JP2005123203A - Electrode for generating ultrahigh frequency plasma, plasma surface treatment device formed of the electrode, and plasma surface treatment method - Google Patents
Electrode for generating ultrahigh frequency plasma, plasma surface treatment device formed of the electrode, and plasma surface treatment method Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置及び表面処理方法に関する。本発明は、特に、電子温度が低く、かつ、高密度のプラズマ生成が可能という特徴をもつ超高周波プラズマ、すなわち周波数がVHF帯域(30MHzないし300MHz)の高周波電力により生成するプラズマによる表面処理装置および表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for performing a predetermined treatment on a surface of a substrate using plasma. In particular, the present invention relates to a surface treatment apparatus using an ultrahigh frequency plasma having a low electron temperature and capable of generating a high density plasma, that is, a plasma generated by a high frequency power having a frequency in the VHF band (30 MHz to 300 MHz) and The present invention relates to a surface treatment method.
プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、LSI(大規模集積回路)、LCD(液晶デイスプレー)用TFT(薄膜トランジスター)、アモルファスSi系太陽電池、薄膜多結晶Si系太陽電池、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の分野において既に実用化されている。また、ダイヤモンド薄膜および立方晶ボロンナイトライド(C−BN)等の超硬質膜製造分野においても実用化が進みつつある。 Various kinds of processing are performed on the surface of the substrate using plasma to manufacture various electronic devices. LSI (Large Scale Integrated Circuit), LCD (Liquid Crystal Display) TFT (Thin Film Transistor), amorphous Si solar cell, thin film Already put into practical use in the fields of polycrystalline Si solar cells, photoconductors for copying machines, and various information recording devices. In addition, practical application is also progressing in the field of manufacturing ultra-hard films such as diamond thin films and cubic boron nitride (C-BN).
上記技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質およびコーテイング等多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に関する装置および方法には、大別すると3つの代表的技術がある。
第1の代表的技術は、例えば、特許文献1ないし3に記載されているもので、プラズマ発生に非接地電極と接地電極から成る2枚の平行平板電極を一対として用いることを特徴とする。第2の代表的技術は、例えば特許文献4及び5に記載されているもので、プラズマ発生に棒電極あるいはラダー型電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。第3の代表的技術は、例えば、特許文献6に記載されているもので、アンテナ方式であることを特徴とする。
The above technical fields cover various fields such as thin film formation, etching, surface modification, and coating, all of which utilize the chemical and physical action of reactive plasma. The apparatus and method relating to the generation of the reactive plasma are roughly classified into three typical techniques.
The first representative technique is described in, for example,
また、電力損失防止及び電極間以外で発生の不必要なプラズマの発生を抑制する技術として、平衡不平衡変換装置を用いる技術が、例えば特許文献2及び3に記載されている。
For example,
上記文献記載の技術の特徴は概略次の通りである。特許文献1に記載の技術は、非接地電極を方形電極とし、該方形電極の第1の辺の側面に複数の第1の電力供給点を配置し、該第1の辺と対向する第2の辺の側面に複数の第2の電力供給点を配置し、かつ、該複数の第1の給電点に供給される電力の電圧と該複数の第2の電力供給点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化することを特徴としている。なお、この技術では互いに向かい合った方向に伝播するように供給される2つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献2に記載の技術は、一対の電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する該電極の第1および第2の辺に、それぞれ、電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給点が設置され、かつ、該複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置が設置されるということを特徴としている。この技術では、該複数の電力供給点に対応したリアクタンス調整装置を制御することにより、反射波の位相を制御することにより、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動させることが可能である。
特許文献3に記載の技術は、一対の電極に複数の開口を設置し、該開口の縁にそれぞれ電力供給点を配置し、かつ、電力供給系より平衡不平衡変換装置及び平衡伝送路を介して電力を供給することを特徴としている。この技術では、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化することが可能である。
特許文献4に記載の技術は、一対の電極の電力供給点の反対側の先端部分に反射電力の位相を調整する位相調整回路が接続されるということを特徴としている。この技術では、該位相調整回路を制御することにより、反射波の位相の調整が可能で、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動することが可能である。
特許文献5に記載の技術は、電極上のある1つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも1つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化することを特徴としている。なお、この技術では、互いに向かい合った方向から供給される2つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献6に記載の技術は、電極が線状導体をその中央点を基準に平面内に含まれるように折り返して形成され、該中央点を給電点としたことが特徴である。なお、この電極の形状には、例えばU字型あるいはM字型がある。また、該U字型あるいはM字型電極がアンテナとなって供給電力が空間へ放射される。
The features of the technique described in the above document are roughly as follows. In the technique described in
In the technique described in
In the technique described in Patent Document 3, a plurality of openings are installed in a pair of electrodes, power supply points are arranged at the edges of the openings, and the power supply system is connected to the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path. Power supply. In this technology, the power supplied from the adjacent apertures is superimposed on the standing wave generated by the relationship between the traveling wave and the reflected wave, and the spatial distribution of the plasma intensity between the electrodes is made uniform. It is possible to
The technique described in
The technique described in
The technique described in
非特許文献1に記載の技術は、非接地電極のプラズマに接する面の裏側の面にH文字状の給電帯を設置し、該H文字状給電帯上に複数の給電点を設置したことを特徴としている。 非特許文献2に記載の技術は、非接地電極の給電点の反対側、即ち電力伝播方向に位置する該電極の端部にコイルを設置し、電源と該一対の電極を結ぶ給電線および該電極に発生する定在波の腹の位置をずらすことを特徴としている。
The technique described in Non-Patent
上記のプラズマ表面処理技術、即ちプラズマ表面処理装置とプラズマ表面処理方法は、LCD,LSI,電子複写機および太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減および大面積壁掛けTVなど性能(仕様)の改善等に関する大面積・均一化および高速処理化のニーズが年々強まっている。特に、エネルギー資源問題や地球環境問題に対応した新エネルギー源として実用化普及の加速化が期待されている薄膜シリコン系太陽電池の分野では、なお一層の生産コストの低減が社会的ニーズとして求められている。 The above-mentioned plasma surface treatment technology, that is, the plasma surface treatment apparatus and the plasma surface treatment method, reduce the product cost and increase the area of the product due to the improvement in productivity in any of the industrial fields such as LCD, LSI, electronic copying machine and solar cell. The need for large area, uniformization, and high-speed processing is increasing year by year for improving performance (specifications) such as wall-mounted TV. In particular, in the field of thin-film silicon solar cells, which are expected to accelerate the spread of practical use as a new energy source that responds to energy resource problems and global environmental problems, further reduction in production costs is required as a social need. ing.
上記ニーズに対応するため、最近では、一つの技術傾向として、産業界のみならず、学会でも特に、プラズマCVD(化学蒸着)技術およびプラズマエッチング技術ともに、高性能化と高速処理化が可能(低電子温度で高密度のプラズマが生成可能)という特徴のあるVHF帯(30MHzないし300MHz)の電源を用いたプラズマCVD技術の実用化研究が盛んになっている。しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在し、上記ニーズの分野では齟齬をきたしている。 In order to meet the above needs, recently, as a technical trend, not only in industry but also in academic societies, both plasma CVD (chemical vapor deposition) technology and plasma etching technology are capable of high performance and high speed processing (low) Research on the practical application of plasma CVD technology using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which is characterized by the fact that high-density plasma can be generated at an electron temperature, has become active. However, in the prior art, there are still problems as described below, and there is a problem in the field of the above needs.
第1の課題は、VHFプラズマを用いた表面処理の高速化・大面積・均一化(生産性向上および性能向上)が可能な高生産性プロセス用VHFプラズマ表面処理装置及びVHFプラズマ表面処理方法に係わる技術のブレークスルーである。一般に、LCD分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±5%程度、太陽電池分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±10%程度が実用化の一つの指標となっている。しかしながら、1987年世界初の試みとして登場したVHFプラズマの高速化・大面積・均一化に関する技術はあまり進展が見られない状況にある。従来のVHFプラズマ技術では、例えばa−Si膜を製造する場合、再現性の確保を前提条件にすると、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10〜15%程度の膜厚分布、100cmx100cm程度に関しては、±20〜40%程度の膜厚分布であり、上記指標をクリアできないという問題がある。 A first problem is to provide a VHF plasma surface treatment apparatus and a VHF plasma surface treatment method for a high productivity process capable of increasing the speed, large area, and uniformity (improvement of productivity and performance) of surface treatment using VHF plasma. This is a breakthrough of the technology involved. In general, in the LCD field, the film thickness distribution ensures reproducibility of about ± 5%, and in the solar cell field, the film thickness distribution ensures reproducibility of about ± 10%. It has become. However, the technology for speeding up, large area, and uniformity of VHF plasma that appeared as the world's first attempt in 1987 is in a situation where little progress has been made. In the conventional VHF plasma technology, for example, in the case of manufacturing an a-Si film, assuming that reproducibility is ensured, when the substrate area is about 50 cm × 50 cm, the film thickness distribution is about ± 10 to 15%, and about 100 cm × 100 cm. The film thickness distribution is about ± 20 to 40%, and there is a problem that the above index cannot be cleared.
膜厚分布の不均一性の直接的原因としてはプラズマ密度の不均一性があり、プラズマ密度の不均一性の原因には、上記VHF固有の問題である波の干渉現象に起因する定在波の発生がある。この定在波の問題は電磁波の伝播に伴う基本的な現象であるため、従来、抜本的解決手段がなく、次善の策として、前記特許文献1〜6にあるアイデイアが実用化されつつある。しかしながら、いずれの技術も次に述べるような問題がある。すなわち、この定在波の問題を抜本的に解決できていない。
(1)特許文献1記載の技術は、方形電極の互いに対向した2つの辺から供給される電力の電圧の位相差を時間的に、例えば数kHZの周波数で、鋸歯状に変化させることにより、一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を移動させ、時間平均的に見て均一化するものである。膜厚分布は、アモルファスSi製膜では、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10〜15%程度の膜厚分布が得られているが、100cmx100cm程度に関しては、±20以上と見られている。また、プラズマが例えば数kHzの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。なお、a−Si膜製膜では電源周波数が100kHz〜1MHz程度を境にして、低い周波数帯の場合では膜中水素の量が、高い周波数帯の場合に比べて著しく多くなるという研究成果がある。
(2)特許文献2記載の技術は、複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数100Pa〜数1000Paでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数100Pa以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
(3)特許文献3記載の技術は、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化するので、互いに隣接する開口の間隔を使用する電源周波数即ち波長に対応して選定することが必要である。すなわち、電源周波数が予め選定されることが必須条件で、かつ、プラズマ密度の強さに応じて伝播電力の波長が短縮するので、プラズマの均一性はプラズマ密度の強さに依存するという欠点がある。
(4)特許文献4記載の技術は、特許文献2記載の技術と同様に、電力供給点の反対側に、位相調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数100Pa〜数1000Paでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数100Pa程度以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
(5)特許文献5記載の技術は、特許文献1記載の技術と同様に、電極上のある1つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも1つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化するので、プロセス用VHFプラズマ表面処理装置及びVHFプラズマ表面処理方法としては、プラズマが例えば数kHzの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。また、膜厚分布は、アモルファスSi製膜では、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10〜15%程度の膜厚分布が得られているが、100cmx100cm程度に関しては、±20以上と見られている。
(6)特許文献6記載の技術は、アンテナ方式即ち誘導結合型のプラズマ生成なので、圧力条件が数Pa以下という制約がある。すなわち、微結晶Si等のような圧力条件が数100Pa〜数1000Paである応用には無理があるという欠点がある。また、電極の周囲にある真空容器の形状や接地条件に影響を受けやすいで、製膜条件の適正条件の把握が困難と推測される。
The direct cause of the non-uniformity of the film thickness distribution is the non-uniformity of the plasma density. The non-uniformity of the plasma density is caused by the standing wave caused by the wave interference phenomenon which is a problem inherent to the VHF. Occurs. Since this standing wave problem is a fundamental phenomenon associated with the propagation of electromagnetic waves, there has been no fundamental solution in the past, and the idea described in
(1) The technique described in
(2) Since the technique described in
(3) In the technique described in Patent Document 3, the strength of the plasma between the electrodes is obtained by superimposing standing waves generated by the power supplied from the openings adjacent to each other in the relationship between the traveling wave and the reflected wave. Therefore, it is necessary to select a distance corresponding to the power source frequency, that is, the wavelength, using the interval between the adjacent openings. That is, it is an essential condition that the power supply frequency is selected in advance, and the wavelength of the propagation power is shortened according to the strength of the plasma density, so that the uniformity of the plasma depends on the strength of the plasma density. is there.
(4) The technique described in
(5) The technique described in
(6) Since the technique described in
更に、第2の課題として、量産装置への応用性の高いVHFプラズマ発生用電極の技術開発がある。一般に、高生産性プロセスでの生産装置の基本ラインは、インライン型装置、マルチチャンバー型装置及びロール・ツー・ロール型装置の3つの方式があるが、これらの装置では基板搬送装置との兼ね合いから、プラズマ処理室内の一対の電極と給電ケーブルを接続する場合、例えば該一対の電極形状が矩形の場合、周囲4辺の中の1辺のみを用いて両者が接続できる手段が求められる。しかしながら、従来のVHFプラズマ技術では、このニーズに対応できないという問題がある。なお、前記の特許文献1~6記載の技術で、このニーズに対応可能な技術は、特許文献6記載の技術のみである。しかしながら、この技術は、前述の通り、圧力条件が数Pa以下という制約があるため、実用価値が低いと見られている。
Further, as a second problem, there is technical development of an electrode for generating VHF plasma that is highly applicable to a mass production apparatus. In general, the basic line of production equipment in a high-productivity process has three types: an inline type device, a multi-chamber type device, and a roll-to-roll type device. When a pair of electrodes in the plasma processing chamber is connected to the power supply cable, for example, when the shape of the pair of electrodes is rectangular, there is a need for means that can connect both using only one of the four surrounding sides. However, the conventional VHF plasma technology has a problem that it cannot respond to this need. Note that the techniques described in
以上説明したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板、例えばサイズ1mx1m級大面積基板を対象にしたVHFプラズマCVDおよびプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、困難視されている。即ち、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化等の課題に対応する為、一つの技術トレンドとして、VHFプラズマ技術が注目され、その実用化応用の開発研究が実施されているが、技術的困難性のため、1mx1m級を越える大面積基板を対象にしたVHFプラズマ利用の高速化・大面積化・均一化が可能な表面処理装置及びその方法の成功例は発表されていない。
As described above, in the prior art, it is still difficult to apply VHF plasma CVD and plasma etching to a large area substrate necessary for mass productivity improvement and cost reduction, for example, a large area substrate of
言い換えれば、現在、VHFプラズマ分野が抱える具体的技術課題は、第1に、一対の電極間に発生の定在波を抑制可能な大面積・均一化技術の創出、第2に、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段の創出である。 In other words, the specific technical problems that the VHF plasma field currently has are, first, the creation of a large area and uniform technology that can suppress the standing wave generated between a pair of electrodes, and second, the substrate transfer device It is the creation of a power supply means that places few restrictions on the installation of the power supply.
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するために必要な、定在波の影響を根本的に抑制し、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化が可能で、かつ、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段を実現可能なアイデイアを創出し、該アイデイアを実現するための超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention fundamentally suppresses the influence of standing waves necessary for solving the above-described problems of the prior art, enables high-speed, large-area, and uniform plasma surface treatment, and Creation of an idea capable of realizing a power supply means with little restriction on the installation of the substrate transfer apparatus, an electrode for generating an ultrahigh-frequency plasma for realizing the idea, a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface composed of the electrode An object is to provide a processing method.
本発明は、上記課題を解決するため、超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を、次のように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that an ultrahigh frequency plasma generating electrode, a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method constituted by the electrodes are constituted as follows.
即ち、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる超高周波プラズマ発生用電極であって、前記第1の電極に配置された第1の給電点に、前記第1のインピーダンス整合器の出力端子と、前記第3のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、前記第1の給電点に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に、前記第2のインピーダンス整合器の出力端子と、前記第4のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極は平板型の形状を有し、前記第1の電極は、該第2の電極に平行な面内に含まれるように配置された棒状あるいは板状の形状を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を平板型の形状とし、前記第1の電極を1本の棒状導体を前記第2の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるU字型あるいははW字型の形状とする構造を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を円筒型の形状とし、前記第1の電極が、該第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように配置された棒状あるいはU字型形状あるいはW字型あるいは方形型の形状とする構造を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の電極を複数の開口を有する板状の導電体とし、かつ、前記基板が該一対の電極間の外に配置されるという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、方形あるいは円筒型の導電体をU字状あるいはW字状あるいはジグザグ状の形を有するスリットで2分割し、該2分割された導電体の一方を前記第1の電極とし、該2分割された導電体の他方を第2の電極とするという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極を複数の電極から構成し、該複数の電極は前記第2の電極に平行な面内に含まれるように配置されるということを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極の一部あるいは全部の表面は誘電体で覆われているという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記給電点と前記インピーダンス整合器の接続部に平衡不平衡変換装置が挿入されるという構造を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の高周波電源の出力の周波数を、30MHzから300MHzのVHF帯に属していることを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び前記第2の高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Hwと周期T0の比Hw/H0を50%以下にすることを特徴としている。
That is, the high-frequency plasma generating electrode of the present invention generates a plasma, a vacuum vessel having an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a plasma A first high-frequency power source capable of arbitrary pulse modulation and having two outputs and a phase difference between the voltages of the two outputs can be arbitrarily set; The first and second impedance matching units connected to the two output terminals of the first high-frequency power source and arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power source are possible, and two outputs And a power supply system comprising a second high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase difference between the voltages of the two outputs and third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high-frequency power source. And the generated plastic An electrode for generating an ultra-high frequency plasma used in a plasma surface processing apparatus for processing the surface of a substrate using a matrix, wherein the first impedance matching is provided at a first feeding point disposed on the first electrode. And the output terminal of the third impedance matching unit are connected to each other, and are arranged at a position that is a point opposite to the first feeding point in the propagation of the high-frequency power wave. In addition, the output terminal of the second impedance matching device and the output terminal of the fourth impedance matching device are connected to the second feeding point.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the second electrode has a flat plate shape, and the first electrode is disposed in a plane parallel to the second electrode. It is characterized by having a bar shape or a plate shape.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the second electrode has a flat plate shape, and the first electrode is included in a plane parallel to the second electrode. It is characterized in that it has a U-shaped or W-shaped structure formed by being folded back into a circle.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the second electrode is formed into a cylindrical shape, and the first electrode is included in a cylindrical surface surrounding the second electrode in a mantle shape. It is characterized by having a structure of an arranged rod shape, U-shape, W-shape or square shape.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the first and second electrodes are plate-like conductors having a plurality of openings, and the substrate is disposed outside the pair of electrodes. It has the structure.
The electrode for generating high-frequency plasma of the present invention divides a rectangular or cylindrical conductor into two by a slit having a U-shape, a W-shape or a zigzag shape, and one of the two divided conductors is formed. The first electrode is used, and the other of the two divided conductors is used as a second electrode.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the first electrode is composed of a plurality of electrodes, and the plurality of electrodes are arranged so as to be included in a plane parallel to the second electrode. It is characterized by.
The high-frequency plasma generating electrode of the present invention is characterized in that a part or all of the surface of the first electrode is covered with a dielectric.
The high-frequency plasma generating electrode according to the present invention is characterized in that a balance-unbalance conversion device is inserted into a connection portion between the feeding point and the impedance matching unit.
The high-frequency plasma generating electrode of the present invention is characterized in that the output frequency of the first and second high-frequency power sources belongs to a VHF band of 30 MHz to 300 MHz.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the duty ratio of the pulse modulation of the outputs of the first and second high-frequency power sources, that is, the ratio Hw / H0 of the pulse width Hw to the period T0 should be 50% or less. It is a feature.
また、本発明の高周波プラズマ発生法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる超高周波プラズマ発生方法であって、上記した本発明のいずれかの超高周波プラズマ発生用電極を用いて、該一対の電極間にプラズマを発生させるようにしたことを特徴としている。 Further, the high frequency plasma generation method of the present invention generates a plasma, a vacuum vessel having an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and plasma. A pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode; a first high-frequency power source capable of arbitrary pulse modulation and capable of arbitrarily setting a phase difference between two outputs and the voltage of the two outputs; The first and second impedance matching units connected to the two output terminals of one high frequency power source and arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high frequency power source are possible, and two outputs are provided. A power supply system comprising a second high-frequency power source capable of arbitrarily setting a phase difference between the voltages of the two outputs, and third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high-frequency power source; And generated plasma An ultra-high frequency plasma generation method used in a plasma surface treatment apparatus for processing a surface of a substrate by using the above-described ultra-high frequency plasma generation electrode of the present invention, and plasma between the pair of electrodes. It is characterized by generating.
また、本発明の高周波プラズマ表面処理装置は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置であって、前記一対の電極が上記した本発明のいずれかの超高周波プラズマ発生用電極により構成されていることを特徴としている。 The high-frequency plasma surface treatment apparatus of the present invention generates a plasma, a vacuum vessel having an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system that supplies a discharge gas into the vacuum vessel, and a plasma A first high-frequency power source capable of arbitrary pulse modulation and having two outputs and a phase difference between the voltages of the two outputs can be arbitrarily set; The first and second impedance matching units connected to the two output terminals of the first high-frequency power source and arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power source are possible, and two outputs And a power supply system comprising a second high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase difference between the voltages of the two outputs and third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high-frequency power source. And the generated program Utilizing Zuma a plasma surface treatment apparatus for treating the surface of the substrate, the pair of electrodes is characterized in that it is constituted by one of the super high frequency plasma generating electrode of the present invention described above.
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記一対の電極を上記した本発明のいずれかの高周波プラズマ発生用電極により構成し、プラズマ表面処理をすることを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第1の定在波の腹の位置と前記第2の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第2の定在波の腹の位置の距離を使用電力の波長λの四分の一、即ちλ/4に設定することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第1の工程と、前記第2の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第2の工程と、該第1及び第2の工程でそれぞれに把握された第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のSi系膜を製膜する第3の工程から成ることを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、前記基板の表面に、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料及び結晶Si系材料のいずれかを形成するようにしたことを特徴としている。
In addition, the high-frequency plasma surface treatment method of the present invention includes a vacuum vessel having an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system that supplies a discharge gas into the vacuum vessel, and generates plasma. A first high-frequency power source capable of arbitrary pulse modulation and having two outputs and a phase difference between the voltages of the two outputs can be arbitrarily set; The first and second impedance matching units connected to the two output terminals of the first high-frequency power source and arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power source are possible, and two outputs And a power supply system comprising a second high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase difference between the voltages of the two outputs and third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high-frequency power source. And the generated program A plasma surface treatment method for treating the surface of a substrate using a zuma, characterized in that the pair of electrodes is constituted by any of the above-described high-frequency plasma generating electrodes of the present invention, and plasma surface treatment is performed. Yes.
In addition, the high-frequency plasma surface treatment method of the present invention includes a vacuum vessel having an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system that supplies a discharge gas into the vacuum vessel, and generates plasma. A first high-frequency power source capable of arbitrary pulse modulation and having two outputs and a phase difference between the voltages of the two outputs can be arbitrarily set; The first and second impedance matching units connected to the two output terminals of the first high-frequency power source and arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power source are possible, and two outputs And a power supply system comprising a second high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase difference between the voltages of the two outputs and third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high-frequency power source. And the generated program A plasma surface processing method for processing a surface of a substrate by using a zuma, comprising: a position of an antinode of a first standing wave generated between the pair of electrodes by two outputs of the first high frequency power source; The distance of the antinode position of the second standing wave generated between the pair of electrodes by the two outputs of the second high frequency power supply is set to a quarter of the wavelength λ of the power used, that is, λ / 4. It is characterized by doing.
In addition, the high-frequency plasma surface treatment method of the present invention includes a vacuum vessel having an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system that supplies a discharge gas into the vacuum vessel, and generates plasma. A first high-frequency power source capable of arbitrary pulse modulation and having two outputs and a phase difference between the voltages of the two outputs can be arbitrarily set; The first and second impedance matching units connected to the two output terminals of the first high-frequency power source and arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power source are possible, and two outputs And a power supply system comprising a second high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase difference between the voltages of the two outputs and third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high-frequency power source. And the generated program A plasma surface processing method for processing a surface of a substrate using a zuma, comprising: a phase difference between two outputs of the first high-frequency power source; and a sinusoidal film thickness distribution formed on the substrate surface. A first step of grasping a relationship with a position where the film thickness of the system film becomes maximum, a phase difference between two outputs of the second high-frequency power source, and a sinusoidal film thickness distribution formed on the substrate surface The second step of grasping the relationship with the position where the film thickness of the Si-based film having the maximum value is two, and the first and second high-frequency power sources respectively grasped in the first and second steps The target Si-based film is formed on the substrate by setting the phase difference between the two outputs of the first and second high-frequency power sources based on the relationship between the phase difference of the output and the position where the film thickness is maximized. It is characterized by comprising a third step.
In the high-frequency plasma surface treatment method of the present invention, any one of an amorphous Si-based material, a microcrystalline Si-based material, a polycrystalline Si-based material, and a crystalline Si-based material is formed on the surface of the substrate. It is a feature.
本発明の高周波プラズマ発生用電極は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる超高周波プラズマ発生用電極であって、前記第1の電極に配置された第1の給電点に、前記第1のインピーダンス整合器の出力端子と、前記第3のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、前記第1の給電点に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第2の給電点に、前記第2のインピーダンス整合器の出力端子と、前記第4のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴としているので、該一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にする応用が可能である。即ち、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布)は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。このことは、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視される波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした応用において、均一で高品質の超高周波プラズマ処理が可能である。
また、本発明高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を平板型の形状とし、前記第1の電極を、該第2の電極に平行な面内に含まれるように配置された棒状あるいは板状の形状を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが確実に実現可能である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を平板型の形状とし、前記第1の電極は1本の棒状導体を前記第2の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるU字型あるいははW字型の形状を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが確実に実現可能である。本発明には、一対の電極の一つの側面側からのVHF電力の供給が可能な手段を実現可能というメリットがある。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を円筒型の形状とし、前記第1の電極は該第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように配置された棒状あるいはU字型形状あるいはW字型あるいは方形型の形状を有することを特徴とするので、前記基板の形状が円筒形の場合においても応用が可能で、かつ、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが可能である
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の電極を複数の開口を有する板状の導電体とし、かつ、前記基板が該一対の電極間の外に配置されるという構成を有することを特徴とするので、基板の厚みや材料の影響を受けず、また、該一対の電極間の距離を狭く設定できるので、高圧力条件でのプラズマ処理への応用が狩野である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極をU字状あるいはW字状あるいはジグザグ状の形を有するスリットで2分割された方形平板の導体の一方とし、該2分割された方形平板の導体の他方を第2の電極とするという構成を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが確実に可能である。本発明には、一対の電極の一つの側面側からのVHF電力の供給が可能な手段を実現可能というメリットがある。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極を複数の電極とし、該複数の電極は前記第2の電極に平行な面内に含まれるように配置されるということを特徴とするので、基板の面積が1mx1mを超える大面積基板の場合にも対応可能であり、かつ、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが可能である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極の一部あるいは全部の表面は誘電体で覆われているという構成を有することを特徴とするので、前記第1の電極が例えばU字型あるいはW字型の場合において、該電極の曲がり部分での電力損失を抑制可能である。その結果、一対の電極の一つの側面側からのVHF電力の供給が可能である。このことは、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている従来技術では不可能な装置断面での1側面からのVHF電力の供給を可能とし、応用価値は著しく高いものがある。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記給電点と前記インピーダンス整合器の接続部に平衡不平衡変換装置が挿入されることを特徴とするので、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブル端部の芯線と給電点の接合部近傍で発生の漏洩電流による電力損失及び異常放電の抑制が可能である。このことは、製品の低コスト化を担う量産装置としてのプラズマ表面処理装置への応用において、その効果は著しく大きい。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の高周波電源の出力の周波数が30MHzから300MHzのVHF帯に属していることを特徴とするので、VHFプラズマの長所であるプラズマの高密度化が容易に実現可能である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び前記第2の高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Hwと周期T0の比Hw/H0を50%以下にすることを特徴とするので、上記した本発明のいずれかの超高周波プラズマ発生用電極によって生成されるプラズマの強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布)は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。
An electrode for high-frequency plasma generation according to the present invention includes a vacuum vessel provided with an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a first gas generating plasma. A first high-frequency power source capable of arbitrarily pulse-modulating a pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode, and capable of arbitrarily setting a phase difference between two outputs and the voltage of the two outputs; The first and second impedance matchers connected to the two output terminals of the high frequency power source of the first and second pulse matching signals synchronized with the pulse modulation signal of the first high frequency power source are possible, A second high frequency power supply capable of arbitrarily setting a phase difference between two output voltages, and a power supply system comprising third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high frequency power supply. Equipped with the generated plasma An electrode for generating an ultra-high-frequency plasma used in a plasma surface treatment apparatus for treating a surface of a substrate by using a first feeding point disposed on the first electrode. The output terminal and the output terminal of the third impedance matching device are connected, and the first terminal is disposed at a position that is in a relationship that is an opposing point on the propagation of a high-frequency power wave with respect to the first feeding point. Since the output terminal of the second impedance matching device and the output terminal of the fourth impedance matching device are connected to the two feeding points, the power between the pair of electrodes It is possible to apply a uniform distribution to the distribution of the intensity without being influenced by the standing wave inherent to VHF. That is, the distribution of power intensity between the pair of electrodes is a superposition of two standing waves that are separated in time, that is, independent of each other, and can be made uniform. In other words, the intensity distribution of power generated between the pair of electrodes is not a sinusoidal distribution but a constant intensity, and plasma can be made uniform. This means that uniform and high-quality ultrahigh-frequency plasma treatment is possible in applications targeting substrates with a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with conventional VHF plasma surface treatment apparatuses and methods. .
In the high frequency plasma generating electrode of the present invention, the second electrode has a flat plate shape, and the first electrode is disposed in a rod-like shape or disposed so as to be included in a plane parallel to the second electrode. Since it has a plate-like shape, the power intensity distribution between the pair of electrodes is reliably realized to be uniform without being affected by the standing wave unique to VHF. Is possible.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the second electrode has a flat plate shape, and the first electrode includes a single rod-shaped conductor in a plane parallel to the second electrode. The power intensity distribution between the pair of electrodes is not influenced by the standing wave unique to VHF. A uniform distribution can be reliably realized. The present invention has an advantage that it is possible to realize means capable of supplying VHF power from one side surface of a pair of electrodes.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the second electrode is formed in a cylindrical shape, and the first electrode is disposed within a cylindrical surface surrounding the second electrode. Since the substrate has a cylindrical shape, a U-shape, a W-shape, or a rectangular shape, it can be applied even when the shape of the substrate is cylindrical, and between the pair of electrodes. The distribution of power intensity can be made uniform without being affected by the standing wave unique to VHF. The high-frequency plasma generation electrode of the present invention can be configured as described above. Since the electrode is a plate-like conductor having a plurality of openings, and the substrate is disposed outside the pair of electrodes, it is affected by the thickness of the substrate and the material. In addition, the distance between the pair of electrodes is set narrow. Therefore, Kano is applied to plasma treatment under high pressure conditions.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the first electrode is one of rectangular flat conductors divided into two by a slit having a U-shape, a W-shape or a zigzag shape. Since the other electrode of the rectangular flat plate is used as the second electrode, the power intensity distribution between the pair of electrodes is not affected by the standing wave unique to VHF. It is possible to ensure a uniform distribution. The present invention has an advantage that it is possible to realize means capable of supplying VHF power from one side surface of a pair of electrodes.
In the high-frequency plasma generating electrode according to the present invention, the first electrode may be a plurality of electrodes, and the plurality of electrodes may be disposed in a plane parallel to the second electrode. Therefore, it is possible to cope with the case of a large-area substrate having a substrate area exceeding 1 mx 1 m, and the distribution of power intensity between the pair of electrodes is not affected by the standing wave unique to VHF. It is possible to obtain a uniform distribution.
The high-frequency plasma generating electrode of the present invention is characterized in that a part or all of the surface of the first electrode is covered with a dielectric, so that the first electrode is, for example, In the case of a U-shape or W-shape, power loss at the bent portion of the electrode can be suppressed. As a result, VHF power can be supplied from one side of the pair of electrodes. This is due to the cross-section of the equipment that is impossible in the prior art, which is required in the improvement of the plasma generator for high productivity of the plasma surface treatment equipment of in-line type, multi-chamber type and roll-to-roll type. It enables supply of VHF power from one side, and its application value is extremely high.
In the high-frequency plasma generating electrode according to the present invention, a balance-unbalance conversion device is inserted into a connection portion between the feeding point and the impedance matching unit. Therefore, the coaxial cable as a constituent member of the power supply system It is possible to suppress power loss and abnormal discharge due to leakage current generated in the vicinity of the junction between the core wire at the end and the feeding point. This has a significant effect in application to a plasma surface treatment apparatus as a mass production apparatus responsible for cost reduction of products.
The electrode for high frequency plasma generation according to the present invention is characterized in that the output frequency of the first and second high frequency power supplies belongs to the VHF band of 30 MHz to 300 MHz. Can be easily realized.
In the high-frequency plasma generating electrode of the present invention, the duty ratio of pulse modulation of the outputs of the first and second high-frequency power sources, that is, the ratio Hw / H0 of the pulse width Hw to the period T0 should be 50% or less. As a characteristic, the distribution of the intensity of the plasma generated by any of the above-described electrodes for generating an ultrahigh-frequency plasma of the present invention is a superposition of two standing waves that are separated in time, that is, independent of each other. Together, it can be made uniform. In other words, the intensity distribution of power generated between the pair of electrodes is not a sinusoidal distribution but a constant intensity, and plasma can be made uniform.
また、本発明の高周波プラズマ発生方法は、上記した本発明のいずれかの超高周波プラズマ発生用電極を用いて、該一対の電極間にプラズマを発生させるようにしたので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布)は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。その結果、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視される波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合において、均一で高品質のプラズマ処理への応用が可能である。 In the high frequency plasma generation method of the present invention, the plasma is generated between the pair of electrodes by using any of the above-described electrodes for generating a super high frequency plasma of the present invention. The distribution of power intensity is a superposition of two standing waves that are separated in time, that is, independent of each other, and can be made uniform. In other words, the intensity distribution of power generated between the pair of electrodes is not a sinusoidal distribution but a constant intensity, and plasma can be made uniform. As a result, it is possible to apply to uniform and high-quality plasma processing when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface processing apparatus and method, is targeted. .
また、本発明の高周波プラズマ表面処理装置は、前記一対の電極が上記した本発明のいずれかの超高周波プラズマ発生用電極により構成されているので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布)は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。その結果、従来のVHFプラズマ表面処理装置では不可能視される波長の二分の一を越えるサイズの基板を対象にした応用において、均一で高品質のプラズマ処理が可能である。このことは、プラズマ表面処理技術分野における画期的ブレークスルーが実現されるという意味があり、産業上の効果は著しく大きい。 In the high-frequency plasma surface treatment apparatus of the present invention, since the pair of electrodes is constituted by any one of the above-described ultrahigh-frequency plasma generation electrodes of the present invention, the distribution of power intensity between the pair of electrodes. Is a superposition of two standing waves that are separated in time, that is, independent of each other, and can be made uniform. In other words, the intensity distribution of power generated between the pair of electrodes is not a sinusoidal distribution but a constant intensity, and plasma can be made uniform. As a result, it is possible to perform uniform and high-quality plasma processing in an application intended for a substrate having a size exceeding one-half of a wavelength that cannot be seen with a conventional VHF plasma surface processing apparatus. This means that an epoch-making breakthrough in the plasma surface treatment technology field is realized, and the industrial effect is remarkably large.
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、前記一対の電極が上記した本発明のいずれかの超高周波プラズマ発生用電極により構成し、プラズマ表面処理をすることを特徴としているので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布)は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。その結果、従来のVHFプラズマ表面処理方法では不可能視される波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした応用において、均一で高品質のプラズマ処理が可能である。このことは、プラズマ表面処理技術分野における画期的ブレークスルーが実現されるという意味があり、産業上の効果は著しく大きい。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、第1の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第1の定在波の腹の位置と前記第2の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第2の定在波の腹の位置の距離を使用電力の波長λの四分の一、即ちλ/4に設定することを特徴とするので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布)は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。このことは、VHF固有の定在波に影響されることなく、確実に均一な分布にすることが可能ということである。
また、本発明高周波プラズマ表面処理方法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第1の工程と、前記第2の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第2の工程と、該第1及び第2の工程でそれぞれに把握された第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のSi系膜を製膜する第3の工程から成ることを特徴とするので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布)は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。このことは、VHF固有の定在波に影響されることなく、確実に均一な分布にすることが可能ということである。その結果、従来のVHFプラズマ表面処理方法では不可能視される波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした応用において、均一で高品質の確実なプラズマ処理が可能である。このことは、プラズマ表面処理技術分野における画期的ブレークスルーが実現されるという意味があり、産業上の効果は著しく大きい。
また、本発明の超高周波プラズマ表面処理方法は、前記基板の表面に、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料及び結晶Si系材料のいずれかを形成するようにしたことを特徴とするので、太陽電池及びTFT業界のみならず、LSI及び複写機用感光体の産業における生産性向上および製品コストの低減に関する超高周波プラズマの大面積・高速・均一な製品製造への応用が確実に実現可能であり、貢献度が著しく大きい。
Further, the high-frequency plasma surface treatment method of the present invention is characterized in that the pair of electrodes is constituted by any of the above-described ultrahigh-frequency plasma generation electrodes of the present invention, and the plasma surface treatment is performed. The distribution of power intensity between the electrodes is a superposition of two standing waves that are separated in time, that is, independent of each other, and can be made uniform. In other words, the intensity distribution of power generated between the pair of electrodes is not a sinusoidal distribution but a constant intensity, and plasma can be made uniform. As a result, uniform and high-quality plasma processing is possible in applications targeting a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment method. This means that an epoch-making breakthrough in the plasma surface treatment technology field is realized, and the industrial effect is remarkably great.
In addition, the high-frequency plasma surface treatment method of the present invention provides the position of the antinode of the first standing wave generated between the pair of electrodes by the two outputs of the first high-frequency power source and the second high-
Further, the high-frequency plasma surface treatment method of the present invention generates a plasma, a vacuum vessel having an exhaust system in which a substrate is set, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and plasma A pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode; a first high-frequency power source capable of arbitrary pulse modulation and capable of arbitrarily setting a phase difference between two outputs and the voltage of the two outputs; The first and second impedance matching units connected to the two output terminals of one high frequency power source and arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high frequency power source are possible, and two outputs are provided. A power supply system comprising a second high-frequency power source capable of arbitrarily setting a phase difference between the voltages of the two outputs, and third and fourth impedance matching units connected to two output terminals of the second high-frequency power source; And the generated plastic A plasma surface treatment method for treating a surface of a substrate using a mask, comprising: a phase difference between two outputs of the first high-frequency power source; and a sinusoidal film thickness distribution formed on the substrate surface. A first step of grasping a relationship with a position where the film thickness of the system film becomes maximum, a phase difference between two outputs of the second high-frequency power source, and a sinusoidal film thickness distribution formed on the substrate surface The second step of grasping the relationship with the position where the film thickness of the Si-based film having the maximum value is two, and the first and second high-frequency power sources respectively grasped in the first and second steps The target Si-based film is formed on the substrate by setting the phase difference between the two outputs of the first and second high-frequency power sources based on the relationship between the phase difference of the output and the position where the film thickness is maximized. The distribution of the strength of power between the pair of electrodes is Is between isolated, i.e. becomes two superposition of standing waves to be independent of each other, it is possible to uniform. In other words, the intensity distribution of power generated between the pair of electrodes is not a sinusoidal distribution but a constant intensity, and plasma can be made uniform. This means that a uniform distribution can be ensured without being affected by the standing wave inherent to VHF. As a result, uniform and high-quality plasma processing can be performed in an application for a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment method. This means that an epoch-making breakthrough in the plasma surface treatment technology field is realized, and the industrial effect is remarkably large.
In the ultrahigh frequency plasma surface treatment method of the present invention, any one of an amorphous Si-based material, a microcrystalline Si-based material, a polycrystalline Si-based material, and a crystalline Si-based material is formed on the surface of the substrate. As a feature, the application of ultra-high-frequency plasma to large-area, high-speed, and uniform products for improving productivity and reducing product costs not only in the solar cell and TFT industries but also in the photoreceptor industry for LSIs and copiers. Is certainly feasible and has a significant contribution.
以下、本発明の実施の一形態に係わる高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なa―Si薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置及び方法に限定されるものではない。 Hereinafter, a high-frequency plasma generating electrode, a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method constituted by the electrodes according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, as an example of a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method, an apparatus and method for producing an a-Si thin film necessary for producing a solar cell are described. However, the present invention is not limited to the apparatus and method of the following example.
(実施例1)
本発明に関する実施例1の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図1ないし図8を参照して説明する。
(Example 1)
An electrode for ultrahigh frequency plasma generation according to
図1は実施例1に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図2は図1図示のプラズマ表面処理装置の第1及び第2の電極への給電部の説明図、図3は図1図示の第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された出力の典型例を示す説明図、図4は図1図示の第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図、図5は一対の電極間に発生の電圧波の伝播を示す説明図、図6は一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図、図7は一対の電極間に発生の定在波の強さ(振幅の2乗の値)の分布を示す説明図及び図8は一対の電極間に発生の2つの定在波の強さを示す説明図である。 FIG. 1 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is an explanatory view of a power feeding portion to the first and second electrodes of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a typical example of pulse-modulated output outputted from the first and second pulse modulation type variable-phase two-output transmitters shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows the first and second pulse modulations shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the propagation of a voltage wave generated between a pair of electrodes, and FIG. 6 is a pair of a pair of electrodes. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the position of the antinode of the standing wave of the voltage generated between the electrodes, FIG. 7 is an explanatory diagram showing the distribution of the strength (value of the square of the amplitude) of the standing wave generated between the pair of electrodes; FIG. 8 is an explanatory diagram showing the strength of two standing waves generated between a pair of electrodes.
先ず、装置の構成を説明する。図1及び図2において、符番1は真空容器である。この真空容器1には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち非接地の1本の棒から成る第1の電極2と図示しない基板ヒータ3を内臓した接地された平板状の第2の電極4が配置されている。該第1の電極2は、絶縁物支持材5及びガス混合箱6を介して真空容器1に固着されている。該ガス混合箱6は
放電ガス供給管8より供給されるSiH4等放電ガスを、整流孔7を介して、前記一対の電極2と4の間に均一に供給する機能を有している。供給されたSiH4等放電ガスは前記一対の電極2と4の間でプラズマ化された後、排気管9及び図示しない真空ポンプ10により、真空容器1の外へ排出される。
First, the configuration of the apparatus will be described. 1 and 2,
真空容器1内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、本実施例の場合は、放電ガスが流量500sccm〜1、500sccm程度の場合、圧力0.01Torr〜10Torr(1.33Pa〜1330Pa)程度に調整できる。真空容器1の真空到達圧力は2〜3E−7Torr(2.66〜3.99E−5Pa)程度である。
The pressure in the
符番11は基板で、図示しないゲートバルブ12の開閉操作により、第2の電極4に設置される。そして、図示しない基板ヒータ3により所定の温度に加熱される。
電極へ高周波電力を給電する位置である給電点の一つは、前記1本の棒から成る第1の電極2の一方の端部とし、これを第1の給電点21とする。また、該給電点21に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置である該電極の他方の端部を第2の給電点27とする。
One feeding point, which is a position for feeding high-frequency power to the electrode, is one end of the
符番100は同期信号伝送ケーブルで、後述の第1のパルス変調方式位相可変2出力発信器15の出力のパルス変調波形信号を同期信号として、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器28に伝送する。
符番15は第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器で、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の任意の周波数、例えば60MHzの正弦波信号を発生し、かつ、該正弦波信号をパルス変調し、かつ、その2つの出力端子から出力される2つのパルス変調された正弦波信号の位相差を任意に設定することが可能である。
該位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器15に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15は、前述の同期信号伝送ケーブル100を介して、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28にパルス変調の同期信号を送信する。
該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点21に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変2出力の発信器15と第1の電力増幅器16との接続、第1の電力増幅器16と第1のインピーダンス整合器17との接続、第1のインピーダンス整合器17と第1の電流導入端子18との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第1の真空用同軸ケーブル19の外部導体は第2の電極4に接続される。
該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線及26を介して、第2の給電点27に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変2出力の発信器15と第2の電力増幅器22との接続、第2の電力増幅器22と第2のインピーダンス整合器23との接続、第2のインピーダンス整合器23と第2の電流導入端子24との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第2の真空用同軸ケーブル25の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the phase-variable two-
One output of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
It should be noted that connection between the phase variable two-
The other output of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
It should be noted that the phase variable 2-
Each of the
符番28は、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器で、2つの出力端子から位相の異なる周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の任意の周波数、例えば60MHzの正弦波信号を発生し、かつ、該2つの正弦波信号を、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15から同期信号伝送ケーブル100を介して受信した同期信号を用いることにより、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調信号に同期してパルス変調された信号を出力する。
該位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器28に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。
該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線及33を介して、第1の給電点21に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第2の位相可変2出力の発信器28と第3の電力増幅器29との接続、第3の電力増幅器29と第3のインピーダンス整合器30との接続、第3のインピーダンス整合器30と第3の電流導入端子31との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第3の真空用同軸ケーブル32の外部導体は第2の電極4に接続される。
該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点27に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第2の位相可変2出力の発信器28と第4の電力増幅器34との接続、第4の電力増幅器34と第4のインピーダンス整合器35との接続、第4のインピーダンス整合器35と第4の電流導入端子36との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。また、第4の真空用同軸ケーブル37の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第3及び第4の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the phase-variable two-
One output of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
It should be noted that the second phase variable 2-
The other output of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
It should be noted that the second phase variable 2-
Each of the
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSiを製膜する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。
Next, a method of forming an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の第1の予備製膜工程であるが、図1及び図2において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力、例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を100Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を100Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26を介して、第2の給電点に供給する。
この場合、前記第1のインピーダンス整合器17及び第2のインピーダンス整合器23を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器17、23の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first first preliminary film-forming step, in FIGS. 1 and 2, the
Next, the first pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
In this case, by adjusting the first
As a result, plasma of the
前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、後述するように、VHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
ところで、上記第1及び第2の給電点21及び27からパルス状に供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに電極間を伝播していくので、すなわち、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図5及び図6を用いて説明する。
図5において、第1の給電点21から第2の給電点27の方向の距離をxとし、xの正方向へ伝播する電圧波をW11(x,t)、xの負方向へ伝播する電圧波、即ち第2の給電点27から第1の給電点21の方向へ伝播する電圧波をW21(x,t)とすると、次のように表現される。
W11(x、t)=V1・sin(ωt+2πx/λ)
W21(x、t)=V1・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}
ただし、V1は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、tは時間、L0は第1及び第2の給電点の間隔、Δθは第1の給電点21から供給される電力の電圧波と第2の給電点27から供給される電力の電圧波の位相差である。この2つの電圧波の合成波W1(x、t)は次式のようになる。
W1(x、t)=W11(x、t)+W21(x、t)
=2・V1cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(πL0/λ+Δθ/2)
上記合成波W1(x、t)を概念的に図6に示す。図6において、Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部(x=L0/2)が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ<0の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第1の電力供給系を用いて、前記第1及び第2の給電点21、27に供給される電力の電圧波を、それぞれ、W11(x、t)及びW21(x、t)と呼ぶ。また、その2つの電圧波の合成波を第1の定在波W1(x、t)と呼ぶ。
By the way, the voltage wave of the power supplied in a pulse form from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes, that is, both face each other. Since they propagate from each other and overlap, an interference phenomenon occurs. This will be described with reference to FIGS.
In FIG. 5, the distance in the direction from the
W11 (x, t) = V1 · sin (ωt + 2πx / λ)
W21 (x, t) = V1 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V1 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is the time, L0 is the interval between the first and second feeding points, and Δθ is supplied from the
W1 (x, t) = W11 (x, t) + W21 (x, t)
= 2 · V1cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthetic wave W1 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 6, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, using the first power supply system, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are respectively expressed as W11 (x, t) and W21 (x , T). Further, the combined wave of the two voltage waves is referred to as a first standing wave W1 (x, t).
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の第1の定在波W1(x、t)の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さI1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos2{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}
と表される。このI1(x、t)を概念的に、図7に示す。
図7は、VHFプラズマの生成上問題となる定在波の発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが0.9〜1.0の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−0.05〜+0.05λの範囲(即ち、膜厚が均一な範囲は長さ0.1λ)に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
また、前記第1の予備製膜工程にて取得した基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定することができる。
なお、ここでは、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布をI1(x、t)と呼ぶ。
By the way, the strength of power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the first standing wave W1 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I1 (x, t) is
I1 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I1 (x, t) is conceptually shown in FIG.
FIG. 7 shows that the uniformity of plasma between a pair of electrodes is, for example, in the range of 0.9 to 1.0, due to the generation of a standing wave that is a problem in the generation of VHF plasma. This indicates that the distance in the propagation direction is limited to the range of −0.05 to + 0.05λ (that is, the range where the film thickness is uniform is 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
Further, the distance from the center point of the substrate acquired in the first preliminary film forming step to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the two outputs of the
Here, the intensity distribution of the first standing wave W1 (x, t) is referred to as I1 (x, t).
次に、第2の予備製膜工程であるが、図1及び図2において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を100Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33を介して、第1の給電点に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を100Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点に供給する。
この場合、前記第3のインピーダンス整合器30及び第4のインピーダンス整合器35を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器30、35の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 1 and 2, the
The second pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-
In this case, by adjusting the third
As a result, plasma of the
前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。該基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布には、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。
この場合も、前記第1の予備製膜工程と同様に、第2の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ2であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Also in this case, as in the first preliminary film forming step, when the second power supply system is used, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sine film thickness distribution and the first The position of the maximum thickness of the film thickness distribution, for example, from the center point of the substrate to the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
第2の予備製膜工程において、上記第1及び第2の給電点21及び27からパルス状に供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに電極間を伝播していくので、すなわち、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図5及び図6に示す。
図5において、第1の給電点21から第2の給電点27の方向の距離をxとし、xの正方向へ伝播する電圧波をW12(x,t)、xの負方向へ伝播する電圧波、即ち第2の給電点27から第1の給電点21の方向へ伝播する電圧波をW22(x,t)とすると、次のように表現される。
W12(x、t)=V2・sin(ωt+2πx/λ)
W22(x、t)=V2・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}
ただし、V2は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、tは時間、L0は第1及び第2の給電点の間隔、Δθは第1の給電点21から供給される電力の電圧波と第2の給電点27から供給される電力の電圧波の位相差である。電圧の合成波W2(x、t)は次式のようになる。
W2(x、t)=W12(x、t)+W22(x、t)
=2・V2cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(πL0/λ+Δθ/2)
上記合成波W2(x、t)を概念的に図6に示す。図6において、Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部(x=L0/2)が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ<0の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第2の電力供給系を用いて前記第1及び第2の給電点21、27に供給される電力の電圧波を、それぞれ、W12(x、t)及びW22(x、t)と呼ぶ。また、その2つの波の合成波を第2の定在波W2(x、t)と呼ぶ。
In the second preliminary film-forming step, the voltage wave of power supplied in a pulse form from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes. That is, the two propagate from each other and overlap each other, causing an interference phenomenon. This is shown in FIGS.
In FIG. 5, the distance in the direction from the
W12 (x, t) = V2 · sin (ωt + 2πx / λ)
W22 (x, t) = V2 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V2 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is the time, L0 is the interval between the first and second feed points, and Δθ is supplied from the
W2 (x, t) = W12 (x, t) + W22 (x, t)
= 2 · V2cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthetic wave W2 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 6, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 using the second power supply system are respectively expressed as W12 (x, t) and W22 (x, t). The combined wave of the two waves is called a second standing wave W2 (x, t).
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波W2(x、t)の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さI2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos2{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}
と表される。このI2(x、t)を概念的に、図7に示す。
図7は、VHFプラズマの生成上問題となる定在波発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが0.9〜1.0の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−0.05〜+0.05λの範囲(即ち、膜厚が均一な範囲は長さ0.1λ)に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
なお、ここでは、第2の定在波W2(x、t)の強さの分布をI2(x、t)と呼ぶ。
By the way, the strength of the power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the composite wave W2 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I2 (x, t) is conceptually shown in FIG.
FIG. 7 shows that the uniformity of plasma between a pair of electrodes is, for example, when the strength is in the range of 0.9 to 1.0 due to the generation of standing waves that are a problem in the generation of VHF plasma. This indicates that the distance in the direction is limited to the range of −0.05 to + 0.05λ (that is, the range where the film thickness is uniform is 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
Here, the intensity distribution of the second standing wave W2 (x, t) is referred to as I2 (x, t).
さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図1及び図2において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば300sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、かつ、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給する。即ち、前記第1及び第2の給電点21,27に、前記電圧波W11(x、t)、電圧波W21(x、t)、W12(x、t)及びW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIGS. 1 and 2, the
Next, two preliminary outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
Here, the first pulse modulation
一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2,4間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
In the above process, when the
This indicates that the apparatus and method of the present invention can form a uniform film thickness distribution even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
本実施例では、第1の電極2が一本の棒であるので、基板サイズは上記1200mmx100mm程度に制約されるが、第1の電極2である棒電極の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
In this embodiment, since the
また、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±10%以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、60MHzの電源周波数を用いても、従来の装置および方法では不可能であった
該一対の電極2、4間の電力の強さの分布I(x、t)の均一化が可能である。即ち、膜厚分布として±10%以内を実現可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
Further, in the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above embodiment, even if a power supply frequency of 60 MHz is used, the distribution of power intensity I (x, t) between the pair of
(実施例2)
本発明に関する実施例2の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図9及び図10を参照して説明する。
(Example 2)
An electrode for ultrahigh frequency plasma generation according to Example 2 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIGS. 9 and 10. To do.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例1に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図9は実施例2に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図10は図9図示のプラズマ表面処理装置の第1及び第2の電極への給電部の説明図である。 First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 9 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the second embodiment, and FIG. 10 is an explanatory view of a power feeding portion to the first and second electrodes of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG.
最初に、装置の概念を説明する。装置の構成は、全体的には実施例1での図1及び図2の場合と同じであるが、図1及び図2に図示の装置構成において、第1のインピーダンス整合器17と第1の給電点21の間、第2のインピーダンス整合器23と第2の給電点27の間、第3のインピーダンス整合器30と第1の給電点21の間及び第4のインピーダンス整合器35と第2の給電点27の間に、それぞれLCブリッジ型平衡不平衡変換装置及び平衡伝送回路から成る平衡不平衡変換装置が挿入されていることが特徴である。
First, the concept of the apparatus will be described. The overall configuration of the apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but in the apparatus configuration shown in FIGS. 1 and 2, the first
図9及び図10において、電極へ高周波電力を給電する位置である給電点の一つは、第1の電極2の一方の端部とし、これを第1の給電点21とする。また、該給電点21に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置である該電極の他方の端部を第2の給電点27とする。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、該第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル44、45、第1の電流導入端子18、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49を介して、それぞれ第1の給電点21及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、該第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル50、51、第2の電流導入端子24、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55を介して、それぞれ第2の給電点27及び第2の電極4に接続される。
該位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器15に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15は、前述の同期信号伝送ケーブル100を介して、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28にパルス変調の同期信号を送信する。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
In FIG. 9 and FIG. 10, one of the feeding points that is a position for feeding high-frequency power to the electrodes is one end of the
One output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
The power supplied to the
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the phase-variable two-
The power supplied to the
図9及び図10において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28は、同期信号ケーブル100を介して伝送される第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調波形の同期信号を用いて、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の出力のパルス変調波形に同期したパルス変調の電力を出力する。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、該第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル56、57、第3の電流導入端子31、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61を介して、それぞれ第1の給電点21及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、該第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル62、63、第4の電流導入端子36、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67を介して、それぞれ、第2の給電点27及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
9 and 10, the second pulse modulation system
One output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation system variable-phase two-
As a typical example, the power supplied to the
The other of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
As a typical example, the power supplied to the
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSiを製膜する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。
Next, a method of forming an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図9及び図10において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、第1の電流導入端子18、真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHz、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を100Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、第1の電流導入端子18、真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を100Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIGS. 9 and 10, the
Then, the first pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。 製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備試験であるが、図9及び図10において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、第3の電流導入端子31、真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を100Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、第3の電流導入端子31、真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を100Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIGS. 9 and 10, the
Then, the second pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the second phase variable 2-
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図9及び図10において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば300sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、かつ、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21,27に、前記電圧波W11(x、t)、電圧波W21(x、t)、W12(x、t)及びW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 9 and FIG. 10, the
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two
That is, the voltage waves W11 (x, t), voltage waves W21 (x, t), W12 (x, t) and W22 (x, t) are supplied to the first and second feeding points 21 and 27. Is done.
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので、干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of
前記実施例1の装置構成の場合、プラズマの一様化の実現を阻害する要因の一つである給電点21,27近傍で発生の漏洩電流が問題となるが、本実施例においては、給電点21、27と第1、第2、第3及び第4のインピーダンス整合器17、23、30、35の間に、それぞれ挿入された平衡不平衡変換装置と平衡伝送路の機能により該漏洩電流の発生が抑制されるので、堆積膜の一様化が、実施例1の場合より、より一層確実に実現可能である。
In the case of the apparatus configuration of the first embodiment, the leakage current generated near the power feeding points 21 and 27, which is one of the factors hindering the realization of plasma uniformity, becomes a problem. The leakage current is obtained by the functions of a balanced / unbalanced conversion device and a balanced transmission path inserted between the
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4、H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
In the above process, when the
This indicates that the apparatus and method of the present invention can form a uniform film thickness distribution even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
(実施例3)
本発明に関する実施例3の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図11ないし図13を参照して説明する。
(Example 3)
An electrode for generating ultrahigh frequency plasma according to Embodiment 3 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIGS. To do.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1及び実施例2に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図11は実施例3に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。図12及び図13は、それぞれ図11図示のプラズマ表面処理装置に用いられる第1及び第2の電力供給系の配線図である。 First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 11 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the third embodiment. 12 and 13 are wiring diagrams of the first and second power supply systems used in the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 11, respectively.
最初に、装置の概念を説明する。本装置は図11に示すように、第1の電極として、複数の棒状電極2a、2b、2c、2dを用いていること、その両端部に、それぞれ電力供給点21a、21b、21c、21d及び27a、27b、27c、27dが配置されて、該両端部の電力供給点に、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15を発振源とする第1の電力供給系及び該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15からの同期信号を用いて発振する第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28を発振源とする第2の電力供給系より、それぞれ、電圧波W11(x、t)と電圧波W21(x、t)及びW12(x、t)とW22(x、t)が供給される構成を有することを特徴とする。
First, the concept of the apparatus will be described. As shown in FIG. 11, this apparatus uses a plurality of rod-shaped
図11及び図12において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電力分配器70の一方の出力端子を介して、第2の電力分配器71、該第2の電力分配器71の一方の出力端子、電流導入端子18a、真空用同軸ケーブル19aの芯線20aを介して給電点21aに接続されるとともに、該第2の電力分配器71の他方の出力端子を介して、電流導入端子18b、真空用同軸ケーブル19bの芯線20bを介して給電点21bに接続されるとともに、該第1の電力分配器70の他方の出力端子を介して、第3の電力分配器72の一方の出力端子、電流導入端子18c、真空用同軸ケーブル19cの芯線20cを介して給電点21cに接続されるとともに、該第3の電力分配器72の他方の出力端子、電流導入端子18d、真空用同軸ケーブル19dの芯線20dを介して給電点21dに接続される。
電力供給点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第4の電力分配器73の一方の出力端子を介して、第5の電力分配器74の一方の出力端子、電流導入端子24a、真空用同軸ケーブル25aの芯線26aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第5の電力分配器74の他方の出力端子、電流導入端子24b、真空用同軸ケーブル25bの芯線26bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第4の電力分配器74の他方の出力端子を介して、第6の電力分配器75の一方の出力端子、電流導入端子24c、真空用同軸ケーブル25cの芯線26cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第6の電力分配器75の他方の出力端子、電流導入端子24d、真空用同軸ケーブル25dの芯線26dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
11 and 12, one output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
The power supplied to the
The other output terminal of the two output terminals of the
Note that the power supplied to the feeding points 27a to 27b is pulse-modulated with the same pulse width Hw and period T0 as W11 (t) as shown in FIG. 3 and FIG. 4 as a typical example. Sine wave.
The
Here, the power supply for supplying the two outputs of the first phase variable two-
そして、図11及び図13において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第7の電力分配器76の一方の出力端子を介して、第8の電力分配器77、該第8の電力分配器77の一方の出力端子、電流導入端子31a、真空用同軸ケーブル32の芯線33aを介して給電点21aに接続されるとともに、該第8の電力分配器77の他方の出力端子を介して、電流導入端子31b、真空用同軸ケーブル32bの芯線33bを介して給電点21bに接続されるとともに、該第7の電力分配器76の他方の出力端子を介して、第9の電力分配器78の一方の出力端子、電流導入端子31c、真空用同軸ケーブル32cの芯線33cを介して給電点21cに接続されるとともに、該第9の電力分配器78の他方の出力端子、電流導入端子32d、真空用同軸ケーブル32dの芯線33dを介して給電点21dに接続される。
なお、給電点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第7の電力分配器76から第1の給電点21a〜21dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第10の電力分配器79の一方の出力端子を介して、第11の電力分配器80、該第11の電力分配器80の一方の出力端子、電流導入端子36a、真空用同軸ケーブル37a及び接続線38aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第11の電力分配器80の他方の出力端子、電流導入端子36b、真空用同軸ケーブル37b及び接続線38bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第10の電力分配器79の他方の出力端子を介して、第12の電力分配器81の一方の出力端子、電流導入端子36c、真空用同軸ケーブル37c及び接続線38cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第12の電力分配器81の他方の出力端子、電流導入端子36d、真空用同軸ケーブル37d及び接続線38dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第10の電力分配器79から第2の給電点27a〜27dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
また、前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第3及び第4の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
11 and 13, one output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase variable two-
Note that the power supplied to the feeding points 21a to 21d has a pulse width Hw, a period T0, and W11 (t) and W21 () as shown in FIGS. 3 and 4 as a typical example. This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a period, ie, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation of t).
In addition, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material, and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the
The other output terminal of the two output terminals of the
The power supplied to the feeding points 27a to 27b typically has a pulse width Hw, a period T0, and the W11 (t) and W21 () as shown in W22 (t) shown in FIGS. This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a cycle, ie, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation of t).
Further, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the
The
Here, the power supply for supplying the two outputs of the second phase variable and two-
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。
Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図11及び図12において、予め、図示しない基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIGS. 11 and 12, a substrate 11 (not shown) is previously placed on the
Then, using the first power supply system, high-frequency power is supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d, for example, power having a frequency of 60 MHz, for example, 500 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. W11 (t) and W21 (t) are respectively ultrahigh frequencies, for example, 60 MHz sine waves, which are pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0. The pulse width Hw and period T0 are set to arbitrary values, for example, Hw = 400 μsec and period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the first pulse modulation type phase-variable two-
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21a〜21dの方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5~0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備製膜工程であるが、図11及び図13において、予め、図示しない基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29及び第2の電力増幅器34の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, in the second preliminary film-forming step, in FIGS. 11 and 13, a substrate 11 (not shown) is previously set on the
Then, using the second power supply system, high-frequency power is supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d, for example, power having a frequency of 60 MHz, for example, 500 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図9ないし図11において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば800sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ、電力250Wの電圧波W11(x、t)、電力250Wの電圧波W21(x、t)、電力250WのW12(x、t)及び電力250WのW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIGS. 9 to 11, the
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two
That is, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 250 W, a voltage wave W21 (x, t) with a power of 250 W, and a W12 with power of 250 W are applied to the first and second feeding points 21a to 21b and 27a to 27b, respectively. (X, t) and W22 (x, t) with a power of 250 W are supplied.
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極2a〜2d、4間に、前記第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bを介して4つの電圧波からなる電力が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2a〜2d、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21a〜21dを向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2a〜2d、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When power consisting of four voltage waves is supplied between the pair of
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of power generated between the pair of
Here, assuming that the center point of the substrate is the origin of the x axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2,4間の電力の分布が、上述の通り時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明によれば、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
In the above process, when
This indicates that according to the present invention, even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted, a uniform film thickness distribution can be formed. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
本実施例では、第1の電極に用いられる棒電極のサイズを、直径5〜20mm程度で、間隔を5〜30mm、長さを1400mm〜1800mm程度とし、第1の棒電極と第2の平板電極(接地電極)の距離を5〜40mm程度に設定することにより、アモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
基板サイズの幅は、前記棒電極の個数及び電力供給系の個数を増加することにより拡大できることは当然である。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In this embodiment, the size of the rod electrode used for the first electrode is about 5 to 20 mm in diameter, the interval is about 5 to 30 mm, the length is about 1400 mm to 1800 mm, and the first rod electrode and the second flat plate are used. By setting the distance of the electrode (ground electrode) to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film can be formed at a film forming speed of about 1 to 3 nm / s and a film thickness distribution within ± 10%.
Naturally, the width of the substrate size can be increased by increasing the number of rod electrodes and the number of power supply systems.
Note that it is a known technique that microcrystalline Si, thin film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution is ± 10. % Film formation is possible.
本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。 In the present embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, if the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path are used, the plasma is uniformized as follows. Of course it will be more certain.
(実施例4)
本発明に関する実施例4の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図14を参照して説明する。
Example 4
An ultrahigh frequency plasma generating electrode according to Example 4 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIG.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例3に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図14は実施例4に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。 First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 14 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the fourth embodiment.
最初に、装置の概念を説明する。装置の特徴は、第1の電極に方形平板を用いる構成であることである。
具体的には、第1の電極2は、開口率50%以上、例えば55%程度で設置される直径3mmの孔を有する方形平板の導電体である。厚みは6mm程度、面積は1500mmx300mm程度である。第2の電極は、基板ヒータを内臓する方形平板の導電体である。その厚みは70mm程度で、面積は1500mmx500mm程度である。電極間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度の面積:1200mmx200mm程度のガラス基板が用いられる。
First, the concept of the apparatus will be described. The device is characterized in that a rectangular flat plate is used for the first electrode.
Specifically, the
図14において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
また、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等を用いて、第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 14, one of the two output terminals of the first pulse modulation type phase variable 2-
The power supplied to the
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
Note that the power supplied to the
Each of the
Here, the power supply system for supplying the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
また、図14において、同期信号伝送ケーブル100を介して伝送される第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調信号に同期したパルス変調が可能な第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して第1の給電点21に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第3の電流導入端子31、第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して第2の給電点27に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等を用いて、第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
Further, in FIG. 14, the second pulse modulation method phase capable of performing pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the
As a typical example, the power supplied to the
The other output terminal of the two output terminals of the
As a typical example, the power supplied to the
Each of the
Here, the power supply system for supplying the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。
Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図12において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIG. 12, the
Then, using the first power supply system, high-frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極2の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備試験であるが、図12において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIG. 12, the
Then, using the second pulse modulation system power supply system, high-frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation method phase variable 2-
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図14において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を前記第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Tw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 14, the
Next, the phase difference of two outputs of the first pulse modulation system variable phase two
That is, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) with a power of 200 W are transmitted to the
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の強さの分布が上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
本実施例では、電極間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板サイズ:1200mmx200mmでのアモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In the above process, when
This indicates that the apparatus and method of the present invention can form a uniform film thickness distribution even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
In this example, by setting the electrode interval to about 5 to 40 mm, an amorphous Si film with a glass substrate size of 1200 mm × 200 mm has a film forming speed of about 1 to 3 nm / s and a film thickness distribution within ± 10%. Film formation is possible.
Note that it is a known technique that microcrystalline Si, thin film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution is ± 10. % Film formation is possible.
本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。 In the present embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, if the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path are used, the plasma is uniformized as follows. Of course it will be more certain.
(実施例5)
本発明に関する実施例5の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図15及び図16を参照して説明する。
(Example 5)
An electrode for generating ultrahigh frequency plasma according to Example 5 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIGS. 15 and 16. To do.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例4に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図15は実施例5に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図16は図15図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の断面図である。 First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 15 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the fifth embodiment, and FIG. 16 is a sectional view of the inside of the vacuum vessel of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG.
最初に、装置の概念を説明する。装置の構成は、全体的には実施例1での図1及び図2の場合と同じであるが、基板11が設置される場所が異なることが特徴である。即ち、図15及び図16に示すように、一対の電極2、4に複数の開口を設置することにより、その開口を介して該電極間で発生のプラズマ中のラデイカル種をその外部へ拡散させるのである。この構成の特徴は、基板11の設置場所が一対の電極2、4の間ではなく、電極間の外であることである。このことは、プラズマ生成時の製膜条件が基板の厚みと材質に影響されずに選べることが可能であるとの意味をもつ。特に、プラズマ生成時の圧力条件が、数100Pa〜数1000Pa(数Torr〜数10Torr)と高い場合でも、基板の影響を受けることなく、一対の電極24の間隔を、10〜15mmと狭く設定できることが可能である。これは、従来の構成では出来ない特徴である。
First, the concept of the apparatus will be described. The overall configuration of the apparatus is the same as in the case of FIGS. 1 and 2 in the first embodiment, but is characterized in that the place where the
図16において、符番109は基板支持材で、図示しない基板ヒータ3を内臓している。第1及び第2の電極2、4は、方形平板状の形状で直径3mm程度の孔が開口率55%程度で設置されている。その厚みは6mm程度、面積は1500mmx300mm程度である。給電点21は、該方形平板電極の一つの辺の中央に、給電点27は対向する辺の中央に設置される。電極2、4の間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度、面積:1400mmx200mmのガラス基板が用いられる。放電用のガスは放電ガス供給管8から、ガス混合箱6の整流孔7を介して供給される。
In FIG. 16,
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。
Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. In the first preliminary film-forming process, in order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の第1の予備製膜工程であるが、図15及び図16において、予め、基板11を基板支持材109の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点21に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26を介して、第2の給電点27に供給する。
この場合、前記第1のインピーダンス整合器17及び第2のインピーダンス整合器23を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器17、23の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、それぞれW11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw=400μ秒、周期T0=1m秒でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Tw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first first preliminary film forming step, in FIGS. 15 and 16, the
Next, the first pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system phase variable 2-
In this case, by adjusting the first
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. 3 and 4, respectively. W11 (t) and W21 (t) are sine waves of ultrahigh frequency, for example, 60 MHz, pulse-modulated with a pulse width Hw = 400 μsec and a period T0 = 1 msec, respectively. The pulse width Tw and the period T0 are set to arbitrary values, for example, Tw = 400 μsec and the period T0 = 1 msec by an adjuster attached to the
As a result, plasma of the
前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備製膜工程であるが、図15及び図16において、予め、基板11を基板支持材109の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅=400μ秒、パルス周期=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33を介して、第1の給電点に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 15 and 16, the
The second pulse modulation type phase-variable two-
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation method phase-variable two-
As a result, plasma of the
前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。該基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布には、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。
この場合も、前記第1の予備製膜工程と同様に、第2の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ2であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the
Also in this case, as in the first preliminary film forming step, when the second power supply system is used, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sine film thickness distribution and the first The position of the maximum thickness of the film thickness distribution, for example, from the center point of the substrate to the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図15及び図6において、予め、基板11を基板支持材109の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21及び27に、それぞれ、電力200Wの電圧波W11(x、t)と電力200Wの電圧波W12(x、t)及び電力200WのW21(x、t)と電力200WのW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Tw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 15 and FIG. 6, the
Next, two preliminary outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
That is, at the first and second feeding points 21 and 27, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 200 W, a voltage wave W12 (x, t) with a power of 200 W, and a W21 (x, t) with a power of 200 W, respectively. ) And W22 (x, t) with a power of 200 W are supplied.
Here, the first pulse modulation
一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラジカルが第1の電極2の開口を介して拡散現象により拡散し、基板11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明によれば、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
In the above process, when
This indicates that according to the present invention, even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted, a uniform film thickness distribution can be formed. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
本実施例では、第1の電極2の給電点が対向する辺の中央部に1点ずつであるので、基板サイズは上記1400mmx200mm程度に制約されるが、該電極の幅を増大し、該給電点の個数を増加することにより、基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。ただし、この場合、隣り合う給電点の間隔は100mm〜300mm程度が好ましい。
In this embodiment, since the feeding point of the
また、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±10%以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、60MHzの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な、例えば±10%以内の膜厚分布を得ることが可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。 Further, in the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above embodiment, even if a power supply frequency of 60 MHz is used, it is possible to obtain a film thickness distribution that is significantly better than the conventional apparatus and method, for example, within ± 10%. This means that the industrial value related to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums is remarkably large.
(実施例6)
本発明に関する実施例6の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図17及び図18を参照して説明する。
(Example 6)
An electrode for ultrahigh frequency plasma generation of Example 6 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIGS. To do.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例1ないし実施例5に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図17は実施例6に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図18は図17図示のプラズマ表面処理装置の電力供給系配線図を示す説明図である。 First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. FIG. 17 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the sixth embodiment, and FIG. 18 is an explanatory diagram showing a power supply system wiring diagram of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG.
最初に、装置の概念を説明する。装置構成の特徴は、非接地の第1の電極に設置される第1及び第2の給電点が矩形平板型接地電極である第2の電極4の4辺の中の1辺の近傍に配置されることである。また、第1の電極の形状が1本の棒状導体を前記第1の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるU字型の形状を有していることである。そして、好ましくはU字状の棒の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該U字型電極の曲がり部分はアルミナ等の誘電体で被覆されていることである。
First, the concept of the apparatus will be described. The device configuration is characterized in that the first and second feeding points installed on the ungrounded first electrode are arranged in the vicinity of one of the four sides of the
具体的には、第1の電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成されるU字型電極を用いる。該U字の直線部の長さは1400mm程度、該直線状棒体の間隔は10〜40mm程度である。U字型電極と第2の平板電極の間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度のガラス基板面積1200mmx200mm程度のガラス基板が用いられる。
Specifically, the
次に装置の構成を説明する。図17及び図18において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
Next, the configuration of the apparatus will be described. In FIG. 17 and FIG. 18, one output terminal of the two output terminals of the
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
The
Here, a power supply system for supplying the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
図17及び図18において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28は、同期信号ケーブル100を介して伝送される第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調波形の同期信号を用いて、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の出力のパルス変調波形に同期したパルス変調の電力を出力する。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して、第1の給電点21に接続される。該第3の真空同軸ケーブル32の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
17 and 18, the second pulse modulation system
One of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
The other output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
Each of the
Here, the power supply system for supplying the two outputs of the second phase variable two-
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。
Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図17及び図18において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film forming step, in FIGS. 17 and 18, the
Then, using the first power supply system, high-frequency power, for example, pulse-modulated power of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system phase variable 2-
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated by some influence because the shape of the first electrode as the propagation path is bent at the intermediate point, but is attenuated at the bent portion. The covered
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、該U字型電極2の棒のU字に沿った線分上において、該U字型電極2の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該U字型電極2の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備試験であるが、図17及び図18において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIGS. 17 and 18, the
Then, using the second power supply system, high-frequency power, for example, pulse-modulated power at a frequency of 70 MHz, for example, a total of 400 W is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated by some influence because the shape of the first electrode as the propagation path is bent at the intermediate point, but is attenuated at the bent portion. The covered
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のように、VHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、該U字型電極2の棒のU字に沿った線分上において、該U字型電極2の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該U字型電極2の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図17及び図18において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波W22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIGS. 17 and 18, the
Next, the phase difference of two outputs of the first pulse modulation type
That is, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) with a power of 200 W are transmitted to the
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、該U字型電極2の中央点をx軸の原点とし、該原点からU字に沿った線分上において、第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第1の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of
Therefore, the intensity distribution of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the first standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の強さの分布が上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。このことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板の面積:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、U字型の第1の電極2が1個であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該第1の電極の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In the above process, when
That is, one side of the rectangular first electrode, which is required in the improvement of the plasma generator for improving the productivity of the in-line type, multi-chamber type and roll-to-roll type plasma surface treatment apparatus. This can be realized as one new means relating to a means for supplying VHF power only from the vicinity. This means that when the cross section of the main body of the plasma surface treatment apparatus is viewed in a cross section perpendicular to the substrate transport direction, if the cross section is a rectangular cross section, for example, one of the four sides of the rectangular cross section It is possible to realize a novel power supply means for generating VHF plasma using only the above.
In this example, by setting the distance between the first and second electrodes to about 5 to 40 mm, the area of the glass substrate: an amorphous Si film having a size of about 1200 mm × 200 mm is about 1 to 3 nm / s. Film thickness distribution can be within ± 10%.
In this embodiment, since the number of U-shaped
Note that it is a known technique that microcrystalline Si, thin film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution is ± 10. % Film formation is possible.
本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。 In the present embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, if the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path are used, the plasma is uniformized as follows. Of course it will be more certain.
(実施例7)
本発明に関する実施例7の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図19を参照して説明する。図19は実施例7に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
(Example 7)
An electrode for ultra-high frequency plasma generation of Example 7 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the seventh embodiment.
本装置の特徴は、図19に示すように、実施例6で説明したU字型第1電極を複数個、例えば2個を第2の電極に平行な面内に含まれるように設置し、該複数のU字型第1電極のそれぞれの端部に第1及び第2の給電点を配置させて、かつ、それぞれの該U字型第1電極の第1及び第2の給電点に、前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有することである。
第19図図示の構成については、実施例1ないし実施例6に示した部材と同じ部材は同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、U字型電極2は直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の電極との間隔は、5〜50mm程度で任意に設定可能である。
As shown in FIG. 19, the feature of this apparatus is that a plurality of, for example, two U-shaped first electrodes described in Example 6 are installed so as to be included in a plane parallel to the second electrode. The first and second feeding points are arranged at the end portions of the plurality of U-shaped first electrodes, and the first and second feeding points of the U-shaped first electrodes are The configuration is such that the outputs of the first and second power supply systems are supplied.
In the configuration shown in FIG. 19, the same members as those shown in the first to sixth embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
The
(実施例8)
本発明に関する実施例8の高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図20を参照して説明する。図20は実施例8に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
(Example 8)
A high-frequency plasma generating electrode according to Example 8 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the eighth embodiment.
本装置の特徴は、非接地の第1の電極に配置される第1及び第2の給電点21、27が、第2の電極4である矩形平板型接地電極の4辺の中の1辺の近傍に配置されていること及び第1の電極の形状が1本の棒状導体を前記第1の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるW字型の形状を有し、かつ、好ましくは、W字の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該W字型電極の曲がり部分をアルミナ等の誘電体で被覆されていることが特徴である。
実施例8の装置は、図20に示すように、W字型第1電極のそれぞれの端部に、第1及び第2の給電点21、27を配置させ、該第1及び第2の給電点に前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有している。
図20図示の構成については、前記実施例1ないし実施例7に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明を省略する。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
The feature of this apparatus is that one of the four sides of the rectangular plate-type ground electrode in which the first and second feeding points 21 and 27 arranged on the ungrounded first electrode are the
As shown in FIG. 20, the apparatus of Example 8 has first and second feeding points 21 and 27 arranged at the respective ends of the W-shaped first electrode, and the first and second feeding points. It has the structure which supplies the output of the said 1st and 2nd electric power supply system to a point.
The configuration shown in FIG. 20 is made up of the same members as those shown in the first to seventh embodiments and is given the same reference numerals, and therefore the description thereof is omitted.
The W-shaped
(実施例9)
本発明に関する実施例9の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図21を参照して説明する。図21は実施例9に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
Example 9
An ultra-high frequency plasma generating electrode of Example 9 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the ninth embodiment.
本実施例の装置は、円筒形の基板を対象にしたプラズマ表面処理装置に用いられる超高周波プラズマ発生用電極であり、その構成は、図21に示すように、実施例8で説明したW字型の第1電極を複数個、例えば2個を円筒形状を有する第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように設置し、該複数のW字型第1電極のそれぞれの端部に第1及び第2の給電点21、27を配置させて、かつ、それぞれの該W字型第1電極の第1及び第2の給電点21、27に、前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有することである。そして、好ましくは、それぞれのW字型電極の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。
図21図示の構成については、実施例1ないし実施例8に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
The apparatus of the present embodiment is an ultrahigh frequency plasma generating electrode used in a plasma surface treatment apparatus for a cylindrical substrate, and the configuration thereof is W-shaped as described in
The configuration shown in FIG. 21 is made up of the same members as those shown in the first to eighth embodiments and is given the same reference numerals, and therefore the description thereof is omitted.
The W-shaped
(実施例10)
本発明に関する実施例10の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図22を参照して説明する。
(Example 10)
An ultrahigh frequency plasma generating electrode according to Example 10 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIG.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例9
に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図22は実施例10に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, Examples 1 to 9
The same members as those shown in FIG. FIG. 22 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the tenth embodiment.
最初に、装置の概念を説明する。装置構成の特徴は、矩形平板の導電体をW字状のスリットで2分割し、その一方の導体を第1の電極とし、他方を第2の電極とし、かつ、該W字状スリットの端部に給電点を配置させるという構造を有することである。
なお、該スリットの形状はW字状以外の、例えばU字状及びジグザグ状にしても良い。また、該導電体の形状は矩形平板のみならず、例えば基板の形状が円筒形の場合にはそれに対応して円筒形にすることができる。
First, the concept of the apparatus will be described. The device configuration is characterized in that a rectangular flat conductor is divided into two by a W-shaped slit, one of the conductors is a first electrode, the other is a second electrode, and the end of the W-shaped slit. This is to have a structure in which a feeding point is arranged in the part.
The slit may have a shape other than the W shape, for example, a U shape and a zigzag shape. Further, the shape of the conductor is not limited to a rectangular flat plate. For example, when the shape of the substrate is cylindrical, it can be made cylindrical correspondingly.
次に装置の構成を説明する。図22において、符番91はスリットである。ここでは、W字状のスリットを用いている。該スリットの幅は、2mm〜50mm程度、ここでは後述の圧力条件:0.5Torr(66.5Pa)を考慮して、例えば8mmにする。
符番2は第1の電極で、符番4は第2の電極である。該第1及び第2の電極のサイズは、例えば一対の外寸法で、1400mmx200mm程度である。符番21は第1の給電点、符番27は第2の給電点で、それぞれ、対向した形でW字状スリット91の端部に配置される。符番90は放電ガス通過孔で、該第1及び第2の電極に設置される。その孔の直径は1〜5mm程度で、開口率は50%程度以上が好ましい。
図22において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
Next, the configuration of the apparatus will be described. In FIG. 22, reference numeral 91 is a slit. Here, a W-shaped slit is used. The width of the slit is about 2 mm to 50 mm, for example, 8 mm in consideration of the pressure condition described later: 0.5 Torr (66.5 Pa).
In FIG. 22, one of the two output terminals of the first pulse modulation type phase variable 2-
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-
The
Here, the first power supply system for supplying the two outputs of the first phase-variable two-
図22において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して、第1の給電点21に接続される。該第3の真空同軸ケーブル32の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 22, one output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase variable two-
The other output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-
The
Here, a power supply system for supplying the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。
Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-
先ず、第1の予備製膜工程であるが、図22において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIG. 22, the
Then, using the first power supply system, ultra high frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system variable-phase two-
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. W11 (t) and W21 (t) are sine waves of a very high frequency, for example, 70 MHz, pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0. The pulse width Hw and period T0 are set to arbitrary values, for example, Hw = 400 μsec and period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the first pulse modulation type phase-variable two-
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated slightly because the W-shaped slit that is the propagation path is bent in the middle, but is attenuated but is covered by the bent portion. The dielectric 92 that is present suppresses power loss in that region. As a result, the above-described standing wave is generated by the power waves W11 (x, t) and W21 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、W字状スリット91の長さ方向において、該W字状スリット91の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該W字状スリット91の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
次に、第2の予備試験であるが、図22において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W12(t)、W22(t)として示している。該W12(t)及びW22(t)は、それぞれ、パルス幅Tw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波で、前記W11(t)及びW21(t)の立ち上がり時刻よりT0/2だけ遅れて立ち上がるような関係にある。該パルス幅Tw及び周期T0は、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば
正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIG. 22, the
Then, using the second power supply system, ultra high frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, a total of 400 W is supplied to the pair of
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W12 (t) and W22 (t) in FIGS. The W12 (t) and W22 (t) are ultra-high frequency, for example, 70 MHz sine waves pulse-modulated with a pulse width Tw and a period T0, respectively, from the rise time of the W11 (t) and W21 (t). The relationship is such that it rises with a delay of T0 / 2. The pulse width Tw and the period T0 are set to arbitrary values, for example, Tw = 400 μsec and the period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated slightly because the W-shaped slit that is the propagation path is bent in the middle, but is attenuated but is covered by the bent portion. The dielectric 92 that is present suppresses power loss in that region. As a result, the above-mentioned standing wave is generated by the power waves W12 (x, t) and W22 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the
前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、W字状スリット91の長さ方向において、W字状スリット91の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、W字状スリット91の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of
さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図22において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波W22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 22, the
Next, the phase difference of two outputs of the first pulse modulation type
That is, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) with a power of 200 W are transmitted to the
Here, the first pulse modulation
前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので、干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点、即ち該楔形90の頂点とスリットを結ぶラインをx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of
Here, if the center point of the substrate, that is, the line connecting the apex of the
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の強さの分布が上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。このことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の設置面と基板との間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板サイズ:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi製膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、W字状スリット91を含む一対の電極2、4が1式であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該W字状スリット91を含む一対の電極2、4の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In the above process, when
That is, one side of the rectangular first electrode, which is required in the improvement of the plasma generator for improving the productivity of the in-line type, multi-chamber type and roll-to-roll type plasma surface treatment apparatus. This can be realized as one new means relating to a means for supplying VHF power only from the vicinity. This means that when the cross section of the main body of the plasma surface treatment apparatus is viewed in a cross section perpendicular to the substrate transport direction, if the cross section is a rectangular cross section, for example, one of the four sides of the rectangular cross section It is possible to realize a novel power supply means for generating VHF plasma using only the above.
In this example, by setting the distance between the installation surface of the first and second electrodes and the substrate to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film formation with a glass substrate size of about 1200 mm × 200 mm is performed at a film formation rate of 1 to 1. Film formation with a film thickness distribution within ± 10% is possible at about 3 nm / s.
In this embodiment, since the pair of
Note that it is a known technique that microcrystalline Si, thin film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution is ± 10. % Film formation is possible.
本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いることにより、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。 In this embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, by using the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path, the plasma can be made uniform. Of course, it will be more certain.
1...真空容器、
2...第1の電極、
3...図示しない基板ヒータ、
4...第2の電極、
5...絶縁物支持材、
6...ガス混合箱、
7...整流孔、
8...放電ガス供給管、
9...排気管、
10...図示しない真空ポンプ、
11...基板、
12...図示しないゲートバルブ、
15...第1のパルス変調方式位相可変2出力発信器、
16...第1の電力増幅器、
17...第1のインピーダンス整合器、
18...第1の電流導入端子、
19...第1の真空用同軸ケーブル、
20...第1の真空用同軸ケーブルの芯線、
21...第1の給電点、
100...同期信号伝送ケーブル、
22...第2の電力増幅器、
23...第2のインピーダンス整合器、
24...第2の電流導入端子、
25...第2の真空用同軸ケーブル、
26...第2の真空用同軸ケーブルの芯線、
27...第2の給電点、
28...第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器、
29...第3の電力増幅器、
30...第3のインピーダンス整合器、
31...第3の電流導入端子、
32...第3の真空用同軸ケーブル、
33...第3の真空用同軸ケーブルの芯線、
34...第4の電力増幅器、
35...第4のインピーダンス整合器、
36...第4の電流導入端子、
37...第4の真空用同軸ケーブル、
38...第4の真空用同軸ケーブルの芯線。
1. . . Vacuum vessel,
2. . . A first electrode,
3. . . Substrate heater (not shown),
4). . . A second electrode,
5). . . Insulator support material,
6). . . Gas mixing box,
7). . . Rectifying hole,
8). . . Discharge gas supply pipe,
9. . . Exhaust pipe,
10. . . Vacuum pump not shown,
11. . . substrate,
12 . . Gate valve not shown,
15. . . A first pulse modulation phase variable two-output transmitter;
16. . . A first power amplifier;
17. . . A first impedance matcher;
18. . . A first current introduction terminal;
19. . . First coaxial coaxial cable,
20. . . The core wire of the first vacuum coaxial cable,
21. . . A first feeding point,
100. . . Sync signal transmission cable,
22. . . A second power amplifier,
23. . . A second impedance matcher;
24. . . A second current introduction terminal,
25. . . A second coaxial coaxial cable,
26. . . The core wire of the second vacuum coaxial cable,
27. . . A second feeding point,
28. . . A second pulse modulation type phase variable two-output transmitter;
29. . . A third power amplifier,
30. . . A third impedance matcher;
31. . . A third current introduction terminal;
32. . . A third coaxial cable for vacuum,
33. . . A core wire of a third vacuum coaxial cable;
34. . . A fourth power amplifier,
35. . . A fourth impedance matcher;
36. . . A fourth current introduction terminal;
37. . . A fourth coaxial cable for vacuum,
38. . . The core wire of the fourth coaxial cable for vacuum.
Claims (17)
The amorphous silicon-based material, the microcrystalline silicon-based material, the polycrystalline silicon-based material, or the crystalline silicon-based material is formed on the surface of the substrate. The plasma surface treatment method according to item.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006216679A (en) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Ulvac Japan Ltd | Plasma processing method/device by pulse division supply and plasma cvd method |
JP2009021634A (en) * | 2008-10-10 | 2009-01-29 | Masayoshi Murata | High frequency plasma CVD apparatus, high frequency plasma CVD method and semiconductor thin film manufacturing method |
WO2009050958A1 (en) | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Masayoshi Murata | High frequency plasma cvd apparatus, high frequency plasma cvd method and semiconductor thin film manufacturing method |
JP2012174736A (en) * | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Mitsubishi Electric Corp | Plasma deposition apparatus and plasma deposition method |
CN103098559A (en) * | 2010-09-15 | 2013-05-08 | 三菱电机株式会社 | High-frequency power supply device, plasma processing device and method for producing thin film |
JP2019175709A (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | Sppテクノロジーズ株式会社 | Substrate processing apparatus |
-
2004
- 2004-11-15 JP JP2004330137A patent/JP4022670B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006216679A (en) * | 2005-02-02 | 2006-08-17 | Ulvac Japan Ltd | Plasma processing method/device by pulse division supply and plasma cvd method |
JP4707403B2 (en) * | 2005-02-02 | 2011-06-22 | 株式会社アルバック | Plasma processing method and apparatus by pulse division supply and plasma CVD method |
WO2009050958A1 (en) | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Masayoshi Murata | High frequency plasma cvd apparatus, high frequency plasma cvd method and semiconductor thin film manufacturing method |
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CN103098559A (en) * | 2010-09-15 | 2013-05-08 | 三菱电机株式会社 | High-frequency power supply device, plasma processing device and method for producing thin film |
JP2012174736A (en) * | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Mitsubishi Electric Corp | Plasma deposition apparatus and plasma deposition method |
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