线和上述第二天线固定在上述真空容器外侧与上述电介体壁对应的位置上的天线固定单元，上述第一天线和上述第二天线相对于上述高频电源并联连接，在与上述导线连接的部分上，在连接上述第一天线和第二天线的部位，设有用于调整上述第一天线和上述第二天线之间间隔的位置调整单元。
这样，由于本发明的薄膜形成装置具有第一天线和第二天线，因此，通过独立地调整第一天线和第二天线的粗细、形状、大小或直径等，可以容易地调整等离子体的分布。另外，由于本发明的薄膜形成装置在从高频电源到第一天线和第二天线的导线中的、连接第一天线和第二天线之间的部位上，具有用于调整第一天线和第二天线之间间隔的位置调整单元，因此，通过调整第一天线和第二天线的间隔，可以容易地调整等离子体的分布。另外，通过并联连接第一天线和第二天线，即使在将匹配电路连接到第一天线和第二天线上的情况下，也能够通过匹配电路容易获取阻抗匹配，并且可以降低在匹配电路中的功率损失，从而可以将功率有效地利用于等离子体的产生。
此时，上述真空容器中具有用于搬送基板的基板搬送单元，该基板搬送单元搬送基板，并且使基板与上述第一天线和上述第二天线构成漩涡状的面对置，最好以与上述基板搬送单元搬送基板的方向交叉的方向相互邻接的状态，固定上述第一天线和上述第二天线。
这样，通过以与搬送基板方向交叉的方向相互邻接的状态固定第一天线和第二天线，可以容易地调整与搬送基板方向垂直的方向上的等离子体密度分布。因此，通过在垂直于基板搬送方向上，且在较大范围内进行等离子体处理，一次就可以对多量薄膜进行等离子体处理。
另外，上述第一天线和上述第二天线最好由以下部分构成：用第一材料形成的圆管状主体部；用电阻比上述第一材料小的第二材料涂敷该主体部表面的涂敷层。
通过采用这种结构，用便宜且易加工的第一材料来形成第一天线和第二天线的主体部，并且用电阻小的第二材料来形成电流集中的涂敷层，从而可以降低天线的高频阻抗，可以有效地形成薄膜。
通过下述说明，可以明确本发明的其它优点。
附图说明
图1是对本发明的薄膜形成装置进行说明的局部剖面的俯视示意图。
图2为对本发明的薄膜形成装置进行说明的局部剖面的侧视示意图。
图3为说明等离子体发生单元的示意图。
图4为天线的剖面图。
图5为表示测定等离子体中氧原子和氧离子比例的实验结果的一个示例图。
图6为表示测定等离子体中存在的激发状态下的氧原子团和氧离子的发光强度的实验结果的一个示例图。
图7为表示测定等离子体中的氧原子团的流量密度的实验结果的一个示例图。
图8为表示测定使用现有等离子体发生单元来形成氧化硅和氧化铌的多层薄膜情况下的薄膜透过率的实验结果的一个示例图。
图9为表示测定在使用本发明等离子体单元形成氧化铌和氧化硅的多层薄膜情况下的薄膜的透过率的实验结果的一个示例图。
图10为说明平板型的公知等离子发生单元的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施例进行说明。另外，本发明并不限于以下所要说明的部件和配置等，在本发明的宗旨范围内，可以进行各种变更。
图1和图2为对溅镀装置1进行说明的示意图。为便于理解，图1是局部剖面的俯视示意图，图2为沿图1的A-B-C线的局部剖面的侧视示意图。溅镀装置1为本发明的薄膜形成装置的一个示例。
在本示例中，使用的是进行作为溅镀的一个示例的磁控溅射(マグネトロンスパッタ)的溅镀装置1，但是本发明并不限于此，也可以是进行不使用磁控管放电的两极溅镀等其它公知溅镀的溅镀装置。
根据本示例的溅镀装置1，通过溅镀制作比目标膜厚还要薄的薄膜，并且通过反复进行等离子体处理，可以在基板上形成具有目标膜厚的薄膜。在本示例中，通过溅镀和等离子体处理，形成平均膜厚为0.01～1.5nm的薄膜，通过反复进行该工序，形成膜厚为目标值的数～数百nm的薄膜。
本示例的溅镀装置1的主要结构单元如下：真空容器11；用于将形成薄膜的基板保持在真空容器11内的基板保持器13；用于驱动基板保持器13的电动机17；间隔壁12、16；磁控溅射电极21a、21b；中频交流电源23；用于产生等离子体的等离子体发生装置61。间隔壁16相当于本发明的等离子体收敛壁，等离子体发生装置61相当于本发明的等离子体发生单元，基板保持器13和电动机17相当于本发明的基板搬送单元。
真空容器11为在公知的溅镀装置中普遍使用的不锈钢制品，是具有大致长方体形状的中空件。真空容器11的形状也可以是中空的圆柱状。
基板保持器13配置在真空容器11内的大致中央。基板保持器13的形状为圆筒状，其外周面保持有多个基板(未图示)。另外，基板保持器13的形状也可以不是圆筒状，而是中空的多棱柱状或圆锥状。基板保持器13与真空容器11电绝缘。这样，可以防止基板的异常放电。基板保持器13配置在真空容器11内，并且使圆筒的筒方向的中心轴线Z(参照图2)配置在真空容器11的上下方向上。在维持真空容器11内的真空状态的状态下，基板保持器13通过设置在真空容器11的上部的电动机17以中心轴线Z为中心被驱动旋转。
在基板保持器13的外周面上，以如下状态保持多个基板(未图示)：多个基板在沿基板保持器13的中心轴线Z的方向(上下方向)上以保持规定间隔的方式排列。在本示例中，基板以如下方式保持在基板保持器13上：基板形成薄膜的面(以下称为“膜形成面”)朝向与基板保持器13的中心轴线Z垂直的方向。
间隔壁12、16从真空容器11的内壁面朝向基板保持器13竖立设置。本示例中的间隔壁12、16是彼此相对的一对面开口的筒状的、大致长方体的、不锈钢制的部件。间隔壁12、16在真空容器11的侧内壁和基板保持器13之间，以从真空容器11的侧壁朝向基板保持器13竖立设置的状态固定。此时，间隔壁12、16以如下方式固定：间隔壁12、16开口的一侧朝向真空容器11的侧内壁侧，另一侧朝向基板保持器13。另外，间隔壁12、16的位于基板保持器13侧的端部具有沿基板保持器13的外周形状形成的形状。
由真空容器11的内壁面、间隔壁12、基板保持器13的外周面围绕形成用于进行溅镀的成膜处理区20。另外，由真空容器11的内壁面、后述等离子体发生装置61、间隔壁16、基板保持器13的外周面围绕形成反应处理区60，该反应处理区60用于产生等离子体并对基板上的薄膜进行等离子体处理。在本示例中，从真空容器11固定有间隔壁12的位置，以基板保持器13的中心轴线Z为中心大约转动90度的位置上固定有间隔壁16。因此，成膜处理区20和反应处理区60形成在相对基板保持器13的中心轴线Z转动90度的位置上。所以，当电动机17驱动基板保持器13旋转时，保持在基板保持器13外周上的基板在面对成膜处理区20的位置和面对反应处理区60的位置之间被搬送。
在真空容器11的成膜处理区20和反应处理区60之间的位置上，连接有排气用的配管，该配管与用于排出真空容器11中的气体的真空泵15连接。通过该真空泵15和未图示的控制器构成为，可以调整真空容器11内的真空度。
在间隔壁16面对反应处理区60的壁面上，涂敷有由热分解氮化硼(Pyrolytic Boron Nitride)构成的保护层P。另外，在真空容器11的内壁面，面对反应处理区60的部分上，也涂敷有由热分解氮化硼构成的保护层P。热分解氮化硼通过利用化学汽相沉积法(Chemical Vapor Deposition)的热分解法被涂敷在间隔壁16和真空容器11的内壁面上。
成膜处理区20通过配管与质量流量控制器25、26连接。质量流量控制器25与储存非活性气体的溅镀气体储气罐27连接。质量流量控制器26与储存反应性气体的反应性气体储气罐28连接。非活性气体和反应性气体由质量流量控制器25、26控制并导入成膜处理区20。作为非活性气体，例如有氩气等。作为反应性气体，例如可以使用氧气、氮气、氟气、臭氧等。
在成膜处理区20中，在真空容器11的壁面上配置有磁控溅射电极21a、21b，并且使该磁控溅射电极21a、21b与基板保持器13的外周面对置。该磁控溅射电极21a、21b通过未图示的绝缘部件固定在处于接地电位的真空容器11上。磁控溅射电极21a、21b构成为，通过变压器24与中频交流电源23连接，从而可以施加交流电场。本示例的中频交流电源23可以施加1k～100kHz的交流电场。在磁控溅射电极21a、21b上保持有靶材29a、29b。靶材29a、29b的形状为平板状，靶材29a、29b与基板保持器13的外周面相对的面被保持成朝向垂直于基板保持器13的中心轴线Z的方向。
另外，进行溅镀的成膜处理区可以设置多个而不仅仅是一个。即，如图1的虚线所示，也可以在真空容器11中设置与成膜处理区20一样的成膜处理区40。例如，在真空容器11中设置间隔壁14，在相对成膜处理区20夹着基板保持器13的对称位置上可以形成成膜处理区40。与成膜处理区20一样，在成膜处理区40中配置有磁控溅射电极41a、41b。磁控溅射电极41a、41b构成为，通过变压器44与中频交流电源43连接，从而可以施加交流电场。在磁控溅射电极41a、41b上保持有靶材49a、49b。成膜处理区40通过配管与质量流量控制器45、46连接。质量流量控制器45与储存非活性气体的溅镀气体储气罐47连接。质量流量控制器46与储存反应性气体的反应性气体储气罐48连接。在真空容器11的在成膜处理区40与反应处理区60之间的位置上，连接有排气用的配管，该配管与用于排出真空容器11内的气体的真空泵15’连接。真空泵15’与真空泵15可以通用。
在真空容器11的与反应处理区60对应的内壁面上形成有开口，该开口与作为等离子体发生单元的等离子体发生装置61连接。另外，在反应处理区60，连接有作为本发明的气体导入单元的、通过流量质量控制器75用于导入非活性气体储气罐77内的非活性气体的配管，或通过质量流量控制器76用于导入反应性气体储气罐78内的反应性气体的配管。
图3是说明等离子体发生装置61的示意图，是从正面看等离子体发生装置61的示意图。在图3中，还表示了匹配箱67和高频电源69。
等离子体发生装置61具有：用电介体形成为板状的电介体壁63；在同一平面上构成漩涡状的天线65a、65b；用于将天线65a、65b与高频电源69连接起来的导线66；用于将天线65a、65b固定在电介体壁63上的固定部件68。天线65a相当于本发明的第一天线，天线65b相当于本发明的第二天线，固定部件68相当于本发明的天线固定单元。
本示例的电介体壁63由石英形成。另外，电介体壁63也可以不用石英而用Al2O3等其它陶瓷材料形成。电介体壁63，以由形成于真空容器11的凸缘11a和矩形框状的盖体11b夹持的方式，设置在封闭对应于反应处理区60而形成在真空容器11的内壁上的开口的位置上。天线65a和天线65b以构成漩涡状的面朝向真空容器11的内侧、且上下邻接的状态，通过固定部件68被固定在真空容器11外侧与电介体壁63对应的位置上(参照图2、图3)。因此，通过利用电动机17使基板保持器13绕中心轴线Z转动，保持在基板保持器13外周上的基板以基板的膜形成面与天线65a、65b的构成漩涡状的面对置的方式被搬送。即，在本示例中，由于天线65a和天线65b以上下邻接的状态被固定，因此，天线65a和天线65b以在基板搬送方向交叉的方向上(在本例中为上下方向)相互邻接的状态被固定。
本示例的固定部件68由固定板68a、68b，螺栓68c、68d构成。用固定板68a和电介体壁63夹持天线65a，用固定板68b和电介体63夹持天线65b，通过用螺栓68c、68d将固定板68a、68b紧固在盖体11b上，固定天线65a、65b。
在从高频电源到天线65a、65b的导线66的顶端上，天线65a和天线65b相对高频电源69并联连接。天线65a、65b通过容纳匹配电路的匹配箱67与高频电源69连接。如图3所示，在匹配箱67内，设置有可变电容67a、67b。在本示例中，由于天线65b与天线65a并联连接，因此，天线65b发挥现有匹配电路(参照图10)中匹配用线圈167c所发挥作用的全部或一部分。因此，可以减少在匹配箱内的功率损失，可以利用天线65a、65b将从高频电源69供给的功率有效地应用于等离子体的产生。另外，容易取得阻抗匹配。
在与导线66的顶端连接的部分，在连接天线65a和天线65b之间的部位上，设有松弛部66a、66b，以便能够调整天线65a和天线65b之间的间隔D。松弛部66a、66b相当于本发明的位置调整单元。在本示例的溅镀装置1中，在利用固定部件68固定天线65a、65b时，通过使松弛部66a、66b伸缩，可以调整天线65a和天线65b在上下方向的间隔D。即，通过改变固定板68a、68b和电介体壁63夹持天线65a、65b的位置，可以调整间隔D。
图4是天线65a的剖面图。本示例的天线65a由以下部件构成：用铜形成的圆管状的主体部65a1；涂敷主体部表面的用银形成的涂敷层65a2。为了降低天线65a的阻抗，最好用电阻低的材料形成天线65a。因此，利用高频电流集中在天线表面的这一特性，用便宜且容易加工、电阻低的铜形成圆管状主体部65a1，用电阻比铜还要低的银涂敷主体部65a1的外表面形成涂敷层65a2。通过这种结构，降低了天线65a、65b相对于高频的阻抗，使电流高效率地流入天线65a，提高了产生等离子体的效率。天线65b的结构和天线65a一样，也具有铜制的主体部65b1和由银形成的涂敷层65b2。当然，也可以改变天线65a和天线65b的截面大小(粗细)。另外，在本示例中，松弛部66a、66b也是用铜形成为圆管状，并将银涂敷在其表面上。
在本示例的等离子体发生装置61中，调整天线65a和天线65b在上下方向的间隔D、天线65a的直径Ra、天线65b的直径Rb等，然后固定天线65a、65b，将反应性气体储气罐78内的反应性气体通过质量流量控制器75导入到保持0.1Pa～10Pa左右的真空的反应处理区60。然后，通过从高频电源69向天线65a、65b施加13.56MHz的电压，在反应处理区60中以所希望的分布产生反应性气体的等离子体，从而可以对配置在基板保持器13上的基板进行等离子体处理。
在本示例中，由于具有并联连接的两个天线65a、65b和松弛部66a、66b，因此与增大一个天线的情况相比，可以降低在匹配箱67内的匹配电路中的功率损失，并且容易获取阻抗匹配，可以在较大范围内有效地进行等离子体处理。
另外，通过用便宜、容易加工且电阻低的铜形成圆管状天线65a、65b的主体部65a1、65b1，并用电阻比铜还低的材料的银来形成涂敷层65a2、65b2，因此，可以降低天线65a、65b的高频阻抗，可以进行减少了功率损失的有效的等离子体处理。
并且，在本示例中，通过调整天线65a和天线65b在上下方向的间隔D，可以调整等离子体相对于配置在基板保持器13上的基板的分布。另外，由于可以独立地变更天线65a的直径Ra、天线65b的直径Rb、或天线65a、65b的粗细等，因此通过调整天线65a的直径Ra、天线65b的直径Rb或粗细等，也可以调整等离子体的分布。另外，在本示例中，如图3所示，天线65a和天线65b具有由大大小小的半圆构成的整体形状，但是，也可以将天线65a和天线65b的整体形状变更成矩形等形状，这样也可以调整等离子体的分布。
特别是，由于将天线65a和天线65b排列在与基板的搬送方向交叉的方向上，并且可以调整两者之间的间隔，因此在需要在与基板的搬送方向交叉的方向上、且在较大范围内进行等离子体处理的情况下，可以容易地调整等离子体的密度分布。例如，在使用本示例的旋转(carousel)型溅镀装置1进行等离子体处理的情况下，有时根据基板在基板保持器13上的配置和溅镀条件等，在位于基板保持器13的上方的薄膜和位于中间的薄膜的膜厚产生差异。即使在这种情况下，若使用本示例的等离子体发生装置61，具有可以对应于膜厚的差异适当调整等离子体的密度分布的优点。
并且，在本示例中，如上所述，通过在间隔壁16与反应处理区60相面对的壁面，和真空容器11的内壁面与反应处理区60相面对的部分上，涂敷热分解氮化硼，从而可以维持反应处理区60的原子团的较高的密度，可以使更多的原子团与基板上的薄膜接触，从而实现等离子体处理的高效率化。即，通过在间隔壁16和真空容器11的内壁面上涂敷化学性质稳定的热分解氮化硼，可以抑制由等离子体发生装置61在反应处理区60内产生的原子团或激发状态下的原子团因与间隔壁16和真空容器11的内壁面反应而消失。另外，通过间隔壁16可以控制在反应处理区60中产生的原子团朝向基板保持器13的方向。
下面，作为使用上述溅镀装置1的等离子体处理的方法，例如可为如下的方法：对通过溅镀在基板上形成的不完全氧化硅(SiOx1(x1<2))的薄膜进行等离子体处理，从而形成比该不完全氧化硅进一步氧化了的氧化硅(SiOx2(x1<x2≤2))的薄膜。另外，不完全氧化硅是缺乏作为氧化硅SiO2构成元素的氧的不完全氧化硅SiOx(x<2)。
首先，将基板和靶材29a、29b配置在溅镀装置1上。使基板保持在基板保持器13上，靶材29a、29b分别保持在磁控溅射电极21a、21b上。作为靶材29a、29b的材料使用硅(Si)。
接下来，使真空容器11内减压到规定压力，使电动机17工作，从而使基板保持器13转动。然后，在真空容器11内的压力稳定后，将成膜处理区20内的压力调整成0.1Pa～1.3Pa。
然后，在利用质量流量控制器25、26调节流量的同时，将作为溅镀用非活性气体的氩气和作为反应性气体的氧气，从溅镀气体储气罐27、反应性气体储气罐28，导入到成膜处理区20内，然后调整成膜处理区20内的用于进行溅镀的气体介质。
接下来，从中频交流电源23通过变压器24，对磁控溅射电极21a、21b施加频率为1～100KHz的交流电压，使得在靶材29a、29b之间形成交流电场。这样，在某一时刻，靶29a为阴极(负极)，此时靶材29b必定是阳极(正极)。在下一时刻，交流电的方向发生变化，这次靶材29b为阴极(负极)，而靶材29a为阳极(正极)。这样，一对靶材29a、29b交替地成为阳极和阴极，由此，形成等离子体，并对阴极上的靶材进行溅镀。
在进行溅镀的过程中，有时在阳极上附着有非导电性或导电性低的氧化硅(SiOx(x≤2))，但是，在该阳极通过交流电场而转换成阴极时，这些氧化硅(SiOx(x≤2))被溅镀，靶材表面又变成原来的干净状态。
并且，通过使一对靶材29a、29b反复进行交替变成阳极和阴极，可以获得始终稳定的阳极电位状态，可以防止等离子体电位(与通常阳极电位大致相等)的变化，从而可以在基板的膜形成面上稳定地形成由硅或不完全氧化硅(SiOx1(x1<2))构成的薄膜。
另外，通过调整导入成膜处理区20的氧气的流量，或通过控制基板保持器13的旋转速率，可以使在成膜处理区20形成的薄膜由硅(Si)，或氧化硅(SiO2)，或不完全氧化硅(SiOx1(x1<2))组成。
在成膜处理区20中，在基板的膜形成面上形成由硅或不完全氧化硅(SiOx1(x1<2))构成的薄膜后，通过驱动基板保持器13转动，可以将基板从与成膜处理区20相面对的位置搬送到与反应处理区60相面对的位置上。
从反应性气体储气罐78向反应处理区60导入氧气，并从非活性储气罐77向反应处理区60导入作为非活性气体的氩气。然后，向天线65a、65b施加13.56MHz的高频电压，通过等离子体发生装置61在反应处理区60内产生等离子体。反应处理区60的压力维持在0.7Pa～1Pa。
然后，使基板保持器13转动，当形成有由硅或者不完全氧化硅(SiOx1(x1<2))构成的薄膜的基板被搬送到与反应处理区60相面对的位置上时，在反应处理区60中，进行通过等离子体处理使由硅或不完全氧化硅(SiOx1(x1<2))构成的薄膜发生氧化反应的工序。即，通过利用等离子体发生装置61在反应处理区60产生的氧气的等离子体使硅或者不完全氧化硅(SiOx1(x1<2))发生氧化反应，从而转换成所希望组成的不完全氧化硅(SiOx2(x1<x2<2))或氧化硅。
在本示例中，通过上述工序，可以制作具有所希望组成的氧化硅(SiOx(x≤2))薄膜。另外，通过重复上述工序，可以层叠薄膜而制作出具有希望厚度的薄膜。
特别是，在本示例中，不仅向反应处理区导入作为反应性气体的氧气，还导入作为非活性气体的氩气，这样，可以提高等离子体中的反应性气体的原子团的密度。用图5和图6表示该效果。
图5是表示在反应处理区60产生的等离子体中的氧原子和氧离子的比例的图，表示了对向反应处理区60只导入氧气的情况，和将氧气与氩气混合导入的情况进行比较的实验结果。图5的横轴表示由高频电源69施加的功率，纵轴表示发光强度比。另外，发光强度比是通过利用发光分光法(Optical Emission Spectroscopy)测定等离子体中存在的激发状态的氧原子团和氧离子的发光强度来求出的。从图5可知，与向反应处理区60导入150sccm的氧气的情况相比，在将氧气和氩气混合后导入的情况(导入氧气110sccm、氩气40sccm的情况)下，激发状态下的氧原子团密度较高。另外，作为流量单位的sccm，表示在0℃、1atm时每一分钟的流量，与cm3/min相等。
图6表示在将氧气和氩气混合后导入反应处理区60时，用发光分光法测定等离子体中存在的激发状态下的氧原子团和氧离子的发光强度的实验结果。图6的横轴表示由高频电源69施加的功率，纵轴表示发光强度比。
并且，在本示例中，如上所述，由于在间隔壁16和真空容器11上涂敷有热分解氮化硼，因此，可以维持反应处理区60的等离子体中的氧原子团的较高的密度。用图7表示该效果。
图7是表示在反应处理区60中产生的等离子体中的氧原子团的流量密度的图，表示对在间隔壁16和真空容器11上涂敷有热分解氮化硼(PBN)的情况，和未进行涂敷的情况进行比较的实验结果的一例。在本实验示例中，作为在间隔壁16和真空容器11涂敷有热分解氮化硼的情况，在间隔壁16面向反应处理区60侧的一侧，和在真空容器11内壁面的面向由间隔壁16包围的反应处理区60的部分上，涂敷有热分解氮化硼。
图7的横轴表示导入反应处理区60中的氧气的流量，纵轴表示在反应处理区60产生的等离子体中的氧原子团的流量密度。另外，图7的纵轴所表示的氧原子团的流量密度的值，表示绝对流量密度的值。绝对流量密度的值可根据银薄膜的氧化程度求出。即，将形成有银薄膜的基板保持在基板保持器13上，根据在反应处理区60中进行等离子体处理前后的薄膜的重量变化来测量银的氧化程度，根据该氧化程度计算出绝对流量密度的值。从图7可知，在间隔壁16和真空容器11上涂敷有热分解氮化硼的情况下，氧原子团的流量密度较高。
以上，对制作具有希望组成的氧化硅(SiOx(x≤2))薄膜进行了说明，但是通过不仅设置一处进行溅镀的成膜处理区，而是设置多处进行溅镀，从而可以形成反复层叠具有不同组成的薄膜而构成的薄膜。例如，如上所述，在溅镀装置1中设置成膜处理区40，并且将铌(Nb)用作靶材49a、49b。利用与制作氧化硅薄膜时相同的方法，在氧化硅薄膜上制作具有希望组成的氧化铌(NbOy(y<2.5))薄膜。并且，通过反复进行如下工序：在成膜处理区20中的溅镀；在反应处理区60中的等离子体处理的氧化；在成膜处理区40中的溅镀；在反应处理区60中的等离子体处理的氧化，可以形成反复层叠具有希望组成的氧化硅(SiOx(x≤2))薄膜和氧化铌(NbOy(y≤2.5))薄膜而构成的薄膜。
特别是，在本示例中，通过使用具有等离子体发生装置61的溅镀装置1，可以制作致密且薄膜质量良好的高功能的薄膜。图8和图9表示该效果。
图8和图9是表示形成了氧化硅(SiO2)和氧化铌(Nb2O5)的多层薄膜的情况下的薄膜透过率的图。图8是使用图10所示的现有等离子体发生装置161代替溅镀装置1的等离子体发生装置61，来形成氧化铌和氧化硅的多层薄膜的实验结果，图9是使用本示例的等离子体发生装置61来形成氧化铌和氧化硅的多层薄膜的实验结果。图8和图9的横轴表示测定波长，纵轴表示透过率。
在使用现有的等离子体发生装置161的情况下，利用高频电源169施加5.5kW的电压，以0.3nm/s的速率使SiO2成膜，以0.2nm/s的速率使Nb2O5成膜。并且，将SiO2层和Nb2O5层依次反复层叠17次，从而制作出总物理膜厚为940nm的薄膜。结果，制作出在测定波长为650nm时的衰减系数k为100×10-5的薄膜(图8)。
另一方面，在使用具有本示例的等离子体发生装置61的溅镀装置1的情况下，通过高频电源69施加4.0kW的电压，并以0.5nm/s的速率使SiO2成膜，以0.4nm/s的速率使Nb2O5成膜。然后将SiO2层和Nb2O5层依次反复层叠38次，从而制作出总物理膜厚为3242nm的薄膜。结果，制作出在测定波长为650nm时衰减系数k为5×10-5的薄膜(图9)。
这样，根据使用具有本示例的等离子体发生装置61的溅镀装置1来形成氧化硅和氧化铌的多层薄膜的结果可知，若通过使用本示例的溅镀装置1来进行等离子体处理制作薄膜，则可以制作出衰减系数(吸收系数)小的良好的薄膜。
另外，在光学常数(复折射率)为N、折射率为n时，衰减系数k的值用N＝n+ik的关系表示。
以上所说明的实施方式，例如可以改变成为(a)～(j)所示的情况。另外，还可以通过对(a)～(j)进行适当组合的方式来进行变更。
(a)在上述实施方式中，作为等离子体发生单元，使用了图1至图3所示的、将天线65a、65b固定在板状电介体壁63上的感应结合型(平板型)的等离子体发生单元，但是本发明也可以应用于具有其它类型的等离子体发生单元的薄膜形成装置中。即，即使在使用具有感应结合型(平板型)以外类型的等离子体发生单元的薄膜形成装置的情况下，通过在真空容器的内壁面和等离子体收敛壁上涂敷热分解氮化硼，与上述实施方式一样，也可以抑制由等离子体发生单元产生的等离子体中的原子团或激发状态下的原子团因与真空容器的内壁面和等离子体收敛壁的壁面反应而消失。作为感应结合型(平板型)以外类型的等离子体发生单元，例如有平行平板型(二极放电型)、ECR(Electron Cyclotron Resonance)型、磁控管型、螺旋波形、感应结合型(圆筒型)等各种等离子体发生单元。
(b)在上述实施方式中，作为薄膜形成装置的一例，对溅镀装置进行了说明，但是本发明也可以应用于其它类型的薄膜形成装置。作为薄膜形成装置，例如是进行使用等离子体的蚀刻的蚀刻装置，和进行使用等离子体的CVD的CVD装置等。另外，也可以适用于利用等离子体进行塑料的表面处理的表面处理装置。
(c)在上述实施方式中，使用了所谓卡路单元型的溅镀装置，但是并不限定于此。本发明可以适用于基板以面对发生等离子体的区域的方式被搬送的其它溅镀装置。
(d)在上述实施方式中，在间隔壁16面向反应处理区60的壁面上和真空容器11内壁面的面向反应处理区60的部分上形成有由热分解氮化硼构成的保护层P，也可以在其它部分形成由热分解氮化硼构成的保护层P。例如，不仅是间隔壁16面向反应处理区60的壁面，还可以在间隔壁16的其它部分也涂敷热分解氮化硼。这样，可以最大限度地避免原子团因与间隔壁16反应而减少。另外，例如，不仅在真空容器11内壁面的面向反应处理区60的部分，还可以在真空容器11的内壁面的其它部分，例如在内壁面整体上涂敷热分解氮化硼。由此，可以最大限度地避免原子团因与真空容器11的内壁面反应而减少。在间隔壁12上也可以涂敷热分解氮化硼。
(e)在上述实施方式中，对将热分解氮化硼涂敷在间隔壁16面向反应处理区60的壁面上和真空容器11内壁面上的情况进行了说明，但是通过涂敷氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)，可以抑制由等离子体发生单元产生的等离子体中的原子团或激发状态下的原子团因与真空容器11的内壁面或等离子体收敛壁的壁面反应而消失。
(f)在上述实施方式中，通过利用固定板68a、68b和电介体壁63夹持天线65a、65b，利用螺栓68c、68d把固定板68a、68b固定在盖体11b上，由此固定天线65a、65b，重要的是，只要通过调整间隔D，能够固定天线65a、65b，则也可以使用其它方法。例如，预先将天线65a固定在固定板68a上，将天线65b固定在固定板68b上，然后，在盖体11b上设置用于使螺栓68c、68d上下滑动的长孔。然后，使固定板68a、68b在上下方向上滑动并选择间隔D，在所希望的间隔D处紧固螺栓68c、68d，这样，也可以确定固定板68a、68b相对于盖体11b在上下方向上的固定位置。
(g)在上述实施方式中，用铜形成天线65a的主体部65a1，用银形成涂敷层65a2，但是，由于主要用便宜、容易加工且电阻低的材料形成主体部65a1，用电阻比主体部65a1还要低的材料形成电流集中的涂敷层65a2即可，因此，也可以是其它材料的组合。例如，可以用铝或铝铜合金形成主体部65a1，或者也可以用铜、金形成涂敷层65a2。天线65b的主体部65b1和涂敷层65b2也可以进行同样的改变。另外，天线65a和天线65b也可以用不同的材料形成。
(h)在上述实施方式中，将氧气作为反应性气体导入反应处理区60中，但是除此之外，还可以通过导入臭氧、一氧化二氮(N2O)、等氧化性气体，氮等氮化性气体、甲烷等碳化性气体，氟、四氟化炭(CF4)等氟化性气体，来将本发明应用于除了氧化处理以外的等离子体处理中。
(i)在上述实施方式中，把硅用作靶材29a、29b的材料，把铌用作靶材49a、49b的材料，但是并不限于此，可以使用上述物质的氧化物。另外，可以使用铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、锡(Sn)、铬(Cr)、铊(T)、碲(Te)、铁(Fe)、镁(Mg)、铪(Hf)、镍—铬(Ni—Cr)、铟—锡(In—Sn)等金属。另外，还可以使用这些金属的化合物，例如，Al2O3、TiO2、ZrO2、Ta2O5、HfO2等。当然，也可以使靶材29a、29b、49a、49b的材料全部相同。
在使用这些靶材的情况下，通过在反应处理区60中的等离子体处理，可以制作：Al2O3、TiO2、ZrO2、Ta2O5、SiO2、Nb2O5、HfO2、MgF2等的光学薄膜乃至绝缘膜，ITO等的导电膜，Fe2O3等的磁性膜，TiN、CrN、TiC等的超硬膜。TiO2、ZrO2、SiO2、Nb2O5、Ta2O5等绝缘性的化合物与金属(Ti、Zr、Si)相比，溅镀速度极慢，生产率低，因此使用本发明的薄膜形成装置进行等离子体处理特别有效。
(j)在上述实施方式中，靶材29a和靶材29b用同一材料构成，靶材49a和靶材49b用同一材料形成，但是也可以用不同种类的材料形成。如上所述，在使用相同金属靶材的情况下，通过进行溅镀，在基板上形成单一金属的不完全反应物，在使用不同种类的金属靶材的情况下，在基板上形成合金的不完全反应物。
作为可以从上述实施方式了解的、权利要求所述内容以外的发明，例如有下面所示的薄膜形成方法。
即，考虑有这样的一种薄膜形成方法：使用在等离子体收敛壁上涂敷有热分解氮化硼的薄膜形成装置，来对薄膜进行等离子体处理，其中，该等离子体收敛壁从真空容器的内壁面竖立设置，并且面向上述真空容器内产生等离子体的区域，该薄膜形成方法的特征在于，具有如下工序：将反应性气体和非活性气体混合后导入产生上述等离子体的区域；产生上述反应性气体的等离子体。
在该薄膜形成方法中，通过使用在等离子体收敛壁上涂敷有热分解氮化硼的真空容器，可以抑制所产生的等离子体的原子团或激发状态下的原子团因与等离子体收敛壁的壁面反应而消失，其中，上述等离子体收敛壁从上述真空容器的内壁面竖立设置，并且面向产生等离子体的区域，并且可以进行高效率的等离子体处理。另外，通过将反应性气体和非活性气体混合后导入产生等离子体的区域，可以提高等离子体中的反应性气体的原子团密度，可以进行高效率的等离子体处理。另外，通过使用具有等离子体收敛壁的真空容器，可以控制等离子体的分布。
在以上所说明的薄膜形成装置及薄膜形成方法中，可以有效地在较大范围内进行等离子体处理。
Claims (3)
1.一种薄膜形成装置，具有：内部维持真空的真空容器；将反应性气体导入该真空容器内的气体导入单元；在上述真空容器内产生上述反应性气体的等离子体的等离子体发生单元，其特征在于，
上述等离子体发生单元具有：设置于上述真空容器外壁的电介体壁；漩涡状的第一天线和第二天线；用于将上述第一天线和上述第二天线与高频电源连接起来的导线，
上述薄膜形成装置具有将上述第一天线和上述第二天线固定在上述真空容器外侧与上述电介体壁对应的位置上的天线固定单元，
上述第一天线和上述第二天线相对于上述高频电源并联连接，
在与上述导线连接的部分上，在连接上述第一天线和第二天线的部位设有用于调整上述第一天线和上述第二天线之间间隔的位置调整单元。
2.根据权利要求1所述的薄膜形成装置，其特征在于，上述真空容器中具有用于搬送基板的基板搬送单元，
该基板搬送单元以使基板与上述第一天线和上述第二天线构成漩涡状的面相对置的方式搬送基板，
以与上述基板搬送单元搬送基板的方向交叉的方向相互邻接的状态，固定上述第一天线和上述第二天线。
3.根据权利要求1所述的薄膜形成装置，其特征在于，上述第一天线和上述第二天线由以下部件构成：用第一材料形成的圆管状主体部；用电阻比上述第一材料小的第二材料涂敷该主体部表面的涂敷层。
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