JP2015056529A - Film forming method and film forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に酸化アルミニウム膜を形成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for forming an aluminum oxide film on a substrate.
近年、太陽電池の高効率化が求められていることにともない、p型シリコン表面の効果的なパッシベーション膜が求められている。そして、シリコンウェハp型面に関しては正電荷を擁しているSiNxやSiO2は電界効果的には適当とは言えず、理想的には負電荷を擁する膜が求められる。この負電荷を擁するパッシベーション膜としは酸化アルミニウム(Al2O3)が好適であることが知られている。 In recent years, with the demand for higher efficiency of solar cells, an effective passivation film on the p-type silicon surface has been demanded. For the silicon wafer p-type surface, SiNx and SiO 2 having a positive charge are not appropriate in terms of field effect, and ideally a film having a negative charge is required. It is known that aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is suitable as the passivation film having negative charges.
例えば特許文献1には、ALD法(原子層堆積法)を用いて、p型シリコン基板の裏面に酸化アルミニウム(Al2O3)の薄膜(パッシベーション膜)を成膜する技術が記載されている。
For example,
また、マグネトロンスパッタ法による酸化アルミニウム膜の成膜も研究されている。マグネトロンスパッタ法は、薄膜形成手法の一つとして半導体、液晶表示装置、磁気記録装置、光学薄膜等の製造分野において広く実用化されている。マグネトロンスパッタ法には、酸化物、窒化物、フッ化物等の化合物ターゲットを用い、スパッタ電源として高周波電源を用いることで化合物の薄膜を形成する高周波マグネトロンスパッタ法(特許文献2)や、金属ターゲットを用い、スパッタ電源として直流電源を用いるとともに、反応性ガスを導入して金属の酸化物、窒化物、フッ化物等の薄膜を形成する反応性DCマグネトロンスパッタ法(特許文献3)などがある。 In addition, the formation of an aluminum oxide film by magnetron sputtering has been studied. The magnetron sputtering method is widely put into practical use in the field of manufacturing semiconductors, liquid crystal display devices, magnetic recording devices, optical thin films and the like as one of thin film forming methods. In the magnetron sputtering method, a high-frequency magnetron sputtering method (Patent Document 2) in which a compound thin film is formed by using a compound target such as an oxide, nitride, or fluoride and using a high-frequency power source as a sputtering power source, or a metal target is used. There is a reactive DC magnetron sputtering method (Patent Document 3) in which a direct current power source is used as a sputtering power source and a reactive gas is introduced to form a thin film of metal oxide, nitride, fluoride or the like.
しかしながら、ALD法は、成膜速度が極端に遅いことが多いため、特許文献1の手法で酸化アルミニウム膜を生成する手法は量産に向かない。
However, since the ALD method is often extremely slow in film formation, the method of generating an aluminum oxide film by the method of
また、酸化アルミニウムの硬度が非常に高いことや、ターゲット表面がアルミニウムの酸化物に覆われることに起因して、特許文献2、3の手法によっても、成膜速度を上げることが困難である。
In addition, it is difficult to increase the deposition rate even by the methods of
また、スパッタ法においてp型Si表面にパッシベーション効果の高い酸化アルミニウム膜を形成するためには、遷移状態で反応性スパッタが行われるときの酸化度となるように、成膜される酸化アルミニウムの酸化度を高い精度で一定に制御する必要がある。しかしながら、特許文献2、3の手法により酸化アルミニウム膜を成膜する場合には、一般的に、スパッタ電源を電力一定モードで駆動させる制御(スパッタ電源の定電力制御)が行われる。このため、アルミニウムが酸化しすぎたり、酸化が不十分になったりすることを交互に繰り返して、成膜される酸化アルミニウム膜の酸化度が安定しない。
In addition, in order to form an aluminum oxide film having a high passivation effect on the p-type Si surface in the sputtering method, oxidation of the aluminum oxide film to be formed is performed so as to have an oxidation degree when reactive sputtering is performed in a transition state. It is necessary to control the degree with a high degree of accuracy. However, when an aluminum oxide film is formed by the methods disclosed in
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、反応性スパッタリングにおいて、酸化アルミニウムを、酸化度を安定させつつ高い成膜速度で成膜できる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of depositing aluminum oxide at a high deposition rate while stabilizing the degree of oxidation in reactive sputtering.
上記の課題を解決するために、第1の態様に係る膜形成方法は、反応性スパッタリングにより基板上に酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法であって、基板が晒されているスパッタガスと酸素の反応性ガスとの混合雰囲気下において、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナに高周波電力を供給して高周波誘導結合プラズマを発生させるとともに、静磁場を形成するマグネトロンカソードに設けられたアルミニウムターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧をスパッタ電源の定電圧制御により印加して当該静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させて当該アルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する成膜ステップと、前記成膜ステップ中に、前記反応性ガスを前記混合雰囲気中に供給するガス供給ステップと、を備え、前記ガス供給ステップは、遷移状態で反応性スパッタが行われるように、前記基板に対向するアルミニウムターゲットを設けたマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて前記成膜ステップ中に供給量を制御しつつ前記反応性ガスを供給するステップであり、前記成膜ステップは、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとの少なくとも一方の発生条件が相互に異なる複数のプラズマ発生条件下で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとが発生するように、前記混合雰囲気下の高周波アンテナへの高周波電力の供給と前記基板に対向するアルミニウムターゲットへのスパッタ電圧の印加とを行うことによって、酸化アルミニウム膜が形成されていない前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、前記第1成膜処理の後に、前記第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、前記基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理と、を行うステップである。 In order to solve the above problems, a film forming method according to a first aspect is a film forming method of forming an aluminum oxide film on a substrate by reactive sputtering, wherein a sputtering gas and oxygen to which the substrate is exposed An aluminum target provided on a magnetron cathode for generating a high-frequency inductively coupled plasma by supplying high-frequency power to a high-frequency antenna composed of a conductor having less than one turn in a mixed atmosphere with a reactive gas, and forming a static magnetic field Sputtering voltage including negative voltage is applied by constant voltage control of the sputtering power source, magnetron plasma is generated by the static magnetic field, the aluminum target is sputtered, and an aluminum oxide film is formed on the substrate facing the aluminum target The film forming step and the reaction during the film forming step. A gas supply step for supplying a reactive gas into the mixed atmosphere, and the gas supply step flows to a magnetron cathode provided with an aluminum target facing the substrate so that reactive sputtering is performed in a transition state. The reactive gas is supplied while controlling the supply amount during the film forming step based on a sputtering current value, and the film forming step has at least one of generation conditions of high frequency inductively coupled plasma and magnetron plasma. In order to generate high frequency inductively coupled plasma and magnetron plasma under a plurality of mutually different plasma generation conditions, supply of high frequency power to the high frequency antenna in the mixed atmosphere and sputter voltage to the aluminum target facing the substrate The aluminum oxide film is formed by applying A first film forming process for forming an aluminum oxide film on the substrate that is not formed, and at least one film forming speed higher than a film forming speed in the first film forming process after the first film forming process, And a second film forming process for further forming an aluminum oxide film on the aluminum oxide film formed on the substrate.
第2の態様に係る膜形成方法は、第1の態様に係る膜形成方法であって、前記少なくとも1つの成膜速度は、段階的または連続的に増加する複数の成膜速度である。 The film formation method according to the second aspect is the film formation method according to the first aspect, wherein the at least one film formation rate is a plurality of film formation rates that increase stepwise or continuously.
第3の態様に係る膜形成方法は、第1または第2の態様に係る膜形成方法であって、前記ガス供給ステップは、前記基板に対向するアルミニウムターゲットを設けたマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が、順次に各目標電流値になるように、前記混合雰囲気中への前記反応性ガスの供給量を制御するステップであり、前記各目標電流値は、前記複数のプラズマ発生条件のそれぞれにおいて遷移状態で反応性スパッタが行われるときの各スパッタ電流値である。 A film forming method according to a third aspect is the film forming method according to the first or second aspect, wherein the gas supply step includes a sputtering current value flowing through a magnetron cathode provided with an aluminum target facing the substrate. Is a step of controlling the supply amount of the reactive gas into the mixed atmosphere so that each target current value is sequentially set, and each target current value changes in each of the plurality of plasma generation conditions. Each sputtering current value when reactive sputtering is performed in a state.
第4の態様に係る膜形成方法は、第1から第3の何れか1つの態様に係る膜形成方法であって、前記第2成膜処理は、前記第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも負電圧値が高いスパッタ電圧を前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理である。 A film formation method according to a fourth aspect is the film formation method according to any one of the first to third aspects, wherein the second film formation process is performed at a voltage higher than a sputtering voltage in the first film formation process. In this process, a sputtering voltage having a high negative voltage value is applied to the aluminum target facing the substrate.
第5の態様に係る膜形成方法は、第1から第4の何れか1つの態様に係る膜形成方法であって、前記第1成膜処理におけるスパッタ電圧は、負電圧または負電圧と正電圧とからなる直流パルスであり、前記第2成膜処理は、前記第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも周波数が高いスパッタ電圧を前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理である。 A film forming method according to a fifth aspect is the film forming method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the sputtering voltage in the first film forming process is a negative voltage or a negative voltage and a positive voltage. The second film forming process is a process of applying a sputtering voltage having a frequency higher than the sputtering voltage in the first film forming process to the aluminum target facing the substrate.
第6の態様に係る膜形成方法は、第1から第5の何れか1つの態様に係る膜形成方法であって、前記第1成膜処理は、負電圧、または負電圧と正電圧とからなる直流パルスをスパッタ電圧として前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理であり、前記第2成膜処理は、前記第1成膜処理よりもパルス周期における正電圧の印加時間の割合が高い、負電圧と正電圧とからなる直流パルスをスパッタ電圧として前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理である。 A film forming method according to a sixth aspect is the film forming method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first film forming process is performed using a negative voltage or a negative voltage and a positive voltage. The DC pulse is applied as a sputtering voltage to the aluminum target facing the substrate, and the second film forming process has a higher rate of positive voltage application time in the pulse period than the first film forming process. In this process, a direct current pulse composed of a negative voltage and a positive voltage is applied as a sputtering voltage to an aluminum target facing the substrate.
第7の態様に係る膜形成方法は、第1から第6の何れか1つの態様に係る膜形成方法であって、前記第2成膜処理は、前記第1成膜処理において供給される高周波電力よりも大きい高周波電力を前記基板が晒されている前記混合雰囲気下の高周波アンテナに供給する処理である。 A film forming method according to a seventh aspect is the film forming method according to any one of the first to sixth aspects, wherein the second film forming process is a high frequency supplied in the first film forming process. This is a process of supplying high-frequency power larger than power to the high-frequency antenna in the mixed atmosphere where the substrate is exposed.
第8の態様に係る膜形成方法は、第1から第7の何れか1つの態様に係る膜形成方法であって、前記少なくとも1つの成膜速度は、段階的または連続的に増加する複数の成膜速度であり、前記第2成膜処理は、前記複数の成膜速度のうち第2番目以降に適用される成膜速度に対してのみ、前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加するスパッタ電圧の絶対値を増加させることによりプラズマ発生条件を変更する処理である。 A film formation method according to an eighth aspect is the film formation method according to any one of the first to seventh aspects, wherein the at least one film formation rate is a plurality of steps that increase stepwise or continuously. The second film formation process is a sputtering voltage applied to the aluminum target facing the substrate only with respect to the film formation speed applied to the second and subsequent films among the plurality of film formation speeds. Is a process for changing the plasma generation condition by increasing the absolute value of.
第9の態様に係る膜形成装置は、反応性スパッタリングにより基板上に酸化アルミニウム膜を形成する膜形成装置であって、アルミニウムターゲットを備えて複数の処理空間にそれぞれ設けられ、静磁場を形成する各マグネトロンカソードと、前記複数の処理空間にそれぞれ設けられ、巻数が一周未満の導体からなる各高周波アンテナと、前記複数の処理空間のそれぞれにスパッタガスと酸素の反応性ガスとを供給するガス供給部と、前記ガス供給部による前記複数の処理空間への前記反応性ガスの供給量を制御するガス供給量制御部と、前記複数の処理空間の各アルミニウムターゲットに順次に対向する処理経路に沿って基板を搬送する搬送部と、前記複数の処理空間に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記複数の処理空間の各高周波アンテナに高周波電力を供給する各高周波電源と、前記複数の処理空間の各マグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記複数の処理空間にマグネトロンプラズマが発生するように、前記各アルミニウムターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を定電圧制御により印加する各スパッタ電源と、を備え、前記複数の処理空間の相互間で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が異なるように前記各高周波電源と前記各スパッタ電源とが前記各高周波アンテナへの高周波電力の供給と前記各アルミニウムターゲットへのスパッタ電圧の印加とを行うとともに、前記複数の処理空間において遷移状態で反応性スパッタが行われるように前記ガス供給量制御部が前記各マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて前記複数の処理空間への前記反応性ガスの供給量を制御している状態で、前記各アルミニウムターゲットをスパッタすることによって、酸化アルミニウム膜が形成されていない前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、前記第1成膜処理の後に、前記第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、前記基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理と、を行う。 A film forming apparatus according to a ninth aspect is a film forming apparatus that forms an aluminum oxide film on a substrate by reactive sputtering, and includes an aluminum target and is provided in each of a plurality of processing spaces to form a static magnetic field. Each magnetron cathode, each high-frequency antenna provided in each of the plurality of processing spaces and made of a conductor having less than one turn, and a gas supply for supplying a sputtering gas and a reactive gas of oxygen to each of the plurality of processing spaces A gas supply amount control unit that controls a supply amount of the reactive gas to the plurality of processing spaces by the gas supply unit, and a processing path that sequentially faces each aluminum target of the plurality of processing spaces. Each of the plurality of processing spaces so that high-frequency inductively coupled plasma is generated in the plurality of processing spaces. A negative voltage is applied to each aluminum target such that magnetron plasma is generated in the plurality of processing spaces by each high-frequency power source that supplies high-frequency power to the frequency antenna and a static magnetic field formed by each magnetron cathode of the plurality of processing spaces. Each sputtering power source for applying a sputtering voltage including constant voltage control, and each high frequency power source so that a generation condition of at least one of the high frequency inductively coupled plasma and the magnetron plasma is different among the plurality of processing spaces. And each sputtering power source supply high frequency power to each high frequency antenna and apply a sputtering voltage to each aluminum target, and reactive sputtering is performed in a transition state in the plurality of processing spaces. The gas supply amount control unit is connected to each magnetron cathode. On the substrate on which the aluminum oxide film is not formed by sputtering each aluminum target in a state where the supply amount of the reactive gas to the plurality of processing spaces is controlled based on the sputtering current value A first film forming process for forming an aluminum oxide film on the substrate, and after the first film forming process, the film is formed on the substrate at at least one film forming speed higher than the film forming speed in the first film forming process. And a second film formation process for further forming an aluminum oxide film on the aluminum oxide film.
第10の態様に係る膜形成装置は、反応性スパッタリングにより基板上に酸化アルミニウム膜を形成する膜形成装置であって、アルミニウムターゲットを備えて処理空間に設けられ、静磁場を形成するマグネトロンカソードと、前記処理空間に設けられ、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナと、前記処理空間にスパッタガスと酸素の反応性ガスとを供給するガス供給部と、前記ガス供給部による前記処理空間への前記反応性ガスの供給量を制御するガス供給量制御部と、前記処理空間に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、前記高周波電源が供給する高周波電力を制御する高周波電力制御部と、前記マグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記処理空間にマグネトロンプラズマが発生するように、前記アルミニウムターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を定電圧制御により印加するスパッタ電源と、前記スパッタ電源が印加するスパッタ電圧を制御するスパッタ電圧制御部と、を備え、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が相互に時間的に異なる複数のプラズマ発生条件下で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとが発生するように、前記高周波電力制御部と前記スパッタ電圧制御部とが前記高周波アンテナに供給される高周波電力と前記マグネトロンカソードに印加されるスパッタ電圧とを制御するとともに、遷移状態で反応性スパッタが行われるように前記ガス供給量制御部が前記マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて前記処理空間に供給される前記反応性ガスの供給量を制御している状態で、前記アルミニウムターゲットをスパッタすることによって、酸化アルミニウム膜が形成されていない前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、前記第1成膜処理の後に、前記第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、前記基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理と、を行う。 A film forming apparatus according to a tenth aspect is a film forming apparatus that forms an aluminum oxide film on a substrate by reactive sputtering, and includes a magnetron cathode that is provided in a processing space with an aluminum target and forms a static magnetic field; A high-frequency antenna provided in the processing space and comprising a conductor having a number of turns of less than one turn, a gas supply unit for supplying a reactive gas of sputtering gas and oxygen to the processing space, and the processing space by the gas supply unit A gas supply amount control unit for controlling the supply amount of the reactive gas, a high frequency power source for supplying high frequency power to the high frequency antenna so that high frequency inductively coupled plasma is generated in the processing space, and the high frequency power source A high frequency power control unit that controls high frequency power to be generated and a static magnetic field formed by the magnetron cathode in the processing space. A sputtering power source for applying a sputtering voltage including a negative voltage to the aluminum target by constant voltage control so as to generate a magnetron plasma, and a sputtering voltage controller for controlling a sputtering voltage applied by the sputtering power source, The high-frequency inductively coupled plasma and the magnetron plasma are generated under a plurality of plasma generation conditions in which at least one of the high-frequency inductively coupled plasma and the magnetron plasma is temporally different from each other. The sputtering voltage control unit controls the high frequency power supplied to the high frequency antenna and the sputtering voltage applied to the magnetron cathode, and the gas supply amount control unit performs the reactive sputtering in a transition state. Sputter current value flowing in the magnetron cathode An aluminum oxide film is formed on the substrate on which the aluminum oxide film is not formed by sputtering the aluminum target in a state where the supply amount of the reactive gas supplied to the processing space is controlled based on On the aluminum oxide film formed on the substrate at a film forming speed higher than the film forming speed in the first film forming process after the first film forming process and the first film forming process. Further, a second film formation process for forming an aluminum oxide film is performed.
第1から第10の何れの態様に係る発明によっても、スパッタ電圧がスパッタ電源により定電圧制御されるとともに、遷移状態で反応性スパッタが行われるように、反応性ガスが、スパッタ電流値に基づいて供給量を制御されつつ、成膜中に供給される。スパッタ電圧がスパッタ電源により定電圧制御される場合には、アルミニウムターゲット表面の酸化度が高い程、すなわち反応性ガス量が多いほど、スパッタ電流値は大きくなるとともに、形成される酸化アルミニウム膜の酸化度も高くなる。従って、酸化アルミニウム膜の酸化度を、遷移状態において反応性スパッタを行いながら、所望値で安定させることができる。また、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、第1成膜処理の後に、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理とが行われるので、一定の成膜速度で成膜する場合に比べて、酸化アルミニウムの成膜速度を上げることが出来る。すなわち、本発明によれば、酸化アルミニウムを、酸化度を安定させつつ高い成膜速度で成膜できる。 In the invention according to any of the first to tenth aspects, the reactive gas is based on the sputtering current value so that the sputtering voltage is controlled at a constant voltage by the sputtering power source and the reactive sputtering is performed in the transition state. The supply amount is controlled during film formation. When the sputtering voltage is controlled at a constant voltage by a sputtering power source, the higher the degree of oxidation of the aluminum target surface, that is, the greater the amount of reactive gas, the greater the sputtering current value and the oxidation of the formed aluminum oxide film. The degree will be higher. Therefore, the oxidation degree of the aluminum oxide film can be stabilized at a desired value while performing reactive sputtering in the transition state. Further, a first film formation process for forming an aluminum oxide film on a substrate on which an aluminum oxide film is not formed, and at least one film formation speed higher than the film formation speed in the first film formation process after the first film formation process. Since the second film formation process for forming an aluminum oxide film on the aluminum oxide film formed on the substrate is performed at a film speed, the aluminum oxide film is formed as compared with the case where the film is formed at a constant film formation speed. The film formation rate can be increased. That is, according to the present invention, aluminum oxide can be deposited at a high deposition rate while stabilizing the degree of oxidation.
<実施形態について>
以下、図面を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図面においては、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、一部の図面には、方向を説明するためにXYZ直交座標軸が付されている。この座標軸におけるZ軸の方向は、鉛直線の方向を示し、XY平面は水平面である。
<About the embodiment>
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The following embodiment is an example embodying the present invention, and is not an example of limiting the technical scope of the present invention. In the drawings, the size and number of each part may be exaggerated or simplified for easy understanding. Also, some drawings are provided with XYZ orthogonal coordinate axes to describe directions. The direction of the Z axis in this coordinate axis indicates the direction of the vertical line, and the XY plane is a horizontal plane.
<1.全体構成>
成膜装置100の全体構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、酸化アルミニウム膜を形成する実施形態に係る膜形成方法を実現する成膜装置100の概略構成を模式的に示す図である。なお、図1および後に参照する図2、図12では、チャンバーの側壁を通してチャンバー内部が透視されている。
<1. Overall configuration>
The overall configuration of the
成膜装置100においては、基板9上(具体的には、例えば、太陽電池の光入射面を表面としたときのp型シリコン基板の裏面、または、n型シリコン基板の表面のp型ドープ層)に酸化アルミニウム膜が成膜される。基板9は、板状のキャリア90の上面に配設された状態となっている。具体的には、キャリア90には、例えば複数の基板9が、酸化アルミニウム膜を形成するべき対象面(ここでは、基板9の裏面(光入射面の反対側の面))をキャリア90とは逆の側に向けた状態でマトリクス状に配置されて、キャリア90に対して固定されている(図2参照)。
In the
成膜装置100は、例えば、一対のロックチャンバー(具体的には、ロードロックチャンバー110、および、アンロードロックチャンバー150)の間に、複数の処理チャンバー(具体的には、加熱チャンバー120、成膜チャンバー130、および、冷却チャンバー140)が、ライン状に接続された構成となっている。
The
ロードロックチャンバー110、および、アンロードロックチャンバー150は、ロードロック室を構成するチャンバーであり、処理チャンバー120,130,140内を真空に保持する(すなわち、大気に開放しない)ために設けられる。ロードロックチャンバー110は、加熱チャンバー120へ未処理の基板9を搬入するためのロードロック室を構成し、アンロードロックチャンバー150は、冷却チャンバー140から処理済みの基板9を搬出するためのロードロック室を構成する。
The
加熱チャンバー120の内部空間は、基板9を加熱するための処理空間を形成する。すなわち、加熱チャンバー120の内部には、後述する搬送経路Lの上側と下側との各々にヒータ121が配置されており、このヒータ121が、加熱チャンバー120内を搬送される基板9を加熱する。
The internal space of the
成膜チャンバー130およびその内部に配置される各要素は、基板9に酸化アルミニウム膜を形成する成膜ユニット1を構成する。成膜ユニット1については、後により具体的に説明する。
The
冷却チャンバー140の内部空間は、基板9を冷却するための処理空間を形成する。具体的には、冷却チャンバー140の内部には、後述する搬送経路Lの上側と下側との各々に冷却板141が配置されており、この冷却板141が、冷却チャンバー140内を搬送される基板9を冷却する。
The internal space of the
各ロックチャンバー110,150の両端および、各処理チャンバー120,130,140の間には、ゲート160が配置されている。ゲート160は、これと隣り合うチャンバーに対して接続された状態(開状態)と、当該隣り合うチャンバーを遮断密閉する状態(閉状態)との間で切替可能となっている。
A
また、各チャンバー110,120,130,140,150には、高真空排気系170が接続されており、各チャンバー110,120,130,140,150の内部空間を真空状態に減圧できるようになっている。
Further, a high
一群のチャンバー110,120,130,140,150内には、それらの連結方向に沿って各チャンバー内110,120,130,140,150を貫く水平な搬送経路(「処理経路」とも称される)Lが規定されている。成膜装置100は、キャリア90(すなわち、複数の基板9が配設されているキャリア90)を、この搬送経路Lに沿って搬送する搬送部180を備える。搬送部180は、具体的には、例えば、各チャンバー110,120,130,140,150の内部において、搬送経路Lと直交する水平方向(図示の例ではY方向)から搬送経路Lを挟んで対向配置された一対の搬送ローラ181と、これらを同期させて回転駆動する駆動部(図示省略)とを含んで構成される。換言すれば、各チャンバー110,120,130,140,150は、搬送部180を備えている。一対の搬送ローラ181は、搬送経路Lの延在方向(図示の例ではX方向)に沿って複数組設けられる。この構成において、各搬送ローラ181がキャリア90の端縁(±Y側の端縁)付近に下方から当接しつつ回転することによって、キャリア90が、搬送経路Lに沿って、定められた方向(図示の例では、+X方向)(矢印AR180)に搬送される。
Within the group of
成膜装置100においては、キャリア90の搬送方向の上流側(−X側)から、ロードロックチャンバー110、加熱チャンバー120、成膜チャンバー130、冷却チャンバー140、および、アンロードロックチャンバー150が、この順で配置されている。そして、キャリア90に配設されている基板9は、各チャンバー内をその配置順に通過しながら、各チャンバー内で定められた処理を施されていく。すなわち、ロードロックチャンバー110を介して成膜装置100に搬入された基板9は、まず、加熱チャンバー120に搬入されて、そこで加熱処理を施される。加熱処理後の基板9は、続いて、成膜チャンバー130に搬入されて、そこで成膜処理を施される。成膜処理後の基板9は、続いて、冷却チャンバー140に搬入されて、そこで冷却処理を施される。冷却処理後の基板9は、アンロードロックチャンバー150を介して成膜装置100から搬出される。もっとも、加熱処理と冷却処理とは必ずしも必須ではなく、プロセス設計によっては省略されることもある。
In the
成膜装置100が備える各構成要素は、成膜ユニット1が備える制御部190と電気的に接続されており、当該各構成要素は制御部190により制御される。制御部190は、具体的には、例えば、各種演算処理を行うCPU、プログラム等を記憶するROM、演算処理の作業領域となるRAM、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスク、LAN等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部等がバスラインなどにより互いに接続された、一般的なコンピュータにより構成される。また、制御部190は、各種表示を行うディスプレイ、キーボードおよびマウスなどで構成される入力部等と接続されている。成膜装置100においては、制御部190の制御下で、基板9に対して定められた処理が実行される。
Each component included in the
<2.成膜ユニット1>
<2−1.全体構成>
成膜ユニット1の全体構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、成膜ユニット1の全体構成を示す模式図である。
<2.
<2-1. Overall configuration>
The overall configuration of the
成膜ユニット(「膜形成装置」)1は、反応性スパッタリングにより基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する処理ユニットである。成膜ユニット1は、具体的には、成膜チャンバー130と、その内部に配置された複数(図示の例では、4個)のスパッタソース10と、搬送部180とを備える。搬送部180は、後述する各処理空間Vにおける後述する各ターゲット8に順次に対向する基板9を処理経路Lに沿って搬送する。複数のスパッタソース10は、キャリア90の搬送経路L(図1参照)と平行な軸(X軸)に沿って一列に配列される。
The film forming unit (“film forming apparatus”) 1 is a processing unit that forms an aluminum oxide film on the
成膜ユニット1は、さらに、各スパッタソース10の周囲を取り囲むように配置された筒状の遮蔽部材である各チムニー20を備える。各チムニー20は、各スパッタソース10にて発生されるプラズマや、ターゲットからスパッタされたスパッタ粒子の飛散範囲を制限するシールドとして機能する。各処理空間Vは、各チムニー20に仕切られ、各スパッタソース10を囲む各空間である。
The
つまり、成膜チャンバー130の内部空間は、複数のチムニー20によって、複数(ここでは、4個)の処理空間Vに区画されており、当該複数の処理空間Vの各々に、スパッタソース10が1個ずつ配置されている。また、成膜ユニット1は、成膜チャンバー130内を搬送される基板9を加熱するヒータ40を備える。ヒータ40は、例えば、搬送経路Lの上側に配置される。
That is, the internal space of the
また、成膜ユニット1は、各処理空間Vにプラズマ生成ガスを供給するガス供給部50を備える。成膜ユニット1は、反応性スパッタリングにより基板9上にアルミニウムの酸化物である酸化アルミニウムの膜を形成する。このため、ガス供給部50は、各処理空間Vに、プラズマ生成ガスとして、不活性ガスであるアルゴンガスまたはキセノンガスなどのスパッタガスと、酸素(O2)の反応性ガスとを供給する。そして、ガス供給部50は、スパッタガスを各処理空間Vに供給するスパッタガス供給部51と、反応性ガスを各処理空間Vに供給する反応性ガス供給部52とを備える。
Further, the
スパッタガス供給部51は、具体的には、例えば、アルゴンガスの供給源であるアルゴン供給源511と、アルゴン供給配管512とを備える。アルゴン供給配管512は、一端がアルゴン供給源511と接続され、他端が4又に分岐して、各分岐端が各処理空間Vと連通する各吐出口(具体的には、各スパッタソース10と対応して設けられた各吐出口16(図3参照))に接続される。また、アルゴン供給配管512の分岐した先の4個の経路途中の各々には、各供給バルブ513が設けられる。各供給バルブ513は、制御部190の制御下で各処理空間Vに供給されるアルゴンの量を調整する。各供給バルブ513は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。
Specifically, the sputtering
反応性ガス供給部52は、具体的には、例えば、反応性ガスとしての酸素ガスの供給源である酸素供給源521と、酸素供給配管522とを備える。酸素供給配管522は、一端が酸素供給源521と接続され、他端が4又に分岐して、各分岐端が、各処理空間Vと連通する各吐出口16に接続される。また、酸素供給配管522の分岐した先の4個の経路途中の各々には、各供給バルブ523が設けられる。各供給バルブ523は、制御部190の制御下で各処理空間Vに供給される酸素の量を調整する。より詳細には、制御部190が、スパッタ用電源12の電流計164から供給されるスパッタ電流値をモニタし、スパッタ電流値に基づいて供給バルブ523を制御することで、反応性ガス供給部52から成膜チャンバー130内に供給される反応性ガスの導入量が制御される。すなわち、制御部190は、ガス供給部50による各処理空間Vへの反応性ガスの供給量を制御するガス供給量制御部としても動作する。各供給バルブ523は、配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。
Specifically, the reactive
<2−2.スパッタソース10>
次に、スパッタソース10について図3、図4を参照しながら説明する。図3は、スパッタソース10の構成を模式的に示す図である。図4は、高周波アンテナの例を示す側面図である。
<2-2. Sputter
Next, the sputtering
スパッタソース10は、ベース板11および磁石(「マグネトロンスパッタ用磁石」)13と、アノード14と、スパッタ用電源(「スパッタ電源」)12と、誘導結合型プラズマ発生部15と、高周波電源153とを備える。ベース板11には不図示のターゲット保持部によってターゲット8が保持されている。ベース板11および磁石13は、併せて「マグネトロンカソード」とも称される。マグネトロンカソードは、ターゲット8の表面近傍に静磁場を形成する。なお、スパッタソース10は、これ以外にも、ターゲット8、ベース板11、および誘導結合型プラズマ発生部15の高周波アンテナ151等を冷却するための機構等(図示省略)をさらに備えている。
The
なお、成膜ユニット1が備える各スパッタソース10は、いずれも同様の構成を備えている。ただし、後述するように、各処理空間Vの相互間では、高周波電源153とスパッタ用電源12とのうち少なくとも一方は、異なった高周波電力の供給または異なったスパッタ電圧の印加をするように調整がされている。
Each sputtering
ベース板11は、成膜チャンバー130の底部に立設された筒状の側壁18の上部開口を閉鎖するように当該筒状の側壁18に設けられている。ベース板11は、ターゲット8の下方からターゲット8に当接している。側壁18とベース板11とは導体である。
The
スパッタ用電源12は、側壁18を介してベース板11に、負電圧を含むスパッタ電圧(「カソード印加電圧」、「バイアス電圧」)を印加する。より具体的には、スパッタ電圧として、負電圧、負電圧と正電圧とからなるパルス状の電圧(「直流パルス電圧」または「直流パルス」とも称される)、または交流のスパッタ電圧が印加される。ベース板11(ひいては、ターゲット8)にスパッタ電圧が印加されることによってターゲット8と、キャリア90に保持された基板9との間にマグネトロンプラズマ用の電界が生成される。マグネトロンプラズマ用の電界が生成されると、磁石13が形成する静磁場によって処理空間Vのターゲット8の表面部分にプラズマ生成ガスのプラズマ(「マグネトロンプラズマ」)が発生する。すなわち、スパッタ用電源12は、処理空間Vのマグネトロンカソードが形成する静磁場によって処理空間Vにマグネトロンプラズマが発生するように、ターゲット8に負電圧を含むスパッタ電圧を定電圧制御により印加する。
The sputtering
スパッタ用電源12は、電圧一定モードで駆動される。すなわち、スパッタ用電源12は、スパッタ電圧を定電圧制御する。これにより、スパッタ電圧として、例えば、−190Vと+19Vの2種類の電圧からなる直流パルスが供給される場合には、スパッタ電流値が変動しても−190Vと+19Vの各電圧は変動しない。酸化アルミニウムの成膜過程におけるアルミニウムのターゲット8の表面の酸化度(「酸化率」、「酸化状態」)を安定させることにより高品質なパッシべーション膜が成膜できる。そして、定電圧制御を行えば、定電力制御を行う場合に比べて容易に成膜される酸化アルミニウムの酸化度を安定させることができる。また、マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値(「バイアス電流値」)は、スパッタ用電源12に設けられた電流計164によって検出されて制御部190に供給され、制御部190によって、成膜中に処理空間Vに供給される反応性ガスの供給量の制御に用いられる。
The sputtering
磁石13は、ベース板11の下方に配置される。磁石13は、マグネトロンスパッタ用の磁石であり、磁石13は、例えば、永久磁石により形成され、ターゲット8の表面近傍に静磁場(マグネトロン磁場)を形成する。この静磁場が形成されることによってマグネトロンプラズマは、ターゲット8の表面近傍に閉じこめられる。換言すれば、磁石13は、ベース板11に載置されたターゲット8の表面を含む領域に静磁場(マグネトロン磁場)を形成して、ターゲット8の表面部分のプラズマを形成できるようにする。ターゲット8の表面部分におけるプラズマの広がり方は、成膜チャンバー130に導入されたプラズマ生成ガスの分圧や、マグネトロンスパッタ用磁石13が発生させるマグネトロン磁場やターゲットに与える電圧の強度などによって変動する。
The
ターゲット8としては、アルミニウム(単金属のアルミニウム)材料により形成されたアルミニウムターゲットが用いられる。ターゲット8は、ターゲット保持部(図示省略)とベース板11によって、ベース板11の上面(+Z側の面)に水平姿勢で保持されている。ターゲット8が保持されている位置は、定められた距離を隔ててキャリア90の搬送経路Lに対向する位置である。チムニー20の上面には、基板9がターゲット8に対向可能なように、開口部21が設けられている。つまり、ターゲット8は、基板9(すなわち、搬送経路Lに沿って搬送されるキャリア90に配設されている基板9)と、互いの姿勢を平行としつつ、定められた距離を隔てて対向配置される。ただし、ターゲット8は、成膜チャンバー130とは絶縁された状態で成膜チャンバー130内のチムニー20によって仕切られた処理空間Vに面して保持されている。これにより、基板9は、処理空間Vに導入されたスパッタガスと酸素の反応性ガスとの混合雰囲気に晒される。
As the
なお、ここでは、後述する誘導結合型プラズマ発生部15がマグネトロンカソードによるプラズマ発生を支援するため、磁石13がターゲット8の表面に形成する水平磁束密度の最大値は、20mT〜50mT(ミリテスラ)という比較的低い磁束密度であっても、誘導結合型プラズマ発生部15によるプラズマアシストがなされることによって、十分なプラズマを生成できる。
Here, since the inductively coupled
アノード14は、ベース板11およびベース板11が設けられた筒状の側壁18の側方に、これらから間隔をあけて(すなわち、ベース板11および側壁18と非接触の状態で)配置される。アノード14の上方は、ターゲット8に近づく方向に折れ曲がって端部に至っており、この端部は、ターゲット8の側面に非接触状態で近接配置されている。
The
誘導結合型プラズマ発生部15は、マグネトロンカソードによるプラズマ発生を支援する。誘導結合型プラズマ発生部15は、誘導結合タイプの高周波アンテナである線状の高周波アンテナ(「誘導結合型アンテナ」とも称される)151を2個備える。成膜チャンバー130の底部には、アノード14の側方に、アノード14を挟むように処理空間V内に突出する誘電体製の1対のアンテナ固定ブロック182が設けられている。誘導結合型プラズマ発生部15の各高周波アンテナ151は、1対のアンテナ固定ブロック182にそれぞれ挿入されて固定されることにより、搬送経路Lに沿って、アノード14の前後に1個ずつ立設されている。
The inductively coupled
高周波アンテナ151は、例えば、図4に示されるように、金属製のパイプ状導体をU字形に曲げたものであり、「U」の字を上下逆向きにした状態で成膜チャンバー130の底部を貫通して処理空間Vの内部に突設されている。そして、高周波アンテナ151の上端側の一部は、アンテナ固定ブロック182を貫通して処理空間Vに突出している。高周波アンテナ151の該突出部分は、石英などからなる誘電体の保護パイプ411により覆われている。高周波アンテナ151の下端部、すなわち高周波アンテナ151の両端部は、成膜チャンバー130の底部を貫通して下方に突出している。
For example, as shown in FIG. 4, the high-
ターゲット8の表面近傍のプラズマ密度を高めるため、高周波アンテナ151の高さ方向の位置は、「U」の字の底部がターゲット8の上面よりも数センチ程度高くなるように調整されている。ただし、高周波アンテナ151は、成膜チャンバー130とは絶縁された状態で成膜チャンバー130内に固定される。なお、高周波アンテナ151の配置態様は、種々に変更可能である。
In order to increase the plasma density in the vicinity of the surface of the
高周波アンテナ151の一端は、整合回路152を介して、高周波電源153に接続されている。また、高周波アンテナ151の他端は接地されている。高周波電源153は、処理空間Vに高周波誘導結合プラズマが発生するように、処理空間Vに設けられている高周波アンテナ151に高周波電力を供給する。
One end of the high-
この構成において、高周波電源153から高周波アンテナ151に高周波電力(具体的には、例えば、13.56MHzの高周波電力)が供給されると、高周波アンテナ151の周囲に電界(高周波誘導電界)が生じ、処理空間Vにスパッタガスと反応性ガスとのそれぞれの誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP))(「高周波誘導結合プラズマ」とも称される)が発生する。発生した高周波誘導結合プラズマは、マグネトロンプラズマとともに、磁石13がターゲット8の近傍に形成している静磁場によって、ターゲット8の表面部分に閉じこめられる。
In this configuration, when high frequency power (specifically, for example, 13.56 MHz high frequency power) is supplied from the high
成膜ユニット1においては、複数の処理空間Vのそれぞれに高周波電源153とスパッタ用電源12とが設けられている。そして、複数の処理空間Vの相互間で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が異なるように、各高周波電源153が各高周波アンテナ151への高周波電力の供給を行うとともに、各スパッタ用電源12が各ターゲット8へのスパッタ電圧の印加を行う。
In the
上述したとおり、高周波アンテナ151は、U字形状を呈している。このようなU字形状の高周波アンテナ151は、巻数が一周未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が一周以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低いため、高周波アンテナ151の両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が特に低く抑えられる。これにより、基板上での低イオンダメージの薄膜形成プロセスが可能となる。高周波アンテナ151の形状として、例えば、円弧状の形状が採用されても良い。また、高周波アンテナ151の巻数は、一周未満である。定在波の発生を防止するために、高周波アンテナ151の長さは、好ましくは、高周波電源153が供給する電力の波長の1/4以下の長さに設定される。高周波アンテナ151の一端には高周波電力が供給され、他端は接地される。これにより誘導結合プラズマが生成される。このような高周波アンテナ151が採用されれば、コイル状(渦巻き状)のアンテナを用いて誘導結合プラズマを発生させる手法に比べて、アンテナのインダクタンスが低いためにアンテナの電圧を下げられるので、プラズマダメージを抑制できる。また、アンテナ長を、高周波の波長の1/4以下に短くすることで、定在波の影響によるプラズマのむらに起因したスパッタむら(不均一さ)を抑制することが出来る。また、アンテナを処理空間V内に収容できるのでスパッタ効率を向上できる。さらに、成膜対象の基板サイズに応じて、高周波アンテナ151の個数を増加させるとともに、ターゲットのサイズを大きくすることにより基板サイズが大きい場合でも、スパッタリング速度の向上を図ることが出来る。
As described above, the high-
成膜ユニット1には、各スパッタソース10と対応付けて吐出口16が形成されている。吐出口16は、具体的には、例えば、各高周波アンテナ151とターゲット8との間に形成される。吐出口16には、上述したとおり、ガス供給部50が接続されており、ガス供給部50から吐出口16に供給されたガスは、当該スパッタソース10が配置されている処理空間に供給される。もっとも、吐出口16の形成位置は、必ずしも高周波アンテナ151とターゲット8との間でなくともよい。ただし、吐出口16は、2個の高周波アンテナ151各々と対応する位置に設けられることが好ましい。
In the
上記のように、成膜ユニット1は、成膜チャンバー130の各チムニー20によって区分された各処理空間Vに、スパッタガスと、酸素の反応性ガスとを導入する。そして、各処理空間Vに対応して設けられた各スパッタソース10は、ターゲット8の表面部分にマグネトロンプラズマと高周波誘導結合プラズマとの混合プラズマを発生させて、ターゲット8をスパッタする。これにより、ターゲット8に対向する基板9上の二次元領域に酸化アルミニウム膜が形成される。
As described above, the
より詳細には、成膜ユニット1は、複数の処理空間Vの相互間で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が異なるように各高周波電源153と各スパッタ用電源12とが各高周波アンテナ151への高周波電力の供給と各ターゲット8へのスパッタ電圧の印加とを行う。そして、成膜ユニット1は、複数の処理空間Vにおいて遷移状態(遷移モード)で反応性スパッタが行われるように制御部190が各マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて複数の処理空間Vへの反応性ガスの供給量を制御している状態で、各ターゲット8をスパッタする。これによって、成膜ユニット1は、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理を行う。成膜ユニット1は、さらに、第1成膜処理の後に、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板9上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理を行う。第1成膜処理と第2成膜処理については、後述する。
More specifically, the
<3.酸化アルミニウムの成膜過程について>
図5は、実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法の高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされる場合に、成膜過程でより多く発生していると予測される現象を説明するための模式図である。図6は、実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法の高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援が有る場合と、支援が無い場合との成膜速度の差異を模式的に示す図である。図6のグラフG1は、通常(高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされていない場合)の反応性マグネトロンスパッタリングによる酸化アルミニウム(Al2O3)の成膜速度と酸素量との関係を示す。グラフG2、G3は、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされている本実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法による成膜速度と酸素量との関係を示す。グラフG2は、スパッタ電圧として負電圧が印加される場合に対応し、グラフG3は、スパッタ電圧として負電圧と正電圧とからなる直流パルス、若しくは交流が印加される場合に対応している。
<3. About aluminum oxide film formation process>
FIG. 5 illustrates a phenomenon that is expected to occur more in the film formation process when the film formation method for forming the aluminum oxide film according to the embodiment supports plasma generation by high frequency inductively coupled plasma. It is a schematic diagram for doing. FIG. 6 is a diagram schematically showing a difference in film formation rate between the case where there is support for plasma generation by high-frequency inductively coupled plasma and the case where there is no support in the film formation method for forming an aluminum oxide film according to the embodiment. is there. A graph G1 in FIG. 6 shows the relationship between the film formation rate of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by the usual reactive magnetron sputtering and the amount of oxygen (when the plasma generation by the high frequency inductively coupled plasma is not supported). . Graphs G2 and G3 show the relationship between the deposition rate and the oxygen amount by the film forming method for forming the aluminum oxide film according to the present embodiment, which is supported for plasma generation by high frequency inductively coupled plasma. The graph G2 corresponds to the case where a negative voltage is applied as the sputtering voltage, and the graph G3 corresponds to the case where a direct current pulse consisting of a negative voltage and a positive voltage or an alternating current is applied as the sputtering voltage.
<3−1.成膜速度の高速化について>
通常(高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされていない場合)の反応性マグネトロンスパッタリングによる酸化アルミニウム(Al2O3)の成膜過程においては、処理空間V内の酸素分圧が増加すると、ターゲット8の表面上での酸化反応が促進される。さらに酸素分圧を増加すると、その表面は、ほぼ、ストイキオメトリな酸化アルミニウム(Al2O3)に覆われる。ストイキオメトリな酸化アルミニウムは硬度が高いためスパッタイールドが低下し、結果として成膜速度が低下する(図6のグラフG1の破線L1よりも右側の点SP1を含む領域)。
<3-1. About increasing film deposition speed>
In the process of film formation of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by the usual reactive magnetron sputtering (when plasma generation is not supported by high-frequency inductively coupled plasma), when the oxygen partial pressure in the processing space V increases, The oxidation reaction on the surface of the
破線枠601〜603(図5)で囲まれた模式図は、実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法、すなわち、高周波アンテナ151によって発生した高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされる反応性マグネトロンスパッタリングの際に発生していると予測される、酸化アルミニウム(Al2O3)の成膜過程の一部をそれぞれ示している。なお、この場合も、通常の反応性マグネトロンスパッタリングにおける上述の生成過程も発生していると予測される。
A schematic diagram surrounded by broken line frames 601 to 603 (FIG. 5) is a film formation method for forming an aluminum oxide film according to the embodiment, that is, plasma generation is supported by high frequency inductively coupled plasma generated by the
高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援がなされている本実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法によれば、スパッタ電圧として負電圧の直流電圧、負電圧と正電圧とからなる直流パルス電圧、若しくは交流電圧の何れが印加されたとしても、マグネトロンプラズマの密度を十分に高めることができる。さらに、処理空間V内には、イオンに比べてラジカルが非常に多くなる。そして、酸素ラジカルが成膜対象の基板74表面に積極的に作用し、これにより、基板74表面におけるストイキオメトリな酸化アルミニウム(Al2O3)の生成が促進される。このように、酸素ラジカルによる基板74表面の酸化が促進される結果(破線枠602内の模式図)、ターゲット表面では低い酸素の添加量でのスパッタ条件を選択できるためストイキオメトリな酸化度よりも低い酸化度の酸化アルミニウム、すなわち非ストイキオメトリな酸化アルミニウム(AlO)の状態でのスパッタが促進されターゲット表面は軟化される(破線枠601内の模式図)。つまり、ターゲット表面は、低い酸化度の軟化状態の酸化アルミニウムとなり、スパッタイールドが上がる一方、ターゲットからスパッタされたAlO粒子は、増加した酸素ラジカルにより成膜対象基板の表面上または基板―ターゲット間の真空空間においてストイキオメトリな酸化アルミニウム(Al2O3)に変化し、基板上に成膜される(破線枠602内の模式図)。従って、成膜対象の基板表面における酸化アルミニウムの成膜速度が、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援が無い通常の反応性マグネトロンスパッタリングに比べて高速化し、酸素の添加量に応じた成膜速度の変化率は緩やかになる。更には、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ支援が無い通常の反応性マグネトロンスパッタリングに見られるグラフG1のような遷移領域におけるヒステリシス特性が緩和されるため、成膜する酸化アルミニウム膜の酸化度の制御性は飛躍的に向上する(図6のグラフG2の点SP2を含む破線L2と破線L3との間の領域、およびグラフG3の点SP3を含む破線L3と破線L4との間の領域)。
According to the film forming method for forming an aluminum oxide film according to the present embodiment, in which plasma generation is supported by high frequency inductively coupled plasma, a DC pulse consisting of a negative DC voltage, a negative voltage and a positive voltage as a sputtering voltage. Regardless of whether a voltage or an alternating voltage is applied, the density of the magnetron plasma can be sufficiently increased. Furthermore, radicals in the processing space V are much more than ions. Then, oxygen radicals positively act on the surface of the
なお、スパッタ電圧として直流パルス電圧、若しくは交流電圧が印加される本実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法によれば、負電圧と正電圧とからなる電圧がターゲットに印加される。負の直流電圧を印加した場合の効果に加えて、ターゲット表面への電子の引き込み効果に伴って、ターゲット表面における酸素ラジカルによってターゲット表面の化学反応による軟化がさらに促進され(破線枠603内の模式図)、ターゲット表面からの非ストイキオメトリなAlOのスパッタがさらに促進される。これにより、ターゲットのスパッタイールドがさらに上がるとともに、ターゲット上で酸化膜の形成を抑制することができる。従って、スパッタ電圧として直流パルス電圧、若しくは交流電圧が印加される本実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法によれば、高周波誘導結合プラズマによるプラズマ発生の支援があり、かつスパッタ電圧として負の直流電圧が印加される本実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法よりも成膜速度をさらに高速化することができる(図6のグラフG3の最速の成膜速度に対応した点SP3を含む破線L3と破線L4との間の領域)。 Note that, according to the film forming method for forming an aluminum oxide film according to this embodiment in which a DC pulse voltage or an AC voltage is applied as the sputtering voltage, a voltage composed of a negative voltage and a positive voltage is applied to the target. In addition to the effect of applying a negative DC voltage, softening due to a chemical reaction on the target surface is further promoted by oxygen radicals on the target surface in accordance with the effect of attracting electrons to the target surface (scheme in the broken line frame 603) Fig.), Non-stoichiometric AlO sputtering from the target surface is further promoted. As a result, the sputtering yield of the target can be further increased, and the formation of an oxide film on the target can be suppressed. Therefore, according to the film forming method for forming the aluminum oxide film according to this embodiment in which a DC pulse voltage or an AC voltage is applied as the sputtering voltage, there is support for plasma generation by high frequency inductively coupled plasma, and the sputtering voltage The film formation speed can be further increased as compared with the film formation method for forming the aluminum oxide film according to the present embodiment to which a negative DC voltage is applied (corresponding to the fastest film formation speed in the graph G3 in FIG. 6). (A region between the broken line L3 and the broken line L4 including the point SP3).
<3−2.定電圧制御による酸化度の安定化について>
各スパッタソース10においては、マグネトロンプラズマの発生処理においてスパッタ電圧がスパッタ電源により定電圧制御される。また、制御部190が、スパッタ用電源12の電流計164から供給されるスパッタ電流値をモニタし、モニタしたスパッタ電流値が目標電流値になるように供給バルブ523を制御することで、成膜処理中に反応性ガス供給部52から処理空間V内に供給される反応性ガス(より正確には、例えば、5%の純酸素ガス、または、5%の純酸素ガスとAr等の不活性ガスとの希釈混合ガスが望ましい)の導入量が制御される。具体的には、検出されたスパッタ電流値から目標電流値を引いた差の値に基づいて、差の符号が正であれば、差の値に応じて反応性ガスの導入量を減らし、差の符号が負であれば、差の値に応じて、反応性ガスの導入量を増やす処理が行われる。加減する導入量の値は、例えば、制御部190のハードディスク等に予め記憶された演算式や、対応関係を表すテーブルなどを参照することにより制御部190が求める。
<3-2. Stabilization of oxidation degree by constant voltage control>
In each sputtering
マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値は、ターゲット8に衝突するアルゴンイオンの流量であるアルゴンイオンフラックスと、ターゲット8がスパッタリングされる際に放出する二次電子の量との合計量に応じた値となる。ここで、スパッタ電圧の負電圧値が高い程、マグネトロンプラズマの濃度が濃くなるとともに、アルゴンイオンは高速でターゲット8に衝突するため、アルゴンイオンフラックスは、スパッタ電圧に応じて増加する。また、ターゲット8の表面の酸化度が高い程、すなわち処理空間Vの酸素量が多いほど、ターゲット8がスパッタリングされる際に多くの二次電子が放出される。
The value of the sputtering current flowing through the magnetron cathode is a value corresponding to the total amount of the argon ion flux, which is the flow rate of argon ions colliding with the
従って、スパッタ電圧がスパッタ電源により定電圧制御される場合、すなわちスパッタ用電源12が電圧一定モードで駆動される場合には、アルゴンイオンフラックスは一定であるため、ターゲット8表面の酸化度が高い程、すなわち処理空間Vの反応性ガス量が多いほど、スパッタ電流値は大きくなる。そして、基板9上に成膜される酸化アルミニウムの酸化度も高くなる。また、スパッタ電圧がスパッタ電源により定電圧制御される場合には、基板9上に形成される酸化アルミニウム膜の酸化度は、処理空間Vの酸素量、すなわち反応性ガス量に応じた安定した平衡点に落ち着こうとする。
Accordingly, when the sputtering voltage is controlled at a constant voltage by the sputtering power source, that is, when the sputtering
従って、スパッタ電圧をスパッタ電源により定電圧制御しつつ、スパッタ電流値が目標電流値になるように反応性ガスを処理空間Vに導入することによって、例えば、基板9に吸着していた水分などに起因して発生した反応性ガスなどの外乱因子に拘わらず、基板9上に形成される酸化アルミニウム膜の酸化度を安定させることができる。
Therefore, by introducing the reactive gas into the processing space V so that the sputtering current value becomes the target current value while controlling the sputtering voltage at a constant voltage by the sputtering power source, for example, the moisture adsorbed on the
これにより、目標電流値を、ターゲット8が遷移状態でスパッタされるときのスパッタ電流値に設定し、スパッタ電圧をスパッタ電源により定電圧制御しつつ、スパッタ電流値が当該目標電流値になるように処理空間Vへの酸素の供給量を制御すれば、酸化アルミニウムを、その酸化度を安定させつつ高い成膜速度で成膜できる。
As a result, the target current value is set to the sputtering current value when the
ここで、図6のグラフG2において、破線L3よりも右側領域の酸素量では、基板9表面においてストイキオメトリな酸化アルミニウム(Al2O3)の生成がなされ、破線L3よりも左側領域の酸素量では、非ストイキオメトリな酸化アルミニウム(AlO)が生成される。そして、基板9の表面に成膜される酸化アルミニウムの酸化度が、例えば、図6の破線L3付近における点SP2の成膜条件のように、ストイキオメトリな酸化アルミニウムと、ストイキオメトリな酸化アルミニウムより低い酸化度の酸化アルミニウムとのそれぞれの酸化度の境界付近の酸化度となるときに、高いパッシべーション効果を発揮する酸化アルミニウムが成膜されることが判っている。
Here, in the graph G2 of FIG. 6, when the oxygen amount is in the right region from the broken line L3, stoichiometric aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is generated on the surface of the
このため、成膜ユニット1においては、基板9上にパッシペーション膜を形成する場合には、反応性ガスの導入量の制御において参照される目標電流値は、好ましくは、成膜される酸化アルミニウムの酸化度が、ストイキオメトリな酸化アルミニウムと、ストイキオメトリな酸化アルミニウムより低い酸化度の酸化アルミニウムとのそれぞれの酸化度の境界付近の酸化度となるときのスパッタ電流値に設定される。この場合、スパッタソース10における目標電流値に対応した酸化アルミニウムの酸化度は、酸化アルミニウムのパッシべーション効果が高くなる酸化度であるとともに、成膜速度の速い酸化度でもある。従って、p型シリコン基板の裏面パッシべーション膜に好適な高いパッシべーション効果を発揮する酸化アルミニウム膜を、高い成膜速度で酸化度を制御性良く安定させつつ成膜できる。
For this reason, in the
<3−3.定電圧制御の電圧と目標電流値について>
図7は、酸素量とスパッタ電流値との関係をグラフG5、G6によって模式的にそれぞれ示す図である。グラフG5は、スパッタ電圧が−200Vの直流電圧にスパッタ電源によって定電圧制御されるときの酸素量とスパッタ電流値の関係を示し、グラフG6は、スパッタ電圧が−300Vの直流電圧にスパッタ電源によって定電圧制御されるときの酸素量とスパッタ電流値の関係を示している。
<3-3. Voltage and target current value for constant voltage control>
FIG. 7 is a diagram schematically showing the relationship between the oxygen amount and the sputtering current value by graphs G5 and G6, respectively. Graph G5 shows the relationship between the amount of oxygen and the sputtering current value when the sputtering voltage is controlled to a DC voltage of -200V by the sputtering power supply, and graph G6 shows the relationship between the sputtering voltage and the DC voltage of -300V by the sputtering power supply. The relationship between the amount of oxygen and the sputtering current value when constant voltage control is performed is shown.
スパッタ電圧の負電圧値が大きいほどアルゴンイオンフラックスが増えるため、処理空間Vに供給される酸素量が0の場合には、グラフG5、G6に示されるように、スパッタ電圧の負電圧値が大きいほどスパッタ電流値が大きくなる。 Since the argon ion flux increases as the negative voltage value of the sputtering voltage increases, the negative voltage value of the sputtering voltage increases as shown in the graphs G5 and G6 when the amount of oxygen supplied to the processing space V is zero. As the sputtering current value increases.
また、アルゴンフラックスが増加するほど、酸化アルミニウム膜を形成するためにはより多くの酸素が必要となる。このため、グラフG5、G6に示されるように、スパッタ電圧の負電圧値が大きいほど酸素の増加量に対するスパッタ電流値の増加率は緩やかになる。ここで、点P1、P2は、基板9上に形成される酸化アルミニウムの酸化度が互いに等しく、遷移状態で反応性スパッタリングが行われる点である。点P1では、酸素量がO200のときにスパッタ電流値は、I200であり、点P2では、酸素量がO300のときにスパッタ電流値がI300である。このように、形成される酸化アルミニウムの酸化度を一定に保つためには、スパッタ電圧の負電圧値が大きくなるほど、スパッタ電流の目標電流値を大きくする必要が有る。なお、スパッタ電圧として、負電圧と正電圧とからなる直流パルス電圧、若しくは交流電圧が印加される場合も、酸素量とスパッタ電流との関係は、上述した負電圧の直流電圧が印加される場合と同様である。
Further, as the argon flux increases, more oxygen is required to form the aluminum oxide film. For this reason, as shown in the graphs G5 and G6, as the negative voltage value of the sputtering voltage increases, the rate of increase of the sputtering current value with respect to the increase amount of oxygen becomes gentle. Here, points P1 and P2 are points where the oxidation degrees of aluminum oxide formed on the
上述したように、成膜ユニット1においては、各処理空間Vにおけるスパッタ電流の各目標電流値は、各処理空間Vのプラズマ発生条件において遷移状態で反応性スパッタが行われる各スパッタ電流値に設定される。そして、制御部190は、基板9に対向する各ターゲット8を設けた各マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が、順次に各目標電流値になるように、スパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気中への反応性ガスの供給量を制御する。すなわち、制御部190は、各処理空間Vのマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が、各処理空間Vについての各目標電流値になるように、各処理空間Vへの反応性ガスの供給量を制御する。これにより、プラズマ発生条件の1つであるスパッタ電圧に拘わらず、すなわち成膜速度に拘わらず遷移モードでの反応性スパッタリングが可能となる。
As described above, in the
<3−4.成膜処理とプラズマ発生条件の変更等について>
成膜ユニット1においては、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとの発生条件を効率良く変更可能なパラメータとして、例えば、直流パルス(スパッタ電圧)の周波数、直流パルス(スパッタ電圧)の反転時間、高周波アンテナ151に供給される高周波電力の値、スパッタ電圧の絶対値の4つのパラメータが独立して空間的に変更され得る。
<3-4. Changes in film formation and plasma generation conditions>
In the
スパッタ電圧の絶対値が増加すると、既述したように、マグネトロンプラズマの密度が増加するとともに、ターゲット8に衝突するアルゴンイオンの速度が増加するために、アルゴンイオンフラックスが増加して、基板9上に形成される酸化アルミニウム膜の成膜速度が増加する。
When the absolute value of the sputtering voltage increases, as described above, the density of the magnetron plasma increases and the velocity of argon ions that collide with the
スパッタ電圧としての直流パルスの周波数が増加すると、ターゲット8に正電圧が短周期で印加されることによりターゲット8の表面に帯電した正電荷が減少する(所謂、リフレッシュがなされる)までの時間が短縮されるので、酸化アルミニウム膜の成膜速度が増加する。
When the frequency of the DC pulse as the sputtering voltage increases, the time until the positive charge charged on the surface of the
スパッタ電圧としての直流パルスのパルス反転(正電圧)時間が増加し、負電圧のパルスデューティー比が小さくなると、ターゲット8の表面に帯電した正電荷がリフレッシュされる時間が延びるため、直流パルスの周波数が増加する場合と同様に、酸化アルミニウム膜の成膜速度が増加する。
When the pulse inversion (positive voltage) time of the DC pulse as the sputtering voltage is increased and the pulse duty ratio of the negative voltage is decreased, the time for the positive charge charged on the surface of the
また、高周波アンテナ151に供給される高周波電力が大きくなると、高周波誘導結合プラズマの密度が高くなり、プラズマアシストがさらに行われるので、酸化アルミニウム膜の成膜速度が増加する。
Further, when the high-frequency power supplied to the high-
そこで、成膜ユニット1では、複数の処理空間Vの相互間で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が異なるように、各高周波電源153と各スパッタ用電源12とが各高周波アンテナ151への高周波電力の供給と各ターゲット8へのスパッタ電圧の印加とを行う。各ターゲット8に印加されるスパッタ電圧は、スパッタ用電源12により定電圧制御される。また、複数の処理空間Vにおいて遷移状態で反応性スパッタが行われるように制御部190が各マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて各処理空間Vへの反応性ガスの供給量を制御する。
Therefore, in the
成膜ユニット1は、この状態で、各処理空間Vの各ターゲット8をスパッタしつつ基板9を搬送することによって、先ず、最も上流側の処理空間Vにおいて、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理を行う。成膜ユニット1は、さらに、第1成膜処理の後に、他の各処理空間Vにおいて、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板9上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理を行う。
In this state, the
第1、第2成膜処理中は、スパッタ電圧がスパッタ電源によって定電圧制御されるとともに、遷移状態で反応性スパッタが行われるように、反応性ガスが、スパッタ電流値に基づいて供給量を制御されつつ、各処理空間Vのスパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気中に供給される。スパッタ電圧が定電圧制御される場合には、アルミニウムターゲット表面の酸化度が高い程、すなわち反応性ガス量が多いほど、スパッタ電流値は大きくなるとともに、形成される酸化アルミニウム膜の酸化度も高くなる。従って、酸化アルミニウム膜の酸化度を、遷移状態で反応性スパッタが行われるときの酸化度に安定させることができる。また、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、第1成膜処理の後に、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理とが行われるので、一定の成膜速度で成膜する場合に比べて、酸化アルミニウムの成膜速度を上げることが出来る。すなわち、成膜ユニット1によれば、酸化アルミニウムを、酸化度を安定させつつ高い成膜速度で成膜できる。
During the first and second film forming processes, the sputtering voltage is controlled at a constant voltage by the sputtering power source, and the reactive gas is supplied based on the sputtering current value so that the reactive sputtering is performed in the transition state. While being controlled, the gas is supplied into the mixed atmosphere of the sputtering gas and the reactive gas in each processing space V. When the sputtering voltage is controlled at a constant voltage, the higher the degree of oxidation of the aluminum target surface, that is, the greater the amount of reactive gas, the higher the sputtering current value and the higher the degree of oxidation of the formed aluminum oxide film. Become. Therefore, the oxidation degree of the aluminum oxide film can be stabilized to the oxidation degree when reactive sputtering is performed in the transition state. Further, a first film formation process for forming an aluminum oxide film on a substrate on which an aluminum oxide film is not formed, and at least one film formation speed higher than the film formation speed in the first film formation process after the first film formation process. Since the second film formation process for forming an aluminum oxide film on the aluminum oxide film formed on the substrate is performed at a film speed, the aluminum oxide film is formed as compared with the case where the film is formed at a constant film formation speed. The film formation rate can be increased. That is, according to the
図8、図9は、実施形態に係る酸化アルミニウム膜を形成する膜形成方法の時間ダイアグラムの一例である。より詳細には、図8には、成膜ユニット1が高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方のプラズマ発生条件が相互に空間的に異なる9つの処理空間Vを備えており、基板9が各処理空間Vを通過する間に基板9上に酸化アルミニウム膜が順次に形成される場合における膜形成方法の時間ダイアグラムが示されている。図9には、成膜ユニット1が、プラズマ発生条件が相互に空間的に異なる7つの処理空間Vを備えている場合の時間ダイアグラムが図8と同様に示されている。
8 and 9 are examples of time diagrams of the film forming method for forming the aluminum oxide film according to the embodiment. More specifically, in FIG. 8, the
図8、図9の例では、マグネトロンカソードに印加されるスパッタ電圧として、負電圧の直流電圧(なお、負電圧の直流電圧は、周波数0KHzの負電圧と反転時間が0秒の正電圧からなる直流パルス、すなわち負電圧のみの直流電圧に相当する)と、負電圧と正電圧の直流パルスとが印加されている。図8、図9には、上から順に、直流パルス(スパッタ電圧)の周波数、直流パルス(スパッタ電圧)の反転時間、高周波アンテナ151に供給される高周波電力の値、スパッタ電圧の負電圧値、処理空間Vに供給される酸素流量、スパッタ電流の測定値、およびスパッタ電流の目標電流値の7つの時間ダイアグラムが示されている。直流パルス(スパッタ電圧)の反転時間は、パルス周期における正電圧の印加時間である。
8 and 9, the sputtering voltage applied to the magnetron cathode is a negative DC voltage (note that the negative DC voltage is a negative voltage with a frequency of 0 KHz and a positive voltage with an inversion time of 0 seconds. DC pulse, that is, only a negative voltage DC voltage) and negative and positive DC pulses are applied. 8 and 9, in order from the top, the frequency of the DC pulse (sputtering voltage), the inversion time of the DC pulse (sputtering voltage), the value of the high-frequency power supplied to the high-
また、図8(図9)の7つの時間ダイアグラムのそれぞれにおいて、横軸の時間軸の各期間a1〜a9(b1〜b7)は、基板9が、搬送経路Lの上流側から下流側に9個(7個)の処理空間Vを順次に通過する過程で、基板9が各チムニー20の各開口部21を通過するときの各所要時間である。数字で示された時間表示は、基板9が各処理空間Vを区切っている各チムニー20の各開口部21上を通過しているときの累積時間を示しており、基板9が、各開口部21の間の部分を通過している期間は示されていない。各期間の長さの差異は、各処理空間Vにおける各開口部21の搬送経路Lに沿った各長さの差異に起因して生じている。各開口部21の各長さは、基板9が各開口部21を通過する各所要時間において各処理空間V毎に予め設定された各膜厚の酸化アルミニウム膜が順次に形成されるように設定されている。
Further, in each of the seven time diagrams of FIG. 8 (FIG. 9), the
図8の例では、先ず、第1成膜処理が行われる最も上流側の処理空間Vにおいて基板9に対向するターゲット8が設けられたマグネトロンカソードに、スパッタ電圧として−200Vの直流電圧が印加されている(期間a1)。また、期間a1において、直流パルスの周波数は0KHzであり、直流パルスの反転時間は、0usec.であり、高周波電力の電力は400Wである。
In the example of FIG. 8, first, a DC voltage of −200 V is applied as a sputtering voltage to the magnetron cathode provided with the
なお、スパッタ電圧の絶対値が大きすぎると形成される酸化アルミニウム膜のパッシペーション能力が損なわれるが、スパッタ電圧として−200V程度(例えば、−200V〜−150Vでもよい)の直流電圧を印加すると、パッシベーション能力を好適に発揮する酸化アルミニウム膜を形成することができる。また、当該酸化アルミニウム膜がパッシベーション能力を発揮するためには、膜厚が10nm程度以上であればよい。 If the absolute value of the sputtering voltage is too large, the passivation ability of the formed aluminum oxide film is impaired. However, when a DC voltage of about −200 V (for example, −200 V to −150 V) may be applied as the sputtering voltage, An aluminum oxide film that suitably exhibits passivation ability can be formed. Further, in order for the aluminum oxide film to exhibit passivation ability, the film thickness may be about 10 nm or more.
第2番目以降の各処理空間においては第2成膜処理が順次に行われ、第2番目の処理空間Vにおいては、直流パルスの周波数が10KHzに設定されているとともに、直流パルスの反転時間が5usec.に設定されている(期間a2)。さらに次の処理空間Vでは、高周波電力が500Wに設定され(期間a3)、さらに次の処理空間Vでは、直流パルスの周波数が20KHzに設定されている(期間a4)。さらに次の処理空間Vでは、直流パルスの反転時間が10usec.に設定されており(期間a5)、さらに次の処理空間Vでは、高周波電力が600Wに設定されている(期間a6)。さらに次の処理空間Vでは、スパッタ電圧の負電圧値が250Vに設定され(期間a7)、さらに次の処理空間Vでは、負電圧のスパッタ電圧値が300Vに設定されている(期間a8)。そして、最後に、最も下流側の処理空間Vでは、直流パルスの周波数が50KHzに設定されている(期間a9)。 In each of the second and subsequent processing spaces, the second film forming process is sequentially performed. In the second processing space V, the frequency of the DC pulse is set to 10 KHz and the inversion time of the DC pulse is set. 5 usec. (Period a2). Further, in the next processing space V, the high-frequency power is set to 500 W (period a3), and in the next processing space V, the frequency of the DC pulse is set to 20 KHz (period a4). In the next processing space V, the inversion time of the DC pulse is 10 usec. (Period a5), and in the next processing space V, the high frequency power is set to 600 W (period a6). Further, in the next processing space V, the negative voltage value of the sputtering voltage is set to 250 V (period a7), and in the further next processing space V, the negative voltage sputtering voltage value is set to 300 V (period a8). Finally, in the most downstream processing space V, the frequency of the direct current pulse is set to 50 KHz (period a9).
図9の例では、先ず、第1成膜処理が行われる最も上流側の処理空間Vにおいて基板9に対向するターゲット8が設けられたマグネトロンカソードに、図8の期間a1と同様に、スパッタ電圧として−200Vの直流電圧が印加されている(期間b1)。また、他の各パラメータも、図8の各パラメータと同様に設定されている。
In the example of FIG. 9, first, a sputtering voltage is applied to the magnetron cathode provided with the
第2番目以降の各処理空間においては第2成膜処理が順次に行われ、第2番目の処理空間Vにおいては、高周波電力が500Wに設定され(期間b2)、さらに次の処理空間Vにおいて、負電圧のスパッタ電圧値が250Vに設定されている(期間b3)。さらに次の処理空間Vでは、直流パルスの周波数が10KHzに設定されて、直流パルスの反転時間が10usec.に設定されているとともに、高周波電力が600Wに設定されている(期間b4)。さらに次の処理空間Vでは、直流パルスの周波数が20KHzに設定されており(期間b5)、さらに次の処理空間Vでは、直流パルスの周波数が50KHzに上げられている(期間b6)。そして、最後の処理空間Vにおいて、負電圧のスパッタ電圧値が300Vに設定されている(期間b7)。 In each of the second and subsequent processing spaces, the second film forming process is sequentially performed. In the second processing space V, the high-frequency power is set to 500 W (period b2), and in the next processing space V. The negative sputtering voltage value is set to 250 V (period b3). Further, in the next processing space V, the frequency of the DC pulse is set to 10 KHz, and the inversion time of the DC pulse is 10 usec. And high frequency power is set to 600 W (period b4). Further, in the next processing space V, the frequency of the DC pulse is set to 20 KHz (period b5), and in the next processing space V, the frequency of the DC pulse is increased to 50 KHz (period b6). In the final processing space V, the negative sputtering voltage value is set to 300 V (period b7).
また、図8(図9)において、期間a1(b1)におけるスパッタ電流の目標電流値は、2Aであり、期間a9(b7)では4Aである。そして、各処理空間Vについての各目標電流値は、期間a1〜a9(b1〜b7)に亙って、少しずつ段階的に高くなるように設定されている。また、各目標電流値は、各処理空間V(各期間)のプラズマ発生条件において遷移状態で反応性スパッタが行われる各スパッタ電流値に設定されている。そして、制御部190は、各処理空間Vの各マグネトロンカソードに流れる各スパッタ電流、すなわち、基板9に対向する各ターゲット8を設けた各マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が、順次に各目標電流値になるように、スパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気中への反応性ガスの供給量を制御する。この制御により、各処理空間Vには、各スパッタ電流の測定値が各目標電流値になるように、酸素の反応性ガスが、下流側の処理空間Vであるほど、その供給量が多くなるように供給されている。
In FIG. 8 (FIG. 9), the target current value of the sputtering current in the period a1 (b1) is 2 A, and 4 A in the period a9 (b7). And each target electric current value about each processing space V is set so that it may become high little by little over periods a1-a9 (b1-b7). Each target current value is set to each sputtering current value at which reactive sputtering is performed in a transition state under the plasma generation conditions in each processing space V (each period). Then, the
期間a1(b1)の目標電流値は、基板9上に成膜される酸化アルミニウムの酸化度が、ストイキオメトリな酸化アルミニウムと、ストイキオメトリな酸化アルミニウムより低い酸化度の酸化アルミニウムとのそれぞれの酸化度の境界付近の酸化度となるときのスパッタ電流値に設定されている。この酸化度は、遷移状態で反応性スパッタリングが行われる酸化度でもある。そして、期間a2(b2)以降の各期間では、遷移状態で反応性スパッタリングが行われるとともに、1つ前の期間に対して、成膜される酸化アルミニウム膜の酸化度が、維持されるか、もしくは、より高い酸化度になるように、各目標電流値が設定されている。
The target current value in the period a1 (b1) is that the oxidation degree of aluminum oxide formed on the
期間a1(b1)の処理、すなわち第1成膜処理において、負電圧と正電圧とからなる、例えば、5KHz以下の直流パルス、または5KHz以下の交流がスパッタ電圧としてターゲット8に印加されたとしても、負電圧の直流電圧が印加される場合に比べて、成膜される酸化アルミニウム膜のパッシべーション効果が大きく損なわれることはない。さらに、ターゲット8に帯電した正電荷をリフレッシュする効果も得られる。従って、第1成膜処理において、負電圧と正電圧とからなる、例えば、5KHz以下の直流パルス、または5KHz以下の交流がスパッタ電圧としてターゲット8に印加されたとしても、本発明の有用性を損なうものではない。
Even in the process of the period a1 (b1), that is, in the first film formation process, even if a DC pulse having a negative voltage and a positive voltage, for example, a DC pulse of 5 KHz or less, or an AC of 5 KHz or less is applied to the
図8、図9に示されるように、第2成膜処理が行われる第2番目以降の各期間においては、第1成膜処理が行われる第1期間(すなわち、期間a1、b1)よりも、成膜速度が上がるようにプラズマ発生条件を決定するパラメータが設定されている。これにより、第1成膜処理が行われる第1期間(すなわち、期間a1、b1)の成膜速度を他の期間においても維持する場合に比べて成膜処理が完了するまでの所要時間が短縮される。 As shown in FIGS. 8 and 9, the second and subsequent periods in which the second film forming process is performed are more than the first periods in which the first film forming process is performed (that is, the periods a <b> 1 and b <b> 1). The parameters for determining the plasma generation conditions are set so that the film forming speed is increased. This shortens the time required to complete the film forming process compared to the case where the film forming speed in the first period (that is, the periods a1 and b1) in which the first film forming process is performed is maintained in other periods. Is done.
また、図8、図9の例では、第2番目以降の各処理空間Vにおいて、すなわち第2番目以降の複数の期間のそれぞれにおいて、前の期間よりも、成膜速度が上がるようにプラズマ発生条件を決定するパラメータが設定されている。これにより、第2成膜処理において、第1成膜処理における成膜速度よりも速い複数の成膜速度で、順次に成膜が行われる。さらに、第2成膜処理における複数の成膜速度は、空間的に下流側の処理空間Vになるほど、すなわち時間的に後の期間になるほど、段階的に速くなる。なお、当該複数の成膜速度が連続的に速くなるように、高周波電力の供給やスパッタ電圧の印加が行われてもよい。 Further, in the examples of FIGS. 8 and 9, plasma is generated in each of the second and subsequent processing spaces V, that is, in each of the second and subsequent plural periods so that the film formation rate is higher than that in the previous period. Parameters that determine the conditions are set. Thereby, in the second film formation process, the film formation is sequentially performed at a plurality of film formation speeds higher than the film formation speed in the first film formation process. Furthermore, the plurality of film formation speeds in the second film formation process increase stepwise as the processing space V is located on the downstream side, that is, as the time period is later. Note that supply of high-frequency power or application of a sputtering voltage may be performed so that the plurality of film formation rates continuously increase.
このように、第2成膜処理において、第1成膜処理における成膜速度よりも速い、複数の成膜速度で成膜する場合には、第2成膜処理において、徐々に、成膜速度が速くなるプラズマ発生条件、すなわち、徐々に基板9に与えるダメージが大きくなるプラズマ発生条件を採用できる。従って、第1成膜処理において形成されたパッシペーション効果の高い酸化アルミニウム膜に与えるダメージを小さくしつつ、当該酸化アルミニウム膜上に当該酸化アルミニウム膜を保護する酸化アルミニウム膜を第2成膜処理によってさらに形成することができる。また、この場合には、酸化アルミニウム膜の膜厚に応じて加わるダメージが大きくなることからも、酸化アルミニウム膜に与えるダメージを小さくできる。
As described above, in the second film formation process, in the case where the film formation is performed at a plurality of film formation speeds higher than the film formation speed in the first film formation process, the film formation speed is gradually increased in the second film formation process. It is possible to adopt a plasma generation condition in which the damage is increased, that is, a plasma generation condition in which damage to the
なお、成膜ユニット1が2つの処理空間Vを備え、第1成膜処理が上流側の処理空間Vにおいて行われるとともに、下流側の処理空間Vにおいて第1成膜処理の成膜速度よりも速い1つの成膜速度で酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理が行われてもよい。
The
図8、図9に示されるように、第2成膜処理は、第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも負電圧値が高いスパッタ電圧を基板9に対向するターゲット8に印加することにより行われ得る。また、第2成膜処理は、第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも周波数が高いスパッタ電圧を基板9に対向するターゲット8に印加することによっても行われ得る。また、第2成膜処理は、第1成膜処理において印加されている負電圧の直流、すなわち正電圧が印加されないスパッタ電圧よりもパルス周期における正電圧の印加時間の割合が高い直流パルスがスパッタ電圧として基板9に対向するターゲット8に印加することによっても行われ得る。また、第2成膜処理は、第1成膜処理において供給される高周波電力よりも大きい高周波電力を、基板9が晒されているスパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気下の高周波アンテナ151に供給することによっても行われ得る。
As shown in FIGS. 8 and 9, the second film forming process is performed by applying a sputtering voltage having a negative voltage value higher than the sputtering voltage in the first film forming process to the
また、図8、図9に示される例では、期間a3(b3)以降においてのみ、ターゲット8に印加するスパッタ電圧の負電圧値を増加させている。このように、第2成膜処理において複数の成膜速度で成膜がなされ、当該複数の成膜速度のうち第2番目以降に適用される成膜速度に対応した成膜処理においてのみ、基板9に対向するターゲット8に印加するスパッタ電圧の負電圧値を増加させてもよい。ここで、スパッタ電圧の負電圧値を増加させると、直流パルス(スパッタ電圧)の周波数、直流パルス(スパッタ電圧)の反転時間、および高周波電力の何れを増加する場合に比べても、通常、より効率的に成膜速度が上がる。このため、第2成膜処理における複数の成膜速度のうち第2番目以降に適用される成膜速度に対応した成膜処理においてのみ、スパッタ電圧の負電圧値を増加させれば、ダメージの急激な増大を抑制することができる。
In the examples shown in FIGS. 8 and 9, the negative voltage value of the sputtering voltage applied to the
<4.成膜ユニット1の動作>
次に、成膜ユニット1の動作について、図2、図3に加え、図10を参照しながら説明する。図10は、成膜ユニット1にて実行される処理の流れを示す図である。以下に説明する動作は、制御部190の制御下で実行される。
<4. Operation of
Next, the operation of the
成膜チャンバー130内に基板9(すなわち、加熱チャンバー120にて加熱処理を施された基板9)が配設されたキャリア90が搬入されると、成膜チャンバー130の入り口側のゲート160が閉鎖される(ステップS1)。なお、チャンバー130内は、高真空排気系170により高真空に保たれている。
When the
続いて、ガス供給部50が各処理空間Vにスパッタガスであるアルゴンと反応性ガスである酸素とを供給する(ステップS2)。
Subsequently, the
さらに、各スパッタソース10の各々において、例えば、図8、図9に例示されたように、高周波電源153から高周波アンテナ151に高周波電力が供給されるとともに、スパッタ用電源12からベース板11にスパッタ電圧が印加される(ステップS3)。すると、高周波アンテナ151の周囲の高周波誘導電界により、プラズマ(高周波誘導結合プラズマ)が発生する(所謂、プラズマアシスト)。また、ベース板11にスパッタ電圧が印加されることによって、ターゲット8付近に高密度プラズマが生成される。これら2種類のプラズマは、磁石13がターゲット8の近傍に形成している静磁場によって、ターゲット8の表面部分に閉じこめられる。そして、プラズマ雰囲気中のアルゴンイオンがターゲット8に衝突して、ターゲット8の表面からストイキオメトリでない酸化アルミニウムを飛び出させる(所謂、反応性スパッタリング)。
Further, in each of the
また、反応性スパッタリングによって、消費される酸素の反応性ガスを補いターゲット8が遷移モード(遷移状態)でスパッタされる状況を維持するために、図8、図9に例示されたように、各処理空間Vへの反応性ガスの供給量の制御が開始される(ステップS4)。この供給処理においては、遷移状態でターゲット8の反応性スパッタが行われるように、各処理空間Vのマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて、成膜処理中に、すなわち成膜処理と並行して、反応性ガスがその供給量を制御されつつ、各処理空間Vに供給される。
Further, in order to supplement the reactive gas of consumed oxygen by the reactive sputtering and maintain the state in which the
一方で、搬送部180が、基板9が配設されたキャリア90を、搬送経路Lに沿って(すなわち、複数の処理空間Vの配列方向に沿って)、等速度で、搬送する(ステップS5)。キャリア90に配設されている基板9は、各処理空間Vを搬送経路Lに沿って順次に通過していき、各処理空間において順番に成膜処理を施される。ただし、基板9は、p型シリコン基板の場合、光入射面を表面としたときの裏面をキャリア90とは逆側に向けた状態でキャリア90に配設されており、搬送部180は、キャリア90を、基板9が配設された側の面を各スパッタソース10に向ける姿勢で搬送する。つまり、キャリア90に保持されている基板9は、その裏面が各スパッタソース10のターゲット8と対向するような姿勢で各処理空間内を搬送される。
On the other hand, the
換言すれば、この成膜処理においては、基板9が晒されているスパッタガスと酸素の反応性ガスとの混合雰囲気下において、高周波アンテナ151に高周波電力が供給されて高周波誘導結合プラズマが発生するとともに、静磁場を形成するマグネトロンカソードに設けられたターゲット8に負電圧を含むスパッタ電圧が定電圧制御により印加され、当該静磁場によりマグネトロンプラズマが発生する。そして、発生した高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとによってターゲット8がスパッタ(反応性スパッタ)され、ターゲット8に対向する基板9上に酸化アルミニウム膜が形成される。
In other words, in this film forming process, high frequency power is supplied to the
そして、より詳細には、この成膜処理においては、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとの少なくとも一方の発生条件が相互に空間的に異なる複数のプラズマ発生条件下で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとが発生するように、各処理空間Vにおいてスパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気下の高周波アンテナ151への高周波電力の供給と基板9に対向するターゲット8へのスパッタ電圧の印加とが行われる。
More specifically, in this film forming process, high-frequency inductively coupled plasma and magnetron plasma are generated under a plurality of plasma generating conditions in which at least one of high-frequency inductively coupled plasma and magnetron plasma is spatially different from each other. In each processing space V, high-frequency power is supplied to the high-
成膜チャンバー130内を搬送される基板9に対して実行される処理について、図11を参照しながら説明する。図11は、成膜チャンバー130内を搬送される基板9に対して実行される処理の流れを示す図である。
Processing executed on the
各処理空間Vにはスパッタガスと酸素の反応性ガスとが供給されており、プラズマアシストがされている状態で、プラズマ雰囲気中のスパッタガスのイオン(アルゴンイオン)でターゲット8がスパッタされる。そして、各処理空間Vで、反応性スパッタリングが進行し、ターゲット8と対向配置されている基板9上、すなわち基板9の裏面には、反応性スパッタリングによって酸化アルミニウム膜が形成される。つまり、キャリア90に保持されている基板9が、各処理空間Vを搬送経路Lに沿って上流側から下流側に通過する間に、基板9の裏面には、酸化アルミニウム膜が成膜される。
Each processing space V is supplied with a sputtering gas and a reactive gas of oxygen, and the
より詳細には、基板9は、まず、各処理空間Vのうち搬送経路Lの最も上流側の処理空間Vを搬送経路Lに沿って通過する。そして、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理が行われる(ステップS101)。
More specifically, the
そして、基板9に第1成膜処理が施された後、基板9が、各処理空間Vのうち、第2番目以降の各処理空間を通過する際に、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板9上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理が行われる(ステップS102)。
Then, after the first film formation process is performed on the
各処理空間Vのうち搬送経路Lの最も下流側の処理空間Vを出た基板9(すなわち、裏面に、酸化アルミニウム膜が形成された基板9)は、成膜チャンバー130の出口側のゲート160が開放された後、成膜チャンバー130から搬出される。上述したとおり、成膜チャンバー130から搬出された基板9は、続いて冷却チャンバー140に搬入されて、ここで必要に応じて冷却処理を施されることになる。
The
また、シリコンの基板9表面におけるダメージは,成膜後の熱処理(アニール)によってある程度、回復可能であるため、酸化アルミニウム膜の成膜後に、例えば、450℃前後(400℃〜500℃)でアニールが実施されてもよい。
Further, since damage on the surface of the
<5.変形例>
<5−1.1個のスパッタソース10を備える場合>
上記の実施の形態においては、成膜ユニット1は複数のスパッタソース10を備える構成としたが、成膜ユニットは、例えば1個のスパッタソース10sを備える構成であってもよい。図12には、1個のスパッタソース10sを備える成膜ユニット1sの概略構成が模式的に示されている。図13には、図12のスパッタソース10sの概略構成が模式的に示されている。
<5. Modification>
<When 5-1.1
In the above embodiment, the
成膜ユニット1sが備える成膜チャンバー130sは、その内部空間にチムニー20により仕切られた1個の処理空間Vsを形成し、当該処理空間Vsに1個のスパッタソース10sが配置されている。成膜ユニット1sは、1個のスパッタソース10sを備える点と、制御部190sを備える点とを除いて、上記の実施の形態に係る成膜ユニット1と同様の構成を備えている。図中においても、上記の実施の形態と同じ構成および機能を有する部分には同じ符号が付されており、当該部分の説明は省略される。なお、成膜ユニット1sも成膜ユニット1と同様に搬送部180を備える。成膜ユニット1が搬送部180によって基板9を複数の処理空間Vに亙って搬送しつつ基板9に成膜するのに対して、成膜ユニット1は、基板9が処理空間Vsのターゲット8に対向するように搬送部180が停止した状態で基板9への成膜処理を行う。
The
処理空間Vsにガスを供給するガス供給部50sは、上記の実施形態に係るガス供給部50と同様に、処理空間Vsにスパッタガス(ここでは、例えば、アルゴン)を供給するスパッタガス供給部51sと、処理空間Vsに酸素の反応性ガスを供給する反応性ガス供給部52sとを備える。スパッタガス供給部51sは、アルゴン供給源511と、一端がアルゴン供給源511に接続され、他端が処理空間Vsと連通する吐出口(具体的には、スパッタソース10sと対応して設けられた吐出口16)と接続されたアルゴン供給配管512とを備える。また、アルゴン供給配管512の経路途中には、供給バルブ513sが設けられている。供給バルブ513sは、制御部190sの制御下で処理空間Vsに供給されるアルゴンの量を調整する。また、反応性ガス供給部52sは、酸素供給源521と、一端が酸素供給源521に接続され、他端が処理空間Vsと連通する吐出口16と接続された酸素供給配管522とを備える。また、酸素供給配管522の経路途中には、供給バルブ523sが設けられている。供給バルブ523sは、制御部190sの制御下で処理空間Vsに供給される酸素の量を調整する。
Similarly to the
スパッタソース10sは、スパッタソース10の高周波電源153およびスパッタ用電源12に代えて高周波電源153sとスパッタ用電源12sとを備えることを除いて、スパッタソース10と同様に構成されている。高周波電源153sは、高周波アンテナ151に供給する高周波電力を制御部190sの制御下で変更可能に構成されており、処理空間Vsに高周波誘導結合プラズマが発生するように、高周波アンテナ151に高周波電力を供給する。スパッタ用電源12sは、ターゲット8に印加するスパッタ電圧を制御部190sの制御下で変更可能に構成されており、マグネトロンカソードが形成する静磁場によって処理空間Vsにマグネトロンプラズマが発生するように、ターゲット8に負電圧を含むスパッタ電圧を定電圧制御により印加する。
The
制御部190sは、実施形態に係る制御部190と同様の構成要素を備え、制御部190と同様の機能を備えることに加えて、高周波電源153s、スパッタ用電源12sと電気的に接続されており、これらの制御をさらに行う。制御部190sは、制御部190と同様に、ガス供給部50sによる処理空間Vsへの反応性ガスの供給量を制御するガス供給量制御部としても動作する。また、制御部190sは、高周波電源153sが高周波アンテナ151に供給する高周波電力を制御する高周波電力制御部としても動作するとともに、スパッタ用電源12sがターゲット8に印加するスパッタ電圧を制御するスパッタ電圧制御部としても動作する。
The
より詳細には、制御部190sは、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が相互に異なる時間軸上の複数のプラズマ発生条件下で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとが発生するように、高周波アンテナ151に供給される高周波電力とマグネトロンカソードに印加されるスパッタ電圧とを制御する。また、制御部190sは、遷移状態で反応性スパッタが行われるように、成膜処理中にマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて処理空間Vsに供給される酸素の反応性ガス(より正確には、例えば、5%の純酸素ガスまたは5%の純酸素ガスとAr等の不活性ガスとの希釈混合ガスが望ましい)の供給量を制御する。そして、成膜ユニット1sは、この状態でターゲット8をスパッタする。これにより、成膜ユニット1sは、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理を行うとともに、第1成膜処理の後に、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板9上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理を行う。
More specifically, the
<5−2.成膜処理とプラズマ発生条件の変更等について>
成膜ユニット1sにおいては、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとの発生条件を効率良く変更可能なパラメータとして、成膜ユニット1と同様に、例えば、直流パルス(スパッタ電圧)の周波数、直流パルス(スパッタ電圧)の反転時間、高周波アンテナ151に供給される高周波電力の値、スパッタ電圧の絶対値の4つのパラメータが独立して時間的に変更され得る。
<5-2. Changes in film formation and plasma generation conditions>
In the
成膜ユニット1sにおいては、相互に時間的に異なる複数のプラズマ発生条件下で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとが発生するように、高周波電源153sとスパッタ用電源12sとが制御部190sの制御下で高周波アンテナ151への高周波電力の供給とターゲット8へのスパッタ電圧の印加とを行う。当該複数のプラズマ発生条件の相互間では、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が時間的に異なっている。なお、ターゲット8に印加されるスパッタ電圧は、スパッタ用電源12sにより定電圧制御される。また、処理空間Vsにおいて遷移状態で反応性スパッタが行われるように制御部190sがマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて処理空間Vsへの反応性ガスの供給量を制御する。
In the
成膜ユニット1sは、この状態で、処理空間Vsのターゲット8をスパッタすることによって、先ず、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理を行う。成膜ユニット1sは、さらに、第1成膜処理の後に、処理空間Vsにおいて、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板9上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理を行う。
In this state, the
第1、第2成膜処理中は、スパッタ電圧がスパッタ電源により定電圧制御されるとともに、遷移状態で反応性スパッタが行われるように、反応性ガスが、スパッタ電流値に基づいて供給量を制御されつつ、処理空間Vsのスパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気中に供給される。これにより、酸化アルミニウム膜の酸化度を、遷移状態で反応性スパッタが行われるときの酸化度に安定させることができる。また、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、第1成膜処理の後に、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理とが行われるので、一定の成膜速度で成膜する場合に比べて、酸化アルミニウムの成膜速度を上げることが出来る。すなわち、成膜ユニット1sによれば、酸化アルミニウムを、酸化度を安定させつつ高い成膜速度で成膜できる。
During the first and second film forming processes, the sputtering voltage is controlled at a constant voltage by the sputtering power source, and the reactive gas is supplied based on the sputtering current value so that reactive sputtering is performed in the transition state. While being controlled, the gas is supplied into the mixed atmosphere of the sputtering gas and the reactive gas in the processing space Vs. Thereby, the oxidation degree of the aluminum oxide film can be stabilized to the oxidation degree when reactive sputtering is performed in the transition state. Further, a first film formation process for forming an aluminum oxide film on a substrate on which an aluminum oxide film is not formed, and at least one film formation speed higher than the film formation speed in the first film formation process after the first film formation process. Since the second film formation process for forming an aluminum oxide film on the aluminum oxide film formed on the substrate is performed at a film speed, the aluminum oxide film is formed as compared with the case where the film is formed at a constant film formation speed. The film formation rate can be increased. That is, according to the
図14、図15は、成膜ユニット1sによる酸化アルミニウム膜の膜形成方法の時間ダイアグラムの一例である。より詳細には、図14には、成膜ユニット1sが相互に時間的に異なる9つプラズマ発生条件下で処理空間Vsの基板9上に酸化アルミニウム膜を時間順次に形成する場合の時間ダイアグラムが示されている。当該9つプラズマ発生条件の相互間では、高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方のプラズマ発生条件が異なっている。図15には、成膜ユニット1sが、相互に時間的に異なる7つプラズマ発生条件下で成膜処理を行う場合の時間ダイアグラムが図14と同様に示されている。
FIG. 14 and FIG. 15 are examples of time diagrams of the method of forming the aluminum oxide film by the
図14、図15の例では、図8、図9と同様に、マグネトロンカソードに印加されるスパッタ電圧として、負電圧の直流電圧と、負電圧と正電圧の直流パルスとが印加されている。図14、図15には、図8、図9に示された7つの時間ダイアグラムが、図8、図9と同じ表示順で示されている。 In the example of FIGS. 14 and 15, as in FIGS. 8 and 9, a negative DC voltage and a negative and positive DC pulse are applied as the sputtering voltage applied to the magnetron cathode. FIGS. 14 and 15 show the seven time diagrams shown in FIGS. 8 and 9 in the same display order as FIGS. 8 and 9.
また、図14(図15)の7つの時間ダイアグラムのそれぞれにおいて、横軸の時間軸の各期間a1〜a9(b1〜b7)は、基板9が、処理空間Vsにおいて9つ(7つ)のプラズマ発生条件において、時間順次に成膜される各成膜時間である。数字で示された時間表示は、当該各成膜時間の累積時間を示している。各成膜時間は、9つ(7つ)のプラズマ発生条件において予め設定された各膜厚の酸化アルミニウム膜が時間順次に形成されるように設定されている。すなわち、制御部190sは、各プラズマ発生条件において、予め設定された各膜厚の酸化アルミニウム膜が時間順次に形成されるように、各成膜時間に基づいて、プラズマ発生条件を時間順次に変更する。
Further, in each of the seven time diagrams of FIG. 14 (FIG. 15), each of the periods a1 to a9 (b1 to b7) on the horizontal time axis has nine (seven)
図14(図15)が、上述した表示方法により表示されている結果、図14(図15)においては、直流パルス(スパッタ電圧)の周波数、直流パルス(スパッタ電圧)の反転時間、高周波アンテナ151に供給される高周波電力の値、スパッタ電圧の絶対値の4つの各パラメータが、時間軸において、図8(図9)と同じタイミングで、同じ値に設定されている。図14(図15)の期間a1〜a9(b1〜b7)は、図8(図9)の期間a1〜a9(b1〜b7)とそれぞれ同じ長さの期間である。
FIG. 14 (FIG. 15) is displayed by the above-described display method. As a result, in FIG. 14 (FIG. 15), the frequency of the DC pulse (sputtering voltage), the inversion time of the DC pulse (sputtering voltage), and the high-
また、図14(図15)に示された期間a1〜a9(b1〜b7)におけるスパッタ電流の各目標電流値は、図8(図9)の期間a1〜a9(b1〜b7)の各目標電流値と同じである。この結果、図14(図15)の各期間のスパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気中への反応性ガスの供給量は、図8(図9)の各期間の反応性ガスの供給量と同じ供給量に設定されている。この反応性ガスの供給により、図14(図15)の各期間のスパッタ電流の測定値は、図8(図9)の各期間の測定値とほぼ同様の測定値になっている。より厳密には、図8(図9)においてスパッタ電流の測定値は、目標電流値と同じタイミングで目標電流値と同じ値に段階的に変化しているが、図14(図15)では、各期間の全部または、前側の一部において、測定されたスパッタ電流値が連続的に増加している。ここで、実施形態に係る成膜ユニット1においては、各処理空間Vのプラズマ発生条件が、各処理空間Vに対して予め設定された各プラズマ発生条件に定常的に設定されている。一方、成膜ユニット1sにおいては、1つの処理空間Vsのプラズマ発生条件と、スパッタ電流の目標電流値と、反応性ガスの供給量とが、これらの値や変更タイミングを規定したタイムテーブルに従って、時間順次に変更される。さらに、酸素の反応性ガスの供給量がスパッタ電流の目標電流値に応じて変更されてから、実際にスパッタ電流値に反応性ガスの供給量の変更が反映されるまでに時間差がある。これらのことが、上述した測定されたスパッタ電流値の連続的な増加の原因となっている。
Further, the respective target current values of the sputtering current in the periods a1 to a9 (b1 to b7) shown in FIG. 14 (FIG. 15) are the respective targets in the periods a1 to a9 (b1 to b7) in FIG. It is the same as the current value. As a result, the supply amount of the reactive gas into the mixed atmosphere of the sputtering gas and the reactive gas in each period of FIG. 14 (FIG. 15) is the supply amount of the reactive gas in each period of FIG. 8 (FIG. 9). The same supply amount is set. Due to the supply of the reactive gas, the measured value of the sputtering current in each period of FIG. 14 (FIG. 15) is substantially the same as the measured value of each period of FIG. 8 (FIG. 9). More strictly, in FIG. 8 (FIG. 9), the measured value of the sputtering current changes stepwise to the same value as the target current value at the same timing as the target current value, but in FIG. 14 (FIG. 15), The measured sputtering current value continuously increases during the whole period or a part of the front side. Here, in the
図14、図15を参照して上述したように、成膜ユニット1sによる成膜処理においても、成膜ユニット1と同様の時間ダイアグラムに従って基板9上に酸化アルミニウム膜を形成できる。従って、成膜ユニット1sによる成膜処理によっても成膜ユニット1による成膜処理と同様の各効果が得られるとともに、同様の変形が可能である。
As described above with reference to FIGS. 14 and 15, also in the film forming process by the
具体的には、図14、図15に示されるように、第2成膜処理が行われる第2番目以降の各期間においては、第1成膜処理が行われる第1期間(すなわち、期間a1、b1)よりも、成膜速度が上がるようにプラズマ発生条件を決定するパラメータが設定されている。これにより、第1成膜処理が行われる第1期間(すなわち、期間a1、b1)の成膜速度を他の期間においても維持する場合に比べて成膜処理が完了するまでの所要時間が短縮される。 Specifically, as shown in FIGS. 14 and 15, in each of the second and subsequent periods in which the second film formation process is performed, the first period in which the first film formation process is performed (that is, the period a1). , B1), parameters for determining the plasma generation conditions are set so that the film forming rate is increased. This shortens the time required to complete the film forming process compared to the case where the film forming speed in the first period (that is, the periods a1 and b1) in which the first film forming process is performed is maintained in other periods. Is done.
また、図14、図15の例では、第2番目以降のプラズマ発生条件(成膜条件)、すなわち第2番目以降の複数の期間のそれぞれにおいて、前の期間よりも、成膜速度が上がるようにプラズマ発生条件を決定するパラメータが設定されている。これにより、第2成膜処理において、第1成膜処理における成膜速度よりも速い複数の成膜速度で、時間順次に成膜が行われる。さらに、第2成膜処理における複数の成膜速度は、時間順次に段階的に速くなる。なお、当該複数の成膜速度が時間順次に連続的に速くなるように、高周波電力の供給やスパッタ電圧の印加が行われてもよい。また、成膜ユニット1sが、先ず、第1成膜処理を行い、次に、第1成膜処理の成膜速度よりも速い1つの成膜速度で酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理を行ってもよい。
Further, in the examples of FIGS. 14 and 15, the deposition rate is increased in each of the second and subsequent plasma generation conditions (deposition conditions), that is, in each of the second and subsequent periods. Are set with parameters for determining the plasma generation conditions. Thereby, in the second film formation process, the film formation is performed in time sequence at a plurality of film formation speeds higher than the film formation speed in the first film formation process. Further, the plurality of film forming speeds in the second film forming process increase stepwise in time sequence. Note that supply of high-frequency power or application of a sputtering voltage may be performed so that the plurality of film formation speeds continuously increase in time sequence. The
図14、図15に示されるように、第2成膜処理は、第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも負電圧値が高いスパッタ電圧を基板9に対向するターゲット8に印加することにより行われ得る。また、第2成膜処理は、第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも周波数が高いスパッタ電圧を基板9に対向するターゲット8に印加することによっても行われ得る。また、第2成膜処理は、第1成膜処理において印加されている負電圧の直流、すなわち正電圧が印加されないスパッタ電圧よりもパルス周期における正電圧の印加時間の割合が高い直流パルスがスパッタ電圧として基板9に対向するターゲット8に印加することによっても行われ得る。また、第2成膜処理は、第1成膜処理において供給される高周波電力よりも大きい高周波電力を、基板9が晒されているスパッタガスと反応性ガスとの混合雰囲気下の高周波アンテナ151に供給することによっても行われ得る。
As shown in FIGS. 14 and 15, the second film forming process is performed by applying a sputtering voltage having a negative voltage value higher than the sputtering voltage in the first film forming process to the
また、図14、図15に示される例では、期間a3(b3)以降においてのみ、ターゲット8に印加するスパッタ電圧の絶対値が増加している。このように、第2成膜処理において複数の成膜速度で成膜がなされ、当該複数の成膜速度のうち第2番目以降に適用される成膜速度に対応した成膜処理においてのみ、基板9に対向するターゲット8に印加するスパッタ電圧の絶対値を増加させてもよい。
In the examples shown in FIGS. 14 and 15, the absolute value of the sputtering voltage applied to the
<5−3.成膜ユニット1sの動作>
成膜ユニット1sの動作について、図12、図13に加えて、図11、図16、図17を参照しながら説明する。図16、図17は、成膜ユニット1sにて実行される処理の流れを示す図である。また、図11は、上述したとおり、基板9に対して実行される処理の流れを示す図である。以下に説明する動作は、制御部190sの制御下で実行される。
<5-3. Operation of
The operation of the
成膜チャンバー130内に基板9(すなわち、加熱チャンバー120にて加熱処理を施された基板9)が配設されたキャリア90が搬入されると、搬送部180は、当該キャリア90を所定の処理位置(具体的には、キャリア90に保持された基板9が、スパッタソース10sのターゲット8の真上に対向配置されるような位置)まで移動させて、当該処理位置でキャリア90を静止状態で保持する(ステップS11)。つまり、上記の実施形態に係る成膜ユニット1においては、基板9は、複数のスパッタソース10に対して相対的に移動しながら各スパッタソース10から一連の成膜処理を次々と施されていたのに対し、変形例に係る成膜ユニット1sでは、基板9は、1個のスパッタソース10sに対して静止した状態で、当該スパッタソース10sから一連の成膜処理を施される。
When the
一方、基板9が配設されたキャリア90が成膜チャンバー130内に搬入されると、成膜チャンバー130の入り口側のゲート160が閉鎖される(ステップS12)。なお、チャンバー130内は、高真空排気系170により高真空に保たれている。ステップS11とステップS12の処理はどちらが先に行われてもよく、並行して行われてもよい。
On the other hand, when the
続いて、ガス供給部50が、所定のガス分圧になるように処理空間Vsへのスパッタガスと酸素の反応性ガスとの供給を開始する(ステップS13)。
Subsequently, the
さらに、スパッタソース10sにおいて、例えば、図14、図15の例のように高周波電源153から高周波アンテナ151に第1成膜処理用の高周波電力が供給されて高周波電流が流されるとともに、スパッタ用電源12からベース板11に第1成膜処理用のスパッタ電圧が印加される(ステップS14)。
Furthermore, in the
また、スパッタ用電源12sの電流計164から供給されるスパッタ電流値に基づいて、例えば、図14、図15の例のように反応性ガスの供給量の制御(第1成膜処理用の供給量制御)が開始される(ステップS15)。
Further, based on the sputtering current value supplied from the
この段階では、処理空間Vsにはスパッタガスと酸素の反応性ガスとが供給されており、プラズマアシストがされている状態で、プラズマ雰囲気中のスパッタガスのイオン(アルゴンイオン)でターゲット8がスパッタされる。そして、処理空間Vsで、反応性スパッタリングが進行し、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理が行われる(ステップS101)。
At this stage, a sputtering gas and a reactive gas of oxygen are supplied to the processing space Vs, and the
ステップS14の処理が行われてから、所定の膜厚(例えば、10nm)の酸化アルミニウム膜が形成される予め定められた時間が経過すると、例えば、図14、図15の例のように高周波電源153sから高周波アンテナ151に第2成膜処理用の高周波電力が供給されて高周波電流が流されるとともに、スパッタ用電源12sからベース板11に第2成膜処理用のスパッタ電圧が印加される(ステップS16)。
When a predetermined time for forming an aluminum oxide film having a predetermined film thickness (for example, 10 nm) elapses after the process of step S14, for example, a high-frequency power source as in the examples of FIGS. A high-frequency power for the second film formation process is supplied from 153 s to the high-
また、スパッタ用電源12sの電流計164から供給されるスパッタ電流値に基づいて、例えば、図14、図15の例のように反応性ガスの供給量の制御(第2成膜処理用の供給量制御)が開始される(ステップS17)。
Further, based on the sputtering current value supplied from the
そして、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、第1成膜処理により基板9上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理が行われる(ステップS102)。
Then, a second formation film is further formed on the aluminum oxide film formed on the
ステップS16の処理が行われてから所定の膜厚(例えば、30nm〜100nm)の酸化アルミニウム膜が形成される予め定められた時間が経過すると、スパッタ用電源12sがスパッタ電圧の印加を停止するとともに、高周波電源153sが高周波電力の供給を停止する(ステップS18)。
When a predetermined time for forming an aluminum oxide film having a predetermined film thickness (for example, 30 nm to 100 nm) elapses after the processing of step S16, the sputtering
ガス供給部50sは、処理空間Vsへの酸素の反応性ガスの供給を停止し(ステップS19)、ゲート160が解放されて、基板9が配設されたキャリア90が、搬送部180によって成膜チャンバー130から搬出される(ステップS20)。
The
なお、上記の実施形態に係る成膜ユニット1においては、1個の成膜チャンバー130内に複数のスパッタソース10が配置される構成としたが、各スパッタソースを個別のチャンバーに収容するとともに、真空経路を介して各チャンバーを接続する構成としてもよい。この場合、真空経路を介して接続された複数のチャンバー各々の内部空間が、1個の処理空間を形成することになる。
In the
また、上記の実施形態に係る成膜装置100のチャンバー構成は上記に例示されたものに限らない。例えば、成膜装置には、さらなる処理チャンバーが追加されてもよいし、例えば、加熱チャンバー120と冷却チャンバー140とのうちの少なくとも一方が省略されてもよい。
Further, the chamber configuration of the
また、各スパッタソース10の構成も上記に例示したものに限らない。例えば、各スパッタソース10に配置する高周波アンテナ151の個数は、2個である必要はなく、膜付けの対象物である基板9のサイズ、ターゲット8のサイズ等に応じて適宜選択することができる。また、スパッタガスは、必ずしもアルゴンである必要はなく、例えばキセノン(Xe)ガスであってもよい。
Further, the configuration of each
また、本発明に係る膜形成方法は、上述したとおり、太陽電池シリコン基板のパッシベーション膜(特に、p型シリコン基板の裏面パッシベーション膜や、n型シリコン基板の表面p型ドープ層のパッシベーション膜)の生成に好適であるが、本発明に係る膜形成方法は、それ以外の各種の膜の生成に適用することができる。例えば、各種のバリア膜、有機ELディスプレイの封止膜、太陽電池の封止膜等の生成に適用することができる。 In addition, as described above, the film forming method according to the present invention includes a passivation film for a solar cell silicon substrate (particularly, a back surface passivation film for a p-type silicon substrate and a passivation film for a surface p-type doped layer on an n-type silicon substrate). Although suitable for production, the film formation method according to the present invention can be applied to the production of various other films. For example, it can be applied to the production of various barrier films, sealing films for organic EL displays, sealing films for solar cells, and the like.
以上のような本実施形態に係る成膜ユニット1および変形例に係る成膜ユニット1sの何れによっても、スパッタ電圧がスパッタ電源により定電圧制御されるとともに、遷移状態で反応性スパッタが行われるように、反応性ガスが、スパッタ電流値に基づいて供給量を制御されつつ、成膜中に供給される。スパッタ電圧が定電圧制御される場合には、ターゲット8の表面の酸化度が高い程、すなわち反応性ガス量が多いほど、スパッタ電流値は大きくなるとともに、形成される酸化アルミニウム膜の酸化度も高くなる。従って、酸化アルミニウム膜の酸化度を、遷移状態で反応性スパッタが行われるときの酸化度に安定させることができる。また、酸化アルミニウム膜が形成されていない基板9上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、第1成膜処理の後に、第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、基板9上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理とが行われるので、一定の成膜速度で成膜する場合に比べて、酸化アルミニウムの成膜速度を上げることが出来る。すなわち、酸化アルミニウムを、酸化度を安定させつつ高い成膜速度で成膜できる。また、第1成膜処理により形成された酸化アルミニウム膜上に保護膜として窒化膜を形成する構成を採用すれば、保護膜を簡単に形成できるが、CVD装置が必要になる。成膜ユニット1および成膜ユニット1sでは、第1成膜処理により形成された酸化アルミニウム膜上に、さらに第2成膜処理によって酸化アルミニウム膜を保護膜として形成するので、CVD装置が不要となり、装置構成が簡略化される。
In any of the
また、以上のような本実施形態に係る成膜ユニット1および変形例に係る成膜ユニット1sの何れによっても、第2成膜処理において、第1成膜処理における成膜速度よりも速い、複数の成膜速度で成膜される。これにより、第2成膜処理において、酸化アルミニウム膜の膜厚に応じて、徐々に成膜速度が速くなるプラズマ発生条件、すなわち、徐々に基板9に与えるダメージが大きくなるプラズマ発生条件を採用できる。従って、第1成膜処理において形成された酸化アルミニウム膜に与えるダメージを小さくしつつ、当該酸化アルミニウム膜上に当該酸化アルミニウム膜を保護する酸化アルミニウム膜を第2成膜処理によってさらに形成することができる。
In addition, in any of the
また、以上のような本実施形態に係る成膜ユニット1および変形例に係る成膜ユニット1sの何れによっても、複数のプラズマ発生条件のそれぞれに対応する各目標電流値は、複数のプラズマ発生条件のそれぞれにおいて遷移状態で反応性スパッタが行われるときの各スパッタ電流値に設定されている。そして、基板9に対向するターゲット8を設けたマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が、順次に各目標電流値になるように、処理空間におけるスパッタガスと酸素の反応性ガスとの混合雰囲気中へ、反応性ガスがその供給量を制御されつつ供給される。これにより、プラズマ発生条件に拘わらず、すなわち成膜速度に拘わらず、遷移モードでの反応性スパッタリングが可能となる。
In addition, in any of the
また、以上のような本実施形態に係る成膜ユニット1および変形例に係る成膜ユニット1sの何れによっても、第2成膜処理において複数の成膜速度で成膜がなされる。複数の成膜速度のうち第2番目以降に適用される成膜速度での成膜処理においてのみ、基板9に対向するターゲット8に印加されるスパッタ電圧の絶対値が、以前の成膜処理において基板9に対向するターゲット8に印加されるスパッタ電圧の絶対値よりも増加するように設定される。スパッタ電圧の絶対値が増加すると、スパッタ電圧の周波数、スパッタ電圧の正電圧への反転時間、および高周波電力の何れを増加する場合に比べても、通常、成膜速度が上がる。これにより、形成された酸化アルミニウム膜に与えるダメージの急激な増大を抑制することができる。
In addition, the
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 Although the invention has been shown and described in detail, the above description is illustrative in all aspects and not restrictive. Therefore, embodiments of the present invention can be modified or omitted as appropriate within the scope of the invention.
1,1s 成膜ユニット(膜形成装置)
10 スパッタソース
11 ベース板
12,12s スパッタ用電源
13 磁石
14 アノード
15 誘導結合型プラズマ発生部
151 高周波アンテナ
153,153s 高周波電源
16 吐出口
20 チムニー
40 ヒータ
50,50s ガス供給部
51 スパッタガス供給部
52 反応性ガス供給部
8 ターゲット
9 基板
90 キャリア
100 成膜装置
130 成膜チャンバー
170 高真空排気系
180 搬送部
190,190s 制御部
L 搬送経路(処理経路)
V,Vs 処理空間
1,1s film forming unit (film forming equipment)
DESCRIPTION OF
V, Vs processing space
Claims (10)
基板が晒されているスパッタガスと酸素の反応性ガスとの混合雰囲気下において、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナに高周波電力を供給して高周波誘導結合プラズマを発生させるとともに、静磁場を形成するマグネトロンカソードに設けられたアルミニウムターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧をスパッタ電源の定電圧制御により印加して当該静磁場によりマグネトロンプラズマを発生させて当該アルミニウムターゲットをスパッタし、当該アルミニウムターゲットに対向する前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する成膜ステップと、
前記成膜ステップ中に、前記反応性ガスを前記混合雰囲気中に供給するガス供給ステップと、
を備え、
前記ガス供給ステップは、
遷移状態で反応性スパッタが行われるように、前記基板に対向するアルミニウムターゲットを設けたマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて前記成膜ステップ中に供給量を制御しつつ前記反応性ガスを供給するステップであり、
前記成膜ステップは、
高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとの少なくとも一方の発生条件が相互に異なる複数のプラズマ発生条件下で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとが発生するように、前記混合雰囲気下の高周波アンテナへの高周波電力の供給と前記基板に対向するアルミニウムターゲットへのスパッタ電圧の印加とを行うことによって、
酸化アルミニウム膜が形成されていない前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、
前記第1成膜処理の後に、前記第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、前記基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理と、
を行うステップである、膜形成方法。 A film forming method of forming an aluminum oxide film on a substrate by reactive sputtering,
In a mixed atmosphere of sputtering gas and oxygen reactive gas to which the substrate is exposed, high-frequency inductively coupled plasma is generated by supplying high-frequency power to a high-frequency antenna composed of a conductor having less than one turn, and a static magnetic field is generated. Sputtering voltage including negative voltage is applied to the aluminum target provided on the magnetron cathode to be formed by constant voltage control of the sputtering power source to generate magnetron plasma by the static magnetic field to sputter the aluminum target and face the aluminum target A film forming step of forming an aluminum oxide film on the substrate;
A gas supply step of supplying the reactive gas into the mixed atmosphere during the film forming step;
With
The gas supply step includes
The reactive gas is supplied while controlling the supply amount during the film forming step based on the sputtering current value flowing through the magnetron cathode provided with the aluminum target facing the substrate so that reactive sputtering is performed in the transition state. Is a step to
The film forming step includes
The high frequency power to the high frequency antenna in the mixed atmosphere is generated so that the high frequency inductively coupled plasma and the magnetron plasma are generated under a plurality of plasma generating conditions in which at least one of the high frequency inductively coupled plasma and the magnetron plasma is different from each other. And applying a sputtering voltage to the aluminum target facing the substrate,
A first film forming process for forming an aluminum oxide film on the substrate on which the aluminum oxide film is not formed;
After the first film forming process, an aluminum oxide film is further formed on the aluminum oxide film formed on the substrate at at least one film forming speed higher than the film forming speed in the first film forming process. 2 film formation process;
A film forming method, which is a step of performing.
前記少なくとも1つの成膜速度は、段階的または連続的に増加する複数の成膜速度である、膜形成方法。 The film forming method according to claim 1,
The film forming method, wherein the at least one film forming speed is a plurality of film forming speeds that increase stepwise or continuously.
前記ガス供給ステップは、
前記基板に対向するアルミニウムターゲットを設けたマグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値が、順次に各目標電流値になるように、前記混合雰囲気中への前記反応性ガスの供給量を制御するステップであり、
前記各目標電流値は、前記複数のプラズマ発生条件のそれぞれにおいて遷移状態で反応性スパッタが行われるときの各スパッタ電流値である、膜形成方法。 The film forming method according to claim 1 or 2,
The gas supply step includes
A step of controlling the supply amount of the reactive gas into the mixed atmosphere so that the sputtering current value flowing through the magnetron cathode provided with the aluminum target facing the substrate sequentially reaches each target current value,
Each of the target current values is a sputtering current value when reactive sputtering is performed in a transition state under each of the plurality of plasma generation conditions.
前記第2成膜処理は、
前記第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも負電圧値が高いスパッタ電圧を前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理である、膜形成方法。 A film forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein
The second film forming process
A film forming method, which is a process of applying a sputtering voltage having a negative voltage value higher than a sputtering voltage in the first film forming process to an aluminum target facing the substrate.
前記第1成膜処理におけるスパッタ電圧は、負電圧または負電圧と正電圧とからなる直流パルスであり、
前記第2成膜処理は、
前記第1成膜処理におけるスパッタ電圧よりも周波数が高いスパッタ電圧を前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理である、膜形成方法。 A film forming method according to any one of claims 1 to 4, wherein
The sputtering voltage in the first film forming process is a negative voltage or a direct current pulse composed of a negative voltage and a positive voltage,
The second film forming process
A film forming method, which is a process of applying a sputtering voltage having a frequency higher than a sputtering voltage in the first film forming process to an aluminum target facing the substrate.
前記第1成膜処理は、負電圧、または負電圧と正電圧とからなる直流パルスをスパッタ電圧として前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理であり、
前記第2成膜処理は、前記第1成膜処理よりもパルス周期における正電圧の印加時間の割合が高い、負電圧と正電圧とからなる直流パルスをスパッタ電圧として前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加する処理である、膜形成方法。 A film forming method according to any one of claims 1 to 5, comprising:
The first film forming process is a process of applying a negative voltage or a direct current pulse composed of a negative voltage and a positive voltage to the aluminum target facing the substrate as a sputtering voltage,
In the second film forming process, an aluminum target facing the substrate with a DC pulse consisting of a negative voltage and a positive voltage as a sputtering voltage, which has a higher rate of positive voltage application time in the pulse period than the first film forming process. A film forming method, which is a process applied to the film.
前記第2成膜処理は、
前記第1成膜処理において供給される高周波電力よりも大きい高周波電力を前記基板が晒されている前記混合雰囲気下の高周波アンテナに供給する処理である、膜形成方法。 A film forming method according to any one of claims 1 to 6, comprising:
The second film forming process
A film forming method, which is a process of supplying a high frequency power larger than the high frequency power supplied in the first film forming process to the high frequency antenna in the mixed atmosphere to which the substrate is exposed.
前記少なくとも1つの成膜速度は、段階的または連続的に増加する複数の成膜速度であり、
前記第2成膜処理は、
前記複数の成膜速度のうち第2番目以降に適用される成膜速度に対してのみ、前記基板に対向するアルミニウムターゲットに印加するスパッタ電圧の絶対値を増加させることによりプラズマ発生条件を変更する処理である、膜形成方法。 A film forming method according to any one of claims 1 to 7,
The at least one deposition rate is a plurality of deposition rates that increase stepwise or continuously,
The second film forming process
The plasma generation condition is changed by increasing the absolute value of the sputtering voltage applied to the aluminum target facing the substrate only for the second and subsequent film forming speeds of the plurality of film forming speeds. A film forming method which is a treatment.
アルミニウムターゲットを備えて複数の処理空間にそれぞれ設けられ、静磁場を形成する各マグネトロンカソードと、
前記複数の処理空間にそれぞれ設けられ、巻数が一周未満の導体からなる各高周波アンテナと、
前記複数の処理空間のそれぞれにスパッタガスと酸素の反応性ガスとを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部による前記複数の処理空間への前記反応性ガスの供給量を制御するガス供給量制御部と、
前記複数の処理空間の各アルミニウムターゲットに順次に対向する処理経路に沿って基板を搬送する搬送部と、
前記複数の処理空間に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記複数の処理空間の各高周波アンテナに高周波電力を供給する各高周波電源と、
前記複数の処理空間の各マグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記複数の処理空間にマグネトロンプラズマが発生するように、前記各アルミニウムターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を定電圧制御により印加する各スパッタ電源と、
を備え、
前記複数の処理空間の相互間で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が異なるように前記各高周波電源と前記各スパッタ電源とが前記各高周波アンテナへの高周波電力の供給と前記各アルミニウムターゲットへのスパッタ電圧の印加とを行うとともに、前記複数の処理空間において遷移状態で反応性スパッタが行われるように前記ガス供給量制御部が前記各マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて前記複数の処理空間への前記反応性ガスの供給量を制御している状態で、前記各アルミニウムターゲットをスパッタすることによって、
酸化アルミニウム膜が形成されていない前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、
前記第1成膜処理の後に、前記第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、前記基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理と、を行う、膜形成装置。 A film forming apparatus for forming an aluminum oxide film on a substrate by reactive sputtering,
Each magnetron cathode provided with an aluminum target and provided in each of a plurality of processing spaces to form a static magnetic field;
Each high-frequency antenna provided in each of the plurality of processing spaces and made of a conductor having a number of turns of less than one turn,
A gas supply unit configured to supply a sputtering gas and a reactive gas of oxygen to each of the plurality of processing spaces;
A gas supply amount control unit for controlling the supply amount of the reactive gas to the plurality of processing spaces by the gas supply unit;
A transport unit that transports a substrate along a processing path that sequentially faces each aluminum target of the plurality of processing spaces;
Each high-frequency power source that supplies high-frequency power to each high-frequency antenna in the plurality of processing spaces so that high-frequency inductively coupled plasma is generated in the plurality of processing spaces
Each sputtering power source for applying a sputtering voltage including a negative voltage to each aluminum target by constant voltage control so that magnetron plasma is generated in the plurality of processing spaces by a static magnetic field formed by each magnetron cathode of the plurality of processing spaces. When,
With
Each high frequency power source and each sputter power source supply high frequency power to each high frequency antenna so that at least one of the generation conditions of high frequency inductively coupled plasma and magnetron plasma differs between the plurality of processing spaces. Applying a sputtering voltage to each of the aluminum targets, and the gas supply amount control unit based on a sputtering current value flowing to each of the magnetron cathodes so that reactive sputtering is performed in a transition state in the plurality of processing spaces. In the state where the supply amount of the reactive gas to the plurality of processing spaces is controlled, by sputtering each aluminum target,
A first film forming process for forming an aluminum oxide film on the substrate on which the aluminum oxide film is not formed;
After the first film forming process, an aluminum oxide film is further formed on the aluminum oxide film formed on the substrate at at least one film forming speed higher than the film forming speed in the first film forming process. 2. A film forming apparatus that performs a film forming process.
アルミニウムターゲットを備えて処理空間に設けられ、静磁場を形成するマグネトロンカソードと、
前記処理空間に設けられ、巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナと、
前記処理空間にスパッタガスと酸素の反応性ガスとを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部による前記処理空間への前記反応性ガスの供給量を制御するガス供給量制御部と、
前記処理空間に高周波誘導結合プラズマが発生するように、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記高周波電源が供給する高周波電力を制御する高周波電力制御部と、
前記マグネトロンカソードが形成する静磁場によって前記処理空間にマグネトロンプラズマが発生するように、前記アルミニウムターゲットに負電圧を含むスパッタ電圧を定電圧制御により印加するスパッタ電源と、
前記スパッタ電源が印加するスパッタ電圧を制御するスパッタ電圧制御部と、
を備え、
高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとのうち少なくとも一方の発生条件が相互に時間的に異なる複数のプラズマ発生条件下で高周波誘導結合プラズマとマグネトロンプラズマとが発生するように、前記高周波電力制御部と前記スパッタ電圧制御部とが前記高周波アンテナに供給される高周波電力と前記マグネトロンカソードに印加されるスパッタ電圧とを制御するとともに、遷移状態で反応性スパッタが行われるように前記ガス供給量制御部が前記マグネトロンカソードに流れるスパッタ電流値に基づいて前記処理空間に供給される前記反応性ガスの供給量を制御している状態で、前記アルミニウムターゲットをスパッタすることによって、
酸化アルミニウム膜が形成されていない前記基板上に酸化アルミニウム膜を形成する第1成膜処理と、
前記第1成膜処理の後に、前記第1成膜処理における成膜速度よりも速い少なくとも1つの成膜速度で、前記基板上に形成された酸化アルミニウム膜上にさらに酸化アルミニウム膜を形成する第2成膜処理と、を行う、膜形成装置。 A film forming apparatus for forming an aluminum oxide film on a substrate by reactive sputtering,
A magnetron cathode provided with an aluminum target in a processing space and forming a static magnetic field;
A high-frequency antenna provided in the processing space and comprising a conductor having a number of turns of less than one turn;
A gas supply unit for supplying a sputtering gas and a reactive gas of oxygen to the processing space;
A gas supply amount control unit for controlling a supply amount of the reactive gas to the processing space by the gas supply unit;
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the high frequency antenna so that high frequency inductively coupled plasma is generated in the processing space;
A high frequency power control unit for controlling high frequency power supplied by the high frequency power source;
A sputtering power source for applying a sputtering voltage including a negative voltage to the aluminum target by constant voltage control so that a magnetron plasma is generated in the processing space by a static magnetic field formed by the magnetron cathode;
A sputtering voltage controller for controlling a sputtering voltage applied by the sputtering power source;
With
The high-frequency inductively coupled plasma and the magnetron plasma are generated under a plurality of plasma generation conditions in which at least one of the high-frequency inductively coupled plasma and the magnetron plasma is temporally different from each other. The sputtering voltage control unit controls the high frequency power supplied to the high frequency antenna and the sputtering voltage applied to the magnetron cathode, and the gas supply amount control unit performs the reactive sputtering in a transition state. Sputtering the aluminum target while controlling the supply amount of the reactive gas supplied to the processing space based on the value of the sputtering current flowing through the magnetron cathode,
A first film forming process for forming an aluminum oxide film on the substrate on which the aluminum oxide film is not formed;
After the first film forming process, an aluminum oxide film is further formed on the aluminum oxide film formed on the substrate at at least one film forming speed higher than the film forming speed in the first film forming process. 2. A film forming apparatus that performs a film forming process.
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