JP3810748B2 - Surface treatment apparatus and surface treatment method - Google Patents

Description

【００１７】
合成波ｗ（ｘ，ｔ）を概念的に図１９に示す。Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは非接地電極２の中央部（ｘ＝Ｌ_０／２）が強く、両端では，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、非接地電極２の右端部であり、Δθ＜０の場合、左端部であることを示している。すなわち、前記フェーズシフタ２５を用いて、前記式（３）のΔθを−１８０°〜＋１８０°の間で時間的に三角波状に変化させてやることにより、時間平均的に均一な強さのプラズマが生成される。結果的には、一様な膜厚分布の微結晶Ｓｉ膜が得られる。
【００１８】
【特許文献１】
特開２００１−２５７０９８号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の表面処理技術、即ち表面処理装置と表面処理方法は、ＬＣＤ、ＬＳＩ、電子複写機及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及び大面積壁掛ＴＶなど性能（仕様）の改善等大面積化及び高速処理化のニーズが年々強まっている。
【００２０】
最近では、上記ニーズに対応する為、産業界のみならず、学会でも特にプラズマＣＶＤ（化学蒸着）技術及びプラズマエッチング技術ともに、ＶＨＦ帯の電源を用いた高密度プラズマＣＶＤの高速製膜技術及び高速プラズマエッチング技術の研究が盛んになっている。
【００２１】
しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在している。図１５および図１６において、一対の電極、すなわち非接地電極２と平板上の接地電極４との間に発生する電界により、放電ガス、例えば、ＳｉＨ_４はプラズマ化されて、Ｓｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ_２、ＳｉＨ_３、Ｈ、Ｈ_２等に分解され、基板Ｗ上に例えば、ａ−Ｓｉ膜が形成される。
【００２２】
しかしながら、サイズが１ｍ×１ｍを越える大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ生成では、非接地電極２への給電点１０ａ〜１０ｄが図２０に示されているように多数必要になる。
【００２３】
ここで、高周波の電波特有の現象である表皮効果が３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚになると、より一層顕著になる。すなわち、表皮効果は高周波数の電流が導体の表面近傍のみを流れる現象で、その電流の流れる表面深さδは、ｆ：周波数、μ：透磁率、σ：導電率として、式４にて表される。
δ＝（３．１４×ｆ・μ・σ）^−０．５・・・（４）
【００２４】
例えば、導体が銅の場合、その表面深さは１３．５６ＭＨｚで約１９μｍ、５０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで約１０μｍ、１５０ＭＨｚで約５．８μｍである。したがって、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）でのプラズマを用いた表面処理技術では、図２１に模式的に示した高周波電流のように、電極の表面を電流が流れるので、高周波発振器２２から電極への電力供給はインピーダンスが増大し、その伝播路での電力損失が著しく大きくなることが推測されるが、非接地電極２を用いる場合は、プラズマ生成空間のごく近傍に、給電点１０ａ〜１０ｄがあるために、高周波電力の伝播に関するインピーダンス増大は大きくないと考えられる。
【００２５】
しかしながら、図２２に示すように、電力供給点、すなわち真空用同軸ケーブル３４の芯線３７と非接地電極２の給電点１０ａ近傍では、前記真空用同軸ケーブル３４の外部導体およびアースシールド３２と前記真空用同軸ケーブル３４の芯線間で強い電界が発生し、強い局部放電が生成される。その様子を図２３に示す。その原因は、同軸ケーブルの本質的特性である不平衡型伝送路の問題に起因していると考えられる。
【００２６】
さらに、非接地電極２を用いた位相変調法では、最高１００ｋＨｚでプラズマ発生電圧波を図１９に示すように時間的に変化させるので、電源周波数は１００ｋＨｚと見なされる。この場合、Influence of Power-Source Frequency on the Properties of GD a-Si:H, Akihisa Matsuda, Takao Kaga, Hideo Tanaka and Kazunobu Tanaka, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.23, No.8, August, 1984, pp.L567-L569に記載されているように、電源周波数が１ＭＨｚ以下であるので、そのプラズマが製作されるａ−Ｓｉ系膜は、水素含有率が著しく多く、かつ、膜内の残留応力（圧縮応力）が極めて大きくなる特性を有する。
【００２７】
したがって、高性能太陽電池製造への応用には、膜質上の問題がある。さらに、電極に非接地電極２を用いても、大面積基板を対象にした場合、上記の現象の発生により、ＶＨＦプラズマを利用した表面処理装置への応用では依然として問題がある。
【００２８】
以上詳述したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要なサイズ１ｍ×１ｍを越える大面積基板に関するプラズマ発生電源のＶＨＦ級高周波数化により製膜速度の向上は依然として困難で、不可能視されている。なお、応用物理学会においても研究が活発化しているが、１ｍ×１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ利用の表面処理方法およびその装置の成功例は発表されていない。
【００２９】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非接地電極と接地電極にそれぞれ電圧の位相差が１８０度異なる電力を供給する電力供給系を用いた構成にすることにより、１ｍ×１ｍを越える大面積基板に対しても、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る表面処理装置は、プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理装置において、前記真空容器内に対向配置された一対の電極と、前記一対の電極にそれぞれ電力を供給する同軸ケーブルと、前記一対の電極にそれぞれ設置されると共に前記同軸ケーブルの芯線が接続されて、前記同軸ケーブルから電力が供給される給電点と、前記一対の電極の一方の電極に電力を供給する前記同軸ケーブルの外部導体と、他方の電極に電力を供給する前記同軸ケーブルの外部導体とを、それぞれの前記給電点近傍で連結する他の導体とを有し、前記一対の電極に供給された前記電力の電圧の位相差が１８０°であることを特徴とする。
【００３１】
また、この発明に係る表面処理装置は、前記一対の電極に配置された給電点が同数であることを特徴とする。
【００３３】
また、この発明に係る表面処理装置は、前記一対の電極が非接地電極と接地電極とからなることを特徴とする。
【００３４】
また、この発明に係る表面処理装置は、前記非接地電極がラダー型電極であることを特徴とする。
【００３５】
また、この発明に係る表面処理装置は、前記非接地電極が格子状電極であることを特徴とする。
【００３６】
また、この発明に係る表面処理装置は、前記非接地電極、前記非接地電極の前記給電点及び前記非接地電極の前記同軸ケーブルが複数からなると共に、前記接地電極には、前記非接地電極の前記各給電点に対向する位置にそれぞれ前記接地電極の前記給電点が設置され、前記接地電極の前記各給電点にそれぞれ前記接地電極の前記同軸ケーブルが接続されていることを特徴とする。
【００３７】
また、この発明に係る表面処理装置は、前記接地電極が１つ以上の直径２〜５ｍｍの穴があいた板であることを特徴とする。
【００３８】
また、この発明に係る表面処理方法は、真空容器内に対向配置された一対の電極と、前記一対の電極にそれぞれ電力を供給する同軸ケーブルと、前記一対の電極にそれぞれ設置されると共に前記同軸ケーブルの芯線が接続されて、前記同軸ケーブルから電力が供給される給電点と、前記一対の電極の一方の電極に電力を供給する前記同軸ケーブルの外部導体と、他方の電極に電力を供給する前記同軸ケーブルの外部導体とを、それぞれの前記給電点近傍で連結する他の導体とを備えた表面処理装置を用いて、前記一対の電極の間に基板を配置し、プラズマを用いて、その基板の表面を処理する表面処理方法において、前記真空容器内を排気する工程と、前記真空容器内に放電用ガスを供給する工程と、前記一対の電極の双方に電力を供給する工程と、を有し、前記一対の電極に供給された前記電力の電圧の位相差が１８０°であることを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る表面処理装置および表面処理方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、表面処理装置および表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なａ−Ｓｉ薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明の対象が、下記の例の装置および方法に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
まず、図１〜図３を参照して実施例１の表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）７０について説明する。ここで、図１は、本発明の実施例１に係る表面処理装置７０の全体図、図２は、前記表面処理装置７０の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電力供給系を示す説明図、および図３は、前記電力供給系の一構成である給電ケーブルと上記電極とを結線する位置である給電点を示す断面図である。
【００４１】
真空容器１内には、グロー放電プラズマを発生するための一対の電極、すなわちラダー型構造の非接地電極２と平板型構造の接地電極４とが配置されている。ここで、前記接地電極４は、基板ヒータ（図示せず）を内蔵し、被処理物としての基板Ｗを支持すると共に、基板Ｗの温度を制御する機能を有している。
【００４２】
前記非接触電極２は、図１および図３に示すように、棒状部材からなるはしご型構造を有する。外形寸法は長さ１２００ｍｍ、幅１５６ｍｍ、部材の直径６ｍｍである。なお、棒状部材の直径および外形寸法は上記した値に限らない。
【００４３】
前記非接地電極２の外側には、図１および図２に示すようにアースシールド３２が配置されている。アースシールド３２は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ、反応ガス導入管３３ａ、３３ｂより導入されるＳｉＨ_４等反応ガスを反応ガス吐出孔２６と組み合わせて使用されることにより、前記一対の電極、すなわち非接地電極２と接地電極４との間に均一に吐出する機能を有している。また、前記アースシールド３２は、排気管３０および真空ポンプ３１と組み合わせて使用することにより、上記反応ガス導入管３３ａ、３３ｂより導入された反応ガスを排出する機能を有している。
【００４４】
真空容器１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニタされ、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、反応ガスの導入量が１００〜５００ｓｃｃｍ程度で供給される場合、圧力を０．０１〜１０Ｔｏｒｒ（１．３３〜１３３０Ｐａ）程度に調整できる。反応ガスの供給が無い場合、真空容器１内の真空到達圧力は２〜３×１０^−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０^{- ５}Ｐａ）程度である。
【００４５】
非接地電極２および接地電極４間への電力の供給は、図１〜図３に示すように、第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂに後述の給電線、電流導入端子、整合器および高周波電源等により構成の電力供給系が用いられる。
【００４６】
図１および図２において、２出力位相可変発信器５２は、周波数３０〜３００ＭＨｚで、位相の異なる正弦波電圧を２つの端子より出力する。前記２出力位相可変発信器５２の電力を、それぞれ第１および第２の電力増幅器２３ａ、２３ｂで、５００〜１０００W級に増幅する。
【００４７】
第１および第２の同軸ケーブル５３ａ、５３ｂは、前記２出力位相可変発信器５２の出力をそれぞれ送信する。なお、第１および第２の同軸ケーブル５３ａ、５３ｂの外部導体は接地されている。第１および第２の整合器６ａ、６ｂは、インピーダンスの整合を行う。すなわち、後述の第５および第６の同軸ケーブルを介して前記一対の電極２、４に供給する高周波電力の伝送損失を最小限にする調整機能を有している。
【００４８】
第３および第４の同軸ケーブル５４ａ、５４ｂは、前記電力増幅器２３ａ、２３ｂの出力を前記第１および第２の整合器６ａ、６ｂに送電する。なお、第３および第４の同軸ケーブル５４ａ、５４ｂの外部導体は接地されている。第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂは、前記第１および第２の整合器６ａ、６ｂの出力を後述の電流導入端子５５ａ、５５ｂを介して、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂに送電する。なお、第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂの外部導体は接地されている。
【００４９】
第１および第２の電流導入端子５５ａ、５５ｂは、大気側にある第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂと真空容器１内にある第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂとを接続する機能を有する。前記第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの芯線３７ａ、３７ｂは、前記非接地電極２および前記接地電極４に、それぞれ第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂで接続される。
【００５０】
そして、図３に示すように、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は、第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂの近くで導体５０により接続され、同電位になっている。なお、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は接地されている。
【００５１】
オシロスコープ５１は、前記第１および第２の電力増幅器２３ａ、２３ｂの出力の電圧の位相差をモニターする。なお、このオシロスコープ５１で前記電圧の位相差をモニターしながら、前記２出力位相可変発信器５２の出力間の位相を調整することにより、前記電圧の位相差を１８０°に設定する。
【００５２】
次に、上記構成の表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する方法を説明する。図１〜図３において、予め基板Ｗを接地電極４上に設置し、真空ポンプ３１を稼動させ、反応ガス導入管３３ａ、３３ｂからＳｉＨ_４ガスを、例えば２００ｓｃｃｍ、圧力０.５Ｔｏｒｒ（６６.５Ｐａ）で供給しつつ、非接地電極２と接地電極４との間に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を供給する。
【００５３】
すなわち、２出力位相可変発信器５２の信号を第１および第２の電力増幅器２３ａ、２３ｂで増幅し、かつ、該電力増幅器２３ａ、２３ｂの出力電圧の位相差を１８０°とし、出力として、例えば５００Ｗを、第１および第２の整合器６ａ、６ｂ、第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂ、第１および第２の電流導入端子５５ａ、５５ｂ、および第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの芯線３７ａ、３７ｂを介して、給電点１０ａ、１０ｂに供給すると、非接地電極２と接地電極４との間にＳｉＨ_４プラズマが発生する。
【００５４】
ここで、給電点１０ａ、１０ｂに供給される電圧が位相差１８０°であるので、前記一対の電極２、４間に発生する電界は、両電極内のみに生成されるので、結果として、前記給電点１０ａ、１０ｂ近傍には、局部放電などの異常放電は発生しない。
【００５５】
また、前記第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体はお互いに導体５０で接続されているので、両者間での異常放電は抑制されている。なお、基板Ｗの温度は、８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【００５６】
ＳｉＨ_４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ_３、ＳｉＨ_２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ_４、Ｈ_２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ_４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【００５７】
上記の手順に従って製膜した結果の一例を以下に説明する。製膜条件は、次のとおりとした結果、サイズ１２００ｍｍ×１５０ｍｍ（厚み３ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度１ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。
【００５８】
（製膜条件）
・反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ_４）
・流量：２００ｓｃｃｍ
・圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・一対の電極２、４間に供給される電力の電圧の位相差：１８０°
・電力：５００Ｗ
・基板Ｗの温度：１８０℃
【００５９】
なお、本実施例では、非接地電極２のサイズが１２００ｍｍ×１５６ｍｍであるので、基板Ｗのサイズは１２００ｍｍ×１５０ｍｍとした。当然ながら、前記一対の電極２、４の幅方向を増大すれば、基板Ｗのサイズもそれに応じて増大できる。
【００６０】
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、膜厚分布としては±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が可能になった。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレイおよびａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００６１】
（実施例２）
本発明に係る実施例２について、図４および５を参照しながら説明する。まず、実施例２に係る表面処理装置７０について説明する。但し、図１〜図３と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００６２】
図４は、本発明の実施例２に係る表面処理装置７０の全体図、図５は、前記表面処理装置７０の一構成である放電用電極に高周波電力を供給するための電力供給系の一構成である給電ケーブルと上記電極とを結線する位置である給電点を示す断面図である。
【００６３】
図４において、第７および第８の同軸ケーブル５６ａ、５６ｂは、第１および第２の整合器６ａ、６ｂの出力を、それぞれ第１および第２の電力分配器５７ａ、５７ｂに送電する。第１および第２の電力分配器５７ａ、５７ｂは、第７および第８の同軸ケーブル５６ａ、５６ｂで入力された電力を偶数個に、例えば２つに分配する。分配された前記電力は、後述の第５および第９の同軸ケーブル８ａ、８ｃ並びに後述の第６および第１０の同軸ケーブル８ｂ、８ｄで後述の第１〜第４の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｃ、３４ｂ、３４ｄに送電される。
【００６４】
第５および第９の同軸ケーブル８ａ、８ｃは、前記第１の電力分配器５７ａの出力を第１および第３の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｃに送電する。第６および第１０の同軸ケーブル８ｂ、８ｄは、前記第２の電力分配器５７ｂの出力を第２および第４の真空用同軸ケーブル３４ｂ、３４ｄに送電する。
【００６５】
第３および第４の電流導入端子５５ｃ、５５ｄは、大気側にある第９および第１０の同軸ケーブル８ｃ、８ｄと真空容器１内にある第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ｃ、３４ｄとを接続する機能を有する。
第１の導体５０ａは、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体を、第２の導体５０ｂは、第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ｃ、３４ｄの外部導体を、接続し、電気的に導通としている。
【００６６】
第１および第３の給電点１０ａ、１０ｃは、前記非接地電極２と前記第１および第３の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｃの芯線３７ａ、３７ｃとを接続する位置を示す。第２および第４の給電点１０ｂ、１０ｄは、前記非接地電極２と前記第２および第４の真空用同軸ケーブル３４ｂ、３４ｄの芯線３７ｂ、３７ｄとを接続する位置を示す。
【００６７】
次に、図４および図５に示した表面処理装置を用いて、ａ-Ｓｉ太陽電池用ａ-Ｓｉ膜を製造する方法について説明する。図４および図５において、予め基板Ｗを接地電極４上に設置し、真空ポンプ３１を稼動させ、反応ガス導入管３３ａ、３３ｂからＳｉＨ_４ガスを、例えば２００ｓｃｃｍ、圧力０.５Ｔｏｒｒ（６６.５Ｐａ）で供給しつつ、非接地電極２と接地電極４との間に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を合計５００Ｗ供給する。
【００６８】
すなわち、２出力位相可変発信器５２の信号を第１および第２の電力増幅器２３ａ、２３ｂで増幅し、かつ、該電力増幅器２３ａ、２３ｂの出力電圧をオシロスコープ５１でモニターし、前記出力電圧の位相差が１８０°となるように、前記２出力位相可変発信器５２を調整する。前記第１および第２の電力増幅器２３ａ、２３ｂの出力は、それぞれ、例えば２５０Ｗとし、第３および第４の同軸ケーブル５４ａ、５４ｂ、第１および第２の整合器６ａ、６ｂ、第７および第８の同軸ケーブル５６ａ、５６ｂを介して、第１および第２の電力分配器５７ａ、５７ｂに入力される。
【００６９】
第１の電力分配器５７ａの出力の一方は、第５の同軸ケーブル８ａ、第１の電流導入端子５５ａおよび第１の真空用同軸ケーブル３４ａの芯線３７ａを介して、給電点１０ａで非接地電極２に、前記第１の電力分配器５７ａの出力の他方は、第９の同軸ケーブル８ｃ、第３の電流導入端子５５ｃおよび第３の真空用同軸ケーブル３４ｃの芯線３７ｃを介して、給電点１０ｃで非接地電極２に接続される。
【００７０】
第２の電力分配器５７ｂの出力の一方は、第６の同軸ケーブル８ｂ、第２の電流導入端子５５ｂおよび第２の真空用同軸ケーブル３４ｂの芯線３７ｂを介して、給電点１０ｂで接地電極４に、前記第２の電力分配器５７ｂの出力の他方は、第１０の同軸ケーブル８ｄ、第４の電流導入端子５５ｄおよび第４の真空用同軸ケーブル３４ｄの芯線３７ｄを介して、給電点１０ｄで接地電極４に接続される。
【００７１】
なお、前記第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は、給電点１０ａ、１０ｂ近傍で導体５０ａにより接続され、電気的に導通状態になっている。また、前記第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ｃ、３４ｄの外部導体は、給電点１０ｃ、１０ｄ近傍で導体５０ｂにより接続され、電気的に導通状態になっている。
【００７２】
前記した方法で電圧の位相差１８０°、周波数、例えば６０ＭＨｚ、電力、例えば２５０Ｗの高周波電力が、それぞれ非接地電極２の給電点１０ａと接地電極４の給電点１０ｂに、および非接地電極２の給電点１０ｃと接地電極４の給電点１０ｄに供給されると、非接地電極２と接地電極４との間にＳｉＨ_４プラズマが発生する。
【００７３】
ここで、給電点１０ａと１０ｂ、および給電点１０ｃと１０ｄとに供給される電圧が位相差１８０°であるので、前記一対の電極２、４間に発生する電界は、両電極内のみに生成されるので、結果として、前記給電点１０ａ〜１０ｄ近傍には、局部放電などの異常放電は発生しない。
【００７４】
さらに、給電点の個数が、実施例１に比べ、２倍に増加したので、非接地電極２の幅方向の電界分布が改善され、前記一対の電極２、４間に生成されるプラズマの強さ分布も均一化される。なお、基板Ｗの温度は、８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【００７５】
ＳｉＨ_４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ_３、ＳｉＨ_２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ_４、Ｈ_２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ_４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【００７６】
上記の手順に従って製膜した結果の一例を以下に説明する。製膜条件は、次のとおりとした結果、サイズ１２００ｍｍ×１５０ｍｍ（厚み３ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度１．１ｎｍ／ｓ、膜厚分布±８％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。
【００７７】
（製膜条件）
・反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ_４）
・流量：２００ｓｃｃｍ
・圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・一対の電極２、４間に供給される電力の電圧の位相差：１８０°
・電力：合計５００Ｗ
・基板Ｗの温度：１８０℃
【００７８】
なお、本実施例では、非接地電極２のサイズが１２００ｍｍ×１５６ｍｍであるので、基板Ｗのサイズは１２００ｍｍ×１５０ｍｍとした。当然ながら、前記一対の電極２、４の幅方向を増大すれば、基板Ｗのサイズもそれに応じて増大できる。
【００７９】
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、膜厚分布としては±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が可能になった。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレイおよびａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００８０】
（実施例３）
本発明に係る実施例３について、図６を参照しながら説明する。まず、実施例３に係る表面処理装置７０について説明する。但し、図１〜図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００８１】
図６は、本発明の実施例３に係る表面処理装置７０の全体図である。図６において、高周波電源７は、周波数範囲：３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、出力範囲：最大２ｋＷを発生する。整合器６は、インピーダンスの整合を行う。すなわち、前記高周波電源７の出力を、後述の第１１および第１２の同軸ケーブル５９、６０、電力分配器５７、第１３および第１４の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂなどを介して、一対の電極２、４に伝送損失を最小限にする調整機能を有する。
【００８２】
前記第１１の同軸ケーブル５９は、前記高周波電源７の出力を前記整合器６に送電する。前記第１２の同軸ケーブル６０は、前記整合器６の出力を前記電力分配器５７に送電する。前記第１３および第１４の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂは、前記電力分配器５７の出力を後述の第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂに送電する。前記電力分配器５７は、第１２の同軸ケーブル６０を介して送電された前記高周波電源７の出力を偶数個に、例えば２つに分割する。
【００８３】
前記第１のフェーズシフタ５８ａは、第１３の同軸ケーブル６１ａで送電された電力電圧の位相を９０°進める機能がある。第２のフェーズシフタ５８ｂは、第１４の同軸ケーブル６１ｂで送電された電力電圧の位相を９０°遅らせる機能がある。
【００８４】
第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂは、前記第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂの出力を、第１および第２の電流導入端子５５ａ、５５ｂおよび第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂを介して、一対の電極２、４に送電する。
【００８５】
次に、図６に示した表面処理装置を用いて、ａ-Ｓｉ太陽電池用ａ-Ｓｉ膜を製造する方法について説明する。図６において、予め基板Ｗを接地電極４上に設置し、真空ポンプ３１を稼動させ、反応ガス導入管３３ａ、３３ｂからＳｉＨ_４ガスを、例えば２００ｓｃｃｍ、圧力０.５Ｔｏｒｒ（６６.５Ｐａ）で供給しつつ、非接地電極２と接地電極４との間に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を５００Ｗ供給する。
【００８６】
すなわち、高周波電源７の出力を、第１１の同軸ケーブル５９、整合器６、第１２の同軸ケーブル６０および電力分配器５７で２分割する。２分割された前記高周波電源７の出力の一方を第１３の同軸ケーブル６１ａ、第１のフェーズシフタ５８ａ、第５の同軸ケーブル８ａ、第１の電流導入端子５５ａ、第１の真空用同軸ケーブル３４ａの芯線３７ａを介して、給電点１０ａで非接地電極２に接続する。
【００８７】
また、２分割された前記高周波電源７の出力の他方を第１４の同軸ケーブル６１ｂ、第２のフェーズシフタ５８ｂ、第６の同軸ケーブル８ｂ、第２の電流導入端子５５ｂ、第２の真空用同軸ケーブル３４ｂの芯線３７ｂを介して、給電点１０ｂで接地電極４に接続する。なお、前記第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は、給電点１０ａ、１０ｂの近傍で導体５０により接続され、電気的に導通状態になっている。
【００８８】
前記した方法で電圧の位相差１８０°、周波数、例えば７０ＭＨｚ、電力、例えば５００Ｗの高周波電力が、非接地電極２の給電点１０ａと接地電極４の給電点１０ｂとに供給されると、非接地電極２と接地電極４との間にＳｉＨ_４プラズマが発生する。ここで、給電点１０ａと１０ｂに供給される電圧が位相差１８０°であるので、前記一対の電極２、４間に発生する電界は、両電極内のみに生成されるので、結果として、前記給電点１０ａ、１０ｂ近傍には、局部放電などの異常放電は発生しない。
【００８９】
また、前記第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体はお互いに導体５０で接続されているので、両者間での異常放電は抑制されている。なお、基板Ｗの温度は、８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【００９０】
ＳｉＨ_４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ_３、ＳｉＨ_２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ_４、Ｈ_２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ_４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【００９１】
上記の手順に従って製膜した結果の一例を以下に説明する。製膜条件は、次のとおりとした結果、サイズ１２００ｍｍ×１５０ｍｍ（厚み３ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度１ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。
【００９２】
（製膜条件）
・反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ_４）
・流量：２００ｓｃｃｍ
・圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：７０ＭＨｚ
・一対の電極２、４間に供給される電力の電圧の位相差：１８０°
・電力：５００Ｗ
・基板Ｗの温度：１８０℃
【００９３】
なお、本実施例では、非接地電極２のサイズが１２００ｍｍ×１５６ｍｍであるので、基板Ｗのサイズは１２００ｍｍ×１５０ｍｍとした。当然ながら、前記一対の電極２、４の幅方向を増大すれば、基板Ｗのサイズもそれに応じて増大できる。
【００９４】
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、膜厚分布としては±１０％以内であれば、性能上問題はない。上記実施例によれば、７０ＭＨｚ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が可能になった。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレイおよびａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００９５】
（実施例４）
本発明に係る実施例４について、図７を参照しながら説明する。まず、実施例４に係る表面処理装置７０について説明する。但し、図１〜図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００９６】
図７は、本発明の実施例４に係る表面処理装置７０の全体図である。図７において、高周波電源７は、周波数範囲：３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、出力範囲：最大２ｋＷを発生する。整合器６は、インピーダンスの整合を行う。すなわち、前記高周波電源７の出力を、後述の第１１および第１２の同軸ケーブル５９、６０、電力分配器５７、第１５〜第１８の同軸ケーブル６２ａ〜６２ｄなどを介して、一対の電極２、４に伝送損失を最小限にする調整機能を有する。
【００９７】
前記電力分配器５７は、第１２の同軸ケーブル６０を介して送電された前記高周波電源７の出力を偶数個に、例えば４つに等分配し等分配された電力を４つの端子より出力する第１５、第１６、第１７、および第１８の同軸ケーブル６２ａ〜６２ｄは、前記電力分配器５７の出力を後述の第１〜第４のフェーズシフタ５８ａ〜５８ｄに送電する。
【００９８】
前記第１および第３のフェーズシフタ５８ａ、５８ｃは、第１５および第１７の同軸ケーブル６２ａ、６２ｃで送電された電力の電圧の位相を９０°進める機能がある。第２および第４のフェーズシフタ５８ｂ、５８ｄは、第１６および第１８の同軸ケーブル６２ｂ、６２ｄで送電された電力電圧の位相を９０°遅らせる機能がある。
【００９９】
第５、第６、第９および第１０の同軸ケーブル８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、前記第１、第２、第３、および第４のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄの出力を、第１、第２、第３、および第４の電流導入端子５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄおよび第１、第２、第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを介して、一対の電極２、４に送電する。
【０１００】
次に、図７に示した表面処理装置を用いて、ａ-Ｓｉ太陽電池用ａ-Ｓｉ膜を製造する方法について説明する。図７において、予め基板Ｗを接地電極４上に設置し、真空ポンプ３１を稼動させ、反応ガス導入管３３ａ、３３ｂからＳｉＨ_４ガスを、例えば２００ｓｃｃｍ、圧力０.５Ｔｏｒｒ（６６.５Ｐａ）で供給しつつ、非接地電極２と接地電極４との間に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を５００Ｗ供給する。
【０１０１】
すなわち、高周波電源７の出力を、第１１の同軸ケーブル５９、整合器６、第１２の同軸ケーブル６０を介して、電力分配器５７に送電する。該電力分配器５７は、入力された電力を４等分して、第１５〜第１８の同軸ケーブル６２ａ〜６２ｄを介して、それぞれ第１〜第４のフェーズシフタ５８ａ〜５８ｄに送電する。
【０１０２】
第１および第３のフェーズシフタ５８ａ、５８ｃは、入力された電力の電圧の位相を９０°進めて、それぞれ第５および第９の同軸ケーブル８ａ、８ｃ、第１および第３の電流導入端子５５ａ、５５ｃ、第１および第３の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｃの芯線３７ａ、３７ｃを介して、給電点１０ａ、１０ｃで非接地電極２に接続する。
【０１０３】
第２および第４のフェーズシフタ５８ｂ、５８ｄは、入力された電力の電圧の位相を９０°遅らせて、それぞれ第６および第１０の同軸ケーブル８ｂ、８ｄ、第２および第４の電流導入端子５５ｂ、５５ｄ、第２および第４の真空用同軸ケーブル３４ｂ、３４ｄの芯線３７ｂ、３７ｄを介して、給電点１０ｂ、１０ｄで接地電極４に接続する。
【０１０４】
なお、前記第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は、給電点１０ａ、１０ｂの近傍で第１の導体５０ａにより接続され、電気的に導通状態になっている。また、前記第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ｃ、３４ｄの外部導体は、給電点１０ｃ、１０ｄの近傍で第２の導体５０ｂにより接続され、電気的に導通状態になっている。
【０１０５】
前記した方法で電圧の位相差１８０°、周波数、例えば７０ＭＨｚ、電力、例えば２５０Ｗの高周波電力が、それぞれ給電点１０ａと１０ｂ、および１０ｃと１０ｄに供給されると、非接地電極２と接地電極４との間にＳｉＨ_４プラズマが発生する。ここで、給電点１０ａと１０ｂ、および給電点１０ｃと１０ｄに供給される電圧が位相差１８０°であるので、前記一対の電極２、４間に発生する電界は、両電極内のみに生成されるので、結果として、前記給電点１０ａ〜１０ｄ近傍には、局部放電などの異常放電は発生しない。
【０１０６】
さらに、給電点の個数が実施例３に比べ、２倍に増加したので、非接地電極２の幅方向の電界分布が改善され、一対の電極２，４間に生成されるプラズマの強さ分布も均一化される。なお、基板Ｗの温度は、８０〜３５０℃の範囲、例えば２００℃に保持する。
【０１０７】
ＳｉＨ_４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ_３、ＳｉＨ_２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ_４、Ｈ_２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ_４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【０１０８】
上記の手順に従って製膜した結果の一例を以下に説明する。製膜条件は、次のとおりとした結果、サイズ１２００ｍｍ×１５０ｍｍ（厚み３ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度１．１ｎｍ／ｓ、膜厚分布±８％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。
【０１０９】
（製膜条件）
・反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ_４）
・流量：２００ｓｃｃｍ
・圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：７０ＭＨｚ
・一対の電極２、４間に供給される電力の電圧の位相差：１８０°
・電力：合計５００Ｗ
・基板Ｗの温度：１８０℃
【０１１０】
なお、本実施例では、非接地電極２のサイズが１２００ｍｍ×１５６ｍｍであるので、基板Ｗのサイズは１２００ｍｍ×１５０ｍｍとした。当然ながら、前記一対の電極２、４の幅方向を増大すれば、基板Ｗのサイズもそれに応じて増大できる。
【０１１１】
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、膜厚分布としては±１０％以内であれば、性能上問題はない。上記実施例によれば、７０ＭＨｚ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が可能になった。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレイおよびａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【０１１２】
（実施例５）
本発明に係る実施例５について、図８〜１０を参照しながら説明する。まず、実施例５に係る表面処理装置７０について説明する。但し、図１〜図７と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【０１１３】
図８は、本発明の実施例５に係る表面処理装置７０の全体図、図９は、前記表面処理装置７０を構成する電極の説明図、および図１０は、前記表面処理装置を構成する一対の電極への電力供給部の説明図である。
【０１１４】
真空容器１内には、グロー放電プラズマを発生するための一対の電極、すなわち非接地電極である格子形状の電極（以下、障子枠型電極と呼ぶ）１０２と平板型構造の接地電極４とが配置されている。前記障子枠型電極１０２は、棒状の線材で構成され、図９および図１０に示すように、複数個の障子の枠の横桟１１３ａ、１１３ｂおよび３本の障子の枠の縦桟１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃより構成されている。
【０１１５】
前記障子枠型電極１０２の中央部には、後述の同軸ケーブルの芯線３７ａとの接続に用いられる給電点１０ａが接続されている。寸法は任意であるが、本実施例では、外形１０ｍｍ、外寸法１２０６ｍｍ×１０００ｍｍである。なお、前記障子の枠の横桟１１３ａ、１１３ｂおよび縦桟１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃおよび第１の給電点１０ａは、直流的に導通となっている。
【０１１６】
前記接地電極４の中央部には、図１０に示すように後述の同軸ケーブルの芯線３７ｂとの接続に用いられる小穴１０９ａ、１０９ｂが設けられている。なお、前記接地電極４と後述の同軸ケーブルの芯線３７ｂは前記小穴１０９ａ、１０９ｂを用いて接続され、第２の給電点１０ｂが形成される。また、前記接地電極４は、基板ヒータ（図示せず）を内蔵しており、被処理物としての基板Ｗを支持するとともに基板Ｗの温度を制御する機能を有している。
【０１１７】
前記障子枠型電極１０２の外側には、図８に示すようにアースシールド３２が配置されている。前記アースシールド３２には、不要な部分での放電を抑制し、かつ反応ガス導入管３３ａ、３３ｂより導入される反応ガスを反応ガス吐出孔２６と組み合わせて使用されることにより、前記一対の電極１０２、４の間に均一に吐出する機能を有している。
【０１１８】
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、本実施例では、反応ガスの導入量５００〜１５００ｓｃｃｍ程度が供給の場合、圧力を０．０１〜３Ｔｏｒｒ（１．３３〜３９９Ｐａ）程度に調整できる。反応ガス供給が無い場合、真空容器１内の真空到達圧力は、２〜３×１０^−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０^−５Ｐａ）程度である。
【０１１９】
障子枠型電極１０２および接地電極４の間への電力供給は、図８および図１０に示すように、第１の給電点１０ａおよび第２の給電点１０ｂに後述の同軸ケーブル、電流導入端子、フェーズシフタ、電力分配器、整合器および高周波電源等により構成の電力供給系が用いられる。
【０１２０】
高周波電源７は、周波数３０ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚの任意の周波数を発生する。なお、周波数３０ＭＨｚ〜８０ＭＨｚと８０ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚとに分けて２台で構成する場合もある。第１１および第１２の同軸ケーブル５９，６０はＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電力を伝送する。整合器６は、後述の電力分配器５７、第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂなどを介して、前記一対の電極１０２、４の間に前記高周波電源７の出力を損失を最小限に抑えて送電する調整機能を有している。
【０１２１】
電力分配器５７は、前記第１２の同軸ケーブル６０を介して送電された前記高周波電源７の出力を２つに分割し、前記第１３および第１４の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂを介して、後述の第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂに送電する。第１のフェーズシフタ５８ａは、前記第１３の同軸ケーブル６１ａで送電された電力の電圧の位相を９０°進める機能がある。第２のフェーズシフタ５８ｂは、前記第１４の同軸ケーブル６１ｂで送電された電力の電圧の位相を９０°遅らせる機能がある。
【０１２２】
第１および第２の電流導入端子５５ａ、５５ｂは、大気側にある第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂと真空側にある第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂとを接続し、電気的に導通状態としている。第１の給電点１０ａは、前記障子枠型電極１０２と前記第１の真空用同軸ケーブル３４ａの芯線３７ａとを接続する。第２の給電点１０ｂは、前記接地電極４と前記第２の真空用同軸ケーブル３４ｂの芯線３７ｂとを接続する。なお、第２の給電点１０ｂは、図８に示すように、前記芯線３７ｂが小穴１０９ａ、１０９ｂを介して、接地電極４に固着される。
【０１２３】
導体５０は、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体を第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂに近い位置にて電気的に導通としている。なお、導体５０の材料にはアルミニウムを用いている。
【０１２４】
次に、上記構成の表面処理装置７０を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する場合について、方法を説明する。図８〜１０において、予め基板Ｗを接地電極４上に設置し、真空ポンプ３１を稼動させて、反応ガス導入管３３ａ、３３ｂからＳｉＨ_４ガスを、例えば３００ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）で供給しつつ、障子枠型電極１０２と接地電極４との間に超高周波電力、例えば６０ＭＨｚの電力を供給する。すなわち、高周波電源７の出力を第１１の同軸ケーブル５９、整合器６、第１２の同軸ケーブル６０を介して電力分配器５７に送電する。
【０１２５】
前記電力分配器５７は、第１２の同軸ケーブル６０等を介して入力された前記高周波電源７の出力を２つに分割する。その一方は、第１３の同軸ケーブル６１ａを介して第１のフェーズシフタ５８ａへ送電される。その他方は、第１４の同軸ケーブル６１ｂを介して第２のフェーズシフタ５８ｂへ送電される。
【０１２６】
第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂは、それぞれ第１３および第１４の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂより入力された電力の電圧の位相を９０°進遅させる。すなわち、前記第１のフェーズシフタ５８ａは、入力された電力の電圧の位相を９０°進め、前記第２のフェーズシフタ５８ｂは、入力された電力の電圧の位相を９０°遅らせる。したがって、前記第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂの出力の電圧の位相差は、１８０°となる。
【０１２７】
そして、その出力は、第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂにより、第１および第２の電流導入端子５５ａ、５５ｂを介して、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂへ送電される。なお、前記第１１、第１２、第１３、第１４、第５および第６の同軸ケーブル５９、６０、６１ａ、６１ｂ、８ａ、８ｂ、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は、それぞれ接地されている。
【０１２８】
前記第１の真空用同軸ケーブル３４ａの芯線３７ａは、非接地電極すなわち図９および図１０に示した障子枠型電極１０２の中央部に固着されている第１の給電点１０ａに接続される。前記第２の真空用同軸ケーブル３４ｂの芯線３７ｂは、接地電極４の小穴１０９ａ、１０９ｂを介して、接地電極４にある第２の給電点１０ｂにて固着される。
【０１２９】
なお、図８に示すように第１の真空用同軸ケーブル３４ａの外部導体と第２の真空用同軸ケーブル３４ｂの外部導体とは、それぞれ第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂに近い部分にて、導体５０により接続し、同電位あるいは同電位に近い状態にしている。
【０１３０】
前記した構造の表面処理装置７０および電気配線において、電圧の位相差１８０°、周波数、例えば６０ＭＨｚ、電力、例えば１ｋＷの高周波電力が障子枠型電極１０２の第１の給電点１０ａと接地電極４の第２の給電点１０ｂとに供給されると、前記一対の電極１０２、４間にＳｉＨ_４プラズマが生成される。
【０１３１】
ここで、第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂに供給される電圧の位相差が１８０°であるので、前記一対の１０２、４間に発生する電界は、前記一対の電極１０２、４間のみに発生されるので、結果として前記第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂ近傍には局部放電などの異常放電は発生しない。また、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は互いに導体５０で接続されているので、両者間での異常放電は抑制されている。なお、基板Ｗの温度は８０℃〜３５０℃の範囲で、例えば２００℃に保持する。
【０１３２】
ＳｉＨ_４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ_３、ＳｉＨ_２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ_４、Ｈ_２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ_４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【０１３３】
上記の手順に従って製膜した結果の一例を以下に説明する。製膜条件は、次のとおりとした結果、サイズ１０００ｍｍ×８００ｍｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度１．０ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１４％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。但し、サイズ１０００ｍｍ×８００ｍｍからガラス基板の外周部を除いた面積８００ｍｍ×６００ｍｍでは膜厚分布±１０％であった。
【０１３４】
（製膜条件）
・反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ_４）
・流量：３００ｓｃｃｍ
・圧力：０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・一対の電極１０２、４間に供給される電力の電圧の位相差：１８０°
・電力：１ｋＷ
・基板Ｗの温度：２００℃
【０１３５】
なお、本実施例では、障子枠型電極１０２のサイズが１２０６ｍｍ×１０００ｍｍであった。電源周波数６０ＭＨｚの波長（真空中で５ｍ）と圧力０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）のＳｉＨ_４プラズマ中での波長短縮率（経験的に８０％と推定）を考慮すると、前記障子枠型電極１０２で生成されるプラズマの強さの一様な部分は、短縮した波長（４ｍ）の１／４〜１／６と見積もれば、上記ガラス基板の外周部を除いた面積８００ｍｍ×６００ｍｍでの製膜分布±１０％は妥当な値と考えられる。
【０１３６】
（実施例６）
本発明に係る実施例６の表面処理装置は、上記実施例５に係る表面処理装置と略同一の構成であるが、図８に示される接地電極４に代えて、図１１に示す接地電極４ａを用いる点が異なる。本発明に係る実施例６について、図８、１１を参照しながら、実施例６に係る表面処理装置７０について説明する。但し、図１〜図１０と同部材は同符番を付して説明を省略する。図１１は、本発明の実施例６の表面処理装置を構成する一対の電極への電力供給部の説明図である。
【０１３７】
接地電極４ａは、後述の多数の小穴１１１を有している。小穴１１１は、直径２〜５ｍｍであり、接地電極４ａの裏面１１０ａから表面１１０ｂへ超高周波電力の送電に用いられる。第３の給電点１０ｃは、第２の真空用同軸ケーブル３４ｂの芯線３７ｂを前記接地電極４ａに固着している。
【０１３８】
接地電極４ａを用い、実施例５と同様の手順にて製膜した結果の一例を以下に説明する。製膜条件は、次のとおりとした結果、サイズ１０００ｍｍ×８００ｍｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度１．０ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１２％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。但し、サイズ１０００ｍｍ×８００ｍｍからガラス基板の外周部を除いた面積８００ｍｍ×６００ｍｍでは膜厚分布±９％であった。
【０１３９】
（製膜条件）
・反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ_４）
・流量：３００ｓｃｃｍ
・圧力：０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・一対の電極１０２、４ａ間に供給される電力の電圧の位相差：１８０°
・電力：１ｋＷ
・基板Ｗの温度：２００℃
【０１４０】
本実施例では、実施例５と異なり、多数の小穴１１１付きの接地電極４ａを用いたことおよび接地電極への給電に第３の給電点１０ｃを用い、かつ第３の給電点１０ｃから供給された電力の伝播路として前記多数の小穴１１１が用いられたことにより、実施例５に比べ、若干膜厚分布が改善されていると考えられる。障子枠型電極１０２のサイズが１２０６ｍｍ×１０００ｍｍであった。電源周波数６０ＭＨｚの波長（真空中で５ｍ）と圧力０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）のＳｉＨ_４プラズマ中での波長短縮率（経験的に８０％と推定）を考慮すると、前記障子枠型電極１０２で生成されるプラズマの強さの一様な部分は、短縮した波長（４ｍ）の１／４〜１／６と見積もれば、上記ガラス基板の外周部を除いた面積８００ｍｍ×６００ｍｍでの製膜分布±１０％は妥当な値と考えられる。
【０１４１】
（実施例７）
本発明に係る実施例７について、図１２、１３を参照しながら、実施例６に係る表面処理装置７０について説明する。但し、図１〜図１１と同部材は同符番を付して説明を省略する。図１２は、本発明の実施例７に係る表面処理装置７０の全体図、図１３は、前記表面処理装置を構成する一対の電極への電力供給部の説明図である。
【０１４２】
真空容器１内には、グロー放電プラズマを発生するための一対の電極、すなわち図１３に示す障子枠型電極１０２と平板型構造の接地電極４とが配置されている。前記障子枠型電極１０２は、棒状の線材で構成され、図１３に示すように、複数個の障子の枠の横桟１１８ａ、１１８ｂおよび５本の障子の枠の縦桟１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ、１１９ｅより構成されている。
【０１４３】
前記障子枠型電極１０２の中央部２箇所には、後述の第１の真空用同軸ケーブル３４ａの芯線３７ａとの接続に用いられる第１の給電点１０ａが接続されている。また、後述の第３の真空用同軸ケーブル３４ｃの芯線３７ｃとの接続に用いられる第４の給電点１０ｄが接続されている。寸法は任意であるが、本実施例では、外形１０ｍｍ、外寸法８１６ｍｍ×１４００ｍｍである。なお、前記障子の枠の横桟１１８ａ、１１８ｂおよび縦桟１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ、１１９ｅおよび第１および第４の給電点１０ａ、１０ｄは、直流的に導通となっている。
【０１４４】
前記接地電極４の中央部には、図１３に示すように後述の第２および第４の真空用同軸ケーブル３４ｂ、３４ｄの芯線３７ｂ、３７ｄとの接続に用いられる小穴１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄが設けられている。なお、前記接地電極４と後述の第２および第４の真空用同軸ケーブル３４ｂ、３４ｄの芯線３７ｂ、３７ｄは前記小穴１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄを用いて接続され、第２および第５の給電点１０ｂ、１０ｅが形成される。また、前記接地電極４は、基板ヒータ（図示せず）を内蔵しており、被処理物としての基板Ｗを支持するとともに基板Ｗの温度を制御する機能を有している。
【０１４５】
前記障子枠型電極１０２の外側には、図１２に示すようにアースシールド３２が配置されている。前記アースシールド３２には、不要な部分での放電を抑制し、かつ反応ガス導入管３３ａ、３３ｂより導入される反応ガスを反応ガス吐出孔２６と組み合わせて使用されることにより、前記一対の電極１０２、４の間に均一に吐出する機能を有している。前記反応ガス吐出孔２６より導入された反応ガスは、一対の電極１０２、４間でプラズマ化された後、排気管３０および真空ポンプ３１により、真空容器１の外へ排出される。
【０１４６】
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、本実施例では、反応ガスの導入量５００〜１５００ｓｃｃｍ程度が供給の場合、圧力を０．０１〜３Ｔｏｒｒ（１．３３〜３９９Ｐａ）程度に調整できる。反応ガス供給が無い場合、真空容器１内の真空到達圧力は、２〜３×１０^−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０^−５Ｐａ）程度である。
【０１４７】
障子枠型電極１０２および接地電極４の間への電力供給は、図１２および図１３に示すように、第１および第２の給電点１０ａ、１０ｂ、並びに第４および第５の給電点１０ｄ、１０ｅに後述第１、第２および第３、第４の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、第１、第２、第３および第４の電流導入端子５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、第１、第２、第３および第４のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、第１および第２の電力分配器５７ａ、５７ｂ、第１および第２の整合器６ａ、６ｂおよび第１および第２の高周波電源７ａ、７ｂ等により構成の電力供給系が用いられる。
【０１４８】
第１および第２の高周波電源７ａ、７ｂは、互いに独立に作動し、周波数３０ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚの任意の周波数を発生する。第１１、第１２、第１９および第２０の同軸ケーブル５９、６０、６３、６４はＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電力を伝送する。第１および第２の整合器６ａ、６ｂは、それぞれインピーダンスの整合調整の機能がある。
【０１４９】
第１および第２の電力分配器５７ａ、５７ｂは、前記第１１および第１９の同軸ケーブル５９、６３、前記第１および第２の整合器６ａ、６ｂ、第１２および第２０の同軸ケーブル６０、６４を介して送電された前記第１および第２の高周波電源７ａ、７ｂの出力を２つに分割する。
【０１５０】
第１の電力分配器５７ａで２つに分割された電力は、後述の第１３および第１４の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂを介して、後述の第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂに送電する。第２の電力分配器５７ｂで２つに分割された電力は、後述の第２１および第２２の同軸ケーブル６１ｃ、６１ｄを介して、後述の第３および第４のフェーズシフタ５８ｃ、５８ｄに送電する。
【０１５１】
第１３、第１４、第２１および第２２の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、それぞれＶＨＦ帯の電力を送電する。第１および第３のフェーズシフタ５８ａ、５８ｃは、それぞれ前記第１３および第２１の同軸ケーブル６１ａ、６１ｃで送電された電力の電圧の位相を９０°進める機能がある。第２および第４のフェーズシフタ５８ｂ、５８ｄは、それぞれ前記第１４および第２２の同軸ケーブル６１ｂ、６１ｄで送電された電力の電圧の位相を９０°遅らせる機能がある。
【０１５２】
第５、第６、第９および第１０の同軸ケーブル８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、それぞれＶＨＦ帯の電力を送電する。第１、第２、第３および第４の電流導入端子５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは、大気側にある第５、第６、第９および第１０の同軸ケーブル８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄと真空側にある第１、第２、第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄとを接続し、電気的に導通状態としている。
【０１５３】
第１および第４の給電点１０ａ、１０ｄは、前記障子枠型電極１０２と前記第１および第３の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｃの芯線３７ａ、３７ｃとを接続する。第２および第５の給電点１０ｂ、１０ｅは、前記接地電極４と前記第２および第４の真空用同軸ケーブル３４ｂ、３４ｄの芯線３７ｂ、３７ｄとを接続する。なお、第２および第５の給電点１０ｂ、１０ｅは、図１３に示すように、前記芯線３７ｂ、３７ｄが小穴１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃ、１０９ｄを介して、接地電極４に固着される。
【０１５４】
第１および第２の導体５０ａ、５０ｂ（図示せず）は、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂと、第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ｃ、３４ｄとの外部導体を接続し、電気的に導通としている。
【０１５５】
次に、上記構成の表面処理装置７０を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する場合について、方法を説明する。図１２、１３において、予め基板Ｗを接地電極４上に設置し、真空ポンプ３１を稼動させて、反応ガス導入管３３ａ、３３ｂからＳｉＨ_４ガスを、例えば３００ｓｃｃｍ、圧力０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）で供給しつつ、障子枠型電極１０２と接地電極４との間に超高周波電力、例えば６０ＭＨｚの電力を供給する。すなわち、第１および第２の高周波電源７ａ、７ｂの出力をそれぞれ第１１および第１９の同軸ケーブル５９、６３、第１および第２の整合器６ａ、６ｂ、第１２および第２０の同軸ケーブル６０、６４を介して第１および第２の電力分配器５７ａ、５７ｂに送電する。
【０１５６】
前記第１の電力分配器５７ａは、第１２の同軸ケーブル６０等を介して入力された前記高周波電源７ａの出力を２つに分割する。その一方は、第１３の同軸ケーブル６１ａを介して第１のフェーズシフタ５８ａへ送電される。その他方は、第１４の同軸ケーブル６１ｂを介して第２のフェーズシフタ５８ｂへ送電される。
【０１５７】
第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂは、それぞれ第１３および第１４の同軸ケーブル６１ａ、６１ｂより入力された電力の電圧の位相を９０°進遅させる。すなわち、前記第１のフェーズシフタ５８ａは、入力された電力の電圧の位相を９０°進め、前記第２のフェーズシフタ５８ｂは、入力された電力の電圧の位相を９０°遅らせる。したがって、前記第１および第２のフェーズシフタ５８ａ、５８ｂの出力の電圧の位相差は、１８０°となる。
【０１５８】
そして、その出力は、第５および第６の同軸ケーブル８ａ、８ｂにより、第１および第２の電流導入端子５５ａ、５５ｂを介して、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂへ送電される。なお、前記第１１、第１２、第１３、第１４、第５および第６の同軸ケーブル５９、６０、６１ａ、６１ｂ、８ａ、８ｂ、第１および第２の真空用同軸ケーブル３４ａ、３４ｂの外部導体は、それぞれ接地されている。
【０１５９】
前記第１の真空用同軸ケーブル３４ａの芯線３７ａは、障子枠型電極１０２の中央部に固着されている第１の給電点１０ａに接続される。前記第２の真空用同軸ケーブル３４ｂの芯線３７ｂは、接地電極４の小穴１０９ａ、１０９ｂを介して、接地電極４にある第２の給電点１０ｂにて固着される。
【０１６０】
他方前記第２の電力分配器５７ｂは、第２０同軸ケーブル６４等を介して入力された前記高周波電源７ｂの出力を２つに分割する。その一方は、第２１の同軸ケーブル６１ｃを介して第３のフェーズシフタ５８ｃへ送電される。その他方は、第２２の同軸ケーブル６１ｄを介して第４のフェーズシフタ５８ｄへ送電される。
【０１６１】
第３および第４のフェーズシフタ５８ｃ、５８ｄは、それぞれ第２１および第２２の同軸ケーブル６１ｃ、６１ｄより入力された電力の電圧の位相を９０°進遅させる。すなわち、前記第１のフェーズシフタ５８ａは、入力された電力の電圧の位相を９０°進め、前記第４のフェーズシフタ５８ｄは、入力された電力の電圧の位相を９０°遅らせる。したがって、前記第３および第４のフェーズシフタ５８ｃ、５８ｄの出力の電圧の位相差は、１８０°となる。
【０１６２】
そして、その出力は、第９および第１０の同軸ケーブル８ｃ、８ｄにより、第３および第４の電流導入端子５５ｃ、５５ｄを介して、第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ｃ、３４ｄへ送電される。なお、前記第１９、第２０、第２１、第２２、第９、第１０の同軸ケーブル６３、６４、６１ｃ、６１ｄ、８ｃ、８ｄ、第３および第４の真空用同軸ケーブル３４ｃ、３４ｄの外部導体は、それぞれ接地されている。
【０１６３】
前記第３の真空用同軸ケーブル３４ｃの芯線３７ｃは、障子枠型電極１０２の中央部に固着されている第４の給電点１０ｄに接続される。前記第４の真空用同軸ケーブル３４ｄの芯線３７ｄは、接地電極４の小穴１０９ｃ、１０９ｄを介して、接地電極４にある第５の給電点１０ｅにて固着される。
【０１６４】
前記した構造の表面処理装置７０および電気配線において、電圧の位相差１８０°、周波数、例えば６０ＭＨｚ、電力、例えば１ｋＷの高周波電力が障子枠型電極１０２の第１および第４の給電点１０ａ、１０ｄと接地電極４の第２および第５の給電点１０ｂ、１０ｅとに供給されると、前記一対の電極１０２、４間にＳｉＨ_４プラズマが生成される。
【０１６５】
ここで、第１と第２および第４と第５の給電点１０ａと１０ｂ、１０ｄと１０ｅに供給される電圧の位相差が１８０°であるので、前記一対の１０２、４間に発生する電界は、前記一対の電極１０２、４間のみに発生されるので、結果として前記第１と第２および第４と第５の給電点１０ａと１０ｂ、１０ｄと１０ｅ近傍には局部放電などの異常放電は発生しない。また、第１と第２および第３と第４の真空用同軸ケーブル３４ａと３４ｂ、３４ｃと３４ｄの外部導体はそれぞれ互いに第１および第２の導体５０ａ、５０ｂで接続されているので、両者間での異常放電は抑制されている。なお、基板Ｗの温度は８０℃〜３５０℃の範囲で、例えば２００℃に保持する。
【０１６６】
ＳｉＨ_４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ_３、ＳｉＨ_２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ_４、Ｈ_２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ_４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【０１６７】
上記の手順に従って製膜した結果の一例を以下に説明する。製膜条件は、次のとおりとした結果、サイズ８００ｍｍ×１２００ｍｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度１．０ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。なお、本実施例では、障子枠型電極１０２のサイズは、線径１０ｍｍ、外寸法９２０ｍｍ×１４００ｍｍであった。
【０１６８】
（製膜条件）
・反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ_４）
・流量：５００ｓｃｃｍ
・圧力：０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・一対の電極１０２、４間に供給される電力の電圧の位相差：１８０°
・電力：１．８ｋＷ
・基板Ｗの温度：２００℃
【０１６９】
（実施例８）
実施例５および７の応用として、複数個の障子枠型電極、１個の平板型接地電極および複数個の高周波電源等を組み合わせた構成の表面処理装置の例が考えられる。図１４は、本発明の実施例８に係る複数個の障子枠型電極、１個の平板型接地電極および複数個の高周波電源等を組み合わせた構成の表面処理装置における一対の電極の構造例を示す。
【０１７０】
同一平面にそろえて設置された第１〜第４の障子枠型電極１０２ａ〜１０２ｄは、それぞれ第１〜第４の給電点１２１ａ〜１２１ｄで図示しない４個の互いに独立の高周波電源の出力の一部分である電圧の位相が９０°進んだ出力を送電する同軸ケーブルの芯線が接続される。
【０１７１】
接地電極４は、第１〜第４の障子枠型電極１０２ａ〜１０２ｄと対向して設置される。前記接地電極４には、前記第１〜第４の給電点１２１ａ〜１２１ｄに対向する位置にそれぞれ給電点（図示せず）が設置される。そして、該給電点には、前記４個の高周波電源の出力の他方の一部分である電圧位相が９０°遅れた出力を送電する同軸ケーブルの芯線が接続される。
【０１７２】
前記第１〜第４の障子枠型電極の寸法は、例えば線径１０ｍｍで、使用電源周波数、使用プラズマ生成時の圧力および使用するガス種に対応させて選定することが望ましい。例えば、使用ガス種：ＳｉＨ_４、圧力：０．３Ｔｏｒｒ（３９．９Ｐａ）の場合、前記第１〜第４の障子枠型電極１０２ａ〜１０２ｄの外形寸法は電源周波数：６０ＭＨｚの場合（波長の短縮率を８０％と推定）、約８００ｍｍ×約８００ｍｍ以下、８０ＭＨｚの場合、約６００ｍｍ×約６００ｍｍ以下、１００ＭＨｚの場合、約４８０ｍｍ×約４８０ｍｍ以下である。なお、プラズマの圧力を考慮する必要があるが、前記第１〜第４の障子枠型電極の外形寸法はその一辺の長さとして、プラズマ中の短縮化した波長の１／４〜１／６が目安とする。
【０１７３】
ここでは、本実施例の主要な部分のみの説明にとどめるが、複数個の障子枠型電極と、複数個の互いに独立関係にある長高周波電源と、前記複数個の障子枠型電極に対応した１つの平板型電極とを組み合わせることにより、大面積基板に対応可能な表面処理装置を提供できることは明らかである。
【０１７４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る表面処理装置では、一対の電極に供給される電力の電圧位相差を１８０°とすることにより、一対の電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となった。したがって、生成されるプラズマの強さが均一化されるようになった。
【０１７５】
また、一対の電極に配置された給電点が同数であるので、さらに、一対の電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となった。したがって、生成されるプラズマの強さが均一化されるようになった。
【０１７６】
なお、一対の電極の一方の電極に電力を供給する同軸ケーブルの外部導体と、他方の電極に電力を供給する同軸ケーブルの外部導体とを、それぞれの給電点近傍で、他の導体にて連結させたので、給電点付近での異常放電が抑制され、より一層一対の電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となり、一対の電極間に生成されるプラズマの強さがより一層均一化される。
【０１７７】
また、一対の電極が非接地電極と接地電極とからなる構成としたので、電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となった。
【０１７８】
また、非接地電極をラダー構造としたので、給電点付近での異常放電が抑制され、より一層非接地電極と接地電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となり、非接地電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さがより一層均一化される。さらに、非接地電極を格子状構造としても良い。
【０１７９】
また、非接地電極、前記非接地電極の前記給電点及び前記非接地電極の前記同軸ケーブルが複数からなると共に、前記接地電極には、前記非接地電極の前記各給電点に対向する位置にそれぞれ前記接地電極の前記給電点が設置され、前記接地電極の前記各給電点にそれぞれ前記接地電極の前記同軸ケーブルが接続されていることにより、給電点付近での異常放電が抑制され、より一層非接地電極と接地電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となり、非接地電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さがより一層均一化されるので、大面積基板に対応可能な表面処理装置を提供できる。
【０１８０】
また、接地電極が１つ以上の直径２〜５ｍｍの穴があいた板構造としたので、接地電極の裏面から表面へ超高周波電力が送電されるため、給電点付近での異常放電が抑制され、より一層非接地電極と接地電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となり、非接地電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さがより一層均一化される。
【０１８１】
また、この発明に係る表面処理装置によれば、ＶＨＳ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数を使用するプラズマ現象のメリットを得て、かつ、超大面積基板に対する均一な表面処理を行うことができる。
【０１８２】
したがって、従来困難視されていたＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり超大面積基板に対する均一な表面処理、すなわち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上とが可能となった。この効果は、特に、太陽電池、ＬＣＤ業界での生産性向上に関する貢献度は著しく大きいものである。
【０１８３】
また、この発明に係る表面処理装置によれば、ＬＣＤ、複写機用感光体、太陽電池、ＬＳＩ等薄膜半導体の応用製品の生産性向上および品質・性能向上が図れるという効果が生じるので、前記応用製品の生産コストを著しく低減できる。
【０１８４】
また、この発明に係る表面処理装置によれば、製品のサイズが大きいほど製品価値が増大する、いわゆる大面積画面化が図れ、ＬＣＤ、複写機用感光体および太陽電池等の応用製品製造に提供できるので、新製品の創出という効果が生じる。それゆえ、斯界での工業的価値は極めて大きい。
【０１８５】
この発明に係る表面処理方法によれば、一対の電極間に乱れの無い電界を発生させることが可能となり、一対の電極間に生成されるプラズマの強さが均一化される表面処理方法を提供できる。
【０１８６】
また、ＶＨＳ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数を使用するプラズマ現象のメリットを得て、かつ、超大面積基板に対する均一な表面処理を行うことができる。したがって、従来困難視されていたＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり超大面積基板に対する均一な表面処理、すなわち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上とが可能となった。この効果は、特に、太陽電池、ＬＣＤ業界での生産性向上に関する貢献度は著しく大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る表面処理装置の全体図。
【図２】前記表面処理装置の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電力供給系を示す説明図。
【図３】前記電力供給系の一構成である給電ケーブルと上記電極とを結線する位置である給電点を示す断面図。
【図４】本発明の実施例２に係る表面処理装置の全体図。
【図５】前記表面処理装置の一構成である放電用電極に高周波電力を供給するための電力供給系の一構成である給電ケーブルと上記電極とを結線する位置である給電点を示す断面図。
【図６】本発明の実施例３に係る表面処理装置の全体図。
【図７】本発明の実施例４に係る表面処理装置の全体図。
【図８】本発明の実施例５に係る表面処理装置の全体図。
【図９】前記表面処理装置を構成する電極の説明図。
【図１０】前記表面処理装置を構成する一対の電極への電力供給部の説明図高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図１１】本発明の実施例６の表面処理装置を構成する一対の電極への電力供給部の説明図。
【図１２】本発明の実施例７に係る表面処理装置の全体図。
【図１３】前記表面処理装置を構成する一対の電極への電力供給部の説明図。
【図１４】本発明の実施例８に係る複数個の障子枠型電極、１個の平板型接地電極および複数個の高周波電源等を組み合わせた構成の表面処理装置における一対の電極の構造例。
【図１５】従来の技術に係る表面処理装置の概念図。
【図１６】従来の技術に係る放電電極への給電方法に用いた装置の回路を示すブロック構成図。
【図１７】従来の技術に係る電極への給電端子の取り付け部分を示す図。
【図１８】電圧波の説明図。
【図１９】電圧の合成波の説明図。
【図２０】ラダー型構造の非接地電極の給電点の一例。
【図２１】電極の表面を電流が流れる模式図。
【図２２】局部放電箇所の一例。
【図２３】局部放電箇所の一例。
【符号の説明】
１…真空容器
２…非接地電極
４、４ａ…接地電極
６、６ａ、６ｂ…整合器
７、７ａ、７ｂ…高周波電源
８ａ〜８ｄ、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂ、５９，６０，６１ａ〜ｄ、６２ａ〜ｄ、６３，６４…同軸ケーブル
１０ａ〜１０ｅ、１２１ａ〜１２１ｄ…給電点
２２…高周波発振器
２３ａ、２３ｂ…電力増幅器
２５…フェーズシフタ
２６…反応ガス吐出孔
３０…排気管
３１…真空ポンプ
３３ａ、３３ｂ…反応ガス導入管
３４、３４ａ〜３４ｄ…真空用同軸ケーブル
３７、３７ａ〜３７ｄ…芯線
５０、５０ａ、５０ｂ…導体
５１…オシロスコープ
５２…出力位相可変発信器
５５ａ〜５５ｄ…電流導入端子
５７、５７ａ、５７ｂ…電力分配器
５８ａ〜ｄ…フェーズシフタ
７０…表面処理装置
１０２、１０２ａ〜１０２ｄ…障子枠型電極
Ｗ…基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
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 glow discharge plasma of a discharge gas. The present invention particularly relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method using reactive plasma that generates plasma by glow discharge of a discharge gas generated by high-frequency power having a frequency of 30 MHz to 300 MHz.
[0002]
[Prior art]
Various types of processing are performed on the surface of the substrate using reactive plasma to manufacture various electronic devices. LSI (Large Scale Integrated Circuit), LCD (Liquid Crystal Display), amorphous Si solar cell, thin film polycrystalline Si solar cell Have already been put to practical use in fields such as photoconductors for copying machines and various information recording devices.
[0003]
The technical fields of the surface treatment are diverse, such as thin film formation, etching, and surface modification, all of which utilize the chemical and physical action of reactive plasma. As an apparatus and method relating to the generation of the reactive plasma, there is an apparatus that uses a non-grounded electrode of a ladder type (ladder type) structure for glow discharge generation (for example, see Patent Document 1).
[0004]
The conventional technique described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a conceptual diagram of a surface treatment apparatus according to the prior art, FIG. 16 is a block configuration diagram showing a circuit of the apparatus used for the power feeding method to the discharge electrode according to the prior art, and FIG. The figure which shows the attachment part of the electric power feeding terminal to the electrode which concerns on FIG. 18, FIG. 18 is explanatory drawing of a voltage wave, FIG. 19 is explanatory drawing of the synthetic wave of a voltage.
[0005]
As shown in FIGS. 15 and 16, the surface treatment apparatus 70 includes a vacuum vessel 1 that surrounds the substrate W, a ladder-type non-grounded electrode 2 that faces the substrate W in the vacuum vessel 1, And a power supply circuit 28a for supplying power to the ground electrode 2.
[0006]
A vacuum pump 31 is connected to the vacuum vessel 1 through an exhaust pipe 30 that exhausts a gas such as a reaction gas in the vacuum vessel 1. An earth shield 32 is arranged. The earth shield 32 suppresses discharge in unnecessary portions, and is used in combination with the exhaust pipe 30 so that the reaction gas and other products introduced from the reaction gas introduction pipes 33a and 33b can be removed. And has a function of discharging through the exhaust pipe 30.
[0007]
When the vacuum pump 31 is activated, the internal pressure is 1 × 10^-3~ 1x10^-6It is designed to be evacuated to about Torr. When silane or disilane is supplied as a film forming process gas from the reaction gas introduction pipes 33a and 33b to the gas supply pipe, the film forming process gas is supplied between the non-grounded electrode 2 and the substrate W from a large number of blowing holes. It is like that.
[0008]
The substrate W is held by the ground electrode 4 and is heated to a predetermined temperature range by a built-in heater (not shown). For the substrate W, a transparent glass plate having a size of 1 mm thick × 460 mm wide × 460 mm long is used.
[0009]
The non-grounded electrode 2 as a discharge electrode is formed by assembling and arranging round bar electrode members in a grid pattern at equal pitch intervals, and the feed line (center conductor) 28b of the feed circuit 28a at four feed points 10a to 10d. It is connected to the. Two of the feeding points 10a to 10d are provided at approximately three equal points of the round bar electrode member arranged on one end side of the non-ground electrode 2, and the other two are on the other end side of the non-ground electrode 2. Are provided at approximately three equal points of each of the round bar electrode members arranged in the plate. The non-grounded electrode 2 has a size of, for example, 520 mm × 520 mm, and the round bar electrode member has a diameter of, for example, 6 mm.
[0010]
The power supply circuit 28a is provided with a high-frequency oscillator 22, a distributor 29, a phase shifter (phase shifter) 25, a pair of power amplifiers 23a and 23b, and a pair of matching units 6a and 6b. The high-frequency oscillator 22 is connected to a pair of power amplifiers 23a and 23b via a distributor 29, the power amplifiers 23a and 23b are connected to matching units 6a and 6b, respectively, and the matching units 6a and 6b are connected to feeding points. 10a to 10d are connected to each other.
[0011]
The output circuit of the distributor 29 branches into two, and one of the branch circuits is provided with a phase shifter 25 that is driven and controlled by the computer 27. Each branch circuit further branches into two, and is connected to the non-grounded electrode 2 via feeding points 10a to 10d.
[0012]
As shown in FIG. 17, the core wire (inner conductor) 37 of the vacuum coaxial cable 34 installed through the earth shield 32 arranges the appearance of the outer conductor at the feeding point 10a of the non-grounded electrode 2. The coupling 35 having a function and the insulating ring 36 for preventing discharge are connected. The outer conductor of the vacuum coaxial cable 34 is connected to the earth shield 32 (electrically connected to the vacuum vessel) using an attachment ring 38.
[0013]
A crystal oscillator having a rated frequency of 60 MHz is used for the high-frequency oscillator 22, and an analog voltage control type phase shifter of an all-solid-state element is used for the phase shifter 25. A very high frequency (VHF) is oscillated from the high frequency oscillator 22, which is distributed by the distributor 29, and is supplied to the non-grounded electrode 2 via the power amplifiers 23a and 23b and the matching units 6a and 6b and the feeding points 10a, 10b, 10c and 10d. It is designed to be powered. The phase shifter 25 performs high-speed phase modulation on one side of the distribution VHF at a maximum of 100 kHz based on a predetermined processing data signal sent from the computer 27.
[0014]
As film forming conditions, the substrate size is 46 cm × 46 cm, the substrate temperature is 200 ° C., the internal pressure of the vacuum vessel is 150 mTorr, the silane gas supply amount is 50 sccm, and the hydrogen gas supply amount is 1500 sccm. 15 and 16, the phase shifter 25 is controlled by the computer 27 at high speed and with high accuracy, and the phase of the high frequency power supplied to one end side of the non-grounded electrode 2 by the high speed phase modulation of the phase shifter 25 is set to the other end side. For example, microcrystalline Si is deposited on the substrate W while shifting from the phase of the high-frequency power. In this case, the electric field near the non-grounded electrode 2 changes sinusoidally due to the supplied high frequency power. This state is shown as a voltage wave in FIG.
[0015]
In FIG. 18, the position of the non-ground electrode 2 in the length direction is x, and the power wave propagating in the right direction is w₁(X, t), the power wave propagating leftward is w₂When (x, t) is put, it is expressed as follows.
w₁(X, t) = V₀sin (ωt + 2πx / λ) (1)
w₂(X, t) = V₀sin {ωt−2π (x−L₀) / Λ + Δθ} (2)
Where ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage, t is the time, L₀Is the length of the non-grounded electrode 2 in the voltage propagation direction, and Δθ is the phase difference.
[0016]
Therefore, the voltage composite wave w (x, t) is expressed by the following equation.

[0017]
The synthesized wave w (x, t) is conceptually shown in FIG. In the case of Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is the central portion of the non-grounded electrode 2 (x = L₀/ 2) is strong and shows that it becomes weak at both ends. The strong plasma portion is the right end portion of the non-grounded electrode 2 when Δθ> 0, and the left end portion when Δθ <0. That is, by using the phase shifter 25, Δθ in the equation (3) is changed in a triangular wave shape over time between −180 ° and + 180 °, thereby obtaining plasma with uniform intensity on a time average. Is generated. As a result, a microcrystalline Si film having a uniform film thickness distribution can be obtained.
[0018]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-257098
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned surface treatment technology, that is, the surface treatment apparatus and the surface treatment method, reduce the product cost and increase the area of the wall due to the improvement in productivity in any industrial field such as LCD, LSI, electronic copying machine and solar battery. The need for large area and high-speed processing such as improvement of performance (specifications) such as TV is increasing year by year.
[0020]
Recently, in order to meet the above needs, high-speed plasma CVD (chemical vapor deposition) technology and plasma etching technology are used not only in industry but also in academic societies, especially in high-density plasma CVD using a VHF band power source and high-speed technology. Research on plasma etching technology has become active.
[0021]
However, the following problems still exist in the prior art. 15 and 16, a discharge gas, for example, SiH, is generated by an electric field generated between a pair of electrodes, that is, a non-ground electrode 2 and a ground electrode 4 on a flat plate.₄Is converted into plasma, Si, SiH, SiH₂, SiH₃, H, H₂For example, an a-Si film is formed on the substrate W.
[0022]
However, in the VHF plasma generation intended for a large area substrate having a size exceeding 1 m × 1 m, a large number of feeding points 10 a to 10 d to the non-grounded electrode 2 are required as shown in FIG.
[0023]
Here, when the skin effect, which is a phenomenon peculiar to high-frequency radio waves, is 30 MHz to 300 MHz, it becomes even more prominent. That is, the skin effect is a phenomenon in which a high-frequency current flows only in the vicinity of the surface of the conductor, and the surface depth δ through which the current flows is expressed by Equation 4 as f: frequency, μ: magnetic permeability, and σ: conductivity. Is done.
δ = (3.14 × f · μ · σ)^-0.5... (4)
[0024]
For example, when the conductor is copper, the surface depth is about 19 μm at 13.56 MHz, about 10 μm at 50 MHz to 60 MHz, and about 5.8 μm at 150 MHz. Therefore, in the surface treatment technique using plasma in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), a current flows on the surface of the electrode like the high frequency current schematically shown in FIG. It is estimated that the power supply increases in impedance and the power loss in the propagation path becomes remarkably large. However, when the non-grounded electrode 2 is used, the feeding points 10a to 10d are located very close to the plasma generation space. Therefore, it is considered that the increase in impedance related to the propagation of high-frequency power is not large.
[0025]
However, as shown in FIG. 22, in the vicinity of the power supply point, that is, in the vicinity of the core wire 37 of the vacuum coaxial cable 34 and the feeding point 10a of the non-ground electrode 2, the outer conductor of the vacuum coaxial cable 34 and the earth shield 32 and the vacuum A strong electric field is generated between the core wires of the coaxial cable 34, and a strong local discharge is generated. This is shown in FIG. The cause is considered to be due to the problem of the unbalanced transmission line, which is an essential characteristic of the coaxial cable.
[0026]
Further, in the phase modulation method using the non-grounded electrode 2, the plasma generated voltage wave is temporally changed as shown in FIG. 19 at a maximum of 100 kHz, so that the power supply frequency is regarded as 100 kHz. In this case, Influence of Power-Source Frequency on the Properties of GD a-Si: H, Akihisa Matsuda, Takao Kaga, Hideo Tanaka and Kazunobu Tanaka, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.23, No.8, August, 1984, As described in pp. L567-L569, since the power supply frequency is 1 MHz or less, the a-Si-based film in which the plasma is manufactured has a remarkably high hydrogen content, and the residual stress ( (Compressive stress) is extremely large.
[0027]
Therefore, there is a problem in film quality in application to the production of high performance solar cells. Further, even when the non-grounded electrode 2 is used as an electrode, when a large-area substrate is targeted, there is still a problem in application to a surface treatment apparatus using VHF plasma due to the occurrence of the above phenomenon.
[0028]
As described in detail above, with the conventional technology, it is still difficult to improve the film forming speed by increasing the VHF class of the plasma generation power source for a large area substrate exceeding the size of 1 m × 1 m necessary for mass productivity improvement and cost reduction. It is impossible to see. In addition, although research is also active in the Japan Society for Applied Physics, a successful example of a surface treatment method using VHF plasma and a device therefor for a 1 m × 1 m class large area substrate has not been announced.
[0029]
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and by using a configuration using a power supply system that supplies electric power having a voltage phase difference of 180 degrees to the non-ground electrode and the ground electrode, 1 m It is an object of the present invention to provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method capable of performing a uniform surface treatment on a substrate even for a large area substrate exceeding 1 m.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a surface treatment apparatus according to the present invention is a surface treatment apparatus for treating the surface of a substrate disposed in a vacuum vessel using plasma, and a pair of opposed treatments disposed in the vacuum vessel. Power is supplied to each of the electrodes and the pair of electrodesCoaxialA cable and a pair of electrodes.And the core wire of the coaxial cable is connectedThe aboveCoaxialCable orRadenPowerButThe feeding point to be suppliedThe outer conductor of the coaxial cable that supplies power to one electrode of the pair of electrodes and the outer conductor of the coaxial cable that supplies power to the other electrode are connected in the vicinity of the respective feeding points. With conductorThe phase difference of the voltage of the electric power supplied to the pair of electrodes is 180 °.
[0031]
Moreover, the surface treatment apparatus according to the present invention is characterized in that the same number of feeding points are disposed on the pair of electrodes.
[0033]
In the surface treatment apparatus according to the present invention, the pair of electrodes includes a non-ground electrode and a ground electrode.
[0034]
The surface treatment apparatus according to the present invention is characterized in that the non-grounded electrode is a ladder-type electrode.
[0035]
The surface treatment apparatus according to the present invention is characterized in that the non-grounded electrode is a grid electrode.
[0036]
Further, the surface treatment apparatus according to the present invention provides the non-grounded electrode.The feeding point of the non-grounded electrode and the coaxial cable of the non-grounded electrodeConsists of multipleAt the same time, the ground electrode is provided with the feed point of the ground electrode at a position facing the feed point of the non-ground electrode, and the ground electrode is coaxial with the feed point of the ground electrode. Cable is connectedIt is characterized by that.
[0037]
In the surface treatment apparatus according to the present invention, the ground electrode includes one or more ground electrodes.2-5mm in diameterIt is a board with holes.
[0038]
Further, the surface treatment method according to the present invention is a vacuum container.InsideInOppositePlacedThePair of electrodesA coaxial cable that supplies power to each of the pair of electrodes, a feeding point that is installed on each of the pair of electrodes and connected to the core wire of the coaxial cable, and that is supplied with power from the coaxial cable, An outer conductor of the coaxial cable that supplies power to one electrode of the pair of electrodes and another conductor that connects the outer conductor of the coaxial cable that supplies power to the other electrode in the vicinity of the respective feeding points; Using a surface treatment apparatus comprising:In a surface treatment method in which a substrate is disposed between a pair of electrodes and the surface of the substrate is treated using plasma, a step of exhausting the inside of the vacuum vessel, and a step of supplying a discharge gas into the vacuum vessel When,SaidAnd supplying a power to both of the pair of electrodes, wherein the phase difference of the voltage of the power supplied to the pair of electrodes is 180 °.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a surface treatment apparatus and a surface treatment method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, as an example of the surface treatment apparatus and the surface treatment method, an apparatus and a 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.
[0040]
(Example 1)
First, the surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) 70 of Example 1 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is an overall view of the surface treatment apparatus 70 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a power supply for supplying high-frequency power to a discharge electrode showing one configuration of the surface treatment apparatus 70. FIG. 3 is an explanatory view showing the system, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a feeding point that is a position connecting the feeding cable and the electrode, which is one configuration of the power supply system.
[0041]
In the vacuum vessel 1, a pair of electrodes for generating glow discharge plasma, that is, a non-ground electrode 2 having a ladder structure and a ground electrode 4 having a flat structure are disposed. Here, the ground electrode 4 incorporates a substrate heater (not shown), and has a function of supporting the substrate W as an object to be processed and controlling the temperature of the substrate W.
[0042]
As shown in FIGS. 1 and 3, the non-contact electrode 2 has a ladder structure composed of a rod-shaped member. The external dimensions are a length of 1200 mm, a width of 156 mm, and a member diameter of 6 mm. The diameter and outer dimensions of the rod-shaped member are not limited to the above values.
[0043]
An earth shield 32 is disposed outside the non-grounded electrode 2 as shown in FIGS. The earth shield 32 suppresses discharge at unnecessary portions, and SiH introduced from the reaction gas introduction pipes 33a and 33b.₄By using an equal reactive gas in combination with the reactive gas discharge hole 26, it has a function of uniformly discharging between the pair of electrodes, that is, the non-grounded electrode 2 and the grounded electrode 4. The earth shield 32 has a function of discharging reaction gas introduced from the reaction gas introduction pipes 33a and 33b when used in combination with the exhaust pipe 30 and the vacuum pump 31.
[0044]
The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown), and is automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjustment valve (not shown). In the case of this embodiment, when the reaction gas is introduced at an amount of about 100 to 500 sccm, the pressure can be adjusted to about 0.01 to 10 Torr (1.33 to 1330 Pa). When no reaction gas is supplied, the ultimate pressure in the vacuum chamber 1 is 2 to 3 × 10.^-7Torr (2.66-3.99 × 10^{- 5}Pa) grade.
[0045]
As shown in FIGS. 1 to 3, power is supplied between the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4, as will be described later. A power supply system configured by a high-frequency power source or the like is used.
[0046]
1 and FIG. 2, the two-output phase variable oscillator 52 outputs sinusoidal voltages with different phases at two frequencies from a frequency of 30 to 300 MHz. The power of the two-output phase variable oscillator 52 is amplified to 500 to 1000 W class by the first and second power amplifiers 23a and 23b, respectively.
[0047]
The first and second coaxial cables 53a and 53b transmit the output of the two-output phase variable transmitter 52, respectively. The outer conductors of the first and second coaxial cables 53a and 53b are grounded. The first and second matching units 6a and 6b perform impedance matching. That is, it has an adjustment function for minimizing transmission loss of the high-frequency power supplied to the pair of electrodes 2 and 4 via the fifth and sixth coaxial cables described later.
[0048]
The third and fourth coaxial cables 54a and 54b transmit the outputs of the power amplifiers 23a and 23b to the first and second matching units 6a and 6b. The outer conductors of the third and fourth coaxial cables 54a and 54b are grounded. The fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b are connected to the outputs of the first and second matching units 6a and 6b via current introduction terminals 55a and 55b, which will be described later, and the first and second vacuum coaxial cables. Power is transmitted to 34a and 34b. The outer conductors of the fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b are grounded.
[0049]
The first and second current introduction terminals 55a and 55b are the fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b on the atmosphere side, and the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b in the vacuum vessel 1. Has the function of connecting. Core wires 37a and 37b of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected to the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4 at first and second feeding points 10a and 10b, respectively.
[0050]
As shown in FIG. 3, the outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected by the conductor 50 near the first and second feeding points 10a and 10b, and have the same potential. It has become. The outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are grounded.
[0051]
The oscilloscope 51 monitors the phase difference between the output voltages of the first and second power amplifiers 23a and 23b. While the oscilloscope 51 monitors the phase difference of the voltage, the phase difference between the outputs of the two-output phase variable transmitter 52 is adjusted to set the voltage phase difference to 180 °.
[0052]
Next, a method of forming a-Si for an a-Si solar cell using the surface treatment apparatus having the above configuration will be described. 1 to 3, the substrate W is previously set on the ground electrode 4, the vacuum pump 31 is operated, and SiH is supplied from the reaction gas introduction pipes 33 a and 33 b.₄While supplying gas at, for example, 200 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), high-frequency power, for example, power at a frequency of 60 MHz, is supplied between the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4.
[0053]
That is, the signal of the two-output phase variable transmitter 52 is amplified by the first and second power amplifiers 23a and 23b, and the phase difference between the output voltages of the power amplifiers 23a and 23b is set to 180 °. 500 W, first and second matching units 6a and 6b, fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b, first and second current introduction terminals 55a and 55b, and first and second vacuum coaxials When supplied to the feeding points 10 a and 10 b via the core wires 37 a and 37 b of the cables 34 a and 34 b, SiH is provided between the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4.₄Plasma is generated.
[0054]
Here, since the voltage supplied to the feeding points 10a and 10b has a phase difference of 180 °, the electric field generated between the pair of electrodes 2 and 4 is generated only in both electrodes. Abnormal discharge such as local discharge does not occur in the vicinity of the feeding points 10a and 10b.
[0055]
Further, since the outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected to each other by the conductor 50, abnormal discharge between them is suppressed. The temperature of the substrate W is kept in the range of 80 to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0056]
SiH₄When plasma is generated, SiH present in the plasma₃, SiH₂A radical such as SiH is diffused by a diffusion phenomenon and adsorbed on the surface of the substrate W, whereby an a-Si film, microcrystalline Si, or thin-film polycrystalline Si is deposited. Note that a-Si film, microcrystalline Si or thin film polycrystalline Si is SiH in the film forming conditions.₄, H₂Since it is a well-known technique that a film can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power for generating plasma, here SiH₄An explanation will be given by taking an a-Si film using a gas as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and thin film polycrystalline Si.
[0057]
An example of the result of film formation according to the above procedure will be described below. The film forming conditions were as follows. As a result, an a-Si film having a film forming speed of 1 nm / s and a film thickness distribution of ± 10% was formed on a glass substrate having a size of 1200 mm × 150 mm (thickness 3 mm).
[0058]
(Film forming conditions)
・ Reaction gas: Monosilane gas (SiH₄)
・ Flow rate: 200sccm
・ Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
・ Power supply frequency: 60 MHz
-Phase difference in voltage of power supplied between the pair of electrodes 2 and 4: 180 °
・ Power: 500W
-Temperature of substrate W: 180 ° C
[0059]
In this embodiment, since the size of the non-ground electrode 2 is 1200 mm × 156 mm, the size of the substrate W is 1200 mm × 150 mm. Of course, if the width direction of the pair of electrodes 2 and 4 is increased, the size of the substrate W can be increased accordingly.
[0060]
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 60 MHz is used, a significantly better film thickness distribution can be achieved as compared with the conventional apparatus and method. This means that the industrial value relating to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistor (TFT) driving liquid crystal displays, and a-Si photoreceptors is remarkably great. .
[0061]
(Example 2)
A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the surface treatment apparatus 70 according to the second embodiment will be described. However, the same members as those in FIGS.
[0062]
FIG. 4 is an overall view of a surface treatment apparatus 70 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. It is sectional drawing which shows the feed point which is a position which connects the feed cable which is a structure, and the said electrode.
[0063]
In FIG. 4, seventh and eighth coaxial cables 56a and 56b transmit the outputs of the first and second matching units 6a and 6b to the first and second power distributors 57a and 57b, respectively. The first and second power distributors 57a and 57b distribute the power input through the seventh and eighth coaxial cables 56a and 56b to an even number, for example, two. The distributed power is supplied to first and fourth vacuum coaxial cables 34a and 34c described later by fifth and ninth coaxial cables 8a and 8c described later and sixth and tenth coaxial cables 8b and 8d described later. , 34b, 34d.
[0064]
The fifth and ninth coaxial cables 8a and 8c transmit the output of the first power distributor 57a to the first and third vacuum coaxial cables 34a and 34c. The sixth and tenth coaxial cables 8b and 8d transmit the output of the second power distributor 57b to the second and fourth vacuum coaxial cables 34b and 34d.
[0065]
The third and fourth current introduction terminals 55c and 55d are the ninth and tenth coaxial cables 8c and 8d on the atmosphere side, and the third and fourth vacuum coaxial cables 34c and 34d in the vacuum vessel 1, respectively. Has the function of connecting.
The first conductor 50a is the outer conductor of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b, and the second conductor 50b is the outer conductor of the third and fourth vacuum coaxial cables 34c and 34d. Connected and electrically connected.
[0066]
The first and third feeding points 10a and 10c indicate positions where the non-ground electrode 2 is connected to the core wires 37a and 37c of the first and third vacuum coaxial cables 34a and 34c. The second and fourth feeding points 10b and 10d indicate positions where the non-ground electrode 2 is connected to the core wires 37b and 37d of the second and fourth vacuum coaxial cables 34b and 34d.
[0067]
Next, a method for producing an a-Si film for an a-Si solar cell using the surface treatment apparatus shown in FIGS. 4 and 5 will be described. 4 and 5, the substrate W is previously set on the ground electrode 4, the vacuum pump 31 is operated, and the reaction gas introduction pipes 33a and 33b are connected to SiH.₄While supplying gas at, for example, 200 sccm and pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), high-frequency power, for example, a total of 500 W of power at a frequency of 60 MHz is supplied between the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4.
[0068]
That is, the signal of the two-output phase variable oscillator 52 is amplified by the first and second power amplifiers 23a and 23b, and the output voltages of the power amplifiers 23a and 23b are monitored by the oscilloscope 51, and the level of the output voltage is measured. The two-output phase variable transmitter 52 is adjusted so that the phase difference is 180 °. The outputs of the first and second power amplifiers 23a and 23b are, for example, 250 W, respectively, and the third and fourth coaxial cables 54a and 54b, the first and second matching units 6a and 6b, the seventh and the second The first and second power distributors 57a and 57b are input via the eight coaxial cables 56a and 56b.
[0069]
One of the outputs of the first power distributor 57a is a non-grounded electrode at the feeding point 10a through the fifth coaxial cable 8a, the first current introduction terminal 55a, and the core wire 37a of the first vacuum coaxial cable 34a. 2, the other output of the first power distributor 57a is fed through the ninth coaxial cable 8c, the third current introduction terminal 55c, and the core wire 37c of the third vacuum coaxial cable 34c to the feeding point 10c. To the non-grounded electrode 2.
[0070]
One of the outputs of the second power distributor 57b is connected to the ground electrode 4 at the feeding point 10b via the sixth coaxial cable 8b, the second current introduction terminal 55b, and the core wire 37b of the second vacuum coaxial cable 34b. In addition, the other output of the second power distributor 57b is fed at the feeding point 10d via the tenth coaxial cable 8d, the fourth current introduction terminal 55d, and the core wire 37d of the fourth vacuum coaxial cable 34d. Connected to the ground electrode 4.
[0071]
The outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected by the conductor 50a in the vicinity of the feeding points 10a and 10b, and are in an electrically conductive state. Further, the outer conductors of the third and fourth vacuum coaxial cables 34c and 34d are connected by the conductor 50b in the vicinity of the feeding points 10c and 10d, and are electrically conductive.
[0072]
In the above-described method, a high-frequency power having a voltage phase difference of 180 °, a frequency of, for example, 60 MHz, and a power of, for example, 250 W is applied to the feeding point 10a of the non-ground electrode 2 and the feeding point 10b of the ground electrode 4, respectively. When supplied to the feed point 10 c and the feed point 10 d of the ground electrode 4, the SiH between the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4₄Plasma is generated.
[0073]
Here, since the voltages supplied to the feeding points 10a and 10b and the feeding points 10c and 10d have a phase difference of 180 °, the electric field generated between the pair of electrodes 2 and 4 is generated only in both electrodes. As a result, abnormal discharge such as local discharge does not occur in the vicinity of the feeding points 10a to 10d.
[0074]
Further, since the number of feeding points is increased by a factor of two compared to the first embodiment, the electric field distribution in the width direction of the non-grounded electrode 2 is improved, and the intensity of the plasma generated between the pair of electrodes 2 and 4 is improved. The thickness distribution is also made uniform. The temperature of the substrate W is kept in the range of 80 to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0075]
SiH₄When plasma is generated, SiH present in the plasma₃, SiH₂A radical such as SiH is diffused by a diffusion phenomenon and adsorbed on the surface of the substrate W, whereby an a-Si film, microcrystalline Si, or thin-film polycrystalline Si is deposited. Note that a-Si film, microcrystalline Si or thin film polycrystalline Si is SiH in the film forming conditions.₄, H₂Since it is a well-known technique that a film can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power for generating plasma, here SiH₄An explanation will be given by taking an a-Si film using a gas as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and thin film polycrystalline Si.
[0076]
An example of the result of film formation according to the above procedure will be described below. The film forming conditions were as follows. As a result, an a-Si film having a film forming speed of 1.1 nm / s and a film thickness distribution of ± 8% was formed on a glass substrate having a size of 1200 mm × 150 mm (thickness 3 mm). .
[0077]
(Film forming conditions)
・ Reaction gas: Monosilane gas (SiH₄)
・ Flow rate: 200sccm
・ Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
・ Power supply frequency: 60 MHz
-Phase difference in voltage of power supplied between the pair of electrodes 2 and 4: 180 °
・ Power: Total 500W
-Temperature of substrate W: 180 ° C
[0078]
In this embodiment, since the size of the non-ground electrode 2 is 1200 mm × 156 mm, the size of the substrate W is 1200 mm × 150 mm. Of course, if the width direction of the pair of electrodes 2 and 4 is increased, the size of the substrate W can be increased accordingly.
[0079]
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 60 MHz is used, a significantly better film thickness distribution can be achieved as compared with the conventional apparatus and method. This means that the industrial value relating to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistor (TFT) driving liquid crystal displays, and a-Si photoreceptors is remarkably great. .
[0080]
(Example 3)
A third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the surface treatment apparatus 70 according to the third embodiment will be described. However, the same members as those in FIGS.
[0081]
FIG. 6 is an overall view of a surface treatment apparatus 70 according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, the high frequency power supply 7 generates a frequency range: 30 MHz to 300 MHz and an output range: 2 kW at the maximum. The matching unit 6 performs impedance matching. That is, the output of the high-frequency power source 7 is supplied to a pair of electrodes 2 via eleventh and twelfth coaxial cables 59 and 60, a power distributor 57, thirteenth and fourteenth coaxial cables 61a and 61b, which will be described later, 4 has an adjustment function for minimizing transmission loss.
[0082]
The eleventh coaxial cable 59 transmits the output of the high-frequency power source 7 to the matching unit 6. The twelfth coaxial cable 60 transmits the output of the matching unit 6 to the power distributor 57. The thirteenth and fourteenth coaxial cables 61a and 61b transmit the output of the power distributor 57 to first and second phase shifters 58a and 58b described later. The power distributor 57 divides the output of the high-frequency power source 7 transmitted through the twelfth coaxial cable 60 into an even number, for example, two.
[0083]
The first phase shifter 58a has a function of advancing the phase of the power voltage transmitted by the thirteenth coaxial cable 61a by 90 °. The second phase shifter 58b has a function of delaying the phase of the power voltage transmitted by the fourteenth coaxial cable 61b by 90 °.
[0084]
The fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b use the outputs of the first and second phase shifters 58a and 58b as the first and second current introduction terminals 55a and 55b and the first and second vacuums, respectively. Power is transmitted to the pair of electrodes 2 and 4 via the coaxial cables 34a and 34b.
[0085]
Next, a method for producing an a-Si film for an a-Si solar cell using the surface treatment apparatus shown in FIG. 6 will be described. In FIG. 6, the substrate W is previously set on the ground electrode 4, the vacuum pump 31 is operated, and the reaction gas introduction pipes 33a and 33b are connected to SiH.₄While supplying the gas at, for example, 200 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), high-frequency power, for example, 500 W of power at a frequency of 70 MHz is supplied between the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4.
[0086]
That is, the output of the high frequency power source 7 is divided into two by the eleventh coaxial cable 59, the matching unit 6, the twelfth coaxial cable 60 and the power distributor 57. One of the outputs of the high-frequency power supply 7 divided into two parts is a thirteenth coaxial cable 61a, a first phase shifter 58a, a fifth coaxial cable 8a, a first current introduction terminal 55a, and a first vacuum coaxial cable 34a. Is connected to the non-grounded electrode 2 at the feeding point 10a through the core wire 37a.
[0087]
The other of the outputs of the high-frequency power source 7 divided into two is the fourteenth coaxial cable 61b, the second phase shifter 58b, the sixth coaxial cable 8b, the second current introduction terminal 55b, and the second coaxial coaxial for vacuum. It is connected to the ground electrode 4 at the feeding point 10b via the core wire 37b of the cable 34b. The outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected by the conductor 50 in the vicinity of the feeding points 10a and 10b, and are electrically conductive.
[0088]
When high-frequency power having a voltage phase difference of 180 °, a frequency of, for example, 70 MHz, and a power of, for example, 500 W is supplied to the power supply point 10a of the non-ground electrode 2 and the power supply point 10b of the ground electrode 4 by the above-described method, SiH between the electrode 2 and the ground electrode 4₄Plasma is generated. Here, since the voltage supplied to the feeding points 10a and 10b has a phase difference of 180 °, the electric field generated between the pair of electrodes 2 and 4 is generated only in both electrodes. Abnormal discharge such as local discharge does not occur in the vicinity of the feeding points 10a and 10b.
[0089]
Further, since the outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected to each other by the conductor 50, abnormal discharge between them is suppressed. The temperature of the substrate W is kept in the range of 80 to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0090]
SiH₄When plasma is generated, SiH present in the plasma₃, SiH₂A radical such as SiH is diffused by a diffusion phenomenon and adsorbed on the surface of the substrate W, whereby an a-Si film, microcrystalline Si, or thin-film polycrystalline Si is deposited. Note that a-Si film, microcrystalline Si or thin film polycrystalline Si is SiH in the film forming conditions.₄, H₂Since it is a well-known technique that a film can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power for generating plasma, here SiH₄An explanation will be given by taking an a-Si film using a gas as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and thin film polycrystalline Si.
[0091]
An example of the result of film formation according to the above procedure will be described below. The film forming conditions were as follows. As a result, an a-Si film having a film forming speed of 1 nm / s and a film thickness distribution of ± 10% was formed on a glass substrate having a size of 1200 mm × 150 mm (thickness 3 mm).
[0092]
(Film forming conditions)
・ Reaction gas: Monosilane gas (SiH₄)
・ Flow rate: 200sccm
・ Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
・ Power supply frequency: 70 MHz
-Phase difference in voltage of power supplied between the pair of electrodes 2 and 4: 180 °
・ Power: 500W
-Temperature of substrate W: 180 ° C
[0093]
In this embodiment, since the size of the non-ground electrode 2 is 1200 mm × 156 mm, the size of the substrate W is 1200 mm × 150 mm. Of course, if the width direction of the pair of electrodes 2 and 4 is increased, the size of the substrate W can be increased accordingly.
[0094]
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 example, even when 70 MHz was used, a significantly better film thickness distribution was possible compared to the conventional apparatus and method. This means that the industrial value relating to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistor (TFT) driving liquid crystal displays, and a-Si photoreceptors is remarkably great. .
[0095]
(Example 4)
Embodiment 4 according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the surface treatment apparatus 70 according to the fourth embodiment will be described. However, the same members as those in FIGS.
[0096]
FIG. 7 is an overall view of a surface treatment apparatus 70 according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 7, the high frequency power supply 7 generates a frequency range: 30 MHz to 300 MHz and an output range: 2 kW at maximum. The matching unit 6 performs impedance matching. That is, the output of the high-frequency power source 7 is supplied to a pair of electrodes 2 via eleventh and twelfth coaxial cables 59 and 60, a power distributor 57, and fifteenth to eighteenth coaxial cables 62a to 62d, which will be described later. 4 has an adjustment function for minimizing transmission loss.
[0097]
The power distributor 57 outputs the power of the high-frequency power source 7 transmitted through the twelfth coaxial cable 60 to an even number, for example, four, and outputs equally distributed power from four terminals. The fifteenth, sixteenth, seventeenth, and eighteenth coaxial cables 62a to 62d transmit the output of the power distributor 57 to first to fourth phase shifters 58a to 58d described later.
[0098]
The first and third phase shifters 58a and 58c have a function of advancing the phase of the voltage of the power transmitted by the 15th and 17th coaxial cables 62a and 62c by 90 °. The second and fourth phase shifters 58b and 58d have a function of delaying the phase of the power voltage transmitted by the sixteenth and eighteenth coaxial cables 62b and 62d by 90 °.
[0099]
The fifth, sixth, ninth, and tenth coaxial cables 8a, 8b, 8c, and 8d are connected to the outputs of the first, second, third, and fourth phase shifters 58a, 58b, 58c, and 58d, respectively. Via the first, second, third, and fourth current introduction terminals 55a, 55b, 55c, 55d and the first, second, third, and fourth vacuum coaxial cables 34a, 34b, 34c, 34d The power is transmitted to the pair of electrodes 2 and 4.
[0100]
Next, a method for producing an a-Si film for an a-Si solar cell using the surface treatment apparatus shown in FIG. 7 will be described. In FIG. 7, the substrate W is previously set on the ground electrode 4 and the vacuum pump 31 is operated.₄While supplying the gas at, for example, 200 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), high-frequency power, for example, 500 W of power at a frequency of 70 MHz is supplied between the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4.
[0101]
That is, the output of the high frequency power supply 7 is transmitted to the power distributor 57 via the eleventh coaxial cable 59, the matching unit 6, and the twelfth coaxial cable 60. The power distributor 57 divides the input power into four equal parts and transmits the divided power to the first to fourth phase shifters 58a to 58d via the 15th to 18th coaxial cables 62a to 62d, respectively.
[0102]
The first and third phase shifters 58a and 58c advance the phase of the voltage of the input electric power by 90 °, respectively, and the fifth and ninth coaxial cables 8a and 8c and the first and third current introduction terminals 55a, respectively. 55c, and the core wires 37a and 37c of the first and third vacuum coaxial cables 34a and 34c, are connected to the ungrounded electrode 2 at the feeding points 10a and 10c.
[0103]
The second and fourth phase shifters 58b and 58d delay the phase of the input power voltage by 90 °, respectively, and the sixth and tenth coaxial cables 8b and 8d and the second and fourth current introduction terminals 55b, respectively. , 55d, and the core wires 37b and 37d of the second and fourth vacuum coaxial cables 34b and 34d, are connected to the ground electrode 4 at the feeding points 10b and 10d.
[0104]
The outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected by the first conductor 50a in the vicinity of the feeding points 10a and 10b, and are in an electrically conductive state. The outer conductors of the third and fourth vacuum coaxial cables 34c and 34d are connected by the second conductor 50b in the vicinity of the feeding points 10c and 10d, and are in an electrically conductive state.
[0105]
When high-frequency power having a voltage phase difference of 180 °, a frequency of, for example, 70 MHz, and a power of, for example, 250 W is supplied to the feeding points 10a and 10b and 10c and 10d by the above-described method, the non-ground electrode 2 and the ground electrode 4 are supplied. SiH between₄Plasma is generated. Here, since the voltages supplied to the feeding points 10a and 10b and the feeding points 10c and 10d have a phase difference of 180 °, the electric field generated between the pair of electrodes 2 and 4 is generated only in both electrodes. Therefore, as a result, abnormal discharge such as local discharge does not occur in the vicinity of the feeding points 10a to 10d.
[0106]
Further, since the number of feeding points is doubled compared to the third embodiment, the electric field distribution in the width direction of the non-grounded electrode 2 is improved, and the intensity distribution of the plasma generated between the pair of electrodes 2 and 4 is improved. Is also made uniform. The temperature of the substrate W is kept in the range of 80 to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0107]
SiH₄When plasma is generated, SiH present in the plasma₃, SiH₂A radical such as SiH is diffused by a diffusion phenomenon and adsorbed on the surface of the substrate W, whereby an a-Si film, microcrystalline Si, or thin-film polycrystalline Si is deposited. Note that a-Si film, microcrystalline Si or thin film polycrystalline Si is SiH in the film forming conditions.₄, H₂Since it is a well-known technique that a film can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power for generating plasma, here SiH₄An explanation will be given by taking an a-Si film using a gas as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and thin film polycrystalline Si.
[0108]
An example of the result of film formation according to the above procedure will be described below. The film forming conditions were as follows. As a result, an a-Si film having a film forming speed of 1.1 nm / s and a film thickness distribution of ± 8% was formed on a glass substrate having a size of 1200 mm × 150 mm (thickness 3 mm). .
[0109]
(Film forming conditions)
・ Reaction gas: Monosilane gas (SiH₄)
・ Flow rate: 200sccm
・ Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
・ Power supply frequency: 70 MHz
-Phase difference in voltage of power supplied between the pair of electrodes 2 and 4: 180 °
・ Power: Total 500W
-Temperature of substrate W: 180 ° C
[0110]
In this embodiment, since the size of the non-ground electrode 2 is 1200 mm × 156 mm, the size of the substrate W is 1200 mm × 150 mm. Of course, if the width direction of the pair of electrodes 2 and 4 is increased, the size of the substrate W can be increased accordingly.
[0111]
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 example, even when 70 MHz was used, a significantly better film thickness distribution was possible compared to the conventional apparatus and method. This means that the industrial value relating to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistor (TFT) driving liquid crystal displays, and a-Si photoreceptors is remarkably great. .
[0112]
(Example 5)
Example 5 according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the surface treatment apparatus 70 according to the fifth embodiment will be described. However, the same members as those in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0113]
FIG. 8 is an overall view of a surface treatment apparatus 70 according to a fifth embodiment of the present invention, FIG. 9 is an explanatory view of electrodes constituting the surface treatment apparatus 70, and FIG. 10 is a pair constituting the surface treatment apparatus. It is explanatory drawing of the electric power supply part to the electrode of this.
[0114]
In the vacuum vessel 1, a pair of electrodes for generating glow discharge plasma, that is, a grid-shaped electrode (hereinafter referred to as a shoji frame type electrode) 102 which is a non-ground electrode and a ground electrode 4 having a flat plate structure are provided. Has been placed. The shoji frame type electrode 102 is composed of a rod-shaped wire, and as shown in FIGS. 9 and 10, a plurality of shoji frame horizontal bars 113a and 113b and three shoji frame vertical bars 114a and 114b. , 114c.
[0115]
A feeding point 10 a used for connection to a core wire 37 a of a coaxial cable described later is connected to the central portion of the shoji frame type electrode 102. Although the dimensions are arbitrary, in this embodiment, the outer dimensions are 10 mm and the outer dimensions are 1206 mm × 1000 mm. The horizontal bars 113a and 113b, the vertical bars 114a, 114b, and 114c, and the first feeding point 10a of the shoji frame are in direct current conduction.
[0116]
As shown in FIG. 10, small holes 109a and 109b used for connection with a core wire 37b of a coaxial cable to be described later are provided in the central portion of the ground electrode 4. The ground electrode 4 and a core wire 37b of a coaxial cable to be described later are connected using the small holes 109a and 109b to form a second feeding point 10b. The ground electrode 4 incorporates a substrate heater (not shown), and has a function of supporting the substrate W as an object to be processed and controlling the temperature of the substrate W.
[0117]
An earth shield 32 is disposed outside the shoji frame type electrode 102 as shown in FIG. The ground shield 32 uses the reaction gas introduced from the reaction gas introduction pipes 33a and 33b in combination with the reaction gas discharge hole 26 in order to suppress discharge at unnecessary portions, and thus the pair of electrodes. 102 and 4 has a function of discharging uniformly.
[0118]
The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown), and is automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjustment valve (not shown). In this embodiment, when the amount of reaction gas introduced is about 500 to 1500 sccm, the pressure can be adjusted to about 0.01 to 3 Torr (1.33 to 399 Pa). When there is no reaction gas supply, the ultimate pressure in the vacuum vessel 1 is 2 to 3 × 10^-7Torr (2.66-3.99 × 10^-5Pa) grade.
[0119]
As shown in FIG. 8 and FIG. 10, the power supply between the shoji frame electrode 102 and the ground electrode 4 is connected to the first feeding point 10a and the second feeding point 10b by a coaxial cable, a current introduction terminal, which will be described later, A power supply system constituted by a phase shifter, a power distributor, a matching unit, a high-frequency power source and the like is used.
[0120]
The high frequency power supply 7 generates an arbitrary frequency of 30 MHz to 120 MHz. In some cases, two units may be configured with a frequency of 30 MHz to 80 MHz and 80 MHz to 120 MHz. The eleventh and twelfth coaxial cables 59 and 60 transmit power in the VHF band (30 MHz to 300 MHz). The matching unit 6 minimizes the loss of the output of the high-frequency power source 7 between the pair of electrodes 102 and 4 via a power distributor 57 and first and second phase shifters 58a and 58b described later. It has an adjustment function that suppresses power transmission.
[0121]
The power distributor 57 divides the output of the high-frequency power source 7 transmitted through the twelfth coaxial cable 60 into two, and will be described later via the thirteenth and fourteenth coaxial cables 61a and 61b. Power is transmitted to the first and second phase shifters 58a and 58b. The first phase shifter 58a has a function of advancing the phase of the voltage of the power transmitted by the thirteenth coaxial cable 61a by 90 °. The second phase shifter 58b has a function of delaying the phase of the voltage of the power transmitted by the fourteenth coaxial cable 61b by 90 °.
[0122]
The first and second current introduction terminals 55a and 55b connect the fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b on the atmosphere side to the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b on the vacuum side. In addition, it is in an electrically conductive state. The first feeding point 10a connects the shoji frame type electrode 102 and the core wire 37a of the first vacuum coaxial cable 34a. The second feeding point 10b connects the ground electrode 4 and the core wire 37b of the second vacuum coaxial cable 34b. As shown in FIG. 8, the core 37b is fixed to the ground electrode 4 through the small holes 109a and 109b at the second feeding point 10b.
[0123]
The conductor 50 electrically connects the outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b at positions close to the first and second feeding points 10a and 10b. The material of the conductor 50 is aluminum.
[0124]
Next, a method is explained about the case where a-Si for a-Si solar cells is formed using surface treatment device 70 of the above-mentioned composition. 8 to 10, the substrate W is previously set on the ground electrode 4, the vacuum pump 31 is operated, and the reaction gas introduction pipes 33 a and 33 b are connected to the SiH.₄While supplying the gas at, for example, 300 sccm and a pressure of 0.3 Torr (39.9 Pa), super high frequency power, for example, 60 MHz power is supplied between the shoji frame type electrode 102 and the ground electrode 4. That is, the output of the high frequency power source 7 is transmitted to the power distributor 57 via the eleventh coaxial cable 59, the matching unit 6, and the twelfth coaxial cable 60.
[0125]
The power distributor 57 divides the output of the high-frequency power source 7 input through the twelfth coaxial cable 60 or the like into two. One of them is transmitted to the first phase shifter 58a via the thirteenth coaxial cable 61a. The other side is transmitted to the second phase shifter 58b via the fourteenth coaxial cable 61b.
[0126]
The first and second phase shifters 58a and 58b advance or retard the phase of the voltage of the power input from the thirteenth and fourteenth coaxial cables 61a and 61b, respectively. That is, the first phase shifter 58a advances the phase of the input power voltage by 90 °, and the second phase shifter 58b delays the phase of the input power voltage by 90 °. Therefore, the phase difference between the output voltages of the first and second phase shifters 58a and 58b is 180 °.
[0127]
The output is transmitted by the fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b to the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b via the first and second current introduction terminals 55a and 55b. Is done. The eleventh, twelfth, thirteenth, fourteenth, fifth and sixth coaxial cables 59, 60, 61a, 61b, 8a, 8b, the first and second vacuum coaxial cables 34a, 34b Each conductor is grounded.
[0128]
The core wire 37a of the first vacuum coaxial cable 34a is connected to a non-grounded electrode, that is, the first feeding point 10a fixed to the central portion of the shoji frame type electrode 102 shown in FIGS. The core wire 37 b of the second vacuum coaxial cable 34 b is fixed at the second feeding point 10 b in the ground electrode 4 through the small holes 109 a and 109 b of the ground electrode 4.
[0129]
As shown in FIG. 8, the outer conductor of the first vacuum coaxial cable 34a and the outer conductor of the second vacuum coaxial cable 34b are close to the first and second feeding points 10a and 10b, respectively. Thus, they are connected by the conductor 50 and are in the same potential or close to the same potential.
[0130]
In the surface treatment apparatus 70 and the electrical wiring having the above-described structure, the phase difference of voltage is 180 °, the frequency, for example, 60 MHz, and the power, for example, 1 kW of high-frequency power is applied between the first feeding point 10 a of the shoji frame type electrode 102 and the ground electrode 4. When supplied to the second feeding point 10b, the SiH between the pair of electrodes 102, 4₄Plasma is generated.
[0131]
Here, since the phase difference between the voltages supplied to the first and second feeding points 10 a and 10 b is 180 °, the electric field generated between the pair of electrodes 102 and 4 is generated between the pair of electrodes 102 and 4. As a result, abnormal discharge such as local discharge does not occur in the vicinity of the first and second feeding points 10a and 10b. Further, since the outer conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b are connected to each other by the conductor 50, abnormal discharge between them is suppressed. Note that the temperature of the substrate W is in the range of 80 ° C. to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0132]
SiH₄When plasma is generated, SiH present in the plasma₃, SiH₂A radical such as SiH is diffused by a diffusion phenomenon and adsorbed on the surface of the substrate W, whereby an a-Si film, microcrystalline Si, or thin-film polycrystalline Si is deposited. Note that a-Si film, microcrystalline Si or thin film polycrystalline Si is SiH in the film forming conditions.₄, H₂Since it is a well-known technique that a film can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power for generating plasma, here SiH₄An explanation will be given by taking an a-Si film using a gas as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and thin film polycrystalline Si.
[0133]
An example of the result of film formation according to the above procedure will be described below. As a result of the following film forming conditions, an a-Si film having a film forming speed of 1.0 nm / s and a film thickness distribution of ± 14% was formed on a glass substrate having a size of 1000 mm × 800 mm (thickness 4 mm). . However, in the area of 800 mm × 600 mm excluding the outer peripheral portion of the glass substrate from the size 1000 mm × 800 mm, the film thickness distribution was ± 10%.
[0134]
(Film forming conditions)
・ Reaction gas: Monosilane gas (SiH₄)
・ Flow rate: 300sccm
・ Pressure: 0.3 Torr (39.9 Pa)
・ Power supply frequency: 60 MHz
-Phase difference in voltage of power supplied between the pair of electrodes 102, 4: 180 °
・ Power: 1kW
-Temperature of substrate W: 200 ° C
[0135]
In this embodiment, the size of the shoji frame type electrode 102 was 1206 mm × 1000 mm. SiH with a power frequency of 60 MHz (5 m in vacuum) and pressure of 0.3 Torr (39.9 Pa)₄Considering the wavelength shortening rate in plasma (empirically estimated to be 80%), the uniform part of the plasma intensity generated by the above-mentioned shoji frame electrode 102 is 1 / of the shortened wavelength (4 m). If estimated to be 4 to 1/6, the film forming distribution ± 10% in an area of 800 mm × 600 mm excluding the outer peripheral portion of the glass substrate is considered to be a reasonable value.
[0136]
(Example 6)
The surface treatment apparatus according to the sixth embodiment of the present invention has substantially the same configuration as the surface treatment apparatus according to the fifth embodiment, but instead of the ground electrode 4 shown in FIG. 8, a ground electrode 4a shown in FIG. Is different. A surface treatment apparatus 70 according to Example 6 will be described with reference to FIGS. 8 and 11 regarding Example 6 according to the present invention. However, the same members as those in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 11 is an explanatory diagram of a power supply unit to a pair of electrodes constituting the surface treatment apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
[0137]
The ground electrode 4a has many small holes 111 described later. The small hole 111 has a diameter of 2 to 5 mm, and is used for transmitting ultrahigh frequency power from the back surface 110a to the front surface 110b of the ground electrode 4a. The third feeding point 10c fixes the core wire 37b of the second vacuum coaxial cable 34b to the ground electrode 4a.
[0138]
An example of the result of film formation using the ground electrode 4a in the same procedure as in Example 5 will be described below. The film forming conditions were as follows. As a result, an a-Si film having a film forming rate of 1.0 nm / s and a film thickness distribution of ± 12% was formed on a glass substrate having a size of 1000 mm × 800 mm (thickness 4 mm). . However, in the area of 800 mm × 600 mm excluding the outer peripheral portion of the glass substrate from the size 1000 mm × 800 mm, the film thickness distribution was ± 9%.
[0139]
(Film forming conditions)
・ Reaction gas: Monosilane gas (SiH₄)
・ Flow rate: 300sccm
・ Pressure: 0.3 Torr (39.9 Pa)
・ Power supply frequency: 60 MHz
-Phase difference in voltage of power supplied between the pair of electrodes 102, 4a: 180 °
・ Power: 1kW
-Temperature of substrate W: 200 ° C
[0140]
In the present embodiment, unlike the fifth embodiment, the ground electrode 4a having a large number of small holes 111 is used, the third feeding point 10c is used for feeding power to the ground electrode, and the third feeding point 10c is supplied. It is considered that the film thickness distribution is slightly improved as compared to Example 5 because the large number of small holes 111 are used as the power propagation path. The size of the shoji frame type electrode 102 was 1206 mm × 1000 mm. SiH with a power frequency of 60 MHz (5 m in vacuum) and pressure of 0.3 Torr (39.9 Pa)₄Considering the wavelength shortening rate in plasma (empirically estimated to be 80%), the uniform part of the plasma intensity generated by the above-mentioned shoji frame electrode 102 is 1 / of the shortened wavelength (4 m). If estimated to be 4 to 1/6, the film forming distribution ± 10% in an area of 800 mm × 600 mm excluding the outer peripheral portion of the glass substrate is considered to be a reasonable value.
[0141]
(Example 7)
A surface treatment apparatus 70 according to Embodiment 6 will be described with reference to FIGS. 12 and 13 regarding Embodiment 7 according to the present invention. However, the same members as those in FIGS. FIG. 12 is an overall view of a surface treatment apparatus 70 according to Embodiment 7 of the present invention, and FIG. 13 is an explanatory view of a power supply unit to a pair of electrodes constituting the surface treatment apparatus.
[0142]
In the vacuum vessel 1, a pair of electrodes for generating glow discharge plasma, that is, a shoji frame type electrode 102 shown in FIG. 13 and a ground electrode 4 having a flat plate structure are arranged. The shoji frame type electrode 102 is composed of a rod-shaped wire, and as shown in FIG. 13, a plurality of shoji frame horizontal bars 118a, 118b and five shoji frame vertical bars 119a, 119b, 119c, 119d and 119e.
[0143]
A first feeding point 10a used for connection to a core wire 37a of a first vacuum coaxial cable 34a described later is connected to two central portions of the shoji frame type electrode 102. Further, a fourth feed point 10d used for connection with a core wire 37c of a third vacuum coaxial cable 34c described later is connected. Although the dimensions are arbitrary, in this embodiment, the outer dimensions are 10 mm and the outer dimensions are 816 mm × 1400 mm. The horizontal bars 118a and 118b and the vertical bars 119a, 119b, 119c, 119d, and 119e and the first and fourth feeding points 10a and 10d of the shoji frame are in a direct current conduction.
[0144]
At the center of the ground electrode 4, as shown in FIG. 13, small holes 109a, 109b, 109c, 109d used for connection with core wires 37b, 37d of second and fourth vacuum coaxial cables 34b, 34d described later are provided. Is provided. The ground electrode 4 and core wires 37b, 37d of second and fourth vacuum coaxial cables 34b, 34d described later are connected using the small holes 109a, 109b, 109c, 109d, and the second and fifth power feeds are made. Points 10b and 10e are formed. The ground electrode 4 incorporates a substrate heater (not shown), and has a function of supporting the substrate W as an object to be processed and controlling the temperature of the substrate W.
[0145]
As shown in FIG. 12, an earth shield 32 is disposed outside the shoji frame type electrode 102. The ground shield 32 uses the reaction gas introduced from the reaction gas introduction pipes 33a and 33b in combination with the reaction gas discharge hole 26 in order to suppress discharge at unnecessary portions, and thus the pair of electrodes. 102 and 4 has a function of discharging uniformly. The reaction gas introduced from the reaction gas discharge hole 26 is converted into plasma between the pair of electrodes 102 and 4 and then discharged out of the vacuum vessel 1 by the exhaust pipe 30 and the vacuum pump 31.
[0146]
The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown), and is automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjustment valve (not shown). In this embodiment, when the amount of reaction gas introduced is about 500 to 1500 sccm, the pressure can be adjusted to about 0.01 to 3 Torr (1.33 to 399 Pa). When there is no reaction gas supply, the ultimate pressure in the vacuum vessel 1 is 2 to 3 × 10^-7Torr (2.66-3.99 × 10^-5Pa) grade.
[0147]
As shown in FIG. 12 and FIG. 13, the power supply between the shoji frame electrode 102 and the ground electrode 4 is performed by the first and second feeding points 10a and 10b, and the fourth and fifth feeding points 10d, 10e includes first, second, third, and fourth vacuum coaxial cables 34a, 34b, 34c, and 34d, and first, second, third, and fourth current introduction terminals 55a, 55b, 55c, and 55d, which will be described later. First, second, third and fourth phase shifters 58a, 58b, 58c, 58d, first and second power distributors 57a, 57b, first and second matchers 6a, 6b and first and A power supply system configured by the second high-frequency power supplies 7a, 7b and the like is used.
[0148]
The first and second high-frequency power supplies 7a and 7b operate independently of each other, and generate an arbitrary frequency between 30 MHz and 120 MHz. The eleventh, twelfth, nineteenth and twentieth coaxial cables 59, 60, 63 and 64 transmit power in the VHF band (30 MHz to 300 MHz). The first and second matching units 6a and 6b each have a function of impedance matching adjustment.
[0149]
The first and second power distributors 57a and 57b include the eleventh and nineteenth coaxial cables 59 and 63, the first and second matching units 6a and 6b, the twelfth and twentieth coaxial cables 60, The output of the first and second high frequency power supplies 7a and 7b transmitted through 64 is divided into two.
[0150]
The power divided into two by the first power distributor 57a is transmitted to the first and second phase shifters 58a and 58b described later via the thirteenth and fourteenth coaxial cables 61a and 61b described later. . The power divided into two by the second power distributor 57b is transmitted to the third and fourth phase shifters 58c and 58d described later via the twenty-first and twenty-second coaxial cables 61c and 61d described later. .
[0151]
The thirteenth, fourteenth, twenty-first, and twenty-second coaxial cables 61a, 61b, 61c, and 61d each transmit power in the VHF band. The first and third phase shifters 58a and 58c have a function of advancing the phase of the voltage of the electric power transmitted through the thirteenth and twenty-first coaxial cables 61a and 61c by 90 °, respectively. The second and fourth phase shifters 58b and 58d have a function of delaying the phase of the voltage of the power transmitted by the fourteenth and twenty-second coaxial cables 61b and 61d by 90 °, respectively.
[0152]
The fifth, sixth, ninth and tenth coaxial cables 8a, 8b, 8c and 8d transmit power in the VHF band, respectively. The first, second, third and fourth current introduction terminals 55a, 55b, 55c and 55d are connected to the fifth, sixth, ninth and tenth coaxial cables 8a, 8b, 8c and 8d on the atmosphere side. The first, second, third, and fourth vacuum coaxial cables 34a, 34b, 34c, and 34d on the vacuum side are connected and electrically connected.
[0153]
The first and fourth feeding points 10a and 10d connect the shoji frame type electrode 102 and the core wires 37a and 37c of the first and third vacuum coaxial cables 34a and 34c. The second and fifth feeding points 10b and 10e connect the ground electrode 4 and the core wires 37b and 37d of the second and fourth vacuum coaxial cables 34b and 34d. As shown in FIG. 13, the core wires 37b and 37d are fixed to the ground electrode 4 through the small holes 109a and 109b and 109c and 109d in the second and fifth feeding points 10b and 10e.
[0154]
The first and second conductors 50a and 50b (not shown) are external conductors of the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b and the third and fourth vacuum coaxial cables 34c and 34d. Connected and electrically connected.
[0155]
Next, a method is explained about the case where a-Si for a-Si solar cells is formed using surface treatment device 70 of the above-mentioned composition. 12 and 13, the substrate W is previously set on the ground electrode 4, the vacuum pump 31 is operated, and the SiH from the reaction gas introduction pipes 33 a and 33 b is operated.₄While supplying the gas at, for example, 300 sccm and a pressure of 0.3 Torr (39.9 Pa), super high frequency power, for example, 60 MHz power is supplied between the shoji frame type electrode 102 and the ground electrode 4. That is, the outputs of the first and second high-frequency power supplies 7a and 7b are supplied to the eleventh and nineteenth coaxial cables 59 and 63, the first and second matching units 6a and 6b, the twelfth and twentieth coaxial cables 60, respectively. , 64 to the first and second power distributors 57a, 57b.
[0156]
The first power distributor 57a divides the output of the high-frequency power source 7a input through the twelfth coaxial cable 60 or the like into two. One of them is transmitted to the first phase shifter 58a via the thirteenth coaxial cable 61a. The other side is transmitted to the second phase shifter 58b via the fourteenth coaxial cable 61b.
[0157]
The first and second phase shifters 58a and 58b advance or retard the phase of the voltage of the power input from the thirteenth and fourteenth coaxial cables 61a and 61b, respectively. That is, the first phase shifter 58a advances the phase of the input power voltage by 90 °, and the second phase shifter 58b delays the phase of the input power voltage by 90 °. Therefore, the phase difference between the output voltages of the first and second phase shifters 58a and 58b is 180 °.
[0158]
The output is transmitted by the fifth and sixth coaxial cables 8a and 8b to the first and second vacuum coaxial cables 34a and 34b via the first and second current introduction terminals 55a and 55b. Is done. The eleventh, twelfth, thirteenth, fourteenth, fifth and sixth coaxial cables 59, 60, 61a, 61b, 8a, 8b, the first and second vacuum coaxial cables 34a, 34b Each conductor is grounded.
[0159]
The core wire 37 a of the first vacuum coaxial cable 34 a is connected to the first feeding point 10 a fixed to the central portion of the shoji frame type electrode 102. The core wire 37 b of the second vacuum coaxial cable 34 b is fixed at the second feeding point 10 b in the ground electrode 4 through the small holes 109 a and 109 b of the ground electrode 4.
[0160]
On the other hand, the second power distributor 57b divides the output of the high-frequency power source 7b input through the twentieth coaxial cable 64 into two. One of them is transmitted to the third phase shifter 58c via the 21st coaxial cable 61c. The other side is transmitted to the fourth phase shifter 58d via the 22nd coaxial cable 61d.
[0161]
The third and fourth phase shifters 58c and 58d advance or retard the phase of the voltage of the power input from the 21st and 22nd coaxial cables 61c and 61d, respectively. That is, the first phase shifter 58a advances the phase of the input power voltage by 90 °, and the fourth phase shifter 58d delays the phase of the input power voltage by 90 °. Therefore, the phase difference between the output voltages of the third and fourth phase shifters 58c and 58d is 180 °.
[0162]
The output is transmitted by the ninth and tenth coaxial cables 8c and 8d to the third and fourth vacuum coaxial cables 34c and 34d via the third and fourth current introduction terminals 55c and 55d. Is done. The nineteenth, twentieth, twenty-first, twenty-second, ninth, tenth coaxial cables 63, 64, 61c, 61d, 8c, 8d, the third and fourth vacuum coaxial cables 34c, 34d Each conductor is grounded.
[0163]
The core wire 37 c of the third vacuum coaxial cable 34 c is connected to a fourth feeding point 10 d fixed to the central portion of the shoji frame type electrode 102. The core wire 37d of the fourth vacuum coaxial cable 34d is fixed at the fifth feeding point 10e in the ground electrode 4 through the small holes 109c and 109d of the ground electrode 4.
[0164]
In the surface treatment apparatus 70 and the electrical wiring having the above-described structure, the first and fourth feeding points 10a and 10d of the shoji frame type electrode 102 have a phase difference of 180 °, a frequency, for example, 60 MHz, and a high frequency power of, for example, 1 kW. And the second and fifth feeding points 10b and 10e of the ground electrode 4, the SiH between the pair of electrodes 102 and 4₄Plasma is generated.
[0165]
Here, since the phase difference between the voltages supplied to the first and second and fourth and fifth feeding points 10a and 10b, 10d and 10e is 180 °, the electric field generated between the pair of 102 and 4 Is generated only between the pair of electrodes 102 and 4, and as a result, abnormal discharge such as local discharge occurs in the vicinity of the first and second and fourth and fifth feeding points 10a and 10b, 10d and 10e. Does not occur. Further, the outer conductors of the first, second, third and fourth coaxial cables for vacuum 34a and 34b, 34c and 34d are connected to each other by the first and second conductors 50a and 50b, respectively. Abnormal discharge at is suppressed. Note that the temperature of the substrate W is in the range of 80 ° C. to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0166]
SiH₄When plasma is generated, SiH present in the plasma₃, SiH₂A radical such as SiH is diffused by a diffusion phenomenon and adsorbed on the surface of the substrate W, whereby an a-Si film, microcrystalline Si, or thin-film polycrystalline Si is deposited. Note that a-Si film, microcrystalline Si or thin film polycrystalline Si is SiH in the film forming conditions.₄, H₂Since it is a well-known technique that a film can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power for generating plasma, here SiH₄An explanation will be given by taking an a-Si film using a gas as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and thin film polycrystalline Si.
[0167]
An example of the result of film formation according to the above procedure will be described below. The film forming conditions were as follows. As a result, an a-Si film having a film forming speed of 1.0 nm / s and a film thickness distribution of ± 10% could be formed on a glass substrate having a size of 800 mm × 1200 mm (thickness 4 mm). . In the present example, the size of the shoji frame type electrode 102 was 10 mm in wire diameter and 920 mm × 1400 mm in outer dimensions.
[0168]
(Film forming conditions)
・ Reaction gas: Monosilane gas (SiH₄)
・ Flow rate: 500sccm
・ Pressure: 0.3 Torr (39.9 Pa)
・ Power supply frequency: 60 MHz
-Phase difference in voltage of power supplied between the pair of electrodes 102, 4: 180 °
・ Power: 1.8kW
-Temperature of substrate W: 200 ° C
[0169]
(Example 8)
As an application of the fifth and seventh embodiments, an example of a surface treatment apparatus having a configuration in which a plurality of shoji frame type electrodes, a single flat plate ground electrode, and a plurality of high frequency power sources are combined can be considered. FIG. 14 shows a structural example of a pair of electrodes in a surface treatment apparatus having a configuration in which a plurality of shoji frame type electrodes, a single plate type ground electrode, and a plurality of high frequency power supplies according to an eighth embodiment of the present invention are combined. Show.
[0170]
The first to fourth shoji frame type electrodes 102a to 102d installed on the same plane are parts of outputs of four mutually independent high-frequency power sources (not shown) at the first to fourth feeding points 121a to 121d, respectively. A core wire of a coaxial cable that transmits an output whose voltage phase is advanced by 90 ° is connected.
[0171]
The ground electrode 4 is disposed to face the first to fourth shoji frame type electrodes 102a to 102d. The ground electrode 4 is provided with a feeding point (not shown) at a position facing the first to fourth feeding points 121a to 121d. A voltage phase which is the other part of the outputs of the four high frequency power supplies is 90 ° at the feeding point.LateThe core wire of the coaxial cable that transmits the output is connected.
[0172]
The dimensions of the first to fourth shoji frame type electrodes are, for example, a wire diameter of 10 mm, and are preferably selected in accordance with the power frequency used, the pressure used when generating plasma, and the type of gas used. For example, gas type: SiH₄In the case of pressure: 0.3 Torr (39.9 Pa), the external dimensions of the first to fourth shoji frame type electrodes 102a to 102d are the power frequency: 60 MHz (the wavelength shortening rate is estimated to be 80%). In the case of about 800 mm x about 800 mm or less, 80 MHz, about 600 mm x about 600 mm or less, and in the case of 100 MHz, it is about 480 mm x about 480 mm or less. Although it is necessary to consider the pressure of the plasma, the outer dimensions of the first to fourth shoji frame type electrodes are set to the length of one side thereof, which is ¼ to ６ of the shortened wavelength in the plasma. Is a guide.
[0173]
Here, only the main part of the present embodiment will be described, but a plurality of shoji frame type electrodes, a plurality of mutually independent long-frequency power supplies, and the plurality of shoji frame type electrodes are supported. It is obvious that a surface treatment apparatus capable of handling a large area substrate can be provided by combining with one flat plate type electrode.
[0174]
【The invention's effect】
As described above, in the surface treatment apparatus according to the present invention, it is possible to generate a non-disturbing electric field between the pair of electrodes by setting the voltage phase difference of the power supplied to the pair of electrodes to 180 °. It became. Therefore, the intensity of the generated plasma is made uniform.
[0175]
In addition, since the same number of feeding points are disposed on the pair of electrodes, it is possible to generate an electric field without any disturbance between the pair of electrodes. Therefore, the intensity of the generated plasma is made uniform.
[0176]
In additionSupplying power to one electrode of a pair of electrodesCoaxialcableOuter conductorAnd supply power to the other electrodeCoaxialcableOuter conductorAnd,Near each feed point,otherAs a result, the abnormal discharge in the vicinity of the feeding point is suppressed, and it is possible to generate an electric field without disturbance between the pair of electrodes, and the intensity of the plasma generated between the pair of electrodes is increased. Is even more uniform.
[0177]
In addition, since the pair of electrodes is composed of a non-ground electrode and a ground electrode, it is possible to generate an electric field without disturbance between the electrodes.
[0178]
In addition, since the non-grounded electrode has a ladder structure, abnormal discharge near the feeding point is suppressed, and it is possible to generate an electric field without any disturbance between the non-grounded electrode and the grounded electrode. The intensity of the plasma generated between the electrodes is made more uniform. Further, the non-grounded electrode may have a lattice structure.
[0179]
Non-grounded electrodeThe feeding point of the non-grounded electrode and the coaxial cable of the non-grounded electrode areMultipleThe ground electrode is provided with the feed point of the ground electrode at a position facing the feed point of the non-ground electrode, and the ground electrode is provided at each of the feed points of the ground electrode. The coaxial cable is connectedAs a result, abnormal discharge in the vicinity of the feeding point is suppressed, and it is possible to generate an electric field without any disturbance between the non-ground electrode and the ground electrode, and the plasma generated between the non-ground electrode and the ground electrode can be generated. Since the strength is further uniformed, a surface treatment apparatus capable of handling a large area substrate can be provided.
[0180]
More than one ground electrode2-5mm in diameterBecause it has a plate structure with holes,Because ultra-high frequency power is transmitted from the back surface to the front surface of the ground electrode,Abnormal discharge in the vicinity of the feeding point is suppressed, and it is possible to generate a more undisturbed electric field between the non-ground electrode and the ground electrode, and the intensity of the plasma generated between the non-ground electrode and the ground electrode is further increased. More uniform.
[0181]
Moreover, according to the surface treatment apparatus according to the present invention, it is possible to obtain a merit of a plasma phenomenon using a frequency in the VHS band (30 MHz to 300 MHz) and perform a uniform surface treatment on an ultra-large area substrate.
[0182]
Therefore, the spatial distribution of high-density plasma using a power source in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult in the past, can be made uniform, and uniform surface treatment for an ultra-large area substrate, that is, an improvement in film forming speed and etching speed. Improved uniformity. In particular, this effect greatly contributes to productivity improvement in the solar cell and LCD industries.
[0183]
Further, according to the surface treatment apparatus of the present invention, the effect of improving the productivity and quality / performance of applied products of thin film semiconductors such as LCDs, photoconductors for photocopiers, solar cells, LSIs, and the like can be achieved. Product production costs can be significantly reduced.
[0184]
In addition, according to the surface treatment apparatus of the present invention, the product value increases as the product size increases, so-called large-area screen can be achieved, and it is provided for the manufacture of applied products such as LCDs, photoconductors for copying machines, and solar cells. As a result, the effect of creating a new product is produced. Therefore, the industrial value in this field is extremely large.
[0185]
According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to generate a non-disturbing electric field between a pair of electrodes, and provide a surface treatment method in which the intensity of plasma generated between the pair of electrodes is made uniform. it can.
[0186]
In addition, it is possible to obtain a merit of a plasma phenomenon using a frequency in the VHS band (30 MHz to 300 MHz) and to perform a uniform surface treatment on a very large area substrate. Therefore, the spatial distribution of high-density plasma using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult in the past, can be made uniform, and uniform surface treatment for an ultra-large area substrate, that is, the film forming speed and the etching speed can be improved. Improved uniformity. This effect has a significant contribution to improving productivity particularly in the solar cell and LCD industries.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a surface treatment apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a power supply system for supplying high frequency power to a discharge electrode showing one configuration of the surface treatment apparatus.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a feeding point which is a position where a feeding cable as one configuration of the power supply system and the electrode are connected.
FIG. 4 is an overall view of a surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a feeding point that is a position for connecting a feeding cable, which is one configuration of a power supply system for supplying high-frequency power to a discharging electrode, which is one configuration of the surface treatment apparatus, and the electrode. .
FIG. 6 is an overall view of a surface treatment apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is an overall view of a surface treatment apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 8 is an overall view of a surface treatment apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of electrodes constituting the surface treatment apparatus.
FIG. 10 is an explanatory view of a power supply unit to a pair of electrodes constituting the surface treatment apparatus.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a power supply unit to a pair of electrodes constituting a surface treatment apparatus of Example 6 of the present invention.
FIG. 12 is an overall view of a surface treatment apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a power supply unit to a pair of electrodes constituting the surface treatment apparatus.
FIG. 14 is a structural example of a pair of electrodes in a surface treatment apparatus having a configuration in which a plurality of shoji frame type electrodes, a flat plate type ground electrode, a plurality of high frequency power supplies and the like according to an eighth embodiment of the present invention are combined.
FIG. 15 is a conceptual diagram of a surface treatment apparatus according to a conventional technique.
FIG. 16 is a block configuration diagram showing a circuit of an apparatus used in a conventional method for supplying power to a discharge electrode.
FIG. 17 is a view showing a portion where a power supply terminal is attached to an electrode according to a conventional technique.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a voltage wave.
FIG. 19 is an explanatory diagram of a synthesized wave of voltage.
FIG. 20 shows an example of a feeding point of a non-grounded electrode having a ladder structure.
FIG. 21 is a schematic diagram in which a current flows on the surface of an electrode.
FIG. 22 shows an example of a local discharge location.
FIG. 23 shows an example of a local discharge location.
[Explanation of symbols]
1 ... Vacuum container
2 ... Non-grounded electrode
4, 4a ... Ground electrode
6, 6a, 6b ... Matching device
7, 7a, 7b ... high frequency power supply
8a-8d, 53a, 53b, 54a, 54b, 56a, 56b, 59, 60, 61a-d, 62a-d, 63, 64 ... coaxial cable
10a to 10e, 121a to 121d, feeding point
22 ... High frequency oscillator
23a, 23b ... power amplifier
25 ... Phase shifter
26 ... Reaction gas discharge hole
30 ... exhaust pipe
31 ... Vacuum pump
33a, 33b ... reactive gas introduction pipe
34, 34a to 34d ... Coaxial cable for vacuum
37, 37a-37d ... core wire
50, 50a, 50b ... conductor
51 ... Oscilloscope
52 ... Output phase variable transmitter
55a-55d ... Current introduction terminal
57, 57a, 57b ... Power distributor
58a-d ... Phase shifter
70 ... Surface treatment apparatus
102, 102a-102d ... shoji frame type electrode
W ... Board

Claims (8)

In a surface treatment apparatus for treating the surface of a substrate disposed in a vacuum vessel using plasma,
A pair of electrodes disposed opposite to each other in the vacuum vessel;
A coaxial cable for supplying power to each of the pair of electrodes;
A feed point core wire of each installed Rutotomoni the coaxial cable to the pair of electrodes are connected, said coaxial cable or et power is supplied,
Other conductors for connecting the outer conductor of the coaxial cable that supplies power to one electrode of the pair of electrodes and the outer conductor of the coaxial cable that supplies power to the other electrode in the vicinity of the respective feeding points And
The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein a phase difference between the voltages of the electric power supplied to the pair of electrodes is 180 °. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the same number of feeding points are disposed on the pair of electrodes. Surface treatment apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that said pair of electrodes consisting of an ungrounded electrode and the ground electrode. The surface treatment apparatus according to claim 3 , wherein the non-grounded electrode is a ladder-type electrode. The surface treatment apparatus according to claim 3 , wherein the non-grounded electrode is a grid electrode. The non-grounded electrode , the feeding point of the non-grounded electrode and the coaxial cable of the non-grounded electrode are composed of a plurality ,
The ground electrode is provided with the feed point of the ground electrode at a position facing the feed point of the non-ground electrode, and the coaxial cable of the ground electrode is connected to the feed point of the ground electrode. surface treatment apparatus according to any one of claims 3-5, characterized in that it is connected. The surface treatment apparatus according to any one of claims 3 to 6 , wherein the ground electrode is a plate having one or more holes having a diameter of 2 to 5 mm . A pair of electrodes arranged opposite to the vacuum vessel, and a coaxial cable for supplying power to each of the pair of electrodes, said core wire of the coaxial cable is connected with the respectively installed to the pair of electrodes, said coaxial cable A feeding point to which power is supplied from, an outer conductor of the coaxial cable that supplies power to one electrode of the pair of electrodes, and an outer conductor of the coaxial cable that supplies power to the other electrode, respectively. In a surface treatment method in which a substrate is disposed between the pair of electrodes using a surface treatment apparatus including another conductor connected in the vicinity of the feeding point, and the surface of the substrate is treated using plasma.
Evacuating the vacuum vessel;
Supplying a discharge gas into the vacuum vessel;
A step of supplying electric power to both of the pair of electrodes,
And a phase difference between the voltages of the electric power supplied to the pair of electrodes is 180 °.

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