(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送回路であって、２本の長さが略等しい同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする平衡伝送回路。
【請求項２】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送回路であって、２本の長さが略等しい同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で他の導体により短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする平衡伝送回路。
【請求項３】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送方法であって、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、前記平衡不平衡変換装置の出力回路から前記電極に設置の電力供給点へ該平衡不平衡変換装置の出力を伝送することを特徴とする平衡伝送法。
【請求項４】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記一対の電極に複数の開口を設置し、該一対の電極のそれぞれの周縁に電力供給点を配置し、かつ、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、前記電力供給系構成部材の平衡不平衡変換装置の出力回路と該一対の電極の電力供給点を接続するという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項５】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記基板を前記一対の電極間の外に配置し、該第１および第２の電極にそれぞれに複数の開口を設置し、かつ、該第１の電極に複数の貫通孔を等間隔に設置し、複数の該貫通孔のそれぞれの近傍に該第１の電極の電力供給点を設置し、該第２の電極の電力供給点を該それぞれの貫通孔に近接する位置に設置し、かつ、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、それぞれの該貫通孔を介して前記電力供給系構成部材の平衡不平衡変換装置の出力回路と該第１および第２の電極の電力供給点を接続するという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項６】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極の電力供給点と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段と、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記電力供給系から前記一対の電極へ電力を供給する電力供給回路の装置構成は、電力の流れの上流側から下流側に沿って、高周波電源、インピーダンス整合器、平衡不平衡変換装置、平衡伝送回路および電力供給点の順序に配置させることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項７】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極の電力供給点と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段と、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記電力供給系から前記一対の電極へ電力を供給する電力供給回路の装置を、電力の流れの上流側から下流側に沿って、高周波電源、インピーダンス整合器、平衡不平衡変換装置、平衡伝送回路および電力供給点の順序に配置させるという構成によりプラズマ表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項８】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、前記平衡不平衡変換装置の出力回路から前記電極に設置の電力供給点へ該平衡不平衡変換装置の出力を伝送し、プラズマ表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置および表面処理方法に関する。本発明は、特に、電子温度が低く、かつ、高密度のプラズマ生成が可能という特徴をもつ超高周波プラズマ、すなわち周波数がＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ）の高周波電力により生成するプラズマによる表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、ＬＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶デイスプレー）用ＴＦＴ（薄膜トランジスター）、アモルファスＳｉ系太陽電池、薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の分野において既に実用化されている。また、ダイヤモンド薄膜および立方晶ボロンナイトライド（Ｃ−ＢＮ）等の超硬質膜製造分野においても実用化が進みつつある。
【０００３】
上記技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質およびコーテイング等多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に関する装置および方法には、大別すると２つの代表的技術がある。
【０００４】
第１の代表的技術は、例えば、特許文献１及び２に記載されているもので、プラズマ発生に非接地電極と接地電極から成る２枚の平行平板電極を一対として用いることを特徴とする。第２の代表的技術は、例えば特許文献３および４に記載されているもので、プラズマ発生にラダー電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。
【０００５】
また、高周波電力供給技術として、平板電極へ位相差１８０度の電力を供給する平衡不平衡変換回路を用いる技術が特許文献５に記載されている。そして、特許文献６には、無線工学分野におけるアンテナと同軸ケーブル間の電力損失防止のための平衡不平衡変換装置が記載されている。
【０００６】
上記文献記載の技術の特徴は概略次の通りである。特許文献１の技術では、非接地電極は、プラズマが生成される空間に対向した表面の周縁上の任意の二点のうちの最も距離の長い二点間の距離が高周波電力の波長の四分の一よりも長い形状で、かつ、電力供給点は均等な位置に複数設定されることを特徴としている。特許文献２の技術は、非接地電極の電力供給点の位置を、プラズマが生成される空間に接する第１の面と該第１の面の裏側である第２の面との境界の側面に位置することを特徴としている。特許文献３の技術は非接地電極の形状が梯子型（ラダー型）であることを特徴としている。特許文献４の技術は電極上のある１つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも１つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化することを特徴としている。特許文献５は、平衡不平衡変換装置の２出力の位相を１８０度異ならしめ、かつ、インピーダンス整合器を介して電極に電力を供給することを特徴としている。特許文献６の技術は、無線工学分野において用いられるアンテナと同軸ケーブル端部との接続部に発生する漏洩電流の防止手段に関し、シュペルトップ型、半波長迂回線路型及びＬＣブリッジ型等の平衡不平衡変換装置を用いることを特徴としている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３２５７５９（第３−９頁、第１−４図）
【特許文献２】特開平２００２−１２９７７（第５−１３頁、第１−６図）
【特許文献３】特開平４−２３６７８１（第２−４頁、第１−４図）
【特許文献４】特開２００１−２５７０９８（第３−８頁、第１−３図）
【特許文献５】実願平１−８８３７９号（第１図）
【特許文献６】特開２００１−５３５１８号（図３８、図３９、図４３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のプラズマ表面処理技術、即ちプラズマ表面処理装置とプラズマ表面処理方法は、ＬＣＤ，ＬＳＩ，電子複写機および太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減および大面積壁掛けＴＶなど性能（仕様）の改善等に関する大面積・均一化および高速処理化のニーズが年々強まっている。
【０００９】
最近では、上記ニーズに対応するため、一つの技術傾向として、産業界のみならず、学会でも特に、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）技術およびプラズマエッチング技術ともに、低電子温度で高密度のプラズマが生成可能という特徴のあるＶＨＦ帯（３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ）の電源を用いたプラズマＣＶＤの大面積化・高速製膜化およびプラズマエッチングの大面積化・高速化に関する先端的研究開発が盛んになっている。しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在している。
【００１０】
（１）第１の課題は、表面処理の高速化（生産性向上）である。製品の品質の確保を前提にして、プラズマ表面処理技術の高速化を図るには、プラズマ発生の電源周波数を、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯域まで高くすることが効果的であるいう考え方が一般的になっている。しかしながら、上記電源周波数をＶＨＦ帯域まで増加させると、膜厚分布が著しく悪くなるという問題が発生する。
【００１１】
その理由としては次のことが考えられる。特許文献１，２及び４に指摘されているように、電源高周波数がＶＨＦ帯域になると、その電波の波長と電力供給系および電極の伝播路の長さが略等しくなり、波の干渉現象（波の進行波と反射波が干渉する）が発生することから、プラズマ密度の空間的な均一性が確保できなくなると考えられる。また、別の理由として、ＶＨＦ特有の現象である表皮効果による電力伝播路でのインピーダンスの増大およびその不均一性に起因するものと考えられる。
【００１２】
また、上記従来のＶＨＦプラズマによる大面積化・均一化を前提にした高速処理化の困難性に関する本質的な原因として、上記特許文献１，２及び４での指摘事項に加えて、次に示す電力供給系の構造上の問題が関係していると考えられる。
【００１３】
従来技術では、給電系の出力回路の構成部材の同軸ケーブルと電極との接続部は、互いに異なる構造の線路が接続された形になっている。即ち、従来技術は、その典型例を図１５ないし図１７に示すように、電極と同軸ケーブルとの接続部において、同軸ケーブルと負荷である電極との伝送特性の違いに起因する漏洩電流が同軸ケーブルの外部導体の端面に発生する。即ち、同軸ケーブルは不平衡型の伝送路であるが、負荷である電極は２本の平行線路（平衡型）に相当する特性を有している。その結果、その接続部では図１５ないし図１７に、それぞれ、図示しているように漏洩電流が発生する。この漏洩電流は、目的とする一対の電極間に生成のプラズマ以外に、不必要な場所に異常放電を発生させ、電力損失という問題を起こすのみならず、プラズマによる基板表面処理の均一化を阻む要因であり、問題である。この漏洩電流に関する現象は電源周波数がＶＨＦ帯域になることにより、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）に比べて問題がより一層、顕著になるものである。
【００１４】
無線工学の知見によれば、特許文献６に記載されているように平衡不平衡変換装置を図１５ないし図１７図示の同軸ケーブルの端部と電極の間に挿入すれば、上記問題要因の漏洩電流を抑制することが可能である。しかしながら、プラズマ表面処理装置の分野では、次に示す理由により応用することが困難であり、これまで成功例は見当たらない。
【００１５】
無線工学の分野で用いられている例えば図１８図示のシュペルトップ型及び図１９図示の半波長迂回線路型の平衡不平衡変換装置をプラズマ表面処理装置に応用する場合、実用化を拒む困難な問題として次の３つがある。第１の問題は、高周波プラズマ表面処理装置に用いられる電力の周波数が、１３．５６ＭＨｚ及び３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの領域であるので、半波長で、１１ｍ（１３．５６ＭＨｚ）及び５ｍ（３０ＭＨｚ）〜１．５ｍ（１００ＭＨｚ）、四分の一波長で、５．５ｍ（１３．５６ＭＨｚ）及び２．５ｍ（３０ＭＨｚ）〜０．７５ｍ（１００ＭＨｚ）と、波長が著しく長いので、それらの平衡不平衡変換装置を真空容器内に設置することは著しく困難である。強引にそれらの平衡不平衡変換装置を真空容器内に設置するとなると、真空容器の寸法が実用性を無視するほど大きくなるという問題が発生する。第２の問題は、プラズマ表面処理装置に用いられる真空容器内部に設置の同軸ケーブルには、その構成部材の誘電体の材料として真空場での不純物の発生を防止する為に高純度のセラミックスが用いられるので、曲がりにくい特性がある。そのため、長尺ものを曲げることにより、設置場所を小さくするという手段は通用しない。第３の問題は、例えば半波長迂回線路型の平衡不平衡変換装置をプラズマ表面処理装置に応用する場合、図１９図示の如く、強烈な異常放電が発生するので、実用性がなく用いられていない。また、ＬＣブリッジ型の平衡不平衡変換装置をプラズマ表面処理装置に応用する場合、図１７図示の如く、一対の電極間以外に強烈な異常放電が発生するので、該電極回りにセラミックス絶縁物を充填するなどの対策が必要となり、大面積基板を対象にする表面処理装置への応用では実用性がない。
【００１６】
したがって、従来のプラズマ表面処理装置の応用分野では、シュペルトップ型、半波長迂回線路型及びＬＣブリッジ型等の平衡不平衡変換装置のプラズマ表面処理装置への応用は、原理的には可能性があるものの、その応用を実現可能とする技術は、まだ開発されていない。
【００１７】
（２）第２の課題は、プラズマ表面処理の大面積・均一化（生産性向上および性能向上）である。一般に、ＬＣＤ分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±５％程度、太陽電池分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±１０％程度が実用化の一つの指標となっている。しかしながら、従来のＶＨＦプラズマ技術により、例えばａ−Ｓｉ膜を製造する場合、再現性の確保を前提条件にすると、基板面積が５０ｃｍｘ５０ｃｍ程度に関しては、±１０〜１５％程度の膜厚分布、１００ｃｍｘ１００ｃｍ程度に関しては、±１５〜２０％程度の膜厚分布になっている。
【００１８】
膜厚分布の不均一性の直接的原因としてはプラズマ密度の不均一性があり、プラズマ密度の不均一性の原因には、上記ＶＨＦ固有の問題である波の干渉現象や表皮効果等に関わる事項及び漏洩電流等に関わる事項に加えて、一対の電極間に設置される基板（太陽電池の場合、厚み４〜６ｍｍのガラス）のプラズマ生成に与える影響が考えられる。すなわち、基板は一般に、誘電体であり、かつ、基板の温度による変形があることから、一対の電極間に生成されるプラズマは基板の影響を受ける。特に、プラズマ生成時の圧力条件が、数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａ（数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ）になると、一対の電極間隔は、１０〜１５ｍｍと狭くなるので、基板の影響は無視できなくなるという問題がある。
【００１９】
（３）更に、第３の課題として、一対の電極間以外で生成されるプラズマが原因の電力損失問題がある。上述のように、従来技術では、目的とする一対の電極間以外にも不必要なプラズマが生成し、それを制御したり、抑制したりすることができないので、不必要の電力を消費している。この電力損失は、単に電力の無駄使いという損失のみならず、プラズマ処理装置の構成部材を過熱して破損させる原因になっている。すなわち、プラズマ処理装置の安定操業を損なう要因になっている。
【００２０】
以上説明したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板、例えばサイズ１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマＣＶＤおよびプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、不可能視されている。即ち、大面積・均一・高速化、電力損失防止等の課題に対応する為、一つの技術トレンドとして、ＶＨＦプラズマ技術が注目され、その実用化応用の開発研究が実施されているが、技術的困難性のため、まだ、１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にした電力損失のないＶＨＦプラズマ利用の高製膜速度・均一な表面処理方法およびその装置の成功例は発表されていない。
【００２１】
言い換えれば、現在、ＶＨＦプラズマ分野が抱える具体的技術課題は、第１に、一対の電極間のみにプラズマを生成させる技術の創出（これが可能となれば、電力損失防止は解決。また、高速・均一化も解決が可能。）、第２に、基板の設置に影響されない技術の創出（これが可能となれば、圧力条件が数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａで電極間隔が基板厚み相当になっても、プラズマ処理が可能。）、第３に、高速化・大面積・均一化技術の創出である。
【００２２】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、無線工学で利用されている平衡伝送線路の形態を、不平衡伝送線路である同軸ケーブルを用いて実現することにより、従来技術では困難視されている、例えば１ｍｘ１ｍ級の大面積基板に対してもＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数を用いて、一対の電極間のみにプラズマを生成させ、かつ、高速かつ均一性に優れたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法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】
【００２３】
上記目的を達成する為に、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送回路であって、２本の長さが略等しい同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
【００２４】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項２記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送回路であって、２本の長さが略等しい同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で他の導体により短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
【００２５】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項３記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送方法であって、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、前記平衡不平衡変換装置の出力回路から前記電極に設置の電力供給点へ該平衡不平衡変換装置の出力を伝送することを特徴とする。
【００２６】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項４記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記一対の電極に複数の開口を設置し、該一対の電極のそれぞれの周縁に電力供給点を配置し、かつ、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、前記電力供給系構成部材の平衡不平衡変換装置の出力回路と該一対の電極の電力供給点を接続するという構成を有することを特徴とする。
【００２７】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項５記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記基板を前記一対の電極間の外に配置し、該第１および第２の電極にそれぞれ複数の開口を設置し、かつ、該第１の電極に複数の貫通孔を等間隔に設置し、複数の該貫通孔のそれぞれの近傍に該第１の電極の電力供給点を設置し、該第２の電極の電力供給点を該それぞれの貫通孔に近接する位置に設置し、かつ、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、それぞれの該貫通孔を介して前記電力供給系構成部材の平衡不平衡変換装置の出力回路と該第１および第２の電極の電力供給点を接続するという構成を有することを特徴とする。
【００２８】
なお、開口とはガスあるいはプラズマあるいはラデイカル種等を通過あるいは拡散させる穴で、貫通孔とは同軸ケーブルを通す穴である。
【００２９】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項６記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極の電力供給点と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段と、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記電力供給系から前記一対の電極へ電力を供給する電力供給回路の装置構成は、電力の流れの上流側から下流側に沿って、高周波電源、インピーダンス整合器、平衡不平衡変換装置、平衡伝送回路および電力供給点の順序に配置させることを特徴とする。
【００３０】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項７記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極の電力供給点と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段と、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記電力供給系から前記一対の電極へ電力を供給する電力供給回路の装置を、電力の流れの上流側から下流側に沿って、高周波電源、インピーダンス整合器、平衡不平衡変換装置、平衡伝送回路および電力供給点の順序に配置させるという構成によりプラズマ表面処理を行うことを特徴とする。
【００３１】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項８記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、前記平衡不平衡変換装置の出力回路から前記電極に設置の電力供給点へ該平衡不平衡変換装置の出力を伝送し、プラズマ表面処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１あるいは請求項２の平衡伝送回路によれば、従来の平衡伝送回路と異なり、電磁界を外部に放出しないで同軸ケーブル内部に電磁界を閉じ込めた形で電力を平衡伝送することが可能である。これにより、従来困難視されている平衡伝送回路のプラズマ表面処理分野への応用が可能となり、一対の電極に電圧の位相差が１８０度異なる電力を供給することが可能となる。すなわち、平衡伝送回路を用いて、電圧の位相差が１８０度異なる電力を一対の電極に印加させると、該電極の電圧は交互に正負となり、かつ、アース（真空容器内壁及び金属部材など）との電位差よりも２倍大きくなることから、該一対の電極間のみにプラズマを生成することへの応用が可能である。その結果、従来技術で問題である電力給電部での漏洩電流や異常放電等を抑制可能であり、電力損失およびプラズマの均一化・大面積化等の問題を効果的に解決できる。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上および製品コストの低減に関し、貢献度が著しく大きい。
【００３３】
ただし、請求項２に記載の平衡伝送回路は、２本の同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で他の導体により短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成を有するので、請求項１に記載の構成を有する平衡伝送回路に比べ、同軸ケーブルの配線構成の設計及び該同軸ケーブルの配線を実行する際に融通が効くというメリットがある。
【００３４】
請求項３の平衡伝送法によれば、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いた平衡伝送方法のプラズマ表面処理分野への応用が可能であり、従来の技術では困難視されている一対の電極間のみにプラズマを生成することへの応用が可能である。その結果、電力損失が防止され、かつ、漏洩電流が抑制されるので実用上の価値は著しく大きい。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上および製品コストの低減に関し、貢献度が著しく大きい。
【００３５】
請求項４のプラズマ表面処理装置によれば、請求項１あるいは２に記載の構成を有する平衡伝送回路を用いて、プラズマ表面処理装置を構成する部材である平衡不平衡変換装置の出力回路から一対の電極に設置の電力供給点へ該平衡不平衡変換装置の出力を伝送することにより、プラズマ表面処理が可能である。これにより、従来困難視されている平衡伝送回路のプラズマ表面処理分野への応用を可能とするものであり、該一対の電極に電圧の位相差が１８０度異なるＶＨＦ領域の周波数の電力を供給することが可能である。すなわち、該平衡伝送回路を用いて電圧の位相差が１８０度異なる電力を一対の電極に印加することが可能となり、該電極の電圧は交互に正負となり、かつ、アース（真空容器内壁及び金属部材など）との電位差よりも２倍大きくなることから、該一対の電極間のみにプラズマを生成することが可能である。その結果、従来技術では問題である電力給電部での漏洩電流や異常放電等の発生が無く、電力損失およびプラズマの均一化・大面積化等の問題のないプラズマ表面処理装置を実用に供せることが可能である。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上および製品コストの低減に関し、貢献度が著しく大きい。
【００３６】
請求項５のプラズマ表面処理装置によれば、基板を一対の電極間の外に設置し、かつ、一対の電極に電圧の位相差が１８０度異なる電力を供給することができることから、該一対の電極間のみにプラズマを生成することが可能である。また、基板が該一対の電極間の外に設置されるので該基板に影響を受けないでプラズマを生成することが可能で、かつ、圧力が数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａという高い条件で必須となる狭電極間隔でのプラズマ処理が可能である。さらに、複数の貫通孔を介して該一対の電極の複数の電力供給点に電力を供給できることから、大面積のプラズマの生成への対応が容易に可能である。すなわち、等間隔に設置される貫通孔の個数を増加することで容易に対応可能である。しかも、従来技術では問題である電力給電部での漏洩電流や異常放電等の発生が無く、電力損失のないプラズマ表面処理装置を実用に供せることが可能である。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上および製品コストの低減に関し、貢献度が著しく大きい。
【００３７】
請求項６及び請求項７のプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法によれば、電力供給系構成部材の平衡不平衡変換装置の出力の位相関係を確実に維持し、かつ、電圧の位相差が１８０度異なる電力を該一対の電極に確実に供給する手段及び方法が応用可能であり、その実用価値は著しく高い。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関し、貢献度が著しく大きい。
【００３８】
請求項８のプラズマ表面処理方法によれば、従来困難視されているＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマを一対の電極間のみに生成することが可能である。その結果、電力の損失を防止し、かつ、大面積・均一のプラズマ表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上が再現性良く可能である。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関し、貢献度が著しく大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の一形態に係わる平衡伝送回路、該平衡伝送回路により構成のプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なａ―Ｓｉ薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置および方法に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
本発明に関する実施例１の平衡伝送回路、該平衡伝送回路により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１ないし図３を参照して、説明する。
【００４１】
図１は実施例１に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図２は図１図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の説明図、図３は本発明に関する同軸ケーブルを用いた平衡伝送回路を示す説明図である。
【００４２】
先ず、装置の構成を説明する。図１及び図２において、符番１は真空容器である。この真空容器１には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち第１の非接地電極２と図示しない基板ヒータ３を内臓した第２の非接地電極４が配置されている。該第１及び第２の非接地電極２、４は、それぞれ、絶縁物支持材５ａ、５ｂ及び２４ａ、２４ｂを介して真空容器１に固着されている。該第１の非接地電極２には直径２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多数の開口６が開口率４０％〜８０％で配置されている。前記第１の非接地電極２の周りにはアースシールド７が配置されている。該アースシールド７は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ、放電ガス供給管８ａ、８ｂより供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔９および前記非接地電極２に配置されている多数の開口６を介して、前記一対の電極２と４の間に均一に供給する機能を有している。また、前記アースシールド７は、排気管１０および図示しない真空ポンプ１１と組み合わせて使用されることのより、プラズマ生成空間でプラズマ化された使用済みの放電ガスを排出する機能を有している。
【００４３】
真空容器１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、本実施例の場合は、放電ガスが流量５００ｓｃｃｍ〜１、５００ｓｃｃｍ程度の場合、圧力０．０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜１，３３０Ｐａ）程度に調整できる。真空容器１の真空到達圧力は２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ）程度である。
【００４４】
符番１２は基板で、図示しないゲートバルブ１３の開閉操作により、第２の非接地電極４に設置される。そして、図示しない基板ヒータ３により所定の温度に加熱される。
【００４５】
符番１４は高周波電源で、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の電力、例えば６０ＭＨｚの電力を発生する。その電力は第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６、第２の同軸ケーブル１７、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８、後述の同軸ケーブル１９ａ、１９ｂと真空用接続端子２０と同軸ケーブル２１ａ、２１ｂから成る平衡伝送線路及び第１及び第２の給電線２２ａ，２２ｂを介して、一対の電極２，４の電力供給点２３ａ、２３ｂに供給される。
【００４６】
上記平衡伝送回路（ここでは、平衡伝送回路と平衡伝送線路は同じ意味として用いる）は、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と同軸ケーブル１９ａ、１９ｂと真空用接続端子２０と同軸ケーブル２１ａ、２１ｂから構成される。この回路の概念を説明するため、該回路の構成を図３に示す。
【００４７】
図３において、電力を伝送するのに用いられる同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体をＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の入力端子に接続する。なお、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体はインピーダンス整合器に接続される。そして、該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の出力端子に外部導体同士が固着され短絡された状態にある２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を接続し、該２本の同軸ケーブルの他方の端部のそれぞれの芯線を負荷である一対の電極に接続する。この構成により、図３に示すように、不平衡伝送線路である同軸ケーブルから伝送される電力を、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置と外部導体同士が短絡された２本の同軸ケーブルからなる平衡回路を介して、一対の電極へ伝送することができる。ここで、上記外部導体同士が短絡された２本の同軸ケーブルの外部導体の内側を流れる高周波電流は、図３に示すように、該外部導体同士が閉ループ回路を形成しているので、上流側（ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の出力端子側）及び下流側（一対の電極側）への電流の漏洩はない。また、該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の出力端子から出力される電流は同振幅で逆位相となっている。すなわち、上記外部導体同士が短絡された２本の同軸ケーブルは、電界・磁界を外部に放射することなく、それを閉じ込めた形で、かつ平衡伝送回路としての機能を有している。その結果、該一対の電極間に印加される電圧は交互に正負となるので、該電極間に掛かる電圧はアース（真空容器の壁及び金属部材など）との電位差よりも２倍も大きい。したがって、一対の電極間のみにプラズマを優先して生成させることが可能となる。
【００４８】
上記構成において、２本の同軸ケーブルの外部導体同士を短絡する手段としては、かならずしも２本の同軸ケーブルの全長にわたって外部導体同士を接続する必要はなく、該２本の同軸ケーブルの両端部での外部導体同士を短絡することで十分である。その理由は、２本の同軸ケーブルの外部導体の内側を流れる電流が外部へ流出しないように、図３に示すような閉ループの電気回路を形成できる手段であればよいからである。
【００４９】
なお、従来の平衡伝送回路は、レッヘル線と呼ばれる２本の平行線を用いるものであるが、次に述べる理由により、実用価値がなく利用されていない。すなわち、従来の平衡伝送線路は、図２０に示すように、２本の平行線を用いてＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の出力端子と負荷を接続するという構成の電気回路である。この場合は、不平衡伝送線路である同軸ケーブルからの電力を、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置を介して平衡伝送線路として負荷に電力を伝送できるが、２本の平行線の間に強い電界が発生し、かつ、２本の線路回りに強い磁界が発生して、それが外部へ放射されるので、実用性がなく、プラズマ理工学分野では利用されていない。
【００５０】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する方法を説明する。図１及び図２において、予め、基板１２を第２の非接地電極４の上に設置し、真空ポンプ１１を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管８ａ，８ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力例えば５００Ｗを供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【００５１】
即ち、高周波電源１４の出力を例えば６０ＭＨｚで５００Ｗとし、その出力を第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６、第２の同軸ケーブル１７、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８、外部導体同士が固着し短絡された同軸ケーブル１９ａ、１９ｂ、真空用接続端子２０および外部導体同士が固着し短絡された同軸ケーブル２１ａ、２１ｂ及び第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂを介して、電力給電点２３ａ、２３ｂに供給する。この場合、上記インピーダンス整合器１６のＬＣの調整により、並びに高周波電源１４に付属の進行波及び反射波の電力値モニターを組み合わせて用いることにより、インピーダンス整合器１６の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。また、上記電力給電点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差は１８０度に確保できる。その結果、ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成される。
【００５２】
ただし、該インピーダンス整合器１６を該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の下流側、すなわち、それを該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と電力給電点２３ａ、２３ｂの間に配置させる場合、該インピーダンス整合器１６に内蔵のＬＣ回路は負荷と電源および伝送路のインピーダンス整合のため調整されるので、上記電力給電点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差は１８０度に確保できなくなる。したがって、該インピーダンス整合器１６が配置される場所は該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の上流側であることが重要である。すなわち、前記高周波電源１４から前記一対の電極の電力給電点２３ａ、２３ｂへの電力供給回路の装置構成は、電力の流れの上流側から下流側に沿って、高周波電源、インピーダンス整合器、平衡不平衡変換装置、平衡伝送回路および電力供給点の順序に配置させることが、電圧の位相差１８０度を確保するために重要である。
【００５３】
第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂから電力供給点２３ａ、２３ｂへの電力供給において、該外部導体同士が固着し短絡された同軸ケーブル２１ａ、２１ｂおよび負荷である一対の電極が同様の平衡伝送路としての電気的特性を有していることから、漏洩電流の発生が抑制される。その結果、異常放電や局部放電などは発生しない。さらに、上記のように、電力供給点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差が１８０度であるので、すなわち、一対の電極に正負の電圧を掛けている状態であるので、電極間以外でのプラズマの発生は皆無となる。したがって、従来技術で問題であった一対の電極周辺のアース構造および配線状況に関係する漏洩電流に起因するプラズマの発生はなく、再現性の良い安定したプラズマの生成が可能である。
【００５４】
上記工程において、ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板１２表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜が堆積する。なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【００５５】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ１２００ｍｍｘ３００ｍｍ（厚み４ｍｍ）程度のガラス基板１２に製膜速度１ｎｍ/ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。
【００５６】
製膜条件は次の通りである。
（製膜条件）
●放電ガス：ＳｉＨ４
●流量：５００ｓｃｃｍ
●圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
●電極間隔：２．５ｃｍ
●電源周波数：６０ＭＨｚ
●電力：５００Ｗ
●基板の温度：１８０℃
【００５７】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６及び第２の同軸ケーブルを通して伝送された高周波電源１４からの電力を、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と同軸ケーブル１９ａ、１９ｂと真空用接続端子２０と同軸ケーブル２１ａ、２１ｂから成る平衡伝送線路方式で、第１及び第２の給電線２２ａ，２２ｂを介して、一対の電極２，４の電力供給点２３ａ、２３ｂに供給できるので、電力供給系と負荷である一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制される。したがって、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて、再現性良く均一になる。その結果、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０％以内で製膜が可能となる。なお、平衡伝送回路（あるいは平衡伝送線路）とは、２本の導体から成る電力伝送回路において、両線を往路と帰路として流れる電流の振幅が等しく、位相が１８０度異なるような伝送形態のことである。従来の技術では、図２０図示のような回路で実現されているが、電磁界放射が強いのでプラズマ理工学の分野では用いられていない。
【００５８】
なお、本実施例で用いている上記ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置は、該装置に入力される不平衡伝送方式の電力伝送を平衡伝送方式に変換する働きをする手段であるので、それに代えて、シュペルトップ型平衡不平衡変換装置及び二分の一波長迂回型平衡不平衡変換装置等を用いることができる。また、電力分配器とフェーズシフターを組み合わせた装置を用いることができる。
【００５９】
また、本実施例では、一対の電極２，４にそれぞれ、給電点を１点（一対）としているので、基板サイズは上記１２００ｍｍｘ３００ｍｍ程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【００６０】
また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±１０％以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、６０ＭＨｚの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００６１】
（実施例２）
本発明に関する実施例２の平衡伝送回路、該平衡伝送回路により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図４ないし図６を参照しながら説明する。
【００６２】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１及び図２に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図４は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の概念を示す説明図、図５は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図６は図５図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の説明図である。
【００６３】
先ず、装置の概念を説明する。装置の構成は、全体的には実施例１での図１及び図２の場合と同じであるが、基板が設置される場所が異なることが特徴である。図４〜図６に示すように、一対の電極に複数の開口を設置することにより、その開口を介して該電極間で発生のプラズマ中のラデイカル種をその外部へ拡散させるのである。この構成の特徴は、基板１２の設置場所が一対の電極２、４の間でなく、電極間の外であることである。このことは、プラズマ生成時の製膜条件が基板の厚みと材質に影響されずに選べることが可能であるとの意味をもつ。特に、プラズマ生成時の圧力条件が、数１００Ｐａ〜数１、０００Ｐａ（数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ）と高い場合でも、基板の影響を受けることなく、一対の電極間隔を、１０〜１５ｍｍと狭く設定できることが可能である。これは、従来技術では出来ない画期的なメリットである。
【００６４】
図５及び図６において、符番２５は基板ホルダーで、基板１２を保持し、かつ図示しない内臓されている基板ヒータ３で基板の温度を８０℃ないし３５０℃に加熱される。基板１２は一対の電極２、４の間ではなく、その外に配置される基板ホルダー２５上に設置される。第１及び第２の非接地電極２、４には直径２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多数の開口６が開口率４０％〜８０％で配置されている。なお、電極間で生成されるラデイカル種の基板１２方向へのラデイカル種の電極外への拡散の抵抗を小さくさせることから、第２の非接地電極４の開口率が第１の非接地電極２の開口率より大きい方が好ましい。
【００６５】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する方法を説明する。図５及び図６において、予め、基板１２を基板ホルダー２５の上に設置し、真空ポンプ１１を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管８ａ、８ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば１，０００ｓｃｃｍ、圧力５．０Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）で供給しつつ、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力例えば１、５００Ｗを供給する。なお、電極間隔は１．５ｃｍ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【００６６】
即ち、高周波電源１４の出力を例えば７０ＭＨｚで１、５００Ｗとし、その出力を第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６、第２の同軸ケーブル１７、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８、外部導体同士が固着し短絡された同軸ケーブル１９ａ、１９ｂ、真空用接続端子２０および外部導体同士が固着し短絡された同軸ケーブル２１ａ、２１ｂ及び第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂを介して、電力給電点２３ａ、２３ｂに供給する。この場合、上記インピーダンス整合器１６のＬＣの調整により、並びに高周波電源１４に付属の進行波及び反射波の電力値モニターを組み合わせて用いることにより、インピーダンス整合器１６の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。また、上記電力給電点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差は１８０度に確保できる。その結果、ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成される。
【００６７】
ただし、該インピーダンス整合器１６を該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の下流側、すなわち、それを該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と電力給電点２３ａ、２３ｂの間に配置させる場合、該インピーダンス整合器１６に内蔵のＬＣ回路は負荷と電源および伝送路のインピーダンス整合のため調整されるので、上記電力給電点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差は１８０度が確保できなくなる。したがって、該インピーダンス整合器１６が配置される場所は該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８より上流側である必要がある。
【００６８】
上記第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂから上記電力供給点２３ａ、２３ｂへの電力供給において、該外部導体同士が固着し短絡された同軸ケーブル２１ａ、２１ｂおよび負荷である一対の電極が同様の平衡伝送路としての電気的特性を有していることから、漏洩電流の発生が抑制される。その結果、異常放電や局部放電などは発生しない。さらに、上記のように、電力供給点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差が１８０度であるので、すなわち、一対の電極に正負の電圧を掛けている状態であるので、電極間以外でのプラズマの発生は皆無となる。したがって、従来技術で問題であった一対の電極周辺のアース構造および配線状況に関係する漏洩電流に起因するプラズマの発生はなく、圧力条件が５．０Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）であっても、再現性の良い安定したプラズマの生成が可能である。
【００６９】
上記工程において、ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の電気的に中性であるラジカル種が拡散現象により拡散し、基板ホルダー２５に設置の基板１２表面に吸着される。その結果、ａ−Ｓｉ膜が堆積する。なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【００７０】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ１２００ｍｍｘ３００ｍｍ（厚み４ｍｍ）程度のガラス基板１２に製膜速度２ｎｍ/ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。
【００７１】
製膜条件は次の通りである。
（製膜条件）
●放電ガス：ＳｉＨ４
●流量：１０００ｓｃｃｍ
●圧力：５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）
●電極間隔：１．５ｃｍ
●電源周波数：７０ＭＨｚ
●電力：１５００Ｗ
●基板の温度：２００℃
【００７２】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６及び第２の同軸ケーブルを通して伝送された高周波電源１４からの電力を、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と同軸ケーブル１９ａ、１９ｂと真空用接続端子２０と同軸ケーブル２１ａ、２１ｂから成る平衡伝送線路方式で、第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂを介して、一対の電極２，４の電力供給点２３ａ、２３ｂに供給できるので、電力供給系と付加である一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制される。したがって、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて、再現性良く均一になる。その結果、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０以内で製膜が可能となる。なお、平衡伝送線路（あるいは平衡伝送回路）とは、２本の導体から成る電力伝送回路において、両線を往路と帰路として流れる電流の振幅が等しく、位相が１８０度異なるような伝送形態のことであり、従来の技術では、図２０図示のような回路で実現されているが、電磁界放射が強いのでプラズマ理工学分野では用いられていない。
【００７３】
なお、本実施例で用いている上記ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置は、該装置に入力される不平衡伝送方式の電力伝送を平衡伝送方式に変換する働きをする手段であるので、それに代えて、シュペルトップ型平衡不平衡変換装置及び二分の一波長迂回型平衡不平衡変換装置等を用いることができる。また、電力分配器とフェーズシフターを組み合わせた装置を用いることができる。
【００７４】
また、本実施例では、一対の電極２、４にそれぞれ、給電点を１点（一対）としているので、基板サイズは上記１２００ｍｍｘ３００ｍｍ程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【００７５】
また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±１０％以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、７０ＭＨｚの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００７６】
（実施例３）
本発明に関する実施例３の平衡伝送回路、該平衡伝送回路により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図７及び図８を参照しながら説明する。
【００７７】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１ないし図６に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図７は実施例３に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図８は図７図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の説明図である。
【００７８】
先ず、装置の構成を説明する。装置の構成は、全体的には実施例１及び２（図１ないし図６）の場合と同じであるが、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と同軸ケーブル２７ａ、２７ｂと真空用接続端子２８ａ、２８ｂ、同軸ケーブル２９ａ、２９ｂ及び短絡用導体３０からなる平衡伝送回路の構造が異なることが特徴である。
【００７９】
図７及び図８において、符番２７ａ、２７ｂは同軸ケーブルで、該同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線はＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の出力端子に接続され、かつ、それぞれの外部導体は密着し、あるいは導体材で短絡されている。そして、該同軸ケーブル２７ａ、２７ｂの他方の端部は真空用接続端子を介して同軸ケーブル２９ａ、２９ｂの一方の端部に接続されている。該同軸ケーブル２９ａ、２９ｂの他方の端部の外部導体は短絡用導体で短絡され、該端部のそれぞれの芯線は第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂを介して、電力給電点２３ａ、２３ｂに接続されている。
【００８０】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する方法を説明する。図７及び図８において、予め、基板１２を基板ホルダー２５の上に設置し、真空ポンプ１１を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管８ａ、８ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば１，０００ｓｃｃｍ、圧力５．０Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）で供給しつつ、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を、例えば１、５００Ｗを供給する。なお、電極間隔は１．５ｃｍ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【００８１】
即ち、高周波電源１４の出力を、例えば８０ＭＨｚで１、５００Ｗとし、その出力を第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６、第２の同軸ケーブル１７、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８、同軸ケーブル２７ａ、２７ｂ、真空用接続端子２８ａ、２８ｂ、同軸ケーブル２９ａ、２９ｂ及び第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂを介して、電力給電点２３ａ、２３ｂに供給する。この場合、上記インピーダンス整合器１６及び高周波電源１４に付属の進行波及び反射波の電力値モニターを組み合わせて用いることにより、インピーダンス整合器１６の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。また、上記電力給電点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差は１８０度が確保できる。その結果、ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成される。
【００８２】
ただし、該インピーダンス整合器１６を該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の下流側、すなわち、それを該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と電力給電点２３ａ、２３ｂの間に配置させる場合、該インピーダンス整合器１６に内蔵のＬＣ回路は負荷と電源および伝送路のインピーダンス整合のため調整されるので、上記電力給電点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差は１８０度が確保できなくなる。したがって、該インピーダンス整合器１６が配置される場所は該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８より上流側である必要がある。
【００８３】
上記第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂから上記電力供給点２３ａ、２３ｂへの電力供給において、同軸ケーブル２７ａ、２７ｂのＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８側の端部の外部導体同士が短絡され、かつ、同軸ケーブル２９ａ、２９ｂの第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂ側の端部の外部導体同士が短絡用導体３０で短絡されることにより構成される閉ループ回路によって、該同軸ケーブル２７ａ、２７ｂ及び該同軸ケーブル２９ａ、２９ｂの外部導体の内部を流れる電流は外部へ流出されないことは、実施例１及び２の場合と同じである。その結果、第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂまわり、及び電力給電点２３ａ、２３ｂ近傍での異常放電や局部放電などは発生しない。さらに、上記のように、電力供給点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差が１８０度であるので、すなわち、一対の電極に正負の電圧を掛けている状態であるので、電極間以外でのプラズマの発生は皆無となる。したがって、従来技術で問題であった一対の電極周辺のアース構造および配線状況に関係する漏洩電流に起因するプラズマの発生はなく、圧力条件が５．０Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）であっても、再現性の良い安定したプラズマの生成が可能である。
【００８４】
上記工程において、ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の電気的に中性であるラジカル種は、拡散現象により拡散し、一対の電極２，４の間から基板ホルダー２５に設置の基板１２表面に吸着される。その結果、ａ−Ｓｉ膜が堆積する。なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【００８５】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ１２００ｍｍｘ３００ｍｍ（厚み４ｍｍ）程度のガラス基板１２に製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。
【００８６】
製膜条件は次の通りである。
（製膜条件）
●放電ガス：ＳｉＨ４
●流量：１，０００ｓｃｃｍ
●圧力：５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）
●電極間隔：１．５ｃｍ
●電源周波数：７０ＭＨｚ
●電力：１５００Ｗ
●基板の温度：２００℃
【００８７】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６及び第２の同軸ケーブルを通して伝送された高周波電源１４からの電力を、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と同軸ケーブル２７ａ、２７ｂと真空用接続端子２８ａ、２８ｂと同軸ケーブル２９ａ、２９ｂと短絡用導体３０から成る平衡伝送線路方式で、第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂを介して、一対の電極２，４の電力供給点２３ａ、２３ｂに供給できるので、電力供給系と付加である一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制される。したがって、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて、再現性良く均一になる。その結果、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０以内で製膜が可能となる。なお、平衡伝送回路とは、２本の導体から成る電力伝送回路において、両線を往路と帰路として流れる電流の振幅が等しく、位相が１８０度異なるような伝送形態のことである。従来の技術では、図２０図示のような回路で実現されているが、電磁界放射が強いのでプラズマ分野では用いられていない。
【００８８】
なお、本実施例で用いている上記ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置は、該装置に入力される不平衡伝送方式の電力伝送を平衡伝送方式に変換する働きをする手段であるので、それに代えて、シュペルトップ型平衡不平衡変換装置及び二分の一波長迂回型平衡不平衡変換装置等を用いることができる。また、電力分配器とフェーズシフターを組み合わせた装置を用いることができる。
【００８９】
また、本実施例では、一対の電極２、４にそれぞれ、給電点を１点（一対）としているので、基板サイズは上記１２００ｍｍｘ３００ｍｍ程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【００９０】
また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±１０％以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、８０ＭＨｚの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００９１】
（実施例４）
本発明に関する実施例４の平衡伝送回路、該平衡伝送回路により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図９ないし図１４を参照しながら説明する。
【００９２】
図９は実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図１０は図９図示のプラズマ表面処理装置の第１の電極に設置の貫通孔を示す説明図、図１１は図９図示のプラズマ表面処理装置の電力供給点配線を示す説明図、図１２は実施例４に係わる一対の電極間に発生の電圧の定在波を示す説明図、図１３は実施例４に係わる一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図、図１４は実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の大面積プラズマ生成への応用例を示す説明図である。
【００９３】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１ないし図８に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。実施例４の装置構成の特徴は、図９ないし図１１において、一対の電極の一方の電極例えば第１の電極２ａに貫通孔を複数個設けることにより該電極２ａの面の法線方向より第２の電極４ａの面に配置される給電点２３ｂ、２３ｄに同軸ケーブル５３ｂ、６３ｂを接続していること、かつ、給電点の個数が複数であること、かつ、給電点同士の間隔が使用電力の波長の十分の一以下好ましくは十六分の一以下であること、かつ、電力の分配に電力分配器を用いていることである。
【００９４】
図９ないし図１１において、符番２ａ、４ａは第１及び第２の非接地電極で、直径２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多数の開口６が開口率４０％〜８０％で配置されている。該第１の非接地電極２ａには距離Ｌ０離れて貫通孔４５ａ、４５ｂが配置され、該貫通孔４５ａ、４５ｂの側面に電力供給点２３ａ及び２３ｃが配置されている。該第２の非接地電極４ａには、電力供給点２３ａ、２３ｃの極近傍で、かつ、距離Ｌ０離れて、電力供給点２３ｂ及び２３ｄ配置されている。ただし、電力供給点２３ａと２３ｂは最近接の位置に、また、電力供給点２３ｃと２３ｄは最近接の位置に配置される。
【００９５】
符番４９ａ、４９ｂは第３及び第４の同軸ケーブルで、長さが同じで、それらの一方の端部の外部導体は短絡されてアースに接続され、それらの芯線は該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の出力端子に接続されている。符番５０，６０は、それぞれ第１及び第２の電力分配器で、位相変化を与えずに、あるいはある一定の位相変化をあたえて電力を分配するものである。ここではＴ型分配器を用いる。符番５１ａ、５１ｂは第５及び第６の同軸ケーブルで、長さが同じで、それらの一方の端部は両者ともに、第１の電力分配器５０の出力端子に接続され、第５の同軸ケーブル５１ａの他方の端部は第２の真空用接続端子５２ｂを介して第１０の同軸ケーブル５３ｂに接続される。第６の同軸ケーブル５１ｂの他方の端部は第４の真空用接続端子６２ｂを介して第１２の同軸ケーブル６３ｂに接続される。第１０及び第１２のケーブル５３ｂ、６３ｂの他方の端部の芯線は、それぞれ、同じ長さの第２及び第４の給電線２２ｂ、２２ｄを介して、給電点２３ｂ及び２３ｄに接続される。
【００９６】
符番６１ａ、６１ｂは第７及び第８の同軸ケーブルで、長さが第５及び第６の同軸ケーブル５１ａ、５１ｂと同じで、それらの一方の端部は両者ともに、第２の電力分配器６０の出力端子に接続され、第７の同軸ケーブル６１ａの他方の端部は第１の真空用接続端子５２ａを介して第９の同軸ケーブル５３ａに接続される。第８の同軸ケーブル６１ｂの他方の端部は第３の真空用接続端子６２ａを介して第１１の同軸ケーブル６３ａに接続される。第９及び第１１の同軸ケーブル５３ａ、６３ａの他方の端部の芯線は、それぞれ、第１及び第３の給電線２２ａ、２２ｃを介して、給電点２３ａ及び２３ｃに接続される。ただし、第１、第２、第３及び第４の給電線２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの長さは同じである。
【００９７】
上記第９及び第１０の同軸ケーブル５３ａ、５３ｂの給電点２３ａ及び２３ｂ側の端部の外部導体同士は第１の短絡用導体３０ａで短絡される。また、第１１及び第１２の同軸ケーブル６３ａ、６３ｂの給電点２３ｃ及び２３ｄ側の端部の外部導体同士は第２の短絡用導体３０ｂで短絡される。ただし、第１及び第２の短絡用導体３０ａ、３０ｂの長さは短絡の機能を持たせる為に、使用電力の波長の三十分の一、好まししくは波長の六十分の一以下が良い。なお、これ以上の長さになれば、表皮効果によりインピーダンスが大きくなり、同軸ケーブルの外部導体の内部を流れるべき高周波電流が該外部導体の外側へ流出（漏洩電流）するので、問題が生じる。すなわち、第１及び第２の短絡用導体３０ａ、３０ｂの長さは波長の六十分の一以下に設定することが肝要である。
【００９８】
また、図９ないし図１１に示す装置の構成の特徴は、基板１２の設置場所が一対の電極２ａ、４ａの間でなく、実施例２及び３と同様に電極間の外であることである。このことは、プラズマ生成時の製膜条件が基板の厚みと材質に影響されずに選べることが可能であるとの意味をもつ。特に、プラズマ生成時の圧力条件が数１００Ｐａ〜数１、０００Ｐａ（数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ）と高い場合でも、基板の影響を受けることなく、一対の電極間隔を１０〜１５ｍｍと狭く設定できる。これは、従来技術では出来ない画期的なメリットである。
【００９９】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する方法を説明する。図９ないし図１１において、予め、基板１２を基板ホルダー２５の上に設置し、真空ポンプ１１を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管８ａ、８ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば１，０００ｓｃｃｍ、圧力５．０Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）で供給しつつ、一対の電極２ａ、４ａに高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を例えば１、０００Ｗを供給する。なお、電極間隔は１．５ｃｍ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【０１００】
即ち、高周波電源１４の出力を例えば７０ＭＨｚで１、０００Ｗとし、その出力は、第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６、第２の同軸ケーブル１７、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８、外部導体同士が短絡された第３及び第４の同軸ケーブル４９ａ、４９ｂを介して、それぞれ、第１および第２の電力分配器５０，６０に伝送される。
【０１０１】
第１の電力分配器５０に伝送された電力は、２分割されて、第５及び第６の同軸ケーブル５１ａ、５１ｂで、それぞれ、第２の非接地電極４ａの電力供給点２３ｂ、２３ｄに伝送される。この場合、第５の同軸ケーブル５１ａからの電力伝送は、第２の真空用接続端子５２ｂ、第１０の同軸ケーブル５３ｂ及び第２の給電線２２ｂを伝播していく。また、第６の同軸ケーブル５１ｂからの電力伝送は、第４の真空用接続端子６２ｂ、第１２の同軸ケーブル６３ｂ及び第４の給電線２２ｄを伝播していく。
【０１０２】
第２の電力分配器６０に伝送された電力は、２分割されて、第７及び第８の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂで、それぞれ、第１の非接地電極２ａの電力供給点２３ａ、２３ｃに伝送される。この場合、第７の同軸ケーブル６１ａからの電力伝送は、第１の真空用接続端子５２ａ、第９の同軸ケーブル５３ａ及び第１の給電線２２ａを伝播していく。また、第８の同軸ケーブル６１ｂからの電力伝送は、第３の真空用接続端子６２ａ、第１１の同軸ケーブル６３ａ及び第３の給電線２２ｃを伝播していく。
【０１０３】
上記ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の出力端子の２つの出力は、電圧の位相差が１８０度異なる電力であり、両者は、上記外部導体同士が短絡された第３及び第４の同軸ケーブル４９ａ、４９ｂを入力部とし、外部導体同士が第１の短絡用導体３０ａで短絡された第９及び第１０の同軸ケーブル５３ａ、５３ｂ、及び第２の短絡用導体３０ｂで短絡された第１１及び第１２の同軸ケーブル６３ａ、６３ｂを出力部とする平衡回路で伝送されているので、電力供給点２３ａ、２３ｂ及び電力供給点２３ｃ、２３ｄへの電力供給において、それらの同軸ケーブルの外部導体の内部を流れる電流は外部へ流出されないことは、実施例１、２および３の場合と同じである。その結果、第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂまわり及び電力給電点２３ａ、２３ｂ、並びに給電線２２ｃ、２２ｄまわり及び電力給電点２３ｃ、２３ｄ近傍での異常放電や局部放電などは発生しない。さらに、上記のように、電力供給点２３ａと２３ｂ、２３ｃと２３ｄに印加される電圧の位相差が１８０度であるので、すなわち、一対の電極に正負の電圧を掛けている状態であるので、電極間以外でのプラズマの発生は皆無となる。したがって、従来技術で問題であった一対の電極周辺のアース構造および配線状況に関係する漏洩電流に起因するプラズマの発生がない。なお、圧力条件が５．０Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）であっても、再現性の良い安定したプラズマの生成が可能である。
【０１０４】
ところで、上記電力供給点２３ａと２３ｂ及び２３ｃと２３ｄから供給される電力の電圧波は、互いに電極間を伝播していく。すなわち、両者は互いに異なる方向から伝播しあい、重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２において、電極２ａの電力供給点２３ａから電力供給点２３ｃ方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち電力供給点２３ｃから電力供給点２３ａの方向へ伝播する電圧波をＷ２（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１（ｘ、ｔ）＝Ｖ０・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２（ｘ、ｔ）＝Ｖ０・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝
ただし、Ｖ０は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、ｔは時間、Ｌ０は電力供給点２３ａ、２３ｃの間隔、Δθは電力供給点２３ａから供給される電力の電圧波と電力供給点２３ｃから供給される電力の電圧波の位相差である。電圧の合成波Ｗ（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ（ｘ、ｔ）＝Ｗ１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２（ｘ、ｔ）＝２・Ｖ０ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ（ｘ、ｔ）を概念的に図１３に示す。図１３において、Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは電力供給点同士の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。プラズマの強い部分は、Δθ＞０の場合、プラズマの強い部分が一方の電力給電点側へ移動し、Δθ＜０の場合、他方の電力給電点側へ移動することを示している。
【０１０５】
図９ないし図１１図示の装置の場合は、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置から給電点までの伝播路の長さが等しいので、Δθ＝０である。この場合、図１３のΔθ＝０の場合に相当するので、電力供給点同士の中間点を中心にした安定したプラズマが生成される。プラズマの強さがほぼ一様と見られる範囲は、図１３に示しているように、上記給電点２３ａ、２３ｃの間隔が使用電力の波長の十分の一以下好ましくは波長の十六分の一以下程度である。したがって、電源周波数が６０ＭＨｚの場合（波長＝５ｍ）は幅５０ｃｍ程度、７０ＭＨｚの場合（波長＝４．２ｍ）は幅４２ｃｍ程度、及び１００ＭＨｚの場合（波長＝３ｍ）は幅３０ｃｍ程度にわたって、安定したプラズマが得られるということを示している。
【０１０６】
図１３に示した定在波の概念を示す結果は従来技術では困難視されているＶＨＦプラズマ生成でのプラズマの大面積・均一化が容易に可能であることを意味している。すなわち、一対の電極の電力供給点の間隔を使用する電力の波長の十分の一程度に保ち、かつ、その個数を増加すればそれに比例したサイズの大面積の均一なプラズマが容易に生成できる。例えば、図１４に示すように、貫通孔４５を等間隔例えば波長λの十分の一で、２５個を配置し、それぞれの該貫通孔の近傍に、電力供給点２３ａ、２３ｂを２５点設置した場合、電源周波数が６０ＭＨｚなら、２ｍｘ２ｍの面積（間隔５０ｃｍｘ４＝２ｍ）、電源周波数が７０ＭＨｚなら、１．６８ｍｘ１．６８ｍの面積（間隔４２ｃｍｘ４＝１．６８ｍ）及び電源周波数が１００ＭＨｚなら、１．２ｍｘ１．２ｍの面積（間隔３０ｃｍｘ４＝１．２ｍ）にわたって、均一なＶＨＦプラズマが生成できることが推測される。
【０１０７】
ただし、該インピーダンス整合器１６を該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８の下流側、すなわち、それを該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と電力給電点２３ａ、２３ｂの間に配置させる場合、該インピーダンス整合器１６に内蔵のＬＣ回路は負荷と電源および伝送路のインピーダンス整合のため調整されるので、上記電力給電点２３ａ、２３ｂに印加される電圧の位相差は１８０度が確保できなくなる。したがって、該インピーダンス整合器１６が配置される場所は該ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８より上流側である必要がある。
【０１０８】
上記工程において、ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の電気的に中性であるラジカル種が拡散現象により拡散し、一対の電極２ａ、４ａの間から、基板ホルダー２５に設置の基板１２表面に吸着される。その結果、ａ−Ｓｉ膜が堆積する。なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【０１０９】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズは８０ｃｍｘ３０ｃｍ程度のガラス基板１２に製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。
【０１１０】
製膜条件は次の通りである。
（製膜条件）
●放電ガス：ＳｉＨ４
●流量：５００ｓｃｃｍ
●圧力：５Ｔｏｒｒ（６６６．５Ｐａ）
●電極間隔：１．５ｃｍ
●電源周波数：７０ＭＨｚ
●電力供給点の間隔：４０ｃｍ
●電力：１０００Ｗ
●基板の温度：２００℃
【０１１１】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、第１の同軸ケーブル１５、インピーダンス整合器１６及び第２の同軸ケーブルを通して伝送された高周波電源１４からの電力を、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置１８と第３及び第４の同軸ケーブル４９ａ、４９ｂと第１および第２の電力分配器５０，６０と第５、第６、第７および第８の同軸ケーブルと第１、第２、第３及び第４の真空用接続端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと第９、第１０、第１１及び第１２の同軸ケーブル５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄと第１及び第２の短絡用導体３０ａ、３０ｂから成る平衡伝送線路方式で、第１及び第２の給電線２２ａ、２２ｂと第３及び第４の給電線２２ｃ、２２ｄを介して、一対の電極２ａ、４ａの電力供給点２３ａ、２３ｂおよび２３ｃ、２３ｄに供給できるので、電力供給系と負荷である一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制される。したがって、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて、再現性良く均一になる。その結果、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０以内で製膜が可能となる
【０１１２】
なお、本実施例では、一対の電極２ａ、４ａにそれぞれ、給電点を２点（一対）としているので、基板サイズは８０ｃｍｘ３０ｃｍ程度に制約されるが、図１４に示したように、電力供給点を等間隔で多数、設置すれば、すなわちその個数を増加させれば、１〜２ｍ級の大面積基板への対応は容易に可能である。
【０１１３】
また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±１０％以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、６０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】実施例１に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図２】図１図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の説明図。
【図３】本発明に関する同軸ケーブルを用いた平衡伝送回路の構成を示す説明図。
【図４】実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の全体の概念を示す説明図。
【図５】実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図６】図５図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の説明図。
【図７】実施例３に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図８】図７図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の説明図。
【図９】実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図１０】図９図示のプラズマ表面処理装置の第１の電極に設置の貫通孔を示す説明図。
【図１１】図９図示のプラズマ表面処理装置の電力供給点配線を示す説明図。
【図１２】実施例４に係わる一対の電極間に発生の電圧の定在波を示す説明図。
【図１３】実施例４に係わる一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図。
【図１４】実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の大面積プラズマ生成への応用例を示す説明図。
【図１５】従来のプラズマ表面処理装置の第１の典型例の構成を示す説明図。
【図１６】従来のプラズマ表面処理装置の第２の典型例の構成を示す説明図。
【図１７】従来のプラズマ表面処理装置の第３の典型例の構成を示す説明図。
【図１８】従来のシュペルトップ型平衡不平衡変換装置の構成を示す説明図。
【図１９】従来の二分の一波長迂回型平衡不平衡変換装置の構成を示す説明図。
【図２０】従来の平衡伝送回路の構成を示す説明図。
【符号の説明】
【０１１５】
１．．．真空容器、
２．．．第１の非接地電極、
３．．．図示しない基板ヒータ、
４．．．第２の非接地電極、
５ａ、５ｂ．．．絶縁物支持材、
６．．．開口、
７．．．アースシールド、
８ａ、８ｂ．．．放電ガス供給管、
９．．．整流孔、
１０．．．排気管、
１１．．．図示しない真空ポンプ、
１２．．．基板、
１３．．．図示しないゲートバルブ、
１４．．．高周波電源、
１５．．．第１の同軸ケーブル、
１６．．．インピーダンス整合器、
１７．．．第２の同軸ケーブル、
１８．．．ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置、
２２ａ、２２ｂ．．．第１及び第２の給電線、
２３ａ、２３ｂ．．．電力給電点、
２５．．．基板ホルダー、
２７ａ、２７ｂ．．．同軸ケーブル、
２８ａ、２８ｂ．．．真空用接続端子、
２９ａ、２９ｂ．．．同軸ケーブル、
３０．．．短絡用導体。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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