(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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系と、前記電力供給系と組み合わせて用いられる平衡不平衡変換装置とを具備し、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、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ／４で、かつ、該同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有し、かつ、該平衡不平衡変換装置が前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に挿入されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、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、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、前記電力供給系構成部材の整合器と前記一対の電極の間に定在波を検知する定在波検知装置が挿入されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、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、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、前記電力供給系構成部材の整合器と前記一対の電極の間に定在波を検知する定在波検知装置が挿入され、かつ、前記一対の電極に、該一対の電極間のインピーダンスと並列の関係にあるリアクタンス調整装置が付加されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項４】
前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、長さが短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、前記外部導体との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍの円筒型導電体を被せ、かつ、該円筒型導電体の一方の端面を開放し、他方の端面を該同軸ケーブルの外部導体に密着させ、かつ、該円筒型導電体と該同軸ケーブル間に絶縁環を設置し、かつ、上記同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする請求項２または３のいずれか記載のプラズマ表面処理装置。
【請求項５】
前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は上記同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、前記同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、上記同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする請求項２または３のいずれか記載のプラズマ表面処理装置。
【請求項６】
前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る第１の同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該第１の同軸ケーブルの他方の端部の外部導体に、形状がＵ型で、長さが短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの二分の一すなわちλ/２の第２の同軸ケーブルの両方の端部の外部導体を接続し、かつ、前記第１の同軸ケーブルの他方の端部の芯線と該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの一方の芯線を接続し、かつ、該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの他方の芯線と上記第１の同軸ケーブルの他方の端部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請求項２または３のいずれか記載の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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系と、前記電力供給系と組み合わせて用いられる平衡不平衡変換装置とを具備し、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、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ／４で、かつ、該同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有し、かつ、該平衡不平衡変換装置が前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に挿入され、両者の伝送特性を整合させ、前記一対の電極間に電力を供給させる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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、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、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に平衡不平衡変換装置を挿入し、両者の伝送特性を整合させ、かつ、前記電力供給系の構成部材の整合器と前記一対の電極の間に定在波検知装置を挿入して、その間の定在波を測定し、該定在波検知装置の測定値即ちＶＳＷＲ値に基いて、前記電力供給系を構成する給電線路の定在波を制御することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項９】
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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、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、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に平衡不平衡変換装置を挿入し、両者の伝送特性を整合させ、かつ、前記電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波検知装置を挿入して、その間の定在波を測定し、かつ、該一対の電極に、該一対の電極間のインピーダンスと並列関係にあるリアクタンス調整装置を付加し、該定在波検知装置の測定値即ちＶＳＷＲ値に基いて、該リアクタンス調整装置のリアクタンスおよび該電力供給系を構成する給電線路の定在波を制御することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項１０】
前記定在波検知装置の測定値即ちＶＳＷＲ値が２．５以下であることを特徴とする請求項７ないし９いずれか記載のプラズマ表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、周波数３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚの高周波電力により生じさせた放電用ガスのグロー放電によって、プラズマを生成する反応性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。
【０００２】
【従来の技術】
反応性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）、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および非特許文献１に記載されているもので、プラズマ発生に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２および特許文献３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。以下に、従来技術を代表して、２つの事例を説明する。
【０００５】
（従来例１）
先ず、従来の第１の代表例として特許文献１記載の装置および方法について図１１および図１２を参照して説明する。図１１は従来の第１の代表的技術に係わるプラズマ表面処理装置の構成図、図１２は従来の第１の代表的技術に係わる電極への給電点を示す説明図である。図１１に示すように、従来の第１の代表例は、真空容器１０１と、基板１１３が設置される接地電極１０４と、接地電極１０４に対面配置される非接地電極１０２と、これら電極間に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを具備している。
【０００６】
該接地電極１０４は基板ヒータ１０３を内臓し、基板１１３の温度を所定の値に設定する。該非接地電極１０４は、具体的には矩形状の板材（面積５００ｍｍｘ５００ｍｍ程度ないし１，０００ｍｍｘ１，０００ｍｍ程度）で、材質はステンレス鋼である。
【０００７】
他方、該非接地電極１０２は、絶縁物１０６を介して真空容器１０１の上部に取り付けられている。非接地電極１０２の内部は空洞で、プラズマが生成される空間１９２に接する面１０２ａには、直径０．５ｍｍ程度の多数のガス噴出し孔１０２ｂが孔間隔１０ないし１５ｍｍで配置されている。
【０００８】
前記非接地電極１０２の上面には、放電用ガスの開口部１０２ｃが配置されている。この開口部１０２ｃには、接続部材１９４（材料はセラミックス）を介して放電用ガス導入管１０９が接続され、図示しない材料ガス供給源よりバルブ１９３を介して例えばシランガス（ＳｉＨ４）が供給される。前記真空容器１０１内のガスは排気管１１１を通して真空ポンプ１１２より排出される。基板１１３は、ゲートバルブ１９５を開にして接地電極１０４上に設置され、基板ヒータ１０３および基板ヒータ電源１９１により所定の温度に加熱される。
【０００９】
該非接地電極１０２の電力供給点１１４ａ、１１４ｂには、所定の高周波電力を発生させる高周波電源１１５の出力が、該出力を複数個に分配する電力分配器１９０と、第１および第２の整合１１７ａ、１１７ｂと、第１、第２、第３および第４の同軸ケーブル１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄを介して供給される。電力供給点１１４ｂには、図１２に示すように、同軸ケーブル１１６ｄの芯線１２３を接続し、かつ、その近傍を絶縁環１２１で絶縁する。そして、該同軸ケーブル１１６ｄの外皮導体の端部を接地導体１９６を用いて真空容器１０１に接続する。なお、図１２の符番１０２，１０６は、それぞれ、非接地電極および絶縁物である。
【００１０】
プラズマを発生させる場合は高周波電源１５の出力を所定の値に設定し、図示しない高周波電源に付属した進行波・反射波の検出器（モニター）を見ながら、第１および第２の整合器１１７ａ、１１７ｂを順次調整し、反射波がほぼ１〜１０％程度の状態を設定する。その結果、高周波電源の出力は、整合器１１７ａ，１１７ｂから下流側へそのほぼ９０〜９９％程度が供給される。
【００１１】
次に、図１１、図１２の装置を用いて例えばアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）膜を製膜する場合について説明する。ゲートバルブ１９５を開にし、基板１１３を接地電極１０４に設置し、ゲートバルブ１９５を閉に戻す。真空ポンプ１１２を駆動して真空容器１０１内の圧力を１Ｅ−７Ｔｏｒｒ（１．３３Ｅ−５Ｐａ）程度まで排気する。基板１１３の温度を基板ヒータ１０３および基板ヒータ電源１９１を用いて所定の温度に設定する。放電用ガス導入管１０９を通して、例えばシランガスを所定量供給し、真空容器１０１内を０．０５ないし０．５Ｔｏｒｒ（６．６５ないし６６．５Ｐａ）に保ち、前記電力供給系を用いて一対の電極１０２，１０４間に電力を供給する。これにより、非接地電極１０２と接地電極１０４の間にグロー放電プラズマが生成される。シランガスがプラズマ化されると、その中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラデイカルが拡散現象により拡散し、基板１１３の表面に吸着・堆積する。その結果、アモルファスＳｉ膜が形成される。
【００１２】
なお、製膜条件として放電用ガスの混合比、例えば、ＳｉＨ４とＨ２の流量比、圧力、基板温度およびプラズマ発生電力を適正化することで、ａ−Ｓｉのみならず、微結晶Ｓｉおよび多結晶Ｓｉ膜を製造できることは公知である。
【００１３】
また、放電用ガスとして、エッチング作用のあるガス、例えばＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＣＦ４およびＮＦ３等エッチングガスを用いれば、基板表面のエッチング処理が行なえることは公知である。
【００１４】
（従来例２）
次に、従来の第２の代表例として、特許文献２および特許文献３に記載の従来技術を、図１３ないし図１７を参照して説明する。図１３は従来の第２の技術に係わる表面処理装置の概念図、図１４は図１３図示の装置に係わる一対の電極への給電に用いる給電系のブロック構成図、図１５は図１３図示の装置に係わる電極への給電点を示す説明図、図１６は電圧波の説明図、図１７は電圧の合成波の説明図である。図１３および図１４に示すように、従来の第２の代表的技術のプラズマ表面処理装置は、真空容器２０１と、基板２１３が設置される接地電極２０４と、接地電極２０４に対面配置されるラダー型構造の非接地電極２０２（ラダー電極と呼ぶ）と、これら電極間に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを備えている。
【００１５】
真空容器２０１には該真空容器２０１内の反応ガス等のガスを排気する排気管２１１を介して真空ポンプ２１２が接続されている。そして、アースシールド２０８が配置されている。該アースシールド２０８は前記排気管２１１と組み合わせて使用されることにより、反応ガス導入管２０９ａ、２０９ｂより導入される反応ガスおよびその他生成物を排気管２１１を介して排出する。真空ポンプ２１２を稼動すると、圧力１Ｅ−６Ｔｏｒｒ（１．３３Ｅ−４Ｐａ）程度に真空排気される。反応ガス導入管２０９ａ、２０９ｂより反応ガスとして例えばシランガスが供給されると、図示しない多数のガス噴出孔からラダー電極２０２と接地電極２０４の間にシランガスが一様に流れ出すようになっている。
【００１６】
基板２１３は接地電極２０４に保持され、図示しない内臓ヒータ２０３により所定の温度に加熱される。基板には、サイズ４６０ｍｍｘ４６０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度のガラスが用いられる。ラダー電極２０２は、サイズ例えば外寸法５２０ｍｍｘ５２０ｍｍ程度で、直径６ｍｍ程度の丸棒部材を等ピッチ間隔に梯子状に組み立て製作されている。該電極２０２への給電には図１４および図１５に示すように、４つの給電点２１４ａないし２１４ｄで、同軸ケーブル２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃ、２１６ｄと接続される。
【００１７】
給電系は、図１３および図１４に示すように、高周波発信器２３２、信号分配器２３３、フエーズシフター（位相シフター）２３４、一対の電力増幅器２３６ａ，２３６ｂ、一対の整合器２１７ａ、２１７ｂ、一対の電力分配器２４０ａ、２４０ｂおよびコンピユータ２３５などより構成される。信号分配器２３３の２つの出力の一方の電圧の位相は、コンピユータ２３５で駆動制御されるフエーズシフター２３４により、±１８０度の範囲で時間的に変化する。該位相変化のある信号は第２の電力増幅器２３４ｂで電力増幅され、第２の整合器２１７ｂおよび第２の電力分配器２３６ｂを介して、給電点２１４ｃ、２１４ｄに供給される。他方の出力は、第１の電力増幅器２３６ａ、第１の整合器２１７ａおよび第１の電力分配器２４０ａを介して、給電点２１４ａ、２１４ｂに供給される。
【００１８】
具体的には、ラダー電極２０２の給電点例えば２１４ａには、図１５に示すように、前記アースシールド２０８を貫通して設置されている同軸ケーブルの芯線（内部導体）２２３が接続されている。該芯線２２３の周りは放電防止用絶縁環２３７で囲まれている。なお、該同軸ケーブルの外部導体はアースシールド２０８に取り付けリング２３９で接続され、その端部はカップリング２４１で整形されている。
【００１９】
プラズマを発生させる場合は、電力増幅器２３６ａ，２３６ｂに付属した図示しない進行波・反射波の検出器（モニター）を見ながら、第１および第２の整合器２１７ａ，２１７ｂを順次調整し、反射波がほぼ１〜１０％程度の状態を設定する。その結果、電力増幅器２３６ａ，２３６ｂの出力は、それぞれ整合器２１７ａ，２１７ｂから下流側へそのほぼ９０〜９９％程度が供給される。
【００２０】
次に、図１３および図１４に図示の装置を用いて例えば微結晶Ｓｉ膜を製造する場合について説明する。図示しないゲートバルブより、基板２１３例えばサイズ４６０ｍｍｘ４６０ｍｍのガラスを接地電極２０４の上に設置して、ゲートバルブを閉める。続いて、前記従来例１と同様に、真空ポンプ２１２を駆動させ、所定の真空度まで真空引きする。基板２１３の温度を２００℃に設定し、シランガスを５００ｓｃｃｍ、水素ガスを３、５００ｓｃｃｍ供給しつつ、圧力を０．１５Ｔｏｒｒ（２０Ｐａ）に設定する。
【００２１】
そして、高周波発振器２３２の周波数を例えば６０ＭＨｚに設定する。フェーズシフター２３４により、信号分配器２３３の一方の出力信号（正弦波）の位相を時間的に三角波状に変調させる。この場合、ラダー電極２０２と接地電極２０４間の電界は、給電点２１４ａ、２１４ｂおよび２１４ｃ、２１４ｄに供給される電力の電圧の位相差が時間的に変化するので、それに対応して変化する。その様子を図１６に電圧の波として示している。
【００２２】
図１６において、ラダー電極２０２の長さ方向の位置をｘ、右方向（ｘの正方向）へ伝播する電圧波をＷ１（ｘ，ｔ）、左方向（ｘの負方向）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＋２π／λ）．．．．．（１）
Ｗ２（ｘ，ｔ）＝Ｖ０・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝．．．（２）
ただし、ωは電圧の角周波数、λは電圧の波長、ｔは時間、Ｌ０はラダー電極２の伝播方向の長さ、Δθは  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＋（２πＬ０／λ＋Δθ／２｝．．．．（３）
【００２３】
上記（３）式で表せる合成波Ｗ（ｘ、ｔ）を概念的に図１７に示す。Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さはラダー電極の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、両端では弱いことを示している。プラズマの強い部分は、Δθ＞０の場合、ラダー電極の右端部であり、Δθ＜０の場合、左端部であることを示している。即ち、前記フェーズシフター２３４を用いて、前記式（３）のΔθを−１８０度〜＋１８０度の間で時間的に三角波状に変化させることにより、時間平均的に均一な強さのプラズマが生成される。その結果、プラズマの強さの不均一性が時間的に平均化されることにより、一様な膜厚分布の微結晶Ｓｉ膜が得られる。
【００２４】
【特許文献１】
特開平８−３２５７５９（第２−９頁、第１−４図）
【特許文献２】
特開平４−２３６７８１（第２−４頁、第１−４図）
【特許文献３】
特開２００１−２５７０９８（第３−８頁、第１−３図）
【００２５】
【非特許文献１】
Ｌ．Ｓａｎｓｏｎｎｅｎｓ，    Ａ．Ｐｌｅｔｚｅｒ，  Ｄ．Ｍａｇｎｉ，  Ａ．Ａ．Ｈｏｗｌｉｎｇ，Ｃｈ．Ｈｏｌｌｅｎｓｔｅｉｎ  ａｎｄ  Ｊ．Ｐ．Ｍ．Ｓｃｈｍｉｔｔ，：Ａ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ  ｓｔｕｄｙ  ｉｎ  ｌａｒｇｅ−ａｒｅａ  ｒｅａｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  ＲＦ  ｐｌａｓｍａ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ６  （１９９７）  ｐ．１７０−１７８
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の表面処理技術、即ち表面処理装置と表面処理方法は、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。
【００２７】
最近では、上記ニーズに対応するため、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、高密度プラズマで、かつ低電子温度との特徴のあるＶＨＦ帯（３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ）の電源を用いた高密度プラズマＣＶＤの大面積・高速製膜および大面積・高速プラズマエッチング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ことから、上記ニーズへの対応が困難視されている状況にある。
【００２８】
（１）従来技術の第１の代表例の平板電極を用いる技術における、大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ生成では、特許文献１、特許文献３および非特許文献１によると、電力供給線路および電極にＶＨＦ特有の定在波が発生すること、および表皮効果に起因するインピーダンスの増大があること等の原因により、一対の平板電極間の電界分布は一様にならず、不均一になると指摘されている。
【００２９】
本発明者は、最近、上記従来の平板電極を用いるＶＨＦプラズマによる大面積化・均一化・高速処理化の困難性に関する本質的原因に、次に示す３つの事項が関係しているということを発見した。
【００３０】
第１は、次に示す給電線路の構造上の問題である。図１１及び図１２おいて、同軸ケーブルと電極の接続部は、互いに異なる構造の線路が接続された形になっているので、その接続点では電力の反射が発生すると考えられる。即ち、同軸ケーブルは、内部導体（芯線）と外部導体の内面を往路・帰路とする伝送方式である。他方、一対の電極の構造は、同軸ケーブルと異なり、２本の平行線路に相当する構造である。したがって、両者の境界では電波の反射現象が発生する。この現象は以下に説明する漏洩電流の発生を伴う現象である。その様子を概念的に図１８に示す。なお、図１８では、同軸ケーブル１１６ｃの端部と一対の電極１０２，１０４との接合部での高周波電力の電流のある瞬間を概念的に示しているが、交流現象なので、当然、図示されている電流の方向は時間的に変化する。
【００３１】
図１８は、同軸ケーブル１１６ｃの外部導体の内側（内面）を流れてきた電流Ｉが外部導体の端面で反射し、その一部が外部導体の外側（外面）に漏れている現象を示している。外部導体の外側へ流れた電流Ｉ１（ここでは、漏洩電流と呼ぶ）は真空容器１０１の内部構造物の壁と結合した形で、該同軸ケーブル１１６ｃの芯線へもどる。漏洩電流Ｉ１は上記接合部の構造および真空容器の具体的な内部構造物の形状にも影響されるので、一対の電極１０２，１０４間に流れる電流Ｉ２は制御が困難であり、再現性もない。その結果、一対の電極１０２，１０４間の電界分布の一様性を実現するのは困難である。
【００３２】
第２及び第３の問題は、それぞれ、給電線路での反射波の検出手段およびその抑制方法に関する問題である。従来の第１の代表的技術での電力供給系では図１１に示された構成である。具体的に説明すると図１１の給電系は図１９に示す構成の高周波電源を用いている。即ち、高周波電源に付属した進行波Ｂ・反射波Ｂの検出器を見ながら、整合器１１７を調整することにより、反射波Ｂを抑制（反射波Ｂを進行波電力の１〜１０％程度に調整）している。しかしながら、この方法は、図１９に示すように、整合器１１７の下流側からの反射波Ａがその整合器１１７へ戻ってきた場合、該整合器１１７はそれを下流側へ戻してしまう機能があるので、上記進行波Ｂ・反射波Ｂの検出器は整合器１１７への反射波Ａの有無を判別できない。即ち、整合器１１７の下流側の反射波Ａの状況を把握できないという問題がある。反射波を検出できないことから、それを抑制することができないという問題がある。
【００３３】
（２）次に、従来技術の第２の代表例のラダー電極を用いる技術についての問題を説明する。本技術においても、上記の問題点、即ち特許文献１、特許文献３および非特許文献１で指摘されている問題点に加えて、次の３つの事項が本質的かつ実際的問題の原因であるということを発見した。
【００３４】
第１の問題は、前記（１）項の第１の問題と同様の問題である。図１４および図１５において、同軸ケーブルの芯線とラダー電極の接続部で、該同軸ケーブルの外部導体端部より漏れ電流が発生する。その様子は、前記の図１８と同様である。ただし、第２の代表的技術では、前記従来の第１の代表例の場合での問題に加えて、上記接合部が真空容器の中にあるので、プラズマ生成時に上記漏れ電流が原因である強い局部放電を発生する。これはプラズマの不均一化の原因になる問題であり、再現性のある均一な膜厚分布を得ることが困難な原因でもある。
【００３５】
第２及び第３の問題は、それぞれ前記（１）項の第２および第３の問題と同様である。この場合においても、図１４に示すような給電系の構成であるので、図１９に示すように、高周波電源に付属した進行波Ｂ・反射波Ｂの検出器を見ながら、整合器２１７を調整することにより、反射波Ｂを抑制（反射波を進行波電力の１〜１０％程度に調整）している。しかしながら、この方法は、整合器２１７の下流側からの反射波Ａがその整合器２１７へ戻ってきた場合、該整合器２１７はそれを下流側へ戻してしまう機能があるので、上記進行波Ｂ・反射波Ｂの検出器は整合器２１７への反射波Ａの有無を判別できない。即ち、整合器２１７の下流側の反射波Ａの状況を把握できないという問題がある。反射波を検出できないことから、それを抑制することができないという問題がある。
【００３６】
以上詳説したように、従来技術は、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級の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では、依然として困難で、不可能視されている。このような状況のもと、応用物理学会および電気学会等関連学会において研究が活発化しているが、１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ利用の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。
【００３７】
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、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。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系と、前記電力供給系と組み合わせて用いられる平衡不平衡変換装置とを具備し、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、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ／４で、かつ、該同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有し、かつ、該平衡不平衡変換装置が前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に挿入されることを特徴とする。
【００３９】
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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理装置において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合させる平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波を検知する定在波検知装置が挿入されるという構成を有することを特徴とする。
【００４０】
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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理装置において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合させる平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、該電力供給系構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波を検知する定在波検知装置が挿入され、かつ、該一対の電極に、該一対の電極のインピーダンスと並列の関係にあるリアクタンス調整装置が付加されるという構成を有することを特徴とする。
【００４１】
なお、前記高周波電源１５は、前記リアクタンス調整装置が前記一対の電極２，４に並列に設定されているので、プラズマ生成状態にある前記一対の電極と前記リアクタンスの合成インピータンスを負荷にすることになる。
【００４２】
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、請求項２及び３において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、長さが短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、前記外部導体との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍの円筒型導電体を被せ、かつ、該円筒型導電体の一方の端面を開放し、他方の端面を該同軸ケーブルの外部導体に密着させ、かつ、該円筒型導電体と該同軸ケーブル間に絶縁環を設置し、かつ、上記同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
【００４３】
なお、上記請求項４（他の請求項も同様）において、短縮率を考慮した波長λとは、同軸ケーブル内部を伝播する際の電波の波長で、短縮率即ち例えば、同軸ケーブルの誘電体がポリエチレンの場合、０．６７あるいは、アルミナの場合、０．３４と、真空中を伝播する場合の前記高周波電源出力周波数に対応の電波の波長の積を意味している。
【００４４】
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、請求項２及び３において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が接着し、該円筒型導電体の他方の端面は上記同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、前記同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、上記同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
【００４５】
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、請求項２及び３において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る第１の同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該第１の同軸ケーブルの他方の端部の外部導体に、形状がＵ型で、長さが短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの二分の一すなわちλ/２の第２の同軸ケーブルの両方の端部の外部導体を接続し、かつ、前記第１の同軸ケーブルの他方の端部の芯線と該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの一方の芯線を接続し、かつ、該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの他方の芯線と上記第１の同軸ケーブルの他方の端部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。
【００４６】
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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系と、前記電力供給系と組み合わせて用いられる平衡不平衡変換装置とを具備し、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、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ／４で、かつ、該同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が２ｍｍないし６０ｍｍであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有し、かつ、該平衡不平衡変換装置が前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に挿入され、両者の伝送特性を整合させ、前記一対の電極間に電力を供給させることを特徴とする。
【００４７】
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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理装置において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、平衡不平衡変換装置を挿入し、両者の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波検知装置を挿入し、その間の定在波を測定し、該定在波検知装置の測定値即ちＶＳＷＲ値に基いて、該電力供給系を構成する給電線路の定在波を制御することを特徴とする。
【００４８】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項９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、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理方法において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に平衡不平衡変換装置を挿入し、両者の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波検知装置を挿入し、その間の定在波を測定し、かつ、該一対の電極に、該一対の電極間のインピーダンスと並列の関係にあるリアクタンス調整装置を付加し、該定在波検知装置の測定値即ちＶＳＷＲ値に基いて、該リアクタンス調整装置のリアクタンスおよび該電力供給系を構成する給電線路の定在波を制御することを特徴とする。
【００４９】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項１０記載の発明は、請求項７ないし９において、該定在波検知装置の測定値即ちＶＳＷＲ値が２．５以下であることを特徴とする。
【００５０】
なお、ＶＳＷＲ値が２．５以下であるのは、その値が電力換算値で略１８％であり、その範囲であれば実用上問題ないからである。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係わる表面処理装置および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、表面処理装置および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。
【００５２】
（実施例１）
図１〜図４を参照して、実施例１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）について説明する。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のプラズマ表面処理装置のブロック構成図、図３は図１のプラズマ表面処理装置の一構成である平衡不平衡変換装置の第１の具体例を示す説明図、および図４は図１のプラズマ表面処理装置に組み入れられた平衡不平衡装置の第１の具体例を示す説明図である。
【００５３】
先ず、装置の構成を説明する。図１および図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２の非接地電極４は絶縁物支持材５ａ、５ｂで真空容器１に固着されている。前記第１の非接地電極２は、図示しない絶縁物６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程度の多数の小孔７が開口率４０％〜６０％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８が配置されている。該アースシールド８は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管９ａ、９ｂより供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔１０および前記非接地電極２に配置されている多数の小孔７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８は、排気管１１および図示しない真空ポンプ１２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。
【００５４】
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。
【００５５】
符番１３は基板で、図示しないゲートバルブ３９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。
【００５６】
図１および図２において、符番１５は高周波電源で、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の電力を発生する。その電力は第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９および図示しない絶縁環２１ａ、２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１のおよび第２の給電線２３，２９を介して、一対の電極２，４の給電点１４ａ、１４ｂに供給される。
【００５７】
前記平衡不平衡変換装置１９は、例えば外部導体が接地された同軸ケーブルと非接地の平行２本線路のように、互いに構造の異なる線路を接続する場合に、その間に挿入されれば、両者の伝送特性を整合させる機能がある。なお、不平衡線路の同軸ケーブルでは、電流は往路で芯線を流れ、帰路で外部導体およびアースを流れ、またそれを逆に流れるような伝送形態を有している。平衡線路では、電流は２本の線路を交互に、往路・帰路として流れ、等振幅で位相が１８０度異なっている。
【００５８】
前記平衡不平衡変換装置１９の第１の具体例を図３に示す。図３の装置は、芯線２３ａ、外部導体２４および誘電体２５から構成の前記同軸ケーブル１６ｃの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極２，４に接続される側の端部に円筒型導電体２６を被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線２３と外部導体２９を出力部とする。該円筒型導電体２６は、形状が円筒で、一方の端面を開放し、他方の端面２７を外部導体２４に密着・接続したものである。その長さは前記高周波電源１５の出力電力の波長λの四分の１（即ちλ／４）と該同軸ケーブルの波長短縮率との積に等しい値で、前記外部導体２４との間隔は２ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。円筒型導電体２６と上記外部導体２４の間には、絶縁環２８ａ、２８ｂが配置され、その間隔が一定に保持されている。なお、該間隔は、絶縁性を確保できればとくに問題ないが、目安としては、上記一対の電極間隔程度である。前記外部導体２４の端部には、図３図示のようにリード線２９が接続され、芯線２３と組み合わせて上記給電点１４ａ、１４ｂへの電力供給に用いられる。
【００５９】
図３において、前記外部導体２４の端面の地点３０ａから前記円筒型導電体２６の他方の端面の地点３０ｂを経由して、一方の端面の地点３１の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点３０ａから地点３０ｂの長さが波長短縮率（例えば、誘電体がポリエチレンの場合：０．６７、アルミナの場合：０．３４である）とλ／４の積に等しい値であるので、地点３０ａと地点３１間のインピーダンスは無限大である。その結果、前記外部導体２４の端面からの電流漏洩は発生しない。即ち、不平衡線路と平衡線路の接続部において、電流の漏洩や電力反射が抑制される効果がある。
【００６０】
図３に示した平衡不平衡変換装置の第１の具体例３２を、図１および図２に示した実施例１に係わる表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図４に、図１および図２に示した一対の電極２，４と前記平衡不平衡変換装置の第１の具体例３２を接続する配線状況を示している。プラズ生成空間に接する非接地電極２の内面（ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ）の小孔７部分に位置した給電点１４ａに、前記平衡不平衡変換装置の第１の具体例３２の同軸ケーブルの芯線２３を接続する。また、前記接地電極４の内面の給電点１４ｂに、前記平衡不平衡変換装置の第１の具体例３２のリード線２９を接続する。なお、前記芯線２３およびリード線２９には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環２１ａ，２１ｂが配置され、異常放電を抑制している。
【００６１】
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〜図４において、予め、基板１３を第２の非接地電極４の上に設置し、真空ポンプ１２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９ａ，９ｂ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の間に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【００６２】
即ち、高周波電源１５の出力を例えば６０ＭＨｚ、５００Ｗの出力を第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９の第１の具体例３２、および絶縁環２１ａ，２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線２３，２９を介して、給電点１４ａ、１４ｂに供給する。この場合、上記整合器１７を調整することにより、整合器１７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。その結果、ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成される。
【００６３】
ここで、給電点１４ａ，１４ｂに供給される電力は、上記平衡不平衡装置１９の第１の具体例３２の漏洩電流防止の機能により、漏洩電流の発生を抑制して、第１および第２の給電線２３，２９から一対の電極２，４間に供給できる。したがって、前記給電点１４ａ，１４ｂ近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第１および第２の給電線２３，２９回りの絶縁環２１ａ，２１ｂの絶縁効果も、両者間での異常放電を抑制している。また、従来技術では発生する漏洩電流が一対の電極周辺のアース構造および配線状況に関係しているので、再現性の良いプラズマ生成は困難であるが、本実施例では漏洩電流が発生しないので、再現性の良いプラズマを生成できる。
【００６４】
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１３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。
【００６５】
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１３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。
【００６６】
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）
電源周波数：６０ＭＨｚ
電力：５００Ｗ
基板１３の温度：２００℃
【００６７】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と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ので、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。
【００６８】
なお、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。
【００６９】
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。
【００７０】
（実施例２）
図１ないし図５を参照しながら実施例２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説明する。先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１〜図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。実施例２の装置の構成は、実施例１の構成即ち図１、図２および図４において、平衡不平衡装置１９として用いられた平衡不平衡装置の第１の具体例３２に代えて、図５に示す平衡不平衡装置の第２の具体例４０を用いるもので、その他の装置構成要素はすべて同様である。それ故、平衡不平衡装置の第２の具体例４０以外の装置の構成要素については図１、図２、および図４を参照することにし、ここでは説明を省略する。
【００７１】
図５は前記平衡不平衡装置の第１の具体例３２に代わる平衡不平衡装置の第２の具体例４０の構成を示す説明図である。図５において、芯線２３、外部導体２４および誘電体２５から構成の前記同軸ケーブル１６ｃの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極２，４に接続される側の端部に、両端解放の管型導電体２６ａと円筒型導電体２６ｂを被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線２３と外部導体２９を出力部とする。該管型導電体２６ａと円筒型導電体２６ｂは、図５に示すように、内筒と外筒の関係にあり、該管型導電体２６ａの外面と円筒型導電体２６ｂの内面が電気的に短絡状態になっている。上記内筒と外筒の関係にある重ねあった部分の距離は後述の取り付けボルト４２ａ，４２ｂおよび４１ａ、４１ｂを用いて調整される。該管型導電体２６ａの一方の端面３１と該円筒型導電体２６ｂの端面２７の距離は、前記高周波電源１５の出力電力の波長λの四分の１（即ちλ／４）と該同軸ケーブルの波長短縮率との積に等しい値である。前記管型導電体２６ａの内面と前記外部導体２４との間隔は２ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。該管型導電体２６ａと上記外部導体２４の間には、絶縁環２８ａ、２８ｂが配置され、その間隔が一定に保持されている。前記外部導体２４の端部にはリード線２９が接続され、後述するように、芯線２３と組み合わせて上記給電点１４ａ、１４ｂへの電力供給に用いられる。
【００７２】
図５において、前記外部導体２４の端面の地点３０ａから前記円筒型導電体２６ｂの端面の地点３０ｂを経由して、該管型導電体２６ａの端面の地点３１の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点３０ａから地点３０ｂの長さが波長短縮率（例えば、誘電体がポリエチレンの場合：０．６７、アルミナの場合：０．３４である）とλ／４の積に等しい値であるので、地点３０ａと地点３１間のインピーダンスは無限大である。その結果、前記外部導体２４の端面からの電流漏洩は発生しない。即ち、不平衡線路と平衡線路の接続部において、電流の漏洩や電力反射が抑制される機能がある。
【００７３】
実施例２として、図５に示した平衡不平衡変換装置の第２の具体例４０を、図１および図２に示した表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図４に、図１および図２に示した一対の電極２，４と前記平衡不平衡変換装置の第１の実施例３２を接続する配線状況を示したが、それと同様に前記平衡不平衡変換装置の第２の具体例４０を用いる。プラズ生成空間に接する第１の非接地電極２の内面（ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ）の小孔７部分に位置した給電点１４ａに、前記平衡不平衡変換装置の第２の実施例４０の同軸ケーブルの芯線２３を接続する。また、前記第２の非接地電極４の内面の給電点１４ｂに、前記平衡不平衡変換装置の第２の実施例４０のリード線２９を接続する。なお、前記芯線２３およびリード線２９には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環２１ａ，２１ｂが配置され、異常放電を抑制している。
【００７４】
次に、上記構成の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、図２および図５において、予め、基板１３を第２の非接地電極４の上に設置し、真空ポンプ１２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９ａ，９ｂ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間に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【００７５】
即ち、高周波電源１５の出力を例えば７０ＭＨｚ、５００Ｗの出力を第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９の第２の具体例４０および絶縁環２１ａ，２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線２３，２９を介して、給電点１４ａ、１４ｂに供給する。この場合、上記整合器１７を調整することにより、整合器１７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。仮に、上記平衡不平衡変換装置の第２の具体例４０の長さの調整が周波数７０ＭＨｚに整合していないことが原因で、第３の同軸ケーブル１６ｃと一対の電極２，４の間で電流の漏洩が発生している場合、一旦、プラズマの生成を中断し、上記平衡不平衡変換装置の第２の具体例４０の長さを調整することにより、再度プラズマを生成し、上記電力の反射が抑制されたことを確認することができる。
【００７６】
なお、上記平衡不平衡変換装置の第２の具体例４０の長さの調整の機能は、高周波電源１５の周波数が若干変更された場合において、別途新たに平衡不平衡変換装置を設置することなく、その長さの調整で対応できるというメリットになる。
【００７７】
ここで、給電点１４ａ，１４ｂに供給される電力は、上記平衡不平衡装置１９の第２の具体例４０の長さ調整による漏洩電流抑制の効果を最大限に活用することにより電力の損失を最小限にして、第１および第２の給電線２３，２９から一対の電極２，４に供給できる。したがって、前記給電点１４ａ，１４ｂ近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第１および第２の給電線２３，２９回りの絶縁環２１ａ，２１ｂの絶縁効果も加わり、両者間での異常放電を抑制している。
【００７８】
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１３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。
【００７９】
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１３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。
【００８０】
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）
電源周波数：７０ＭＨｚ
電力：５００Ｗ
基板１３の温度：２００℃
【００８１】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例１と同様に、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と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ので、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。
【００８２】
ただし、本実施例２では、実施例１の場合とは装置構成部材の平衡不平衡変換装置の機能が異なり、対応波長に若干の調整機能があるので、高周波電源１５の周波数が若干変更された場合でも、別途新たに平衡不平衡変換装置を設置することなく、その長さの調整で対応できるというメリットがある。
【００８３】
なお、本実施例２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。
【００８４】
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。
【００８５】
（実施例３）
図４および図５に示した平衡不平衡変換装置１９の第１および第２の具体例３２、４０に代わる可能性のあるその他の装置即ち、第３の具体例５０を実施例３として以下説明する。ただし、図１〜図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。また、実施例３の装置の構成は、実施例１および実施例２の構成即ち、図１、図２および図４において、平衡不平衡変換装置１９として用いられた前記平衡不平衡変換装置の第１および第２の具体例３２、４０に代えて、図６に示す平衡不平衡変換装置の第３の具体例５０をも用いるもので、その他の装置構成はすべて同様である。それ故、平衡不平衡変換装置１９の第３の具体例５０以外の装置構成要素および実施手順ついては、実施例１および２を参照する。
【００８６】
図６は平衡不平衡変換装置１９の第３の具体例５０の構成を示す説明図である。図６において、該第３の具体例５０は第１の同軸ケーブル１６ｃに第２の同軸ケーブル５１を付加した構造を有している。すなわち、長さが短縮率を考慮した波長λの二分の一（即ちλ／２）である第２の同軸ケーブル５１の両端部の外部導体を上記第１の同軸ケーブル１６ｃの一対の電極２，４側の短部の外部導体に導電板５２を用いて接続した構成になっている。そして、上記第２の同軸ケーブル５１の芯線５３ａが第１のコネクター５４ａを用いて上記第１の同軸ケーブル１６ｃの芯線２３に接続されている。また、上記第２の同軸ケーブル５１の芯線５３ｂが第２のコネクター５４ｂを用いてリード線２９に接続されている。なお、第１の同軸ケーブル１６ｃの芯線２３およびリード線２９、第２の同軸ケーブル５１の芯線５３ａ，５３ｂには、図示しない絶縁環を、放電防止のため設置する。
【００８７】
上記構成の平衡不平衡変換装置の第３の具体例５０の第１の同軸ケーブル１６ｃの一方の端部より、前記実施例２，３と同様に、前記高周波電源１５の出力を供給すると、前記第２の同軸ケーブル５１の長さが短縮率を考慮した波長の二分の一であるので、前記リード線２９と芯線２３には、電圧・電流の位相差が互いに１８０度異なる電力に変換される。ただし、リード線２９と芯線２３間の電圧は、上記同軸ケーブル１６ｃの芯線と外部導体間の電圧の２倍である。すなわち、平衡不平衡変換装置の第３の具体例５０の出力側のインピーダンスは同軸ケーブル１６ｃの４倍になる。したがって、本具体例５０は、負荷側のインピーダンスが同軸ケーブル１６ｃのインピーダンスより大きい場合に、有効に活用できる。
【００８８】
（実施例４）
本発明に係わる実施例４について、図７および図８を参照しながら説明する。図７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説明図、図８は図７の電力供給系の概念の説明図である。先ず、実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の構成について説明する。ただし、図１〜図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００８９】
図７において、符番６１は、電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ  ＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：略して、ＶＳＷＲと呼ぶ）を測定するＶＳＷＲ計で、後述の第４の同軸ケーブル６２を伝播する進行波と反射波の干渉で発生する定在波の電圧の最大値と最小値の比（ここでは、これをＳと表す）を測定・表示する。符番６２は第４の同軸ケーブルで、上記ＶＳＷＲ計６１を介して、第２の同軸ケーブル１６ｂより伝送された前記高周波電源１５の出力を、前記電流導入端子１８および第３の同軸ケーブル１６ｃ等を介して、前記一対の電極２，４へ伝送する。
【００９０】
図７において、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２の非接地電極４は図示しない絶縁物支持材５ａ、５ｂで真空容器１に固着されている。前記第１の非接地電極２は、図示しない絶縁物６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程度の多数の小孔７が開口率４０％〜６０％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８が配置されている。該アースシールド８は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管９ａ、９ｂより供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔１０および前記非接地電極２に配置されている多数の小孔７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８は、排気管１１および図示しない真空ポンプ１２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。
【００９１】
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。
【００９２】
基板１３は、図示しないゲートバルブ３９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。
【００９３】
高周波電源１５は、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の電力を発生する。その電力は第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、ＶＳＷＲ計６１、第４の同軸ケーブル６２、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９および図示しない絶縁環２１ａ、２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１のおよび第２の給電線２３，２９を介して、一対の電極２，４の給電点１４ａ、１４ｂに供給される。
【００９４】
なお、平衡不平衡変換装置１９としては、例えば前記図３の第１の具体例３２、前記図５の第２の具体例４０、および前記図６の第３の具体例５０等が用いられるが、ここでは例えば前記第２の具体例４０を用いる。
【００９５】
ここで、上記ＶＳＷＲ計６１を含む上記電力供給系の特徴を説明する。高周波電源１５、第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、ＶＳＷＲ計６１、第４の同軸ケーブル６２、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９および図示しない絶縁環２１ａ、２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１のおよび第２の給電線２３，２９から構成される電力供給系は、概念的には、図８のように表される。即ち、高周波電源１５の出力電力Ｐｔ１は、進行波Ｐｆ１として、整合器１７およびＶＳＷＲ計６１を経て、該電力を消費する負荷６３即ち、一対の電極２，４間に生成のプラズマに供給され、電力Ｐｌが消費される。先ず、整合器１７のリアクタンス（ＬとＣ）を調整しながら、高周波電源１５に付属の進行波・反射波モニターで反射波Ｐｒ１が最小値になるように該ＬとＣを調整・設定する。次に、整合器１７から負荷６３へ伝送される電力Ｐｔ２が効率良く上記負荷６３に伝送されているか否かを、ＶＳＷＲ計６１で測定・評価する。すなわち、整合器１７から負荷６３への進行波Ｐｆ２と負荷６３側から整合器１７の方への反射波Ｐｒ２により発生する定在波の電圧最大値と電圧最小値に関する情報をＳ（即ちＶＳＷＲ）の値で読む。そして、仮に、Ｓ＝３程度以上の場合、例えば、上記電力供給系構成要素の平衡不平衡変換装置１９の第２の具体例４０の長さの調整や、電流導入端子１８と第３の同軸ケーブル１６ｃとの接続部のナットの締め付け具合を調整する。もしも、上記調整で、上記Ｓの値に変化が無ければ、第２、第３および第４の同軸ケーブルの長さおよび仕様を変更して、取替え設置する。一般に、同軸ケーブルの接合部に異常が無ければ、上記Ｓは、Ｓ＝３程度以下になる。なお、ＶＳＷＲ計で測定されるＳ値に基いて、上記電力供給系の給電線路の定在波が制御できることは、従来技術にはない画期的手段、かつ方法であると言える。
【００９６】
さらに、上記ＶＳＷＲ計６１に代えて、上記高周波電源１５に付属の方向性結合器を用いた進行波・反射波電力検知器と同様の電力検知器を用いることも考えられる。
【００９７】
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において、予め、基板１３を第２の非接地電極４の上に設置し、真空ポンプ１２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９ａ，９ｂ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の間に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【００９８】
即ち、高周波電源１５の出力を例えば６０ＭＨｚ、５００Ｗの出力を第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、ＶＳＷＲ計６１、第４の同軸ケーブル６２、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９の第２の具体例４０、および絶縁環２１ａ，２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線２３，２９を介して、給電点１４ａ、１４ｂに供給する。この場合、上記整合器１７を調整することにより、整合器１７の上流側には上記供給電力の反射波が、進行波電力の１〜１０％程度になるように調整できる。さらに，ＶＳＷＲ計の測定および上記平衡不平衡変換装置１９等の調整により、Ｓ＝１〜３程度の調整・設定ができる。その結果、上記高周波電源の出力が効率よく上記負荷６３に供給できるようになるので、上記給電線路を含む負荷６３側からの反射波Ｐｒ２が抑制される。その結果、上記一対の電極２，４間で生成されるＳｉＨ４ガスプラズマの均一性が良好となる。なお、上記電力供給系の特性インピーダンスと上記負荷６３のインピーダンスは、一般に同じではないので、上記反射波Ｐｒ２を完全に抑制することができないのは当然である。
【００９９】
以上説明したように、給電点１４ａ，１４ｂに供給される電力が、上記平衡不平衡装置１９の第２の具体例４０の漏洩電流抑制の機能により、電力の損失を最小限にして、第１および第２の給電線２３，２９から一対の電極２，４間に供給できることは、前記実施例１〜３と同様であるが、ＶＳＷＲ計６１の導入により、反射波をモニターしながら、上記平衡不平衡装置１９の第２の具体例４０の調整が可能となり、より一層その機能を高めることができるというメリットがある。
【０１００】
上記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１３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。
【０１０１】
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１３に製膜速度０．３ｎｍ／ｓ程度、膜厚分布±１０％程度のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。
【０１０２】
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）
電源周波数：６０ＭＨｚ―８０ＭＨｚ
電力：２００Ｗ
基板１３の温度：２００℃
【０１０３】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例１，２および３と同様に、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と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が、その整合操作を実行する際に、上記定在波検知装置を用いることにより、反射波の大きさを数値的に測定可能となる。その結果、実施例１，２および３の場合に比べ、漏洩電流および反射波の抑制が確実に実行できる。したがって、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べ著しく均一になる。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以内で製膜可能となる。
【０１０４】
なお、本実施例では、市販のＶＳＷＲ計の使用することを考えて、電力を２００Ｗとしている。また、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１、２００ｍｍｘ３００ｍｍ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。
【０１０５】
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−８０ＭＨｚ程度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。
【０１０６】
（実施例５）
本発明に係わる実施例５について、図９および図１０を参照しながら説明する。図９は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す説明図、図１０は図９の電力供給系の概念の説明図である。先ず、実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の構成について説明する。ただし、図１〜図８と同部材は同符番を付して説明を省略する。
なお、実施例５の構成上の特徴は、前記実施例４の装置構成に、前記平衡不平衡変換装置１９から見た下流（電源出力の伝送方向）側のインピーダンスを調整する機能を有するリアクタンス調整系７０を付加したものである。
【０１０７】
図９および図１０において、リアクタンス調整系７０は、一対の電極２，４間に生成されるプラズマのインピーダンスＺｐに並列に挿入されるリアクタンス調整装置７１（このインピーダンスをＺｃで表す）と、第５の同軸ケーブル７７と、電流導入端子７６と、第６の同軸ケーブル７５と、第２の平衡不平衡変換装置７４と、絶縁環７８ａ，７８ｂで絶縁されている第３、第４の給電線７２，７３とから構成される。該リアクタンス調整系７０により、前記高周波電源１５の負荷である一対の電極２，４間のプラズマと該リアクタンス調整系７０の合成のインピーダンスＺｌｌを、Ｚｌｌ＝Ｚｐ・Ｚｃ／（Ｚｐ＋Ｚｃ）の関係より、該リアクタンス調整装置７１を用いて調整する。
【０１０８】
図９お呼び図１０において、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２の非接地電極４は図示しない絶縁物支持材５ａ、５ｂで真空容器１に固着されている。前記第１の非接地電極２は、図示しない絶縁物６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程度の多数の小孔７が開口率４０％〜６０％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８が配置されている。該アースシールド８は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管９ａ、９ｂより供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔１０および前記非接地電極２に配置されている多数の小孔７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８は、排気管１１および図示しない真空ポンプ１２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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
基板１３は、図示しないゲートバルブ３９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。
【０１１１】
高周波電源１５は、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の電力を発生する。その電力は第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、ＶＳＷＲ計６１、第４の同軸ケーブル６２、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９および図示しない絶縁環２１ａ、２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１のおよび第２の給電線２３，２９を介して、一対の電極２，４の給電点１４ａ、１４ｂに供給される。なお、平衡不平衡変換装置１９としては、例えば前記図３の第１の具体例３２、前記図５の第２の具体例４０、および前記図６の第３の具体例５０等が用いられるが、ここでは例えば前記第２の具体例４０を用いる。
【０１１２】
なお、上記構成において、上記平衡不平衡変換装置１９を省略し、上記リアクタンス調整回路７１で負荷のインピーダンスを調整し、その調整の際に上記ＶＳＷＲ計６１を用いるようにすることも考えられる。
【０１１３】
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において、予め、基板１３を第２の非接地電極４の上に設置し、真空ポンプ１２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９ａ，９ｂ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の間に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【０１１４】
即ち、高周波電源１５の出力を例えば６０ＭＨｚ、２００Ｗの出力を第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、ＶＳＷＲ計６１、第４の同軸ケーブル６２、電流導入端子１８、第３の同軸ケーブル１６ｃ、平衡不平衡変換装置１９の第２の具体例４０、および絶縁環２１ａ，２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線２３，２９を介して、給電点１４ａ、１４ｂに供給する。この場合、先ず、第５の同軸ケーブル７７と電流導入端子７６を接続しない状態にして、上記整合器１７を調整することにより、上記供給電力の、整合器１７の上流側への反射波が、高周波電源１５の出力（進行波電力）の１〜１０％程度になるように調整する。さらに，ＶＳＷＲ計の測定および上記平衡不平衡変換装置１９等の調整により、Ｓ＝１〜３程度となるように、調整・設定をおこなう。なお、ＶＳＷＲ計で測定されるＳ値に基いて、上記電力供給系の給電線路の定在波が制御できることは、従来技術にはない画期的手段、かつ方法であると言える。次に、上記第５の同軸ケーブル７７と電流導入端子７６を接続し、一対の電極２，４に並列に付加しているリアクタンス調整装置７１を用いて、即ちＺｃを調整することにより、前記インピーダンスＺｌｌすなわち、Ｚｌｌ＝Ｚｐ・Ｚｃ／（Ｚｐ＋Ｚｃ）を調整する。その結果、Ｚｌｌを、上記電力供給系の線路の特性インピーダンスの値に可能な限り整合させることができる。このことは、供給電力最大の法則を実現したことを意味しており、その結果、一対の電極２，４間に生成するプラズマからの反射波が著しく減少する。
【０１１５】
以上説明した装置構成により、電力供給系の線路の特性インピーダンスと負荷のインピーダンスが略等しくすること（上記供給電力最大の法則）が実現可能であるので、上記高周波電源の出力が効率よく上記負荷６３に供給できるようになる。このことは、供給電力の損失が従来に比べて、著しく抑制されていることを意味している。
【０１１６】
上記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１３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。
【０１１７】
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１３に製膜速度０．３ｎｍ／ｓ程度、膜厚分布±１０％程度のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。
【０１１８】
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）
電源周波数：６０ＭＨｚ―８０ＭＨｚ
電力：２００Ｗ
基板１３の温度：２００℃
【０１１９】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例４と同様に、上記定在波検知装置および上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と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、かつ、上記リアクタンス調整装置の付加により、負荷即ち生成されるプラズマと該リアクタンス調整装置の合成インピーダンスが制御可能である。その結果、上記漏洩電流抑制および上記供給電力最大の法則の実現が可能となる。したがって、供給電力の損失が抑制され、かつ、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べ著しく均一になる。その結果、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、著しく均一になる。数値的にはａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０以内で製膜可能となる。
【０１２０】
なお、本実施例では、市販のＶＳＷＲ計の使用することを考えて、電力を２００Ｗとしている。また、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。
【０１２１】
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−８０ＭＨｚ程度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。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１のプラズマ表面処理装置によれば、平衡不平衡変換装置が電力供給系と一対の電極との接続部に挿入されることにより、漏洩電流を抑制できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性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する貢献度は著しく大きい。
【０１２３】
請求項２のプラズマ表面処理装置によれば、平衡不平衡変換装置が電力供給系と一対の電極との接続部に挿入され、かつ、定在波検知装置が該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極との間に挿入されることにより、それぞれ、漏洩電流を抑制でき、かつ、定在波を検知・制御できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が再現性良く可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性よく可能である。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する貢献度は著しく大きい。
【０１２４】
請求項３のプラズマ表面処理装置によれば、平衡不平衡変換装置が電力供給系と一対の電極との接続部に挿入され、かつ、定在波検知装置が該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極との間に挿入され、かつ、リアクタンス調整装置が該一対の電極に並列に付加されることにより、それぞれ、漏洩電流を抑制でき、かつ、定在波を検知・制御でき、かつ、該電力供給系の負荷のインピーダンスを調整できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化および該電力供給系の出力電力の損失抑制が可能である。すなわち、電力消費を少なくして、かつ、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性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、太陽電池業界での低コストおよび生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【０１２５】
請求項４〜６は、上記請求項２及び３を実現する確実な手段として、その価値が高い。
【０１２６】
請求項７のプラズマ表面処理方法によれば、電力供給系と一対の電極との接続部に挿入される平衡不平衡変換装置で該接続部の伝送特性を整合させることにより、漏洩電流を抑制できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が再現性良く可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が可能である。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での低コストおよび生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【０１２７】
請求項８のプラズマ表面処理方法によれば、電力供給系と一対の電極との接続部に挿入される平衡不平衡変換装置で該接続部の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極との間に挿入される定在波検知装置で該一対の電極側からの反射波の大きさを制御することにより、それぞれ、該接続部に発生の漏洩電流を抑制でき、かつ、該反射波を抑制できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が再現性良く可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が可能である。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に関する貢献度は著しく大きい。
【０１２８】
請求項９のプラズマ表面処理方法によれば、電力供給系と一対の電極との接続部に挿入される平衡不平衡変換装置で該接続部の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極と間に挿入される定在波検知装置で該一対の電極側からの反射波の大きさを制御し、かつ、該一対の電極に並列に付加されるリアクタンス調整装置のリアクタンスを制御することにより、それぞれ、該接続部に発生の漏洩電流を抑制でき、かつ、該反射波を抑制でき、かつ、該電力供給系のインピーダンスと負荷のインピーダンスを整合できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化および該電力供給系の出力電力の損失抑制が可能である。すなわち、電力消費を少なくして、かつ、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性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、太陽電池業界での低コストおよび生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【０１２９】
請求項１０の表面処理方法は、上記請求項７および９を実現する確実な方法として、その価値は高い。
【０１３０】
【図面の簡単な説明】
【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】実施例１に係わる図１のプラズマ表面処理装置における電力供給系を示す説明図。
【図３】実施例１に係わる図１のプラズマ表面処理装置の一構成である平衡不平衡変換装置１９の第１の具体例を示す説明図。
【図４】実施例１に係わる図１のプラズマ表面処理装置での平衡不平衡変換装置１９の第１の具体例と一対の電極との接続部を示す説明図。
【図５】実施例２に係わる平衡不平衡変換装置１９の第２の具体例の構成を示す説明図。
【図６】実施例３に係わる平衡不平衡変換装置の第３の具体例の構成を示す説明図。
【図７】実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す説明図。
【図８】実施例４に係わる電力供給系の概念の説明図。
【図９】実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す説明図。
【図１０】実施例５に係わる電力供給系の概念の説明図。
【図１１】従来の第１の代表的技術に係わるプラズマ表面処理装置の構成図。
【図１２】従来の第１の代表的技術に係わる電極への給電点を示す説明図。
【図１３】従来の第２の技術に係わるプラズマ表面処理装置の概念図。
【図１４】図１３図示の装置に係わる給電系のブロック構成図。
【図１５】図１３図示の装置に係わる電極への給電点を示す説明図。
【図１６】従来の第２の技術に係わる電圧波の説明図。
【図１７】従来の第２の技術に係わる電圧の合成波の説明図。
【図１８】従来の技術の課題に係わる構造の異なる線路間で生じる漏洩電流の概念を示す説明図。
【図１９】従来の技術の課題に係わる高周波電源に付属の進行波・反射波の検出装置の説明図。
【符号の説明】
１．．．真空容器２，
２．．．第１の非接地電極，
４．．．第２の非接地電極，
５ａ，５ｂ．．．絶縁物支持材，
７．．．小孔，
８．．．アースシールド，
９ａ，９ｂ．．．放電ガス供給管，
１０．．．整流孔，
１１．．．排気管，
１３．．．基板，
１４ａ，１４ｂ．．．給電点，
１５．．．高周波電源、
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ．．．第１，第２および第３の同軸ケーブル、
１７．．．整合器、
１８．．．電流導入端子、
１９．．．平衡不平衡変換装置、
２３．．．第１の給電線、
２３ａ．．．芯線、
２４．．．外部導体、
２５．．．誘電体、
２６．．．円筒型導電体、
２６ａ．．．管型導電体，
２６ｂ．．．円筒型導電体，
２７．．．端面，
２８ａ、２８ｂ．．．絶縁環，
２９．．．第２の給電線、
３２．．．平衡不平衡変換装置の第１の具体例、
４０．．．平衡不平衡変換装置の第２の具体例、
４１ａ、４１ｂ４２ａ，４２ｂ．．．取り付けボルト，
５０．．．平衡不平衡変換装置の第３の具体例、
５１．．．同軸ケーブル，
５２．．．導電板，
５３ａ，５３ｂ．．．芯線，
５４ａ，５４ｂ．．．第１および第２のコネクター，
６１．．．ＶＳＷＲ計、
６２．．．第４の同軸ケーブル、
７０．．．リアクタンス調整系、
７１．．．リアクタンス調整装置、
７２，７３．．．第３、第４の給電線、
７４．．．第２の平衡不平衡変換装置、
７６．．．電流導入端子。
【要約】【課題】１ｍｘ１ｍ級大面積基板に対しても、真空容器内の一対の電極間にＶＨＦ帯（３０〜３００ＭＨｚ）のプラズマが再現性良く、均一に生成され、基板に対する均一なプラズマ表面処理が可能となる表面処理装置および表面処理方法を提供すること。
【解決手段】プラズマを利用して真空容器１内の一対の電極２，４の一方に配置される基板１３の表面を処理する表面処理装置および方法において、前記一対の電極２，４と同軸ケーブル１６ｃの間に平衡不平衡変換装置１９を挿入し、かつ、整合器１７と前記一対の電極２，４の間に定在波検知装置６１を挿入し、かつ、前記一対の電極２，４に並列にリアクタンス調整装置７１を付加した構成にしたことを特徴とする。
【選択図】図９【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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