(57)【要約】【課題】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する。【解決手段】膜形成方法は、スパッタガスと酸素の反応性ガスとの混合雰囲気下で、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、ターゲットに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マグネトロンプラズマを発生させて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、成膜ステップ中に、反応性ガスを供給するガス供給ステップとを備える。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、反応性ガスを供給するステップであり、成膜ステップは、複数のプラズマ発生条件下で、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、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。【選択図】図２
2015056529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、膜形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の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、膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の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、膜形成方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載の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、膜形成方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載の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、膜形成方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１つの請求項に記載の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、膜形成方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１つの請求項に記載の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、膜形成方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか１つの請求項に記載の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、膜形成方法。
【請求項９】
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、膜形成装置。
【請求項１０】
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、膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３９０８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１４９３号公報
【特許文献３】特開平８−２３２０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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ユニットの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の成膜ユニットの概略構成を示す模式図である。
【図３】図２のスパッタソースの概略構成を示す模式図である。
【図４】高周波アンテナの例を示す側面図である。
【図５】プラズマ発生の支援がなされる場合の成膜の過程を説明するための模式図である。
【図６】プラズマ発生の支援の有無による成膜速度の差異を模式的に示す図である。
【図７】酸素量とスパッタ電流値の関係を模式的に示す図である。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】図２の成膜ユニットにて実行される処理の流れを示す図である。
【図１１】基板に対して実行される処理の流れを示す図である。
【図１２】変形例に係る成膜ユニットの概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１２のスパッタソースの概略構成を示す模式図である。
【図１４】変形例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。
【図１５】変形例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。
【図１６】図１２の成膜ユニットにて実行される処理の流れを示す図である。
【図１７】図１２の成膜ユニットにて実行される処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜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。
【００２３】
＜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。
【００２４】
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）。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
＜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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
＜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。
【００６３】
＜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）。
【００６４】
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。
【００６５】
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）。
【００６６】
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）。
【００６７】
＜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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
＜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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
＜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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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）。
【００９２】
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。
【００９３】
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）。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
＜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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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）。
【０１０６】
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）。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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）。
【０１１４】
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）。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
＜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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
＜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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
＜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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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）。
【０１４１】
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）。
【０１４２】
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）。
【０１４３】
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）。
【０１４４】
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）。
【０１４５】
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）。
【０１４６】
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）。
【０１４７】
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）。
【０１４８】
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）。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【符号の説明】
【０１５８】
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
【図１】
2015056529.tif 000003
【図２】
2015056529.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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