(57)【要約】【課題】ＶＨＦプラズマ及びＵＨＦプラズマの大面積・均一化プロセスへの応用において、定在波問題を効果的に解決することにより、大面積・均一化処理が可能なプラズマ表面処理方法及び表面処理装置を提供すること。【解決手段】ランダム位相変調器によりランダムに位相変調される高周波発振器を内臓した複数の電源の出力を一対の電極に供給することにより、該電極間に互いに独立で、時間的・空間的に変動しない複数の定在波を同時に発生させ、かつ、その複数の定在波の腹の位置を個々に制御することにより、大面積プラズマを一様化・均一化する方法及び装置。【選択図】図７
2006332709.tif 000002
【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、非接地電極及び接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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電極への電力供給方法において、前記複数の高周波電源にそれぞれに内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、互いに異なるランダム位相変調器で位相変調させることにより、該複数の高周波電源の出力間の相互の干渉を無くすことを特徴とする電極への電力供給方法。
【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、非接地電極及び接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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電極への電力供給方法において、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある一方の複数の給電点及び他方の複数の給電点に、それぞれに複数の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給して、前記一対の電極間に複数の定在波を同時に発生させて、該電極間の電力分布を一様化する際に、該複数の高周波電源にそれぞれに内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、互いに異なるランダム位相変調器を用いてランダムに位相変調することにより、該複数の高周波電源の出力間の相互の干渉を無くすことを特徴とする電極への電力供給方法。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２のいずれか１項に記載の電極への電力供給方法において、前記非接地電極の電力の伝播上の対向点である２つの位置に第１及び第２の給電点を配置し、該第１及び第２の給電点に、それぞれに、第１の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給し、かつ、第２の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給する際に、該第１の位相可変２出力の高周波電源に内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、第１のランダム位相変調器を用いてランダムに位相変調するとともに、該第２の位相可変２出力の高周波電源に内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、第２のランダム位相変調器を用いてランダムに位相変調することにより、該第１の位相可変２出力の高周波電源の出力と該第２の位相可変２出力の高周波電源の出力との相互の干渉を無くすことを特徴とする電極への電力供給方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極への電力供給方法において、前記高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、増幅器とから構成されることを特徴とする電極への電力供給方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極への電力供給方法において、前記高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、結合器と、増幅器とから構成されることを特徴とする電極への電力供給方法。
【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、非接地電極及び接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電極への電力供給方法を用いることにより、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある一方の複数の給電点と他方の複数の給電点に、それぞれに、複数の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給し、前記一対の電極間に時間的、空間的に変動しない複数の定在波を同時に発生させて、前記基板の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７】
請求項６に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある第１及び第２の給電点に供給する第１の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と、第２の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差をそれぞれに制御して、前記一対の電極間に２つの定在波、即ち第１及び第２の定在波を同時に発生させ、かつ、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を調整するに際し、その距離を該電極間に生成のプラズマ内を伝播する電磁波の波長λの四分の一の奇数倍、即ちλ／４の奇数倍に設定することにより、該電極間の電力の強さの分布を一様化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】
請求項６に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある第１及び第２の給電点に供給する第１の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と、第２の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差をそれぞれに制御して、前記一対の電極間に２つの定在波、即ち第１及び第２の定在波を同時に発生させ、かつ、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を調整するに際し、その距離を該定在波の腹の空間的周期の二分の一の奇数倍にすることにより、該電極間の電力の強さの分布を一様化させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記基板に所定のプラズマ処理を行う前に、膜厚み分布、エッチング速度分布、プラズマ発光分布、及びプラズマ密度分布のうち少なくとも１つについて、予め計測しておき、その計測結果に基ずいて前記定在波の腹の位置の情報と前記複数の２出力の位相可変高周波電源のそれぞれの２つの出力電力の電圧の位相差の関係を把握し、該基板の所定のプラズマ処理を行う為の該位相差の値の設定に用いることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記第１の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的膜厚分布を有するシリコン系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第１の工程と、前記第２の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的膜厚分布を有するシリコン系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第２の工程と、該第１及び第２の工程で把握された第１及び第２の高周波電源のそれぞれの２つの出力の電圧の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第１及び第２の高周波電源のそれぞれの２つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のシリコン系膜を製膜する第３の工程からなることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項１１】
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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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、発生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であって、前記複数の高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、増幅器とから構成されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１２】
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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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、発生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であって、前記複数の高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、結合器と、増幅器とから構成されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１３】
請求項１１あるいは請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理装置において、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある一方の給電点及び他方の給電点に、それぞれに、第１の高周波電源の２つの出力の一方に接続された第１のインピーダンス整合器の出力端子と第２の高周波電源の２つの出力の一方に接続された第３のインピーダンス整合器の出力端子、及び該第１の高周波電源の２つの出力の他方に接続された第２のインピーダンス整合器の出力端子と該第２の高周波電源の２つの出力の他方に接続された第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続され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。
【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及び表面処理方法に関する。本発明は、特に、メートル級サイズの大面積基板を対象にしたプラズマ発生用電極への高周波電力の供給方法、該供給方法を用いたプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置に関する。
【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】
また、最近、薄膜太陽電池の本格的実用化普及を目指した低コスト化及び生産性向上に必要な大面積太陽電池製造用プラズマＣＶＤ装置や高画質で大面積の液晶デイスプレーの低コスト化に必要な大面積薄膜トランジスター（ＴＦＴ）製造用プラズマＣＶＤ装置が、特に注目されている。
【０００４】
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、電極構造の形状で大別すると３つの代表的技術がある。
第１の代表的技術は、例えば、特許文献１及び非特許文献１、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２及び３に記載されているもので、プラズマ発生に棒電極あるいはラダー型電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。
第３の代表的技術は、例えば、特許文献４に記載されているもので、電極がアンテナ方式であることを特徴とする。
【０００５】
プラズマの大面積、均一化の方法及び手段で大別すると、第１の代表的技術は、例えば、特許文献１、３に記載されているもので、電極上の少なくとも２つの給電点へ給電する電力の電圧の位相差を時間的に変化させ、電極の電圧分布における定在波を揺動することにより、その発生の影響を抑制することを特徴とする。
第２の代表的技術は、特許文献５に記載されているもので、電極に、腹の位置が異なる２つの定在波を時間的にずらせて発生させ、それを重畳させることにより、均一な電圧分布が得られるということを特徴とする。
第３の代表的技術は、特許文献６に記載されているもので、電極に、互いに独立の関係にあり、かつ腹の位置が異なる２つの定在波を同時に発生させ、それを重畳させることにより、均一な電圧分布が得られるということを特徴とする。
【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に記載の技術は、非接地電極を方形電極とし、該方形電極の第１の辺の側面に複数の第１の電力供給点を配置し、該第１の辺と対向する第２の辺の側面に複数の第２の電力供給点を配置し、かつ、該複数の第１の給電点に供給される電力の電圧と該複数の第２の電力供給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。なお、この技術では互いに向かい合った方向に伝播するように供給される２つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献２に記載の技術は、一対の電極の電力供給点の反対側の先端部分に反射電力の位相を調整する位相調整回路が接続されるということを特徴としている。この技術では、該位相調整回路を制御することにより、反射波の位相の調整が可能で、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動することが可能である。
特許文献３に記載の技術は、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。なお、この技術では、互いに向かい合った方向から供給される２つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献４に記載の技術は、電極が線状導体をその中央点を基準に平面内に含まれるように折り返して形成され、該中央点を給電点としたことが特徴である。なお、この電極の形状には、例えばＵ字型あるいはＭ字型がある。また、該Ｕ字型あるいはＭ字型電極がアンテナとなって供給電力が空間へ放射される。
特許文献５に記載の技術は、電極の両端に対向して配置された第１の給電点及び第２の給電点に、それぞれに第１の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給し、かつ、該第１の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力と時間帯を異ならせて、第２の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給することにより、即ち第１の高周波電源から出力されるパルス電力と第２の高周波電源から出力されるパルス電力を時間的に交互に供給することにより、腹の位置が異なり、かつ発生時間帯が異なる２つの定在波を発させることにより、電極の電力分布を均一にすることを可能としている。
特許文献６に記載の技術は、電極の両端に対向して配置された第１の給電点及び第２の給電点に、互いに独立の関係にある位相可変２出力の第１及び第２の高周波電源から出力される高周波電力を同時に供給し、かつ、該第１の高周波電源から出力された２つの電力の電圧の位相差を所定の値に設定して、該第２の高周波電源から出力された２つの電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給することにより、腹の位置が異なり、かつ時間的、空間的に変化のない互いに独立の関係にある２つの定在波を発生させることにより、電極の電力分布を均一にすることを可能としている。
【０００７】
非特許文献１に記載の技術は、非接地電極のプラズマに接する面の裏側の面にＨ文字状の給電帯を設置し、該Ｈ文字状給電帯上に複数の給電点を設置したことを特徴としている。
非特許文献２に記載の技術は、非接地電極の給電点の反対側、即ち電力伝播方向に位置する該電極の端部にコイルを設置し、電源と該一対の電極を結ぶ給電線および該電極に発生する定在波の腹の位置をずらすことを特徴としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１２９７７（第２頁、第１図、第１０−１１図）
【特許文献２】特開平１１−２４３０６２（第２頁、第１図、第７〜８図）
【特許文献３】特許第３３１６４９０号（第１頁、第１図、第８図）
【特許文献４】特開２０００−３４５３５１（第２頁、第１図、第５図、第７図）
【特許文献５】特開２００５−１２３２０３（第２〜４頁、第１図、第２図、第８図）
【特許文献６】特開２００５−１２３１９９（第２〜４頁、第１図、第２図、第６図）
【０００９】
【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.
【非特許文献２】J.Kuske, U.Stephan, O.Steinke and S.Rohleck: Power feeding in large area PECVD of amorphous silicon, Mat. Res. Soc. Symp.Proc. Vol. 377(1995),p.27-32.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
特に、最近はエネルギー資源問題や地球環境問題に対応した新エネルギー源として実用化普及の加速化が期待されている薄膜シリコン系太陽電池の分野では、これまで以上により一層の生産コストの低減が社会的ニーズとして求められている。
【００１１】
上記ニーズに対応するため、最近では、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、高性能化と高速処理化が可能（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〜３００ＭＨｚ）及びＵＨＦ帯域（３００ＭＨｚ〜３０００ＭＨｚ）の電源を用いたプラズマＣＶＤ技術の実用化研究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、上記ニーズの分野では齟齬をきたしている。
【００１２】
上記技術分野における課題は、ＶＨＦ及びＵＨＦプラズマを用いた表面処理の高速化・大面積・均一化（生産性向上および性能向上）が可能な高生産性プロセス用ＶＨＦ及びＵＨＦプラズマ表面処理装置及びＶＨＦ及びＵＨＦプラズマ表面処理方法に係わる技術のブレークスルーである。
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、１９８７年世界初の試みとして登場したＶＨＦプラズマの高速化・大面積・均一化に関する技術はあまり進展が見られない状況にある。
従来のＶＨＦプラズマ技術では、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、±２０〜４０％程度の膜厚分布であり、上記指標をクリアできないという問題がある。
【００１３】
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に起因する定在波の発生がある。この定在波の問題は電磁波の伝播に伴う基本的な現象であるため、従来、抜本的解決手段がなく、次善の策として、前記特許文献１〜４にある技術が実用化されつつある。
しかしながら、いずれの技術も次に述べるような問題がある。すなわち、この定在波の問題を抜本的に解決できていない。
（１）特許文献１記載の技術は、方形電極の互いに対向した２つの辺から供給される電力の電圧の位相差を時間的に、例えば数ｋＨＺの周波数で、鋸歯状に変化させることにより、一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を移動させ、時間平均的に見て均一化するものである。膜厚分布は、アモルファスＳｉ製膜では、基板面積が５０ｃｍｘ５０ｃｍ程度に関しては、±１０〜１５％程度の膜厚分布が得られているが、１００ｃｍｘ１００ｃｍ程度に関しては、±２０％以上と見られている。また、技術改善が困難で±２０％程度が限界と見られている。
（２）特許文献２記載の技術は、電力供給点の反対側に、位相調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数１００Ｐａ程度以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
（３）特許文献３記載の技術は、特許文献１記載の技術と同様に、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ものである。本技術のデータとして、膜厚分布は、アモルファスＳｉ製膜では、基板面積が１４０ｃｍｘ１１０ｃｍ程度に関し、製膜速度１．７ｎｓで±１８％程度が報告されている。しかしながら、技術改善が困難で±１８％程度が限界と見られている。
（４）特許文献４記載の技術は、アンテナ方式即ち誘導結合型のプラズマ生成なので、圧力条件が数Ｐａ以下という制約がある。すなわち、微結晶Ｓｉ等のような圧力条件が数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａである応用には無理があるという欠点がある。また、電極の周囲にある真空容器の形状や接地条件に影響を受けやすいで、製膜条件の適正条件の把握が困難と推測される。
（５）特許文献５記載の技術は、上記特許文献１、３に記載の技術を改善できる可能性のある技術である。しかしながら、まだ、基礎的な研究開発段階にある技術である。
（６）特許文献６記載の技術は、上記特許文献１、３に記載の技術を改善できる可能性のある技術である。しかしながら、まだ、基礎的な研究開発段階にある技術である。
【００１４】
以上説明したように、従来技術では、生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（周波数３０−３００ＭＨｚ）及びＵＨＦプラズマＣＶＤ、並びにＶＨＦ及びＵＨＦプラズマエッチング等の応用では、定在波問題が未解決である。
即ち、１ｍｘ１ｍ級を越える大面積基板を対象にしたＶＨＦ及びＵＨＦプラズマ利用の高速化・大面積化・均一化が可能な表面処理装置及びその方法には、依然として、電極に発生の定在波に起因する電力分布の不均一性問題がある。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、プラズマＣＶＤによる大面積基板への製膜やプラズマによる大面積基板のエッチング処理などに対応可能なプラズマ表面処理方法およびプラズマ表面処理装置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】
【００１６】
本発明に係わる電極への電力供給方法は、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、非接地電極及び接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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電極への電力供給方法において、前記複数の高周波電源にそれぞれに内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、互いに異なるランダム位相変調器で位相変調させることにより、該複数の高周波電源の出力間の相互の干渉を無くすことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係わる電極への電力供給方法においては、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、非接地電極及び接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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電極への電力供給方法において、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある一方の複数の給電点及び他方の複数の給電点に、それぞれに複数の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給して、前記一対の電極間に複数の定在波を同時に発生させて、該電極間の電力分布を一様化する際に、該複数の高周波電源にそれぞれに内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、互いに異なるランダム位相変調器を用いてランダムに位相変調することにより、該複数の高周波電源の出力間の相互の干渉を無くすことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係わる電極への電力供給方法においては、前記非接地電極の電力の伝播上の対向点である２つの位置に第１及び第２の給電点を配置し、該第１及び第２の給電点に、それぞれに、第１の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給し、かつ、第２の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給する際に、該第１の位相可変２出力の高周波電源に内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、第１のランダム位相変調器を用いてランダムに位相変調するとともに、該第２の位相可変２出力の高周波電源に内臓の発振回路から出力される正弦波信号の位相を、第２のランダム位相変調器を用いてランダムに位相変調することにより、該第１の位相可変２出力の高周波電源の出力と該第２の位相可変２出力の高周波電源の出力との相互の干渉を無くすことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係わる電極への電力供給方法においては、前記高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、増幅器とから構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係わる電極への電力供給方法においては、前記高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、結合器と、増幅器とから構成されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係わるプラズマ表面処理方法は、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、非接地電極及び接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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であって、前記電極への電力供給方法のいずれか一つの方法を用いることにより、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある一方の複数の給電点と他方の複数の給電点に、それぞれに、複数の位相可変２出力の高周波電源の一方の出力及び他方の出力を供給し、前記一対の電極間に時間的、空間的に変動しない複数の定在波を同時に発生させて、前記基板のプラズマ表面処理を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係わるプラズマ表面処理方法おいては、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある第１及び第２の給電点に供給する第１の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と、第２の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差をそれぞれに制御して、前記一対の電極間に２つの定在波、即ち第１及び第２の定在波を同時に発生させ、かつ、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を調整するに際し、その距離を該電極間に生成のプラズマ内を伝播する電磁波の波長λの四分の一の奇数倍、即ちλ／４の奇数倍に設定することにより、該電極間の電力の強さの分布を一様化させることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係わるプラズマ表面処理方法おいては、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある第１及び第２の給電点に供給する第１の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と、第２の位相可変２出力の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差をそれぞれに制御して、前記一対の電極間に２つの定在波、即ち第１及び第２の定在波を同時に発生させ、かつ、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を調整するに際し、その距離を該定在波の腹の空間的周期の二分の一の奇数倍にすることにより、該電極間の電力の強さの分布を一様化させることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係わるプラズマ表面処理方法おいては、前記基板に所定のプラズマ処理を行う前に、膜厚み分布、エッチング速度分布、プラズマ発光分布、及びプラズマ密度分布のうち少なくとも１つについて、予め計測しておき、その計測結果に基ずいて前記定在波の腹の位置の情報と前記複数の２出力の位相可変高周波電源のそれぞれの２つの出力電力の電圧の位相差の関係を把握し、該基板の所定のプラズマ処理を行う為の該位相差の値の設定に用いることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係わるプラズマ表面処理方法おいては、前記第１の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的膜厚分布を有するシリコン系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第１の工程と、前記第２の高周波電源の２つの出力の電圧の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的膜厚分布を有するシリコン系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第２の工程と、該第１及び第２の工程で把握された第１及び第２の高周波電源のそれぞれの２つの出力の電圧の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第１及び第２の高周波電源のそれぞれの２つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のシリコン系膜を製膜する第３の工程からなることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係わるプラズマ表面処理装置は、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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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、発生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であって、前記複数の高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、増幅器とから構成されることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、複数の高周波電源及び複数のインピーダンス整合器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、発生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であって、前記複数の高周波電源が、発振器と、ランダム位相変調器と、分配器と、フェーズシフターと、結合器と、増幅器とから構成されることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記非接地電極に配置された互いに対向する関係にある一方の給電点及び他方の給電点に、それぞれに、第１の高周波電源の２つの出力の一方に接続された第１のインピーダンス整合器の出力端子と第２の高周波電源の２つの出力の一方に接続された第３のインピーダンス整合器の出力端子、及び該第１の高周波電源の２つの出力の他方に接続された第２のインピーダンス整合器の出力端子と該第２の高周波電源の２つの出力の他方に接続された第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
従来の方法及び装置によるプラズマＣＶＤによる製膜及びプラズマによるエッチング処理は、基板が大面積になると、定在波問題によりその均一化が困難であるが、本発明によれば、それが容易に可能である。
即ち、本発明によれば、ランダム位相変調器によりランダムに位相変調される高周波発振器を内臓した複数の電源の出力を一対の電極に供給することにより、該電極間に互いに独立で、時間的・空間的に変動しない複数の定在波を同時に発生させることが可能となり、かつ、その複数の定在波の腹の位置を個々に制御することが可能である。その結果、一対の電極間に発生の複数の定在波の強さの和が一定値になるように制御することが可能である。その結果、大面積プラズマの一様化・均一化を容易に実現できる。
電源周波数が３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯域においても、一対の電極間の電力の強さの分布を均一化することが可能であるので、従来技術では困難視されるＶＨＦ及びＵＨＦプラズマの応用におけるプラズマ密度及びラデイカル密度の均一化方法を提供できる。
また、メートル級サイズの基板を対象にした大面積プロセス分野におけるプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置が提供される。
特に、大面積基板で均一のプラズマ表面処理が求められる薄膜シリコン系太陽電池、液晶デイスプレー、ＬＳＩ及び電子複写機等の産業における生産性向上および製品コストの低減に関する超高周波プラズマの大面積・高速・均一な製品製造への応用が確実に実現可能であり、貢献度は著しく大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の一形態に係わる電極への電力供給方法、該電力供給方法を用いたプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置について、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明では、電極への電力供給方法、該電力供給方法を用いたプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置の一例として、太陽電池を製作する際に必要なアモルファスシリコン系薄膜を製作する装置及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及び方法に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
本発明に関する実施例１の電極への電力供給方法、該電力供給方法を用いたプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、図１ないし図５を参照して説明する。
【００３２】
図１は実施例１に係わるプラズマ表面処理装置の構成を示す概略図、図２は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の電極への給電部の説明図、図３は一対の電極間を伝播する電力波を示す説明図、図４は一対の電極間に発生の電力の定在波を示す説明図、図５は一対の電極間に発生の２つの電力の定在波の腹の位置を示す説明図である。
【００３３】
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、即ち非接地の１本の棒から成る第１の電極２と図示しない基板ヒータ３を内臓した接地された平板状の第２の電極４が配置されている。
該第１の電極２は、絶縁物支持材５及びガス混合箱６を介して真空容器１に固着されている。該ガス混合箱６は放電ガス供給管８より供給されるシランガス（ＳｉＨ４）等放電ガスを、整流孔７を介して、前記一対の電極２、４の間に均一に供給する機能を有している。
供給されたＳｉＨ４等放電ガスは前記一対の電極２と４の間でプラズマ化された後、排気管９及び図示しない真空ポンプ１０により、真空容器１の外へ排出される。
【００３４】
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〜１５００ｓｃｃｍ程度の場合、圧力０．０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜１３３０Ｐａ）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。
【００３５】
符番１１は基板で、図示しないゲートバルブ１２の開閉操作により、第２の電極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。
【００３６】
電極へ高周波電力を給電する位置である給電点の一つは、前記１本の棒から成る第１の電極２の一方の端部とし、これを第１の給電点１２とする。また、該給電点１２に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置である該電極の他方の端部を第２の給電点１３とする。
【００３７】
符番５０は第１の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第１のランダム位相変調器５１で、ランダムに変調される。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第１及び第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番５１は第１のランダム位相変調器で、第１の発信器５０の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。即ち、第１の発信器５０は、第１のランダム位相変調器５１に位相変調されるので、ｓｉｎ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）｝で表される信号を第１の分配器５２へ伝送する。ただし、ωは角周波数、ｔは時間、Φ１（ｔ）はランダムに変調された位相である。
【００３８】
ランダム位相変調には、該第１の発信器５０の内部回路である共振回路の容量を外部信号で、即ちランダム位相変調器で制御する手段を用いる。なお、共振回路の容量制御は、例えば可変容量ダイオードを用いることにより、容易に行える。
そのランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、コンピュータ制御シンセサイザ発振器と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
また、該発振器５０の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
【００３９】
符番５２は第１の分配器で、前記第１の発信器５０の出力を２つに分配する。その一方は、後述の第１のフェーズシフター５３へ、他方は後述の第２のフェーズシフター５６へ伝送する。
符番５３は第１のフェーズシフターで、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。符番５４は第１の増幅器で入力された信号の電力を増幅する。
符番５５は第１のインピーダンス整合器で、該第１の増幅器５４の出力を第１の同軸ケーブル１４、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６、該第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２に電力を供給する。符番１８は第１の真空用同軸ケーブル１６の外部導体と第２の電極を接続する給電線である。
なお、給電線１７、１８には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第１の電力増幅器５４には、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【００４０】
前記第１の分配器５２の他方の出力は、第２のフェーズシフター５６、第２の増幅器５７、第２のインピーダンス整合器５８を介して、後流へ伝送される。
第２のインピーダンス整合器５８は、該第２の増幅器５７の出力を第２の同軸ケーブル１９、第２の電流導入端子２０、第２の真空用同軸ケーブル２１、該第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第２の給電点１３に電力を供給する。符番２３は第２の真空用同軸ケーブル２１の外部導体と第２の電極を接続する給電線である。
なお、給電線２２、２３には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第２の電力増幅器５７には、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【００４１】
なお、ここでは、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１及び第２フェーズシフター５３、５６、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８から構成される電力供給系を第１の電力供給系と呼ぶ。
【００４２】
符番６０は第２の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第２のランダム位相変調器６１で、ランダムに変調される。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、前記第１の電力供給系と後述の第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番６１は第２のランダム位相変調器で、第２の発信器６０の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。即ち、第２の発信器６０は、第２のランダム位相変調器６１に位相変調されるので、ｓｉｎ｛ωｔ＋Φ２（ｔ）｝で表される信号を第２の分配器６２へ伝送する。ただし、ωは角周波数、ｔは時間、Φ２（ｔ）はランダムに変調された位相である。
【００４３】
ランダム位相変調には、該第２の発信器６０の内部回路である共振回路の容量を外部信号で、即ちランダム位相変調器で制御する手段を用いる。なお、共振回路の容量制御は、例えば可変容量ダイオードを用いることにより、容易に行える。
そのランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、コンピュータ制御シンセサイザ発振器と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
また、該発振器６０の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
【００４４】
符番６２は第２の分配器で、前記第２の発信器６０の出力を２つに分配する。その一方は、後述の第３のフェーズシフター６３へ、他方は後述の第４のフェーズシフター６６へ伝送する。
符番６３は第３のフェーズシフターで、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。符番６４は第３の増幅器で入力された信号の電力を増幅する。符番６５は第３のインピーダンス整合器で、該第３の増幅器６４の出力を第３の同軸ケーブル２４、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６、該第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第１の給電点１２に電力を供給する。符番２８は第３の真空用同軸ケーブル２６の外部導体と第２の電極を接続する給電線である。
なお、給電線２７、２８には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第３の電力増幅器６４には、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【００４５】
前記第２の分配器６２の他方の出力は、第４のフェーズシフター６６、第４の増幅器６７、第４のインピーダンス整合器６８を介して、後流へ伝送される。
第４のインピーダンス整合器６８は、該第４の増幅器６７の出力を第４の同軸ケーブル２９、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１、該第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第２の給電点１３に電力を供給する。符番３３は第４の真空用同軸ケーブル３１の外部導体と第２の電極を接続する給電線である。
なお、給電線３２、３３には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第４の電力増幅器６７には、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【００４６】
なお、ここでは、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器６１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の増幅器６４、６７、第３及び第４のインピーダンス整合器６５、６８から構成される電力供給系を第２の電力供給系と呼ぶ。
【００４７】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、プラズマＣＶＤによる薄膜太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と本製膜工程を用いるのが好ましい。
第１の予備製膜工程は、前記第１の電力供給系に関するもので、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６を用いて、第１及び第２の給電点から供給される２つの電力の電圧の位相差と基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
第２の予備製膜工程は、前記第２の電力供給系に関するもので、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６を用いて、第１及び第２の給電点から供給される２つの電力の電圧の位相差と基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
本製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【００４８】
なお、本実施例では、以下に示すように、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程において、定在波の腹の位置の情報を把握する手段として、例えばアモルファスシリコン系膜を製膜するが、これに代えて、エッチング速度分布、プラズマ発光分布、及びプラズマ密度分布などのうち少なくとも１つについて、予め計測しておき、その計測結果に基ずいて定在波の腹の位置の情報と、後述の複数の２出力の位相可変高周波電源のそれぞれの２つの出力電力の電圧の位相差の関係を把握しても良い。
【００４９】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、図１及び図２において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば６００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第１の電力供給系、即ち、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１及び第２フェーズシフター５３、５６、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８から供給される電力を、第１及び第２の同軸ケーブル１４、１９、第１及び第２の電流導入端子１５、２０を介して、第１及び第２の給電点１２、１３に供給する。
この場合、第１の発振器５０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第１のフェーズシフター５３の調整器を、例えばθ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器５５、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２に供給する。そして、前記第２のフェーズシフター５６の調整器を、例えばθ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器５８、第２の電流導入端子２０、第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第２の給電点１３に供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００５０】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の電極２の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な
膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２の関係をデータとして把握する。
例えば、膜厚分布の最大厚みの位置が基板１１の中央点となる第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値は例えばθ１１、θ２２であるいうことが把握される。
【００５１】
ところで、上記第１及び第２の給電点１２、１３から供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに逆方向から電極間を伝播していくので、すなわち、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図２及び図３を用いて説明する。
図２及び図３において、第１の給電点１２から第２の給電点１３の方向の距離をｘとし、
第１の給電点１２から第２の給電点１３の方向へ伝播する電圧波をＷ１１（ｘ、ｔ）、第２の給電点１３から第１の給電点１２の方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）とすると、次のように表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）＋２πｘ／λ）＋θ１｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋θ２｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、θ１は第１の給電点１２から供給される電力の電圧波の初期位相、θ２は第２の給電点１３から供給される電力の電圧波の初期位相である。
上記の２つの波は、複素関数表示にすると、次のように表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋θ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉθ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
【００５２】
電磁波の干渉を考える際の波の強さＩ（ｘ、ｔ）は、次のように表される。ただし、＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）｝の絶対値の二乗
＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝
＝２Ｖ２＋Ｖ２・ｅｘｐ〔−ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝〕＋ｅｘｐ〔ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝〕
＝２Ｖ２＋２Ｖ２ｃｏｓ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝
ただし、λは波長であるが、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
この式は、図４に示すように、（θ１−θ２）＝Δθ＝０、即ち、第１及び第２の給電点１２、１３に供給される電力の電圧の初期位相の差がゼロの場合は、腹（最大値）の位置がｘ＝Ｌ０／２にあること、及び、腹と腹の間隔が波長の二分の一である定在波が発生することを示している。
また、上記Δθ＝（θ１−θ２）の値を調整することにより、定在波の腹の位置を任意に設定できることを示している。
【００５３】
なお、ここでは、前記第１の電力供給系を用いて生成される上記定在波を第１の定在波と呼ぶ。また、後述の第２の電力供給系を用いて生成される定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【００５４】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図１及び図２において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば６００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
そして、前記第２の電力供給系、即ち、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器６１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の増幅器６４、６７、第３及び第４のインピーダンス整合器６５、６８から供給される電力を、第３及び第４の同軸ケーブル２４、２９、第３及び第４の電流導入端子２５、３０を介して、第１及び第２の給電点１２、１３に供給する。
この場合、第２の発振器６０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第３のフェーズシフター６３の調整器を、例えばδ１に設定し、第３の電力増幅器６４の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器６５、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第１の給電点１２に供給する。そして、前記第４のフェーズシフター６６の調整器を、例えばδ２に設定し、第４の電力増幅器６７の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器６８、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第２の給電点１３に供給する。
なお、前記第３の及び第４のインピーダンス整合器６５、６８調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器６５、６８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００５５】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第３及び第４のフェーズシフター６３、６６の位相δ１、δ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の電極２の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第４のフェーズシフター６３、６６の位相差Δδ＝（δ１−δ２）の関係をデータとして把握する。
例えば、基板１１の中央点から第２の給電点１３の方向へ波長λの四分の一、即ちλ／４だけ離れた位置に設定するための位相差Δδ＝（δ１−δ２）は、例えばδ１１−δ２２であるいうことが把握される。
なお、その位置は、λ／４だけ離れた位置に限らないで、波長λの四分の一の奇数倍、即ちλ／４の奇数倍であっても良い。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
また、上記の位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一の奇数倍に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良い。
即ち、第２の予備製膜工程で基板１１に製膜される膜厚みが正弦的な膜の最大厚み（第２の定在波の腹）の位置が、基板１１の中央点から第２の給電点１３の方向へ膜の周期の二分の一の奇数倍だけ離れた点に合致させれば良い。なお、膜の周期の二分の一という値は、予め、前記第１の予備製膜工程で把握できる。
【００５６】
ところで、上記第１及び第２の給電点１２及び１３から供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに電極間を伝播していくので、すなわち、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図２及び図３を用いて説明する。
図２及び図３において、第１の給電点１２から第２の給電点１３の方向の距離をｘとし、第１の給電点１２から第２の給電点１３の方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）、第２の給電点１３から第１の給電点１２の方向へ伝播する電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ２（ｔ）＋２πｘ／λ＋δ１）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ２（ｔ）−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋δ２｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、δ１は第１の給電点１２から供給される電力の電圧波の初期位相、δ２は第２の給電点１３から供給される電力の電圧波の初期位相である。
上記の２つの波は、複素関数表示にすると、次のように表される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋δ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ）−ｉδ２｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
【００５７】
電磁波の干渉を考える際の波の強さＩ（ｘ、ｔ）は、次のように表される。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝の絶対値の二乗
＝｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝
＝２Ｖ２＋Ｖ２・ｅｘｐ〔−ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ）＋（δ１−δ２）｝〕＋Ｖ２・ｅｘｐ〔ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ）＋（δ１−δ２）｝〕
＝２Ｖ２＋２Ｖ２ｃｏｓ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（δ１−δ２）｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝
ただし、λは波長であるが、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
この式は、図４に示すように、Δδ＝（δ１−δ２）＝０、即ち、第１及び第２の給電点１２、１３に供給される電力の電圧の初期位相の差がゼロの場合は、腹（最大値）の位置がｘ＝Ｌ０／２にあり、腹と腹の間隔が波長の二分の一である定在波が発生することを示している。
また、上記Δδ＝（δ１−δ２）に値を調整することにより、定在波の腹の位置を任意に設定できることを示している。
なお、ここでは、前記第２の電力供給系を用いて生成される上記定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【００５８】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。
先ず、図１及び図２において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば６００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第１の電力供給系の発振器５０の周波数を６０ＭＨとし、２つの
フェーズシフター５３、５６の出力の位相を、第１の予備製膜工程のデータとして把握したθ１１、θ２２に設定し、第１及び第２の給電点１２、１３に、それぞれ例えば４００Ｗを供給する。
そして同様に、前記第２の電力供給系の発振器６０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター６３、６６の出力の位相を、第２の予備製膜工程のデータとして把握したδ１１、δ２２に設定し、第１及び第２の給電点１２、１３に、それぞれ例えば４００Ｗを供給する。
【００５９】
さて、第１及び第２の給電点１２、１３に、第１及び第２の電力供給系からそれぞれ、電力が供給されると、該一対の電極間に発生の電力の分布は次に示すようになる。
この場合、４つの電圧波が同時に印加されるので、電磁波の強さＩ（ｘ、ｔ）は次式で表される。
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、θ１は第１の給電点１２から供給される電力の電圧波の初期位相、θ２は第２の給電点１３から供給される電力の電圧波の初期位相、Φ２（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、δ１は第１の給電点１２から供給される電力の電圧波の初期位相、δ２は第２の給電点１３から供給される電力の電圧波の初期位相である。＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝
ここで、Ｗ１１（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）、Ｗ２１（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）は、前述の通りで、次式で表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋θ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉθ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋δ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ）−ｉδ２｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
【００６０】
上記電磁波の強さＩ（ｘ、ｔ）を計算すると、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝
【００６１】
即ち、上記Ｉ（ｘ、ｔ）は、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝
＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ１−δ１）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−δ２）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ２−δ１）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ２−δ２）〕
【００６２】
上式において、第１項は前述の第１の定在波を、第２項は前述の第２の定在波を表している。
【００６３】
上式において、第３項は、図２図示の第１の電力供給系から第１の給電点１２に供給される電力の電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と、第２の電力供給系から第１の給電点１２に供給される電力の電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）の合成波を示している。
この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第３項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ１−δ１）〕>
＝０
このことは、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【００６４】
上式において、第４項は、図２図示の第１の電力供給系から第１の給電点１２に供給される電力の電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と、第２の電力供給系から第２の給電点１３に供給される電力の電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）の合成波を示している。
この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第４項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−δ２）〕>＝０
このことは、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【００６５】
上式において、第５項は、図２図示の第１の電力供給系から第２の給電点１３に供給される電力の電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）と、第２の電力供給系から第１の給電点１２に供給される電力の電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）の合成波を示している。
この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第５項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ２−δ１）〕>＝０
このことは、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【００６６】
上式において、第６項は、図２図示の第１の電力供給系から第２の給電点１３に供給される電力の電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）と、第２の電力供給系から第２の給電点１３に供給される電力の電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）の合成波を示している。
この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第６項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ２−δ２）〕>＝０
このことは、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【００６７】
上述の通り、第１の電力供給系を構成する第１の発振器５０及び第２の電力供給系を構成する第２の発振器６０が、それぞれ、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１により、正弦波信号の位相がランダムに変調されている結果、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、及びＷ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は、それぞれ、定在波を発生しないことが判る。
即ち、第１の発振器５０及び第２の発振器６０の出力の位相をランダムに変調することにより、第１及び第２の電力供給系の出力間の相互の干渉効果を無くすことが可能であることを示している。
【００６８】
したがって、上記第１及び第２の電力供給系から第１及び第２の給電点１２、１３に供給された電力により発生される上記一対の電極２、４間の電磁波の強さＩ（ｘｔ）は、時間平均で見ると次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−Δθ２）／２｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝
これは時間的に変動しない２つの定在波の和になっていることを示している。
そして、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６で調整可能な位相差Δθ＝（θ１−θ２）及び、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６で調整可能な位相差Δδ＝（δ１−δ２）を調整することにより、該２つの定在波のそれぞれの腹の位置を任意に調整できることを示している。
【００６９】
具体的には、例えば、前述の第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値を前述の第１の予備製膜工程で示したθ１１、θ２２とし、そして、
第３及び第３のフェーズシフター６３、６６の位相の値を前述の第２の予備製膜工程で示したδ１１、δ２２とすれば、図５に示すように、第１及び第２の定在波が、λ／４だけ離れた形で加算されることになる。
即ち、２つの定在波の和Ｉ２（ｘ）は、
Ｉ２（ｘ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋π／２｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝４Ｖ２
で表される。
上記の具体例では、図５に示すように、第１及び第２の定在波が、λ／４だけ離れた形で加算されることを意味するが、別の表現をすれば、前記第２の予備製膜工程において、位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良いことを意味する。
【００７０】
ところで、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。
このことは、電力の強さの分布が均一化されるということは、膜厚み分布が均一化されるということである。
また、電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
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ＳｉＨ、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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【００７１】
本実施例では、第１の電極２が一本の棒であるので、基板サイズは長さ２ｍ〜３ｍｘ幅０．１ｍ程度に制約されるが、第１の電極２である棒電極の個数を幅方向に増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【００７２】
また、薄膜系太陽電池、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、薄膜系太陽電池、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。
【００７３】
（実施例２）
本発明に関する実施例２の電極への電力供給方法、該電力供給方法を用いたプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、主として図６を参照して説明する。
【００７４】
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６は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の電力供給装置に係わる構成を示す概略図である。なお、電力供給装置以外の装置は、図１図示の実施例１の場合と同じであるので、それらの構成については説明を省略する。
【００７５】
図６において、真空容器１の内部に、２本の棒状の第１の電極２ａ、２ｂと、平板状の第２の電極４が配置される。基板１１は第２の電極４上に配置される。
電極へ高周波電力を給電する位置である給電点は、前記２本の棒から成る第１の電極２ａ、２ｂのそれぞれの端部とし、これを第１の給電点１２ａ、第２の給電点１３ａ、第３の給電点１２ｂ及び第４の給電点１３ｂとする。なお、該給電点１２ａ、１３ａ及び１２ｂ、１３ｂは、互いに高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある。
【００７６】
周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第１の発信器５０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第１のランダム位相変調器５１で、ランダムに変調される。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第３及び第４の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
第１のランダム位相変調器５１は第１の発信器５０の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。即ち、第１の発信器５０は、第１のランダム位相変調器５１に位相変調されるので、ｓｉｎ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）｝で表される信号を第１の分配器５２へ伝送する。ただし、ωは角周波数、ｔは時間、Φ１（ｔ）はランダムに変調された位相である。
【００７７】
ランダム位相変調には、該第１の発信器５０の内部回路である共振回路の容量を外部信号で、即ちランダム位相変調器で制御する手段を用いる。なお、共振回路の容量制御は、例えば可変容量ダイオードを用いることにより、容易に行える。
そのランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、コンピュータ制御シンセサイザ発振器と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
また、該発振器５０の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
【００７８】
第１の分配器５２は、前記第１の発信器５０の出力を２つに分配し、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６へ伝送する。
第１のフェーズシフター５３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第１の増幅器５４は第１のフェーズシフター５３の出力を電力増幅して、後述の第１の電力結合器８０に伝送する。
第２のフェーズシフター５６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第２の増幅器５７は第２のフェーズシフター５６の出力を電力増幅して、後述の第２の電力結合器８１に伝送する。
【００７９】
周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第２の発信器６０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第２のランダム位相変調器６１で、ランダムに変調される。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第３及び第４の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
第２のランダム位相変調器６１は第２の発信器６０の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。即ち、第２の発信器６０は、第２のランダム位相変調器６１に位相変調されるので、ｓｉｎ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）｝で表される信号を第２の分配器６２へ伝送する。ただし、ωは角周波数、ｔは時間、Φ１（ｔ）はランダムに変調された位相である。
【００８０】
ランダム位相変調には、該第２の発信器６０の内部回路である共振回路の容量を外部信号で、即ちランダム位相変調器で制御する手段を用いる。なお、共振回路の容量制御は、例えば可変容量ダイオードを用いることにより、容易に行える。
そのランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、コンピュータ制御シンセサイザ発振器と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
また、該発振器６０の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
【００８１】
第２の分配器６２は、前記第２の発信器６０の出力を２つに分配し、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６へ伝送する。
第３のフェーズシフター６３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第３の増幅器６４は第３のフェーズシフター６３の出力を電力増幅して、前記第１の電力結合器８０に伝送する。
第４のフェーズシフター６６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第４の増幅器６７は第４のフェーズシフター６６の出力を電力増幅して、後述の第２の電力結合器８１に伝送する。
【００８２】
符番８０は第１の電力結合器で、第１の増幅器５４及び第３の増幅器６４の出力を結合して第１のインピーダンス整合器５５に伝送する。
符番８１は第２の電力結合器で、第２の増幅器５７及び第４の増幅器６７の出力を結合して第２のインピーダンス整合器５８に伝送する。
【００８３】
第１のインピーダンス整合器５５は、第１の電力結合器８０から伝送された第１の増幅器５４及び第３の増幅器６４の出力を後述の第１の電力分配器８２を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに給電する。
符番８２は第１の電力分配器で、第１のインピーダンス整合器５５の出力を２つに分配する。その一方は、第１の同軸ケーブル１４、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２ａに給電する。他方は、第３の同軸ケーブル２４、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第３の給電点１２ｂに給電する。
【００８４】
第２のインピーダンス整合器５８は、第２の電力結合器８１から伝送された第２の増幅器５７及び第４の増幅器６７の出力を後述の第２の電力分配器８３を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに給電する。
符番８３は第２の電力分配器で、第２のインピーダンス整合器５８の出力を２つに分配する。その一方は、第２の同軸ケーブル１９、第２の電流導入端子２０、第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第２の給電点１３ａに給電する。他方は、第４の同軸ケーブル２９、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第４の給電点１３ｂに給電する。
【００８５】
なお、前記給電線１７、２７、２２、３２には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第１、第２、第３及び第４の電力増幅器５４、５７、６４、６７には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【００８６】
なお、ここでは、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２の電力結合器８０、８１、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第３の電力供給系と呼ぶ。
また、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器６１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の増幅器６４、６７、第１及び第２の電力結合器８０、８１、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第４の電力供給系と呼ぶ。
【００８７】
上記装置構成において、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路に違いによる位相差は生じない。
そして、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路に違いによる位相差は生じない。
【００８８】
上記構成において、第１及び第２の電極２ａ、２ｂの間隔が開き過ぎると、後述の製膜試験において、両電極に沿って膜厚みが薄くなり、逆に、その間隔が近過ぎると、両電極に沿って膜厚みが厚くなる。ここでは、シランガスを用いたプラズマＣＶＤでの経験に基ずいて、間隔は０．１５ｍとする。
もしも、製膜試験の結果、膜厚み分布が所要の結果にならない場合は、両電極の間隔をパラメータに製膜試験を行い、最適な間隔を選定することができることは当然なことである。
【００８９】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、プラズマＣＶＤによる薄膜系太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と本製膜工程を用いるのが好ましい。
第１の予備製膜工程は、前記第３の電力供給系に関するもので、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
第２の予備製膜工程は、前記第４の電力供給系に関するもので、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
本製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【００９０】
なお、本実施例では、以下に示すように、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程において、定在波の腹の位置の情報を把握する手段として、例えばアモルファスシリコン系膜を製膜するが、これに代えて、エッチング速度分布、プラズマ発光分布、及びプラズマ密度分布などのうち少なくとも１つについて、予め計測しておき、その計測結果に基ずいて定在波の腹の位置の情報と、後述の複数の２出力の位相可変高周波電源のそれぞれの２つの出力電力の電圧の位相差の関係を把握しても良い。
【００９１】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、図６において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば６００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第３の電力供給系、即ち、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２の電力結合器８０、８１、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３を介して、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに供給する。
この場合、第１の発振器５０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第１のフェーズシフター５３の調整器を、例えばθ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第１の電力結合器８０、第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第２のフェーズシフター５６の調整器を、例えばθ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第２の電力結合器８１、第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００９２】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１及び第２の電極２ａ、２ｂの長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２の関係をデータとして把握する。
例えば、膜厚分布の最大厚みの位置が基板１１の中央点となる第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値は、θ１１、θ２２であるいうことが把握される。
【００９３】
ところで、上記第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂと、上記第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに逆方向から電極間、即ち２ａと４、２ｂと４の間を伝播していくので、干渉現象が発生する。その様子を、図６、図３及び図４を用いて説明する。
図６において、第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向の距離をｘとし、同様に、第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向の距離をｘとする。
【００９４】
第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波をＷ１１（ｘ、ｔ）、第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）とすると、次のように表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）＋２πｘ／λ）＋θ１｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋θ２｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、θ１は第１の給電点１２から供給される電力の電圧波の初期位相、θ２は第２の給電点１３から供給される電力の電圧波の初期位相である。
上記の２つの波は、複素関数表示にすると、次のように表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋Δθ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉΔθ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
【００９５】
電磁波の干渉を考える際の波の強さＩ（ｘ、ｔ）は、次のように表される。ただし、＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）｝の絶対値の二乗
＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝
＝２Ｖ２＋Ｖ２・ｅｘｐ〔−ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝〕＋ｅｘｐ〔ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝〕
＝２Ｖ２＋２Ｖ２ｃｏｓ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝
ただし、λは波長であるが、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
この式は、図４に示すように、（θ１−θ２）＝Δθ＝０、即ち、第１及び第２の給電点１２ａ、１３ａに供給される電力の電圧の初期位相の差がゼロの場合は、腹（最大値）の位置がｘ＝Ｌ０／２にあること、及び、腹と腹の間隔が波長の二分の一である定在波が発生することを示している。
また、上記Δθ＝（θ１−θ２）の値を調整することにより、定在波の腹の位置を任意に設定できることを示している。
なお、ここでは、第３の電力供給系を用いて生成される上記定在波を第１の定在波と呼ぶ。
【００９６】
第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向へ伝播する電圧波と、第４の給電点１３ｂから第３の給電点１２ｂの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象についても、上述の第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波と第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象と同様である。即ち、この場合も、図４に示すような定在波が発生する。
なお、上述の通り、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
そして、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
【００９７】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図６において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば６００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第４の電力供給系、即ち、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器６１、第２の分配器５２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の増幅器６４、７７、第１及び第２の電力結合器８０、８１、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３を介して、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに供給する。
この場合、第２の発振器６０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第２のフェーズシフター６３の調整器を、例えばδ１に設定し、第３の電力増幅器６４の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第１の電力結合器８０、第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第４のフェーズシフター６６の調整器を、例えばδ２に設定し、第４の電力増幅器６７の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第２の電力結合器８１、第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００９８】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第３及び第４のフェーズシフター６３、６の位相δ１、δ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１及び第２の電極２ａ、２ｂの長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター６３、６６の位相δ１、δ２の関係をデータとして把握する。
例えば、基板１１の中央点から第２の給電点１３ａの方向へ波長λの四分の一、即ちλ／４だけ離れた位置に設定するための位相差Δδ＝（δ１−δ２）は、例えば（δ１１−δ２２）であるいうことが把握される。
なお、その位置は、λ／４だけ離れた位置に限らないで、波長λの四分の一の奇数倍、即ちλ／４の奇数倍であっても良い。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
また、上記の位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、上記第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一の奇数倍に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良い。
即ち、第２の予備製膜工程で基板１１に製膜される膜厚みが正弦的な膜の最大厚み（第３の定在波の腹）の位置が、基板１１の中央点から第２の給電点１３の方向へ膜の周期の二分の一の奇数倍だけ離れた点に合致させれば良い。なお、膜の周期の二分の一という値は、予め、前記第１の予備製膜工程で把握できる。
【００９９】
ところで、上記第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂと、上記第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに逆方向から電極間、即ち２ａと４、２ｂと４の間を伝播していくので、干渉現象が発生する。その様子を、図６及び図３、図４を用いて説明する。
図６において、第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向の距離をｘとし、同様に、第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向の距離をｘとする。
【０１００】
第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）、第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ２（ｔ）＋２πｘ／λ）＋δ１｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ２（ｔ）−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋δ２｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、δ１は第１の給電点１２ａから供給される電力の電圧波の初期位相、δ２は第２の給電点１３ａから供給される電力の電圧波の初期位相である。
上記の２つの波は、複素関数表示にすると、次のように表される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋δ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉδ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
【０１０１】
電磁波の干渉を考える際の波の強さＩ（ｘ、ｔ）は、次のように表される。ただし、＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝の絶対値の二乗
＝｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝
＝２Ｖ２＋Ｖ２・ｅｘｐ〔−ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（δ１−δ２）｝〕＋ｅｘｐ〔ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（δ１−δ２）｝〕
＝２Ｖ２＋２Ｖ２ｃｏｓ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（δ１−δ２）｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝
ただし、λは波長であるが、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
この式は、図４に示すように、（δ１−δ２）＝Δδ＝０、即ち、第１及び第２の給電点１２ａ、１３ａに供給される電力の電圧の初期位相の差がゼロの場合は、腹（最大値）の位置がｘ＝Ｌ０／２にあること、及び、腹と腹の間隔が波長の二分の一である定在波が発生することを示している。
また、上記Δδ＝（δ１−δ２）の値を調整することにより、定在波の腹の位置を任意に設定できることを示している。
なお、ここでは、前記第４の電力供給系を用いて生成される上記定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【０１０２】
第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向へ伝播する電圧波と、第４の給電点１３ｂから第３の給電点１２ｂの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象についても、上述の第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波と第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象と同様である。即ち、この場合も、図４に示すような定在波が発生する。
なお、上述の通り、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
そして、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
【０１０３】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。
先ず、図６において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば６００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第３の電力供給系の発振器５０の周波数を６０ＭＨとし、２つの
フェーズシフター５３、５６の出力の位相を、第１の予備製膜工程のデータとして把握したθ１１、θ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、それぞれ例えば５００Ｗを供給する。
そして同様に、前記第４の電力供給系の発振器６０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター６３、６６の出力の位相を、第２の予備製膜工程のデータとして把握したδ１１、δ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、それぞれ例えば５００Ｗを供給する。
【０１０４】
さて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、第３及び第３の電力供給系からそれぞれ、電力が供給されると、該一対の電極間に発生の電力の分布は次に示すようになる。
ここで、説明の便宜上、第３の電力供給系から第１及び第３の電流導入端子１５、２５を介して第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力をＷ１１（ｘ、ｔ）で表す。
第３の電力供給系から第２及び第４の電流導入端子２０、３０を介して第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力をＷ１２（ｘ、ｔ）で表す。
また、第４の電力供給系から第１及び第３の電流導入端子１５、２５を介して第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力をＷ２１（ｘ、ｔ）で表す。
また、第４の電力供給系から第２及び第４の電流導入端子２０、３０を介して第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力をＷ２２（ｘ、ｔ）で表す。
【０１０５】
この場合、４つの電圧波が同時に印加されるので、電磁波の強さＩ（ｘ、ｔ）は次式で表される。
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、θ１は第３の電力供給系で第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力の電圧波の初期位相、θ２は第３の電力供給系で第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波の初期位相、Φ２（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、δ１は第４の電力供給系で第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力の電圧波の初期位相、δ２は第４の電力供給系で第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波の初期位相である。＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝
ここで、Ｗ１１（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）、Ｗ２１（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）は、前述の通りで、次式で表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋θ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉθ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋δ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ）−ｉδ２｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
【０１０６】
上記電磁波の強さＩ（ｘ、ｔ）を計算すると、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝
【０１０７】
即ち、上記Ｉ（ｘ、ｔ）は、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ１−δ１）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−δ２）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ２−δ１）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ２−δ２）〕
【０１０８】
上式において、第１項は前述の第１の定在波を、第２項は前述の第２の定在波を表している。
【０１０９】
上式において、第３項は、図６図示の第３の電力供給系から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と、第４の電力供給系から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。
即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第３項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ１−δ１）〕>＝０
このことは、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１１０】
上式において、第４項は、図６図示の第３の電力供給系から第１及び第２の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と、第４の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。
即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第４項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−δ２）〕>＝０
このことは、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１１１】
上式において、第５項は、図６図示の第３の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）と、第４の電力供給系から第１及び第２の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第５項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ２−δ１）〕>＝０
このことは、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１１２】
上式において、第６項は、図６図示の第３の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）と、第４の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。
ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第６項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ２−δ２）〕>＝０
このことは、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１１３】
上述の通り、第３の電力供給系を構成する第１の発振器５０及び第４の電力供給系を構成する第２の発振器６０が、それぞれ、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１により、正弦波信号の位相がランダムに変調されている結果、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、及びＷ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は、それぞれ、定在波を発生しないことが判る。
即ち、第１の発振器５０及び第２の発振器６０の出力の位相をランダムに変調することにより、第３及び第４の電力供給系の出力間の相互の干渉効果を無くすことが可能であることを示している。
【０１１４】
したがって、上記第３及び第４の電力供給系から第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに供給された電力により発生される上記一対の電極、即ち２ａ、２ｂ、及び４間の電磁波の強さＩ（ｘｔ）は、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝
これは時間的に変動しない２つの定在波の和になっていることを示している。
そして、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６で調整可能な位相差Δθ＝（θ１−θ２）及び、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６で調整可能な位相差Δδ＝（δ１−δ２）を調整することにより、該２つの定在波のそれぞれの腹の位置を任意に調整できることを示している。
【０１１５】
具体的には、例えば、前述の第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値を前述の第１の予備製膜工程で示したθ１１、θ２２とし、そして、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６の位相の値を前述の第２の予備製膜工程で示したδ１１、δ２２とすれば、図５に示すように、第１及び第２の定在波が、λ／４だけ離れた形で加算されることになる。
即ち、２つの定在波の和Ｉ（ｘ）は、
Ｉ（ｘ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋π／２｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝４Ｖ２
で表される。
上記の具体例では、図５に示すように、第１及び第２の定在波が、λ／４だけ離れた形で加算されることを意味するが、別の表現をすれば、前記第２の予備製膜工程において、位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良いことを意味する。
【０１１６】
ところで、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。
他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。このことは、電力の強さの分布が均一化されるということは、膜厚み分布が均一化されるということである。
また、電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
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ＳｉＨ、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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０１１７】
本実施例では、第１の電極２が２本の棒であるので、基板サイズは長さ２ｍ〜３ｍｘ幅０．３ｍ程度に制約されるが、棒電極である第１の電極２ａ、２ｂの個数を幅方向に増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【０１１８】
また、薄膜系太陽電池、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。
【０１１９】
（実施例３）
本発明に関する実施例３の電極への電力供給方法、該電力供給方法を用いたプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、主として図７を参照して説明する。
【０１２０】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１、図２及び図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電力供給装置に係わる構成を示す概略図である。
【０１２１】
図７において、真空容器１の内部に、矩形平板の第１の電極２と、平板状の第２の電極４が配置される。基板１１は第２の電極４上に配置される。
電極へ高周波電力を給電する位置である給電点は、前記矩形平板の第１の電極２の互いに対向する辺とする。そして、その辺に、複数個、例えば、図７図示の１２ａに第１の給電点を、１３ａに第２の給電点を、１２ｂに第３の給電点を、１３ｂに第４の給電点を配置する。なお、該給電点１２ａと１３ａ、及び１２ｂと１３ｂは、互いに高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある。
【０１２２】
上記給電点の配置において、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂの間隔、及び第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂの間隔が開き過ぎると、後述の製膜試験において、両給電点の間の膜厚みが薄くなり、逆に、その間隔が近過ぎると、両給電点の間の膜厚みが厚くなる。
ここでは、シランガスを用いたプラズマＣＶＤでの経験に基ずいて、その間隔は０．３ｍとする。なお、具体的には、例えば、矩形平板の第１の電極２の辺の端から０．０１５ｍの位置に第１の給電点１２ａを、それから０．３ｍ離れた位置に第３の給電点１２ｂを、第３の給電点１２ｂと辺の端の間を０．０１５ｍとする。
もしも、後述の製膜試験の結果、膜厚み分布が所要の結果にならない場合は、両給電点の間隔及び矩形平板の第１の電極２の幅をパラメータに製膜試験を行い、最適な両給電点間隔を選定することができることは当然なことである。
【０１２３】
周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第１の発信器５０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第１のランダム位相変調器５１で、ランダムに変調される。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第５及び第６の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
第１のランダム位相変調器５１は第１の発信器５０の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。即ち、第１の発信器５０は、第１のランダム位相変調器５１に位相変調されるので、ｓｉｎ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）｝で表される信号を第１の分配器５２へ伝送する。ただし、ωは角周波数、ｔは時間、Φ１（ｔ）はランダムに変調された位相である。
【０１２４】
ランダム位相変調には、該第１の発信器５０の内部回路である共振回路の容量を外部信号で、即ちランダム位相変調器で制御する手段を用いる。なお、共振回路の容量制御は、例えば可変容量ダイオードを用いることにより、容易に行える。
そのランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、コンピュータ制御シンセサイザ発振器と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
また、該発振器５０の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
【０１２５】
第１の分配器５２は、前記第１の発信器５０の出力を２つに分配し、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６へ伝送する。
第１のフェーズシフター５３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第１のフェーズシフター５３の出力は後述の第３の結合器８４に伝送される。
第２のフェーズシフター５６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第２のフェーズシフター５６の出力は後述の第３の結合器８４に伝送される。
【０１２６】
符番８４は第３の結合器で、第１のフェーズシフター５３及び後述の第３のフェーズシフター６３の出力を結合して、後述の第１の増幅器５４に伝送する。
符番８５は第４の結合器で、第２のフェーズシフター５６及び後述の第４のフェーズシフター６６の出力を結合して、後述の第２の増幅器５７に伝送する。
【０１２７】
第１の増幅器５４は前記第３の結合器８４より伝送された信号の電力を増幅して、第１のインピーダンス整合器５５に伝送する。
第１のインピーダンス整合器５５は、第１の増幅器５４の出力を第１の電力分配器８２、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６、及び該第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２ａに供給する。また、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６、及び該第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第３の給電点１２ｂに供給する。
【０１２８】
なお、給電線１７、２７には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第１の電力増幅器５４には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【０１２９】
第２の増幅器５７は前記第４の結合器８５より伝送された信号の電力を増幅して、第２のインピーダンス整合器５８に伝送する。
第２のインピーダンス整合器５８は、第２の増幅器５７の出力を第３の電力分配器８３、第２の電流導入端子２０、第２の真空用同軸ケーブル２１、及び該第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第２の給電点１３ａに供給する。また、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１、及び該第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第４の給電点１３ｂに供給する。
【０１３０】
なお、給電線２２、３２には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第２の電力増幅器５７には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【０１３１】
周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第２の発信器６０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第２のランダム位相変調器６１で、ランダムに変調される。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第５及び第６の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
第２のランダム位相変調器６１は第２の発信器６０の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。即ち、第２の発信器６０は、第２のランダム位相変調器６１に位相変調されるので、ｓｉｎ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）｝で表される信号を第２の分配器６２へ伝送する。ただし、ωは角周波数、ｔは時間、Φ１（ｔ）はランダムに変調された位相である。
【０１３２】
ランダム位相変調には、該第２の発信器６０の内部回路である共振回路の容量を外部信号で、即ちランダム位相変調器で制御する手段を用いる。なお、共振回路の容量制御は、例えば可変容量ダイオードを用いることにより、容易に行える。
そのランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、コンピュータ制御シンセサイザ発振器と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
また、該発振器６０の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と上記乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器を用いて、出力信号をランダム位相変調することもできる。
【０１３３】
第２の分配器６２は、前記第２の発信器６０の出力を２つに分配し、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６へ伝送する。
第３のフェーズシフター６３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第３のフェーズシフター６３の出力は第３の結合器８４に伝送される。
第４のフェーズシフター６６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第４のフェーズシフター６６の出力は第４の結合器８５に伝送される。
【０１３４】
第２の増幅器５７は前記第４の結合器８５より伝送された信号の電力を増幅して、第２のインピーダンス整合器５８に伝送する。
第２のインピーダンス整合器５８は、第２の増幅器５７の出力を第２の電力分配器８３、第２の電流導入端子２０、第２の真空用同軸ケーブル２１、及び該第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第２の給電点１３ａに供給する。また、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１、及び該第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第４の給電点１３ｂに供給する。
第１のインピーダンス整合器５５は、第１の増幅器５４の出力を第１の電力分配器８２、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６、及び該第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２ａに供給する。また、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６、及び該第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第３の給電点１２ｂに供給する。
【０１３５】
なお、給電線２２、３２には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第２の電力増幅器５７には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【０１３６】
なお、ここでは、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第５の電力供給系と呼ぶ。
また、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器６１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の結合器８４、８５、
第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第６の電力供給系と呼ぶ。
【０１３７】
上記装置構成において、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路の違いによる位相差は生じない。
また、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路の違いによる位相差は生じない。
【０１３８】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、プラズマＣＶＤによるａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と本製膜工程を用いるのが好ましい。
第１の予備製膜工程は、前記第５の電力供給系に関するもので、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
第２の予備製膜工程は、前記第６の電力供給系に関するもので、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
本製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【０１３９】
なお、本実施例では、以下に示すように、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程において、定在波の腹の位置の情報を把握する手段として、例えばアモルファスシリコン系膜を製膜するが、これに代えて、エッチング速度分布、プラズマ発光分布、及びプラズマ密度分布などのうち少なくとも１つについて、予め計測しておき、その計測結果に基ずいて定在波の腹の位置の情報と、後述の複数の２出力の位相可変高周波電源のそれぞれの２つの出力電力の電圧の位相差の関係を把握しても良い。
【０１４０】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、図７において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば３５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第５の電力供給系、即ち、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３
を用いて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに電力を供給する。
この場合、第１の発振器５０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第１のフェーズシフター５３の調整器を、例えばθ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を、例えば５００Ｗに設定して、第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第２のフェーズシフター５６の調整器を、例えばθ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を、例えば５００Ｗに設定して、第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０１４１】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の給電点１２ａと第２の給電点１３ａを結ぶ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２の関係をデータとして把握する。例えば、膜厚分布の最大厚みの位置が、第１の給電点１２ａと第２の給電点１３ａを結ぶ方向において、基板１１の中央点となる第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値は例えばθ１１、θ２２であるいうことが把握される。
【０１４２】
ところで、上記第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂと、上記第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに逆方向から電極間、即ち２と４の間を伝播していくので、干渉現象が発生する。その様子を、図７、図３及び図４を用いて説明する。
図７において、第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向の距離をｘとし、同様に、第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向の距離をｘとする。
【０１４３】
第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波をＷ１１（ｘ、ｔ）、第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）とすると、次のように表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）＋２πｘ／λ）＋θ１｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ１（ｔ）−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋θ２｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、θ１は第１の給電点１２ａから供給される電力の電圧波の初期位相、θ２は第２の給電点１３ａから供給される電力の電圧波の初期位相である。
上記の２つの波は、複素関数表示にすると、次のように表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋θ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉθ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
電磁波の干渉を考える際の波の強さＩ（ｘ、ｔ）は、次のように表される。ただし、＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）｝の絶対値の二乗
＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝
＝２Ｖ２＋Ｖ２・ｅｘｐ〔−ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝〕＋ｅｘｐ〔ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝〕
＝２Ｖ２＋２Ｖ２ｃｏｓ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（θ１−θ２）｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝
ただし、λは波長であるが、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
この式は、図４に示すように、（θ１−θ２）＝Δθ＝０、即ち、第１及び第２の給電点１２ａ、１３ａに供給される電力の電圧の初期位相の差がゼロの場合は、腹（最大値）の位置がｘ＝Ｌ０／２にあること、及び、腹と腹の間隔が波長の二分の一である定在波が発生することを示している。
また、上記Δθ＝（θ１−θ２）の値を調整することにより、定在波の腹の位置を任意に設定できることを示している。
なお、ここでは、第５の電力供給系を用いて生成される上記定在波を第１の定在波と呼ぶ。
【０１４４】
第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向へ伝播する電圧波と、第４の給電点１３ｂから第３の給電点１２ｂの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象についても、上述の第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波と第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象と同様である。即ち、この場合も、図４に示すような定在波が発生する。
なお、上述の通り、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
そして、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
【０１４５】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図７において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば３５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第６の電力供給系、即ち、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器６１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第６の電力供給系を用いて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに電力を供給する。
この場合、第２の発振器６０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第２のフェーズシフター６３の調整器を、例えばδ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第４のフェーズシフター６６の調整器を、例えばδ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０１４６】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第３及び第４のフェーズシフター６３、６の位相δ１、δ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の給電点１２ａと第２の給電点１３ａを結ぶ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター６３、６６の位相δ１、δ２の関係をデータとして把握する。
【０１４７】
例えば、基板１１の中央点から第２の給電点１３ａの方向へ波長λの四分の一、即ちλ／４だけ離れた位置に設定するための位相差Δδ＝（δ１−δ２）は、例えばδ１１−δ２２であるいうことが把握される。
なお、その位置は、λ／４だけ離れた位置に限らないで、波長λの四分の一の奇数倍、即ちλ／４の奇数倍であっても良い。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
また、上記の位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、上記第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一の奇数倍に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良い。
即ち、第２の予備製膜工程で基板１１に製膜される膜厚みが正弦的な膜の最大厚みの位置が、基板１１の中央点から第２の給電点１３の方向へ膜の周期の二分の一の奇数倍だけ離れた点に合致させれば良い。なお、膜の周期の二分の一という値は、予め、前記第１の予備製膜工程で把握できる。
【０１４８】
ところで、上記第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂと、上記第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに逆方向から電極間２と４の間を伝播していくので、干渉現象が発生する。その様子を、図７、図３及び図４を用いて説明する。
図７において、第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向の距離をｘとし、同様に、第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向の距離をｘとする。
【０１４９】
第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）、第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ２（ｔ）＋２πｘ／λ）＋δ１｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｃｏｓ｛ωｔ＋Φ２（ｔ）−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋δ２｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、δ１は第１の給電点１２ａから供給される電力の電圧波の初期位相、δ２は第２の給電点１３ａから供給される電力の電圧波の初期位相である。
上記の２つの波は、複素関数表示にすると、次のように表される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋δ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉδ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
電磁波の干渉を考える際の波の強さＩ（ｘ、ｔ）は、次のように表される。ただし、＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝の絶対値の二乗
＝｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝
＝２Ｖ２＋Ｖ２・ｅｘｐ〔−ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（δ１−δ２）｝〕＋ｅｘｐ〔ｉ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（δ１−δ２）｝〕
＝２Ｖ２＋２Ｖ２ｃｏｓ｛２π（２ｘ−Ｌ０）／λ＋（δ１−δ２）｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝
ただし、λは波長であるが、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
この式は、図４に示すように、（δ１−δ２）＝Δδ＝０、即ち、第１及び第２の給電点１２ａ、１３ａに供給される電力の電圧の初期位相の差がゼロの場合は、腹（最大値）の位置がｘ＝Ｌ０／２にあること、及び、腹と腹の間隔が波長の二分の一である定在波が発生することを示している。
また、上記Δδ＝（δ１−δ２）の値を調整することにより、定在波の腹の位置を任意に設定できることを示している。
なお、ここでは、前記第６の電力供給系を用いて生成される上記定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【０１５０】
第３の給電点１２ｂから第４の給電点１３ｂの方向へ伝播する電圧波と、第４の給電点１３ｂから第３の給電点１２ｂの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象についても、上述の第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向へ伝播する電圧波と第２の給電点１３ａから第１の給電点１２ａの方向へ伝播する電圧波の２つの波の干渉現象と同様である。即ち、この場合も、図４に示すような定在波が発生する。
なお、上述の通り、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
そして、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とされているので、この２つの伝播路の違いによる位相の変化はない。
【０１５１】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。
先ず、図７において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば３５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、第５の電力供給系の発振器５０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター５３、５６の出力の位相を、第１の予備製膜工程のデータとして把握したθ１１、θ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、それぞれに電力を供給する。電力は第６の電力供給系と合わせて、例えば１０００Ｗとする。
そして同様に、第６の電力供給系の発振器６０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター６３、６６の出力の位相を、第２の予備製膜工程のデータとして把握したδ１１、δ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに電力を供給する。電力は第５の電力供給系と合わせて、例えば１０００Ｗとする。
【０１５２】
さて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、第５及び第６の電力供給系からそれぞれ、電力が供給されると、該一対の電極間に発生の電力の分布は次に示すようになる。
ここで、説明の便宜上、第５の電力供給系から第１及び第３の電流導入端子１５、２５を介して第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波をＷ１１（ｘ、ｔ）で表す。
第５の電力供給系から第２及び第４の電流導入端子２０、３０を介して第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波をＷ１２（ｘ、ｔ）で表す。
また、第６の電力供給系から第１及び第３の電流導入端子１５、２５を介して第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）で表す。
また、第６の電力供給系から第２及び第４の電流導入端子２０、３０を介して第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）で表す。
【０１５３】
この場合、４つの電圧波が同時に印加されるので、電磁波の強さＩ（ｘ、ｔ）は次式で表される。
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、θ１は第５の電力供給系で第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力の電圧波の初期位相、θ２は第５の電力供給系で第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波の初期位相、Φ２（ｔ）は時間的にランダムに変化する位相、δ１は第６の電力供給系で第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力の電圧波の初期位相、δ２は第４の電力供給系で第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧波の初期位相である。＊は共役複素数を示す。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）｝・｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝
ここで、Ｗ１１（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）、Ｗ２１（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）は、前述の通りであり、次式で表される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋θ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ−ｉθ２）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ１（ｔ）｝〕
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛−ｉ（２πｘ／λ＋δ１）｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｒｅ〔Ｖ・ｅｘｐ｛ｉ２π（ｘ−Ｌ０）／λ）−ｉδ２｝・ｅｘｐ｛−ｉωｔ−ｉΦ２（ｔ）｝〕
【０１５４】
上記電磁波の強さＩ（ｘ、ｔ）を計算すると、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１１（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ１１（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ２１（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝＋｛Ｗ１２（ｘ、ｔ）・Ｗ２２（ｘ、ｔ）＊＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）・Ｗ１２（ｘ、ｔ）＊｝
【０１５５】
即ち、上記Ｉ（ｘ、ｔ）は、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ１−δ１）〕
＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−δ２）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ２−δ１）〕＋２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ２−δ２）〕
【０１５６】
上式において、第１項は前述の第１の定在波を、第２項は前述の第２の定在波を表している。
【０１５７】
上式において、第３項は、図７図示の第５の電力供給系から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と、第６の電力供給系から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。
即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第３項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ１−δ１）〕>＝０
このことは、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１５８】
上式において、第４項は、図７図示の第５の電力供給系から第１及び第２の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と、第６の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。
即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第４項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−δ２）〕>＝０
このことは、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１５９】
上式において、第５項は、図７図示の第５の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）と、第６の電力供給系から第１及び第２の給電点１２ａ、１２ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。
即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第５項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋２π（２ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ２−δ１）〕>＝０
このことは、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１６０】
上式において、第６項は、図７図示の第５の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）と、第６の電力供給系から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給される電力の電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）の合成波を示している。この項で示される値は、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１で、それぞれランダムに位相変調された第１及び第２の発振器５０、６０からの出力の電圧のランダムに変化する位相の差｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝を含んでいるので、時間的にランダムな値になる。
即ち、瞬時値は時間とともに、ランダムに変化する。その結果、時間平均でみると、平均値がほぼ、ゼロになる。
時間平均とは、上記発振器出力の周期に比較して十分大きな時間にわたる平均をとることである。即ち、時間平均を<  >で示すと、
<第６項>＝<２Ｖ２ｃｏｓ〔｛Φ１（ｔ）−Φ２（ｔ）｝＋（θ２−δ２）〕>＝０
このことは、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は定在波を発生することができないことを示している。
【０１６１】
上述の通り、第５の電力供給系を構成する第１の発振器５０及び第６の電力供給系を構成する第２の発振器６０が、それぞれ、第１及び第２のランダム位相変調器５１、６１により、正弦波信号の位相がランダムに変調されている結果、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、及びＷ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は、それぞれ、定在波を発生しないことが判る。
即ち、第１の発振器５０及び第２の発振器６０の出力の位相をランダムに変調することにより、第５及び第６の電力供給系の出力間の相互の干渉効果を無くすことが可能であることを示している。
【０１６２】
したがって、上記第５及び第６の電力供給系から第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに供給された電力により発生される上記一対の電極２、４間の電磁波の強さＩ（ｘｔ）は、次のようになる。
Ｉ（ｘ、ｔ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（θ１−θ２）／２｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋（δ１−δ２）／２｝
これは時間的に変動しない２つの定在波の和になっていることを示している。
そして、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６で調整可能な位相差Δθ＝（θ１−θ２）及び、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６で調整可能な位相差Δδ＝（δ１−δ２）を調整することにより、該２つの定在波のそれぞれの腹の位置を任意に調整できることを示している。
【０１６３】
具体的には、例えば、前述の第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値を前述の第１の予備製膜工程で示したθ１１、θ２２とし、そして、
第３及び第４のフェーズシフター６３、６６の位相の値を前述の第２の予備製膜工程で示したδ１１、δ２２とすれば、図５に示すように、第１及び第２の定在波が、λ／４だけ離れた形で加算されることになる。
即ち、２つの定在波の和Ｉ（ｘ）は、
Ｉ（ｘ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋π／２｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝４Ｖ２
で表される。
上記の具体例では、図５に示すように、第１及び第２の定在波が、λ／４だけ離れた形で加算されることを意味するが、別の表現をすれば、前記第２の予備製膜工程において、位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良いことを意味する。
【０１６４】
ところで、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。
他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。
このことは、電力の強さの分布が均一化されるということは、膜厚み分布が均一化されるということである。
また、電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
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ＳｉＨ、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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０１６５】
本実施例では、給電点が対向した辺に２点ずつであるので、基板サイズは長さ２ｍ〜３ｍｘ幅０．５ｍ程度に制約されるが、給電点の個数を幅方向に増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【０１６６】
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。
【０１６７】
（実施例４）
本発明に関する実施例４の電極への電力供給方法、該電力供給方法を用いたプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、主として図８及び図９を参照して説明する。
【０１６８】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１、図２、図６及び図７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８は実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の製膜室に係わる構成を示す概略図、図９は実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の電力供給装置に係わる構成を示す概略図である。
【０１６９】
図８及び図９において、真空容器１の内部に、第１の平板型電極２と図示しない基板ヒータを内臓した第２の平板型電極４が配置される。
該第１の平板型電極２は、絶縁部材８７を介して、真空容器１に固着されている。該第１の平板型電極２は、内部が空洞で、ガスシャワー孔７が配置されており、その空洞には絶縁部材８６で電気絶縁されたガス導入管８から放電ガス、例えばシランガスが供給される。また、該第１の平板型電極２には、多数のガス吐出孔２ａが配置されており、前記放電ガスを前記一対の電極２、４間に均一に供給する機能を有している。
供給されたシランガス等放電ガスは前記一対の電極の間でプラズマ化された後、排気管９ａ、９ｂ及び図示しない真空ポンプにより、真空容器１の外へ排出される。
基板１１は、基板リフター９０及び基板搬入出ゲート９１を用いて、第２の電極４上に配置される。なお、該基板リフター９０の上下動の際、真空容器１の気密を維持するために、ベローズ８９が用いられる。
また、真空容器１の内壁と該第２の電極４の通電を良くするために、真空容器内壁に固着されている第１の接続導体８８ａ及び第２の電極４に固着されている第２の接続導体８８ａが配置される。
【０１７０】
電極へ高周波電力を給電する位置である給電点は、図８及び図９に示すように、第１の平板型電極２の互いに対向する辺とする。そして、その辺に、複数個、例えば、図９図示の１２ａに第１の給電点を、１３ａに第２の給電点を、１２ｂに第３の給電点を、１３ｂに第４の給電点を配置する。なお、該給電点１２ａと１３ａ、及び１２ｂと１３ｂは、互いに高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある。
【０１７１】
上記給電点の配置において、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂの間隔、及び第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂの間隔が開き過ぎると、後述の製膜試験において、両給電点の間の膜厚みが薄くなり、逆に、その間隔が近過ぎると、両給電点の間の膜厚みが厚くなる。
ここでは、シランガスを用いたプラズマＣＶＤでの経験に基ずいて、その間隔は０．３ｍとする。なお、具体的には、例えば、第１の平板型電極２の辺の端から０．０１５ｍの位置に第１の給電点１２ａを、それから０．３ｍ離れた位置に第３の給電点１２ｂを、第３の給電点１２ｂと辺の端の間を０．０１５ｍとする。
もしも、後述の製膜試験の結果、膜厚み分布が所要の結果にならない場合は、両給電点の間隔及び矩形平板の第１の電極２の幅をパラメータに製膜試験を行い、最適な両給電点間隔を選定することができることは当然なことである。
【０１７２】
図８及び図９において、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第１の発信器５０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第１のランダム位相変調器５１で、ランダムに変調される。
なお、実施例１〜３において説明したように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第５及び第６の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
【０１７３】
第１の分配器５２は、前記第１の発信器５０の出力を２つに分配し、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６へ伝送する。
第１のフェーズシフター５３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第１のフェーズシフター５３の出力は第３の結合器８４に伝送される。
第２のフェーズシフター５６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第２のフェーズシフター５６の出力は第４の結合器８５に伝送される。
【０１７４】
第１の増幅器５４は前記第３の結合器８４より伝送された信号の電力を増幅して、第１のインピーダンス整合器５５に伝送する。
第１のインピーダンス整合器５５は、第１の増幅器５４の出力を第１の電力分配器８２、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６、及び該第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２ａに供給する。また、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６、及び該第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第３の給電点１２ｂに供給する。
【０１７５】
なお、給電線１７、２７には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第１の電力増幅器５４には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【０１７６】
第２の増幅器５７は前記第４の結合器８５より伝送された信号の電力を増幅して、第２のインピーダンス整合器５８に伝送する。
第２のインピーダンス整合器５８は、第２の増幅器５７の出力を第２の電力分配器８３、第２の電流導入端子２５、第２の真空用同軸ケーブル２１、及び該第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第２の給電点１３ａに供給する。また、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１、及び該第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第４の給電点１３ｂに供給する。
【０１７７】
なお、給電線２２、３２には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第２の電力増幅器５７には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【０１７８】
周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第２の発信器６０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第２のランダム位相変調器６１で、ランダムに変調される。
なお、実施例１〜３において説明したように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第５及び第６の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
【０１７９】
第２の分配器６２は、前記第２の発信器６０の出力を２つに分配し、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６へ伝送する。
第３のフェーズシフター６３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第３のフェーズシフター６３の出力は第３の結合器８４に伝送される。
第４のフェーズシフター６６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第４のフェーズシフター６６の出力は第４の結合器８５に伝送される。
【０１８０】
第２の増幅器５７は前記第４の結合器８５より伝送された信号の電力を増幅して、第２のインピーダンス整合器５８に伝送する。
第２のインピーダンス整合器５８は、第２の増幅器５７の出力を第２の電力分配器８３、第２の電流導入端子２０、第２の真空用同軸ケーブル２１、及び該第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第２の給電点１３ａに供給する。また、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１、及び該第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第４の給電点１３ｂに供給する。
【０１８１】
第３のフェーズシフター６３の出力は第３の結合器８４を介して第１の増幅器に伝送される。
第１の増幅器５４は前記第３の結合器８４より伝送された信号の電力を増幅して、第１のインピーダンス整合器５５に伝送する。
第１のインピーダンス整合器５５は、第１の増幅器５４の出力を第１の電力分配器８２、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６、及び該第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２ａに供給する。また、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６、及び該第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第３の給電点１２ｂに供給する。
【０１８２】
なお、ここでは、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第５の電力供給系と呼ぶ。
また、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器５１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の結合器８４、８５、
第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第６の電力供給系と呼ぶ。
【０１８３】
上記装置構成において、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路の違いによる位相差は生じない。
そして、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの仕様及び長さを同じにすること、また、電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路の違いによる位相差は生じない。
【０１８４】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、プラズマＣＶＤによるａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と本製膜工程を用いるのが好ましい。
第１の予備製膜工程は、前記第５の電力供給系に関するもので、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
第２の予備製膜工程は、前記第６の電力供給系に関するもので、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
本製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【０１８５】
なお、本実施例では、以下に示すように、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程において、定在波の腹の位置の情報を把握する手段として、例えばアモルファスシリコン系膜を製膜するが、これに代えて、エッチング速度分布、プラズマ発光分布、及びプラズマ密度分布などのうち少なくとも１つについて、予め計測しておき、その計測結果に基ずいて定在波の腹の位置の情報と、後述の複数の２出力の位相可変高周波電源のそれぞれの２つの出力電力の電圧の位相差の関係を把握しても良い。
【０１８６】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、図８、図９において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、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８からＳｉＨ４ガスを、例えば３５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第５の電力供給系、即ち、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３
を用いて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに電力を供給する。
この場合、第１の発振器５０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第１のフェーズシフター５３の調整器を、例えばθ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を例えば５００Ｗに設定して、第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第２のフェーズシフター５６の調整器を、例えばθ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を例えば５００Ｗに設定して、第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０１８７】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の給電点１２ａと第２の給電点１２ｂを結ぶ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２の関係をデータとして把握する。
例えば、膜厚分布の最大厚みの位置が、第１の給電点１２ａと第２の給電点１２ｂを結ぶ方向において、基板１１の中央点となる第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値は例えばθ１１、θ２２であるいうことが把握される。
その結果、図５に示す第１の定在波の形をした厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が得られる。
【０１８８】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図８及び図９において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば３５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第６の電力供給系、即ち、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器６１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第６の電力供給系を用いて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに電力を供給する。
この場合、第２の発振器６０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第２のフェーズシフター６３の調整器を、例えばδ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を
第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第４のフェーズシフター６６の調整器を、例えばδ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０１８９】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第３及び第４のフェーズシフター６３、６の位相δ１、δ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の給電点１２ａと第２の給電点１３ａを結ぶ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター６３、６６の位相δ１、δ２の関係をデータとして把握する。
【０１９０】
例えば、基板１１の中央点から第２の給電点１３ａの方向へ波長λの四分の一、即ちλ／４だけ離れた位置に設定するための位相差Δδ＝（δ１−δ２）は、例えばδ１１−δ２２であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
また、上記の位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、上記第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良い。
即ち、第２の予備製膜工程で基板１１に製膜される膜厚みが正弦的な膜の最大厚みの位置が、基板１１の中央点から第２の給電点１３の方向へ膜の周期の二分の一だけ離れた点に合致させれば良い。なお、膜の周期の二分の一という値は、予め、前記第１の予備製膜工程で把握できる。
その結果、図５に示す第２の定在波の形をした厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が得られる。
【０１９１】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。
先ず、図８及び図９において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、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８からＳｉＨ４ガスを、例えば３５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、第５の電力供給系の発振器５０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター５３、５６の出力の位相を、第１の予備製膜工程のデータとして把握したθ１１、θ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、それぞれに電力を供給する。電力は第６の電力供給系と合わせて、例えば１０００Ｗとする。
そして同様に、第６の電力供給系の発振器６０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター６３、６６の出力の位相を、第２の予備製膜工程のデータとして把握したδ１１、δ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに電力を供給する。電力は第５の電力供給系と合わせて、例えば１０００Ｗとする。
【０１９２】
さて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、第５及び第６の電力供給系からそれぞれ、電力が供給されると、実施例３の場合と同様に、該一対の電極間に発生の電力の分布は次式で表わされる電力の強さの分布Ｉ（ｘ）となる。
Ｉ（ｘ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋π／２｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝４Ｖ２
ただし、ｘは第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向の距離、Ｖ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は第１及び第２の給電点の間隔である。
【０１９３】
ところで、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。
他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。
このことは、電力の強さの分布が均一化されるということは、膜厚み分布が均一化されるということである。
また、電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
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ＳｉＨ、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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０１９４】
本実施例では、給電点が対向した辺に２点ずつであるので、基板サイズは長さ２ｍ〜３ｍｘ幅０．５ｍ程度に制約されるが、給電点の個数を幅方向に増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【０１９５】
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。
【０１９６】
（実施例５）
本発明に関する実施例５の電極への電力供給方法、該電力供給方法を用いたプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、主として図１０及び図１１を参照して説明する。
【０１９７】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１、図２、図６及び図７〜図９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１０は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の製膜室に係わる構成を示す概略図、図１１は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の電力供給装置に係わる構成を示す概略図である。
【０１９８】
図１０及び図１１において、真空容器１の内部に、第１の平板型ガス吐出孔２ａ付き電極２と、第２の平板型ガス吐出孔４ａ付き電極４が配置される。該電極２、４の間に、空洞を有する絶縁部材８７が設置される。
該第２の電極４は、真空容器１に固着されている。該第２の電極２は、内部が空洞で、ガスシャワー孔７が配置されており、その空洞には絶縁部材８６で電気絶縁されたガス導入管８から放電ガス、例えばシランガスが供給される。また、該第２の電極４には、多数のガス吐出孔４ａが配置されており、前記放電ガスを前記一対の電極２、４間に均一に供給する機能を有している。
供給されたシランガス等放電ガスは前記一対の電極の間でプラズマ化された後、その空間で生成されたラデイカル等と一緒に、該第１の電極２はガス吐出孔２ａを介して、排気管９ａ、９ｂ及び図示しない真空ポンプにより、真空容器１の外へ排出される。
この場合、電気的に中性の前記ラデイカル等は拡散現象により拡散するので、基板保持板４ｂに設置される基板１１の上に堆積する。その結果、アモルファスシリコンなどの膜が基板１１に製膜される。
該基板保持板４ｂには図示しない基板ヒータが内臓されており、基板１１の温度を任意に調整可能である。
なお、基板１１は、基板リフター９０及び基板搬入出ゲート９１を用いて、該基板保持板４ｂ上に配置される。該基板リフター９０の上下動の際、真空容器１の気密を維持するために、ベローズ８９が用いられる。
また、真空容器１の内壁と該第２の電極４の通電を良くするために、真空容器内壁に固着されている第１の接続導体８８ａ及び基板保持板４ｂに固着されている第２の接続導体８８ａが配置される。
【０１９９】
電極へ高周波電力を給電する位置である給電点は、図１１に示すように、第１の電極２の互いに対向する辺とする。そして、その辺に、複数個、例えば、図１１図示の１２ａに第１の給電点を、１３ａに第２の給電点を、１２ｂに第３の給電点を、１３ｂに第４の給電点を配置する。なお、該給電点１２ａと１３ａ、及び１２ｂと１３ｂは、互いに高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある。
【０２００】
上記給電点の配置において、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂの間隔、及び第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂの間隔が開き過ぎると、後述の製膜試験において、両給電点の間の膜厚みが薄くなり、逆に、その間隔が近過ぎると、両給電点の間の膜厚みが厚くなる。
ここでは、シランガスを用いたプラズマＣＶＤでの経験に基ずいて、その間隔は０．３ｍとする。なお、具体的には、例えば、第１の電極２の辺の端から０．０１５ｍの位置に第１の給電点１２ａを、それから０．３ｍ離れた位置に第３の給電点１２ｂを、第３の給電点１２ｂと辺の端の間を０．０１５ｍとする。
もしも、後述の製膜試験の結果、膜厚み分布が所要の結果にならない場合は、両給電点の間隔及び矩形平板の第１の電極２の幅をパラメータに製膜試験を行い、最適な両給電点間隔を選定することができることは当然なことである。
【０２０１】
図１０及び図１１において、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第１の発信器５０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第１のランダム位相変調器５１で、ランダムに変調される。
なお、実施例１〜３において説明したように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第５及び第６の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
【０２０２】
第１の分配器５２は、前記第１の発信器５０の出力を２つに分配し、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６へ伝送する。
第１のフェーズシフター５３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第１のフェーズシフター５３の出力は第３の結合器８４に伝送される。
第２のフェーズシフター５６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第２のフェーズシフター５６の出力は第４の結合器８５に伝送される。
【０２０３】
第１の増幅器５４は前記第３の結合器８４より伝送された信号の電力を増幅して、第１のインピーダンス整合器５５に伝送する。
第１のインピーダンス整合器５５は、第１の増幅器５４の出力を第１の電力分配器８２、第１の電流導入端子１５、第１の真空用同軸ケーブル１６、及び該第１の真空用同軸ケーブル１６の芯線１７を介して、第１の給電点１２ａに供給する。また、第３の電流導入端子２５、第３の真空用同軸ケーブル２６、及び該第３の真空用同軸ケーブル２６の芯線２７を介して、第３の給電点１２ｂに供給する。
【０２０４】
なお、給電線１７、２７には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第１の電力増幅器５４には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【０２０５】
第２の増幅器５７は前記第４の結合器８５より伝送された信号の電力を増幅して、第２のインピーダンス整合器５８に伝送する。
第２のインピーダンス整合器５８は、第２の増幅器５７の出力を第２の電力分配器８３、第２の電流導入端子２０、第２の真空用同軸ケーブル２１、及び該第２の真空用同軸ケーブル２１の芯線２２を介して、第１の給電点１２ａに供給する。また、第４の電流導入端子３０、第４の真空用同軸ケーブル３１、及び該第４の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第４の給電点１３ｂに供給する。
【０２０６】
なお、給電線２２、３２には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
前記第２の電力増幅器５７には、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【０２０７】
なお、ここでは、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第５の電力供給系と呼ぶ。
【０２０８】
周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する第２の発信器６０の出力信号、即ち正弦波信号の位相は第２のランダム位相変調器６１で、ランダムに変調される。
なお、実施例１〜３において説明したように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第５及び第６の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
【０２０９】
第２の分配器６２は、前記第２の発信器６０の出力を２つに分配し、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６へ伝送する。
第３のフェーズシフター６３は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第３のフェーズシフター６３の出力は第３の結合器８４に伝送される。
第４のフェーズシフター６６は、入力された信号の位相を任意に移相する機能を有する。第４のフェーズシフター６６の出力は第４の結合器８５に伝送される。
【０２１０】
上記第３の結合器８４に伝送された第３のフェーズシフター６３の出力、及び
上記第４の結合器８５に伝送された第４のフェーズシフター６６の出力は、それぞれ、上記第５の電力供給系と同様にして、増幅され、インピーダンス整合されて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに供給される。
【０２１１】
ここで、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器５１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の結合器８４、８５、
第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第６の電力供給系と呼ぶ。
【０２１２】
上記装置構成において、第１の電力分配器８２から第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの長さを同じにすること、及び電流導入端子１５、２５の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路の違いによる位相差は生じない。
また、第２の電力分配器８３から第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂまでの２つの伝送路の同軸ケーブル及び真空用同軸ケーブルの長さを同じにすること、及び電流導入端子２０、３０の部品は同じ仕様とする。このことにより、この２つの伝播路で電力伝送される電磁波の伝播路の違いによる位相差は生じない。
【０２１３】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、プラズマＣＶＤによる薄膜太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と本製膜工程を用いるのが好ましい。
第１の予備製膜工程は、前記第５の電力供給系に関するもので、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
第２の予備製膜工程は、前記第６の電力供給系に関するもので、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６を用いて、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂから供給される電力と、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂから供給される電力の電圧の位相差と、基板１１に製膜されるアモルファスシリコン系膜の厚み分布との関係を把握するデータを取得するために行なわれる。
本製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【０２１４】
なお、本実施例では、以下に示すように、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程において、定在波の腹の位置の情報を把握する手段として、例えばアモルファスシリコン系膜を製膜するが、これに代えて、エッチング速度分布、プラズマ発光分布、及びプラズマ密度分布などのうち少なくとも１つについて、予め計測しておき、その計測結果に基ずいて定在波の腹の位置の情報と、後述の複数の２出力の位相可変高周波電源のそれぞれの２つの出力電力の電圧の位相差の関係を把握しても良い。
【０２１５】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、図１０、図１１において、予め、基板１１を基板保持板４ｂの上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第５の電力供給系、即ち、第１の発信器５０、第１のランダム位相変調器５１、第１の分配器５２、第１及び第２のフェーズシフター５３、５６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３
を用いて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに供給する。
この場合、第１の発振器５０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第１のフェーズシフター５３の調整器を、例えばθ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を例えば５００Ｗに設定して、第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第２のフェーズシフター５６の調整器を、例えばθ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を例えば５００Ｗに設定して、第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０２１６】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の給電点１２ａと第２の給電点１２ｂを結ぶ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相θ１、θ２の関係をデータとして把握する。例えば、膜厚分布の最大厚みの位置が、第１の給電点１２ａと第２の給電点１２ｂを結ぶ方向において、基板１１の中央点となる第１及び第２のフェーズシフター５３、５６の位相の値は、例えばθ１１、θ２２であるいうことが把握される。
その結果、図５に示す第１の定在波の形をした厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が得られる。
【０２１７】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図１０及び図１１において、予め、基板１１を基板保持板４ｂの上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第６の電力供給系、即ち、第２の発信器６０、第２のランダム位相変調器５１、第２の分配器６２、第３及び第４のフェーズシフター６３、６６、第３及び第４の結合器８４、８５、第１及び第２の増幅器５４、５７、第１及び第２のインピーダンス整合器５５、５８、第１及び第２の電力分配器８２、８３から構成される電力供給系を第６の電力供給系を用いて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂに電力を供給する。
この場合、第２の発振器６０の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定する。
そして、前記第２のフェーズシフター６３の調整器を、例えばδ１に設定し、第１の電力増幅器５４の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を
第１のインピーダンス整合器５５、第１の電力分配器８２、第１及び第３の電流導入端子１５、２５、第１及び第２の真空用同軸ケーブル１６、２６の芯線１７、２７を介して、第１及び第３の給電点１２ａ、１２ｂに供給する。
そして、前記第４のフェーズシフター６６の調整器を、例えばδ２に設定し、第２の電力増幅器５７の出力を例えば５００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器５８、第２の電力分配器８３、第２及び第４の電流導入端子２０、３０、第２及び第４の真空用同軸ケーブル２１、３１の芯線２２、３２を介して、第２及び第４の給電点１３ａ、１３ｂに供給する。
なお、前記第１のインピーダンス整合器５５及び第２のインピーダンス整合器５８を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器５５、５８の上流側に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、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０２１８】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第３及び第４のフェーズシフター６３、６の位相δ１、δ２をパラメータに繰り返し実施する。
そして、第１の給電点１２ａと第２の給電点１３ａを結ぶ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１及び第２のフェーズシフター６３、６６の位相δ１、δ２の関係をデータとして把握する。
【０２１９】
例えば、基板１１の中央点から第２の給電点１３ａの方向へ波長λの四分の一、即ちλ／４だけ離れた位置に設定するための位相差Δδ＝（δ１−δ２）は、例えば（δ１１−δ２２）であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、一般的には真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。ＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ０との比λ／λ０は０．６程度である。
また、上記の位相差Δδ＝（δ１−δ２）の設定を行う際に、上記第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間隔が、その腹の空間的周期の二分の一に等しくなるように、位相差Δδ＝（δ１−δ２）を選定すれば良い。
即ち、第２の予備製膜工程で基板１１に製膜される膜厚みが正弦的な膜の最大厚みの位置が、基板１１の中央点から第２の給電点１３の方向へ膜の周期の二分の一だけ離れた点に合致させれば良い。なお、膜の周期の二分の一という値は、予め、前記第１の予備製膜工程で把握できる。
その結果、図５に示す第２の定在波の形をした厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が得られる。
【０２２０】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。
先ず、図１０及び図１１において、予め、基板１１を基板保持板４ｂの上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、第５の電力供給系の発振器５０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター５３、５６の出力の位相を、第１の予備製膜工程のデータとして把握したθ１１、θ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、それぞれに電力を供給する。電力は第６の電力供給系と合わせて、例えば１０００Ｗとする。
そして同様に、第６の電力供給系の発振器６０の周波数を６０ＭＨとし、２つのフェーズシフター６３、６６の出力の位相を、第２の予備製膜工程のデータとして把握したδ１１、δ２２に設定し、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに電力を供給する。電力は第５の電力供給系と合わせて、例えば１０００Ｗとする。
【０２２１】
さて、第１、第２、第３及び第４の給電点１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂに、第５及び第６の電力供給系からそれぞれ、電力が供給されると、該一対の電極間に発生の電力の強さの分布Ｉ（ｘ）は、実施例３の場合と同様に次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋π／２｝
＝４Ｖ２ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋４Ｖ２ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝４Ｖ２
ただし、ｘは第１の給電点１２ａから第２の給電点１３ａの方向の距離、Ｖ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は第１及び第２の給電点の間隔である。
【０２２２】
ところで、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。
他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。このことは、電力の強さの分布が均一化されるということは、膜厚み分布が均一化されるということである。
また、電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
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ＳｉＨ、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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０２２３】
本実施例では、給電点が対向した辺に２点ずつであるので、基板サイズは長さ２ｍ〜３ｍｘ幅０．５ｍ程度に制約されるが、給電点の個数を幅方向に増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【０２２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【０２２５】
【図１】図１は実施例１に係わるプラズマ表面処理装置の構成を示す概略図。
【図２】図２は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の電極への給電部の説明図。
【図３】図３は一対の電極間を伝播する電力波を示す説明図。
【図４】図４は一対の電極間に発生の電力の定在波を示す説明図。
【図５】図５は一対の電極間に発生の２つの電力の定在波の腹の位置を示す説明図。
【図６】図６は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の電力供給装置に係わる構成を示す概略図。
【図７】図７は実施例３に係わるプラズマ表面処理装置の電力供給装置に係わる構成を示す概略図。
【図８】図８は実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の製膜室に係わる構成を示す概略図。
【図９】図９は実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の電力供給装置に係わる構成を示す概略図。
【図１０】図１０は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の製膜室に係わる構成を示す概略図。
【図１１】図１１は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の電力供給装置に係わる構成を示す概略図。
【符号の説明】
【０２２６】
１・・・真空容器、
２・・・第１の電極、
４・・・第２の電極、
５・・・絶縁部材、
７・・・ガスシャワー孔、
８・・・ガス導入菅、
９ａ、９ｂ・・・排気管、
１１・・・基板、
１２、１２ａ・・・第１の給電点、
１２ｂ・・・第３の給電点、
１３、１３ａ・・・第２の給電点、
１３ｂ・・・第４の給電点、
１５・・・第１の電流導入端子、
２０・・・第２の電流導入端子、
２５・・・第３の電流導入端子、
３０・・・第４の電流導入端子、
５０・・・第１の発信器、
５１・・・第１のランダム位相変調器、
５２・・・第１の分配器
５３・・・第１のフェーズシフター
５４・・・第１の増幅器、 
５５・・・第１のインピーダンス整合器、
５６・・・第２のフェーズシフター
５７・・・第２の増幅器、 
５８・・・第２のインピーダンス整合器、
６０・・・第２の発信器、
６１・・・第２のランダム位相変調器、
６２・・・第２の分配器
６３・・・第３のフェーズシフター
６４・・・第３の増幅器、 
６５・・・第３のインピーダンス整合器、
６６・・・第４のフェーズシフター
６７・・・第４の増幅器、 
６８・・・第４のインピーダンス整合器、
８２・・・第１の電力分配器、
８３・・・第２の電力分配器、
８４・・・第３の結合器、
８５・・・第４の結合器、
８７、８７ａ・・・絶縁材。
【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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