JP2006221887A - High-frequency plasma generator, surface treatment apparatus comprising the same, and surface treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
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、電子温度が低く、かつ、高密度のプラズマ生成が可能という特徴をもつ超高周波プラズマ、すなわち周波数がVHF帯域(30MHz〜300MHz)及びUHF帯域(300MHz〜3GHz)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。 The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for performing a predetermined treatment on a surface of a substrate using plasma. In particular, the present invention is based on ultra-high frequency plasma having a low electron temperature and capable of generating high-density plasma, that is, high-frequency power in the VHF band (30 MHz to 300 MHz) and UHF band (300 MHz to 3 GHz). The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method using generated plasma.
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。 Various kinds of processing are performed on the surface of the substrate using plasma to manufacture various electronic devices. LSI (Large Scale Integrated Circuit), LCD (Liquid Crystal Display) TFT (Thin Film Transistor), amorphous Si solar cell, thin film Already put into practical use in the fields of polycrystalline Si solar cells, photoconductors for copying machines, and various information recording devices. In addition, practical application is also progressing in the field of manufacturing ultra-hard films such as diamond thin films and cubic boron nitride (C-BN).
上記技術分野は、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物等に関する薄膜形成、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。
The above technical fields include amorphous Si-based materials, microcrystalline Si-based materials, polycrystalline Si-based materials, crystalline Si-based materials, thin film formation, etching, oxides, metals, organometallic compounds, organosilicon compounds, and organic compounds, There are a variety of methods such as surface modification and coating, but all utilize the chemical and physical action of reactive plasma. The apparatus and method relating to the generation of the reactive plasma are roughly classified into three typical techniques.
The first representative technique is described in, for example,
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。
For example,
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。
The features of the technique described in the above document are roughly as follows. In the technique described in
In the technique described in
In the technique described in Patent Document 3, a plurality of openings are installed in a pair of electrodes, power supply points are arranged at the edges of the openings, and the power supply system is connected to the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path. Power supply. In this technology, the power supplied from the adjacent apertures is superimposed on the standing wave generated by the relationship between the traveling wave and the reflected wave, and the spatial distribution of the plasma intensity between the electrodes is made uniform. It is possible to
The technique described in
The technique described in
The technique described in
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。
The technique described in
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。 The above-mentioned plasma surface treatment technology, that is, the plasma surface treatment apparatus and the plasma surface treatment method, reduce the product cost and increase the area of the product due to the improvement in productivity in any of the industrial fields such as LCD, LSI, electronic copying machine and solar cell. The need for large area, uniformization, and high-speed processing is increasing year by year for improving performance (specifications) such as wall-mounted TV. In particular, in the field of thin-film silicon solar cells, which are expected to accelerate the spread of practical use as a new energy source that responds to energy resource problems and global environmental problems, further reduction in production costs is required as a social need. ing.
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〜3GHz)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。 In order to meet the above needs, recently, as a technical trend, not only in industry but also in academic societies, both plasma CVD (chemical vapor deposition) technology and plasma etching technology are capable of high performance and high speed processing (low) Research on practical application of plasma CVD technology using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz) and UHF band (300 MHz to 3 GHz), which is characterized by high density plasma generation at an electron temperature, has become active. However, in the prior art, there are still problems as described below, and there is a problem in the field of the above needs.
第1の課題は、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の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。 The first problem is a VHF and UHF plasma surface treatment apparatus and VHF for high productivity processes capable of increasing the speed, large area, and uniformity (productivity improvement and performance improvement) of surface treatment using VHF and UHF plasma. And a breakthrough of the technology related to the UHF plasma surface treatment method. Generally, in the LCD field, the film thickness distribution ensures reproducibility of about ± 5%, and in the solar cell field, the film thickness distribution ensures reproducibility of about ± 10%. It has become. However, the technology for increasing the speed, area, and uniformity of VHF plasma, which appeared as the world's first attempt in 1987, has not made much progress. In the conventional VHF plasma technology, for example, in the case of manufacturing an a-Si film, assuming that reproducibility is ensured, when the substrate area is about 50 cm × 50 cm, the film thickness distribution is about ± 10 to 15%, and about 100 cm × 100 cm. The film thickness distribution is about ± 20 to 40%, and there is a problem that the above index cannot be cleared.
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及びUHF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。
(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。
The direct cause of the non-uniformity of the film thickness distribution is the non-uniformity of the plasma density. The non-uniformity of the plasma density is caused by the wave interference phenomenon that is a problem inherent to the VHF and UHF. There is a generation of standing waves. Since this standing wave problem is a fundamental phenomenon associated with the propagation of electromagnetic waves, there has been no drastic solution in the past, and the idea described in
(1) The technique described in
(2) Since the technology described in
(3) In the technique described in Patent Document 3, the strength of the plasma between the electrodes is obtained by superimposing standing waves generated by the power supplied from the openings adjacent to each other in the relationship between the traveling wave and the reflected wave. Therefore, it is necessary to select a distance corresponding to the power supply frequency, that is, the wavelength to be used. That is, it is an essential condition that the power supply frequency is selected in advance, and the wavelength of the propagation power is shortened according to the strength of the plasma density, so that the uniformity of the plasma depends on the strength of the plasma density. is there.
(4) The technique described in
(5) The technique described in
(6) Since the technique described in
更に、第2の課題として、量産装置への応用性の高いVHFあるいはUHFプラズマ発生装置の技術開発がある。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及びUHF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。
Furthermore, as a second problem, there is a technical development of a VHF or UHF plasma generator having high applicability to a mass production apparatus. In general, the basic line of production equipment in a high-productivity process has three types: an inline type device, a multi-chamber type device, and a roll-to-roll type device. When a pair of electrodes in the plasma processing chamber is connected to the power supply cable, for example, when the shape of the pair of electrodes is rectangular, there is a need for means that can connect both using only one of the four surrounding sides. However, there is a problem that conventional VHF and UHF plasma technologies cannot meet this need. Note that the technology described in
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級を超える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及びUHF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の成功例は発表されていない。 As described above, in the prior art, it is still difficult to apply VHF plasma CVD and plasma etching to a large area substrate necessary for mass productivity improvement and cost reduction, for example, a large area substrate exceeding a size of 1 mx 1 m class. It is difficult. In other words, in order to respond to issues such as high-speed, large-area, and uniform plasma surface treatment, VHF and UHF plasma technologies are attracting attention as one technology trend, and development research on their practical application is being conducted. However, due to technical difficulties, surface treatment equipment capable of increasing the speed, area and uniformity of VHF and UHF plasma for large area substrates exceeding 1 mx 1 m class and successful examples of the method have been announced. Not.
言い換えれば、現在、VHF及びUHFプラズマ分野が抱える具体的技術課題は、第1に、一対の電極間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。 In other words, the specific technical problems that the VHF and UHF plasma fields currently have are, first, the creation of a large area and uniform technology that can suppress the standing wave generated between a pair of electrodes, and second, the substrate It is the creation of a power supply means that places little restrictions on the installation of the transport device.
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プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生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。 Therefore, the present invention fundamentally suppresses the influence of standing waves necessary for solving the above-described problems of the prior art, enables high-speed, large-area, and uniform plasma surface treatment, and A high-frequency plasma generator for realizing an idea capable of realizing a power supply means that places little restriction on the installation of a substrate transfer device, a high-frequency plasma generator for realizing the idea, a plasma surface treatment apparatus and a plasma constituted by the high-frequency plasma generator An object is to provide a surface treatment method.
本発明は、上記課題を解決するため、高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生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を、次のようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that a high-frequency plasma generator, a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method constituted by the high-frequency plasma generator are as follows.
即ち、本願の請求項1記載の発明は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつ、それらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする。
また、本願の請求項2記載の発明は、請求項1記載の高周波プラズマ発生装置において、電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつ、それらを重畳させる手段を備え、かつ、該複数の定在波の腹の位置を制御する手段を有することを特徴とする。
また、本願の請求項3記載の発明は、請求項2に記載の高周波プラズマ発生装置において、電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えたことを特徴とする。
また、本願の請求項4記載の発明は、請求項2あるいは3のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置において、電極に平行な面内での複数の方向に、それぞれ複数の定在波を発生させ、かつ、該複数の定在波を重畳させる手段を備えたことを特徴とする。
また、本願の請求項5記載の発明は、請求項4に記載の高周波プラズマ発生装置において、電極に平行な面内で互いに直交関係にある2つの方向の一方の方向に第1の定在波と第2の定在波を発生させ、他方の方向に第3の定在波と第4の定在波を発生させ、かつ、該第1、第2、第3及び第4の定在波を重畳させる手段を備えたことを特徴とする。
また、本願の請求項6記載の発明は、請求項3記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段は、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、2つの出力端子を有し、かつ該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源と、該第1の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第1及び第2のインピーダンス整合器と、該第1の高周波電源から独立し、かつ、2つの出力端子を有し、かつ該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源と、該第2の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第3及び第4のインピーダンス整合器とを具備し、該第1の電極に配置された第1の給電点に該第1及び第3のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第1の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に該第2及び第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。
また、本願の請求項7記載の発明は、請求項3記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段は、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、2つの出力端子を有し、かつ該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源と、該第1の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第1及び第2のインピーダンス整合器と、該第1の高周波電源から独立し、かつ、2つの出力端子を有し、かつ該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源と、該第2の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第3及び第4のインピーダンス整合器とを具備し、該第1の電極に配置された第1の給電点に該第1のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第1の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に該第2のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第1の給電点と該第2の給電点を結ぶ線分に平行な関係にある位置に配置された第3及び第4の給電点に、それぞれ一つずつ、該第3及び第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。
また、本願の請求項8記載の発明は、請求項3記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段は、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、2つの出力端子を有し、該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源と、該第1の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第1及び第2のインピーダンス整合器と、該第1の高周波電源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つの出力端子を有し、該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源と、該第2の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第3及び第4のインピーダンス整合器とを具備し、該第1の電極に配置された第1の給電点に該第1及び第3のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第1の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に該第2及び第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。
また、本願の請求項9記載の発明は、請求項3記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段は、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、2つの出力端子を有し、該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源と、該第1の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第1及び第2のインピーダンス整合器と、該第1の高周波電源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つの出力端子を有し、該2つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源と、該第2の高周波電源の2つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第3及び第4のインピーダンス整合器とを具備し、該第1の電極に配置された第1の給電点に該第1のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第1の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に該第2のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第1の給電点と該第2の給電点を結ぶ線分に平行な関係にある位置に配置された第3及び第4の給電点に、それぞれ一つずつ該第3及び第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。
また、本願の請求項10記載の発明は、請求項3記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段は、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つの出力端子を有すると共に該4つの出力端子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と、該高周波電源の4つの出力端子に、それぞれ一つずつ接続された第1、第2、第3及び第4のインピーダンス整合器とを具備し、該第1の電極に配置された第1の給電点に、該第1及び第3のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ該第1の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に、該第2及び第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。
また、本願の請求項11記載の発明は、請求項3記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段は、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つの出力端子を有すると共に該4つの出力端子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と、該高周波電源の4つの出力端子に、それぞれ一つずつ接続された第1、第2、第3及び第4のインピーダンス整合器とを具備し、該第1の電極に配置された第1の給電点に該第1のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第1の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に該第2のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第1の給電点と該第2の給電点を結ぶ線分に平行な関係にある位置に配置された第3及び第4の給電点に、それぞれ一つずつ、該第3及び第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。
また、本願の請求項12記載の発明は、請求項8〜11のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置において、前記高周波電源の出力のパルス変調のデューテイ比、即ちパルス幅Hwと周期T0の比Hw/T0は50%以下であることを特徴とする。
また、本願の請求項13記載の発明は、請求項2〜12のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1の定在波の腹の位置と前記第2の定在波の腹の位置との距離が、前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの0.22〜0.28倍、好ましくは0.25倍、即ち0.22〜0.28λ、好ましくはλ/4になるように設定する手段を有することを特徴とする。
That is, according to the first aspect of the present invention, the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel is processed using plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the high-frequency plasma generator used for the surface treatment apparatus, a plurality of standing waves having different antinode positions of electromagnetic waves are generated between the electrodes, and means for superimposing them is provided. To do.
Further, the invention according to
The invention according to claim 3 of the present application is the high-frequency plasma generator according to
The invention according to
The invention according to
According to a sixth aspect of the present invention, in the high-frequency plasma generator according to the third aspect, the first standing wave and the second standing wave are generated, and the first and second standing waves are generated. The means for superposing the standing wave has a pair of electrodes composed of first and second electrodes having a plurality of feeding points, two output terminals, and a phase difference between voltages of the outputs of the two output terminals. A first high-frequency power source that can be arbitrarily set, first and second impedance matching units respectively connected to two output terminals of the first high-frequency power source, and the first high-frequency power source A second high-frequency power source that is independent and has two output terminals and that can arbitrarily set the phase difference of the output voltage of the two output terminals, and the two output terminals of the second high-frequency power source A third and a fourth impedance matcher connected to each of the And the output terminals of the first and third impedance matching devices are connected to the first feeding point arranged on the first electrode, and the propagation of electromagnetic waves to the first feeding point The output terminal of the 2nd and 4th impedance matching device is connected to the 2nd electric power feeding point arrange | positioned in the position which becomes the opposing point, It is characterized by the above-mentioned.
According to a seventh aspect of the present invention, in the high-frequency plasma generator according to the third aspect, the first standing wave and the second standing wave are generated, and the first and second standing waves are generated. The means for superposing the standing wave has a pair of electrodes composed of first and second electrodes having a plurality of feeding points, two output terminals, and a phase difference between voltages of the outputs of the two output terminals. A first high-frequency power source that can be arbitrarily set, first and second impedance matching units respectively connected to two output terminals of the first high-frequency power source, and the first high-frequency power source A second high-frequency power source that is independent and has two output terminals and that can arbitrarily set the phase difference of the output voltage of the two output terminals, and the two output terminals of the second high-frequency power source A third and a fourth impedance matcher connected to each of the And an output terminal of the first impedance matching device is connected to a first feeding point disposed on the first electrode, and an opposing point on the propagation of electromagnetic waves with respect to the first feeding point The output terminal of the second impedance matching device is connected to a second feeding point arranged at a position having a relationship, and is parallel to a line segment connecting the first feeding point and the second feeding point. The output terminals of the third and fourth impedance matching devices are respectively connected to the third and fourth feeding points arranged at positions that are in such a relationship. .
According to an eighth aspect of the present invention, in the high-frequency plasma generator according to the third aspect, the first standing wave and the second standing wave are generated, and the first and second standing waves are generated. The means for superposing the standing wave includes a pair of electrodes composed of first and second electrodes having a plurality of feeding points, arbitrary pulse modulation is possible, and two output terminals are provided. A first high-frequency power supply capable of arbitrarily setting the phase difference of the output voltage of the output terminal, and first and second impedance matchers connected to the two output terminals of the first high-frequency power supply, respectively. And any pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power supply, and two output terminals, and the phase difference between the output voltages of the two output terminals can be arbitrarily set A second high-frequency power source and two output terminals of the second high-frequency power source A third impedance matching device and a fourth impedance matching device connected to each other, and outputs of the first and third impedance matching devices to a first feeding point disposed on the first electrode. The second and fourth impedance matchers are connected to a second feed point that is connected to a terminal and is located at a position that is a point opposite to the first feed point in the propagation of electromagnetic waves. The output terminal is connected.
According to a ninth aspect of the present invention, in the high-frequency plasma generating apparatus according to the third aspect, the first standing wave and the second standing wave are generated, and the first and second standing waves are generated. The means for superposing the standing wave includes a pair of electrodes composed of first and second electrodes having a plurality of feeding points, arbitrary pulse modulation is possible, and two output terminals are provided. A first high-frequency power supply capable of arbitrarily setting the phase difference of the output voltage of the output terminal, and first and second impedance matchers connected to the two output terminals of the first high-frequency power supply, respectively. And any pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power supply, and two output terminals, and the phase difference between the output voltages of the two output terminals can be arbitrarily set A second high-frequency power source and two output terminals of the second high-frequency power source A third impedance matching device and a fourth impedance matching device connected to each other; and an output terminal of the first impedance matching device is connected to a first feeding point arranged on the first electrode. An output terminal of the second impedance matching device is connected to a second feeding point disposed at a position that is a point opposite to the first feeding point in the propagation of electromagnetic waves, and The third and fourth feed points are arranged one by one at the third and fourth feed points, respectively, arranged at positions parallel to the line segment connecting the first feed point and the second feed point. The output terminal of the impedance matching device is connected.
The invention according to claim 10 of the present application is the high-frequency plasma generator according to claim 3, wherein the first standing wave and the second standing wave are generated, and the first and second standing waves are generated. The means for superposing the standing wave includes a pair of electrodes including a first electrode and a second electrode having a plurality of feeding points, arbitrary pulse modulation is possible, and there are four output terminals and the four outputs. A high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase of the output voltage of the terminal, and first, second, third, and fourth impedance matching units connected one by one to the four output terminals of the high-frequency power source The output terminals of the first and third impedance matching devices are connected to a first feeding point arranged on the first electrode, and electromagnetic waves are transmitted to the first feeding point. 2nd placed at a position that is the opposite point in propagation To a feeding point, and having a structure that the output terminals of the second and the fourth impedance matching is connected.
The invention according to claim 11 of the present application is the high-frequency plasma generator according to claim 3, wherein the first standing wave and the second standing wave are generated, and the first and second standing waves are generated. The means for superposing the standing wave includes a pair of electrodes including a first electrode and a second electrode having a plurality of feeding points, arbitrary pulse modulation is possible, and there are four output terminals and the four outputs. A high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase of the output voltage of the terminal, and first, second, third, and fourth impedance matching units connected one by one to the four output terminals of the high-frequency power source And an output terminal of the first impedance matching device is connected to a first feeding point disposed on the first electrode, and is opposed to the first feeding point in the propagation of electromagnetic waves The second feeding point arranged at a position that is a point is connected to the second feeding point. The output terminals of the impedance matching unit are connected to the third and fourth feeding points arranged at positions parallel to the line segment connecting the first feeding point and the second feeding point. The output terminals of the third and fourth impedance matching units are connected to each other one by one.
The invention described in claim 12 of the present application is the high frequency plasma generator according to any one of
The invention according to claim 13 of the present application is the high-frequency plasma generator according to any one of
また、本願の請求項14記載の発明は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第2の電極は平板型の形状を有し、前記第1の電極は、該第2の電極に平行な面内に含まれるように配置された方形あるいは円形の平板型の構造を有することを特徴とする。
また、本願の請求項15記載の発明は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第2の電極は平板型の形状を有し、前記第1の電極は、前記第2の電極に平行な面内に配置された棒状導体から成る棒型あるいはU字型あるいはW字型あるいは螺旋型の構造を有することを特徴とする。
また、本願の請求項16記載の発明は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第2の電極は円筒型の形状を有し、前記第1の電極は、該第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に配置された棒状導体から成る棒型あるいはU字型あるいはW字型あるいはコイル型の構造を有することを特徴とする。
また、本願の請求項17記載の発明は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置において、前記第1及び第2の電極は複数の開口を有する板状の導電体で、かつ、前記基板が該一対の電極間の外に配置されるという構成を有することを特徴とする。
The invention according to claim 14 of the present application is the high-frequency plasma generator according to any one of
The invention according to claim 15 of the present application is the high-frequency plasma generator according to any one of
The invention according to claim 16 of the present application is the high-frequency plasma generator according to any one of
The invention according to claim 17 of the present application is the high-frequency plasma generator according to any one of
また、本願の請求項18に記載の発明は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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1〜17のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置から構成されることを特徴とする。
Further, in the invention described in
また、本願の請求項19に記載の発明は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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1〜17のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項20に記載の発明は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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6あるいは7のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記第1の電極表面において電磁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、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、該第1及び第2のインピーダンス整合器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のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、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を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの0.22〜0.28倍、好ましくは0.25倍、即ち0.22〜0.28λ、好ましくはλ/4に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項21に記載の発明は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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8あるいは9のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記第1の電極表面において電磁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、該第1の高周波電源の第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、該第2の高周波電源の第1及び第2の出力端子から出力される電力を該第1の高周波電源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、該第1の高周波電源の第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第2の高周波電源の第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第1の高周波電源の第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の定在波と該第2の高周波電源の第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2の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該第1及び第2のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第3及び第4のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、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を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの0.22〜0.28倍、好ましくは0.25倍、即ち0.22〜0.28λ、好ましくはλ/4に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項22に記載の発明は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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10あるいは11のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記第1の電極表面において電磁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、該第1及び第2のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第3及び第4のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、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を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの0.22〜0.28倍、好ましくは0.25倍、即ち0.22〜0.28λ、好ましくはλ/4に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項23に記載の発明は、請求項20〜22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の定在波の腹の位置を把握する工程と、前記第2の定在波の腹の位置を把握する工程と、該第1の腹の位置と第2の定在波の腹の位置の間隔を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの0.22〜0.28倍、好ましくは0.25倍、即ち0.22〜0.28λ、好ましくはλ/4に設定し、基板のプラズマ表面処理を行う工程を有すること特徴とする。
According to the nineteenth aspect of the present invention, there is provided a substrate surface disposed in a vacuum vessel using plasma generated using an output power of a high frequency power source whose oscillation frequency belongs to a VHF band or a UHF band. In the plasma surface treatment method to be treated, the substrate is subjected to a surface treatment using the high-frequency plasma generator according to any one of
In the invention according to claim 20 of the present application, the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel is made using plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma surface treatment method to be processed, at least a relationship of being an opposing point on the propagation of electromagnetic waves on the surface of the first electrode using the high-frequency plasma generator according to any one of
In the invention according to claim 21 of the present application, the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel is made using plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma surface treatment method to be processed, at least a relationship of being an opposing point on the propagation of electromagnetic waves on the surface of the first electrode using the high-frequency plasma generator according to any one of
In the invention according to claim 22 of the present application, the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel is obtained by using plasma generated by using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma surface processing method to process, it is the relationship which becomes an opposing point on the propagation of electromagnetic waves in the said 1st electrode surface using the high frequency plasma generator of any one of
The invention according to claim 23 of the present application is the plasma surface treatment method according to any one of
また、本願の請求項24に記載の発明は、請求項20〜23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、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを形成するようにしたことを特徴とする。
また、本願の請求項25に記載の発明は、請求項20〜23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、前記基板の表面に固着したアモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかの材料をエッチング加工するようにしたことを特徴とする。
The invention according to claim 24 of the present application is the plasma surface treatment method according to any one of
The invention according to claim 25 of the present application is the plasma surface treatment method according to any one of
請求項1〜3のプラズマ発生装置によれば、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布を均一に制御することが可能である。即ち、従来の装置では該一対の電極間の電力の強さの分布を制御することは不可能視されているが、それが可能である。その結果、従来の装置では不可能視されている大面積基板を対象にしたVHFプラズマあるいはUHFプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、VHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項4あるいは5のプラズマ発生装置によれば、大面積でかつ均一で、かつ高密度のプラズマを確実に生成可能であり、応用上の価値が高い。
請求項6〜11のプラズマ発生装置は、それぞれ、上記請求項1〜5に記載のプラズマ発生装置を実現する確実な手段であり、その産業界における応用上の価値は著しく高い。即ち、請求項6及び7のプラズマ発生装置は、独立した2つの2出力位相可変の高周波電源を主体に構成することにより、上記請求項1〜5に記載のプラズマ発生装置を確実に実現可能であり、その実用価値は高い。また、請求項8及び9のプラズマ発生装置は、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の高周波電源と該第1の高周波電源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の高周波電源を主体に構成することにより、上記請求項1〜5に記載のプラズマ発生装置を確実に実現可能であり、その実用価値は高い。また、請求項10及び11のプラズマ発生装置は、任意のパルス変調が可能で、4つの出力端子を有すると共に、該4つの出力端子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を主体に構成することにより、上記請求項1〜5に記載のプラズマ発生装置を確実に実現可能であり、その実用価値は高い。
請求項12のプラズマ発生装置は、上記請求項8〜11のいずれか1項に記載のプラズマ発生装置を実現する確実な手段として、その価値は著しく高い。
請求項13のプラズマ発生装置は、上記請求項6〜12に記載のそれぞれのプラズマ発生装置において、大面積でかつ均一なプラズマを実現する確実な手段を提供するものである。その結果、VHFプラズマあるいはUHFプラズマを用いた大面積で、かつ均一な表面処理が容易に実現可能であり、その産業界における応用上の価値は著しく高い。
According to the plasma generator of
According to the plasma generator of
The plasma generators according to
The plasma generator according to claim 12 has a remarkably high value as a reliable means for realizing the plasma generator according to any one of
According to a thirteenth aspect of the present invention, in each of the plasma generators according to the sixth to twelfth aspects, a reliable means for realizing a large-area and uniform plasma is provided. As a result, it is possible to easily realize a large area and uniform surface treatment using VHF plasma or UHF plasma, and its application value in the industry is extremely high.
請求項14〜17の高周波プラズマ発生装置は、上記請求項6〜13に記載のそれぞれのプラズマ発生装置を産業界における様々な応用に関して、確実に実現する手段として、その価値は著しく高い。
The high-frequency plasma generator according to claims 14 to 17 has a remarkably high value as a means for reliably realizing the plasma generators according to
請求項18のプラズマ表面処理装置によれば、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御が可能である。その結果、従来の装置では困難視されている大面積基板を対象にしたVHFプラズマあるいはUHFプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、VHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
According to the plasma surface processing apparatus of
請求項19のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御が可能である。その結果、従来の方法では困難視されている大面積基板を対象にしたVHFプラズマあるいはUHFプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、VHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な方法の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項20〜23のプラズマ表面処理方法は、それぞれ、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御を確実に実現することが可能である。その結果、従来の方法では困難視されている大面積基板を対象にしたVHFプラズマあるいはUHFプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、VHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な方法の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
According to the plasma surface treatment method of
The plasma surface treatment method according to any one of
請求項24のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、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、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを、大面積で、かつ均一に形成することが可能である。その結果、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それぞれの分野における製品の生産性の抜本的向上が実現される。したがって、その効果は、著しく大きい価値がある。
請求項25のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、基板の表面に固着のアモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを、大面積で、かつ均一にエッチングすることが可能である。その結果、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それぞれの分野における製品の生産性の抜本的向上が実現される。したがって、その効果は、著しく大きい価値がある。
According to the plasma surface processing method of
According to the plasma surface treatment method of
以下、本発明の実施の一形態に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生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。
Hereinafter, a high-frequency plasma generator according to an embodiment of the present invention, a plasma surface treatment apparatus constituted by the high-frequency plasma generator, and a plasma surface treatment method will be described with reference to the drawings.
In the following description, as an example of a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method, an apparatus and method for producing an a-Si thin film necessary for producing a solar cell are described. However, the present invention is not limited to the apparatus and method of the following example.
(実施例1)
本発明に関する実施例1の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図1ないし図6を参照して説明する。また、図7〜図9を参照する。
Example 1
Referring to FIGS. 1 to 6, a high-frequency plasma generator of Example 1 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described. explain. Reference is also made to FIGS.
図1は実施例1に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図、図2は図1図示のプラズマ表面処理装置の構成部材の一つである一対の電極とその給電部に係る構成の基本型を示す説明図、図3は一対の電極間を伝播する電磁波を示す説明図、図4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5は一対の電極間に発生の定在波の強さ(振幅の2乗の値)を示す説明図及び図6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。
また、図7は図1図示のプラズマ表面処理装置の構成部材の一つである一対の電極とその給電部に係わる構成の第1の応用型を示す説明図、図8は図1図示のプラズマ表面処理装置の構成部材の一つである一対の電極とその給電部に係わる構成の第2の応用型を示す説明図、及び図9は図1図示のプラズマ表面処理装置の構成部材の一つである一対の電極とその給電部に係わる構成の第3の応用型を示す説明図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an entire high-frequency plasma generator according to the first embodiment and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator, and FIG. 2 is a structure of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an electromagnetic wave propagating between a pair of electrodes, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing an electromagnetic wave propagating between the pair of electrodes. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the position of the antinode of the standing wave of voltage, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the strength (value of the square of the amplitude) of the standing wave generated between the pair of electrodes, and FIG. 6 is between the pair of electrodes. It is explanatory drawing which shows the intensity | strength of two standing waves of generation | occurrence | production.
FIG. 7 is an explanatory view showing a first applied type of a configuration related to a pair of electrodes and one of the power supply portions as one of the constituent members of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 8 is a plasma shown in FIG. FIG. 9 is an explanatory view showing a second applied type of a configuration related to a pair of electrodes and one of the power supply portions which are one of the constituent members of the surface treatment apparatus, and FIG. 9 is one of the constituent members of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the 3rd application type | mold of the structure concerning a pair of electrode which is and its electric power feeding part.
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。
First, the configuration of the apparatus will be described. 1 and 2,
The
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。
The pressure in the
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。
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を第2の給電点27とする。
One feeding point, which is a position for feeding high-frequency power to the electrode, is one end of the
符番15aは第1の位相可変2出力の発信器で、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)あるいは周波数300MHz〜3GHz(UHF帯域)の任意の周波数の正弦波信号を発生するもので、例えば、その2つの出力端子から、それぞれ周波数60MHzの正弦波の電気信号を出力する。なお、該位相可変2出力の発信器15a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は、該位相可変2出力の発信器15aに付属の位相差調整器で任意の値に設定できる。該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。
なお、位相可変2出力の発信器15a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の位相可変2出力の発信器15a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。
なお、位相可変2出力の発信器15a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。
ここで、前記第1の位相可変2出力の発信器15a、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から成る電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
It should be noted that the phase variable 2-
The other output of the two output terminals of the first phase-variable two-
It should be noted that the phase variable 2-
Each of the
Here, the first phase variable and two-
符番28aは、前記第1の位相可変2出力の発信器と独立の第2の位相可変2出力の発信器で、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)あるいは周波数300MHz〜3GHz(UHF帯域)の正弦波信号を発生し、その2つの出力端子から、それぞれ、例えば周波数60MHzの正弦波の電気信号を出力する。なお、該位相可変2出力の発信器28a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は、該位相可変2出力の発信器28aに付属の位相差調整器で任意の値に設定できる。
該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33を介して、第1の給電点21に供給される。
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の位相可変2出力の発信器28a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。
なお、第2の位相可変2出力の発信器28a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。
ここで、前記第2の位相可変2出力の発信器28a、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から成る電力供給系を、第2の電力供給系と呼ぶ。
また、ここでは、第1の電力供給系と、第2の電力供給系と、一対の電極2、4と、給電点21、27から構成されるプラズマ発生系を、高周波プラズマ発生装置と呼ぶ。
One output of the two output terminals is output via the
It should be noted that the second phase variable 2-
The other output of the two output terminals of the second phase variable two-
It should be noted that the second phase variable 2-
Each of the
Here, the second phase variable two-
Here, the plasma generation system including the first power supply system, the second power supply system, the pair of
次に、上記構成の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜の製造方法を説明する。
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の位相可変2出力の発信器15aの2つの出力の位相差の設定値を把握するに必要なデータを取得ために、第2の予備製膜工程は、前記第2の位相可変2出力の発信器28a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。
Next, a method for producing an amorphous Si film for an a-Si solar cell will be described using the high-frequency plasma generator having the above-described configuration and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) having the high-frequency plasma generator.
In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film-forming step is a second preliminary film-forming step in order to obtain data necessary for grasping the set value of the phase difference between the two outputs of the first phase variable two-
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、前記第1の位相可変2出力の発信器15a、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の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第1の位相可変2出力の発信器15aの2つの出力の位相差を、例えば零に設定し、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21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27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。
First, in the first first preliminary film-forming step, in FIGS. 1 and 2, the
Next, the first phase variable 2-
That is, the phase difference between the two outputs of the first phase variable and two-
In this case, by adjusting the first
As a result, plasma of the
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の位相可変2出力の発信器15a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の位相可変2出力の発信器15a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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件でのプラズマ中の波長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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the plasma under the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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。すなわち、基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する2つの電磁波が、第1の電極2と第2の電極4の間に生成され、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〜図4を用いて説明する。
なお、上記基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向とは、余弦の値が0.7以上の方向即ち該法線から45度程度以内の方向を意味する。
図2及び図3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4に示す。図4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。プラズマの強い部分は、Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、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。
By the way, the voltage wave of the power supplied from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes. That is, two electromagnetic waves having an electric field in substantially the same direction as the normal direction of the surface of the
The direction substantially the same as the normal direction of the surface of the
2 and 3, the distance in the direction from the
W11 (x, t) = V1 · sin (ωt + 2πx / λ)
W21 (x, t) = V1 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V1 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is time, L0 is the interval between the first and second feeding points, and Δθ is supplied from the
W1 (x, t) = W11 (x, t) + W21 (x, t)
= 2 · V1cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthesized wave W1 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 4, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. The strong plasma portion indicates that when Δθ> 0, the strong plasma portion moves toward one feeding point, and when Δθ <0, the other plasma moves toward the other feeding point.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 using the first power supply system are respectively expressed as W11 (x, t) and W21 (x , T). Further, the combined wave of the two voltage waves is referred to as a first standing wave W1 (x, t).
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波即ち第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5に示す。
図5は、一般論として、VHFプラズマの生成において、給電点からの進行波と給電点の対向端からの反射波との干渉により発生する定在波により、一対の電極間でのプラズマは一様にはならないという困難性の理由を示している。例えば、プラズマの一様性は電力の強さI1(x,t)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、上記製膜条件でのプラズマ中の波長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。
By the way, the strength of the power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the composite wave of the voltage, that is, the first standing wave W1 (x, t). That is, the power intensity I1 (x, t) is
I1 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I1 (x, t) is conceptually shown in FIG.
In general, FIG. 5 shows that in the generation of VHF plasma, the plasma between a pair of electrodes is reduced by a standing wave generated by the interference between the traveling wave from the feeding point and the reflected wave from the opposite end of the feeding point. It shows the reason for the difficulty of not being able to. For example, when the power intensity I1 (x, t) is in the range of 0.9 to 1.0, the uniformity of the plasma is in the range of −0.05 to + 0.05λ in terms of the distance in the power propagation direction ( That is, the range in which the film thickness is uniform is limited to a length of 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the plasma under the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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、前記第2の位相可変2出力の発信器28a、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の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第2の位相可変2出力の発信器28aの2つの出力の位相差を、例えば零に設定し、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21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27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。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 1 and 2, the
Then, the second phase variable 2-
That is, the phase difference between the two outputs of the second phase variable two-
In this case, by adjusting the third
As a result, plasma of the
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の位相可変2出力の発信器28a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2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の位相可変2出力の発信器28a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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件でのプラズマ中の波長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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Also in this case, as in the first preliminary film forming step, when the second power supply system is used, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sine film thickness distribution and the first The position of the maximum thickness of the film thickness distribution is, for example, the wavelength from the center point of the substrate toward the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the plasma under the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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。すなわち、基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する2つの電磁波が、第1の電極2と第2の電極4の間に生成され、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〜図4を用いて説明する。
なお、上記基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向とは、余弦の値が0.7以上の方向即ち該法線から45度程度以内の方向を意味する。
図2及び図3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4に示す。図4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。プラズマの強い部分は、Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、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。
In the second preliminary film forming step, the voltage wave of the power supplied from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes. That is, two electromagnetic waves having an electric field in substantially the same direction as the normal direction of the surface of the
The direction substantially the same as the normal direction of the surface of the
2 and 3, the distance in the direction from the
W12 (x, t) = V2 · sin (ωt + 2πx / λ)
W22 (x, t) = V2 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V2 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is the time, L0 is the interval between the first and second feed points, and Δθ is supplied from the
W2 (x, t) = W12 (x, t) + W22 (x, t)
= 2 · V2cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthetic wave W2 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 4, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. The strong plasma portion indicates that when Δθ> 0, the strong plasma portion moves toward one feeding point, and when Δθ <0, the other plasma moves toward the other feeding point.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 using the second power supply system are respectively expressed as W12 (x, t) and W22 (x, t). The combined wave of the two waves is called a second standing wave W2 (x, t).
ところで、一対の電極間の電力の強さは、第2の定在波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5に示す。
図5は、一般論として、VHFプラズマの生成において、給電点からの進行波と給電点の対向端からの反射波との干渉により発生する定在波により、一対の電極間でのプラズマは一様にはならないという困難性の理由を示している。例えば、プラズマの一様性は電力の強さI1(x,t)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、上記製膜条件でのプラズマ中の波長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。
By the way, the strength of the power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the second standing wave W2 (x, t). That is, the power intensity I2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I2 (x, t) is conceptually shown in FIG.
In general, FIG. 5 shows that in the generation of VHF plasma, the plasma between a pair of electrodes is reduced by a standing wave generated by the interference between the traveling wave from the feeding point and the reflected wave from the opposite end of the feeding point. It shows the reason for the difficulty of not being able to. For example, when the power intensity I1 (x, t) is in the range of 0.9 to 1.0, the uniformity of the plasma is in the range of −0.05 to + 0.05λ in terms of the distance in the power propagation direction ( That is, the range in which the film thickness is uniform is limited to a length of 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the plasma under the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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、前記第1の電力供給系の構成部材の第1の位相可変2出力の発信器15aの2つの出力の位相差を、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、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば60MHzの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の位相可変2出力の発信器28aの2つの出力の位相差を、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、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば60MHzの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)、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の予備製膜工程では問題にならなかった第1のインピーダンス整合器17、第2のインピーダンス整合器23、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の整合調整が上手くいかない場合には、第1あるいは第2の位相可変2出力の発信器15a,28aのどちらか一方の発振周波数を他方の発振周波数と若干異なる数値に変更すればよい。例えば、上記の例では、60MHzと61〜63MHz程度、例えば62MHzとすれば良い。なお、インピーダンス整合器の整合調整が上手くいかない原因は、使用する構成機器の性能、即ちインピーダンス整合器の上流側の電力増幅器の耐反射波の機能上の制約によることが多い。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIGS. 1 and 2, the
Next, the phase difference between the two outputs of the first phase variable and two-
Here, the first
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、第1及び第2の位相可変2出力発信器15a、28aは互いに独立した電源なので、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
なお、該第1及び第2の位相可変2出力発信器15a、28aが、互いに独立した電源であるということが重要である。
したがって、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)が重畳した形となる。その様子を概念的に図6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
When four voltage waves are supplied between the pair of
It is important that the first and second phase variable two-
Therefore, the intensity distribution of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
この結果は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、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、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、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、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、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、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、±10%以下であることを示している。
As a result, the high frequency used in the surface treatment apparatus for treating the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma generator, a first standing wave and a second standing wave are generated in which the positions of antinodes of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate are different. In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity. .
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
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、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、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プラズマ及びUHFプラズマ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。
In the above process, when
This means that it is possible to achieve a uniform film thickness distribution that is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method for a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ. Means. Therefore, the above is an epoch-making discovery in the VHF plasma and UHF plasma application fields, and its practical value is remarkably great.
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。
また、エッチングへの応用では、放電ガスとして、NF3、SF6、CF4、CHF3及びC4F4等を用いることで、可能であることは公知の技術である。
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
In addition, it is a known technique that can be applied to etching by using NF3, SF6, CF4, CHF3, C4F4, or the like as a discharge gas.
本実施例では、第1の電極2が一本の棒であるので、基板サイズは上記1200mmx100mm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。
In this embodiment, since the
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抜本的改善の手段として、VHF帯域あるいはUHF帯域の周波数を用いたプラズマ表面処理装置を提供可能であるということを意味している。この効果の工業的価値は著しく大きい。
Further, in the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above embodiment, it is possible to obtain a remarkably good film thickness distribution as compared with the conventional apparatus and method even when a power supply frequency of 60 MHz is used.
This means that a plasma surface treatment apparatus using a frequency in the VHF band or the UHF band as a means of drastic improvement in terms of productivity and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums. Means that it can be provided. The industrial value of this effect is significantly great.
ここで、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図7図示の一対の電極2、4、即ち、1個の帯板状電極2と平板電極4から成る一対の電極に代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。
この場合は、図2の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、電磁波の伝播方向に対して直角方向へ広がりの有るプラズマの生成が容易に可能というメリットがある。
Here, the pair of
In this case, as compared with the plasma generated by a pair of electrodes composed of the rod-shaped
また、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図8図示の構造の一対の電極2、4、即ち、1個の帯板状電極2と平板電極4から成る一対の電極に代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。なお、図8図示の第1の給電点21aと第2の給電点27aを結ぶ線分と第3の給電点21bと第4の給電点27bを結ぶ線分は平行であることが必要であることは当然である。
この場合は、図2図示の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、電磁波の伝播方向に対して直角方向へ広がりの有るプラズマの生成が容易に可能というメリットがあることに加えて、給電点に供給される電力を分散させることが可能であるというメリットがある。即ち、大電力を必要とするプラズマ処理の応用に対応が可能という特徴がある。
Further, the pair of
In this case, as compared with the plasma generated by the pair of electrodes composed of the rod-shaped
また、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図9図示の構造の棒状電極2a、2bに代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。
なお、図9図示の第1の棒状電極2aと第2の棒状電極2bは平行に設置されることが必要である。
この場合は、図2図示の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、給電点に供給される電力を分散させることが可能であるというメリットがある。即ち、大電力を必要とするプラズマ処理の応用に対応が可能という特徴がある。
さらに、上記説明では、本発明の実施の一形態に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成されたプラズマ表面処理装置を用いた電磁波の定在波の発生の記述において、その定在波の個数は2つの場合を主体に記載されているが、その個数を2つ以上に増加させることは、多数の給電点を配置させることにより容易に可能である。
Further, a plasma surface treatment apparatus is used in which the pair of
The first rod-
In this case, there is an advantage that it is possible to disperse the electric power supplied to the feeding point as compared with the plasma generated by the pair of electrodes composed of the rod-
Further, in the above description, in the description of the generation of the standing wave of the electromagnetic wave using the high-frequency plasma generator according to the embodiment of the present invention and the plasma surface treatment apparatus constituted by the high-frequency plasma generator, the standing Although the number of waves is mainly described in the case of two, increasing the number to two or more can be easily performed by arranging a large number of feeding points.
(実施例2)
本発明に関する実施例2の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図10〜図12を参照して説明する。また、前記図2〜図6を参照する。
図10は実施例2に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図、図11は第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された出力の典型例を示す説明図、及び図12は第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図である。
(Example 2)
A high-frequency plasma generator of Example 2 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus are described with reference to FIGS. explain. Reference is also made to FIGS.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an entire high-frequency plasma generator according to the second embodiment and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator, and FIG. 11 shows first and second pulse modulation system phases. FIG. 12 is a diagram illustrating a typical example of pulse-modulated output output from a variable two-output oscillator, and FIG. 12 is a pulse-modulated sine output from first and second pulse modulation type phase-variable two-output oscillators. It is explanatory drawing which shows the typical example of a wave signal.
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。
装置の構成は、前記図1及び図2に図示の装置構成(実施例1)における第1及び第2の位相可変2出力発信器15a及び28aを、パルス発振が可能な第1のパルス変調方式位相可変2出力発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器28に代えた構成であることが特徴である。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The first and second phase variable two-
図10において、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30MHz〜300MHz(VHF帯域)あるいは300MHz〜3GHz(UHF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、該パルス変調方式位相可変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11及び図12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11及び図12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。
ここで、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から成る電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 10,
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the pulse modulation type phase-variable two-
Further, the first pulse modulation system
One output of two output terminals of the first pulse modulation type phase variable two-
In addition, the connection between the
The other output of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
It should be noted that the phase variable 2-
Each of the
Here, the first pulse modulation type phase-variable two-
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、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)あるいは周波数300MHz〜3GHz(UHF帯域)の任意の周波数の正弦波信号を発生するもので、2つの出力端子から位相の異なる任意の周波数、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11及び図12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11及び図12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。
ここで、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から成る電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
また、ここでは、第1の電力供給系と、第2の電力供給系と、一対の電極2、4と、給電点21、27から構成されるプラズマ発生系を、高周波プラズマ発生装置と呼ぶ。
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the pulse modulation type phase variable two-
One output of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
It should be noted that the second phase variable 2-
The other output of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
It should be noted that the second phase variable 2-
Each of the
Here, the second pulse modulation type phase-variable two-
Here, the plasma generation system including the first power supply system, the second power supply system, the pair of
次に、上記構成の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD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。
Next, a method of forming amorphous Si for an a-Si solar cell using the high-frequency plasma generator configured as described above and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) configured by the high-frequency plasma generator will be described.
In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の第1の予備製膜工程であるが、図10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、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21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27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。
First, in the first first preliminary film-forming step, in FIGS. 10 and 2, the
Next, the first pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
In this case, by adjusting the first
As a result, plasma of the
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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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。すなわち、基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する2つの電磁波が、第1の電極2と第2の電極4の間に生成され、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〜図4を用いて説明する。
なお、上記基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向とは、余弦の値が0.7以上の方向即ち該法線から±45度程度の方向を意味する。
図2及び図3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4に示す。図4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。
By the way, the voltage wave of the power supplied in a pulse form from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes. That is, two electromagnetic waves having an electric field in substantially the same direction as the normal direction of the surface of the
The direction substantially the same as the normal direction of the surface of the
2 and 3, the distance in the direction from the
W11 (x, t) = V1 · sin (ωt + 2πx / λ)
W21 (x, t) = V1 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V1 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is time, L0 is the interval between the first and second feeding points, and Δθ is supplied from the
W1 (x, t) = W11 (x, t) + W21 (x, t)
= 2 · V1cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthesized wave W1 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 4, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 using the first power supply system are respectively expressed as W11 (x, t) and W21 (x , T). Further, the combined wave of the two voltage waves is referred to as a first standing wave W1 (x, t).
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5に示す。
図5は、一般論として、VHFプラズマの生成において、給電点からの進行波と給電点の対向端からの反射波との干渉により発生する定在波により、一対の電極間でのプラズマは一様にはならないという困難性の理由を示している。例えば、プラズマの一様性は電力の強さI1(x,t)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。
By the way, the strength of power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the first standing wave W1 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I1 (x, t) is
I1 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I1 (x, t) is conceptually shown in FIG.
In general, FIG. 5 shows that in the generation of VHF plasma, the plasma between a pair of electrodes is reduced by a standing wave generated by the interference between the traveling wave from the feeding point and the reflected wave from the opposite end of the feeding point. It shows the reason for the difficulty of not being able to. For example, when the power intensity I1 (x, t) is in the range of 0.9 to 1.0, the uniformity of the plasma is in the range of −0.05 to + 0.05λ in terms of the distance in the power propagation direction ( That is, the range in which the film thickness is uniform is limited to a length of 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備製膜工程であるが、図10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、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21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27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。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 10 and 2, the
The second pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation method phase variable 2-
In this case, by adjusting the third
As a result, plasma of the
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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Also in this case, similarly to the first preliminary film forming step, in the case where the second power supply system is used, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the first The position of the maximum thickness of the film thickness distribution, for example, from the center point of the substrate to the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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。すなわち、基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する2つの電磁波が、第1の電極2と第2の電極4の間に生成され、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〜図4を用いて説明する。
なお、上記基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向とは、余弦の値が0.7以上の方向即ち該法線から45度程度以内の方向を意味する。
図2及び図3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4に示す。図4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。
In the second preliminary film forming step, the voltage wave of the power supplied from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes. That is, two electromagnetic waves having an electric field in substantially the same direction as the normal direction of the surface of the
The direction substantially the same as the normal direction of the surface of the
2 and 3, the distance from the
W12 (x, t) = V2 · sin (ωt + 2πx / λ)
W22 (x, t) = V2 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V2 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is the time, L0 is the interval between the first and second feed points, and Δθ is supplied from the
W2 (x, t) = W12 (x, t) + W22 (x, t)
= 2 · V2cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthetic wave W2 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 4, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 using the second power supply system are respectively expressed as W12 (x, t) and W22 (x, t). The combined wave of the two waves is called a second standing wave W2 (x, t).
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5に示す。
図5は、一般論として、VHFプラズマの生成において、給電点からの進行波と給電点の対向端からの反射波との干渉により発生する定在波により、一対の電極間でのプラズマは一様にはならないという困難性の理由を示している。例えば、プラズマの一様性は電力の強さI1(x,t)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。
By the way, the strength of the power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the composite wave W2 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I2 (x, t) is conceptually shown in FIG.
In general, FIG. 5 shows that in the generation of VHF plasma, the plasma between a pair of electrodes is reduced by a standing wave generated by the interference between the traveling wave from the feeding point and the reflected wave from the opposite end of the feeding point. It shows the reason for the difficulty of not being able to. For example, when the power intensity I1 (x, t) is in the range of 0.9 to 1.0, the uniformity of the plasma is in the range of −0.05 to + 0.05λ in terms of the distance in the power propagation direction ( That is, the range in which the film thickness is uniform is limited to a length of 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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、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つの出力の電圧の位相差を第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つの出力の電圧の位相差を第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11及び図12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)、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。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 10 and FIG. 2, the
Next, the phase difference between the voltages of the two outputs of the
Here, the first pulse modulation
一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、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)が重畳した形となる。その様子を概念的に図6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
When four voltage waves are supplied between the pair of
Accordingly, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
この結果は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、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、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、VHFプラズマあるいはUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、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、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、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、±10%以下であることを示している。
As a result, the high frequency used in the surface treatment apparatus for treating the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma generator, a first standing wave and a second standing wave are generated in which the positions of antinodes of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate are different. In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity. .
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide a device capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of VHF plasma or UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
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。
また、エッチングへの応用では、放電ガスとして、NF3、SF6、CF4、CHF3及びC4F4等を用いることで、可能であることは公知の技術である。
In the above process, when
This indicates that the apparatus and method of the present invention can form a uniform film thickness distribution even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
In addition, it is a known technique that can be applied to etching by using NF3, SF6, CF4, CHF3, C4F4, or the like as a discharge gas.
本実施例では、第1の電極2が一本の棒であるので、基板サイズは上記1200mmx100mm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。
In this embodiment, since the
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抜本的改善の手段として、VHF帯域あるいはUHF帯域の周波数を用いたプラズマ表面処理装置を提供できることを意味している。この効果の工業的価値は著しく大きい。
Further, in the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above embodiment, even when a power supply frequency of 60 MHz is used, the distribution of power intensity I (x, t) between the pair of
This means that a plasma surface treatment apparatus using a frequency in the VHF band or the UHF band as a means of drastic improvement in terms of productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums. Means that you can provide. The industrial value of this effect is significantly great.
ここで、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図7図示の一対の電極2、4、即ち、1個の帯板状電極2と平板電極4から成る一対の電極に代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。
この場合は、図2の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、電磁波の伝播方向に対して直角方向へ広がりの有るプラズマの生成が容易に可能というメリットがある。
Here, the pair of
In this case, as compared with the plasma generated by a pair of electrodes composed of the rod-shaped
また、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図8図示の構造の一対の電極2、4、即ち、1個の帯板状電極2と平板電極4から成る一対の電極に代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。なお、図8図示の第1の給電点21aと第2の給電点27aを結ぶ線分と第3の給電点21bと第4の給電点27bを結ぶ線分は平行であることが必要であることは当然である。
この場合は、図2図示の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、電磁波の伝播方向に対して直角方向へ広がりの有るプラズマの生成が容易に可能というメリットがあることに加えて、給電点に供給される電力を分散させることが可能であるというメリットがある。即ち、大電力を必要とするプラズマ処理の応用に対応が可能という特徴がある。
Further, the pair of
In this case, as compared with the plasma generated by the pair of electrodes composed of the rod-shaped
また、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図9図示の構造の棒状電極2a、2bに代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。
なお、図9図示の第1の棒状電極2aと第2の棒状電極2bは平行に設置されることが必要である。
この場合は、図2図示の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、給電点に供給される電力を分散させることが可能であるというメリットがある。即ち、大電力を必要とするプラズマ処理の応用に対応が可能という特徴がある。
さらに、上記説明では、本発明の実施の一形態に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成されたプラズマ表面処理装置を用いた電磁波の定在波の発生の記述において、その定在波の個数は2つの場合を主体に記載されているが、その個数を2つ以上に増加させることは、多数の給電点を配置させることにより容易に可能である。
Further, a plasma surface treatment apparatus is used in which the pair of
The first rod-
In this case, there is an advantage that it is possible to disperse the electric power supplied to the feeding point as compared with the plasma generated by the pair of electrodes composed of the rod-
Further, in the above description, in the description of the generation of the standing wave of the electromagnetic wave using the high-frequency plasma generator according to the embodiment of the present invention and the plasma surface treatment apparatus constituted by the high-frequency plasma generator, the standing Although the number of waves is mainly described in the case of two, increasing the number to two or more can be easily performed by arranging a large number of feeding points.
(実施例3)
本発明に関する実施例3の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)及びプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図13〜図15を参照して説明する。また、図16を参照する。
図13は実施例3に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図である。図14及び図15は、それぞれ図13図示の装置に用いられる第1及び第2の電力供給系の配線図である。
また、図16は、図13図示の装置に用いられる矩形導体板から成る一対の電極とその給電部に係わる構成を示す説明図である。
(Example 3)
A high-frequency plasma generator according to a third embodiment of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIGS. explain. Reference is also made to FIG.
FIG. 13 is a schematic diagram showing an entire high-frequency plasma generator according to Example 3 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator. 14 and 15 are wiring diagrams of the first and second power supply systems used in the apparatus shown in FIG.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a configuration relating to a pair of electrodes made of a rectangular conductor plate used in the apparatus shown in FIG.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1及び実施例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13及び図14において、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端子は、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の電力分配器70の一方の出力端子を介して、第2の電力分配器71、該第2の電力分配器71の一方の出力端子、電流導入端子18a、真空用同軸ケーブル19aの芯線20aを介して給電点21aに接続されるとともに、該第2の電力分配器71の他方の出力端子を介して、電流導入端子18b、真空用同軸ケーブル19bの芯線20bを介して給電点21bに接続されるとともに、該第1の電力分配器70の他方の出力端子を介して、第3の電力分配器72の一方の出力端子、電流導入端子18c、真空用同軸ケーブル19cの芯線20cを介して給電点21cに接続されるとともに、該第3の電力分配器72の他方の出力端子、電流導入端子18d、真空用同軸ケーブル19dの芯線20dを介して給電点21dに接続される。
電力供給点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図11及び図12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。
また、第7の電力分配器76から第1の給電点21a〜21dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In FIG. 13 and FIG. 14, one output terminal of the two output terminals of the
As a typical example, the power supplied to the
In addition, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the
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端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第4の電力分配器73の一方の出力端子を介して、第5の電力分配器74の一方の出力端子、電流導入端子24a、真空用同軸ケーブル25aの芯線26aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第5の電力分配器74の他方の出力端子、電流導入端子24b、真空用同軸ケーブル25bの芯線26bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第4の電力分配器74の他方の出力端子を介して、第6の電力分配器75の一方の出力端子、電流導入端子24c、真空用同軸ケーブル25cの芯線26cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第6の電力分配器75の他方の出力端子、電流導入端子24d、真空用同軸ケーブル25dの芯線26dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図11及び図12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。
また、第7の電力分配器76から第1の給電点21a〜21dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
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。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
The other output terminal of the two output terminals of the
The power supplied to the feeding points 27a to 27b is typically pulse-modulated with the same pulse width Hw and period T0 as W11 (t) as shown in W21 (t) shown in FIGS. Sine wave.
In addition, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the
Each of the
Here, the power supply for supplying the two outputs of the first phase variable two-
そして、図13及び図15において、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端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第7の電力分配器76の一方の出力端子を介して、第8の電力分配器77、該第8の電力分配器77の一方の出力端子、電流導入端子31a、真空用同軸ケーブル32の芯線33aを介して給電点21aに接続されるとともに、該第8の電力分配器77の他方の出力端子を介して、電流導入端子31b、真空用同軸ケーブル32bの芯線33bを介して給電点21bに接続されるとともに、該第7の電力分配器76の他方の出力端子を介して、第9の電力分配器78の一方の出力端子、電流導入端子31c、真空用同軸ケーブル32cの芯線33cを介して給電点21cに接続されるとともに、該第9の電力分配器78の他方の出力端子、電流導入端子31d、真空用同軸ケーブル32dの芯線33dを介して給電点21dに接続される。
なお、給電点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図11及び図12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。
また、第7の電力分配器76から第1の給電点21a〜21dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
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端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第10の電力分配器79の一方の出力端子を介して、第11の電力分配器80、該第11の電力分配器80の一方の出力端子、電流導入端子36a、真空用同軸ケーブル37a及び接続線38aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第11の電力分配器80の他方の出力端子、電流導入端子36b、真空用同軸ケーブル37b及び接続線38bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第10の電力分配器79の他方の出力端子を介して、第12の電力分配器81の一方の出力端子、電流導入端子36c、真空用同軸ケーブル37c及び接続線38cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第12の電力分配器81の他方の出力端子、電流導入端子36d、真空用同軸ケーブル37d及び接続線38dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図11及び図12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。
また、第10の電力分配器79から第2の給電点27a〜27dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
また、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。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 13 and FIG. 15, one output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
Note that, as a typical example, the power supplied to the feeding points 21a to 21d has a pulse width Hw, a period T0, and the W11 (t) and W21 ( This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a period, ie, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation of t).
In addition, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the
The other output terminal of the two output terminals of the
Note that, as a typical example, the power supplied to the feeding points 27a to 27b has a pulse width Hw, a period T0, and the W11 (t) and W21 ( This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a period, ie, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation of t).
Further, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material, and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the
The
Here, the power supply for supplying the two outputs of the second phase variable and two-
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造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。
Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図13及び図14において、予め、図示しない基板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。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500W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秒及び周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに給電される電力の典型例を、図11及び図12に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
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。
First, in the first preliminary film forming step, in FIGS. 13 and 14, a substrate 11 (not shown) is previously set on the
Then, using the first power supply system, high-frequency power is supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d, for example, power having a frequency of 60 MHz, for example, 500 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. The W11 (t) and W21 (t) are sine waves having a pulse width Hw and a pulse modulation with a period T0, for example, 60 MHz. The pulse width Hw and period T0 are set to arbitrary values, for example, Hw = 400 μsec and period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the first pulse modulation system phase variable 2-
As a result, plasma of the
前記の要領で、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2a〜2d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21a〜21d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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備製膜工程であるが、図13及び図15において、予め、図示しない基板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。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500W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秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29及び第2の電力増幅器34の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
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。
Next, in the second preliminary film-forming step, in FIGS. 13 and 15, a substrate 11 (not shown) is previously placed on the
Then, using the second power supply system, high-frequency power is supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d, for example, power having a frequency of 60 MHz, for example, 500 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-
As a result, plasma of the
前記の要領で、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。例えば、基板11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であるいうことが把握される。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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13〜図15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800sccm、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の正弦波の電力の電圧の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図11及び図12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21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500W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の正弦波の電力の電圧の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図11及び図12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21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ、電力250Wの電圧波W11(x、t)、電力250Wの電圧波W21(x、t)、電力250WのW12(x、t)及び電力250W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。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 13 to FIG. 15, the
Next, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase variable 2-
That is, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 250 W, a voltage wave W21 (x, t) with a power of 250 W, and a W12 with power of 250 W are applied to the first and second feeding points 21a to 21b and 27a to 27b, respectively. (X, t) and W22 (x, t) with a power of 250 W are supplied.
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極2a〜2d、4間に、前記第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bを介して4つの電圧波からなる電力が供給されると、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2a〜2d、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)が重畳した形となる。その様子を概念的に図6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21a〜21d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2a〜2d、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
When power consisting of four voltage waves is supplied between the pair of
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of power generated between the pair of
Here, assuming that the center point of the substrate is the origin of the x axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
この結果は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるということを意味している。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、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、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、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、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、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、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、±10%以下であることを示している。
As a result, the high frequency used in the surface processing apparatus for processing the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma generator, the first standing wave and the second standing wave are generated in different positions of antinodes of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate. And, by providing means for superimposing the first and second standing waves, it means that it is possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity. ing.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
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、本発明によれば、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。
In the above process, when
This indicates that according to the present invention, a uniform film thickness distribution can be formed even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
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。
また、エッチングへの応用では、放電ガスとして、NF3、SF6、CF4、CHF3及びC4F4等を用いることで、可能であることは公知の技術である。
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
In addition, it is a known technique that can be applied to etching by using NF3, SF6, CF4, CHF3, C4F4, or the like as a discharge gas.
本実施例では、第1の電極に用いられる棒電極のサイズを、直径5〜20mm程度で、間隔を5〜30mm、長さを1400mm〜1800mm程度とし、第1の棒電極と第2の平板電極(接地電極)の距離を5〜40mm程度に設定することにより、アモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
幅広の基板への応用は、前記棒電極の個数及び電力供給系の個数を増加することにより対応できることは当然である。即ち、多数の棒電極と電力供給系を配置して、多数の定在波を発生させ、それらを重畳させる上記手段を備えることにより、対応可能である。また、定在波の腹の位置を制御する上記手段を備えることで、プラズマの均一化が確実に実現可能である。
In this embodiment, the size of the rod electrode used for the first electrode is about 5 to 20 mm in diameter, the interval is about 5 to 30 mm, the length is about 1400 mm to 1800 mm, and the first rod electrode and the second flat plate are used. By setting the distance of the electrode (ground electrode) to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film can be formed at a film forming speed of about 1 to 3 nm / s and a film thickness distribution within ± 10%.
Naturally, application to a wide substrate can be dealt with by increasing the number of rod electrodes and the number of power supply systems. That is, it is possible to cope with the problem by arranging a large number of rod electrodes and a power supply system to generate a large number of standing waves and superimposing them. Further, by providing the above-described means for controlling the position of the antinode of the standing wave, it is possible to reliably realize the uniform plasma.
なお、本実施例では、プラズマ発生用の一対の電極として、図13〜図15図示の複数の棒電極と平板電極を用いたが、複数の棒電極を、例えば図16図示の平板電極に代えた構成を用いることが可能であることは当然である。この場合、一対の電極の一方には、図16に示すように、ガス通過孔13を有する平板を用いることが好ましい。
また、図13〜図16における電極あるいは給電部の構造を図7図〜9図示の電極あるいは給電部構造に代えることが可能であることは、当然のことである。
In this embodiment, the plurality of rod electrodes and the plate electrodes shown in FIGS. 13 to 15 are used as the pair of electrodes for generating the plasma. However, the plurality of rod electrodes are replaced with, for example, the plate electrodes shown in FIG. Of course, it is possible to use different configurations. In this case, it is preferable to use a flat plate having a
Moreover, it is natural that the structure of the electrode or the power feeding part in FIGS. 13 to 16 can be replaced with the electrode or power feeding part structure shown in FIGS.
(実施例4)
本発明に関する実施例4の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図17及び図18を参照して説明する。また、図19〜図21を参照する。
図17は実施例4に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図、図18は図17図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の断面図である。
また、図19は、図17図示の装置の構成部材として用いられる一対の電極とその給電部に係わる構成の第1の応用型を示す説明図、図20は、図17図示の装置の構成部材として用いられる一対の電極とその給電部に係わる構成の第2の応用型を示す説明図、及び図21は、図17図示の装置の構成部材として用いられる一対の電極とその給電部に係わる構成の第3の応用型を示す説明図である。
Example 4
A high-frequency plasma generation apparatus according to
FIG. 17 is a schematic view showing an entire high-frequency plasma generator according to the fourth embodiment and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator, and FIG. 18 is a vacuum of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. It is sectional drawing inside a container.
FIG. 19 is an explanatory view showing a first applied type of a configuration related to a pair of electrodes used as a component of the apparatus shown in FIG. 17 and its power feeding portion, and FIG. 20 is a component of the apparatus shown in FIG. FIG. 21 is a diagram illustrating a second applied type of the configuration related to the pair of electrodes used as a power supply unit and the power supply unit, and FIG. 21 illustrates the configuration related to the pair of electrodes used as a component of the apparatus illustrated in FIG. It is explanatory drawing which shows the 3rd applied type.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例3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17及び図18において、符番109は基板支持材で、図示しない基板ヒータ3を内臓している。第1及び第2の電極2、4は、方形平板状の形状で直径3mm程度の孔が開口率55%程度で設置されている。その厚みは6mm程度、面積は1500mmx300mm程度である。給電点21は、該方形平板電極の一つの辺の中央に、給電点27は対向する辺の中央に設置される。電極2、4の間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み2〜4mm程度、面積:1400mmx200mm程度のガラス基板が用いられる。放電用のガスは放電ガス供給管8から、ガス混合箱6の整流孔7を介して供給される。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In FIG. 17 and FIG. 18,
次に、上記構成の高周波プラズマ発生装置及び該高周波プラズマ発生装置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膜を製造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、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。
Next, a method of manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the high-frequency plasma generator having the above-described configuration and a plasma surface treatment apparatus including the high-frequency plasma generator will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. In the first preliminary film-forming process, in order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の第1の予備製膜工程であるが、図17及び図18において、予め、基板11を基板支持材109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の電力例えば合計で400W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、パルス変調のパルス幅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200W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21に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を200W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27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できる。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図11及び図12に、それぞれW11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw=400μ秒、周期T0=1m秒でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Tw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
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。
First, in the first first preliminary film forming step, in FIGS. 17 and 18, the
Next, the first pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system phase variable 2-
In this case, by adjusting the first
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. 11 and 12, respectively. W11 (t) and W21 (t) are sine waves of ultrahigh frequency, for example, 60 MHz, pulse-modulated with a pulse width Hw = 400 μsec and a period T0 = 1 msec, respectively. The pulse width Tw and the period T0 are set to arbitrary values, for example, Tw = 400 μsec and the period T0 = 1 msec by an adjuster attached to the
As a result, plasma of the
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、給電点21と27を結ぶ線分の方向において、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であるということが把握される。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
In the direction of the line segment connecting the feeding points 21 and 27, the distance from the center point of the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備製膜工程であるが、図17及び図18において、予め、基板11を基板支持材109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。
そして、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の電力例えば合計で400W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、パルス変調のパルス幅=400μ秒、パルス周期=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200W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200W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。
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。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 17 and 18, the
The second pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation method phase-variable two-
As a result, plasma of the
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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Also in this case, similarly to the first preliminary film forming step, in the case where the second power supply system is used, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the first The position of the maximum thickness of the film thickness distribution, for example, from the center point of the substrate to the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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17及び図18において、予め、基板11を基板支持材109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11及び図12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200W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、そのパルス変調を図11及び図12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200Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21及び27に、それぞれ、電力200Wの電圧波W11(x、t)と電力200Wの電圧波W12(x、t)及び電力200WのW21(x、t)と電力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、Tw=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。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 17 and FIG. 18, the
Next, two preliminary outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
That is, at the first and second feeding points 21 and 27, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 200 W, a voltage wave W12 (x, t) with a power of 200 W, and a W21 (x, t) with a power of 200 W, respectively. ) And W22 (x, t) with power of 200 W are supplied.
Here, the first pulse modulation
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)が重畳した形となる。その様子を概念的に図6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
When four voltage waves are supplied between the pair of
Accordingly, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
この結果は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるということを意味している。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、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、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、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、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、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、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、±10%以下であることを示している。
As a result, the high frequency used in the surface processing apparatus for processing the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma generator, the first standing wave and the second standing wave are generated in different positions of antinodes of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate. And, by providing means for superimposing the first and second standing waves, it means that it is possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity. ing.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
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等のラジカルが第1の電極2の開口を介して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、本発明によれば、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。
また、エッチングへの応用では、放電ガスとして、NF3、SF6、CF4、CHF3及びC4F4等を用いることで、可能であることは公知の技術である。
In the above process, when
This indicates that according to the present invention, a uniform film thickness distribution can be formed even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
In addition, it is a known technique that can be applied to etching by using NF3, SF6, CF4, CHF3, C4F4, or the like as a discharge gas.
本実施例では、第1の電極2の給電点が対向する辺の中央部に1点ずつであるので、基板サイズは上記1400mmx200mm程度に制約されるが、該電極の幅を増大し、該給電点の個数を増加することにより、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。ただし、この場合、隣り合う給電点の間隔は100mm〜300mm程度が好ましい。
基板が大面積の場合は、図17図示のプラズマ表面処理装置の構成部材の一対の電極2、4の幅を拡大し、かつ、給電点を複数にすることにより対応可能であることは当然のことである。即ち、実施例3として示した図13〜図15及び図16図示のプラズマ表面処理装置のように、複数の給電点を配置する構成を用いることで対応可能である。
In this embodiment, since the feeding point of the
If the substrate has a large area, it can be handled by increasing the width of the pair of
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、例えば±10%以内の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。 Further, in the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above embodiment, even if a power supply frequency of 60 MHz is used, it is possible to obtain a film thickness distribution that is significantly better than the conventional apparatus and method, for example, within ± 10%. This means that the industrial value related to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums is remarkably large.
ここで、給電点21、27の位置を変更する場合の応用として、図17及び図18図示の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の構成部材の給電点の位置を該方形電極の角に配置する構成の一例を図19に示す。この場合は、図17及び図18図示の装置の場合に比べて、前記第1及び第2の定在波を形成する4つの電磁波の給電点近傍での広がり角度が狭いことから、該定在波の制御が容易になることが期待できる。
また、基板形状が円形の場合への応用として、図17及び図18図示の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の構成部材の一つである一対の電極の構造を、図20図示の螺旋型電極2と円板型電極4から成る構造に代えた装置の一例を示す。この場合は、円形基板の表面処理に好適なプラズマの生成が可能というメリットが期待できる。
Here, as an application when changing the positions of the feeding points 21 and 27, components of the high-frequency plasma generator shown in FIGS. 17 and 18 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator. FIG. 19 shows an example of a configuration in which the position of the feeding point is arranged at the corner of the rectangular electrode. In this case, since the spreading angle of the four electromagnetic waves forming the first and second standing waves in the vicinity of the feeding point is narrower than in the case of the apparatus shown in FIGS. It can be expected that the wave control becomes easier.
Further, as an application to the case where the substrate shape is circular, it is one of the constituent members of the high-frequency plasma generator shown in FIGS. 17 and 18 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator. 21 shows an example of a device in which the structure of the pair of electrodes is replaced with a structure composed of a
また、プラズマ密度の更なる増大を図る為の手段への応用として、矩形電極の4辺に給電点を配置し、伝播方向が互いに直交する定在波の発生が可能な高周波プラズマ発生装置の一例を図21に示す。図21図示の装置において、大面積の基板への応用の場合は、該電極の4つの辺に配置する給電点の個数を増加し、互いに直交する方向へ伝播する多数の定在波を発生させることにより、対応可能である。
図21図示の装置の構成部材は、上記実施例と同じであるので、その説明を省略する。
一般的に、プラズマ密度は供給電力量の大きさに比例して増大するが、VHF帯域あるいはUHF帯域の周波数での電力供給に用いる同軸ケーブルは電力損失が大きくなり、ある一定の制約がある。そのため、その制約値以上の電力伝送は困難である。したがって、プラズマ密度の更なる増大には無理がある。
図21図示の装置構成では、伝播方向が互いに直交する方向より、所要の2つの定在波の発生に必要な電力を供給可能である。即ち、上記制約のある装置構成の場合に比べ、2倍の電力を供給することが可能である。その結果、約2倍のプラズマ密度を得ることが可能である。
In addition, as an application to means for further increasing the plasma density, an example of a high-frequency plasma generator capable of generating standing waves whose propagation directions are orthogonal to each other by arranging feeding points on the four sides of the rectangular electrode Is shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 21, in the case of application to a large-area substrate, the number of feeding points arranged on the four sides of the electrode is increased, and a large number of standing waves propagating in directions orthogonal to each other are generated. This is possible.
The constituent members of the apparatus shown in FIG. 21 are the same as those in the above embodiment, and the description thereof is omitted.
In general, the plasma density increases in proportion to the amount of power supplied, but the coaxial cable used for power supply at a frequency in the VHF band or the UHF band has a large power loss and has certain limitations. Therefore, it is difficult to transmit power that exceeds the constraint value. Therefore, it is impossible to further increase the plasma density.
In the apparatus configuration shown in FIG. 21, it is possible to supply power necessary for generating two required standing waves from directions in which propagation directions are orthogonal to each other. That is, it is possible to supply twice as much power as in the case of the device configuration with the above restrictions. As a result, it is possible to obtain about twice the plasma density.
(実施例5)
本発明に関する実施例5のプラズマ発生装置と該プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)及びプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図22及び図23を参照して説明する。
図22は実施例5に係わるプラズマ発生装置と該プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図、図23は図22図示のプラズマ表面処理装置の電力供給系配線図を示す説明図である。
(Example 5)
A plasma generator of Example 5 relating to the present invention, and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the plasma generator will be described with reference to FIGS. .
FIG. 22 is a schematic diagram showing an entire plasma generator according to the fifth embodiment and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the plasma generator, and FIG. 23 is a power supply system of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. It is explanatory drawing which shows a wiring diagram.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例1ないし実施例4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22及び図23において、第1の電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成されるU字型電極を用いる。該U字の直線部の長さは1400mm程度、該直線状棒体の間隔は10〜40mm程度である。U字型電極と第2の平板電極の間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度のガラス基板面積1200mmx200mm程度のガラス基板が用いられる。
そして、好ましくはU字状の棒の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該U字型電極の曲がり部分はアルミナ等の誘電体で被覆されていることである。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
22 and 23, the
Preferably, the total length of the U-shaped bar is a half of the wavelength λ of the power used, that is, an integral multiple of λ / 2. Further, the bent portion of the U-shaped electrode is covered with a dielectric such as alumina.
図22及び図23において、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端子は、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及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
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端子は、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及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、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。
ここで、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
22 and 23, one output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
Each of the
Here, a power supply system for supplying the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
図22及び図23において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28は、同期信号ケーブル100を介して伝送される第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調波形の同期信号を用いて、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の出力のパルス変調波形に同期したパルス変調の電力を出力する。
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端子は、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及び第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して、第1の給電点21に接続される。該第3の真空同軸ケーブル32の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
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端子は、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及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第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1及び第2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。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
22 and FIG. 23, the second pulse modulation system
One of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
The other output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
Each of the
Here, the power supply system for supplying the two outputs of the second phase variable two-
次に、上記構成の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造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。
Next, a method of manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the high-frequency plasma generator configured as described above and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) configured by the high-frequency plasma generator will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図22及び図23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。
そして、前記第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、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400W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、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200W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及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200W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、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIGS. 22 and 23, the
Then, using the first power supply system, high-frequency power, for example, pulse-modulated power of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system phase variable 2-
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated by some influence because the shape of the first electrode as the propagation path is bent at the intermediate point, but is attenuated at the bent portion. The covered
As a result, plasma of the
前記の要領で、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、該U字型電極2の棒のU字に沿った線分上において、該U字型電極2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、該U字型電極2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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備試験であるが、図22及び図23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。
そして、前記第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、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400W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、パルス変調のパルス幅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200Wに設定して、第3の電力増幅器29の出力を200W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及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200W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、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIGS. 22 and 23, the
Then, using the second power supply system, high-frequency power, for example, pulse-modulated power at a frequency of 70 MHz, for example, a total of 400 W is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated by some influence because the shape of the first electrode as the propagation path is bent at the intermediate point, but is attenuated at the bent portion. The covered
As a result, plasma of the
前記の要領で、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、該U字型電極2の棒のU字に沿った線分上において、該U字型電極2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。例えば、該U字型電極2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であるいうことが把握される。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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22及び図23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70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図11及び図12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200W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70MHz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、そのパルス変調を図11及び図12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200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波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。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 22 and FIG. 23, the
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two
That is, a voltage wave W11 (x, t) having a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) having a power of 200 W are supplied to the
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極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、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)が重畳した形となる。その様子を概念的に図6に示す。
ここで、該U字型電極2の中央点をx軸の原点とし、該原点からU字に沿った線分上において、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1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
When four voltage waves are supplied between the pair of
Therefore, the intensity distribution of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the first standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
この結果は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるといことを意味している。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、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、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、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、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、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、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、±10%以下であることを示している。
As a result, the high frequency used in the surface processing apparatus for processing the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma generator, the first standing wave and the second standing wave are generated in different positions of antinodes of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate. And, by providing means for superimposing the first and second standing waves, it means that it is possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity. ing.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
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間の電力の強さ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VHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板の面積:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、U字型の第1の電極2が1個であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該第1の電極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なことである。
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。
また、エッチングへの応用では、放電ガスとして、NF3、SF6、CF4、CHF3及びC4F4等を用いることで、可能であることは公知の技術である。
In the above process, when
That is, one side of the first electrode of the rectangular type that is required in the improvement of the plasma generating device for improving the productivity of the in-line type, multi-chamber type or roll-to-roll type plasma surface treatment apparatus. This can be realized as one new means relating to a means for supplying VHF power only from the vicinity. This means that when the cross section of the main body of the plasma surface treatment apparatus is viewed in a cross section perpendicular to the substrate transport direction, if the cross section is a rectangular cross section, for example, one side of the four sides of the rectangular cross section It is possible to realize a novel power supply means for generating VHF plasma using only the above.
In this example, by setting the distance between the first and second electrodes to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film with a glass substrate area of about 1200 mm × 200 mm has a film forming speed of about 1 to 3 nm / s. Film thickness distribution can be within ± 10%.
In this embodiment, since the number of U-shaped
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
In addition, it is a known technique that can be applied to etching by using NF3, SF6, CF4, CHF3, C4F4, or the like as a discharge gas.
(実施例6)
本発明に関する実施例6の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図24を参照して説明する。
図24は実施例6に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図である。
なお、第24図図示の装置構成については、実施例1ないし実施例5に示した部材と同じ部材は同符番を付している。
(Example 6)
A high-frequency plasma generation apparatus according to
FIG. 24 is a schematic view showing an entire high-frequency plasma generator according to Example 6 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator.
24, the same members as those shown in the first to fifth embodiments are given the same reference numerals.
本実施例での装置は、図24に示すように、実施例5で説明したU字型の第1電極を複数個、例えば2個を第2の電極に平行な面内に含まれるように設置し、該複数のU字型第1電極のそれぞれの端部に第1及び第2の給電点を配置させて、かつ、それぞれの該U字型第1電極の第1及び第2の給電点に、前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有する。
なお、U字型電極2は直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の電極との間隔は、5〜50mm程度で任意に設定可能である。
ここで、該第1及び第2の電力供給系は、実施例3の図13〜図15に示すような一つの電力供給系を用いることが可能である。
As shown in FIG. 24, the apparatus according to the present embodiment includes a plurality of, for example, two U-shaped first electrodes described in the fifth embodiment in a plane parallel to the second electrodes. The first and second feeding points are arranged at the respective ends of the plurality of U-shaped first electrodes, and the first and second feeding points of the U-shaped first electrodes are arranged. In point, it has the structure which supplies the output of the said 1st and 2nd electric power supply system.
The
Here, as the first and second power supply systems, one power supply system as shown in FIGS. 13 to 15 of the third embodiment can be used.
本実施例により、第1の電極として、U字型電極を多数設置することにより、大面積基板への対応が可能である。 According to this embodiment, it is possible to cope with a large area substrate by installing a large number of U-shaped electrodes as the first electrodes.
(実施例7)
本発明に関する実施例7の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図25を参照して説明する。
図25は実施例7に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図である。
(Example 7)
A high-frequency plasma generator of Example 7 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 25 is a schematic view showing an entire high-frequency plasma generator according to Example 7 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator.
本実施例の装置は、図25に示すように、W字型第1電極のそれぞれの端部に、第1及び第2の給電点21、27を配置させ、該第1及び第2の給電点に前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有している。
即ち、非接地の第1の電極に配置される第1及び第2の給電点21、27が、第2の電極4である矩形平板型接地電極の4辺の中の1辺の近傍に配置されていること及び第1の電極の形状が1本の棒状導体を前記第1の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるW字型の形状を有し、かつ、好ましくは、W字の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該W字型電極の曲がり部分をアルミナ等の誘電体で被覆されていることが特徴である。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
As shown in FIG. 25, the apparatus of the present embodiment has first and second feeding points 21 and 27 arranged at the respective ends of the W-shaped first electrode, and the first and second feeding points. It has the structure which supplies the output of the said 1st and 2nd electric power supply system to a point.
That is, the first and second feeding points 21 and 27 arranged on the non-grounded first electrode are arranged in the vicinity of one of the four sides of the rectangular flat plate ground electrode as the
The W-shaped
本実施例によれば、U字型電極を用いる場合に比べて、大面積基板への対応が容易に可能であることが期待される。 According to the present embodiment, it is expected that it is possible to easily cope with a large-area substrate as compared with the case where a U-shaped electrode is used.
(実施例8)
本発明に関する実施例8の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)及びプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図26を参照して説明する。また、図27を参照する。
図26は実施例8に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図である。図27は、図26図示の装置の構成部材として用いられる一対の電極とその給電部に係わる構成の応用型を示す説明図である。
なお、図26及び図27図示の構成部材において、実施例1ないし実施例7に示した部材と同じ部材は同符番を付し、説明を省略する。
(Example 8)
A high-frequency plasma generation apparatus according to an eighth embodiment of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG. Reference is also made to FIG.
FIG. 26 is a schematic diagram showing an entire high-frequency plasma generator according to Example 8 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator. FIG. 27 is an explanatory view showing an applied type of a configuration relating to a pair of electrodes used as components of the apparatus shown in FIG.
26 and 27, the same members as those shown in the first to seventh embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施例の装置は、円筒形の基板を対象にしたプラズマ表面処理装置であり、その構成は、図26に示すように、W字型の第1電極を複数個、例えば2個を円筒形状を有する第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように設置し、該複数のW字型第1電極のそれぞれの端部に第1及び第2の給電点21、27を配置させて、かつ、それぞれの該W字型第1電極の第1及び第2の給電点21、27に、前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有することである。そして、好ましくは、それぞれのW字型電極の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有する。
当然、このW字型電極をU字型電極に代えた構成のプラズマ表面処理装置も考えられる。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
The apparatus of the present embodiment is a plasma surface treatment apparatus for a cylindrical substrate, and the configuration thereof includes a plurality of W-shaped first electrodes, for example, two cylindrical shapes as shown in FIG. The first and second feeding points 21 and 27 are provided at the respective end portions of the plurality of W-shaped first electrodes. Arranged and configured to supply the outputs of the first and second power supply systems to the first and second feeding points 21 and 27 of the respective W-shaped first electrodes. It is. Preferably, the total length of each W-shaped electrode is a half of the wavelength λ of the power used, that is, an integral multiple of λ / 2.
Naturally, a plasma surface treatment apparatus in which the W-shaped electrode is replaced with a U-shaped electrode is also conceivable.
The W-shaped
本実施例の装置によれば、基板の形状が円筒形の場合に対しても容易に対応が可能である。
また、図26図示の装置構成での第1の電極として、図27図示のコイル型電極を用いることは当然可能である。装置構成上、特に制約が無い場合はこのコイル型電極の活用が可能である。
According to the apparatus of the present embodiment, it is possible to easily cope with the case where the shape of the substrate is cylindrical.
In addition, it is naturally possible to use the coil-type electrode shown in FIG. 27 as the first electrode in the apparatus configuration shown in FIG. The coil type electrode can be used when there is no particular restriction on the device configuration.
(実施例9)
本発明に関する実施例9の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図28を参照して説明する。また、図3〜図6、図11及び図12を参照する。
図28は実施例9に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図である。
Example 9
A high-frequency plasma generation apparatus according to
FIG. 28 is a schematic view showing an entire high-frequency plasma generator according to Example 9 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例8
に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。
本実施例の装置は、矩形平板の導電体をW字状のスリットで2分割し、その一方の導体を第1の電極とし、他方を第2の電極とし、かつ、該W字状スリットの端部に給電点を配置させるという構造を有する。
なお、該スリットの形状はW字状以外の、例えばU字状及びジグザグ状にしても良い。また、該導電体の形状は矩形平板のみならず、例えば基板の形状が円筒形の場合にはそれに対応して円筒形にすることができる。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, Examples 1 to 8 are used.
The same members as those shown in FIG.
The apparatus of the present embodiment divides a rectangular flat conductor into two by a W-shaped slit, and uses one conductor as a first electrode, the other as a second electrode, and the W-shaped slit. It has a structure in which a feeding point is arranged at the end.
The slit may have a shape other than the W shape, for example, a U shape and a zigzag shape. Further, the shape of the conductor is not limited to a rectangular flat plate. For example, when the shape of the substrate is cylindrical, it can be made cylindrical correspondingly.
図28において、符番91はスリットである。ここでは、W字状のスリットを用いている。該スリットの幅は、2mm〜50mm程度、ここでは後述の圧力条件:0.5Torr(66.5Pa)を考慮して、例えば8mmにする。
符番2は第1の電極で、符番4は第2の電極である。該第1及び第2の電極のサイズは、例えば一対の外寸法で、1400mmx200mm程度である。符番21は第1の給電点、符番27は第2の給電点で、それぞれ、対向した形でW字状スリット91の端部に配置される。符番90は放電ガス通過孔で、該第1及び第2の電極に設置される。その孔の直径は1〜5mm程度で、開口率は50%程度以上が好ましい。
図28において、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端子は、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及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
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端子は、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及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、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。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 28,
In FIG. 28, one of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
Each of the
Here, the first power supply system for supplying the two outputs of the first phase variable two-
図28において、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端子は、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及び第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して、第1の給電点21に接続される。該第3の真空同軸ケーブル32の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
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端子は、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及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、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1及び第2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。
ここで、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 28, one of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
The other output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
The
Here, a power supply system for supplying the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造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。
Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図28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。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400W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、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200W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及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200W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、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図11及び図12に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film forming step, in FIG. 28, the
Then, using the first power supply system, ultra high frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system variable-phase two-
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. W11 (t) and W21 (t) are sine waves having a pulse width Hw and a pulse modulation with a period T0, for example, 70 MHz. The pulse width Hw and period T0 are set to arbitrary values, for example, Hw = 400 μsec and period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the first pulse modulation system phase variable 2-
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated slightly because the W-shaped slit that is the propagation path is bent in the middle, but is attenuated but is covered by the bent portion. The dielectric 92 that is present suppresses power loss in that region. As a result, the above-described standing wave is generated by the power waves W11 (x, t) and W21 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the
前記の要領で、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、W字状スリット91の長さ方向において、該W字状スリット91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、該W字状スリット91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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備試験であるが、図24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。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400W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、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200W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及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200W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、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図11及び図12に、W12(t)、W22(t)として示している。該W12(t)及びW22(t)は、それぞれ、パルス幅Tw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波である。
該パルス幅Tw及び周期T0は、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIG. 24, the
Then, using the second power supply system, ultra high frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, a total of 400 W is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W12 (t) and W22 (t) in FIGS. W12 (t) and W22 (t) are sine waves of ultrahigh frequency, for example, 70 MHz, which are pulse-modulated with a pulse width Tw and a period T0.
The pulse width Tw and the period T0 are set to arbitrary values, for example, Tw = 400 μsec and the period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated slightly because the W-shaped slit that is the propagation path is bent in the middle, but is attenuated but is covered by the bent portion. The dielectric 92 that is present suppresses power loss in that region. As a result, the above-mentioned standing wave is generated by the power waves W12 (x, t) and W22 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the
前記の要領で、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、W字状スリット91の長さ方向において、W字状スリット91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。例えば、W字状スリット91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であるいうことが把握される。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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28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70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図11及び図12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200W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70MHz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、そのパルス変調を図11及び図12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200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波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。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 28, the
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two
That is, a voltage wave W11 (x, t) having a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) having a power of 200 W are supplied to the
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極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)が重畳した形となる。その様子を概念的に図6に示す。
ここで、基板の中央点、即ち該楔形90の頂点とスリットを結ぶラインを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
When four voltage waves are supplied between the pair of
Accordingly, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate, that is, the line connecting the apex of the wedge 90 and the slit is the origin of the x axis, and the direction from the origin to the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
この結果は、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、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、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、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、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、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、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、±10%以下であることを示している。
As a result, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, The intensity distribution I (x, t) of the power generated between the
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
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間の電力の強さ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VHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の設置面と基板との間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板サイズ:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi製膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、W字状スリット91を含む一対の電極2、4が1式であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該W字状スリット91を含む一対の電極2、4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なことである。
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。
また、エッチングへの応用では、放電ガスとして、NF3、SF6、CF4、CHF3及びC4F4等を用いることで、可能であることは公知の技術である。
In the above process, when
That is, one side of the first electrode of the rectangular type that is required in the improvement of the plasma generating device for improving the productivity of the in-line type, multi-chamber type or roll-to-roll type plasma surface treatment apparatus. This can be realized as one new means relating to a means for supplying VHF power only from the vicinity. This means that when the cross section of the main body of the plasma surface treatment apparatus is viewed in a cross section perpendicular to the substrate transport direction, if the cross section is a rectangular cross section, for example, one side of the four sides of the rectangular cross section It is possible to realize a novel power supply means for generating VHF plasma using only the above.
In this example, by setting the distance between the installation surface of the first and second electrodes and the substrate to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film formation with a glass substrate size of about 1200 mm × 200 mm is performed at a film formation rate of 1 to 1. Film formation with a film thickness distribution within ± 10% is possible at about 3 nm / s.
In this embodiment, since the pair of
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
In addition, it is a known technique that can be applied to etching by using NF3, SF6, CF4, CHF3, C4F4, or the like as a discharge gas.
(実施例10)
本発明に関する実施例10の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)及びプラズマ表面処理法(プラズマCVD法)について、図29を参照して説明する。なお、図2〜図6、図11及び図12も参照する。
図29は実施例10に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)の全体を示す概略図である。
(Example 10)
A high-frequency plasma generator according to Example 10 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG. 2 to 6, 11 and 12 are also referred to.
FIG. 29 is a schematic view showing an entire high-frequency plasma generator according to Example 10 and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) constituted by the high-frequency plasma generator.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例1〜実施例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29において、符番70は高周波発信器で、周波数がVHF帯域あるいはUHF帯域、例えば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。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in Examples 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In FIG. 29,
図29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、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を、図11及び図12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。
In FIG. 29, an ultra-high frequency sine wave signal output from the output terminal of the
The first
Here, typical examples of the pulse voltage are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS.
The other output of the
The
The phase of the
図29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。
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を、図11及び図12に、W12(t)、W22(t)として示す。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。
In FIG. 29, the other of the outputs divided into two by the
The second
The other output of the
The
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。
また、ここでは、該高周波電力供給装置と、一対の電極24と、給電点2127から構成されるプラズマ発生系を、プラズマ発生装置と呼ぶ。
Here, the high-
Here, the plasma generation system including the high-frequency power supply device, the pair of
次に、上記構成のプラズマ発生装置と該プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD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。
Next, a method for forming an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma generator having the above-described structure and a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) having the plasma generator will be described.
In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. In the first preliminary film forming step, a first phase difference detector that measures and controls a phase difference between an output voltage of the
先ず、第1の第1の予備製膜工程であるが、図29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、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。
First, in FIG. 29 and FIG. 2, the
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11及び図12に、W11(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11及び図12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。
Next, high-frequency power is supplied to the pair of
That is, the sine wave output of the high-
One signal divided into two by the
The other signal divided into two by the
The waveform of the pulse-modulated power supplied to the
In this case, by adjusting the first
As a result, plasma of the
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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Then, in the length direction of the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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。すなわち、基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する2つの電磁波が、第1の電極2と第2の電極4の間に生成され、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〜図4を用いて説明する。
なお、上記基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向とは、余弦の値が0.7以上の方向即ち該法線から45度程度以内の方向を意味する。
図2及び図3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4に示す。図4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。
By the way, the voltage wave of the power supplied from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes. That is, two electromagnetic waves having an electric field in substantially the same direction as the normal direction of the surface of the
The direction substantially the same as the normal direction of the surface of the
2 and 3, the distance in the direction from the
W11 (x, t) = V1 · sin (ωt + 2πx / λ)
W21 (x, t) = V1 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V1 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is time, L0 is the interval between the first and second feeding points, and Δθ is supplied from the
W1 (x, t) = W11 (x, t) + W21 (x, t)
= 2 · V1cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthesized wave W1 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 4, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are referred to as W11 (x, t) and W21 (x, t), respectively. Further, the combined wave of the two voltage waves is referred to as a first standing wave W1 (x, t).
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5に示す。
図5は、VHFプラズマの生成において、一様な強さのプラズマを得ることは困難であることを示している。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。
By the way, the strength of power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the first standing wave W1 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I1 (x, t) is
I1 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I1 (x, t) is conceptually shown in FIG.
FIG. 5 shows that it is difficult to obtain a uniform intensity plasma in the generation of the VHF plasma. The uniformity of the plasma between the pair of electrodes is, for example, in the range of −0.05 to + 0.05λ (ie, the distance in the power propagation direction when the intensity is in the range of 0.9 to 1.0 (that is, This indicates that the range in which the film thickness is uniform is limited to a length of 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
Further, the distance from the center point of the substrate acquired in the first preliminary film forming step to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the first and second feeding points 21 and 27 are supplied. The position of the maximum thickness of the film thickness distribution can be set, for example, at a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate, that is, λ / 8, based on the data indicating the relationship of the phase difference of the power voltage. it can.
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29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、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。
Next, in the second preliminary film forming step, as in the first preliminary film forming step, in FIG. 29 and FIG. 2, the
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11及び図12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11及び図12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。
Next, high-frequency power is supplied to the pair of
That is, the
One signal divided into two by the
The other signal divided into two by the
The waveform of the pulse-modulated power supplied to the
In this case, by adjusting the
As a result, plasma of the
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。
なお、ここで実施する正弦的な厚み分布の最大の位置と第1の位相可変2出力の発信器15aの出力電圧の位相差との関係の把握の方法は、上記膜の厚み分布の測定を応用する方法に限定されず、例えば、生成されるプラズマの発光強度の電磁波伝播方向における空間的分布を光センサーで測定し、その最大強度の位置と該位相差の関係として把握する方法を用いても良い。
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、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。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Then, in the length direction of the
Note that the method of grasping the relationship between the maximum position of the sinusoidal thickness distribution and the phase difference of the output voltage of the first variable-phase two-
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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、基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する2つの電磁波が、第1の電極2と第2の電極4の間に生成され、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〜図4を用いて説明する。
なお、上記基板11の表面の法線方向と実質的に同じ方向とは、余弦の値が0.7以上の方向即ち該法線から45度程度以内の方向を意味する。
図2及び図3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4に示す。図4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。
In the second preliminary film-forming step, voltage waves of pulse-modulated power supplied from the first and second feeding points 21 and 27 are oscillated from the same power source and propagate between the electrodes. That is, two electromagnetic waves having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the
The direction substantially the same as the normal direction of the surface of the
2 and 3, the distance in the direction from the
W12 (x, t) = V2 · sin (ωt + 2πx / λ)
W22 (x, t) = V2 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V2 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is the time, L0 is the interval between the first and second feed points, and Δθ is supplied from the
W2 (x, t) = W12 (x, t) + W22 (x, t)
= 2 · V2cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthetic wave W2 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 4, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are referred to as W12 (x, t) and W22 (x, t), respectively. The combined wave of the two waves is called a second standing wave W2 (x, t).
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5に示す。
図5は、VHFプラズマの生成において、一様な強さのプラズマを得ることは困難であることを示している。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。
By the way, the strength of the power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the composite wave W2 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I2 (x, t) is conceptually shown in FIG.
FIG. 5 shows that it is difficult to obtain a uniform intensity plasma in the generation of the VHF plasma. The uniformity of the plasma between the pair of electrodes is, for example, in the range of −0.05 to + 0.05λ (ie, the distance in the power propagation direction when the intensity is in the range of 0.9 to 1.0 (that is, This indicates that the range in which the film thickness is uniform is limited to a length of 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
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29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。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 29, the
Next, high frequency power is supplied to the pair of
The frequency of the output of the high-
The outputs of the first, second, third, and
Here, the values of the pulse width Hw and the period T0 set in the first preliminary film-forming process and the second preliminary film-forming process, for example, Hw = 400 μsec to 1 msec, T0 = 1 msec, etc. Some film-forming data can be compared by changing to 5 milliseconds or the like.
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)が重畳した形となる。その様子を概念的に図6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
When four voltage waves are supplied between the pair of
Accordingly, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
この結果は、発振周波数がVHF帯域ないしUHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、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、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、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、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、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、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、±10%以下であることを示している。
As a result, the high frequency used in the surface treatment apparatus for treating the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band or the UHF band. In the plasma generator, a first standing wave and a second standing wave are generated in which the positions of antinodes of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate are different. In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity. .
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of
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。
また、エッチングへの応用では、放電ガスとして、NF3、SF6、CF4、CHF3及びC4F4等を用いることで、可能であることは公知の技術である。
In the above process, when
This indicates that the apparatus and method of the present invention can form a uniform film thickness distribution even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
In addition, it is a known technique that can be applied to etching by using NF3, SF6, CF4, CHF3, C4F4, or the like as a discharge gas.
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(VHF帯域)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、周波数300MHz〜3GHz(UHF帯域)においても、伝送損失はあるが実用に供せられるものである。
また、本実施例では、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。
In this embodiment, since the first and
Further, in the present embodiment, only the case where the power supply frequency is 60 MHz has been described. However, the constituent members of the high-frequency power supply apparatus have no problem in power transmission and control at a frequency of 10 MHz to 300 MHz (VHF band). Is natural. Even in the frequency range of 300 MHz to 3 GHz (UHF band), although there is a transmission loss, it can be put to practical use.
Further, in the present embodiment, only the case where the shape of the
Further, in application to the case where the shape of the substrate is cylindrical, it can be easily considered that the electrode shape is cylindrical and the first and second feeding points 21 and 27 are arranged on the end face of the cylindrical electrode.
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。
In the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%.
According to the above embodiment, even when a power supply frequency of 60 MHz is used, the distribution of power intensity I (x, t) between the pair of
ここで、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図7図示の一対の電極2、4、即ち、1個の帯板状電極2と平板電極4から成る一対の電極に代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。
この場合は、図2の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、電磁波の伝播方向に対して直角方向へ広がりの有るプラズマの生成が容易に可能というメリットがある。
Here, the pair of
In this case, as compared with the plasma generated by a pair of electrodes composed of the rod-shaped
また、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図8図示の構造の一対の電極2、4、即ち、1個の帯板状電極2と平板電極4から成る一対の電極に代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。なお、図8図示の第1の給電点21aと第2の給電点27aを結ぶ線分と第3の給電点21bと第4の給電点27bを結ぶ線分は平行であることが必要であることは当然である。
この場合は、図2図示の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、電磁波の伝播方向に対して直角方向へ広がりの有るプラズマの生成が容易に可能というメリットがあることに加えて、給電点に供給される電力を分散させることが可能であるというメリットがある。即ち、大電力を必要とするプラズマ処理の応用に対応が可能という特徴がある。
Further, the pair of
In this case, as compared with the plasma generated by the pair of electrodes composed of the rod-shaped
また、本実施例の装置の構成部材の一つである図2図示の構造の一対の電極2、4を、図9図示の構造の棒状電極2a、2bに代えたプラズマ表面処理装置を用いることにより、本実施例と同様のプラズマ処理を行うことができることを付記しておく。
なお、図9図示の第1の棒状電極2aと第2の棒状電極2bは平行に設置されることが必要である。
この場合は、図2図示の棒状電極2と平板電極4から成る一対の電極で生成されるプラズマに比べ、給電点に供給される電力を分散させることが可能であるというメリットがある。即ち、大電力を必要とするプラズマ処理の応用に対応が可能という特徴がある。
Further, a plasma surface treatment apparatus is used in which the pair of
The first rod-
In this case, there is an advantage that it is possible to disperse the electric power supplied to the feeding point as compared with the plasma generated by the pair of electrodes composed of the rod-
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、
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、
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、
100...同期信号伝送ケーブル、
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。
1. . . Vacuum vessel,
2. . . A first electrode,
3. . . Substrate heater (not shown),
4). . . A second electrode,
5. . . Insulator support material,
6). . . Gas mixing box,
7). . . Rectifying hole,
8). . . Discharge gas supply pipe,
9. . . Exhaust pipe,
10. . . Vacuum pump not shown,
11. . . substrate,
12 . . Gate valve not shown,
15. . . A first pulse modulation phase variable two-output transmitter;
16. . . A first power amplifier;
17. . . A first impedance matcher;
18. . . A first current introduction terminal;
19. . . First coaxial coaxial cable,
20. . . The core wire of the first vacuum coaxial cable,
21. . . A first feeding point,
22. . . A second power amplifier,
23. . . A second impedance matcher;
24. . . A second current introduction terminal,
25. . . A second coaxial coaxial cable,
26. . . The core wire of the second vacuum coaxial cable,
27. . . A second feeding point,
100. . . Sync signal transmission cable,
28. . . A second pulse modulation type phase variable two-output transmitter;
29. . . A third power amplifier,
30. . . A third impedance matcher;
31. . . A third current introduction terminal;
32. . . A third coaxial cable for vacuum,
33. . . A core wire of a third vacuum coaxial cable;
34. . . A fourth power amplifier,
35. . . A fourth impedance matcher;
36. . . A fourth current introduction terminal;
37. . . A fourth coaxial cable for vacuum,
38. . . A core wire of a fourth coaxial cable for vacuum.
Claims (25)
Any material of amorphous Si-based material, microcrystalline Si-based material, polycrystalline Si-based material, crystalline Si-based material, oxide, metal, organometallic compound, organosilicon compound, and organic compound fixed on the surface of the substrate The plasma surface treatment method according to any one of claims 20 to 23, wherein the etching process is performed.
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