1333982 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域·】 本發明係關於一種薄膜形成設備及一種薄膜形成方 '法’及更特定地係關於一種金屬化合物薄膜形成設備及一 種使用在該設備中之薄膜形成方法。 【先前技術】 在光學裝置領域中需要使用濺鍍方法來在高精度下快 速地形成一金屬化合物薄膜（氧化物薄膜，氮化物薄膜， 氟化物薄膜等等）。 然而，在使用濺鍍方法來形成薄膜的例子中，當由此 一金屬化合物（如，金屬氧化物）所組成的一標靶被使用 時，其薄膜沉積率會顯著地變慢而不像在金屬薄膜構形的 例子中一般。因此，雖然該金屬化合物薄膜有時候可以使 用反應式濺鍍方法來形成，在濺鍍方法中反應氣體（例 如，氧氣，氮氣，氟或類此者）會被導入到濺鍍氛圍中， 但當反應氣體的供應過量時，濺鍍薄膜形成率會急速地下 降。 因此，依據一種已被揭示的方法（例如，專利參考文 獻1-4)，爲了要保持高的薄膜形成率，首先使用該濺鍍方 法將金屬組成的超薄薄沉積在一基材上，接下來，從反應 變合處 轉化的 以屬膜 用金薄 上之物 膜度合 薄厚化 超的爲 此要變 至想轉 射所並 幅有理 被具處 質’的 物後膜 應然薄 反。超 或膜該 漿薄將 電物由 的合藉 生化可 產屬膜 體金薄 氣爲物 (2) (2)1333982 理重復數次來獲得。 然而，一該薄膜厚度的一高精度的控制是很困難的， 因爲在傳統的薄膜形成設備中，基材被重復地移動於一濺 鍍區與一反應區之間，且伴隨著設備結構的大型化及複雜 化而會存在另一個問題。 亦即，揭示於專利參考文獻1，2中的濺鍍設備是被 建構成一旋轉塔的形式，如第1圖的示意剖面圖所示。參 照第1圖，此設備10包含一濺鍍薄膜形成區（金屬薄膜形 成區）11，一氧化區（反應區）12，這些區被設置在此紙張 的右及左方向上且一基材旋轉機制13被設置在中央。然 後，該濺鍍薄膜形成區11包含一標靶14，一濺鍍陰極15 其與標靶形成爲一體及一濺鍍氣體導入埠16其被提供在 這些構件的附近。該氧化區12包含一微波激發電漿產生 器17及一氧氣導入埠18其被設在這些構件的附近。該基 材旋轉機制13是由一旋轉鼓19a所構成其帶著置於其上 的基材19 —起旋轉。 在以此方式建構的該濺鍍設備10中，特定的氬氣及 氧氣流率經由該濺鍍氣體導入埠16及該氧氣導入埠18而 被引入一真空室中，在該真空室中已設定好—預定的壓力 條件。該旋轉鼓19a開始轉動且當該標靶14與該電漿產 生器17與該基材19相對時，該薄膜形成處理及氧化處理 會被重復地實施。 揭示於專利參考文獻3，4中的濺鍍設備被建構成可 轉動該基材’如第2圖的示意剖面圖所示。參照第2圖， -6- (3) 1333982 此設備20包含一濺鍍薄膜形成區（金屬薄膜形成區）21 —氧化區（反應區）22，這些區被設置在此紙張的右及左 向上。該濺鍍薄膜形成區21包含一標靶24，一濺鍍陰 25其與標靶形成爲一體及一濺鍍氣體導入埠26其被提 在這些構件的附近。該氧化區22包含一微波激發電漿 生器27及一氧氣導入埠28其被設在這些構件的附近。 被一轉動基材固持器（未示出）所轉動的基材29被提供 該金屬薄膜形成區21與氧化區22之上。在此設備 中，特定的氬氣及氧氣流率經由該濺鍍氣體導入埠16 該氧氣導入埠18而被引入一真空室中，在該真空室中 設定好一預定的壓力條件。該基材29被轉動且當該標 24及該電漿產生器27與基材29相對時，該薄膜形成 理及氧化處理會被交替地實施。 上述的傳統設備採用一種系統，基材19，29在該 統中被轉動使得其進出該濺鍍薄膜形成區11，21，薄 形成處理在該區中被實施，及進出該反應區12，22， 應處理在該區被實施。因爲基材位置爲了形成薄膜的目 而一直在改變，所以很難獲得穩定且非常可靠的薄膜構 (film formation)。又’如上所述’此設備所需要的旋轉 制伴隨而來的是結構上的大型化及複雜化。 參照第1及2圖，濺鏡薄膜形區11，21及反應 12，22被一分隔壁10a，20a作一空間上的分隔。然而 從結構上的觀點而言很難將各區域保持不漏氣，因此當 基材被移動於該薄膜形成區與該反應區之間時，在反應 方 極 供 產 在 20 及 已 靶 處 系 膜 反 的 形 Mk 機 區 區 (4) (4)1333982 中的反應氛圍，像是爲了反應處理而被導入的氧氣，會被 帶入到該濺鍍薄膜形成區中。因此，該標靶的表面品質就 會變差。亦即’ 一直都存在著薄膜形成條件會變得不穩定 的疑懼’而這會導致擾亂具有穩定品質的薄膜形的重要成 因。 爲了要排除被帶入到該薄膜形成處理中之殘留氣體的 干擾’當該反應處理結束，反應氣體的供應亦被停止且真 空作業被實施一段時間用以將反應氣體有效地移除。然 而’此方法需要一相當長的時間來切換，因此相當無效 〇 專利參考文獻1:日本專利申請公開第H11-256327 號（第1圖） 專利參考文獻2:日本專利申請公開第H03 -229 8 70 號（第8圖） 專利參考文獻3:日本專利公告第H08-19518號（第4 圖） 專利參考文獻4:美國專利第4420385號（第2，4圖） 【發明內容】 有鑑於上述的問題，本發明的目的爲提供一種薄膜形 成裝置其能夠以一簡單的結構來有效率地形成一可靠的薄 膜及一種薄膜形成方法其可使用在該裝置上。 爲了要達到上述的目的，本發明提供一種薄膜形成裝 置其包括原材料供應源，即一濺鑛薄膜形成源及一反應氣 -8- (5) (5)1333982 體供應源’於同一真空室內，使得這兩個供應源與一基材 相對’其中一用來抽空該真空室之主要抽吸埠被設置在兩 個供應源之間且較靠近該反應氣體供應源，該薄膜形成設 備進一步包括一控制系統其藉由操作被提供有一反應氣體 導入埠及一反應氣體排放埠的該反應氣體供應源來實施一 反應處理，及藉由操作被提供有一濺鍍氣體導入埠的該濺 鍍薄膜源來實施一薄膜形成處理。 其結果爲，在薄膜形成期間，藉由透過該主抽吸埠來 抽空該真空室，一濺鍍氣體流路可被一直建立在該主抽吸 埠與該濺鍍薄膜形成源之間。因此，從該反應氣體源出來 的該反應氣體除了那些被激勵以進行所想要的反應且被朝 向基材幅射的部分之外，其餘皆被上述的濺鍍氣體流的氣 簾所屏蔽，藉以防止反應氣體逗留在靠近一濺鍍薄膜形成 源，如一濺鍍標靶，的附近。因此，即使是反應氣體一直 都從該反應氣體源被供應而沒有停止反應氣體從該來源釋 放出來，其對於薄膜形成率的降低亦可在一適當的情況下 被避免。 因爲包括反應氣體在內的反應氣體源可被上述的氣簾 分隔開來，所以操作該反應氣體源的反應處理及操作該濺 鍍薄膜形成源的薄膜形成處理兩者都可藉由控制著兩個處 理的控制系同的控制而能夠避免彼此干擾。因此，與傳統 的設被不同地，將不再需要藉由轉動該基材來將其交替地 移動於該薄膜形成區與該反應區之間。 在另一方面，當具有上述結構來防止薄膜形成處理與 -9- (6) (6)1333982 反應處理之間的干擾的薄膜形成設備被使用時，該薄膜$ 成率被畫在一由局，低及中三個區域，即高速金屬薄膜形 成區，低速薄膜形成區及中速薄膜形成區，所組成的速率 曲線上。藉由控制這些，即可實施高可靠度的薄膜構形。 詳言之，此控制有兩種種類。亦即，一種是讓這兩種 處理交替地實施且藉由讓反應處理及薄膜形成處理兩者中 的一者結束之後才讓另一者開始來避免任何的重疊。另一 種是在反應處理持續下***時間間隔來重復實施該薄膜形 成處理，亦即，該薄膜形成處理是在反應處理的作業之 下，以脈衝式的方式來實施。 在這兩種種類中’都可達到一固定式的薄膜形成，即 一基材可保持不動’且該薄膜形成處理可以一脈衝式的方 式被啓/閉（ΟΝ/OFF)，使得一薄膜形成可使用一高功率來 實施。 在反應處理與薄膜形成處理兩者的分隔只能依賴其配 置的傳統結構中，會發生用在薄膜形成處理中的濺鍍標靶 的表面被來自反應氣體源的氧氣所氧化的缺點，使得薄膜 形成率被降低。雖然薄膜形成處理最好是使用一高功率來 實施，但在傳統的技藝中這會造成兩處理之間的干擾，所 需要的功率高於預估的功率且持續施加該較高的功率會發 生另一個問題，即薄膜厚度會增加。因此之故，當要將沉 積在該基材上的超薄膜轉變爲金屬化合物薄膜時應被考慮 的參數變成是變動的，而這讓控制變的很困難。 與此相反地，本發明可藉由以脈衝式的方式將該薄膜 -10- (7) (7)1333982 形成處理ΟΝ/OFF以及藉由利用氣簾來防止干擾，而在不 會產生薄膜厚度會變厚的新問題之下達成高可靠度的薄膜 構形。 對於薄膜形成設備的特殊結構而言，一反應氣體電獎 產生器像是一微波電漿產生器，一離子槍，或轟擊機構可 被用作爲該反應氣體源，及被提供在此電漿產生器附近的 該主要抽吸埠與反應氣體排放埠每一者都被提供電導式調 節閥。 亦即，使用此電導式調節閥可讓濺鍍氣體及反應氣體 的流率被調節。當具有上述結構的薄膜形成設備被使用 時，該濺鍍薄膜形成率具有相互關連且將被畫到一速率曲 線上，其中該濺鍍氣體流率及反應器體流率被用作爲變 數，該速率曲線包含高，中，低三個區域，即高速金屬薄 膜形成區，低速薄膜形成區及中速薄膜形成區。換言之’ 濺鍍薄膜形成率可根據在一預定的濺鍍氣體流率下的反應 氣體流率而被控制在高，中，低這三個區域中，使得前述 的電導式調節閥實施流率的調節功能。 即使是濺鍍氣體及反應氣體在薄膜形成期間持續被供 應，藉由使用此一薄膜形成設備可抑制對於薄膜形成處理 受該反應氣體的影響及標靶材料的變差。因此，該薄膜形 成處理及反應處理可被快速地切換。此外，因爲該薄膜形 成處理及反應處理可被快速地切換，所以可藉由實施一脈 衝式的功率來執行該薄膜形成處理來獲得一所想要的厚度 之薄膜構形（formation)，藉以實施高可靠度及高效率的薄 -11 - (8) (8)1333982 膜構形。又，因爲基材可如上所述地被固定，所以可避免 掉由於該轉動基材機構所造成之結構上的複雜程度及成本 上的增加。另，該設備可被應用到線上（in-line)濺鍍薄膜 構形上，轉動基材機構是很難應用到線上濺鍍薄膜構形上 的。 在濺鍍氣體及反應氣體於薄膜形成期間被持續地供應 至該薄膜形成設備內的情況下，藉由依據上述兩種方法中 的任一者交替地重復執行只操作該濺鍍薄膜形成源於兩個 原材料供應源之間的金屬超薄膜的高速薄構形的處理，及 執行只操作該反應氣體源來讓化學反應朝向該金屬超薄膜 的薄膜厚度方向的反應處理，即可有效率地形成具有所想 要的薄膜厚度之具有絕佳的薄膜品質的金屬化合物薄膜。 在此交替操作中，一種是藉由讓反應處理及薄膜形成 處理兩者中的一者結束之後才讓另一者開始來讓兩個處理 被交替地實施，及另一種是在反應處理持續下***時間間 隔來重復實施該薄膜形成處理。這兩種方式的任何一種都 可被實施。 亦即，因爲以金屬薄膜（超薄膜）的薄膜形成爲主的處 理及以反應處理（轉變爲金屬化合物薄膜）爲主的處理被交 替地重復，包括該反應氣體源被持續地操作且該濺鍍薄膜 形成源以脈衝式的方式被ΟΝ/OFF地操作的情形，所以可 有效率地形成具有所想要的薄膜厚度之具有絕佳的薄膜品 質的金屬化合物薄膜。 亦即’該薄膜形成設備的控制系統會記住在一預定的 -12- (9) (9)1333982 濺鍍氣體流率下的反應氣體流率且該濺鍍薄膜形成率包含 高速，中速及低速三個模式，即高速金屬物質薄膜形成模 式，低速化合物薄膜形成模式及中速薄膜形成模式，根據 反應氣體流率被選取作爲參考資料。在該預定的濺鍍氣體 流率下之薄膜形成期間，相應於高速金屬物質薄膜形成模 式之反應氣體流率及濺鍍氣體流率被選取，然後這兩種氣 體流率（反應氣體流率及濺鍍氣體流率）被控制用以在被選 取的兩個氣體流率之間保持一比例。因此，可避免濺鍍薄 膜形成率的降低且因爲可選擇薄膜形成處理比反應處理更 爲優勢的條件或反應處理比薄膜形成處理更爲優勢的條 件，所以一個處理比另一個處理優勢的條件可被交替地被 重復，藉以獲得具有所想要的厚度之薄膜構形。 在此例子中，在此薄膜形成處理中之該薄膜厚度的成 長最好是被限制在每一薄膜形成處理中成長小於20埃 (人）。因此，在接下來的反應處理中的化學反應可穿透整 層超薄膜而不會受到在薄膜形成處理中被沉積的薄膜厚度 所阻礙，藉以保障該金屬化合物薄膜具有一絕佳的薄膜品 質。 當化學化合物薄膜藉由本發明的薄膜形成設備而被形 成在該基材上時，可獲得由該濺鍍氣體所提供之對該反應 氣體屏蔽效應，使得該薄膜形成處理與該反應處理被進行 同時可防止反應氣體逗留在該標靶附近。即使是在該反應 氣體及該濺鍍氣體被持續地供應的情況下，薄膜構形仍可 藉由將濺鍍氣體的供應以脈衝式的方式開關（ΟΝ/OFF)來 -13- (10) (10)1333982 達到高薄膜形成率，特別是對於在薄膜形成處理中的金屬 物質薄膜構形而言。在該反應處理中，該反應是在一適當 的反應氣體量之下被完整地實施在整個薄膜厚度方向上。 其結果爲’在不會產生預期之外的薄膜厚度增加的情況 下’可有效率地形成具有所想要的厚度之薄膜。因爲濺鍍 源與反應氣體源被氬氣氣流所隔開，所以可使用一固定式 的基材薄膜形成系統，其在薄膜形成穩定性上是絕佳的。 此一薄膜形成系統是一結構簡單的系統因此可降低成本。 又’當該設備被應用到線上系統上時，不直可實施固 定式的薄膜形成，更可實施通過式的薄膜形成。藉由將該 設備安裝在此一系統上，即可提高薄膜形成效率。 【實施方式】 第3圖爲爲依據本發明的第一實施例之薄膜形成設備 的示意剖面圖。在第3圖中’ 一具有一共體形成之矽標靶 34的陰極35被提供在該設備室30的一靠近底部上的一 側面的區域內。每一被共體建構之標靶34及陰極35都被 一包括濺鍍氣體導入埠36之保護板31所覆蓋，除了在粒 子發射方向之外。在此同時，陰極35被一 DC電源供應 器所操作。 一微波槍37被提供在該設備室30的一靠近底部上的 另一側面的區域內且該微波槍37被一包括氧氣導入填38 之保護板332所覆蓋，除了在微波發射方向之外。又，一 連接至一渦輪分子幫浦33的氧氣排放埠40被提供穿過位 -14- (11) 1333982 在底面上之第一電導閥41其被保護板32所複蓋且該微 槍37被包括在一煙囪結構中。 —被基材固持件39a所固持之基材39被固定在一 區域中，及該標靶34與微波槍37被設置成與該基材 相對。一連接至一真空幫浦（未示出）的主要抽吸埠43 提供在該設備室30的一側面上穿過第一電導閥42。 第一及第二電導閥41，42兩者都被建構成它們的 口程度可被一控制系統（未示出）所控制。又，一分隔壁 被提供在該設備室30的底部的中央。該分隔壁44被設 成不會突伸至一藉由將基材39與標靶34彼此相對的最 端相連而形成之虛擬的濺鑛粒子飛行區中及一藉由將基 39與微波槍37彼此相對的最遠端相連而形成之虛擬的 波照射區中。 在薄膜形成時對該薄膜形成設備的要求爲，薄膜被 效率地形成同時可避免導因於氧氣飛入之標靶34的表 的變差。本發明利用在第3圖中被標示爲濺鍍氣體流的 氣所提供的屏蔽效過來達成。 如上所述，金屬超薄膜利用濺鍍方法及將電漿照射 將來自於反應氣體之作用物質導向此超薄膜而被沉積， 薄膜被轉變爲金屬化合物薄膜，然後該超薄膜沉積及化 物薄膜轉換的處理被重復數次。當該氧化氣體流率被改 而該濺鍍氣體被固定在一特定的流率時，該氧氣流率及 膜形成率之間的相互關係被示於第4圖中（其中氬氣是 lOOsccm下被供應作爲濺鍍氣體且薄膜形成壓力被設定 波 上 39 被 開 44 置 遠 材 微 有 面 Μ 或 此 合 變 薄 在 爲 -15- (12) (12)1333982 〇. 3 P a)。在第4圖中，該濺鍍薄膜形成率經過一高水平的 一區域對應於一確保高薄膜形成率之金屬物質薄膜形成模 式（金屬模式）’及該濺鑛薄膜形成率經過一高水平的一區 域對應於一確保低薄膜形成率之氧化物質薄膜形成模式 (氧化物模式）。又’從金屬物質薄膜形成模式過度到該氧 化物質薄膜形成模式的過段段被稱爲一中間薄膜形成模 式，該濺銨薄膜形成率可被分類爲高，中及低三種模式。 在上述的金屬物質薄膜形成模式中，氧氣體的流入被 氬氣的屏蔽效應所防止且沉積到該基材上的物質幾乎都是 由金屬物質所組成，使得一高薄膜形成率，特別是金屬物 質’得以被保持。另一方面，在氧化物質薄膜形成模式 中，當氧氣流率提高時，氬氣屏蔽效過就會降低且包含氧 氣之反應氛圍就會被帶進來，使得標靶的特性變差而造成 薄膜形成率的降低。因爲幾乎是由金屬物質所組成之被沉 積的物質在金屬物質薄膜形成模式中是有化學活性的，所 以該物質即使是被沉積在基材上之後在一極大的厚度被形 成之前其仍是極富反應性的。因此，藉由在該薄膜厚度被 形成到某一程度之前實施氧化反應，可讓該被沉積的薄膜 被完全氧化於薄膜厚度的方向上。雖然金屬氧化物薄膜被 形成爲一結果物件，當形成一具有極大薄膜厚度的薄膜 時，這可藉由重復金屬物質的超薄膜沉積及氧化反應來達 成。在此時，該金屬氧化物薄膜的薄膜形成率是依在金屬 物質薄膜形成模式下之金屬物質的高薄膜形成率及依被沉 積的金屬物質的氧化反應率來決定的，且該薄膜形成率比 -16- (13) (13)1333982 氧化物質薄膜形成模式下的薄膜形成率好得多。本發明的 設備包括濺鍍氣體及反應氣體的流率調節機制用以執行有 效率的薄膜形成。 當使用示於第3圖中的設備30將二氧化硫形成在基 材39上時，抽吸經由一主要抽吸埠43被實施用以在該設 備室30中確保一預定的壓力。在那之後，一預定數量的 氬氣經由濺鑛氣體導入埠36而被引入，同時一特定數量 的氧氣經由氧氣導入埠38被引入，用以在設備室30中確 保一預定的壓力。該氬氣與氧氣的流率在此時在一控制系 統（未示出）的控制下透過調整該第二電導閥42來加以調 節，使得能夠在一固定的〇.3Pa的壓力下確保約50scCm 的氧氣及100 seem的氬氣。此一在流率上的比例被設定爲 該氬氣的屏蔽效應能被有效率的實施用以防止標靶34的 表面被氧化且可保持一相當高的濺鍍薄膜形成率。該流率 的傾向可用設在第3圖的設備上之一離子計A (用於氬氣） 及一離子計B(用於氧氣）來粗略的檢查。 藉由透過一 DC電源供應器（未示出）來施加一預定的 功率（例如lkW)至矽標靶34，陰極35被設定爲輸出等 待狀態。另一方面，藉由用一連接至一微波槍37的微波 電源供應器（未示出）來施加一預定的功率（例如，0.5 kW)，微波電漿的照射被設定爲輸出等待狀態。 在此狀態下，操作該陰極電源供應器之薄膜形成處理 及操作該微波功率供應器的氧化處理（反應處理）被上述的 控制系統重復地且交替地實施一段時間。一從氬氣導入埠 -17- (14) (14)1333982 36的附近朝向該主要抽吸埠43且流率高於氧氣流率之氬 氣流路在薄膜形成處理及氧化處理的整個期間一直都被建 立著。因此，從氧氣導入埠38被引入的氧氣（那些朝向基 材3 9射出作爲氧氣電漿的部分除外）被微波電源供應器提 供的微波所激勵且與前述的氬氣流一起從該主要抽吸埠 43被排出。因此，即使是氧氣一直從該氧氣導入埠38被 引入，該氬氣流仍可藉由施加其屏蔽效應來作爲一氣簾， 使得氧氣不會逗留在該標靶34的附近。因此，可防止導 因於標靶氧化所造成之在薄膜形成率及薄膜品質上的改 變。然後，因爲在基材39上的沉積被保持在前述的金屬 物質薄膜形成模式下，所以可確保一相當高的薄膜形成 率。 又，在本發明的薄膜形成設備室30中，氧氣排放埠 4〇被提供穿過第一電導閥41作爲一在一被該保護板32 所包圍的空間中的輔助機構用以實施通過該氧氣排放埠 4〇與主抽吸埠43之差異排放，藉此氧氣的排放得以被調 整。因此，標靶的氧化可被有效地防止。這在濺鍍氣體流 率較小或濺鏟薄膜形成是在較低的壓力下被實施的例子中 變成爲一項優點。用來調節該第一及第二電導閥41，42 的控制系統可儲存在一預定的氬氣流率及濺鍍薄膜形成率 (它們被分類爲高、中、低三種模式，即高速金屬物質薄 膜形成模式，低速化合物薄膜形成模式及中速薄膜形成模 式）下的氧氣流率作爲參考資料。在該預定的濺鍍氣體流 率下之薄膜形成期間，相應於高速金屬物質薄膜形成模式 -18- (15) (15)1333982 之反應氣體流率及濺鏟氣體流率被選取，然後這兩種氣體 流率被控制用以在被選取的兩個氣體流率之間保持一比 例。 雖然包含在濺鑛氣體流中的氬氣亦經由該氧氣排放埠 4〇被排出，但建立在氬氣導入堤36的周圍朝向該主要抽 吸埠4 3之間的氬氣流路並沒有太大的改變，因爲該主要 抽吸埠43的抽吸能力是相都優越的。此狀態可藉由在一 固疋的0.3Pa的壓力下約50sccm的氧氣及lOOsccm的氳 氣的條件下，將一 12英寸的低溫幫浦（未示出）連接至該 主要抽吸埠43及將一 6英寸的渦輪分子幫浦33連接至氧 氣排放埠40來達成。 第5圖爲依據本發明的第二實施例之薄膜形成設備的 示意剖面圖。此設備與第3圖的設備不同處在於設備室 5〇被建構成在一線上（in-line)式的薄膜形成設備中的一薄 膜形成室。此一線上式的薄膜形成設備由於目前處理製程 的增加及基材的變大而經常被使用，且在此實施例中，基 材39係被載負在與第5圖垂直的方向上。因爲此設備被 建構成可使得基材與傳統不同地是固定不動，所以其結構 就簡單許多，而可以被用在線上的系統中。 當使用示於第5圖中的設備50將二氧化硫形成在基 材39上時，基材39於載負方向上（與第5圖垂直）被載入 到該室中。在該設備室50被設定在一預定的壓力條件下 之後，一預定數量的氬氣經由濺鍍氣體導入埠36被引 入，同時一特定數量的氧氣經由氧氣導入埠38被引入， -19- (16) (16)1333982 用以將設備室50中壓力保持在一固定的狀態。在此時， 藉由用該控制系統（未示出）來調整第二電導閥52，該氬氣 的屏蔽效果可如第3圖的設備30般地被建立。 藉由透過該DC電源供應器（未示出）來施加一預定的 功率至矽標靶34，陰極35被設定爲輸出等待狀態，及藉 由用一連接至該微波槍37的微波電源供應器（未示出）來 施加一預定的功率，微波電漿的照射被設定爲輸出等待狀 首g 〇 在此狀態下，操作該陰極電源供應器之薄膜形成處理 及操作該微波功率供應器的氧化處理被上述的控制系統重 復地且交替地實施一段時間。在此時，一從氬氣導入埠 3 6的附近朝向該主要抽吸埠43之氬氣流路在薄膜形成處 理及氧化處理的整個期間一直都被建立著。因此，從氧氣 導入埠38被引入的氧氣（那些朝向基材39射出作爲氧氣 電漿的部分除外）被微波電源供應器提供的微波所激勵且 與前述的氬氣流一起從該主要抽吸埠53被排出。 亦即，即使是氧氣一直從該氧氣導入埠38被引入， 該氬氣流仍可如一氣簾般作用以屏蔽氧氣，藉以防止導因 於標靶氧化所造成之在薄膜形成率及薄膜品質上的改變。 因此’與第3圖的薄膜形成設備30相同地，一相當高的 薄膜形成率可被保有，特別是在金屬物質沉積模式下。在 薄膜形成設備室50中，與第3圖的薄膜形成設備室30相 同地’氧氣排放埠40被提供在一被該保護板32所包圍的 空間中的輔助機構且藉由適當地調整氧氣排放埠40及主 -20- (17) (17)1333982 要抽吸棒53的排氣電導閥來實施差異排放；而且氧氣的 調整被實施且標靶的氧化被確實地防止；此外，第_及第 二電導閥4 1 ’ 52被控制系統所調整。 雖然根據第二實施例，與第3圖的設備室3 0相同 地’薄膜被形成在一固定不動的基材上，但該薄膜形成可 在基材39被載運於該線上設備的載運方向上（與第5圖垂 直的方向）時被實施。此方式可節省時間而讓薄膜形成更 有效率。 第6圖顯示作爲本發明的薄膜形成設備的第三實施例 之一用於通過式蘑膜形成之線上設備的示意剖面圖。此設 備與示於第5圖的設備室50不同之處在於設備室60的主 要抽吸埠83被提供在一微波槍37附近的底面上。在此一 線上設備中’基材39係被載運於第6圖的左右方向上。 當二氧化硫薄膜被成在如第6圖般地被建構的薄膜形 成設備室60中的基材39上時，基材39經過分隔閥64, 65被載運至設備室60中用以確保在該設備室中的一預定 壓力。之後’ 一預定流率的氬氣透過該濺鍍氣體導入埠 36被引入，同時一預定流率的氧氣透過氧氣導入埠38被 引入，用以在該薄膜形成設備室中保持一固定的壓力。在 此時，藉由用控制系統（未示出）來調整第二電導閥62，氬 氣的屏蔽效果可如第5圖所示的設備室50般地被建立。 藉由透過該DC電源供應器（未示出）來施加一預定的 功率至矽標靶34，陰極35被設定爲輸出等待狀態，及藉 由用一連接至該微波槍37的微波電源供應器（未示出）來 -21 - (18) 1333982 施加一預定的功率，微波電漿的照射被設定爲輸出等待狀 態。
當被載運於第6圖的左/右方向上的基材39的前端進 入到一介於由該標靶34構成的虛擬濺鍍粒子飛行區與微 波槍37所構成的一虛擬的微波照射區之間的重疊區域中 時，操作該陰極電源供應器之薄膜形成處理及操作該微波 電源供應器的氧化處理會被重復地且交替地實施一段時 間。然後，當基材39的尾端通過前述的重疊區時，這兩 個處理即終止。在這兩個處理中，氬氣流被建立在從該氬 氣導入埠36的附近朝向該主要抽吸埠63的方向上。從氧 氣導入埠38被引入的氧氣（那些朝向基材39射出作爲氧 氣電漿的部分除外）被微波電源供應器提供的微波所激勵 且與前述的氬氣流一起從該主要抽吸埠63被排出。
因而，可有效地防止導因於標靶的氧化所造成的在薄 膜形成於薄膜品質上的改變。其結果爲，與第5圖的薄膜 形成設備50相同地，一相當高的薄膜形成率可被保有， 特別是在金屬物質沉積模式下。又，標靶的氧化可藉由用 控制系統（未示出）來調整氧氣排放埠40及主要抽吸埠63 的排氣電導閥來有效地防止β 第7圖顯示本發明的第四實施例。此實施例與第5圖 的第二實施例不同之處在於一作爲氧化源的轟擊電極77 被提供在該薄膜形成室50的一側壁上。 當二氧化硫薄膜被成在如第7圖般地被建構的薄膜形 成設備室50中的基材39上時，在基材39被載運於運送 -22- (19) (19)1333982 方向（於第7圖垂直的方向）上之後’該設備室被調整至一 預定的壓力狀態，然後一預定流率的氬氣經由濺鍍氣體導 入埠36被引入。在此同時，一預定流率的氧氣經由氧氣 導入埠38被引入用以確保一固定的壓力於該薄膜形成設 備室中。與第5圖的第二實施例相同地，氬氣的屏蔽效果 是利用一控制系統（未示出）來調整第二電導閥52來建立 的，與第3圖的設備30 —樣。 然後，藉由透過該DC電源供應器（未示出）來施加一 預定的功率至矽標靶34，陰極35被設定爲輸出等待狀 態，及藉由用一連接至該轟擊電極77的RF電源應器（未 示出）來施加一預定的功率，轟擊電極77被設定爲輸出等 待狀態。 在此情況下，在操作該RF電源供應器的氧化處理被 持續地進行下’操作該陰極電源供應器的該薄膜形成處理 被重復一段時間。在此時，氬氣流在這兩個處理的整個期 間中都一直被建立在從該主要抽吸埠53的附近朝向該氬 氣導入埠36的向向上。經由氧氣導入埠38被引入的氧氣 藉由操作該RF電源供器而持續被激勵，用以產生氧氣電 漿於該轟擊電極77的表面上。被電漿所產生的氧原子及 氧離子通過基材39的正面。在該中間薄膜形成處理期間 沉積在基材39上的該極薄的金屬薄膜（超薄膜）在薄膜形 成處理之間的時間間隔中被一層一層地氧化，使得可在一 次通過時間中獲得具有一預定薄膜厚度的氧化物薄膜。 將從該反應氣體導入埠38被引入的氣體可包含03氣 -23- (20) (20)1333982 體。 第8圖顯示本發明的第五實施例。此實施例與第6圖 的第三實施例不同之處在於，一連接至微波電源供應器 83的離子槍87被提供在靠近基材39處作爲氧化源；該 離子槍87能夠透過該反應氣體導入閥82供應02氣體； 一用來產生磁場的磁場電路80被提供在基材39的背後。 當二氧化硫薄膜被成在如第8圖般地被建構的薄膜形 成設備室60中的基材39上時，基材39經過分隔閥64, 65被載運至設備室60中。當該設備室被設定在一預定的 壓力狀態下時，一預定流率的氬氣經由該濺鍍氣體導入埠 36被引入。藉由操作該氧氣導入閥82來引入一預定流率 的氧氣，該薄膜形成設備室的壓力即可被調整至一固定的 水平。與第6圖的第三實施例相同地，氬氣的屏蔽效果可 藉由用控制系統（未示出）來調整第二電導閥82來建立。 藉由透過該DC電源供應器（未示出）來施加一預定的 功率至矽標靶34，陰極35被設定爲輸出等待狀態，及藉 由施加一預定的功率至一連接至離子槍87的微波電源供 應器83，該離子槍87的照射被設定爲輸出等待狀態。 當被載運於左/右方向上的基材39的前端進入到一介 於由該標靶34構成的虛擬濺鍍粒子飛行區與離子槍87所 構成的一虛擬的離子槍照射區之間的重疊區域中時，操作 該微波電源供應器83及該離子槍87的ECR氧化處理被 持續地保持，同時該薄膜形成處理被重復一段時間間隔。 在此時，在這兩個處理的整個期間中，氬氣流被建立在從 -24- (21) (21)1333982 該氬氣導入埠36的附近朝向該主要抽吸埠53的方向上。 經由氧氣導入埠38被引入的氧氣藉由操作該微波電源供 應器83及該離子槍87而持續被激勵，用以產生氧氣ECR 電漿。被ECR電漿所產生的氧原子及氧離子通過基材39 的正面。在該中間薄膜形成處理期間沉積在基材39上的 該極薄的金屬薄膜（超薄膜）在薄膜形成處理之間的時間間 隔中被一層一層地氧化，使得可在一次通過的時間中獲得 具有一預定薄膜厚度的氧化物薄膜。 第9圖顯示本發明的第六實施例。此實施例與第五實 施例不同之處在於，一對連接至位在該設備室外面的AC 電源供應器之〇2氣體噴嘴被提供在靠近基材39處作爲氧 化源。氣體孔被形成用以將氣體噴向基材39的表面且實 際的AC功率係透過兩個被提供有氣體噴嘴98的金屬管 38而被導通的。 與第8圖的第五實施例相同地，當被載運於左/右方 向上的基材39的前端進入到由該標靶34構成的虛擬濺鍍 粒子飛行區中時，在藉由AC電源供應器90的操作而被 實施的電漿氧化處理被持續地保持之下，藉由該陰極電源 供應器的操作而被實施的薄膜形成處理以一時間間隔被間 歇地重復。在此時，在這兩個處理的整個期間中，氬氣流 被建立在從該氬氣導入埠36的附近朝向該主要抽吸閥91 的方向上。經由氧氣導入埠38被引入的氧氣藉由操作該 AC電源供應器90而持續被激勵用以產生氧氣電漿，然後 被電漿所產生的氧原子及氧離子通過基材39的正面。在 -25- (22) 1333982 該中間薄膜形成處理期間沉積在基材39上的該極 屬薄膜（超薄膜）在薄膜形成處理之間的時間間隔中 一層地氧化，使得可在一次通過的時間中獲得具有 薄膜厚度的氧化物薄膜。 雖然根據這些實施例，將被形成的薄膜爲二氧 膜，但本發明並不侷限於此薄膜的形成，不待贅言 本發明亦適用於丁丨02或Ta205薄膜的形成上。在 子中，Ti或Ta被用作爲標靶材料。 雖然根據這些實施例，氧化物薄膜可被形成， 明並不侷限在氧化物薄膜的形成上，且可被應用在 薄膜的形成上。 [實例1] 在第3圖的設備30中，一直徑爲4英寸的矽 用作爲標靶34及陰極35。從濺鍍氣體導入埠36 氬氣流率在控制系統根據其所記憶的參考資料所發 令下被調節爲lOOsccm，且由氧氣導入埠38供應 流率則被調節爲50sccm。然後，藉由從DC電源供 加lkW的功率至該矽陰極35，該陰極被設定爲輸 狀態，及藉由從微波電源供應器施加〇.5kW的功 微波電漿的照射被設定爲輸出等待狀態。 在上述的控制系統的控制之下，藉由該陰極電 器的操作而實施的薄膜形成處理被設定爲ON花（ OFF則花0.04秒。藉由該微波電源供應器的操作 薄的金 被一層 一預定 化硫薄 的是， 這些例 但本發 氮化物 陰極被 引入之 出的指 的氧氣 應器施 出等待 率，該 源供應 • 05而 而實施 -26- (23) (23)1333982 的氧化處理被設定爲ON花0.02而OFF則花0.07秒。這 兩個處理被交替地重復（見第10圖）。在此時，矽金屬薄 膜的薄膜厚度在一次薄膜形成處理中係成長2埃（人）。在 兩個處理被重復六十分鐘之後，該薄膜厚度則成長了 12 微米。 該薄膜檢查的結果爲，很明顯地，其具有一非晶型的 薄膜結構。又，在一紅外線區中測量此薄膜的光學特性的 結果爲’此薄膜爲一絕佳的光學薄膜（二氧化硫薄膜），其 具有1·46的折射率及3xl(T4的消光係數。 [比較例1 ] 薄膜（二氧化硫薄膜）以相同的方式被形成，只是來自 於氧氣導入埠38的氧氣流率被改變了。 關於在此時的每一氧氣流率，表1顯示放在第3圖的 設備室3 0內之離子計安裝位置Α及Β所量測到的壓力 値。 表1 氫氣流率 (seem) 氧氣流率 (seem) I/G A (pa) I/G B (pa) 100 0 0.28 0.1 100 25 0.29 0.2 100 50 0.30 0.3 100 100 0.40 0.5 100 150 0.60 0.8 -27- (24) (24)1333982 表1顯示如果氧氣流率低於5 〇sc cm的話，可確保在 離子計安裝位置A與B之間有足夠的壓差。這表示氬氣 流被建立在從該氬氣導入埠3 6的附近朝向該主要抽吸埠 43的方向上，藉以用氬氣對氧氣實施一充分的屏蔽效 應。 藉由比較考量實例1與比較例i，根據使用本發明的 薄膜形成設備，氬氣流對氧氣實施屏蔽效應使得薄膜由一 金屬標靶的表面所沉積且氧化反應會穿透到此被沉積的薄 膜中來形成氧化物薄膜。亦即，因爲薄膜形成（特別是金 屬薄膜形成）是以一高薄膜形成率來進行，所以本發明的 方法能夠實施高速的薄膜形成。 [實例2] 在第5圖所示的設備室50中，一 5x16英寸的矽陰極 被用作爲該標靶34與該陰極35且該濺鍍薄膜形成設備室 5〇被保持在0.3 Pa的固定壓力。在控制系統根據其所記憶 的參考資料所發出的指令之下，從濺鍍氣體導入埠36引 入之氬氣流率被調節爲lOOsccm，且由氧氣導入埠38供 應的氧氣（包含1 0體積百分比的03氣體）流率則被調節爲 50 seem。藉由從DC電源供應器施加5kW的功率至該矽陰 極35，該陰極被設定爲輸出等待狀態，及藉由從微波電 源供應器施加2 · Ok W的功率，該微波電漿的照射被設定 爲輸出等待狀態。 -28- (25) (25)1333982 藉由該陰極電源供應器的操作而被實施的該薄膜形成 處理被上述的控制系統所設定，使得ON狀態持續0.05 秒而OFF狀態持續0.04秒。然後，藉由該微波電源供應 器的操作而被實施的該氧化處理被設定爲ON狀態持續 〇·〇2秒而OFF狀態持續0.07秒。藉由交替地重復這兩個 處理（見第10圖），矽金屬薄膜的薄膜厚度在一次薄膜形 成處理中係成長2埃（人）。在此狀態下，薄膜被形成而一 基材39的輸送載具（未示出）則是以每分鐘1公尺的速動 運行。此薄膜的一精細檢查結果顯示，此薄膜具有一非晶 型的結構。又，在一紅外線區中測量此薄膜的光學特性的 結果爲，此薄膜爲一絕佳的光學薄膜（二氧化硫薄膜），其 具有1.46的折射率及3xl(T4的消光係數。 [實例3 ] 在第7圖所示的設備室50中，一 5x16英寸的矽陰極 被用作爲該標靶34與該陰極35且該濺鍍薄膜形成設備室 50被保持在0.3 Pa的固定壓力。在控制系統根據其所記憶 的參考資料所發出的指令之下，從濺鍍氣體導入埠36引 入之氬氣流率被調節爲lOOsccm，且由氧氣導入埠 38供 應的氧氣流率則被調節爲50sccm。藉由從DC電源供應器 施加5kW的功率至該矽陰極35，該陰極被設定爲輸出等 待狀態，及藉由從微波電源供應器施加2. OkW的功率， 該轟擊電極7 7被設定爲輸出等待狀態。
轟擊電極77在上述的控制系統的控制下藉由從該RF -29- (26) 1333982
電源供應器施加一預定的功率（2. OkW)而被持續地操作。 然後，藉由該陰極電源供應器的操作而被實施的該薄膜形 成處理被上述的控制系統所設定，使得ON狀態持續0.05 秒而OFF(間歇）狀態持續0.04秒。藉由重復此循環（見第 11圖），與實例一樣，矽金屬薄膜的薄膜厚度在一次薄膜 形成處理中會成長2埃（人）。此化合物薄膜一紅外線區中 測量此薄膜的光學特性的結果爲，此薄膜爲一絕佳的光學 薄膜（二氧化硫薄膜），其具有1.46的折射率及7xl(T4的 [實例4]
在第8圖所示的設備室60內的陰極35及離子槍87 被設爲輸出等待狀態之後，離子槍8 7在控制系統的控制 下用微波電源供應器83施加一預定的功率（2. OkW)而被持 續地操作。然後，藉由該陰極電源供應器施加1 kW的操 作而被實施的該薄膜形成處理被上述的控制系統所設定， 使得ON狀態持續0.05秒而OFF(間歇）狀態持續〇.〇4 秒。藉由重復此循環（見第12圖），與實例一樣，矽金屬 薄膜的薄膜厚度在一次薄膜形成處理中會成長2埃（人）。 此化合物薄膜一紅外線區中測量此薄膜的光學特性的結果 爲，此薄膜爲一絕佳的光學薄膜（二氧化硫薄膜），其具有 1.46的折射率及2x1 (Γ4的消光係數。 [實例5] -30- (27) (27)1333982 在第9圖的設備室60中，氧氣電漿係在控制系統的 控制下藉由從一10kHz的AC電源供應器施加一預定的功 率至一對金屬管38而被產生的。然後，藉由該陰極電源 供應器施加2 kW的操作而被實施的該薄膜形成處理被上 述的控制系統所設定，使得 ON狀態持續 0.05秒而 OFF(間歇）狀態持續0.04秒。藉由重復此循環，與實例一 樣，矽金屬薄膜的薄膜厚度在一次薄膜形成處理中會成長 3埃（人）。此化合物薄膜在一紅外線區中測量此薄膜的光 學特性的結果爲，此薄膜爲一絕佳的光學薄膜（二氧化硫 薄膜），其具有1.46的折射率及6xl(T4的消光係數。在此 同時，藉由持續此薄膜形成處理40分鐘，薄膜厚度可長 到1 2微米。 [比較例2 ] 藉由改變在實例5中之陰極電緣供應器的ΟΝ/OFF時 間（ΟΝ0.05秒/OFF0.04秒）將其設定爲一直ON，所得到的 化合物薄膜具有一大的吸收特性使得無法獲得一所想要的 透明度。其原因爲，因爲金屬濺鑛粒子被持續地沉積到間 歇地實施薄膜處理的基材上（這與實例5是不同的），所以 整個氧化無法跟上。 [比較例3 ] 藉由改變在實例5中之陰極電緣供應器的ΟΝ/OFF時 間（ΟΝΟ·〇5秒/〇FFO.〇4秒）被改變使得ON的時間爲〇·5 -31 - (28) (28)1333982 秒。其結果爲’矽金屬薄膜的薄膜厚度在一次薄膜形成處 理中會成長30埃（人），且可獲得一折射率爲52且消光 係數爲8x1 (Γ2的薄膜，這顯示其有一高吸收性。其原因 爲’有比實例5還多的金屬濺鍍粒子被沉積，所以氧化無 法跟上’使得二氧化硫薄膜與金屬矽薄膜相混。 [比較例4 ] 藉由改變施加在實例5的陰極電源供應器上的功率 (2kW)，該陰極功率被改爲〇.5 kW »又，該陰極電源供應 器的ΟΝ/OFF時間（ON0.05秒/ OFF0.04秒）被改變使得ON 的時間爲0 · 2秒，而0 F F的時間爲0.0 4秒。另，薄膜形 成被持續40分鐘用以讓矽金屬薄膜的薄膜厚度在一次薄 膜形成處理中可成長3埃（人）。此化合物薄膜在一紅外線 區中測量此薄膜的光學特性的結果爲，最終獲得的光學薄 膜（二氧化硫薄膜）爲具有1.46的折射率及6xl0_4的消光 係數的透明光學薄膜。 然而，該薄膜的厚度長到5微米且很明顯地薄膜形成 率很低。因此，留在該濺鎪標靶上的氧氣數量達到一定的 程度。當濺鑛功率很高時，一強的氬氣濺鍍會發生，即使 是該標靶的表面被非常薄地氧化。因此，氧化物薄膜一直 持續被去除，藉以達到金屬模式薄膜形成。然而，當此功 率低時，該濺鍍係以所謂的氧化模式被實施，因爲標靶的 表面保持著被氧化。其結果爲，所獲得的薄膜爲一透明的 二氧化硫薄膜，然而，這會伴隨著降低薄膜形成率的缺 -32- (29) (29)1333982 點 [實例6 ] 藉由改變施加在實例5的陰極電源供應器上的功率 (2 k W) ’該陰極功率被改爲4.0 kW。又，該陰極電源供應 器的ΟΝ/OFF時間（ON0.05秒/OFF0.04秒）被改變使得ON 的時間爲0.025秒，而OFF的時間爲0.065秒。另，薄膜 形成被持續40分鐘用以讓矽金屬薄膜的薄膜厚度在一次 薄膜形成處理中可成長3埃（人）。此化合物薄膜在一紅外 線區中測量此薄膜的光學特性的結果爲，最終獲得的光學 薄膜（二氧化硫薄膜）爲具有1.46的折射率及5xl(T4的消 光係數的透明光學薄膜。在此同時，此薄膜形成處理被實 施40分鐘使得該薄膜的厚度長到24微米。 此結果顯示，薄膜形成率變爲實例5的兩倍因爲在一 次薄膜形成處理中的薄膜厚度爲3埃（人），這表示可達成 充分的氧化及額外地一處理的ON時間（0.025秒）爲是實 例5(0.05秒）的一半，這表示可達成每次形成3埃（人）厚的 薄膜。 本發明在需要高速的薄膜形成率的光學薄膜領域中是 很重要的。 【圖式簡單說明】 第1圖爲一傳統的轉塔式薄膜形成設備的示意剖面 圖， -33- (30) (30)1333982 第2圖爲一傳統的基材轉動式薄膜形成設備的示意剖 面圖； 第3圖爲依據本發明的第一實施例之薄膜形成設備的 示意剖面圖； 第4圖爲一圖表，其顯示在預定的急氣流率下氧氣流 率與薄膜形成率的關係； 第5圖爲依據本發明的第二實施例之薄膜形成設備的 示意剖面圖； 第6圖爲依據本發明的第三實施例之薄膜形成設備的 示意剖面圖； 第7圖爲依據本發明的第四實施例之薄膜形成設備的 示意剖面圖； 第8圖爲依據本發明的第五實施例之薄膜形成設備的 示意剖面圖； 第9圖爲依據本發明的第六實施例之薄膜形成設備的 示意剖面圖； 第10圖爲本發明的第一實例的薄膜形成處理與氧化 處理的一處理循環圖； 第11圖爲本發明的第三實例的薄膜形成處理與氧化 處理的一處理循環圖；及 第12圖爲本發明的第四實例的薄膜形成處理與氧化 處理的一處理循環圖。 -34- (31) 主要元件對照表 薄膜形成設備 標靶 濺鍍陰極 濺鍍氣體導入埠 微波激勵電漿產生器（微波槍） 反應氣體導入埠 基材 薄膜形成設備 標靶 濺鍍陰極 濺鍍氣體導入埠 微波激勵電漿產生器（微波槍） 反應氣體導入埠 基材 薄膜形成設備 標靶 濺鍍陰極 濺鍍氣體導入埠 微波激勵電漿產生器（微波槍） 反應氣體導入埠 基材 反應氣體排放埠 第一電導閥（可電導地調整的閥） -35- (32) 1333982 42 第二 43 主要 5 2 第二 5 3 主要 62 第二 63 主要 7 7 轟擊 80 磁場 82 氧氣 83 微波 87 離子 8 1 第二 11 濺鍍 12 氧化 13 基材 19a 旋轉 2 1 濺鍍 22 氧化 10a 分隔 20a 分隔 3 1 保護 32 保護 33 渦輪 44 分隔 電導閥（可電導 抽吸埠 電導閥（可電導 抽吸璋 電導閥（可電導 抽吸埠 電極 電路 導入閥 電源供應器 槍 電導閥（可電導 薄膜形成區（金 區（反應區） 旋轉機制 鼓 薄膜形成區（金 區（反應薄膜形 壁 壁 板 板 分子幫浦 壁 地調整的閥） 地調整的閥） 地調整的閥） 地調整的閥） 屬薄膜形成區） 屬薄膜形成區） 成區） -36- (33) 1333982 50 設備閥 3 9a 基材固持器 60 設備室 64 分隔閥 65 分隔閥 90 AC電源供應器 98 氣體噴嘴 9 1 抽吸閥