CN1795286A - 薄膜的形成方法及其形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明的薄膜形成方法具有光学特性调节工序，在控制用于保持基板的基板座(13)的运送速度的同时，在进行中间薄膜形成工序的区域和进行薄膜成分变换工序的区域之间反复运送上述基板座(13)，调节最终形成的薄膜的膜成分，形成具有产生迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜。

Description

薄膜的形成方法及其形成装置

技术领域

本发明涉及薄膜的制造方法和溅射装置，尤其涉及用于通过进行溅射而在基板上形成具有所希望的光学特性的薄膜的薄膜制造方法和溅射装置。

背景技术

以往，为了设计某产品组所要求的光学分光特性，尝试了使用自然界中的有限的物质来设计光学薄膜。但是，当使用这样有限的物质来设计光学薄膜时，设计变得复杂，并且难以获得具有任意光学特性的薄膜。

因此，需要得到具有任意折射率和衰减系数的物质，即，自然界中不存在的物质。

例如，为了构成宽带防反射膜，需要自然界中几乎不存在的具有中间折射率(在1.46～2.20之间)的材料。当以玻璃为例时，为了把玻璃的反射率设定成在所有可见光区域中为低反射率，一般需要具有在1.46～2.20范围内的称作中间折射率的折射率的材料。为了获得上述中间折射率，公知有以下的技术。

即，公知有：使低折射材料{例如SiO2(折射率：1.46)}和高折射材料{例如TiO2(折射率：2.35)}分别从不同的蒸发源同时蒸发，根据其混合比获得中间折射率(1.46～2.40)的技术；将低折射材料和高折射材料进行混合，同时从一个蒸发源蒸发，根据其混合比获得中间折射率的技术；通过组合低折射材料和高折射材料，等价地获得中间折射率的等价膜技术等。

另外，作为能够获得可任意控制折射率、且光学特性和力学特性等稳定的金属化合物薄膜的技术，公知有以下的技术，即：反复进行下述工序而在基板上形成具有所希望的膜厚和光学特性的复合金属化合物薄膜，该工序为，将由低折射材料{例如SiO2(折射率：1.46)}和高折射材料{例如TiO2(折射率：2.35)}构成的各个靶溅射到基板上，形成由复合金属构成的超薄膜，然后，使氧气等的反应性气体活性种与该超薄膜接触，使上述超薄膜与反应性气体活性种进行反应，从而变换成复合金属的化合物(例如，日本特开平09-263937号公报(第2-3页、图1))。

这是如下的技术，即：反复进行下述工序而在构成复合金属化合物薄膜的单金属化合物本来具有的光学性质范围内获得任意的光学特性，该工序为，溅射由分别独立的至少两种以上的不同种金属构成的各个靶，在基板上形成由复合金属或复合金属的不完全反应物构成的超薄膜，使混入了具有化学惰性性质的惰性气体的反应性气体活性种与所形成的超薄膜接触而进行反应，变换成复合金属的化合物(例如，日本特开2001-011605号公报(第2-4页、图1))。

另外，如下的方法也是公知的，即：通过调节导入到反应处理区或成膜处理区的反应性气体的流量，调节所形成的薄膜的折射率和衰减系数等的光学特性。

然而，在使低折射材料和高折射材料分别从不同的蒸发源同时蒸发，并根据其混合比获得中间折射率的技术；对低折射材料和高折射材料进行混合，从一个蒸发源同时蒸发，并根据其混合比获得中间折射率的技术；以及通过组合低折射材料和高折射材料而等价地获得中间折射率的等价膜技术等中，存在的问题点是：由于折射率的控制困难而很难获得品质稳定的产品。

因此，公知有以下的技术，即：反复进行下述工序而在基板上形成具有所希望的膜厚和光学特性的复合金属化合物薄膜，该工序为，将由低折射材料和高折射材料构成的各个靶溅射到基板上，形成由复合金属构成的超薄膜，然后，使氧气等的反应性气体活性种与该超薄膜接触，使上述超薄膜和反应性气体活性种进行反应，从而变换成复合金属的化合物。

另外，由于多次堆积超薄膜而形成最终的薄膜，所以，所谓“超薄膜”是为了防止与该“薄膜”混淆而使用的用语，意思是比最终的“薄膜”薄很多。

根据该技术，存在的问题是：虽然能够获得可任意控制折射率、且光学特性和力学特性等稳定的金属化合物薄膜，但是必须使用至少两种以上的多个金属作为靶，虽然能够获得由复合金属构成的金属化合物薄膜，但是很难只使用单金属而形成可任意控制折射率、且光学特性和力学特性等稳定的薄膜。

因此，公知有以下的技术，即：在使用单金属作为靶的情况下，通过调节在实施溅射时所导入的反应性气体的流量，来调节作为所形成的薄膜的光学特性的折射率和衰减系数等的光学特性。

但是，如图8、图9所示，例如，在使用氧气作为反应性气体的情况下，如果以氧气流量与作为薄膜的光学特性的折射率和衰减系数之间的关系为例，则在氧气流量极高的范围和极低的范围内，可以通过改变氧气流量来调节作为所形成的薄膜的光学特性的折射率和衰减系数，但是，在氧气流量小于等于15sccm、且不包含0sccm的范围内，曲线急剧变化，为了形成具有通过使用该范围内的氧气流量而获得的折射率和衰减系数的薄膜，需要严格地调节氧气流量。

另外，如图8、图9所示，由于出现了在增大和减小氧气流量时，作为薄膜光学特性的折射率和衰减系数的变化路径不同的所谓迟滞(hysteresis)现象，所以，通过调节氧气流量而进行的薄膜光学特性控制变得更加困难。

这样，要形成折射率在约为1.5～3.5左右的范围内并且衰减系数在约为1.0×10-3～12.0×10-3左右的范围内的薄膜，需要严格的氧气流量调节。

因此，对于通过调节氧气流量来形成具有上述范围的折射率和衰减系数的薄膜的方法而言，由于氧气流量的范围，再现性变差，很难以高再现性形成具有预期光学特性的薄膜。因此，需要形成具有作为该范围内的光学特性的折射率和衰减系数的薄膜的技术。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供用于只使用单一的金属，以高再现性制造具有出现迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜的薄膜制造方法和溅射装置，其中该迟滞现象是在增大和减小反应性气体流量时，光学特性值相对于反应性气体流量的变化路径不同。

发明内容

本发明的薄膜形成方法的特征在于，具有：中间薄膜形成工序，对由一种或多种金属构成的靶进行溅射，在基板上形成由金属或金属的不完全反应物构成的中间薄膜；膜成分变换工序，使混入了具有化学惰性性质的惰性气体的反应性气体活性种与上述形成的中间薄膜接触，使上述中间薄膜和上述反应性气体活性种发生反应，从而变换成金属化合物；以及光学特性调节工序，在控制用于保持上述基板的基板座的运送速度的同时，在进行上述中间薄膜形成工序的区域和进行上述薄膜成分变换工序的区域之间反复运送上述基板座，通过反复实施中间薄膜形成和膜成分变换，调节最终形成的薄膜的膜成分，形成具有出现迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜，其中所述迟滞现象是在增大和减小反应性气体的流量时，光学特性值相对于反应性气体流量的变化路径不同。

这样，如果基板座可移动地形成实施中间薄膜形成工序的成膜处理区和实施膜成分变换工序的反应处理区，且可以调节基板座的移动速度，则可以调节成膜处理区中的溅射时间和反应处理区中的中间薄膜与反应性气体活性种的反应时间。因此，可以调节最终形成的薄膜的成分，可以简单地且以高再现性形成具有出现迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜，其中，出现迟滞现象的区域是很难控制薄膜的光学特性值的范围。

此时，在上述光学特性调节工序中，优选为：通过旋转驱动将上述基板保持在外周面上的圆筒状或中空多棱柱状的上述基板座，并控制上述基板座的旋转速度，由此形成具有产生上述迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜。

这样，通过在成膜处理区和反应处理区之间反复平稳地运送保持在基板座上的基板，并且控制基板座的旋转速度，可以进行稳定的运送速度控制。

另外，对于保持在基板座外周面上的多个基板，可以同时形成通过溅射形成的薄膜，从而可以实现薄膜的大量生产。

另外，产生上述迟滞现象的区域是在实施溅射时导入的反应性气体流量为小于等于15sccm、且不包括0sccm的流量的情况下形成的薄膜的光学特性值的区域。

在该区域中，由于光学特性变化相对于反应性气体流量变化的比例大，仍产生迟滞现象，所以很难通过调节反应性气体流量来控制所形成的薄膜的光学特性。因此，在该区域中，通过调节基板座的旋转速度，而不调节反应性气体流量，来控制所形成的薄膜的光学特性，可以以高再现性形成具有所希望的光学特性的薄膜。

本发明的薄膜形成装置的特征在于，具有：基板座，其配置在真空槽内，用于保持基板；成膜处理区，其配设在真空槽内，通过对由一种或多种金属构成的靶进行溅射，在上述基板上形成中间薄膜；反应处理区，其配设在上述真空槽内，具有用于产生反应性气体活性种的活性种产生单元，使上述中间薄膜和反应性气体活性种进行反应而形成薄膜；隔离单元，其在空间上将上述成膜处理区和上述反应处理区相互分开；基板座驱动单元，其驱动上述基板座，以在与上述成膜处理区相对的位置和与上述反应处理区相对的位置之间运送上述基板；以及基板座运送速度控制单元，其在可形成具有出现迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜的范围内，控制上述基板座驱动单元，其中，该迟滞现象是在增大和减小反应性气体的流量时，光学特性值相对于反应性气体流量的变化路径不同。

这样，具有驱动上述基板座以在与上述成膜处理区相对的位置和与上述反应处理区相对的位置之间运送基板的基板座驱动单元、和控制基板座的运送速度的基板座运送速度控制单元，由此，只需设定基板座的运送速度，就能够以比通过调节反应性气体流量来调节所形成的薄膜的光学特性时更高的再现性，简单地形成具有所希望的光学特性的薄膜。

此时，产生上述迟滞现象的区域是在反应性气体流量为小于等于15sccm、且不包含0sccm的流量的情况下形成的薄膜的光学特性值的区域。

在该区域中，由于光学特性变化相对于氧气流量变化的比例大，仍产生迟滞现象，所以很难通过调节氧气流量来控制所形成的薄膜的光学特性。因此，在该区域中，通过使用可以调节基板座的旋转速度而不是调节氧气流量的薄膜形成装置，来控制所形成的薄膜的光学特性，可以以高再现性形成具有所希望的光学特性的薄膜。

本发明的其它优点等通过以下的描述会更加明确。

附图说明

图1是表示本发明的溅射装置的说明图。

图2是沿着表示本发明的溅射装置的图1的线A-B-C的横截面说明图。

图3是表示薄膜的光学特性对基板座旋转速度的依赖性的曲线图。

图4是表示薄膜的光学特性对基板座旋转速度的依赖性的曲线图。

图5是表示等离子体源的结构例的说明图。

图6是表示等离子体源的结构例的说明图。

图7是表示等离子体源的结构例的说明图。

图8是表示薄膜的折射率对氧气流量的依赖性的图。

图9是表示薄膜的衰减系数对氧气流量的依赖性的图。

具体实施方式

本发明涉及用于通过溅射在基板上形成薄膜的薄膜制造方法和溅射装置。以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下说明的部件、部件的配置等并不限定本发明，可以在本发明主旨的范围内进行各种改变。

在本实施方式中，为了获得目标光学特性值和膜厚，反复实施中间薄膜的成膜和反应，以形成薄膜。

目标薄膜光学特性值的范围是在出现迟滞现象、即增大和减小在溅射一种或多种金属来形成薄膜时所导入的反应性气体的流量时，光学特性值相对于反应性气体流量的变化路径不同的区域内。

图1是表示本实施方式的溅射装置的说明图。图2是沿着图1中的线A-B-C的横截面说明图。在本实施方式中，使用了进行作为溅射的一例的磁控溅射的溅射装置，但并不限于此，也可以采用进行不利用磁控放电的二极溅射等其它公知的溅射的溅射装置。

本实施方式的溅射装置1由以下部分作为主要的构成要素，即：真空槽11；基板座13，其用于在真空槽11内保持形成薄膜的未图示的基板；作为用于驱动基板座13的基板座驱动单元的伺服电机17；作为用于控制伺服电机17的基板座运送速度控制单元的控制装置90；实施中间薄膜形成工序的成膜处理区20；反应处理区60，其使成膜处理区中形成的中间薄膜与混入了惰性气体的反应性气体活性种接触，以实施膜成分变换工序；作为用于形成反应处理区60的隔离单元的隔离壁12、16；作为溅射电极的磁控溅射电极21a、21b；交流电源23；以及作为用于产生活性种的活性种产生单元的活性种产生装置61。

另外，在本说明书中，所谓的中间薄膜是由金属或金属不完全氧化物构成，在成膜处理区形成。

真空槽11由公知的溅射装置中通常使用的不锈钢制，是具有大致长方体形状的中空体。真空槽11的形状也可以是中空的圆柱状。在真空槽11的底面连接排气用的配管，该配管如图2所示，连接用于对真空槽11内进行排气的真空泵15。利用该真空泵15和未图示的控制器，可以调节真空槽11内的真空度。

基板座13配置在真空槽11内的大致中央。基板座13的形状是圆筒状，在其外周面上保持多个基板。基板座13的形状可以不是圆筒状，而是中空的多棱柱状，也可以是中空的大致圆台形状。基板座13与真空槽11电绝缘，处于电位浮动状态。基板座13在以圆筒的筒方向的中心轴线Z为真空槽11的上下方向的状态下配设在真空槽11内。基板座13在维持真空槽11内的真空状态的状态下，通过设置在真空槽11上部的伺服电机17以中心轴线Z为中心旋转驱动。

伺服电动17是公知的伺服电机，由作为控制单元的控制装置90所控制。由于伺服电机17的驱动，基板座13旋转，其旋转速度在10rpm～150rpm的范围内任意控制。

在基板座13的外周面上设置有用于将基板保持在基板座13上的未图示的基板保持单元，基板保持单元上设置有收容基板的未图示的凹部，凹部在上下方向上形成一列。

在本实施方式中，假设使用形成基板薄膜的面(以下称为“膜形成面”)和膜形成面的相反面(以下称为“基板背面”)平行的平板状基板，构成基板保持单元的基座的形状形成为：在保持基板时，与凹部的基板背面相对的面朝向与基板座13的中心轴线Z垂直的方向。因此，基板的膜形成面朝向与基板座13的中心轴线Z垂直的方向。

成膜处理区20和反应处理区60通过固定在真空槽11内的隔离壁12、16形成。成膜处理区20以被隔离壁12围绕的状态形成，反应处理区60以被隔离壁16围绕的状态形成。

在本实施方式中，隔离壁16被固定在真空槽11上，以便从形成成膜处理区20的位置开始以基板座13的回转轴为中心在圆周上旋转约90度的位置上形成反应处理区60。

当基板座13被电机17旋转驱动时，保持在基板座13上的基板在与成膜处理区20相对的位置和与反应处理区60相对的位置之间运送。由此，基板相对于后述的配置在成膜处理区20中的靶29a、29b而移动。

另外，本实施方式中的隔离壁12、16是相向的一对面开口而形成的筒状长方体，是不锈钢制的。隔离壁12、16以从真空槽11的侧壁向基板座13的方向立设的状态固定在真空槽11的侧壁和基板座13之间，此时隔离壁12、16的一个开口侧与真空槽11的侧壁抵接，另一个开口侧以与基板座13相对的状态固定在真空槽内。隔离壁12、16上分别安装有未图示的水冷用配管，可以冷却隔离壁12、16。

作为气体导入单元的质量流量控制器25通过配管与成膜处理区20连接。该质量流量控制器25与储存作为惰性气体的氩气的溅射气罐27、储存反应性气体的反应气罐79连接。该反应性气体构成为可以由质量流量控制器25控制，从反应性气罐79通过配管导入到成膜处理区20。作为反应性气体，例如可以考虑氧气、氮气、氟气、臭氧等。

在成膜处理区20中，在真空槽11的壁面上，与基板座13的外周面相对置地配置有磁控溅射电极21a、21b。该磁控溅射电极21a、21b通过未图示的绝缘部件固定在处于地电位的真空槽11上。磁控溅射电极21a、21b通过变压器24与交流电源23连接，构成为可以施加交替电场。磁控溅射电极21a、21b上保持作为靶的靶29a、29b。靶29a、29b的形状是平板状，靶29a、29b的与基板座13的外周面相对的面被保持为朝向与基板座13的中心轴线Z垂直的方向。

另外，虽然省略了图示，但在成膜处理区20中的靶29a、29b和基板座13之间配置有可动的预镀挡板(presputter shield)，以便遮挡或开放靶29a、29b和基板座13之间的空间。该预镀挡板是用于如下功能：在开始溅射时，遮挡靶29a、29b和基板座13之间的空间，直到溅射稳定进行为止，在溅射稳定进行之后，通过开放靶29a、29b和基板座13之间的空间，在溅射稳定后向基板上淀积溅射原子。

在反应处理区60的真空槽11的壁面上形成了开口，作为活性种产生单元的活性种产生装置61与该开口连接。

活性种产生装置61也被称为自由基源，其具有：由产生反应性气体等离子体的石英管构成的反应性气体等离子体产生室63、缠绕在反应性气体等离子体产生室63上的线圈状的电极65、匹配箱67、通过匹配箱67与线圈状的电极65连接的高频电源69、质量流量控制器77、以及通过质量流量控制器77连接的反应气罐79。

在活性种产生装置61的反应性气体等离子体产生室63中因放电而产生的等离子体的构成要素为：等离子、电子、自由基、激发状态的自由基、原子、分子等。

在反应性气体等离子体产生室63中产生的等离子体中的反应性气体活性种可以在反应处理区60内参与反应过程。

所谓的反应性气体活性种是指离子、自由基等。另外，所谓的自由基是指游离基(radical)，是具有一个以上不成对电子的原子或分子。另外所谓激发状态(excite state)是指能量高于能量最低的稳定的基态的状态。

氧气等反应性气体从反应气罐79通过质量流量控制器77提供给反应性气体等离子体产生室63，当通过匹配箱67而由高频电源69提供的高频电力被施加在线圈状的电极65上时，在反应性气体等离子体产生室63内产生反应性气体的等离子体。

另外，如图1、图2所示，外部磁铁71配置在反应性气体等离子体产生室63的外侧，并且内部磁铁73配置在反应处理区60内。该外部磁铁71、内部磁铁73具有如下的功能，即：通过在等离子体产生部中形成20～300高斯的磁场，产生高密度等离子体，提高活性种产生效率。另外，在本实施方式中，配设了外部磁铁71、内部磁铁73两者，但是也可以构成为配设外部磁铁71、内部磁铁73中的任意一方。

以下，以制造二氧化硅(SiO2)衍生物薄膜的情况为例对使用上述本实施方式的溅射装置1来制造薄膜的方法进行说明。

另外，在本说明书中，对使用硅或铌作为靶的例子进行了说明，但是，可以用作靶的不限于一种的金属。即，即使在使用多种金属作为靶的情况下，也能在产生迟滞现象的范围内通过控制基板座的旋转速度来控制薄膜的光学特性。

(形成二氧化硅薄膜的工序)

首先，将基板、靶29a、29b配置在溅射装置1上。基板通过基板保持单元而保持在基板座13上。靶29a、29b分别保持在磁控溅射电极21a、21b上。使用硅(Si)作为靶29a、29b的材料。

目标薄膜光学特性值的范围是出现迟滞现象、即在增大和减小对由一种或多种金属构成的靶进行溅射而形成薄膜时所导入的反应性气体的流量时、光学特性值相对于反应性气体流量的变化路径不同的区域内的光学特性值迟滞。

所谓迟滞现象是指在某个量B随着另一个量A的变化而变化的情况下，根据A的变化路径，对应于同一A的B的值不同的现象。

在本说明书中，是指如下的现象，即：在对由一种或多种金属构成的靶进行溅射时所导入的反应性气体流量的增加路径和减少路径中，作为薄膜光学特性的折射率和衰减系数等的值根据不同路径而发生变化的现象。

接着，将真空槽11内减压到预定的压力，使伺服电机17工作，开始旋转基板座13。

基板座13的旋转速度在10rpm～100rpm的范围内，优选在10rpm～60rpm的范围内，选择形成具有预期光学特性的薄膜的旋转速度，进行控制装置90的设定。

然后，在真空槽11内的压力稳定之后，将成膜处理区20内的压力调节为1.0×10-1～1.3Pa。

接着，利用质量流量控制器25对作为溅射用惰性气体的氩气和作为反应性气体的氧气进行流量调节而从溅射气罐27、反应气罐79导入到成膜处理区20内，调节用于进行成膜处理区20内的溅射的氛围气。

此时导入到成膜处理区20的氩气流量约为300sccm。如后所述，将导入到成膜处理区20的氧气流量调节为所希望的值。另外，作为流量单位的sccm是表示在0℃、101325Pa下的每分钟的流量，相当于cm3/min。

接着，从交流电源23通过变压器24将频率为1～100KHz的交流电压施加在磁控溅射电极21a、21b上，对靶29a、29b施加交替电场。这样，在某时刻靶29a成为阴极(负极)，此时靶29b必定成为阳极(正极)。在下一时刻，当交流的方向变化时，这次靶29b成为阴极(负极)，靶29a为阳极(正极)。这样，通过一对靶29a、29b交替成为阴极和阳极，形成等离子体，对阴极上的靶进行溅射。

在开始溅射时，用预镀挡板遮挡靶29a、29b和基板座13之间，直到溅射稳定进行为止，在溅射稳定进行之后，开放靶29a、29b和基板座13之间。这样，可以在溅射稳定后向基板上淀积溅射原子。

在进行溅射当中，有时候会在阳极上附着非导电性或导电性低的硅不完全氧化物、二氧化硅等，但是，该阳极在因交替电场而变换成阴极时，这些硅不完全氧化物等被溅射，靶表面变成原来的干净表面。

并且，通过一对靶29a、29b反复交替地变更为阳极和阴极，可以获得始终稳定的阳极电位状态，防止等离子体电位(通常和阳极电位大致相同)的变化，在基板的膜形成面上稳定地形成硅不完全氧化物。

这样，通过在成膜处理区20中进行溅射，在基板的膜形成面上形成作为中间薄膜的由硅或硅不完全氧化物构成的中间薄膜。硅不完全氧化物是作为本发明中的不完全反应物的不完全反应物，是作为二氧化硅(SiO2)的构成元素的氧不足而产生的不完全氧化硅SiOx(x＜2)。

通过调节导入到成膜处理区20的氧气流量来确定构成中间薄膜的物质的成分，通过调节基板座13的旋转速度来确定中间薄膜的膜厚。

即，导入到成膜处理区20的氧气流量和构成中间薄膜的硅不完全氧化物SiOx(x＜2)的化学计量系数x的关系是：随着导入的氧气流量增大，化学计量系数x的值增大。

另外，当基板座13的旋转速度加快时，由于成膜处理区的溅射时间变短，所以，堆积在基板上的粒子数变少，中间薄膜的膜厚变薄。

在本实施方式中，将导入的氧气流量调节为所希望的值，以在基板的膜形成面上形成硅或所希望的化学计量系数x的硅不完全氧化物，并且调节基板座13的旋转速度，以形成所希望的膜厚，从而在成膜处理区20内进行溅射。在进行溅射当中，以预定的旋转速度对基板座13进行旋转驱动而使基板移动，同时在基板的膜形成面上形成由硅或硅不完全氧化物构成的中间薄膜。

另外，虽然未图示，但是也可以在磁控电极21a、21b和基板座13之间设置校正板和遮挡板，形成与遮挡板的形状对应的膜厚分布的中间薄膜。

在成膜处理区20中，在基板的膜形成面上形成由硅或硅不完全氧化物构成的中间薄膜，由此，在进行了中间薄膜形成工序之后，通过基板座13的旋转驱动，将基板从与成膜处理区20相对的位置运送到与反应处理区60相对的位置。

在本实施方式中，在反应处理区60中，使构成中间薄膜的硅或硅不完全氧化物进行氧化反应，以变换成二氧化硅(SiO2)，由此进行膜成分变换工序。

将作为反应性气体的氧气从反应气罐79导入到反应处理区60。将100KHz～50MHz的高频电力施加到线圈状电极65上，通过活性种产生装置61产生等离子体。另外，将反应处理区60的压力维持在7.0×10-2～1.0Pa。在反应性气体等离子体产生室63内的等离子体中存在反应性气体的活性种，该反应性气体活性种被导入到反应处理区60中。

并且，当旋转基板座13，从而把形成了由硅或硅不完全氧化物构成的中间薄膜的基板运送到与反应处理区60相对的位置上时，在反应处理区60中，进行使构成中间薄膜的硅或硅不完全氧化物发生氧化反应的工序。即，硅或硅不完全氧化物由于氧气活性种而发生氧化反应，变换成二氧化硅(SiO2)。

此时，可以通过调节基板座13的旋转速度来确定中间薄膜的成分。

如果基板座13的旋转速度加快，则在成膜处理区20中形成的中间薄膜的膜厚变薄，反应处理区60中的反应容易进行，因此，反应处理区中的硅、硅不完全氧化物(SiOx)变换为二氧化硅(SiO2)的比例变高。

即，在反应处理区60中，变换成二氧化硅(SiO2)的硅、硅不完全氧化物(SiOx)的量根据基板座13的旋转速度而变化，所形成的薄膜的成分根据基板座13的旋转速度而变化。

因此，通过调节基板座13的旋转速度可以调节构成最终形成的薄膜的硅、硅不完全氧化物(SiOx)、二氧化硅(SiO2)的成分，由薄膜的成分确定了最终形成的薄膜的光学特性。

这样，通过调节基板座13的旋转速度，可以确定薄膜的成分、形成具有所希望的光学特性的薄膜。

图3是表示基板座13的旋转速度和所形成的薄膜的光学特性之间的关系的曲线图。

作为评价所形成的薄膜的光学特性的参数，选择折射率和衰减系数，横轴表示基板座旋转速度(rpm)，纵轴表示折射率和衰减系数。

如图3所示，根据本实施方式的薄膜形成方法，在增加基板座13的旋转速度的同时，可以将所形成的薄膜的折射率控制为2.02～1.475，衰减系数可以控制为1.6×10-2～5.0×10-5。

在本实施方式中，根据图3来确定基板座13的旋转速度(rpm)，以形成具有所希望的折射率和衰减系数的薄膜。

另外，使用分光椭率计(Ellipsometer)的测量数据来评价薄膜的光学特性。

表1是表示本实施方式中的基板座旋转速度与成膜处理区和反应处理区的基板通过时间的表。

[表1]

旋转速度(rpm)	反应前的成膜速度(nm/s)	溅射时间(s)	反应前膜厚(nm)	反应时间(s)
					150	0.2	5.63E-2	1.13E-2	5.39E-2
140	0.2	6.04E-2	1.21E-2	5.77E-2
					130	0.2	6.50E-2	1.30E-2	6.22E-2
120	0.2	7.04E-2	1.41E-2	6.74E-2
					110	0.2	7.68E-2	1.54E-2	7.35E-2
100	0.2	8.45E-2	1.69E-2	8.08E-2
					90	0.2	9.39E-2	1.88E-2	8.98E-2
80	0.2	1.06E-1	2.11E-2	1.01E-1
					70	0.2	1.21E-1	2.41E-2	1.15E-1
60	0.2	1.41E-1	2.82E-2	1.35E-1
					50	0.2	1.69E-1	3.83E-2	1.62E-1
40	0.2	2.11E-1	4.23E-2	2.02E-1
					30	0.2	2.82E-1	5.63E-2	2.69E-1
20	0.2	4.23E-1	8.45E-2	4.04E-1
					10	0.2	8.45E-1	1.69E-1	8.08E-1

这样，通过调节基板座的旋转速度，可以控制成膜处理区中的溅射时间和反应处理区中的反应时间，结果，可以控制最终形成的薄膜的成分。

另外，在该反应处理区60内的膜成分变换工序中，形成最终薄膜，使得最终薄膜的膜厚比中间薄膜的膜厚更厚。

即，由于构成中间薄膜的硅或硅不完全氧化物SiOx(x＜2)变换成了二氧化硅(SiO2)，中间薄膜膨胀，从而最终薄膜的膜厚比中间薄膜的膜厚更厚。

该膨胀率取决于导入到成膜处理区20中的氧气流量。即，存在如下关系：在成膜处理区20的中间薄膜形成工序中，减少导入到成膜处理区20的氧气流量而减小硅不完全氧化物的化学计量系数x的值，则膜厚的增加率变大。换言之，在中间薄膜形成工序中，通过调节导入到成膜处理区20的氧气流量来确定构成中间薄膜的硅不完全氧化物的化学计量系数x(如果x为0，则中间薄膜由硅构成)，可以确定最终薄膜相对于中间薄膜的膜厚增加率。

在本实施方式中，如以上说明那样，控制基板座的旋转速度，在旋转搭载有基板的基板座13的同时，反复进行中间薄膜形成工序和膜成分变换工序，由此，反复地在成膜处理区20中在基板上形成硅或硅不完全氧化物(SiOx(x＜2))、以及在反应处理区60中将硅或硅不完全反应物变换成二氧化硅(SiO2)，可以形成具有所希望的膜厚、所希望的光学特性的薄膜。

以上，记述了溅射硅来形成薄膜的过程，但也同样可以溅射铌来形成薄膜。图4是表示基板座13的旋转速度和所形成的薄膜的光学特性之间的关系的关于氧化铌衍生物薄膜的曲线图。

作为评价所形成的薄膜的光学***的参数，选择折射率和衰减系数，横轴表示基板座旋转速度(rpm)，纵轴表示折射率和衰减系数。

如图4所示，根据本实施方式的薄膜形成方法，可以在提高基板座13的旋转速度的同时，将所形成的薄膜的折射率控制到3.50～2.35，将衰减系数控制到6.5×10-2～5.0×10-5。

在本实施方式中，根据图4来确定基板座13的旋转速度(rpm)，以形成具有所希望的折射率和衰减系数的薄膜。

以下，示出了根据本实施方式在溅射硅来形成薄膜的情况下和溅射铌来形成薄膜的情况下的工作条件。

(1)硅的溅射条件

投入电力：7.0kW

基板温度：室温

成膜处理区内压力：1.3Pa

施加交流电压频率：40KHz

完全化合物速度：0.40nm/s

(2)铌的溅射条件

投入电力：4.5kW

基板温度：室温

成膜处理区内压力：1.3Pa

施加交流电压频率：40KHz

完全化合物速度：0.35nm/s

(3)活性种产生装置的驱动条件

装置：图1、图2所示的感应耦合型等离子体发生源

投入电力：2.0kW

压力：6.5×10-1Pa

在上述实施方式中，使用了硅和铌作为靶的材料，但不限于此，靶29a、29b的材料可以进行各种变更。

(a)例如，可以使用铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、锡(Sn)、铬(Cr)、钽(Ta)、碲(Te)、铁(Fe)、镁(Mg)、铪(Hf)、镍铬(Ni-Cr)、铟锡(In-Sn)等金属。另外，也可以使用这些金属的化合物，例如Al2O3、TiO2、ZrO2、Ta2O5、HfO2等。

在使用这些靶的情况下，通过反应处理区60中的反应性气体活性种的接触，形成Al2O3、TiO2、ZrO2、Ta2O5、SiO2、HfO2、MgF2等的光学膜或绝缘膜，ITO等的导电膜，Fe2O3等的磁性膜，TiN、CrN、TiC等的超硬膜。

(b)在上述实施方式中，如图1所示，构成为将反应性气体从同一反应气罐79导入到成膜处理区20和反应处理区60，但是，并不限于此，也可以将不同的气罐连接到成膜处理区20和反应处理区60，导入具有相同元素的不同气体。

在上述实施方式中，将氧气作为反应性气体导入到成膜处理区20、反应处理区60，但是，除此之外也可以导入臭氧、一氧化二氮(N2O)等氧化性气体，氮气等氮化性气体，甲烷等碳化性气体，氟气、四氟化碳(CF4)等氟化性气体等。另外，在将氮气导入到成膜处理区20的情况下，导入的气体流量优选是作为惰性气体的氩气为300sccm、氮气为9～60sccm。

(c)在上述实施方式中，作为反应性气体等离子体部，如图1、图2所示，使用了在反应性气体等离子体产生室的外部或内部设置电极的感应耦合型等离子体源，但是，也可以如下面说明那样，使用将线圈电极配置在反应性气体等离子体产生室内的感应耦合型等离子体源(下述(1))、电容耦合型等离子体源(下述(2))、感应耦合/电容耦合混合型等离子体源(下述(3))等。

(1)图5所示的等离子体源：一种感应耦合型等离子体发生源，在由圆盘状的石英玻璃等电介质构成的反应性气体等离子体产生室63的大气侧配置漩涡状(蚊香状)的漩涡状电极91，向该漩涡状电极91施加100KHz～50MHz的高频电力，从而产生等离子体。图5(B)是漩涡状电极91的平面概略说明图。

(2)图6所示的等离子体源：一种电容耦合型等离子体发生源，在反应性气体等离子体产生室63的内部配置平板状的电极93，向该平板状电极93施加100KHz～50MHz的高频电力，从而产生等离子体。

(3)图7所示的等离子体源：一种等离子体发生源，在反应性气体等离子体产生室63的内部配置线圈状电极95或漩涡状电极，向这些电极施加100KHz～50MHz的高频电力，以产生感应耦合型等离子体和电容耦合型等离子体混合存在的等离子体。另外，通过调节线圈的形状等，可以成为螺旋波等离子体源，提高等离子体中的活性种的产生效率。

(d)在上述实施方式中，使用了所谓的旋转(carousel)型的溅射装置，但并不限于此。即，即使不是旋转驱动基板座，只要是具有能在成膜处理区和反应处理区之间反复运送基板座的结构，可以控制运送速度的溅射装置即可。

例如，可以是构成为基板座平行地反复移动的溅射装置。中间薄膜形成工序中的处理和膜成分变换工序中的处理与在上述实施方式中说明的使用溅射装置1来制造薄膜的方法相同，可以通过调节基板座的运送速度来调节溅射时间和反应时间，从而确定所形成的薄膜的光学特性。

产业上的利用性

如上所述，在本发明的薄膜形成方法及其形成装置中，通过调节在成膜处理区和反应处理区之间运送基板的基板座的旋转速度，可以调节所形成的薄膜的膜厚和光学特性。

Claims (5)

1、一种薄膜形成方法，其特征在于，具有：

中间薄膜形成工序，对由一种或多种金属构成的靶进行溅射而在基板上形成由金属或金属不完全反应物构成的中间薄膜；

膜成分变换工序，使混入了具有化学惰性性质的惰性气体的反应性气体活性种与上述形成的中间薄膜接触，使上述中间薄膜和上述反应性气体活性种发生反应，从而变换成金属化合物；以及

光学特性调节工序，在控制用于保持上述基板的基板座的运送速度的同时，在进行上述中间薄膜形成工序的区域和进行上述薄膜成分变换工序的区域之间反复地运送上述基板座，从而反复地实施中间薄膜形成和膜成分变换，由此调节最终形成的薄膜的膜成分，形成具有出现迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜，其中所述迟滞现象是在增大和减小反应性气体的流量时，光学特性值相对于反应性气体流量的变化路径不同的现象。

2、根据权利要求1所述的薄膜形成方法，其特征在于，

在上述光学特性调节工序中，通过旋转驱动在外周面上保持了上述基板的圆筒状或中空多棱柱状的上述基板座，并控制上述基板座的旋转速度，形成具有出现上述迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜。

3、根据权利要求1所述的薄膜形成方法，其特征在于，

出现上述迟滞现象的区域是在实施溅射时导入的反应性气体流量为小于等于15sccm、且不包含0sccm的流量的条件下形成的薄膜的光学特性值的区域。

4、一种薄膜形成装置，其特征在于，具有：

基板座，其配置在真空槽内，用于保持基板；

成膜处理区，其配设在上述真空槽内，通过对由一种或多种金属构成的靶进行溅射，在上述基板上形成中间薄膜；

反应处理区，其配设在上述真空槽内，具有用于产生反应性气体活性种的活性种产生单元，使上述中间薄膜和反应性气体活性种进行反应而形成薄膜；

隔离单元，其在空间上将上述成膜处理区和上述反应处理区相互分开；

基板座驱动单元，其驱动上述基板座，以在与上述成膜处理区相对的位置和与上述反应处理区相对的位置之间运送上述基板；以及

基板座运送速度控制单元，其在可形成具有出现迟滞现象的区域内的光学特性值的薄膜的范围内，控制上述基板座驱动单元，其中，所述迟滞现象是在增大和减小反应性气体的流量时，光学特性值相对于反应性气体流量的变化路径不同的现象。

5、根据权利要求4所述的薄膜形成装置，其特征在于，

出现上述迟滞现象的区域是在反应性气体流量为小于等于15sccm、且不包含0sccm的流量的条件下形成的薄膜的光学特性值的区域。

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