(57)【要約】【課題】簡易な構成で電極の給電点からの反射電力を小さくできる高周波プラズマ発生装置を得る。【解決手段】第２インピーダンス整合器１４ａ−１４ｄは、可変移相器１１ａ−１１ｄで設定される位相が給電点７ａ−７ｄですべて同じになるような同相状態では、増幅器１２ａ−１２ｄ側へ反射される電力が最小となるように各インピーダンスが整合され、第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂは、可変移相器１１ａ−１１ｄで設定される位相が給電点７ａ、７ｂと７ｃ、７ｄで１８０度異なるような逆相状態では、第２インピーダンス整合器１４ａ−１４ｄの各インピーダンスの整合は同相状態の整合と同じままで、増幅器１２ａ−１２ｄ側へ反射される電力が最小となるようにインピーダンスが整合され、第１及び第２高周波給電回路は、電極間の電界強度の平均が一様になるように、同相状態と逆相状態を高速に交互に切り替えて高周波を給電点７ａ−７ｄに供給する。【選択図】図１
2012164432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波により真空チャンバ中の電極間にプラズマを発生させる高周波プラズマ発生装置において、
非接地電極と接地電極から構成される一対の電極と、
前記非接地電極の水平面に平行な面の中心を通る直線に対して線対称な位置に設けられた第１及び第２の給電点と、
高周波を発生する高周波信号源と、
前記高周波を前記第１及び第２の給電点に供給する高周波給電回路とを備え、
前記高周波給電回路は、
前記高周波信号源に接続された第１及び第２の可変移相器と、
第１、第２、第３及び第４端子を含み、前記第１の可変移相器に第１端子が接続され、前記第２の可変移相器に第３端子が接続された第１インピーダンス整合器と、
前記第１インピーダンス整合器の第２端子に入力側が接続され、前記第１の給電点に出力側が接続された第１の第２インピーダンス整合器と、
前記第１インピーダンス整合器の第４端子に入力側が接続され、前記第２の給電点に出力側が接続された第２の第２インピーダンス整合器とを有し、
前記第１及び第２の第２インピーダンス整合器は、前記第１及び第２の可変移相器で設定される位相が前記第１及び第２の給電点ですべて同じになるような同相状態では、前記第１及び第２の可変移相器側へ反射される電力が最小となるように各インピーダンスが整合され、
前記第１インピーダンス整合器は、前記第１及び第２の可変移相器で設定される位相が前記第１及び第２の給電点で１８０度異なるような逆相状態では、前記第１及び第２の第２インピーダンス整合器の各インピーダンスの整合は同相状態の整合と同じままで、前記第１及び第２の可変移相器側へ反射される電力が最小となるようにインピーダンスが整合され、
前記高周波給電回路は、電極間の電界強度の平均が一様になるように、前記同相状態と前記逆相状態を交互に切り替えて前記高周波を前記第１及び第２の給電点に供給する
ことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項２】
高周波により真空チャンバ中の電極間にプラズマを発生させる高周波プラズマ発生装置において、
非接地電極と接地電極から構成される一対の電極と、
前記非接地電極の水平面に平行な面の中心を通る直線に対して線対称な位置に設けられた第１及び第２の給電点と、
高周波を発生する高周波信号源と、
前記高周波を前記第１及び第２の給電点に供給する高周波給電回路とを備え、
前記高周波給電回路は、
前記高周波信号源に接続された第１及び第２の可変移相器と、
前記第１の可変移相器に接続された第１の第２インピーダンス整合器と、
前記第２の可変移相器に接続された第２の第２インピーダンス整合器と、
第１、第２、第３及び第４端子を含み、前記第１の第２インピーダンス整合器に第１端子が接続され、前記第２の第２インピーダンス整合器に第３端子が接続され、前記第１の給電点に第２端子が接続され、前記第２の給電点に第４端子が接続された第１インピーダンス整合器とを有し、
前記第１及び第２の第２インピーダンス整合器は、前記第１及び第２の可変移相器で設定される位相が前記第１及び第２の給電点ですべて同じになるような同相状態では、前記第１及び第２の可変移相器側へ反射される電力が最小となるように各インピーダンスが整合され、
前記第１インピーダンス整合器は、前記第１及び第２の可変移相器で設定される位相が前記第１及び第２の給電点で１８０度異なるような逆相状態では、前記第１及び第２の第２インピーダンス整合器の各インピーダンスの整合は同相状態の整合と同じままで、前記第１及び第２の可変移相器側へ反射される電力が最小となるようにインピーダンスが整合され、
前記高周波給電回路は、電極間の電界強度の平均が一様になるように、前記同相状態と前記逆相状態を交互に切り替えて前記高周波を前記第１及び第２の給電点に供給する
ことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項３】
前記非接地電極は、直方体であり、
前記第１及び第２の給電点は、前記非接地電極の方形の上面の中心を通る直線に対して線対称な位置に設けられた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項４】
前記高周波給電回路は、電極間の電界強度の平均が一様になるように、前記同相状態と前記逆相状態の時間比が４：１となるように交互に切り替える
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項５】
前記高周波給電回路は、
前記第１及び第２の可変移相器の前段に第１及び第２の可変減衰器をさらに有し、
前記第１及び第２の可変減衰器により、電極間の電界強度の平均が一様になるように、前記同相状態の振幅を前記逆相状態の振幅よりも大きくする
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項６】
前記第１インピーダンス整合器は、第１及び第２端子に一端が接続され、第３及び第４端子に他端が接続された可変容量を含む
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項７】
前記第１インピーダンス整合器は、第１及び第２端子に一端が接続され、第３及び第４端子に他端が接続されたインダクタを含む
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の高周波プラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＶＨＦ帯ないしＵＨＦ帯の高周波を用いて電極間に均一なプラズマを発生するための高周波プラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＶＨＦ帯ないしＵＨＦ帯の高周波を用いて電極間に均一なプラズマを発生するため、電極間の電界分布を一様にする電極給電方法として、電源と電極との間にインピーダンス整合器を設けるとともに、電極の給電点と反端側の端部に位相調整回路を設け、反射波の位相を調整することで電極間の定在波の分布を制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、電極間に２つの定在波分布を発生させ、かつ２つの定在波を重畳させることで一様な電界分布を得ることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５０１６６８号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、特許文献１に示される従来の高周波プラズマ発生装置において、薄膜シリコン系太陽電池を製造するために高周波プラズマ発生装置を使用する際に２つの定在波を切り替えた場合、２つの定在波により成膜されるシリコン膜は、電極間での電界分布が異なるため膜の特性が異なる。そのため、２つの定在波を低速に切り替えた場合、膜厚が均一となっても膜の特性が均一とならないため、この従来の高周波プラズマ発生装置により製造された太陽電池パネルの変換効率は劣化する。一方、２つの定在波分布を高速に切り替えた場合、特性が均一なシリコン膜を成膜できる。しかし、このとき、定在波の分布が変化すると電源からの電力が反射なく電極へ供給されるためにインピーダンス整合器の状態を最適な状態へ変化させる必要があるが、定在波の分布を高速に切り替えた場合、一般にインピーダンス整合器は大電力が入力されることから機械駆動となっているため、２つの定在波の切り替え速度に追従できず、電極の給電点からの反射電力が大きくなり、電源が正常に動作しないという問題点があった。
【０００６】
一方、特許文献２に示される従来の高周波プラズマ発生装置では、２つの定在波分布を発生させるために独立した２つのインピーダンス整合器を有した高周波電力供給手段を設けている。したがって、定在波の分布を変化させても、それぞれのインピーダンス整合器の状態を変化させる必要がないため、高速に切り替えることができる。しかし、独立した２つの高周波電力供給手段を設けているため、高周波プラズマ発生装置のコストが高いという問題点があった。また、これら２つの高周波電力供給手段は、同じ周波数を用いた場合には互いに干渉するため、インピーダンス整合を得るための各インピーダンス整合器の調整が難しいという問題点があった。一方、干渉を避ける方法として異なる周波数で給電する方法があるが、装置が複雑になるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、電極間に一様な電界分布を発生させるために複数の定在波分布を重畳する際に、シリコン膜の特性を向上させるために複数の定在波分布を高速に切り替えても、簡易な構成で電極の給電点からの反射電力を小さくすることができる高周波プラズマ発生装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る高周波プラズマ発生装置は、高周波により真空チャンバ中の電極間にプラズマを発生させる高周波プラズマ発生装置において、非接地電極と接地電極から構成される一対の電極と、前記非接地電極の水平面に平行な面の中心を通る直線に対して線対称な位置に設けられた第１及び第２の給電点と、高周波を発生する高周波信号源と、前記高周波を前記第１及び第２の給電点に供給する高周波給電回路とを備え、前記高周波給電回路は、前記高周波信号源に接続された第１及び第２の可変移相器と、第１、第２、第３及び第４端子を含み、前記第１の可変移相器に第１端子が接続され、前記第２の可変移相器に第３端子が接続された第１インピーダンス整合器と、前記第１インピーダンス整合器の第２端子に入力側が接続され、前記第１の給電点に出力側が接続された第１の第２インピーダンス整合器と、前記第１インピーダンス整合器の第４端子に入力側が接続され、前記第２の給電点に出力側が接続された第２の第２インピーダンス整合器とを有し、前記第１及び第２の第２インピーダンス整合器は、前記第１及び第２の可変移相器で設定される位相が前記第１及び第２の給電点ですべて同じになるような同相状態では、前記第１及び第２の可変移相器側へ反射される電力が最小となるように各インピーダンスが整合され、前記第１インピーダンス整合器は、前記第１及び第２の可変移相器で設定される位相が前記第１及び第２の給電点で１８０度異なるような逆相状態では、前記第１及び第２の第２インピーダンス整合器の各インピーダンスの整合は同相状態の整合と同じままで、前記第１及び第２の可変移相器側へ反射される電力が最小となるようにインピーダンスが整合され、前記高周波給電回路は、電極間の電界強度の平均が一様になるように、前記同相状態と前記逆相状態を交互に切り替えて前記高周波を前記第１及び第２の給電点に供給するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る高周波プラズマ発生装置によれば、電極の給電点からの反射電力を、簡易な構成で小さくすることができ、給電位相が異なる状態を高速に切り替えることができるため、高品質のシリコン膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の構成を一部断面で示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線から垂直方向の下をみた断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’線から垂直方向の上をみた断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器の回路構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の電極間の電界強度分布を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の電極間の電界強度分布を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の電極間の電界強度分布を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る高周波プラズマ発生装置の構成を一部断面で示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る高周波プラズマ発生装置におけるＡ−Ａ’線から垂直方向の下をみた断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る高周波プラズマ発生装置におけるＡ−Ａ’線から垂直方向の下をみた断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係る高周波プラズマ発生装置におけるＡ−Ａ’線から垂直方向の下をみた断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態５に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器の回路構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器の別の回路構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態５に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器の別の回路構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器の別の回路構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器の別の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の高周波プラズマ発生装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１２】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置について図１から図７までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の構成を一部断面で示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線から垂直方向の下をみた断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ’線から垂直方向の上をみた断面図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１３】
図１は、下半分が図２の４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのうち、２つの給電点７ａ、７ｃを通る線から水平方向の向こう側（紙面裏側方向）をみた縦断面であり、上半分が２組の高周波給電回路のうち、２つの給電点７ａ、７ｃに接続する一方の第１高周波給電回路を図示する。
【００１４】
図１−図３において、この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置は、非接地電極を構成する略直方体の電極ブロック１と、接地電極を構成するステージ２と、金属ケース３ａ、３ｂと、絶縁スペーサ４と、ガラス基板５とが設けられている。
【００１５】
また、図２において、電極ブロック１の水平面に平行な上面に、上述したように、４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが設けられている。この上面の形は、方形だけでなく、円形や楕円形でもよく、五角形や六角形等の多角形でもよい。従って、電極ブロック１の形が、直方体だけでなく、円柱や楕円柱でもよく、五角柱や六角柱等の多角柱でもよい。また、上面は、全体が平坦でなくてもよく、上面の中央部や周辺部、給電点間に凹凸があってもよい。
【００１６】
また、図１において、この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置は、発振器（高周波信号源）１０と、可変移相器１１ａ、１１ｃと、増幅器１２ａ、１２ｃと、第１インピーダンス整合器１３Ａと、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｃとが設けられている。
【００１７】
可変移相器１１ａ、１１ｃと、増幅器１２ａ、１２ｃと、第１インピーダンス整合器１３Ａと、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｃとが、上述した第１高周波給電回路を構成する。もう一方の第２高周波給電回路は、図示されていないが、可変移相器１１ｂ、１１ｄと、増幅器１２ｂ、１２ｄと、第１インピーダンス整合器１３Ｂと、第２インピーダンス整合器１４ｂ、１４ｄとで構成され、２つの給電点７ｂ、７ｄに接続されている。従って、発振器１０は、４つの可変移相器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに接続されている。
【００１８】
図４は、この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂの回路構成を示す図である。
【００１９】
図４において、第１インピーダンス整合器１３Ａは、４つの入出力端子１３ｑ、１３ｒ、１３ｓ、１３ｔと、可変容量２１により構成され、紙面上左右対称な回路となっている。また、図示されていないが、第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器１３Ｂも、第１インピーダンス整合器１３Ａと同様の回路構成（端子や素子の符号は同じとする）である。
【００２０】
図１に示すように、直方体である金属ケース３ａの上面にある四角形の開口部に、例えば、刀の鍔状の四角形の絶縁スペーサ４を介して、電極ブロック１を配置し、さらに、金属ケース３ａの上に電極ブロック１を覆うように直方体（底面がない）の金属ケース３ｂが配置されている。
【００２１】
電極ブロック１、金属ケース３ａ、及び絶縁スペーサ４で囲まれた空間６は、図示しない排気管とポンプによって真空に排気されるようになっており、真空チャンバを構成している。この真空チャンバ６の内部には、電極ブロック１と対向するように、縁台のようなステージ２が設けられている。また、電極ブロック１の底面には、図示しないガス供給孔が複数設けられており、電極ブロック１とステージ２との間にシラン等の成膜プロセスガスが供給されるようになっている。
【００２２】
ステージ２の方形の上面には、幅１．１ｍ×長さ１．４ｍ程度の大きさの方形のガラス基板（被成膜基板）５が保持され、このガラス基板５と電極ブロック１の底面の間隔が数ｍｍから１０ｍｍ程度となるようにステージ２の高さが調整されている。ガラス基板５と電極ブロック１の底面の間に成膜プロセスガスを供給し、一様な高周波電界を発生させることで、ガラス基板５の大きさに相当する所定の領域にわたって均一なプラズマを発生し、ガラス基板５上に均一なシリコン薄膜を成膜することができる。
【００２３】
電極ブロック１には、４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに第１及び第２高周波給電回路の給電線路（中心導体）が接続されている。なお、第１及び第２高周波給電回路のグラウンドは金属ケース３ｂに接続されている。４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのうち、図２に示すように、給電点７ａ、７ｂは電極ブロック１の方形の上面の一方の短辺に沿った端部（図２の左側）に設けられ、残りの給電点７ｃ、７ｄは対向するもう一方の短辺に沿った端部（図２の右側）に設けられている。
【００２４】
これらの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、図２に示すように、電極ブロック１の方形の上面の中心を通り直交する２つの直線Ｘ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’に対して線対称な位置に配置されている。つまり、給電点７ａと７ｃは、直線Ｘ−Ｘ’に関して線対称であり、給電点７ｂと７ｄの位置関係も同様である。また、給電点７ａと７ｂは、直線Ｙ−Ｙ’ に関して線対称であり、給電点７ｃと７ｄの位置関係も同様である。
【００２５】
発振器１０と第１及び第２高周波給電回路は、周波数３０〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯の高周波信号を供給するための回路である。発振器１０により発生された高周波信号は、給電点の数、つまり４つに分配される。その後、それぞれ可変移相器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで所定の位相に設定され、増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで所望の電力まで増幅されて給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに供給される。また、発振器１０から各給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄまでの長さ（電気長）は、すべて等しくなるように調整されている。
【００２６】
つぎに、この実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図５−図７は、この発明の実施の形態１に係る高周波プラズマ発生装置の電極間の電界強度分布を示す図である。
【００２８】
最初に、４つの可変移相器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで設定される位相が給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄですべて同じになるような同相状態の場合を考える。なお、例えば、可変移相器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、図示しない制御装置によって、設定される位相が制御される。
【００２９】
このとき、発振器１０から４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄまでの電気長が同じであることから、第１インピーダンス整合器１３Ａの入力端子１３ｑと１３ｓの電位は同じであり、また、第１インピーダンス整合器１３Ｂの入力端子１３ｑと１３ｓの電位も同じとなる。従って、可変容量２１の端子間に電位差がないため、可変容量２１は高周波信号に対して影響を与えない。
【００３０】
また、給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力が最小となるように第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを設定すると、電極ブロック１に対する給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの配置の対称性から、電極ブロック１の方形の上面の中心を通り直交する２つの直線Ｘ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’をそれぞれ含む２つの垂直面は磁気壁境界となり、すべての給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから電極ブロック１側を見た入力インピーダンスは等しくなる。これは、各給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから入力される高周波信号がすべて等振幅及び同相であり、他の給電点への干渉もすべて等しくなるためである。従って、増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力が最小となるような４つの第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの設定も、すべて等しくなる。
【００３１】
次に、４つの可変移相器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで設定される位相が給電点７ａ、７ｂと７ｃ、７ｄで１８０度異なるような逆相状態の場合を考える。
【００３２】
このときの第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは同相状態のときの設定と同じとする。発振器１０から給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄまでの電気長が同じであることから、第１インピーダンス整合器１３Ａの入力端子１３ｑと１３ｓは逆相となり、また、第１インピーダンス整合器１３Ｂの入力端子１３ｑと１３ｓも逆相となる。従って、可変容量２１の端子間に電位差が生じるため、可変容量２１は高周波信号に対して影響を与える。
【００３３】
ここで、電極ブロック１に対する給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの配置の対称性から、電極ブロック１の方形の上面の中心を通る直線Ｘ−Ｘ’を含む垂直面は電気壁境界となり、電極ブロック１の方形の上面の中心を通る直線Ｙ−Ｙ’を含む垂直面は磁気壁境界となるため、すべての給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから電極ブロック１側を見た入力インピーダンスは等しくなるが、同相状態のすべての給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから電極ブロック１側を見た入力インピーダンスと、逆相状態のすべての給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから電極ブロック１側を見た入力インピーダンスは異なる。従って、逆相状態のときは、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの設定は増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力が最小となるようには設定されていない。しかし、逆相状態のときのみに高周波信号に影響を与える可変容量２１の値を調整することで、逆相状態でも増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力を最小とすることができる。
【００３４】
つまり、同相状態では、増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力が最小となるように第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのインピーダンスを整合し、逆相状態では、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのインピーダンスの整合は同相状態の整合と同じままで、増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力が最小となるように第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂのインピーダンスを整合することで、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの設定を変えることなく、同相状態、逆相状態でともに増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力を最小とすることができる。
【００３５】
図５及び図６は、矩形の底面の大きさが幅１．１ｍ×長さ１．４ｍ程度の電極ブロック１に対して、６０ＭＨｚの高周波信号を供給した場合の、電極ブロック１とステージ２に挟まれたプラズマ発生領域における電界強度分布を電磁界解析により求めた結果である。図５及び図６は、電極ブロック１とステージ２が対向する矩形領域の各辺をそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向にとり、Ｚ軸方向にその矩形領域内の各点における電界強度を示している。Ｘ軸方向は電極ブロック１の矩形の底面の短辺方向、Ｙ軸方向は電極ブロック１の矩形の底面の長辺方向である。図５は各給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを同相で給電した場合、図６は給電点７ａ、７ｂと７ｃ、７ｄが逆相となるように給電した場合である。なお、同相、逆相のいずれの状態においても、電極ブロック１の矩形の底面の短辺方向に対して一様な電界強度分布が得られるよう、電極ブロック１の矩形の底面の短辺方向に対する給電点の位置が調整されている。
【００３６】
図５より、各給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを同相で給電した場合には、電界強度分布は電極ブロック１の底面の短辺方向に対してほぼ一様であり、電極ブロック１の上記直線Ｘ−Ｘ’を含む垂直面に沿って電界強度の強い部分が生じることがわかる。一方、図６より、給電点７ａ、７ｂと７ｃ、７ｄが逆相となるように給電した場合には、電極ブロック１の底面の両短辺に沿った両端部に電界強度の強い部分が生じ、上記直線Ｘ−Ｘ’を含む垂直面に沿った中央部は電界強度がゼロとなることがわかる。
【００３７】
ここで、図５に示した同相状態と図６に示した逆相状態を所定の時間比率で交互に切り替えた場合について考える。
【００３８】
上記領域内の電界強度の最大値と最小値の比が、同相状態に比べて逆相状態（電界強度がゼロを含む）の方が大きいことから、電界強度分布の時間平均を一様に近づけるためには、逆相状態よりも同相状態の時間を長くする方が望ましい。図７に、第１及び第２高周波給電回路が同相状態と逆相状態の時間比が４：１となるように交互に切り替えた場合の電界強度の平均値を示す。同相状態での電界強度分布と逆相状態での電界強度分布がちょうど互いに打ち消し合う関係となっているため、両状態を時間比が４：１で切り替えることで、電界強度の平均が一様に近づくことが確認できる。なお、この場合に電界強度分布の均一性１１％が得られた。
【００３９】
また、本実施の形態１によれば、同相状態で増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力が最小となるように第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを設定し、逆相状態では、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの設定は同相状態の設定と同じままで、増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力が最小となるように第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂを設定しているため、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの設定を変えることなく、同相状態、逆相状態でともに増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ側へ反射される電力を最小とすることができることから、各インピーダンス整合器１３、１４内の可変素子が機械駆動部を有するものであっても、高速に同相状態、逆相状態を切り替えることができる。
【００４０】
プラズマ成膜装置に上記の給電方法を適用して、ＶＨＦ帯の高周波電力によりシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）との混合ガスで高周波プラズマを発生させ、大面積のガラス基板５上に微結晶シリコン膜を堆積させた実験例（太陽電池の製造方法）について説明する。
【００４１】
図１において、ステージ２上には被成膜基板として、厚みが４ｍｍで１４００ｍｍ×１１００ｍｍのガラス基板５を設置した。この被成膜基板５はステージ２に内蔵されている図示されないシースヒータを用いて、例えば、２００度（℃）に加熱した。
【００４２】
次に、電極ブロック１と被成膜基板５との間隔が、例えば、１０ｍｍになるようステージ２の高さ位置を調節した。
【００４３】
この状態で、電極ブロック１と被成膜基板５の間に、電極ブロック１の底面の図示しないガス供給孔からシランガス（ＳｉＨ４）及び水素ガス（Ｈ２）をそれぞれ１ｓｌｍ及び５０ｓｌｍの流量で供給し、真空チャンバ６のガス圧力が、例えば、１０００Ｐａとなるよう調節した。
【００４４】
ガス圧力が安定した後、電極ブロック１に第１及び第２高周波給電回路からＶＨＦ帯の高周波電力を供給して、シラン（ＳｉＨ４）／水素（Ｈ２）混合プラズマを発生させた。高周波の出力は、４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄともに、例えば、２０００Ｗ給電した。また、第１及び第２高周波給電回路が同相状態と逆相状態を切り替える時間比は前述した４：１とし、切り替える周波数は１ＫＨｚとした。以上の条件で、上記で説明した給電方法により高周波電力を給電して、例えば、２０分間成膜を行った。
【００４５】
このような実験の結果、ガラス基板５上にシリコン系薄膜が２μｍ堆積され、面内の膜厚分布は平均値に対して±１３％の範囲内であった。成膜した薄膜を太陽電池に利用することを想定して、ラマン分光法により見積もった膜の結晶化率はＩｃ／Ｉａ＝７．２であり、微結晶シリコンを用いた薄膜太陽電池に適する微結晶シリコン薄膜が得られた。
【００４６】
なお、本実施の形態１では、増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの間に、第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂが接続配置されているが、これに限るものではなく、第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂは増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの間に接続配置されれば良い。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１によれば、電極ブロック１の方形の上面の中心を通り直交する２つの直線Ｘ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’に対して線対称な位置に４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを設け、さらに各給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの給電位相がすべて同じとなる同相状態と、半数の給電点（７ａ、７ｂと７ｃ、７ｄ）の給電位相が１８０度異なる逆相状態とを、所定の時間比率で高速に切り替えながら高周波を供給するので、電極ブロック１の一辺の長さが供給する高周波の波長の４分の１を超えるような場合においても、電極ブロック１とステージ２が対向する領域内に一様な高周波電界を発生させることができ、それによって均一なプラズマを発生させ、微結晶シリコンを用いた薄膜太陽電池に適する膜質が均一なシリコン膜を成膜することができる。
【００４８】
本実施の形態１では、すべての給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに供給する高周波の周波数は同一であるため、高周波給電回路の構成が簡単であるという効果もある。
【００４９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る高周波プラズマ発生装置について図８を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係る高周波プラズマ発生装置の構成を一部断面で示す図である。
【００５０】
上記の実施の形態１では、第１及び第２高周波給電回路が、逆相状態よりも同相状態の時間を長くすることで、電極ブロック１とステージ２に挟まれたプラズマ発生領域内の電界強度分布の時間平均を一様にしたが、同相状態の振幅を逆相状態の振幅よりも大きくすることでも電界強度分布の時間平均を一様に近づけることが可能である。
【００５１】
この実施の形態２では、図８に示すように、第１及び第２高周波給電回路において増幅器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの前段、つまり発振器１０よりに可変減衰器１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを設け、それぞれの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄへ供給される高周波信号の振幅を制御する。
【００５２】
また、給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの位置の対称性から、すべての給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを等振幅で同相もしくは逆相で励振した場合の各給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄから電極ブロック１側を見た入力インピーダンスはすべて等しくなるため、第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂ、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの設定もすべて同一でよく、インピーダンス整合のための第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂ、第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの調整が容易である。
【００５３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る高周波プラズマ発生装置について図９を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態３に係る高周波プラズマ発生装置におけるＡ−Ａ’線から垂直方向の下をみた断面図である。
【００５４】
上記の実施の形態１では、給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを電極ブロック１の矩形の上面の短辺側に配置したが、この実施の形態３では、図９に示すように、給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを電極ブロック１の矩形の上面の長辺側に配置する。
【００５５】
この実施の形態３のように給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを配置しても、上記の実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５６】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る高周波プラズマ発生装置について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０及び図１１は、この発明の実施の形態４に係る高周波プラズマ発生装置におけるＡ−Ａ’線から垂直方向の下をみた断面図である。
【００５７】
上記の実施の形態１では、給電点の数Ｎを「４」としたがこれに限るものではなく、図１０のように給電点の数Ｎを「２」や、図１１のように給電点の数Ｎを「６」としても良く、給電点の数Ｎは２以上（Ｎ＝３や、Ｎ＝５等の奇数も含む）であれば良い。ただし、各給電点に接続される高周波給電回路の内、少なくとも２つの給電点は第１インピーダンス整合器１３を介して接続される。
【００５８】
給電点の数Ｎが「２」の図１０の場合、２つの給電点７ａ、７ｃに、図１と同様に、発振器１０と、可変移相器１１ａ、１１ｃ、増幅器１２ａ、１２ｃ、第１インピーダンス整合器１３Ａ、並びに第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｃから構成される第１高周波給電回路とが接続される。
【００５９】
給電点の数Ｎが「６」の図１１の場合、６つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆのうち、例えば、４つの給電点７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに、上記の実施の形態１と同様に、発振器１０と、第１及び第２高周波給電回路とが接続される。また、残りの２つの給電点７ｅ、７ｆに、可変移相器１１ｅ、１１ｆ、増幅器１２ｅ、１２ｆ、並びに第２インピーダンス整合器１４ｅ、１４ｆから構成される高周波給電回路が接続され、第１インピーダンス整合器１３が接続されていなくても良い。なお、発振器１０は、６つの可変移相器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆに接続されている。
【００６０】
給電点の数Ｎが「３」の奇数の場合、３つの給電点７ａ、７ｃ、７ｇ（３つ目の給電点７ｇは、例えば、図１０に示す電極ブロック１の方形の上面の４つの隅のいずれかに配置される）のうち、２つの給電点７ａ、７ｃに、図１と同様に、発振器１０と、可変移相器１１ａ、１１ｃ、増幅器１２ａ、１２ｃ、第１インピーダンス整合器１３Ａ、並びに第２インピーダンス整合器１４ａ、１４ｃから構成される第１高周波給電回路とが接続される。また、残りの１つの給電点７ｇに、可変移相器１１ｇ、増幅器１２ｇ、並びに第２インピーダンス整合器１４ｇから構成される高周波給電回路が接続され、第１インピーダンス整合器１３が接続されていなくても良い。なお、発振器１０は、３つの可変移相器１１ａ、１１ｃ、１１ｇに接続されている。
【００６１】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る高周波プラズマ発生装置について図１２から図１６までを参照しながら説明する。図１２−図１６は、この発明の実施の形態５に係る高周波プラズマ発生装置の第１及び第２高周波給電回路の第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂの回路構成を示す図である。
【００６２】
上記の実施の形態１では、第１インピーダンス整合器１３Ａ、１３Ｂは可変容量２１より構成されているが、これに限るものではなく、左右対称（図上）な構成となっていれば良い。
【００６３】
図１２のように、可変容量２１に代えて、並列インダクタ２２を接続した構成としても良い。逆相状態の場合に可変容量２１では整合できなかった場合でも、本構成とすることで整合可能となる場合がある。
【００６４】
また、図１３のように、可変容量２１と線路２３ｍ、２３ｎを介して並列にインダクタ２２を接続しても良い。逆相状態の場合に可変容量２１のみでは整合できなかった場合でも、本構成とすることで整合可能となる場合がある。
【００６５】
また、図１４のように、可変容量２１に通過位相を可変する移相器２４ｍ、２４ｎを接続した構成としても良い。逆相状態の場合に可変容量２１のみでは整合できなかった場合でも、本構成とすることで、可変容量２１による容量値と移相器２４ｍ、２４ｎによる通過位相を可変できるため、整合可能となる場合がある。
【００６６】
また、図１５のように、可変容量２１に約１／４波長の線路長を有する１／４波長線路２６ｍ、２６ｎを接続し、１／４波長線路２６ｍ、２６ｎの前後に可変容量２５、２７を接続し、さらに線路２８ｍ、２８ｎを接続した構成としても良い。逆相状態の場合に可変容量２１のみでは整合できなかった場合でも、１／４波長線路２６ｍ、２６ｎの前後に可変容量２５、２７が接続されているため、可変容量２５、２７を変化させると通過位相が変化し、本構成とすることで整合可能となる場合がある。
【００６７】
さらに、図１６のように、可変容量２１にインダクタ２２を並列接続した構成としても良い。逆相状態の場合に可変容量２１のみでは整合できなかった場合でも、本構成とすることで整合可能となる場合がある。
【符号の説明】
【００６８】
１  電極ブロック、２  ステージ、３ａ  金属ケース、３ｂ  金属ケース、４  絶縁スペーサ、５  ガラス基板、６  真空チャンバ、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  給電点、１０  発振器、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  可変移相器、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  増幅器、１３Ａ、１３Ｂ  第１インピーダンス整合器、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  第２インピーダンス整合器、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ  可変減衰器、２１  可変容量、２２  インダクタ、２３ｍ、２３ｎ  線路、２４ｍ、２４ｎ  移相器、２５、２７  可変容量、２６ｍ、２６ｎ  １／４波長線路、２８ｍ、２８ｎ  線路。
【図１】
2012164432.tif 000003
【図２】
2012164432.tif 000004
【図３】
2012164432.tif 000005
【図４】
2012164432.tif 000006
【図５】
2012164432.tif 000007
【図６】
2012164432.tif 000008
【図７】
2012164432.tif 000009
【図８】
2012164432.tif 000010
【図９】
2012164432.tif 000011
【図１０】
2012164432.tif 000012
【図１１】
2012164432.tif 000013
【図１２】
2012164432.tif 000014
【図１３】
2012164432.tif 000015
【図１４】
2012164432.tif 000016
【図１５】
2012164432.tif 000017
【図１６】
2012164432.tif 000018