[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2013221176A - Method and apparatus for manufacturing thin film - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing thin film Download PDF

Info

Publication number
JP2013221176A
JP2013221176A JP2012093448A JP2012093448A JP2013221176A JP 2013221176 A JP2013221176 A JP 2013221176A JP 2012093448 A JP2012093448 A JP 2012093448A JP 2012093448 A JP2012093448 A JP 2012093448A JP 2013221176 A JP2013221176 A JP 2013221176A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
substrate
tray
film formation
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012093448A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromoto Kitagawa
博基 北川
Akira Okuda
晃 奥田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2012093448A priority Critical patent/JP2013221176A/en
Publication of JP2013221176A publication Critical patent/JP2013221176A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To deposit a film without increasing a substrate temperature even when deposition is performed through several deposition steps.SOLUTION: By performing a first deposition in a state where a conveyance tray 601 is set to a ground potential, an annealing temperature for improving a lifetime is secured and the conveyance tray 601 is insulated from a facility ground, and by performing a second deposition at a discharge power higher than that in the first deposition, a desired film thickness can be achieved without increasing a substrate temperature too much. This can reduce standby time for the deposition and prevent delamination of a film even when the deposition is performed through several deposition steps.

Description

本発明は、スパッタリングにより基板上に成膜する薄膜製造方法および薄膜製造装置に関するものである。   The present invention relates to a thin film manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus for forming a film on a substrate by sputtering.

真空プロセスによる薄膜製造方法は、半導体、太陽電池、テレビディスプレイ、光学素子などの色々な分野で利用されている。薄膜製造方法には、電子ビーム蒸着法、熱蒸着法、CVD法、スパッタリング法などがある。中でも、スパッタリング法は、その簡便さ、成膜速度の高速性などから広く用いられている。   A thin film manufacturing method using a vacuum process is used in various fields such as semiconductors, solar cells, television displays, and optical elements. Thin film manufacturing methods include electron beam evaporation, thermal evaporation, CVD, and sputtering. Among these, the sputtering method is widely used because of its simplicity and high film formation speed.

スパッタリング法は、誘電体や窒化膜などの絶縁性物質でも、高速かつ低温で成膜できるという点で優れた手法であり、半導体デバイスの表面保護膜の製造などにおいて実用化されている。   The sputtering method is an excellent technique in that an insulating material such as a dielectric or a nitride film can be formed at a high speed and a low temperature, and has been put into practical use in the production of a surface protective film of a semiconductor device.

また、スパッタリング法に用いられるスパッタリング装置は、装置筐体に固定されたターゲットの対向部における基板の搬送方法により、いくつかの成膜方式に分類される。例えば、ターゲットの対向部において、搬送トレイに乗せた基板を一方向に移動させる通過方式、ターゲットの前方で基板を回転させる回転方式、ターゲットの前方に基板を一枚のみ設置してスパッタリングする枚葉式などがある。   Sputtering apparatuses used for the sputtering method are classified into several film formation methods depending on the method of transporting the substrate in the facing portion of the target fixed to the apparatus housing. For example, in a facing part of the target, a passing method in which the substrate placed on the transfer tray is moved in one direction, a rotating method in which the substrate is rotated in front of the target, and a single wafer on which only one substrate is installed in front of the target to perform sputtering There are expressions.

2m四方のガラス基板のような大型基板を成膜する場合や、小型基板の一括成膜を行う場合、生産タクトが優れている通過方式で成膜処理されるのが一般的である。例えば、一括性膜としては、150mm四方の太陽電池セル基板を100枚程度一括して成膜する場合がある。   When a large substrate such as a 2 m square glass substrate is formed, or when a small substrate is collectively formed, a film formation process is generally performed by a passing method with excellent production tact. For example, as the collective film, there are cases where about 100 solar cell substrates of 150 mm square are collectively formed.

通過方式のスパッタリング装置を用いて所定の膜厚で膜を堆積させるためには、スパッタリングする際の成膜条件を決定する必要がある。通過方式の場合の主な成膜条件としては、放電出力、基板の搬送速度、成膜圧力などがある。通過方式の成膜では、スパッタリング時の放電電力が一定の場合に成膜レートがトレイ搬送速度に反比例する傾向が強いため、成膜時のトレイ搬送速度を調整することで、熱やプラズマ照射による基板ダメージを考慮した膜厚の制御が容易である。   In order to deposit a film with a predetermined film thickness using a passing-type sputtering apparatus, it is necessary to determine film forming conditions for sputtering. Main film forming conditions in the case of the passing method include discharge output, substrate transfer speed, film forming pressure, and the like. In the pass-type film formation, when the discharge power during sputtering is constant, the film formation rate tends to be inversely proportional to the tray transfer speed. Therefore, by adjusting the tray transfer speed during film formation, The film thickness can be easily controlled in consideration of substrate damage.

また、成膜対象となる基板を搬送する搬送トレイと設備アースとの電位関係も重要な成膜条件となる。例えば、搬送トレイと設備アースが接続されて同電位である場合は、スパッタリング中に発生する熱電子が搬送トレイに衝突しやすくなるため、搬送トレイに乗せられた基板の温度が高くなりやすい。一方、搬送トレイと設備アースが絶縁されている場合は、搬送トレイに熱電子が衝突しにくくなるため、搬送トレイに乗せられた基板の温度は上昇しにくい。   In addition, the potential relationship between the transport tray for transporting the substrate to be deposited and the equipment ground is also an important deposition condition. For example, when the transport tray and the equipment ground are connected and have the same potential, the thermoelectrons generated during the sputtering tend to collide with the transport tray, and the temperature of the substrate placed on the transport tray tends to increase. On the other hand, when the transfer tray and the equipment ground are insulated, the thermoelectrons hardly collide with the transfer tray, so that the temperature of the substrate placed on the transfer tray is unlikely to rise.

電子デバイスの特性を一定レベル確保するためには、成膜時の膜厚の管理が重要な要素の一つである。そのため、所望の膜厚を得るために、成膜時の膜厚を管理しながら、次の基板の成膜条件を決定して成膜する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to ensure a certain level of the characteristics of the electronic device, management of the film thickness during film formation is one of the important factors. Therefore, in order to obtain a desired film thickness, there has been proposed a method of forming a film by determining the film formation conditions of the next substrate while managing the film thickness at the time of film formation (see, for example, Patent Document 1). .

図8は、従来の薄膜製造方法を説明する概念図であり、特許文献1に記載された従来の薄膜製造に用いる装置構成を示す図である。従来の薄膜製造方法は、第1の真空容器1において基板5に対して複数回の成膜処理を行う。この薄膜製造方法では、成膜処理の都度、同一の成膜装置内に設けられる第2の真空容器7にて、n回目の成膜後の基板5の膜厚、およびn+1回目の成膜後の基板5の膜厚を、膜厚測定手段9により測定する。そして、これらの結果から、n+2回目の成膜条件を調整し、調整された成膜条件に基づいてn+2回目の成膜を行う。   FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining a conventional thin film manufacturing method, and is a diagram showing an apparatus configuration used in the conventional thin film manufacturing described in Patent Document 1. In the conventional thin film manufacturing method, the film formation process is performed a plurality of times on the substrate 5 in the first vacuum vessel 1. In this thin film manufacturing method, the film thickness of the substrate 5 after the nth film formation and the n + 1th film formation are performed in the second vacuum container 7 provided in the same film forming apparatus every time the film formation process is performed. The film thickness of the substrate 5 is measured by the film thickness measuring means 9. Then, from these results, the n + 2th film formation condition is adjusted, and the n + 2th film formation is performed based on the adjusted film formation condition.

特開平10−088348号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-088348

しかしながら、前記従来の薄膜製造方法による窒化膜の成膜方法では、基板5の温度上昇の抑制を抑えるために、複数回に分けて窒化膜を成膜する必要がある。そのため、成膜処理と成膜処理の間に、各窒化膜の界面に窒化膜以外の薄膜が形成され、条件によっては窒化膜内での剥離が発生するという問題点がある。   However, in the conventional method for forming a nitride film by the thin film manufacturing method, it is necessary to form the nitride film in a plurality of times in order to suppress the temperature rise of the substrate 5. Therefore, a thin film other than the nitride film is formed at the interface between the nitride films between the film formation process, and there is a problem in that peeling occurs in the nitride film depending on conditions.

また、複数回に分けて成膜する場合、基板温度が上昇しないように1回の成膜ごとに十分な基板冷却時間を設けると、各層の表面に表面酸化膜等の窒化膜とは異なる膜質の層が形成されることがあり、条件によっては界面での剥離が発生するという問題点がある。   In addition, when the film is formed in a plurality of times, if a sufficient substrate cooling time is provided for each film formation so that the substrate temperature does not increase, the surface quality of each layer is different from that of a nitride film such as a surface oxide film. This layer may be formed, and depending on the conditions, there is a problem that peeling at the interface occurs.

上記問題点を解決するために、本発明の薄膜製造方法および薄膜製造装置は、温度を上げすぎることなく所定の膜厚を成膜することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, the thin film manufacturing method and the thin film manufacturing apparatus of the present invention aim to form a predetermined film thickness without excessively raising the temperature.

上記目的を達成するために、本発明の薄膜製造方法は、ターゲットと対向する位置を搬送トレイに搭載した基板を複数回通過させて、スパッタリングにより前記基板上に成膜する薄膜製造方法であって、前記搬送トレイを設備アースと接続した状態で、第1の放電電力で前記基板上に成膜を行う1回目の成膜工程と、前記搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で、前記第1の放電電力よりも電力の高い第2の放電電力で前記1回目の成膜工程で成膜された膜の上に成膜を行う2回目の成膜工程と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a thin film manufacturing method of the present invention is a thin film manufacturing method in which a substrate mounted on a transport tray is passed a plurality of times at a position facing a target, and a film is formed on the substrate by sputtering. A first film forming step of forming a film on the substrate with a first discharge power in a state where the transfer tray is connected to the equipment ground; and a state where the transfer tray is insulated from the equipment ground. And a second film formation step of forming a film on the film formed in the first film formation step with a second discharge power having a power higher than that of the first discharge power.

また、上記目的を達成するために、本発明の薄膜製造装置は、複数回のスパッタリングにより基板上に膜を成膜する薄膜製造装置であって、ターゲットと、前記ターゲットと対向する位置に設けられるレールと、前記基板を載置した状態で前記レール上を往復する搬送トレイと、前記搬送トレイを設備アースと接続または絶縁させるトレイ−キャリア導通トグルと、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the thin film manufacturing apparatus of the present invention is a thin film manufacturing apparatus that forms a film on a substrate by sputtering a plurality of times, and is provided at a position facing the target and the target. It has a rail, a transport tray that reciprocates on the rail in a state where the substrate is placed, and a tray-carrier conduction toggle that connects or insulates the transport tray with equipment ground.

以上のように、本発明の薄膜製造方法および薄膜製造装置は、温度を上げすぎることなく所望の膜厚の膜を成膜することができる。   As described above, the thin film manufacturing method and thin film manufacturing apparatus of the present invention can form a film with a desired film thickness without excessively raising the temperature.

本発明の実施の形態における薄膜製造装置の構成を示す概念図The conceptual diagram which shows the structure of the thin film manufacturing apparatus in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における薄膜製造方法を説明するフローチャートFlowchart for explaining a thin film manufacturing method in an embodiment of the present invention トレイ−キャリア導通トグルが接続状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図The conceptual diagram explaining the structure of the thin film manufacturing apparatus with which a tray-carrier conduction toggle is a connection state トレイ−キャリア導通トグルが絶縁状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図The conceptual diagram explaining the structure of the thin film manufacturing apparatus whose tray-carrier conduction | electrical_connection toggle is an insulation state 本発明の実施の形態において4回成膜した場合の薄膜の積層状態を例示する図The figure which illustrates the lamination | stacking state of the thin film at the time of forming into a film 4 times in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における放電電力と成膜時の温度との関係を表す図The figure showing the relationship between the discharge electric power in the embodiment of this invention, and the temperature at the time of film-forming 本発明の実施の形態における放電電力と成膜時の温度およびライフタイム比率の変化との関係を表す図The figure showing the relationship between the discharge electric power in the embodiment of this invention, the temperature at the time of film-forming, and the change of a lifetime ratio 従来の薄膜製造方法を説明する概念図Conceptual diagram explaining a conventional thin film manufacturing method

以下、本発明の実施の形態について、図1〜図7を参照しながら説明する。以下の説明において、同じ構成要素には同じ符号を付けて、適宜、説明を省略する。
まず、図1を用いて本発明の実施の形態における薄膜製造装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態における薄膜製造装置の構成を示す概念図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
First, a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施の形態において製造する薄膜の一例としては、太陽電池基板に成膜される薄膜がある。太陽電池基板に成膜される薄膜としては、例えば、アモルファスシリコンが成膜された基板上に成膜され、80〜100nm程度の表面保護層および反射防止層の役割を持つ窒化膜がある。太陽電池基板は、スパッタリングの最中に、基板温度をある程度上昇させてアニールを行うことで、デバイス特性を向上できるデバイスの一例である。また、アモルファスシリコンは、150〜250℃程度でアニールすると、太陽電池特性に寄与するライフタイムが回復することが一般的に知られている。   As an example of the thin film manufactured in the embodiment of the present invention, there is a thin film formed on a solar cell substrate. As a thin film formed on the solar cell substrate, for example, there is a nitride film which is formed on a substrate on which amorphous silicon is formed and has a role of a surface protective layer and an antireflection layer of about 80 to 100 nm. A solar cell substrate is an example of a device that can improve device characteristics by performing annealing while raising the substrate temperature to some extent during sputtering. In addition, it is generally known that when amorphous silicon is annealed at about 150 to 250 ° C., the lifetime that contributes to the solar cell characteristics is recovered.

本実施の形態の薄膜製造装置は、窒化膜を成膜する場合、図1に示すように、搬送トレイ601と設備アースを同電位にすることで、熱電子により基板温度を上昇させた状態で、搬送トレイ601に載置された基板701をアニールしながら成膜することを特徴とする。   In the thin film manufacturing apparatus of this embodiment, when forming a nitride film, as shown in FIG. 1, the transport tray 601 and the equipment ground are set to the same potential, and the substrate temperature is increased by thermionic electrons. The substrate 701 placed on the transfer tray 601 is formed while being annealed.

本実施の形態の薄膜製造装置の一例は、図1に示すように、通過式のスパッタリング装置である。通過式のスパッタリング装置において、1回の通過で全ての成膜を行うと、熱電子の衝突により基板の温度が上がりすぎる場合がある。そのため、本実施の形態では、基板の搬送速度を速めることで基板の温度上昇を回避しながら、複数回に分けて成膜を実施することにより、所定の膜厚の薄膜を成膜する。   An example of the thin film manufacturing apparatus of the present embodiment is a passing type sputtering apparatus as shown in FIG. In a pass-through sputtering apparatus, if all the films are formed in one pass, the temperature of the substrate may be excessively increased due to the collision of thermoelectrons. Therefore, in this embodiment, a thin film having a predetermined thickness is formed by performing film formation in a plurality of times while increasing the substrate conveyance speed to avoid an increase in the temperature of the substrate.

ここで、本実施の形態における薄膜製造装置について、アモルファスシリコンが成膜された150mm角のシリコンの基板701に、太陽電池として標準的な膜厚80〜100nmの窒化膜をスパッタリングにより成膜する場合を例として説明する。   Here, in the thin film manufacturing apparatus according to this embodiment, a nitride film having a standard thickness of 80 to 100 nm as a solar cell is formed on a 150 mm square silicon substrate 701 on which amorphous silicon is formed by sputtering. Will be described as an example.

図1に示すように、本実施の形態における薄膜製造装置は、成膜用真空チャンバー201内に、ターゲット301が固着された電極1001が固定されており、ターゲット301の対向部を搬送トレイ601が移動できるように成膜側搬送レール411が設けられている。搬送キャリア1201には、搬送トレイ601と搬送トレイ601に載置された基板701が載せられている。基板投入側搬送レール401あるいは成膜側搬送レール411の上で、搬送キャリア1201を移動させることで図1に示すZ方向に行き帰りさせ、基板701をターゲット301に対して移動させる。搬送キャリア1201は、成膜側搬送レール411の上に接しており、設備アースと同電位になっている。成膜用真空チャンバー201には、図示していないが、真空排気手段、ガス導入手段が設けられ、成膜用真空チャンバー201内の圧力や真空度を調整できるように構成されている。ターゲット301は、例えば、シリコンターゲットである。   As shown in FIG. 1, in the thin film manufacturing apparatus according to the present embodiment, an electrode 1001 to which a target 301 is fixed is fixed in a vacuum chamber 201 for film formation. A film forming side transfer rail 411 is provided so as to be movable. A carrier tray 601 and a substrate 701 placed on the carrier tray 601 are placed on the carrier carrier 1201. By moving the transfer carrier 1201 on the substrate loading side transfer rail 401 or the film formation side transfer rail 411, the substrate 701 is moved relative to the target 301 by moving back in the Z direction shown in FIG. The transfer carrier 1201 is in contact with the film formation side transfer rail 411 and has the same potential as the equipment ground. Although not shown, the film forming vacuum chamber 201 is provided with a vacuum exhaust unit and a gas introducing unit so that the pressure and the degree of vacuum in the film forming vacuum chamber 201 can be adjusted. The target 301 is, for example, a silicon target.

基板投入取出用真空チャンバー101には、投入取出用ゲートバルブ551が備え付けられており、投入取出用ゲートバルブ551を通して、基板701と搬送トレイ601を搬送キャリア1201にセットし、搬送キャリア1201を基板投入側搬送レール401に乗せる構成である。また、基板投入取出用チャンバー101には、図示していないが、真空排気手段が設けられている。   The substrate loading / unloading vacuum chamber 101 is provided with a loading / unloading gate valve 551. The substrate 701 and the transport tray 601 are set on the transporting carrier 1201 through the loading / unloading gate valve 551, and the transporting carrier 1201 is loaded into the substrate. It is the structure put on the side conveyance rail 401. FIG. Although not shown, the substrate loading / unloading chamber 101 is provided with a vacuum exhaust means.

基板投入取出用真空チャンバー101と成膜用真空チャンバー201との間は、ゲートバルブ501により連結されている。基板投入取出用真空チャンバー101に投入された基板701と搬送トレイ601とを乗せた搬送キャリア1201は、基板投入側搬送レール401に載せられ、成膜用真空チャンバー201へ搬送される。ゲートバルブ501を開放すると、基板701と搬送トレイ601を乗せた搬送キャリア1201は、基板投入側搬送レール401から成膜側搬送レール411に乗り移ることができる。   A gate valve 501 is connected between the substrate loading / unloading vacuum chamber 101 and the film forming vacuum chamber 201. A carrier carrier 1201 on which the substrate 701 and the carrier tray 601 placed in the substrate loading / unloading vacuum chamber 101 are placed is placed on the substrate loading side transportation rail 401 and is transported to the film forming vacuum chamber 201. When the gate valve 501 is opened, the transfer carrier 1201 on which the substrate 701 and the transfer tray 601 are placed can be transferred from the substrate loading side transfer rail 401 to the film formation side transfer rail 411.

搬送キャリア1201が、成膜側搬送レール411上を搬送されて図1に図示された「行き」方向の終端に行き着くと、トレイ−キャリア導通トグル1301が、トグル切替用シャフト1401に接触し、トレイ−キャリア導通トグル1301が非接続側に傾き、搬送トレイ601は設備アースと絶縁状態になる。   When the transport carrier 1201 is transported on the film-forming-side transport rail 411 and reaches the end in the “bound” direction shown in FIG. 1, the tray-carrier conduction toggle 1301 comes into contact with the toggle switching shaft 1401, and the tray -The carrier conduction toggle 1301 is inclined to the non-connection side, and the transport tray 601 is insulated from the equipment ground.

また、基板投入側搬送レール401と成膜側搬送レール411は、図示していないが、それぞれのレールに接続された電動モータを、正回転または逆回転させることで、図1に図示された「行き/帰り」の方向に、搬送キャリア1201を移動させることが可能である。   Further, although the substrate loading side transfer rail 401 and the film forming side transfer rail 411 are not shown, the electric motors connected to the respective rails are rotated in the normal direction or the reverse direction, thereby being illustrated in FIG. It is possible to move the transport carrier 1201 in the direction of “go / return”.

また、図1において、電極1001には、直流電圧、交流電圧または高周波電圧が、電源1101から供給される。演算装置901へ所定の放電電力値を設定すると、電源1101へ放電電力が設定され、所定の電力において成膜が実施される。演算装置901には、搬送キャリア1201の位置や進行方向に応じた放電電力を放電レシピとして複数設定できるので、図1における行き方向と帰り方向とで、放電電力の切替が可能になる。   In FIG. 1, a DC voltage, an AC voltage, or a high-frequency voltage is supplied from the power source 1101 to the electrode 1001. When a predetermined discharge power value is set in the arithmetic device 901, the discharge power is set in the power source 1101, and film formation is performed with the predetermined power. Since a plurality of discharge powers corresponding to the position and traveling direction of the carrier carrier 1201 can be set in the arithmetic device 901 as discharge recipes, the discharge power can be switched between the going direction and the returning direction in FIG.

搬送キャリア1201と搬送トレイ601は、搬送トレイ601上に設けたれたトレイ−キャリア導通トグル1301により、接続できる機構になっている。トレイ−キャリア導通トグル1301を接続側に傾けると、搬送キャリア1201と搬送トレイ601とは同電位になり、搬送キャリア1201を介して搬送トレイ601は設備アースと同電位になる。反対に、トレイ−キャリア導通トグル1301を絶縁側に傾けると、搬送キャリア1201と搬送トレイ601は絶縁状態になり、搬送キャリア1201を介して搬送トレイ601は設備アースと絶縁状態になる。成膜用真空チャンバー201の行き側および帰り側の両端部には、それぞれトグル切替用シャフト1401が設けられている。   The transport carrier 1201 and the transport tray 601 are connected by a tray-carrier conduction toggle 1301 provided on the transport tray 601. When the tray-carrier conduction toggle 1301 is tilted to the connection side, the transport carrier 1201 and the transport tray 601 have the same potential, and the transport tray 601 has the same potential as the equipment ground via the transport carrier 1201. On the other hand, when the tray-carrier conduction toggle 1301 is tilted to the insulation side, the transport carrier 1201 and the transport tray 601 are insulated, and the transport tray 601 is insulated from the equipment ground via the transport carrier 1201. Toggle switching shafts 1401 are provided at both ends of the film-forming vacuum chamber 201 on the outgoing side and the return side, respectively.

本実施の形態における薄膜製造装置は、搬送キャリア1201が両端に到達した際に、トレイ−キャリア導通トグル1301の切替が行われる構成である。この構成により、チャンバー内で真空の状態で、搬送トレイ601と設備アースとの電位を、接続状態(同電位)から絶縁に切り替えることができる。なお、帰り側端部のトグル切替用シャフト1401を設けない構成とし、搬送トレイ601と設備アースとを接続する際に、別途の手段を用いても良い。   The thin film manufacturing apparatus according to the present embodiment has a configuration in which the tray-carrier conduction toggle 1301 is switched when the transport carrier 1201 reaches both ends. With this configuration, the potential between the transfer tray 601 and the equipment ground can be switched from the connected state (the same potential) to insulation in a vacuum state in the chamber. In addition, it is set as the structure which does not provide the toggle switching shaft 1401 of a return side edge part, and when connecting the conveyance tray 601 and equipment earth | ground, another means may be used.

次に、図3、図4を用いて、トレイ−キャリア導通トグル1301の接続状態と絶縁状態を説明する。
図3は、トレイ−キャリア導通トグルが接続状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図である。図3は、トレイ−キャリア導通トグル1301が接続側に傾くことで搬送キャリア1201と搬送トレイ601とが同電位になり、搬送キャリア1201を介して搬送トレイ601が設備アースと同電位となっている状態を示す模式図である。図4は、トレイ−キャリア導通トグルが絶縁状態である薄膜製造装置の構成を説明する概念図である。
Next, the connection state and insulation state of the tray-carrier conduction toggle 1301 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the configuration of the thin film manufacturing apparatus in which the tray-carrier conduction toggle is in a connected state. In FIG. 3, the transport carrier 1201 and the transport tray 601 are at the same potential as the tray-carrier conduction toggle 1301 is inclined to the connection side, and the transport tray 601 is at the same potential as the equipment ground via the transport carrier 1201. It is a schematic diagram which shows a state. FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a thin film manufacturing apparatus in which the tray-carrier conduction toggle is in an insulated state.

図3、図4に示すように、搬送キャリア1201に固着された絶縁パッド611の上には、搬送トレイ601が乗せられている。トレイ−キャリア導通トグル1301を接続側に傾けると、導電ピン1311が搬送キャリア1201に接触し、搬送トレイ601と搬送キャリア1201が接続される。搬送キャリア1201は、行き/帰りの移動時には、設備アースと接続した基板投入側搬送レール401あるいは成膜側搬送レール411に接続したレール搬送用車輪421と接触している。そのため、搬送キャリア1201の電位は、設備アースと同電位となる。すなわち、搬送キャリア1201を介して、搬送トレイ601、基板701は、設備アースと同電位になる。   As shown in FIGS. 3 and 4, a transport tray 601 is placed on the insulating pad 611 fixed to the transport carrier 1201. When the tray-carrier conduction toggle 1301 is tilted to the connection side, the conductive pins 1311 come into contact with the transport carrier 1201 and the transport tray 601 and the transport carrier 1201 are connected. The transfer carrier 1201 is in contact with the substrate transfer-side transfer rail 401 connected to the equipment ground or the rail transfer wheel 421 connected to the film formation-side transfer rail 411 at the time of going / returning movement. Therefore, the potential of the transport carrier 1201 is the same as the equipment ground. That is, the transport tray 601 and the substrate 701 are at the same potential as the equipment ground via the transport carrier 1201.

搬送キャリア1201が行きの方向に搬送されて、図4に示すように、成膜側レール411の行き側終端に到達すると、トグル切替用シャフト1401とトレイ−キャリア導通トグル1301が接触し、トレイ−キャリア導通トグル1301が絶縁側に傾き、導電ピン1311が搬送キャリア1201から離れる。このとき、搬送トレイ601と基板701は、絶縁パッド611により搬送キャリア1201と絶縁されるので、設備アースとは絶縁状態になる。   As shown in FIG. 4, when the transport carrier 1201 is transported in the direction of arrival and reaches the end of the film formation side rail 411, the toggle switching shaft 1401 and the tray-carrier conduction toggle 1301 come into contact with each other. The carrier conduction toggle 1301 is inclined to the insulating side, and the conductive pin 1311 is separated from the transport carrier 1201. At this time, since the transfer tray 601 and the substrate 701 are insulated from the transfer carrier 1201 by the insulating pads 611, they are insulated from the equipment ground.

搬送キャリア1201が帰りの方向に搬送されて、図3に示すように、基板投入側搬送レール401の帰り側終端に達すると、トレイ−キャリア導通トグル1301は、トグル切替用シャフト1401と接触し、搬送トレイ601と搬送キャリア1201が接続される。   When the transport carrier 1201 is transported in the return direction and reaches the return end of the substrate loading side transport rail 401 as shown in FIG. 3, the tray-carrier conduction toggle 1301 comes into contact with the toggle switching shaft 1401, The transport tray 601 and the transport carrier 1201 are connected.

搬送キャリア1201が行き側終端に到達した後に帰り側終端に到達すると、次に処理される基板701に入れ替えて、その基板701に対して前述と同様の成膜を行う。
なお、ここで、帰り側への搬送の際に、帰り側終端に到達する前に搬送キャリア1201を停止させることにより、絶縁状態を維持したままで、同一の基板701に繰り返し成膜を行うことも可能である。
When the transport carrier 1201 reaches the return side end after reaching the destination end, the substrate is replaced with the substrate 701 to be processed next, and the same film formation as described above is performed on the substrate 701.
Here, when the transfer is performed on the return side, the transfer carrier 1201 is stopped before reaching the end of the return side, so that the film is repeatedly formed on the same substrate 701 while maintaining the insulating state. Is also possible.

本実施の形態において、トレイ−キャリア導通トグル1301による搬送トレイ601と搬送キャリア1201との接続または絶縁の切替手段は、高価な可動ケーブルや電磁弁などの電子機器を利用せずに、搬送キャリア1201が搬送される際の慣性力を利用して切替える切替手段である。ただし、搬送トレイ601を、設備アースと接続または絶縁させる手段は、この構成に限定されるものではない。   In this embodiment, the connection or insulation switching means between the transport tray 601 and the transport carrier 1201 by the tray-carrier conduction toggle 1301 does not use an expensive movable cable or an electronic device such as an electromagnetic valve, and the transport carrier 1201. Is a switching means that switches using the inertial force when the is conveyed. However, the means for connecting or insulating the transport tray 601 to the equipment ground is not limited to this configuration.

以上のように構成された薄膜製造装置を用いた薄膜製造方法の一例を、図2のフローチャートを用いて説明する。このとき、図2のフローチャートにおける薄膜製造方法について、図1、図5、図6および図7を適宜用いて説明する。   An example of a thin film manufacturing method using the thin film manufacturing apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. At this time, the thin film manufacturing method in the flowchart of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 1, 5, 6 and 7 as appropriate.

なお、以下の説明では反応性スパッタリングを例に説明するが、本実施の形態は、その他のスパッタリングに用いることも可能である。
図2は、本実施の形態の薄膜製造方法を説明するフローチャートである。図5は、本実施の形態の薄膜の積層状態を例示する図である。図6は、本実施の形態における放電電力と成膜時の温度との関係を表す図である。図7は、本実施の形態における放電電力と成膜時の温度およびライフタイム比率の変化との関係を表す図である。
In the following description, reactive sputtering will be described as an example, but this embodiment can also be used for other sputtering.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the thin film manufacturing method of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating the stacked state of the thin film of this embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the discharge power and the temperature during film formation in this embodiment. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the discharge power and the change in temperature and lifetime ratio during film formation in the present embodiment.

まず、薄膜製造時に反応性ガスを用いる反応性スパッタリングの一般的な流れを説明する。図1において、基板投入取出用真空チャンバー101に、基板701と搬送トレイ601とを搬送キャリア1201に載せた状態で搬送し、投入取出用ゲートバルブ551を閉じて、基板投入取出用真空チャンバー101内が所定の真空圧になるように、図示しない真空排気手段により排気する。排気後の所定の真空圧は、要求される膜質にもよるが、例えば1×10−4Pa以上かつ5×10−3Pa以下である。 First, a general flow of reactive sputtering using a reactive gas at the time of manufacturing a thin film will be described. In FIG. 1, the substrate 701 and the transfer tray 601 are transferred to the substrate loading / unloading vacuum chamber 101 while being placed on the transfer carrier 1201, the loading / unloading gate valve 551 is closed, and the substrate loading / unloading vacuum chamber 101 is closed. Is evacuated by a vacuum evacuation means (not shown) so that the pressure becomes a predetermined vacuum pressure. The predetermined vacuum pressure after evacuation depends on the required film quality, but is, for example, 1 × 10 −4 Pa or more and 5 × 10 −3 Pa or less.

基板投入取出用真空チャンバー101が所定の真空圧に達した後、ゲートバルブ501を開き、搬送トレイ1201を成膜用真空チャンバー201に投入し、ゲートバルブ501を閉じる。その後、成膜用真空チャンバー201内が所望の成膜圧力になるように、図示しない真空排気手段およびガス導入手段を用いて、スパッタリング用ガスと反応性ガスを成膜用真空チャンバー201内に導入し、成膜用真空チャンバー201内の真空度を調整する。成膜用真空チャンバー内の真空度は、例えば0.6Pa以上かつ1.0Pa以下である。スパッタリング用ガスは、例えばAr(アルゴン)が用いられる。導入する反応性ガスとしては、例えば、基板701に窒化膜を形成する場合は窒素を用い、基板701に酸化膜を形成する場合は酸素を用いる。   After the substrate loading / unloading vacuum chamber 101 reaches a predetermined vacuum pressure, the gate valve 501 is opened, the transfer tray 1201 is loaded into the film forming vacuum chamber 201, and the gate valve 501 is closed. Thereafter, a sputtering gas and a reactive gas are introduced into the film forming vacuum chamber 201 by using a vacuum exhaust unit and a gas introducing unit (not shown) so that the film forming vacuum chamber 201 has a desired film forming pressure. Then, the degree of vacuum in the film forming vacuum chamber 201 is adjusted. The degree of vacuum in the film forming vacuum chamber is, for example, 0.6 Pa or more and 1.0 Pa or less. For example, Ar (argon) is used as the sputtering gas. As the reactive gas to be introduced, for example, nitrogen is used when forming a nitride film on the substrate 701, and oxygen is used when forming an oxide film on the substrate 701.

成膜用真空チャンバー201内にスパッタリング用ガスと反応性ガスが導入されると共に所定の真空度に到達した後、電源1101に設定された放電電力を電極1001に投入し、基板701の成膜領域をターゲット301と対向させた状態で、搬送トレイ601を図1の「行き」方向に移動させることで、基板701に所定の膜が成膜される。ここでは、放電電力が印加されたターゲット301と対向する位置を通過する回数を、成膜された回数として数える。   After the sputtering gas and the reactive gas are introduced into the film forming vacuum chamber 201 and reach a predetermined degree of vacuum, the discharge power set in the power source 1101 is input to the electrode 1001 to form a film forming region of the substrate 701. A predetermined film is formed on the substrate 701 by moving the transfer tray 601 in the “bound” direction of FIG. Here, the number of times of passing through the position facing the target 301 to which the discharge power is applied is counted as the number of times of film formation.

ここで、基板701に、100nmの表面保護膜および反射防止膜である窒化膜を成膜する場合の成膜動作を例として、説明する。基板701は、例えば、厚さ300μmかつ150mm四方のシリコン基板に、10nmのアモルファスシリコンを成膜した太陽電池基板である。また、シリコン基板、アモルファスシリコンや窒化膜の寸法および膜厚は、一例である。   Here, a film forming operation in the case where a 100 nm surface protective film and a nitride film which is an antireflection film are formed on the substrate 701 will be described as an example. The substrate 701 is, for example, a solar cell substrate in which an amorphous silicon film of 10 nm is formed on a silicon substrate having a thickness of 300 μm and 150 mm square. Further, the dimensions and film thicknesses of the silicon substrate, amorphous silicon, and nitride film are examples.

まず、1回目の成膜をする前に、1回目の成膜での放電電力W1を決定するための第1予備実験を行った。1回目の成膜では、基板701の表面(シリコン基板に成膜されたアモルファスシリコンの表面)に熱ダメージ(基板ダメージ)を与えずにアニールを行うために、200℃前後の加熱を行う必要がある。基板701の表面に基板ダメージを与えない条件を見出すために、搬送トレイ601を設備アースと同電位にした状態で、複数の放電電力にて第1予備実験を行った。第1予備実験では、放電電力30kWを最大電力として、搬送速度7mm/sの状態において、基板ダメージの有無と成膜時の基板温度を測定した。ここで、最大電力を放電電力30kWとした理由は、この電力が、別途実験において確認したシリコンターゲットの割れが懸念される電力であったためである。予備実験の実験結果を、図6に示す。なお、放電電力W1は、第1の放電電力である。   First, before the first film formation, a first preliminary experiment was performed to determine the discharge power W1 in the first film formation. In the first film formation, in order to perform annealing without causing thermal damage (substrate damage) on the surface of the substrate 701 (the surface of amorphous silicon formed on the silicon substrate), it is necessary to perform heating at around 200 ° C. is there. In order to find a condition that does not cause substrate damage to the surface of the substrate 701, a first preliminary experiment was performed with a plurality of discharge powers with the transfer tray 601 at the same potential as the equipment ground. In the first preliminary experiment, the discharge power of 30 kW was set as the maximum power, and the presence or absence of substrate damage and the substrate temperature during film formation were measured at a transfer speed of 7 mm / s. Here, the reason why the maximum power is set to the discharge power of 30 kW is that this power is a power for which cracking of the silicon target, which was confirmed in another experiment, is concerned. The experimental results of the preliminary experiment are shown in FIG. The discharge power W1 is the first discharge power.

図6に示すように、放電電力が10kW以上では、基板701に異常放電跡が確認され、基板ダメージがあったことが分かった。これは、基板701の窒化膜が絶縁膜であるため、放電電力が高くなると成膜初期に窒化膜の絶縁耐圧以上の電圧が印加され、絶縁膜の絶縁が破れて異常放電が発生したためであると推定される。したがって、基板701に異常放電が発生しなかった(基板ダメージが発生しなかった)5kW以下の放電時にのみ、基板701の温度測定を行った。図6の結果より、基板701に異常放電が発生しない放電電力は5kW以下であり、成膜時の基板温度が200℃前後となる放電電力は3kWであることが分かった。放電電力が5kWの場合、1回目の成膜で得られた膜厚は20nmであり、放電電力が3kWの場合、1回目の成膜で得られた膜厚は12nmであった。   As shown in FIG. 6, when the discharge power was 10 kW or more, an abnormal discharge trace was confirmed on the substrate 701, and it was found that the substrate was damaged. This is because, since the nitride film of the substrate 701 is an insulating film, when the discharge power increases, a voltage higher than the dielectric breakdown voltage of the nitride film is applied at the initial stage of film formation, and the insulation of the insulating film is broken and abnormal discharge occurs. It is estimated to be. Therefore, the temperature of the substrate 701 was measured only at the time of discharge of 5 kW or less where no abnormal discharge occurred on the substrate 701 (no substrate damage occurred). From the results of FIG. 6, it was found that the discharge power at which no abnormal discharge occurs on the substrate 701 is 5 kW or less, and the discharge power at which the substrate temperature during film formation is around 200 ° C. is 3 kW. When the discharge power was 5 kW, the film thickness obtained by the first film formation was 20 nm, and when the discharge power was 3 kW, the film thickness obtained by the first film formation was 12 nm.

この第1予備実験の結果に基づく本実施の形態の薄膜製造方法の一例を、図2のフローチャートを用いて説明する。
始めに、トレイ−キャリア導通トグル1301を予め接続側に傾けておいた状態で、搬送キャリア1201と搬送トレイ601を同電位にすることで、搬送キャリア1201を介して搬送トレイ601と設備アースを同電位にする(ステップS1)。
An example of the thin film manufacturing method of the present embodiment based on the result of the first preliminary experiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, with the tray-carrier conduction toggle 1301 tilted in advance to the connection side, the transport carrier 1201 and the transport tray 601 are set to the same potential, so that the transport tray 601 and the equipment ground are connected to each other via the transport carrier 1201. The potential is set (step S1).

ステップS1終了後、基板投入取出用真空チャンバー101内の搬送キャリア1201上の搬送トレイ601に基板701を載せ、投入取出用ゲートバルブ551を閉じる(ステップS2)。   After step S1, the substrate 701 is placed on the transport tray 601 on the transport carrier 1201 in the substrate loading / unloading vacuum chamber 101, and the loading / unloading gate valve 551 is closed (step S2).

ステップS2終了後、ゲートバルブ501を開き、基板701と搬送トレイ601を載せた搬送キャリア1201を成膜用真空チャンバー201に投入し、ゲートバルブ501を閉じる。その後、成膜用真空チャンバー201内を所定の成膜圧力の一例である0.9Paに調整した状態で、放電電力W1にて1回目の成膜工程として1回目の成膜を行う(ステップS3)。   After step S2, the gate valve 501 is opened, the carrier carrier 1201 on which the substrate 701 and the carrier tray 601 are placed is put into the film forming vacuum chamber 201, and the gate valve 501 is closed. Thereafter, in the state in which the inside of the film forming vacuum chamber 201 is adjusted to 0.9 Pa, which is an example of a predetermined film forming pressure, the first film forming is performed with the discharge power W1 as the first film forming process (step S3). ).

ここで、1回目の放電電力W1は、予備実験の実験結果に基づいて、成膜時の異常放電により基板ダメージが発生しないように、5kW以下とした。
成膜中に発生しているプラズマからは、熱電子が放出される。この熱電子は、1個あたり約10000℃であり、負の電位を帯びている。そのため、この負の電位と比較して正の電位となる設備アース側に熱電子が引き寄せられ、設備アースと熱電子とが衝突することで、設備アースと同電位にある物体の温度が上昇する。搬送トレイ601と基板701が設備アースと同電位にある場合、熱電子の衝突が頻繁に起こるため、基板701の温度が上昇し、成膜の際にアニールを行うことができる。
Here, the first discharge power W1 is set to 5 kW or less so that the substrate damage is not caused by the abnormal discharge during the film formation based on the experimental result of the preliminary experiment.
Thermoelectrons are emitted from the plasma generated during film formation. Each thermoelectron is about 10000 ° C. and has a negative potential. For this reason, thermoelectrons are attracted to the equipment ground side, which has a positive potential compared to the negative potential, and the equipment ground and the thermoelectrons collide, so that the temperature of an object at the same potential as the equipment ground rises. . When the transfer tray 601 and the substrate 701 are at the same potential as the equipment ground, thermal electron collisions frequently occur, so that the temperature of the substrate 701 rises and annealing can be performed during film formation.

ステップS3終了後、成膜用真空チャンバー201の内部で、搬送キャリア1201が成膜側搬送レール411の終端(行き側終端)に行き着くと、トレイ−キャリア導通トグル1301がトグル切替用シャフト1401に接触し、非接続側にトレイ−キャリア導通トグル1301が傾くことで、搬送キャリア1201と搬送トレイ601を絶縁させる。その結果、搬送キャリア1201を介して、搬送トレイ601と設備アースを絶縁することができる(ステップS4)。   After step S3, when the transport carrier 1201 reaches the end of the film-formation-side transport rail 411 (end-of-travel end) in the film-forming vacuum chamber 201, the tray-carrier conduction toggle 1301 contacts the toggle switching shaft 1401. Then, the tray-carrier conduction toggle 1301 is inclined to the non-connection side, so that the transport carrier 1201 and the transport tray 601 are insulated. As a result, the transport tray 601 and the equipment ground can be insulated via the transport carrier 1201 (step S4).

本実施の形態では、1回目(行き)の成膜終了後は、数10nm程度の窒化膜が基板701上に成膜されており、この窒化膜の上に2回目(帰り)の成膜を行うことにより、表面保護と反射防止を目的として、80nm程度の窒化膜を成膜する。ここで、1回目に成膜した窒化膜の界面に、窒化膜とは異なる膜質の薄膜(例えば、酸化膜)を堆積させるのは望ましくない。なぜなら、例えば酸化膜が窒化膜の界面に形成された場合、界面での接合力が弱くなり、窒化膜の剥離が懸念されるためである。   In this embodiment, after completion of the first (bound) film formation, a nitride film of about several tens of nanometers is formed on the substrate 701, and the second (return) film formation is performed on this nitride film. By doing so, a nitride film of about 80 nm is formed for the purpose of surface protection and antireflection. Here, it is not desirable to deposit a thin film (for example, an oxide film) having a film quality different from that of the nitride film at the interface of the nitride film formed for the first time. This is because, for example, when an oxide film is formed at the interface of the nitride film, the bonding force at the interface is weakened, and there is a concern about peeling of the nitride film.

そこで、本実施の形態では、1回目(行き)の成膜終了後1分以内に、放電電力W2にて2回目の成膜工程として2回目(帰り)の成膜を行っている(ステップS5)。
2回目の成膜は、1回目の成膜終了後、成膜用真空チャンバー201の真空度を通常の成膜時の真空度である0.6Pa以上かつ1.0Pa以下の真空状態に保ったまま、開始されることが望ましい。
Therefore, in the present embodiment, the second (return) film formation is performed as the second film formation step with the discharge power W2 within one minute after the completion of the first (outbound) film formation (step S5). ).
In the second film formation, after the first film formation, the vacuum degree of the film formation vacuum chamber 201 was kept at a vacuum state of 0.6 Pa or more and 1.0 Pa or less, which is the degree of vacuum at the time of normal film formation. It is desirable to start.

ここで、1回目の成膜終了後1分以内に2回目の成膜を行っている理由は、成膜終了後1分間放置すると、成膜した表面に、2nm程度以上の自然酸化膜などが形成される場合があるためである。すなわち、1回目の成膜と2回目の成膜との間の待機時間を1分より長く設けると、成膜した表面に自然酸化膜などが形成される場合があるためである。
なお、このとき、搬送トレイ601と設備アースを同電位としていると、1回目の成膜後の基板温度が200℃以下に下がるまでに1分よりも長い待機時間が必要となる。
Here, the reason why the second film formation is performed within 1 minute after the completion of the first film formation is that if the film is left for 1 minute after the film formation, a natural oxide film of about 2 nm or more is formed on the formed surface. This is because it may be formed. That is, if the waiting time between the first film formation and the second film formation is longer than 1 minute, a natural oxide film or the like may be formed on the formed surface.
At this time, if the transport tray 601 and the equipment ground are at the same potential, a standby time longer than 1 minute is required until the substrate temperature after the first film formation is lowered to 200 ° C. or lower.

そこで、本実施の形態では、前述のステップS4により2回目の成膜時に搬送トレイ601と設備アースを絶縁することで、成膜用真空チャンバー201内の熱電子による基板温度の上昇を抑制している。   Therefore, in this embodiment, by increasing the substrate temperature due to thermionic electrons in the film forming vacuum chamber 201 by insulating the transfer tray 601 and the equipment ground during the second film formation in the above-described step S4. Yes.

続いて、2回目の成膜の放電電力W2の最適な電力値を決定するために、1回目の成膜において放電電力5kWで20nmの窒化膜を成膜した基板701に対し、シリコンターゲットの割れが懸念される30kWを上限として、いくつかの放電電力で窒化膜を80nm成膜したときの第2予備実験を行った。この第2予備実験において得られたライフタイムの変化率を、図7に示す。ここで、ライフタイムとは、太陽電池特性である電子および正孔に関するものであり、ライフタイム変化率とは、窒化膜成膜後のライフタイムを、窒化膜成膜前のライフタイムで割算することで算出される値である。   Subsequently, in order to determine the optimum power value of the discharge power W2 for the second film formation, the silicon target is cracked against the substrate 701 on which a 20 nm nitride film is formed at the discharge power of 5 kW in the first film formation. A second preliminary experiment was performed when a nitride film was formed to a thickness of 80 nm with some discharge power, with an upper limit of 30 kW. The change rate of the lifetime obtained in the second preliminary experiment is shown in FIG. Here, the lifetime is related to electrons and holes which are solar cell characteristics, and the lifetime change rate is the lifetime after nitride film formation divided by the lifetime before nitride film formation. It is a value calculated by doing.

図7に示すように、3kWまたは5kWという低電力で成膜した場合に、ライフタイムの変化率は100%未満であるので、成膜前と比較し、成膜後のライフタイムが低下することが確認された。成膜後にライフタイムが低下する理由は、低電力で所定の膜厚まで成膜するためにはトレイ搬送速度を遅くする必要があり、窒化膜を生成するための反応性ガスである窒素が、成膜中に基板表面のアモルファスシリコン膜に大量に打ち込まれたためである。ここで、窒素は、電気のキャリアである正孔を捕獲し、電気特性を低下させる性質がある。   As shown in FIG. 7, when the film is formed at a low power of 3 kW or 5 kW, the change rate of the lifetime is less than 100%, so that the lifetime after the film formation is reduced as compared with that before the film formation. Was confirmed. The reason why the lifetime is reduced after film formation is that it is necessary to slow down the tray conveyance speed in order to form a film with a low power to a predetermined film thickness, and nitrogen, which is a reactive gas for forming a nitride film, This is because a large amount of silicon was implanted into the amorphous silicon film on the substrate surface during the film formation. Here, nitrogen has a property of capturing holes, which are electric carriers, and degrading electric characteristics.

逆に、図7に示すように、放電電力が高くなるにつれて、成膜後のライフタイム変化率が向上していることが確認される。これは、高電力で成膜すると、基板1枚あたりの成膜時間が短くなることに伴って、基板701に対する窒素の打ち込み時間も短くなるので、窒素打ち込みによるライフタイム低下の影響が小さくなるためだと考えられる。したがって、2回目の放電電力W2は、1回目の放電電力W1よりも大きな値を用いて、極力、窒化膜の成膜時間を短くすることが望ましい。   Conversely, as shown in FIG. 7, it is confirmed that the lifetime change rate after the film formation is improved as the discharge power is increased. This is because, when film formation is performed at high power, the time required for nitrogen implantation into the substrate 701 is shortened as the film formation time per substrate is shortened, so that the influence of lifetime reduction due to nitrogen implantation is reduced. It is thought that. Therefore, it is desirable that the second discharge power W2 be larger than the first discharge power W1 to shorten the nitride film formation time as much as possible.

そのため、本実施の形態では、1回目の放電電力は2kW以上かつ5kW以下とし、2回目の放電電力は10kW以上かつ30kW以下とした。具体的には、1回目の搬送速度は、搬送トレイ601を設備アースと同電位とした状態で、異常放電による基板ダメージが発生しない最大放電電力5kWにおいて7mm/sとし、2回目の搬送速度は、搬送トレイ601を設備アースから絶縁した状態で、ターゲット301の割れが懸念される放電電力30kW放電において8.8mm/sとした。   Therefore, in this embodiment, the first discharge power is 2 kW to 5 kW, and the second discharge power is 10 kW to 30 kW. Specifically, the first transport speed is 7 mm / s at a maximum discharge power of 5 kW at which the substrate tray 601 is at the same potential as the equipment ground and the substrate damage due to abnormal discharge does not occur. The second transport speed is In the state where the transfer tray 601 is insulated from the equipment ground, the discharge power of 30 kW at which the target 301 is likely to be cracked is 8.8 mm / s.

2回目の成膜は、1回目の成膜終了後1分以内に開始しているが、図7に示すように、シリコンターゲットの割れが懸念される最大の放電出力30kWの成膜においても、基板温度は150℃程度であり、基板温度が上昇しすぎない状態で窒化膜を成膜することができた。これは、搬送トレイ601が設備アースと絶縁されているために、成膜中のプラズマから放出される熱電子が、搬送トレイ601に引き寄せられず、熱電子と搬送トレイ601の衝突が緩和されている効果であると考えられる。   The second film formation is started within one minute after the first film formation, but as shown in FIG. 7, even in the film formation with the maximum discharge output of 30 kW, where the silicon target may be broken, The substrate temperature was about 150 ° C., and a nitride film could be formed in a state where the substrate temperature did not rise too much. This is because, since the transport tray 601 is insulated from the equipment ground, the thermoelectrons emitted from the plasma during film formation are not attracted to the transport tray 601 and the collision between the thermoelectrons and the transport tray 601 is alleviated. This is considered to be an effect.

2回目の成膜で所定の膜厚の膜が成膜できればここで成膜を終了し、膜厚がさらに必要な場合は、ステップS5終了後、搬送トレイ601が設備アースと絶縁した状態で、放電電力をWとして、3回目の成膜工程として、3回目以降の成膜を実施し、所定の膜厚になるまでこの処理を繰り返す(ステップS6)。   If a film having a predetermined film thickness can be formed in the second film formation, the film formation is ended here. If more film thickness is required, after step S5 is finished, the transfer tray 601 is insulated from the equipment ground, The discharge power is W, and the third and subsequent film formation steps are performed as the third film formation step, and this process is repeated until a predetermined film thickness is obtained (step S6).

なお、3回目以降の成膜を実施する場合は、搬送トレイ601と設備アースを絶縁した状態で成膜を実施する。だが、3回目以降の成膜を実施すると、成膜される膜の界面が増加し、界面での剥離の可能性が高くなるため、可能であれば、成膜は2回が望ましい。   Note that when the film formation is performed for the third time and thereafter, the film formation is performed in a state where the transfer tray 601 and the equipment ground are insulated. However, when the film formation is performed for the third and subsequent times, the interface of the film to be formed increases, and the possibility of peeling at the interface increases. Therefore, if possible, the film formation is preferably performed twice.

ここで、ステップS6においてn回成膜した場合について、図5を用いて説明する。図5は、基板の温度が上昇しすぎないように、5kW放電の成膜をn回に分けて実施し、100nmの窒化膜を形成した場合を示す図である。   Here, the case where the film is formed n times in step S6 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing a case where a 100-nm nitride film is formed by performing film formation of 5 kW discharge in n times so that the temperature of the substrate does not rise too much.

この場合の成膜は、まず、成膜用真空チャンバー201の内部にAr(アルゴン)ガスと窒素ガスをそれぞれ100sccm導入して1Paに調圧した後、基板701を搭載した搬送トレイ601を載置し、電源1101からシリコンのターゲット301に5kW放電となるように電圧を印加する。電源1101からターゲット301に電圧が印加されることで成膜用真空チャンバー201内にプラズマが発生し、基板701が成膜されると共に、熱電子802が生成される。そして、この熱電子802が、搬送トレイ601、基板701、成膜された窒化膜801に衝突することで、基板701の温度が上昇するため、成膜と同時にアニールを行うことが可能になり、太陽電池基板を形成することができる。   In this case, first, Ar (argon) gas and nitrogen gas are each introduced into the film forming vacuum chamber 201 at 100 sccm to adjust the pressure to 1 Pa, and then a transfer tray 601 on which a substrate 701 is mounted is placed. Then, a voltage is applied from the power source 1101 to the silicon target 301 so as to obtain a 5 kW discharge. When a voltage is applied from the power source 1101 to the target 301, plasma is generated in the deposition vacuum chamber 201, a substrate 701 is formed, and thermoelectrons 802 are generated. Then, since the thermoelectrons 802 collide with the transfer tray 601, the substrate 701, and the formed nitride film 801, the temperature of the substrate 701 rises, so that annealing can be performed simultaneously with the film formation. A solar cell substrate can be formed.

なお、本実施の形態は、従来の構成で複数回に分けて成膜した場合に基板温度が上昇しすぎるという問題を解決し、複数回の成膜を200℃前後で行うことを可能とするため、太陽電池基板に窒化膜を成膜する場合に有効である。なお、成膜中に基板温度が上昇しないように搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で成膜した場合は、シリコンターゲットの割れが懸念される30kWでの成膜においても、基板温度は150℃以下であるが、この基板温度でのスパッタ後の太陽電池特性である電子および正孔のライフタイムは、スパッタ前に比べて30%程度であった。これは、太陽電池基板のアニール不足であると予測される。このため、アモルファスシリコン上に窒化膜を成膜する場合は、200℃前後での成膜が望ましいと考えられる。   Note that this embodiment solves the problem that the substrate temperature rises excessively when the film is formed in a plurality of times in the conventional configuration, and the film can be formed a plurality of times at around 200 ° C. Therefore, it is effective when forming a nitride film on the solar cell substrate. In addition, when the film is formed in a state where the transfer tray is insulated from the equipment ground so that the substrate temperature does not increase during the film formation, the substrate temperature is 150 ° C. even in the film formation at 30 kW where the silicon target may be cracked. As described below, the lifetime of electrons and holes, which are the solar cell characteristics after sputtering at this substrate temperature, was about 30% as compared to before sputtering. This is predicted to be insufficient annealing of the solar cell substrate. For this reason, when a nitride film is formed on amorphous silicon, it is considered that film formation at around 200 ° C. is desirable.

また、本実施の形態は、1回の成膜後に、剥離防止のために基板冷却に十分な時間をおくことで酸化膜などが形成され、剥離が生じやすくなるという問題を解決し、酸化膜などが形成されにくい複数回の成膜を可能とするため、太陽電池の長期信頼性の確保を可能とする。なお、基板温度が250℃に達する場合は、基板の成膜間隔の許容時間は、基板1枚あたり合計5分以下とすることが望ましい。   In addition, this embodiment solves the problem that an oxide film or the like is formed by allowing sufficient time for substrate cooling to prevent peeling after one film formation, and the peeling easily occurs. The long-term reliability of the solar cell can be ensured because the film can be formed a plurality of times, which is difficult to form. Note that when the substrate temperature reaches 250 ° C., it is desirable that the allowable time for the deposition interval of the substrates is 5 minutes or less per substrate.

なお、基板が加熱される時間を短くするために、高い放電電力で成膜を行い、成膜時間を短縮する従来の方法があるが、絶縁膜である窒化膜は、放電電力を上げると、窒化膜成膜初期に、異常放電を起こしてしまう。我々の実験では、10kWで成膜した場合は、基板に異常放電跡が見られた。   In addition, in order to shorten the time for which the substrate is heated, there is a conventional method in which film formation is performed with high discharge power and the film formation time is shortened, but when the nitride film as an insulating film increases the discharge power, Abnormal discharge occurs in the initial stage of nitride film formation. In our experiment, when the film was formed at 10 kW, abnormal discharge traces were observed on the substrate.

以上説明した本発明の実施の形態について、まとめて説明する。
本発明の薄膜製造方法では、成膜を複数回に分けて行い、基板上に直接膜を成膜する1回目の成膜においては、搬送トレイ601と設備アースを同電位にした状態で、搬送トレイ601に載置された基板701をターゲット301と対向する位置を通過させることにより成膜を行う。そして、1回目と2回目の待機時間を1分以内にし、既に成膜を行った膜上にさらに成膜する2回目以降の成膜においては、搬送トレイ601と設備アースとを絶縁した状態で、放電電力を1回目の放電電圧より高く設定して成膜を行う。このように、1回目の成膜を搬送トレイ601と設備アースを同電位にすることにより、熱電子により基板温度を上昇させてアニールを行いながら成膜することでライフタイムを向上させると共に、放電電力を低く設定することにより、基板へのダメージを抑制することができる。また、2回目以降の成膜を搬送トレイ601と設備アースを絶縁した状態で放電電力を1回目よりも高く設定することにより、短時間での成膜処理を可能としながら、ライフタイム変化率を向上させることができる。そして、2回目の成膜を絶縁状態で行うことにより基板の温度上昇を抑制することができるので、各回の成膜間の待機時間を短縮することができ、待機時間における各膜間の異なる膜質の膜の生成を抑制し、膜の剥離を抑制することができる。
The embodiments of the present invention described above will be described together.
In the thin film manufacturing method of the present invention, the film formation is performed in a plurality of times, and in the first film formation in which the film is directly formed on the substrate, the transfer tray 601 and the equipment ground are at the same potential. Film formation is performed by passing the substrate 701 placed on the tray 601 through a position facing the target 301. Then, the first and second standby times are set within one minute, and in the second and subsequent film formations on the film that has already been formed, the transfer tray 601 and the equipment ground are insulated. Then, film formation is performed with the discharge power set higher than the first discharge voltage. In this way, the lifetime of the first film formation is improved by increasing the substrate temperature by thermoelectrons and performing annealing by making the transport tray 601 and the equipment ground have the same potential, and discharging. By setting the power low, damage to the substrate can be suppressed. Also, by setting the discharge power higher than the first time in the second and subsequent film formation with the transfer tray 601 and the equipment ground insulated, the lifetime change rate can be reduced while enabling the film forming process in a short time. Can be improved. And since the temperature rise of the substrate can be suppressed by performing the second film formation in an insulating state, the standby time between the respective film formations can be shortened, and the different film qualities between the respective films in the standby time Generation of the film can be suppressed, and peeling of the film can be suppressed.

また、本発明の薄膜製造装置においては、成膜用真空チャンバーの両端にトグル切替用シャフトを設け、搬送トレイに搬送トレイと設備アースとの接続と絶縁を切り換えるトレイ−キャリア導通トグルを設けることにより、上記薄膜製造装置における搬送トレイ601と設備アースとの接続と絶縁とを容易に設定することができる。   In the thin film manufacturing apparatus of the present invention, a toggle switching shaft is provided at both ends of the vacuum chamber for film formation, and a tray-carrier conduction toggle for switching connection and insulation between the transfer tray and the equipment ground is provided on the transfer tray. The connection and insulation between the transfer tray 601 and the equipment ground in the thin film manufacturing apparatus can be easily set.

本発明は、複数回に分けて成膜する場合であっても、膜の剥離を抑制することができ、スパッタリングにより基板上に膜を成膜する薄膜製造方法および薄膜製造装置等に有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can suppress film peeling even when forming a film in a plurality of times, and is useful for a thin film manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus that form a film on a substrate by sputtering. .

1 第1の真空容器
5 基板
7 第2の真空容器
9 成膜測定手段
101 基板投入取出用真空チャンバー
201 成膜用真空チャンバー
301 ターゲット
401 基板投入側搬送レール
411 成膜側搬送レール
421 レール搬送用車輪
501 ゲートバルブ
551 投入取出用ゲートバルブ
601 搬送トレイ
611 絶縁パッド
701 基板
801 窒化膜
802 熱電子
901 演算装置
1001 電極
1101 電源
1201 搬送キャリア
1301 トレイーキャリア導通トグル
1311 導電ピン
1401 トグル切替用シャフト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st vacuum vessel 5 Substrate 7 2nd vacuum vessel 9 Deposition measurement means 101 Substrate loading / unloading vacuum chamber 201 Deposition vacuum chamber 301 Target 401 Substrate loading side conveyance rail 411 Deposition side conveyance rail 421 For rail conveyance Wheel 501 Gate valve 551 Gate valve for loading / unloading 601 Transport tray 611 Insulation pad 701 Substrate 801 Nitride film 802 Thermoelectron 901 Arithmetic device 1001 Electrode 1101 Power supply 1201 Transport carrier 1301 Tray carrier conduction toggle 1311 Conductive pin 1401 Toggle switching shaft

Claims (7)

ターゲットと対向する位置を搬送トレイに搭載した基板を複数回通過させて、スパッタリングにより前記基板上に成膜する薄膜製造方法であって、
前記搬送トレイを設備アースと接続した状態で、第1の放電電力で前記基板上に成膜を行う1回目の成膜工程と、
前記搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で、前記第1の放電電力よりも電力の高い第2の放電電力で前記1回目の成膜工程で成膜された膜の上に成膜を行う2回目の成膜工程と、を有する
ことを特徴とする薄膜製造方法。
A thin film manufacturing method for forming a film on the substrate by sputtering a substrate mounted on a transport tray at a position facing the target a plurality of times,
A first film forming step of forming a film on the substrate with a first discharge power in a state where the transport tray is connected to an equipment ground;
In a state in which the transfer tray is insulated from the equipment ground, film formation is performed on the film formed in the first film formation step with a second discharge power higher than the first discharge power. And a second film formation step.
前記1回目の成膜工程と前記2回目の成膜工程との間に、前記搬送トレイを前記設備アースから絶縁させながら1分以下待機させる
ことを特徴とする請求項1記載の薄膜製造方法。
2. The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein between the first film formation step and the second film formation step, the transfer tray is kept on standby for one minute or less while being insulated from the equipment ground.
前記搬送トレイを設備アースから絶縁した状態で、前記2回目の成膜工程で成膜された膜の上に1または複数回の成膜を行う3回目の成膜工程を有する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜製造方法。
A third film forming step of performing film formation one or more times on the film formed in the second film forming step with the transfer tray insulated from the equipment ground. The thin film manufacturing method according to claim 1 or 2.
前記膜が窒化膜であり、前記第1の放電電力が3kW以上5kW未満であり、前記第2の放電電力が10kWより大きく30kW以下である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の薄膜製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the film is a nitride film, the first discharge power is 3 kW or more and less than 5 kW, and the second discharge power is greater than 10 kW and 30 kW or less. A thin film manufacturing method according to claim 1.
前記設備アースからの前記搬送トレイの絶縁を真空状態で行う
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の薄膜製造方法。
The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the transfer tray is insulated from the equipment ground in a vacuum state.
複数回のスパッタリングにより基板上に膜を成膜する薄膜製造装置であって、
ターゲットと、
前記ターゲットと対向する位置に設けられるレールと、
前記基板を載置した状態で前記レール上を往復する搬送トレイと、
前記搬送トレイを設備アースと接続または絶縁させるトレイ−キャリア導通トグルと、を有する
ことを特徴とする薄膜製造装置。
A thin film manufacturing apparatus for forming a film on a substrate by multiple times of sputtering,
Target,
A rail provided at a position facing the target;
A transfer tray that reciprocates on the rail while the substrate is placed thereon;
A thin-film manufacturing apparatus comprising: a tray-carrier conduction toggle that connects or insulates the transport tray with an equipment ground.
前記レールの一方の端部近傍に配置されて、前記搬送トレイの移動中に前記トレイ−キャリア導通トグルと当接して前記搬送トレイを設備アースから絶縁させる第1のトグル切替用シャフトと、
前記レールの他方の端部近傍に配置されて、前記搬送トレイの移動中に前記トレイ−キャリア導通トグルと当接して前記搬送トレイを設備アースに接続させる第2のトグル切替用シャフトと、を有する
ことを特徴とする請求項6記載の薄膜製造装置。
A first toggle switching shaft disposed in the vicinity of one end of the rail and in contact with the tray-carrier conduction toggle to insulate the transport tray from an equipment ground during movement of the transport tray;
A second toggle switching shaft disposed near the other end of the rail and contacting the tray-carrier conduction toggle to connect the transport tray to equipment ground while the transport tray is moving. The thin film manufacturing apparatus according to claim 6.
JP2012093448A 2012-04-17 2012-04-17 Method and apparatus for manufacturing thin film Pending JP2013221176A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012093448A JP2013221176A (en) 2012-04-17 2012-04-17 Method and apparatus for manufacturing thin film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012093448A JP2013221176A (en) 2012-04-17 2012-04-17 Method and apparatus for manufacturing thin film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013221176A true JP2013221176A (en) 2013-10-28

Family

ID=49592381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012093448A Pending JP2013221176A (en) 2012-04-17 2012-04-17 Method and apparatus for manufacturing thin film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013221176A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015113511A (en) * 2013-12-13 2015-06-22 株式会社東芝 Semiconductor manufacturing apparatus
JP2016149508A (en) * 2015-02-13 2016-08-18 株式会社カネカ Method of manufacturing solar cell
JP2016171108A (en) * 2015-03-11 2016-09-23 株式会社東芝 Semiconductor manufacturing apparatus
US9646908B2 (en) 2015-07-23 2017-05-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
CN112899636A (en) * 2021-01-28 2021-06-04 中国核动力研究设计院 Workpiece frame of large length-diameter ratio pipe vacuum coating machine for reactor and coating machine thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015113511A (en) * 2013-12-13 2015-06-22 株式会社東芝 Semiconductor manufacturing apparatus
JP2016149508A (en) * 2015-02-13 2016-08-18 株式会社カネカ Method of manufacturing solar cell
JP2016171108A (en) * 2015-03-11 2016-09-23 株式会社東芝 Semiconductor manufacturing apparatus
US9646908B2 (en) 2015-07-23 2017-05-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
CN112899636A (en) * 2021-01-28 2021-06-04 中国核动力研究设计院 Workpiece frame of large length-diameter ratio pipe vacuum coating machine for reactor and coating machine thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6076969B2 (en) Pinhole-free dielectric thin film manufacturing
US11139170B2 (en) Apparatus and method for bonding substrates
JP2013221176A (en) Method and apparatus for manufacturing thin film
US20100203242A1 (en) self-cleaning susceptor for solar cell processing
CN107112199B (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US9297067B2 (en) Fluorine passivation of dielectric for superconducting electronics
KR102574313B1 (en) Barrier film deposition and treatment
US9358765B2 (en) Method for coating and bonding substrates
TWI716627B (en) Method for manufacturing bonded SOI wafer
US11410869B1 (en) Electrostatic chuck with differentiated ceramics
JP2012248613A (en) Semiconductor device manufacturing method
KR101299755B1 (en) Sputtering apparatus, thin film forming method and method for manufacturing field effect transistor
KR101224529B1 (en) Heat treatment apparatus
JP6638031B2 (en) Apparatus and method for bonding substrates
US20220216058A1 (en) Low temperature graphene growth
JP5670085B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US9219254B2 (en) Method of forming nanocrystals and method of manufacturing an organic light-emitting display apparatus including a thin film having nanocrystals
KR20140131681A (en) Substrate for power device, method of fabricating thereof and power device including the same
CN116130366A (en) Method for degassing surface of substrate, semiconductor device packaging method and packaging apparatus
JP2023002767A (en) Device and method for bonding substrate
WO2024120628A1 (en) Method of processing a substrate and processing apparatus
WO2020132175A1 (en) Methods of cleaning an oxide layer in a film stack to eliminate arcing during downstream processing
JP2009260041A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and film formation device
WO2014184927A1 (en) Substrate processing system