(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波プラズマの表面処理への応用での生産性向上に必要な大面積・高密度・均一のプラズマ生成の阻害要因である電極間に発生の定在波を、効果的に制御する高周波電力供給手段を創出し、薄膜Ｓｉ系太陽電池・ＴＦＴ等の高生産性の表面処理装置を提供すること。【解決手段】電極上の対向する位置に配置された第１及び第２の給電点２１,２７に、それぞれパルス変調可能な位相可変４出力の高周波電源の第１及び第２の出力Ｗ１１,Ｗ２１と、第３及び第４の出力Ｗ１２,Ｗ２２を時間的に分離して供給し、かつ位相の制御により、電極間２,４に発生する２つの定在波の腹の位置間の距離をλ／４とする。【選択図】図２
2005174932.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、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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高周波電力供給装置であって、前記第１の電極表面において高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点にそれぞれ配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力を該第１の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第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が、該電力の波長の四分の一になるように、該第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差及び該第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御するという構成を有することを特徴とする高周波電力供給装置。
【請求項２】
前記電力供給系は、任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波発信器及び該第１の高周波発信器の２つの出力端子にそれぞれ接続された第１及び第２の電力増幅器及び該第１及び第２の電力増幅器の出力端子にそれぞれ接続された及び第１及び第２のインピーダンス整合器及び該第１の高周波発信器のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波発信器及び該第２の高周波発信器の２つの出力端子にそれぞれ接続された第３及び第４の電力増幅器及び該第３及び第４の電力増幅器の出力端子にそれぞれ接続された及び第３及び第４のインピーダンス整合器から成るという構成を有することを特徴とする請求項１記載の高周波電力供給装置。
【請求項３】
前記電力供給系は、高周波発信器と、パルス発信器と、少なくとも３個の分配器と、少なくとも２個のゲート回路と、少なくとも２個の位相シフターと、少なくとも２個の位相差検出器と、少なくとも４個の電力増幅器と、少なくとも４個のインピーダンス整合器とから成るという構成を有することを特徴とする請求項１記載の高周波電力供給装置。
【請求項４】
前記電力供給系の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｈ０は５０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波電力供給装置。
【請求項５】
前記電力供給系の出力の周波数は、１０ＭＨｚから３００ＭＨｚのＨＦ帯ないしＶＨＦ帯に属していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波電力供給装置。
【請求項６】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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おいて、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波電力供給装置を用いて前記一対の電極に高周波電力を供給するという構成を有すること特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項７】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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において、請求項１〜５のいずれか１項に記載の構成を有する高周波電力供給装置を用いて、前記第１の電極表面において高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点にそれぞれ配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力を該第１の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第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が、該電力の波長の四分の一になるように、該第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差及び該第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御することにより、該一対の電極間に発生の電圧の分布を時間平均的に一定とするようにした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７に記載のプラズマ表面処理方法において、前記高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と前記基板表面に形成される正弦的な厚み分布を有する半導体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、前記高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と前記基板表面に形成される正弦的な厚み分布を有する半導体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の工程でそれぞれに把握された該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係及び該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電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、該高周波電源の４つの出力端子から出力される電力の電圧の位相を設定することにより、該基板に目的の半導体膜を形成する第３の工程から成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７あるいは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、前記基板の表面に、アモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料及び結晶Ｓｉ系材料のいずれかを製造するようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生用高周波電力供給装置、該高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法並びにその応用に関する。本発明は、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚのＨＦ帯域の高周波プラズマ、並びに電子温度が低く、かつ、高密度のプラズマ生成が可能という特徴をもつ超高周波プラズマ、すなわち周波数３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚのＶＨＦ帯域の高周波電力により生成するプラズマによる表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、ＬＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶デイスプレー）用ＴＦＴ（薄膜トランジスター）、アモルファスＳｉ系太陽電池、薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の分野において既に実用化されている。また、ダイヤモンド薄膜および立方晶ボロンナイトライド（Ｃ−ＢＮ）等の超硬質膜製造分野においても実用化が進みつつある。
【０００３】
上記技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質およびコーテイング等多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に関する装置および方法には、大別すると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ないし３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４及び５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６に記載されているもので、アンテナ方式であることを特徴とする。
【０００４】
また、電力損失防止及び電極間以外で発生の不必要なプラズマの発生を抑制する技術として、平衡不平衡変換装置を用いる技術が、例えば特許文献２及び３に記載されている。
【０００５】
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、一対の電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する該電極の第１および第２の辺に、それぞれ、電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給点が設置され、かつ、該複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置が設置されるということを特徴としている。この技術では、該複数の電力供給点に対応したリアクタンス調整装置を制御することにより、反射波の位相を制御することにより、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させることが可能である。
特許文献３に記載の技術は、一対の電極に複数の開口を設置し、該開口の縁にそれぞれ電力供給点を配置し、かつ、電力供給系より平衡不平衡変換装置及び平衡伝送路を介して電力を供給することを特徴としている。この技術では、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化することが可能である。
特許文献４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５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６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。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１２９７７（第２頁、第１図、第１０−１１図）
【特許文献２】特許第３５７５０１４号（第１−３頁、第６−１０図）
【特許文献３】特開２００４−２３５６７３（第２―３頁、第９−１１図）
【特許文献４】特開平１１−２４３０６２（第１頁、第１図、第７図）
【特許文献５】特許第３３１６４９０号（第１頁、第１図、第８図）
【特許文献６】特開２０００−３４５３５１（第２頁、第１図、第５図、第７図）
【０００８】
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のプラズマ表面処理技術、即ちプラズマ表面処理装置とプラズマ表面処理方法は、ＬＣＤ，ＬＳＩ，電子複写機および太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減および大面積壁掛けＴＶなど性能（仕様）の改善等に関する大面積・均一化および高速処理化のニーズが年々強まっている。特に、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、なお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。
【００１０】
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ないし３００ＭＨｚ）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。
【００１１】
第１の課題は、ＶＨＦ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プラズマ表面処理装置及びＶＨＦ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プラズマは、電極サイズが直径１００ｍｍないし１３０ｍｍ程度の実験室規模の装置を用いた研究は精力的に実施されているが、その応用においては、即ち生産設備規模の装置を用いた研究は、大面積化・均一化が困難であることから、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。
【００１２】
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１〜６にあるアイデイア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、プラズマが例えば数ｋＨｚの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。なお、ａ−Ｓｉ膜製膜では電源周波数が１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度を境にして、低い周波数帯の場合では膜中水素の量が、高い周波数帯の場合に比べて著しく多くなるという研究結果がある。
（２）特許文献２記載の技術は、複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置を設置し、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、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化するので、互いに隣接する開口の間隔を使用する電源周波数即ち波長に対応して選定することが必要である。すなわち、電源周波数が予め選定されることが必須条件で、かつ、プラズマ密度の強さに応じて伝播電力の波長が短縮するので、プラズマの均一性はプラズマ密度の強さに依存するという欠点がある。
（４）特許文献４記載の技術は、特許文献２記載の技術と同様に、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。
（５）特許文献５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ので、プロセス用ＶＨＦプラズマ表面処理装置及びＶＨＦプラズマ表面処理方法としては、プラズマが例えば数ｋＨｚの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。また、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。
（６）特許文献６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。
【００１３】
第２の課題として、量産装置への応用性の高いＶＨＦプラズマ発生用電極の技術開発がある。一般に、高生産性プロセスでの生産装置の基本ラインは、インライン型装置、マルチチャンバー型装置及びロール・ツー・ロール型装置の３つの方式があるが、これらの装置では基板搬送装置との兼ね合いから、プラズマ処理室内の一対の電極と給電ケーブルを接続する場合、例えば該一対の電極形状が矩形の場合、周囲４辺の中の１辺のみを用いて両者が接続できる手段が求められる。しかしながら、従来のＶＨＦプラズマ技術では、このニーズに対応できないという問題がある。なお、前記の特許文献１~６記載の技術で、このニーズに対応可能な技術は、特許文献６記載の技術のみである。しかしながら、この技術は、前述の通り、圧力条件が数Ｐａ以下という制約があるため、実用価値が低いと見られている。
【００１４】
更に、第３の課題として、２ｍｘ２ｍ級大面積基板を対象にした液晶デイスプレー駆動用ＴＦＴ製造装置及び２ｍｘ２ｍ級大面積基板を対象にした薄膜Ｓｉ系太陽電池製造装置等の分野では、１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚのＨＦ帯域の周波数の電源を用いるプラズマ表面処理装置において、上記定在波の発生に起因するプラズマ密度の不均一性の問題が顕在化しつつある。その理由は、生産性向上のためにプラズマ密度の更なる増大が図られる結果、プラズマ生成電力の波長の短縮化が起こり、該波長の四分の一の長さが基板サイズとほぼ同じレベルになり、定在波発生の要因になっている。具体的には、プラズマを伝播する電力の波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、プラズマ生成条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなり、例えば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０．５程度になる。即ち、例えば周波数１３．５６ＭＨｚで高密度プラズマを生成すれば、真空中での波長２２．１ｍは高密度プラズマ中では１１ｍ程度に短縮化され、その四分の一の値（即ち２．７５ｍ）は上記基板サイズとほぼ同じになり、定在波発生の条件が満たされることになる。したがって、ＨＦ帯域の周波数の電源を用いるプラズマ表面処理装置においても、高密度プラズマを生成すれば定在波の問題が顕在化する。
【００１５】
以上説明したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板、例えばサイズ１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマＣＶＤおよびプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、困難視されている。即ち、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化等の課題に対応する為、一つの技術トレンドとして、ＶＨＦプラズマ技術が注目され、その実用化応用の開発研究が実施されているが、技術的困難性のため、１ｍｘ１ｍ級を越える大面積基板を対象にしたＶＨＦ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の成功例は発表されていない。
また、ＨＦ帯域の周波数の電源を用いるプラズマ表面処理装置においても、２ｍｘ２ｍ級大面積基板を対象にし、かつ、高密度プラズマを生成すれば定在波の問題が顕在化する。
【００１６】
言い換えれば、現在、電源周波数がＨＦ及びＶＨＦ帯域であるプラズマ技術分野が抱える具体的技術課題は、第１に、一対の電極間に発生の定在波を抑制可能な大面積・均一化技術の創出、第２に、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段の創出である。
【００１７】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するために必要な、定在波の影響を根本的に抑制し、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化が可能で、かつ、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段を実現可能なアイデイアを創出し、該アイデイアを実現するための高周波電力供給装置と該高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するため、高周波電力供給装置と該高周波電力供給装置により構成さ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、次のように構成したことを特徴とする。
【００１９】
即ち、本発明の高周波電力供給装置は、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、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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高周波電力供給装置であって、前記第１の電極表面において高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点にそれぞれ配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力を該第１の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第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が、該電力の波長の四分の一になるように、該第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差及び該第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御するという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系が、任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波発信器及び該第１の高周波発信器の２つの出力端子にそれぞれ接続された第１及び第２の電力増幅器及び該第１及び第２の電力増幅器の出力端子にそれぞれ接続された及び第１及び第２のインピーダンス整合器及び該第１の高周波発信器のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波発信器及び該第２の高周波発信器の２つの出力端子にそれぞれ接続された第３及び第４の電力増幅器及び該第３及び第４の電力増幅器の出力端子にそれぞれ接続された及び第３及び第４のインピーダンス整合器から成るという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系が、高周波発信器と、パルス発信器と、少なくとも３個の分配器と、少なくとも２個のゲート回路と、少なくとも２個の位相シフターと、少なくとも２個の位相差検出器と、少なくとも４個の電力増幅器と、少なくとも４個のインピーダンス整合器とから成るという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｈ０が５０％以下であることを特徴としている。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系の出力の周波数が、１０ＭＨｚから３００ＭＨｚのＨＦ帯ないしＶＨＦ帯に属していることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の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、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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おいて、
上記した本発明のいずれかの高周波電力供給装置を用いて前記一対の電極に高周波電力を供給するという構成を有することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の高周波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、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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において、上記した本発明のいずれかの高周波電力供給装置を用いて、前記第１の電極表面において高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点にそれぞれ配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力を該第１の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第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が、該電力の波長の四分の一になるように、該第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差及び該第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御することにより、該一対の電極間に発生の電圧の分布を時間平均的に一定とするようにしたことを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、上記した本発明のプラズマ表面処理方法において、前記高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と前記基板表面に形成される正弦的な厚み分布を有する半導体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、前記高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と前記基板表面に形成される正弦的な厚み分布を有する半導体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の工程でそれぞれに把握された該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係及び該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電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、該高周波電源の４つの出力端子から出力される電力の電圧の位相を設定することにより、該基板に目的の半導体膜を形成する第３の工程から成ることを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、上記した本発明のいずれかの高周波プラズマ表面処理方法において、前記基板の表面に、アモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料及び結晶Ｓｉ系材料のいずれかを製造するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の高周波電力供給装置は、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、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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高周波電力供給装置であって、前記第１の電極表面において高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点にそれぞれ配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力を該第１の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第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が、該電力の波長の四分の一になるように、該第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差及び該第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御するという構成を有することを特徴とするので、該一対の電極間の電力の強さが一定の値になる。
即ち、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、即ち互いに独立である２つの定在波の重ね合わせとなり、一定の値になる。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。このことは、従来のＨＦ及びＶＨＦ帯域のプラズマを利用する表面処理装置及び方法では不可能視される大面積基板を対象にした応用において、均一で高品質の高周波プラズマ処理が可能であるという効果がある。即ち、この発明のＨＦ及びＶＨＦ帯域のプラズマを利用する表面処理装置及び方法の応用分野における貢献度は画期的で著しく大きいものがある。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系が、任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波発信器及び該第１の高周波発信器の２つの出力端子にそれぞれ接続された第１及び第２の電力増幅器及び該第１及び第２の電力増幅器の出力端子にそれぞれ接続された及び第１及び第２のインピーダンス整合器及び該第１の高周波発信器のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波発信器及び該第２の高周波発信器の２つの出力端子にそれぞれ接続された第３及び第４の電力増幅器及び該第３及び第４の電力増幅器の出力端子にそれぞれ接続された及び第３及び第４のインピーダンス整合器から成るという構成を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布を、正弦波状の分布ではなく一様な分布にすることが確実に実現可能である。さらに、ＶＨＦプラズマの長所であるプラズマの高密度化の応用が容易に実現可能である。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系が、高周波発信器と、パルス発信器と、少なくとも３個の分配器と、少なくとも２個のゲート回路と、少なくとも２個の位相シフターと、少なくとも２個の位相差検出器と、少なくとも４個の電力増幅器と、少なくとも４個のインピーダンス整合器とから成るという構成を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布を、正弦波状の分布ではなく一様な分布にすることが確実に実現可能である。さらに、ＶＨＦプラズマの長所であるプラズマの高密度化の応用が容易に実現可能である。さらに、ＶＨＦプラズマの長所であるプラズマの高密度化の応用が容易に実現可能である。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｈ０が５０％以下であることを特徴とするので、上記した本発明のいずれかの高周波電力供給装置によって生成されるプラズマの強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である２つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。さらに、ＶＨＦプラズマの長所であるプラズマの高密度化の応用が容易に実現可能である。
また、本発明の高周波電力供給装置は、前記電力供給系の出力の周波数が、１０ＭＨｚから３００ＭＨｚのＨＦ帯ないしＶＨＦ帯に属していることを特徴とするので、周波数がＨＦ帯ないしＶＨＦ帯のプラズマを利用する表面処理の応用において、前記一対の電極間の電力の強さの分布を正弦波状の分布ではなく一様な分布にすることが可能である。さらに、ＶＨＦプラズマの長所であるプラズマの高密度化の応用が容易に実現可能である。
【００２３】
また、本発明の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、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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おいて、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波電力供給装置を用いて前記一対の電極に高周波電力を供給するという構成を有すること特徴とするので、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。
その結果、従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置では不可能視される大面積基板を対象にした応用において、均一で高品質のプラズマ処理が可能である。このことは、プラズマ表面処理技術分野における画期的ブレークスルーが実現されるという意味があり、産業上の効果は著しく大きい。
【００２４】
また、本発明の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、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力を有すると共に該４つの出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源及び該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ接続された第１、第２、第３及び第４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において、請求項１〜５のいずれか１項に記載の構成を有する高周波電力供給装置を用いて、前記第１の電極表面において高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点にそれぞれ配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力を該第１の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第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が、該電力の波長の四分の一になるように、該第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差及び該第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御することにより、該一対の電極間に発生の電圧の分布を時間平均的に一定とするようにしたことを特徴とするので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である２つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。
即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。その結果、従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置では不可能視される大面積基板を対象にした応用において、均一で高品質のプラズマ処理が可能である。このことは、プラズマ表面処理技術分野における画期的ブレークスルーが実現されるという意味があり、産業上の効果は著しく大きい。
また、本発明のプラズマ表面処理方法は、上記したプラズマ表面処理方法において、前記高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と前記基板表面に形成される正弦的な厚み分布を有する半導体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、前記高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と前記基板表面に形成される正弦的な厚み分布を有する半導体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の工程でそれぞれに把握された該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係及び該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電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、該高周波電源の４つの出力端子から出力される電力の電圧の位相を設定することにより、該基板に目的の半導体膜を形成する第３の工程から成ることを特徴とするので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である２つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。
即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。その結果、従来のＶＨＦプラズマ表面処理方法では不可能視される大面積基板を対象にした応用において、均一で高品質のプラズマ処理が可能である。このことは、プラズマ表面処理技術分野における画期的ブレークスルーが実現されるという意味があり、産業上の効果は著しく大きい。
また、本発明のプラズマ表面処理方法は、前記基板の表面に、アモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料及び結晶Ｓｉ系材料のいずれかを形成するようにしたことを特徴とするので、太陽電池及びＴＦＴ業界のみならず、ＬＳＩ及び複写機用感光体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、貢献度が著しく大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の一形態に係わる高周波電力供給装置、該高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なａ―Ｓｉ薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置及び方法に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
本発明に関する実施例１の高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１ないし図８を参照して説明する。
【００２７】
図１は実施例１に係わる高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図２は図１図示の高周波電力供給装置により構成された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はパルス変調された出力の典型例を示す説明図、図４はパルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図、図５は一対の電極間に発生の電圧波の伝播を示す説明図、図６は一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図、図７は一対の電極間に発生の定在波の強さ（振幅の２乗の値）の分布を示す説明図及び図８は一対の電極間に発生の２つの定在波の強さを示す説明図である。
【００２８】
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、即ち非接地の放電ガス通気孔１３を有する平板状の第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。なお、本実施例では、第１及び第２の電極２、４は、長さ１４００ｍｍ程度、幅２００ｍｍ程度の矩形導体板を用いる。
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ＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔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。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。
【００２９】
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〜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、前記平板状の第１の電極２の一方の端部の中央位置とし、これを第１の給電点２１とする。また、該給電点２１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の中央位置を第２の給電点２７とする。
【００３２】
符番１００は同期信号伝送ケーブルで、後述の第１のパルス変調方式位相可変２出力発信器１５の出力のパルス変調波形信号を同期信号として、後述の第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器２８に伝送する。
符番１５は第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＨＦ帯域ないしＶＨＦ帯域）の任意の周波数、例えば６０ＭＨｚの正弦波信号を発生し、かつ、該正弦波信号をパルス変調し、かつ、その２つの出力端子から出力される２つのパルス変調された正弦波信号の位相差を任意に設定することが可能である。
該位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子から出力される２つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０は、該位相可変２出力の発信器１５に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５は、前述の同期信号伝送ケーブル１００を介して、後述の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８にパルス変調の同期信号を送信する。
該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の一方の出力は、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０を介して、第１の給電点２１に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変２出力の発信器１５と第１の電力増幅器１６との接続、第１の電力増幅器１６と第１のインピーダンス整合器１７との接続、第１のインピーダンス整合器１７と第１の電流導入端子１８との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第１の真空用同軸ケーブル１９の外部導体は第２の電極４に接続される。
該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の他方の出力は、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線及２６を介して、第２の給電点２７に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２１（ｔ）のように、該Ｗ１１（ｔ）と同様のパルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変２出力の発信器１５と第２の電力増幅器２２との接続、第２の電力増幅器２２と第２のインピーダンス整合器２３との接続、第２のインピーダンス整合器２３と第２の電流導入端子２４との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第２の真空用同軸ケーブル２５の外部導体は第２の電極４に接続される。
前記第１の電力増幅器１６及び第２の電力増幅器２２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、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器１６、２２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。
【００３３】
符番２８は、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器で、２つの出力端子から位相の異なる周波数１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＨＦ帯域ないしＶＨＦ帯域）の任意の周波数、例えば６０ＭＨｚの正弦波信号を発生し、かつ、該２つの正弦波信号を、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５から同期信号伝送ケーブル１００を介して受信した同期信号を用いることにより、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５のパルス変調信号に同期してパルス変調された信号を出力する。
該位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子から出力される２つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０は、該位相可変２出力の発信器２８に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。
該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の一方の出力は、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線及３３を介して、第１の給電点２１に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第２の位相可変２出力の発信器２８と第３の電力増幅器２９との接続、第３の電力増幅器２９と第３のインピーダンス整合器３０との接続、第３のインピーダンス整合器３０と第３の電流導入端子３１との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第３の真空用同軸ケーブル３２の外部導体は第２の電極４に接続される。
該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の他方の出力は、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８を介して、第２の給電点２７に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第２の位相可変２出力の発信器２８と第４の電力増幅器３４との接続、第４の電力増幅器３４と第４のインピーダンス整合器３５との接続、第４のインピーダンス整合器３５と第４の電流導入端子３６との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。また、第４の真空用同軸ケーブル３７の外部導体は第２の電極４に接続される。
前記第３の電力増幅器２９及び第４の電力増幅器３４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、該該反射波による該第３及び第４の電力増幅器２９、３４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。
【００３４】
ここで、上記同期信号伝送ケーブル１００と、位相可変２出力の発信器１５と、第１の電力増幅器１６と、第１のインピーダンス整合器１７と、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９と、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３と、第２の電流導入端子２４と、第２の真空用同軸ケーブル２５と、第２の位相可変２出力の発信器２８と、第３の電力増幅器２９と、第３のインピーダンス整合器３０と、第３の電流導入端子３１と、第３の真空用同軸ケーブル３２と、第４の電力増幅器３４と、第４のインピーダンス整合器３５と、第４の電流導入端子３６及び第４の真空用同軸ケーブル３７から構成される電力供給系を、高周波電力供給装置と呼ぶ。
【００３５】
次に、上記構成の高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉを製膜する方法を説明する。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が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、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。
【００３６】
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２５０ｓｃｃｍ、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、高周波電力供給装置の構成部材の中の前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６から成る第１の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒の電力、例えば合計で２００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０を介して、第１の給電点に供給するとともに、第２の電力増幅器２２の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６を介して、第２の給電点に供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１７及び第２のインピーダンス整合器２３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１７、２３の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。
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。
【００３７】
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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差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１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
【００３８】
ところで、上記第１及び第２の給電点２１及び２７からパルス状に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５及び図６を用いて説明する。
図５において、第１の給電点２１から第２の給電点２７の方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１１（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２７から第１の給電点２１の方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝
ただし、Ｖ１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、Δθは第１の給電点２１から供給される電力の電圧波と第２の給電点２７から供給される電力の電圧波の位相差である。この２つの電圧波の合成波Ｗ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ１（ｘ、ｔ）＝Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）
＝２・Ｖ１ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ１（ｘ、ｔ）を概念的に図６に示す。図６において、Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ＞０の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ＜０の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第１の電力供給系を用いて、前記第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧波を、それぞれ、Ｗ１１（ｘ、ｔ）及びＷ２１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。また、その２つの電圧波の合成波を第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００３９】
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さＩ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。
図７は、ＶＨＦプラズマの生成上問題となる定在波の発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが０．９〜１．０の範囲であるとすると、電力伝播方向の距離で、−０．０５〜＋０．０５λの範囲（即ち、膜厚が均一な範囲は長さ０．１λ）に限られるということを示している。
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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
また、前記第１の予備製膜工程にて取得した基板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の位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定することができる。
なお、ここでは、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布をＩ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００４０】
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２５０ｓｃｃｍ、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、高周波電力供給装置の構成部材の中の前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線３３、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８から成る第２の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒の電力例えば合計で２００Ｗを供給する。
即ち、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第３の電力増幅器２９の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線３３を介して、第１の給電点に供給するとともに、第４の電力増幅器３４の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８を介して、第２の給電点に供給する。
この場合、前記第３のインピーダンス整合器３０及び第４のインピーダンス整合器３５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３０、３５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。
【００４１】
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。該基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布には、前述の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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。
この場合も、前記第１の予備製膜工程と同様に、第２の電力供給系を用いた場合において、基板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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ２であると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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
【００４２】
第２の予備製膜工程において、上記第１及び第２の給電点２１及び２７からパルス状に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５及び図６に示す。
図５において、第１の給電点２１から第２の給電点２７の方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１２（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２７から第１の給電点２１の方向へ伝播する電圧波をＷ２２（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ２・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ２・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝
ただし、Ｖ２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、Δθは第１の給電点２１から供給される電力の電圧波と第２の給電点２７から供給される電力の電圧波の位相差である。電圧の合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ２（ｘ、ｔ）＝Ｗ１２（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）
＝２・Ｖ２ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）を概念的に図６に示す。図６において、Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ＞０の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ＜０の場合、他方の給電点側へ移動す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前記第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧波を、それぞれ、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。また、その２つの波の合成波を第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００４３】
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さＩ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。
図７は、ＶＨＦプラズマの生成上問題となる定在波発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが０．９〜１．０の範囲であるとすると、電力伝播方向の距離で、−０．０５〜＋０．０５λの範囲（即ち、膜厚が均一な範囲は長さ０．１λ）に限られるということを示している。
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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
なお、ここでは、第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布をＩ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００４４】
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３００ｓｃｃｍ、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、高周波電力供給装置を用いて一対の電極２、４に高周波電力を供給する。即ち、前記第１の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数６０ＭＨｚの正弦波の位相差を第１の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力１００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えば周波数６０ＭＨｚの正弦波の位相差を第２の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ２に設定し、かつ、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力１００Ｗを供給する。即ち、前記第１及び第２の給電点２１，２７に、前記電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）、電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｈｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【００４５】
一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、定在波の影響を受けない電力供給が可能であることを意味している。
【００４６】
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、一対の電極２，４間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、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波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は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ものがある。
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。
【００４７】
本実施例では、第１及び第２の電極２が長さ１４００ｍｍ程度、幅２００ｍｍ程度の矩形板であり、かつ、給電点は両端部に１点ずつであるので、基板サイズは上記１２００ｍｍｘ２００ｍｍ程度に制約されるが、第１及び第２の電極２、４の幅を拡大し、かつ、給電点の個数を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。
また、本実施例２では、電源周波数は６０ＭＨｚの場合のみについて説明したが、上記高周波電力供給装置の構成部材は、周波数１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚにおいて、電力の伝送及び制御において、問題はないことは当然のことである。
また、本実施例１では、第１の電極２の形状を矩形の場合のみについて説明したが、その形状は矩形以外、例えば棒状導体をＵ字状にしたもの及びＷ字状にしたものを用い、該電極の両端に第１及び第２の給電点２１、２７を配置することが容易に考えられる。
また、基板の形状が円筒形の場合への応用では、電極形状を円筒形にして該円筒形電極の端面に第１及び第２の給電点２１、２７を配置することが容易に考えられる。
【００４８】
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では不可能であった
該一対の電極２、４間の電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）の均一化が可能である。即ち、膜厚分布として±１０％以内を実現可能である。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。
【００４９】
（実施例２）
本発明に関する実施例２の高周波電力供給装置により構成された高周波プラズマ発生装置及び該装置を用いた高周波プラズマ発生方法について、図９を参照して説明する。なお、図２ないし図８も参照する。
【００５０】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１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９は実施例２に係わる高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
【００５１】
図９において、符番７０は高周波発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの正弦波信号を発生する。符番７１、７２、７３はそれぞれ、第１、第２及び第３の分配器である。第１の分配器７１は、高周波発信器７０の出力を２分配する。第２の分配器７２は、後述の第１のゲート回路装置７４の出力を２分配する。第３の分配器７３は後述の第２のゲート回路装置７５の出力を２分配する。
符番７４、７５はそれぞれ、第１及び第２のゲート回路装置で、それぞれ、後述のパルス発信器８０のパルス電圧が印加されている時間の間だけ、その入力端子と出力端子間を導通状態にする。なお、パルス電圧が印加されていない時間は不通状態になる。符番７６、７７は第１及び第２の位相シフターである。第１の位相シフター７６は、その入力端子に入力されるパルス変調された高周波信号の位相を遅延させる機能を持ち、その遅延量は後述の位相差検出器７８の出力により制御される。第２の位相シフター７７は、その入力端子に入力されるパルス変調された高周波信号の位相を遅延させる機能を持ち、その遅延量は後述の位相差検出器７９の出力により制御される。
符番７８、７９は、それぞれ、第１及び第２の位相差検出器である。第１の位相差検出器７８は、第１及び第２のインピーダンス整合器１７、２３のそれぞれの出力電圧の位相差を検知し、その位相差に比例した電圧を位相シフター７６の制御信号として、位相シフター７６に伝送する。第２の位相差検出器７９は、第３及び第４のインピーダンス整合器３０、３５のそれぞれの出力電圧の位相差を検知し、その位相差に比例した電圧を位相シフター７７の制御信号として、位相シフター７７に伝送する。なお、第１及び第２の位相差検出器７８、７９には、それぞれ、第１及び第２の位相シフター７６、７７の位相を任意に制御可能な位相調整ダイヤルが付属しており、該第１及び第２の位相シフター７６、７７の出力の正弦波信号の位相を任意に調整が可能である。
符番８０は２出力のパルス発信器で、その第１の出力端子は任意のパルス幅Ｈｗと任意の周期Ｔ０のパルス電圧を出力し、その第２の出力端子は第１の出力端子から出力されるパルス電圧と同じパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０で、位相が半周期即ちＴ０／２だけ遅れたパルス電圧を出力する。なお、該第１の出力端子からのパルス電圧は第１のゲート回路装置７４の制御信号として、該第１のゲート回路装置７４に伝送される。また、該第２の出力端子からのパルス電圧は第２のゲート回路装置７５の制御信号として、該第２のゲート回路装置７５に伝送される。
【００５２】
図９において、高周波発信器７０の出力端子から出力される超高周波の正弦波信号、例えば６０ＭＨｚの正弦波信号は、第１の分配器７１により２分配されて、その出力の一方は第１のゲート回路装置７４を介して、第２の分配器７２により２分配される。その出力の一方は、第１の電力増幅器１６で電力増幅されて、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、真空用同軸ケーブル１９の芯線２０を介して、第１の給電点２１に供給される。
なお、高周波発信器７０は１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲にて任意の周波数の正弦波信号を発生し、その出力端から出力する。また、第１のゲート回路装置７４は、パルス発信器８０の出力端子から伝送される任意のパルス幅Ｈｗと任意の周期Ｔ０のパルス電圧によりオンオフ制御がなされる。
ここで、そのパルス電圧の典型例として図３にＷ１１（ｔ）、Ｗ２１（ｔ）として示す。
該第２の分配器７２の他方の出力は、位相シフター７６を介して第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６を介して、第２の給電点２７に供給される。
該位相シフター７６は、第１の位相差検出器７８が検知した第１及び第２のインピーダンス整合器１７、２３の出力の電圧の位相差に比例した電圧により制御され、該位相シフター７６に入力された正弦波信号の位相を遅延させ、後流側の第２の電力増幅器２２に伝送する。なお、第１の位相差検出器７８に付属の位相調整ダイヤルにて、手動にて、該位相シフター７６の位相を任意に制御可能である。
【００５３】
図９において、第１の分配器７１により２分配された出力の他方は第２のゲート回路装置７５を介して、第３の分配器７３により２分配される。その出力の一方は、第３の電力増幅器２９で電力増幅されて、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３６、真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第１の給電点２１に供給される。なお、第２のゲート回路装置７５は、パルス発信器８０の出力端子から伝送される任意のパルス幅Ｈｗと任意の周期Ｔ０のパルス電圧によりオンオフ制御がなされる。ここで、そのパルス電圧の典型例として、図３図示のＷ１２（ｔ）、Ｗ２２（ｔ）を示す。Ｗ１２（ｔ）、Ｗ２２（ｔ）は、上記Ｗ１１（ｔ）、Ｗ２１（ｔ）に比べて、半周期、即ちＴ０／２だけ遅れた時刻に立ち上がる。
該第３の分配器７３の他方の出力は、位相シフター７７を介して第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８を介して、第２の給電点２７に供給される。
該位相シフター７７は、第２の位相差検出器７９が検知した第３及び第４のインピーダンス整合器３０、３５の出力の電圧の位相差に比例した電圧により制御され、該位相シフター７７に入力された正弦波信号の位相を遅延させ、後流側の第４の電力増幅器３４に伝送する。なお、第２の位相差検出器７９に付属の位相調整ダイヤルにて、手動にて、該位相シフター７７の位相を任意に制御可能である。
【００５４】
ここで、高周波発信器７０と、第１、第２及び第３の分配器７１、７２、７３と、第１及び第２のゲート回路装置７４、７５と、第１及び第２の位相シフター７６、７７と、第１の位相シフター７６と、第２の位相シフター７７と、第１及び第２の位相差検出器７８、７９と、２出力のパルス発信器８０と、第１の電力増幅器１６と、第１のインピーダンス整合器１７と、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９と、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３と、第２の電流導入端子２４と、第２の真空用同軸ケーブル２５と、第３の電力増幅器２９と、第３のインピーダンス整合器３０と、第３の電流導入端子３１と、第３の真空用同軸ケーブル３２と、第４の電力増幅器３４と、第４のインピーダンス整合器３５と、第４の電流導入端子３６及び第４の真空用同軸ケーブル３７から構成される電力供給系を、高周波電力供給装置と呼ぶ。
【００５５】
次に、上記構成の高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉを製膜する方法を説明する。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が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のインピーダンス整合器１７の出力の電圧及び前記第２のインピーダンス整合器２３の出力の電圧の位相差を測定し、制御する第１の位相差検出器７８及び第１の位相シフター７６から成る第１の位相制御系の位相設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第３のインピーダンス整合器３０の出力の電圧及び前記第４のインピーダンス整合器３５の出力の電圧の位相差を測定し、制御する第２の位相差検出器７９及び第２の位相シフター７７から成る第２の位相制御系の位相設定値を把握するために、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。
【００５６】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、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２５０ｓｃｃｍ、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。
【００５７】
次に、高周波電力供給装置の一部を用いて一対の電極２、４に高周波電力を供給する。
即ち、２出力のパルス発信器８０のパルス電圧で制御される第１のゲート回路装置７４でパルス変調された高周波発信器７０の正弦波出力を第２の分配器７２で２分配する。この場合、該高周波発信器７０の正弦波出力の周波数は、１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲で任意に設定可能で、例えば、周波数を６０ＭＨｚに設定する。また、前記パルス変調された超高周波発信器７０の正弦波出力のパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０は任意に設定が可能で、例えば、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒と設定される。
該第２の分配器７２で２分配された一方の信号を第１の電力増幅器１６で増幅し、例えば電力２００Ｗとし、該電力を第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８及び第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０を介して、第１の給電点２１に供給する。
該第２の分配器７２で２分配された他方の信号を第１の位相シフター７６を介して第２の電力増幅器２２で増幅し、例えば電力２００Ｗとし、該電力を第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４及び第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６を介して、第２の給電点２７に供給する。この場合、該第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧の位相差は、該第１のインピーダンス整合器１７の出力の電圧及び該第２のインピーダンス整合器２３の出力の電圧の位相差を測定し、制御する第１の位相差検出器７８及び第１の位相シフター７６から成る第１の位相制御系で制御され、任意の位相差を設定可能で、例えば該位相差を零度に設定する。
第１の給電点２１に供給されるパルス変調された電力の波形を、概念的に、図３及び図４に、Ｗ１１（ｔ）として示す。また、第の給電点２７に供給されるパルス変調された電力の波形を、概念的に、図３及び図４に、Ｗ２１（ｔ）として示す。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１７及び第２のインピーダンス整合器２３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１７、２３の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。
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。
【００５８】
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、前述のように、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の給電点に供給される電力の電圧の位相差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該位相差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１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
【００５９】
ところで、上記第１及び第２の給電点２１及び２７から供給されるパルス変調された電力の電圧波は、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５及び図６を用いて説明する。
図５において、第１の給電点２１から第２の給電点２７の方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１１（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２７から第１の給電点２１の方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝
ただし、Ｖ１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、Δθは第１の給電点２１から供給される電力の電圧波と第２の給電点２７から供給される電力の電圧波の位相差である。この２つの電圧波の合成波Ｗ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ１（ｘ、ｔ）＝Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）
＝２・Ｖ１ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ１（ｘ、ｔ）を概念的に図６に示す。図６において、Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ＞０の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ＜０の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第１の電力供給系を用いて、前記第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧波を、それぞれ、Ｗ１１（ｘ、ｔ）及びＷ２１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。また、その２つの電圧波の合成波を第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００６０】
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さＩ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。
図７は、ＶＨＦプラズマの生成上問題となる定在波の発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが０．９〜１．０の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−０．０５〜＋０．０５λの範囲（即ち、膜厚が均一な範囲は長さ０．１λ）に限られるということを示している。
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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
また、前記第１の予備製膜工程にて取得した基板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の給電点２１、２７に供給される電力の電圧の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定することができる。
なお、ここでは、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布をＩ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００６１】
次に、第２の予備製膜工程であるが、前記第１の予備製膜工程と同様に、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２５０ｓｃｃｍ、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。
【００６２】
次に、高周波電力供給装置の一部を用いて一対の電極２、４に高周波電力を供給する。
即ち、２出力のパルス発信器８０のパルス電圧で制御される第２のゲート回路装置７５でパルス変調された高周波発信器７０の正弦波出力を第３の分配器７３で２分配する。なお、該高周波発信器７０の正弦波出力の周波数は、前記第１の予備製膜工程と同じ周波数、例えば、周波数を６０ＭＨｚである。また、前記パルス変調された超高周波発信器７０の正弦波出力のパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０は、前記第１の予備製膜工程と同じ、例えば、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒と設定されるが、パルスの立ち上がり時刻は半周期遅れに設定する。
該第３の分配器７３で２分配された一方の信号を第３の電力増幅器２９で増幅し、例えば電力２００Ｗとし、該電力を第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３６及び第３の真空用同軸ケーブル３１の芯線３２を介して、第１の給電点２１に供給する。
該第３の分配器７２で２分配された他方の信号を第２の位相シフター７７を介して第４の電力増幅器３４で増幅し、例えば電力２００Ｗとし、該電力を第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６及び第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８を介して、第２の給電点２７に供給する。この場合、該第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧の位相差は、該第３のインピーダンス整合器３０の出力の電圧及び該第４のインピーダンス整合器３５の出力の電圧の位相差を測定し、制御する第２の位相差検出器７９及び第２の位相シフター７７から成る第２の位相制御系で制御され、任意の位相差を設定可能で、例えば該位相差を零度に設定する。
第１の給電点２１に供給されるパルス変調された電力の波形を、概念的に、図３及び図４に、Ｗ１２（ｔ）として示す。また、第２の給電点２７に供給されるパルス変調された電力の波形を、概念的に、図３及び図４に、Ｗ２２（ｔ）として示す。
この場合、前記第３のインピーダンス整合器３０及び第４のインピーダンス整合器３５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３０、３５の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。
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。
【００６３】
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、前述のように、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の給電点に供給される電力の電圧の位相差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該位相差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１の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ２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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
【００６４】
第２の予備製膜工程において、上記第１及び第２の給電点２１及び２７から供給されるパルス変調された電力の電圧波は、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５及び図６に示す。
図５において、第１の給電点２１から第２の給電点２７の方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１２（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２７から第１の給電点２１の方向へ伝播する電圧波をＷ２２（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ２・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ２・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝
ただし、Ｖ２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、Δθは第１の給電点２１から供給される電力の電圧波と第２の給電点２７から供給される電力の電圧波の位相差である。電圧の合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ２（ｘ、ｔ）＝Ｗ１２（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）
＝２・Ｖ２ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）を概念的に図６に示す。図６において、Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ＞０の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ＜０の場合、他方の給電点側へ移動す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前記第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧波を、それぞれ、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。また、その２つの波の合成波を第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００６５】
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さＩ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。
図７は、ＶＨＦプラズマの生成上問題となる定在波発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが０．９〜１．０の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−０．０５〜＋０．０５λの範囲（即ち、膜厚が均一な範囲は長さ０．１λ）に限られるということを示している。
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、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。一般的には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０．５〜０．９程度である。
なお、ここでは、第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布をＩ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００６６】
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３００ｓｃｃｍ、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、高周波電力供給装置を用いて一対の電極２、４に高周波電力を供給する。
前記高周波発信器７０の出力の周波数を、例えば６０ＭＨｚに設定し、第１の給電点２１及び第２の給電点に供給される前記電力Ｗ１１（ｔ）、Ｗ２１（ｔ）のパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、前記電力Ｗ１２（ｔ）、Ｗ２２（ｔ）のパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定する。そして、前記第１の位相差検出器７８及び第１の位相シフター７６から成る第１の位相制御系で制御する第１及び第２の給電点に供給の電力の電圧の位相差を前記第１の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ１に設定し、前記第２の位相差検出器７９及び第２の位相シフター７７から成る第２の位相制御系で制御する第１及び第２の給電点に供給の電力の電圧の位相差を前記第２の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ２に設定する。
第１、第２、第３及び第４の増幅器１６、２２、２９、３４の出力は、例えばそれぞれ、２００Ｗに設定する。即ち、前記第１及び第２の給電点２１，２７に、電力２００Ｗの電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）、電力２００Ｗの電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）、電力２００ＷのＷ１２（ｘ、ｔ）及び電力２００ＷのＷ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した上記パルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｈｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【００６７】
一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、定在波の影響を受けない電力供給が可能であることを意味している。
【００６８】
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、一対の電極２、４間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、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波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は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ものがある。
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。
【００６９】
本実施例では、第１及び第２の電極２、４がサイズ１４００ｍｍｘ２００ｍｍ程度であるので、基板サイズは１２００ｍｍｘ２００ｍｍ程度に制約されるが、第１の電極２の幅及び給電点の個数を増加すれば、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。
また、本実施例２では、電源周波数は６０ＭＨｚの場合のみについて説明したが、上記高周波電力供給装置の構成部材は、周波数１０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚにおいて、電力の伝送及び制御において、問題はないことは当然のことである。
また、本実施例２では、第１の電極２の形状を矩形の場合のみについて説明したが、その形状は矩形以外、例えば棒状導体をＵ字状にしたもの及びＷ字状にしたものを用い、該電極の両端に第１及び第２の給電点２１、２７を配置することが容易に考えられる。
また、基板の形状が円筒形の場合への応用では、電極形状を円筒形にして該円筒形電極の端面に第１及び第２の給電点２１、２７を配置することが容易に考えられる。
【００７０】
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では不可能であった該一対の電極２、４間の電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）の均一化が可能である。即ち、膜厚分布として±１０％以内を実現可能である。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】
【００７１】
【図１】実施例１に係わる高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図２】図１図示の高周波電力供給装置により構成された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】パルス変調された出力の典型例を示す説明図。
【図４】パルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図。
【図５】一対の電極間に発生の電圧波の伝播を示す説明図。
【図６】一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図。
【図７】一対の電極間に発生の定在波の強さ（振幅の２乗の値）の分布を示す説明図。
【図８】一対の電極間に発生の２つの定在波の強さを示す説明図。
【図９】実施例２に係わる高周波電力供給装置により構成されたプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【符号の説明】
【００７２】
１．．．真空容器、
２．．．第１の電極、
３．．．図示しない基板ヒータ、
４．．．第２の電極、
５．．．絶縁物支持材、
６．．．ガス混合箱、
７．．．整流孔、
８．．．放電ガス供給管、
９．．．排気管、
１０．．．図示しない真空ポンプ、
１１．．．基板、
１２．．．図示しないゲートバルブ、
１３．．．放電ガス通気孔、
１５．．．第１のパルス変調方式位相可変２出力発信器、 
１６．．．第１の電力増幅器、
１７．．．第１のインピーダンス整合器、 
１８．．．第１の電流導入端子、
１９．．．第１の真空用同軸ケーブル、
２０．．．第１の真空用同軸ケーブルの芯線、
２１．．．第１の給電点、
１００．．．同期信号伝送ケーブル、
２２．．．第２の電力増幅器、
２３．．．第２のインピーダンス整合器、
２４．．．第２の電流導入端子、
２５．．．第２の真空用同軸ケーブル、
２６．．．第２の真空用同軸ケーブルの芯線、
２７．．．第２の給電点、
２８．．．第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器、 
２９．．．第３の電力増幅器、
３０．．．第３のインピーダンス整合器、
３１．．．第３の電流導入端子、
３２．．．第３の真空用同軸ケーブル、
３３．．．第３の真空用同軸ケーブルの芯線、
３４．．．第４の電力増幅器、
３５．．．第４のインピーダンス整合器、
３６．．．第４の電流導入端子、
３７．．．第４の真空用同軸ケーブル、
３８．．．第４の真空用同軸ケーブルの芯線、
７０．．．高周波発信器、
７１．．．第１の分配器、
７２．．．第２の分配器、
７３．．．第３の分配器、
７４．．．第１のゲート回路装置、
７５．．．第２のゲート回路装置、
７６．．．第１の位相シフター、
７７．．．第２の位相シフター、
７８．．．第１の位相差検出器、
７９．．．第２の位相差検出器、
８０．．．２出力のパルス発信器。
【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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