CN1132233C - 等离子体处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种等离子体处理方法，包括步骤：通过阻抗匹配电路向处理室中馈送比处理过程中的第二高频电源的功率要低的第二高频电源，然后再向该处理室馈送功率比处理过程中的第一高频电源高的第一高频电源，以生成等离子体；减小所述第一高频电源的强度，使之降到处理过程中第一高频电源的功率值的100-200%，提高所述第二高频电源的强度，使之升到处理过程中第二高频电源的功率值的70-100%，然后再调节所述第一高频电源的强度，以获得预定值的等离子体强度；使所述阻抗匹配电路进行一次匹配操作，同时调节所述第一高频电源的值，以获得一个处理过程中的理想等离子体强度值。

Description

等离子体处理方法及设备

本发明涉及到一种利用两个具有不同频率的高频电源生成等离子体的等离子体处理方法。本发明还涉及到一种通过利用一预定的指令序列来控制电源作用过程而自动控制起始放电的方法。本发明可有效应用于光电部件的基于卷装进出系统的批量生产。

一般都知道，诸如化学气相淀积(CVD)、蚀刻或者抛光之类的等离子体处理是通过向一真空室施加超高频波或者甚高频波(VHF)，同时用射频波(RF)对一基体或该真空室中的空间施加一射频(RF)偏压而生成等离子体来实现的。

作为这样的等离子体处理，有一种基于利用RF偏压的超高频等离子体CVD的淀积膜方法被应用于光电部件的制造。例如，作为一种启动超高频等离子体放电的方法，第6-51228号日本公开专利申请披露了一种在维持低压的条件下向放电区引入原料气体，并同时向所述放电区施加超高频能量和RF能量以启动放电的方法。在此现有技术中，所述RF电源用作对由超高频波生成的等离子体的偏压，以改善淀积膜的质量。与直流(DC)偏压相比，RF偏压不容易产生火花放电。由于更高频的能量可以施加于等离子体，可以获得高质量的淀积膜。

近年来也在研究利用VHF频段的高频的VHF等离子体CVD。例如，如同在第7-245269号日本公开专利申请中所描述的，根据VHF等离子体CVD方法，在高处理速率的情况下，能够在具有较大面积的基体上均一地形成一层淀积膜。在这个频段，原料气体的利用效率要高于在RF等离子体CVD方法中的利用效率，因此可以提高淀积膜的成膜速率。另外，由于VHF放电与超高频放电相比拓宽了放电条件(压强、施加的电源、原料气体的组成，等等)的范围，控制淀积膜质量的自由度就增加了。VHF等离子体CVD适于无定形硅膜的淀积。尤其是，在淀积微晶硅膜时，在成膜条件方面具有大自由度的VHF等离子体CVD可被用来最优化晶粒直径和晶粒边界结构，因此可以得到高质量的淀积膜。

作为一种利用超高频等离子体CVD或者RF等离子体CVD来制造大面积光电部件的方法，第4400409号美国专利和第3-30419号日本公开专利申请公开了一种光电部件制造方法及其利用卷装进出系统的生产设备。在所述设备中，布置有一系列辉光放电区。一具有所需宽度的足够长的带状基体，在其纵向方向上沿依次通过各辉光放电区的路径而被连续不断地传送，从而连续不断地形成各具有一个半导体结的光电部件。

第7-41954号日本公开专利申请公开了一种在不用RF偏压的超高频等离子体处理设备中通过探测等离子体放电的停止而自动恢复等离子体放电的方法。在这种方法中，放电停止状态是通过监测放电空间中的压强、放电反射波功率、放电空间的电势或者放电空间中的电流值而被探测到的。为了恢复放电，要施加比放电维持功率大的超高频能量，或者要使真空室中的压强低于放电维持压强。

但是，在自动启动/维持等离子体放电的过程中，存在下列问题：

(1)、当首先利用一第一高频电源启动等离子体放电时，在施加一个合适强度的第二高频电源的同时，必须向放电区施加比成膜时更强的第一高频电源。如果电源施加的顺序或者调节所述第二高频电源的阻抗匹配的时间控制不合适，就可能在放电区产生火花放电，或者所述阻抗匹配可能偏移，从而使放电停止。这就使得难以平稳地启动放电。事实上，放电的启动依赖于操作者的经验，而具有高度可再现性的启动超高频等离子体放电的方法是不确定的。为此原因，很难设计出自动控制设备。

(2)、如果在利用所述第一高频电源启动等离子体放电之后，放电由于某些原因而在成膜过程中停止，由于上述(1)所述的原因，有时候放电难以重新启动。这样，由于放电的重启动要花时间，就会在淀积膜中产生缺陷，这就导致产量的下降。

(3)、如果要通过向一个放电区施加来自多个施压装置的所述第一和/或第二高频电源来均一地形成大面积淀积膜，由其中一个施压装置所引起的放电可能停止。

如果放电部分停止，淀积膜的厚度就会变得不均一，或者小于预期厚度，这也会导致产量的降低。

本发明还要解决另一个问题。当使用基于卷装进出系统的等离子体CVD设备制造光电部件时，由于沿纵向方向排列了许多放电区，设备显得十分笨重。另外，原料气体供应系统、排放系统和电源系统也显得复杂。为了改善光电部件的可再现性和设备的可操作性，设备的操作最好要尽可能地自动化。如果要批量生产光电部件以降低制造成本，最基本的是要自动操作整套设备，以提高操作效率或者产量。

本发明的一个目的是提供一种利用一个第一高频电源(例如超高频或者VHF)，同时利用一个第二高频电源(例如RF)作为偏压，从而自动平稳地启动等离子体放电的等离子体处理设备。本发明的另一个目的是提供一种能够通过探测处理过程中的放电停止而自动重启动放电的等离子体处理设备。本发明还有一个目的，这就是，在处理过程中，在测量等离子体强度的同时利用一自动装置不时地调节一第一高频电源的作用，从而维持稳定的等离子体处理。

根据本发明的一个方面，它提供了一种利用一第一高频电源和一个频率低于该第一高频电源的第二高频电源进行等离子体处理的方法，该方法包括放电启动步骤、调节步骤和等离子体处理步骤。所述放电启动步骤是指，通过一阻抗匹配电路向一处理室中馈送比处理过程中的第二高频电源的功率要低的第二高频电源，然后再向该处理室馈送功率比处理过程中的第一高频电源高的第一高频电源，以生成等离子体。所述调节步骤是指，减小所述第一高频电源的强度，使之降到处理过程中的第一高频电源的功率值的100-200％，提高所述第二高频电源的强度，使之升到处理过程中的第二高频电源的功率值的70-100％，然后再调节所述第一高频电源的强度，以获得一预定值的等离子体强度。所述等离子体处理步骤是指，使所述阻抗匹配电路进行一次匹配操作，同时调节所述第一高频电源的值，以获得一个处理过程中的理想等离子体强度值，从而对一待处理的基体进行等离子体处理。

根据本发明的另一方面，它提供了一种等离子体处理设备，该设备包括：一个等离子体处理室，向所述等离子体处理室馈送一第一高频电源的装置，向所述等离子体处理室馈送频率比所述第一高频电源低的一第二高频电源的装置，向所述等离子体处理室中引入处理气体的装置，降低等离子体处理室中的压强的装置，测量在等离子体处理室中生成的等离子体强度的测量装置，以及一个控制等离子体放电的放电控制装置。其中，所述放电控制装置包括控制所述放电启动步骤、所述调节步骤和所述等离子体处理步骤的装置。所述放电启动步骤是指，通过一阻抗匹配电路向所述处理室中馈送比处理过程中的第二高频电源的功率要低的第二高频电源，然后再向该处理室馈送功率比处理过程中的第一高频电源高的第一高频电源，以生成等离子体。所述调节步骤是指，减小所述第一高频电源的强度，使之降到处理过程中的第一高频电源的功率值的100-200％，提高所述第二高频电源的强度，使之升到处理过程中的第二高频电源的功率值的70-100％，然后再调节所述第一高频电源的强度，以获得一预定值的等离子体强度。所述等离子体处理步骤是指，使所述阻抗匹配电路进行一次匹配操作，同时调节所述第一高频电源的值，以获得一个处理过程中的理想等离子体强度值，从而对一待处理的基体进行等离子体处理。

在等离子体处理步骤中，如果探测到了等离子体放电的停止，最好将所述阻抗匹配电路设置到初始状态，重新进行所述放电启动步骤。为此，本发明的设备最好具有相应的探测和控制装置。

图1是一方框图，示出了本发明的一等离子体放电控制装置的系统结构图，所述控制装置的目的是为了使成膜设备自动化；

图2是一简要剖面图，示出了一个本发明的等离子体处理设备；

图3A和图3B是用以阐释示于图1中的等离子体控制装置的运作的流程图；

图4是一简要剖面图，示出了本发明的所述等离子体处理设备应用于一卷装进出处理系统的一个例子；

图5是一简要剖面图，示出了一光电部件；

图6是一简要平面图，用以阐释一个使用VHF的设备。

下面参照附图描述本发明的一个最佳实施例。

在本实施例中，超高频波被用作第一高频波，RF被用作第二高频波。即使VHF被用作所述第一高频波，也可以获得与前一情形相同的效果。在本说明书中，RF的意思是一种频率从1MHz(含)到20MHz(不含)的高频波。VHF的意思是一种频率从20MHz(含)到1GHz(不含)的高频波。超高频波的意思是一种频率从1GHz(含)到10GHz(不含)的高频波。

图1是一方框图，示出了本发明的一等离子体放电控制装置的系统结构图，所述控制装置的目的是为了使成膜设备自动化。一放电控制装置101具有一输入电路、一输出电路和一计算器(图中均未示出)。所述输入电路与一探测器107及一用来控制整个设备的成膜控制装置100相连，所述探测器107用来探测因将施加于一偏压条109的电压中的DC成分接地而从探测器中流过的电流值Idc。所述输出电路与一作为生成所述第一高频波的装置的超高频发生器104、一作为生成所述第二高频波的装置的RF发生器105、一匹配电路106、一质量流控制器(以下简称MFC)103和一排放调节阀108相连接。

所述放电控制装置101具有调节作用于一放电区102的所述超高频电源和RF电源、调节气流速率及排放阀开放度的功能，并具有切换所述匹配电路的固定操作和自动匹配操作的功能。所述偏压条109与所述匹配电路106的输出端子相连。

[设备的实施例]

下面参照附图2描述用以实现本发明的等离子体处理方法的等离子体处理设备的一个特定实施例。

在一真空室201中有一几乎为平行六面体形状的成膜室202构成的一放电区203和一基体200。所述基体200可以为带状。在此，基体200沿垂直于图2纸面的方向而被传送。所述真空室201和成膜室202电连接，并设置为地电势。

在本设备中，有一个用来将所述带状基体加热到所需成膜温度的基体加热器204、一个用来从一供气装置(图中未示出)向所述成膜室引入原料气体的原料气体输入管205、一个用来通过一排放装置例如真空泵(图中未示出)排空所述成膜室的排放管206、一个可以调节排放率的排放调节阀207、从一超高频发生器208向所述成膜室馈送超高频电源的电极209，和一个从一RF发生器210向等离子体施加所述RF偏压的偏压条212。

在所述RF发生器210和所述偏压条212之间连有一匹配电路211。通过改变两个匹配和调谐参数，可以调节所述RF发生器和所述偏压条之间的阻抗匹配。所述匹配电路211还具有靠自身自动调节参数以进行匹配操作的功能。

所述成膜室202在其侧表面部分地具有网筛状孔洞。等离子体和电磁波能够被限制在该成膜室202中，而被离解的原料气体可以被排出。

在所述匹配电路211和所述偏压条212之间连接有一Idc探测器216。该Idc探测器216由一扼流圈213和一电阻器214构成。如上所述，作用于所述偏压条212的DC成分的电流值作为输出电压被输出到一Idc输出口215。所述RF电源作用于所述偏压条212。由于电子的质量远远小于离子类的质量，在RF电场的力的作用下，大量的电子到达所述偏压条。当该偏压条处于DC不接地状态时，该偏压条就被充电而具有负电势。当只有DC成分通过所述扼流圈213接地时，一电流(Idc)就流向所述扼流圈213。所述电流值Idc几乎与等离子体的电离度成正比，因此该电流值Idc就可以被视为等离子体强度。流向扼流圈213的所述DC电流的电流值Idc被一电阻器214转换为电压，并被输出到所述Idc输出口215，因此所述Idc探测器就可测得等离子体强度。当所述Idc探测器被用作一个放电起始探测装置时，就对其设置一个阈值。如果电流值Idc超过该阈值，就表明放电已经开始。如果电流值Idc等于或小于该阈值，就可以确定，放电已停止或者已部分停止。

示于图2中的设备通过两个电极209而实施超高频电源等离子体放电。通过使用多个电极从多个方向施加超高频能量，成膜区可以被扩大，而同时仍可保持基体200膜特性的均一(对于带状基体，则指在宽度方向上的膜特性)。在使用多个电极时，不是全部，但部分电极触发的放电等离子体可能会消失。此时，等离子体强度就降低，从而降低来自Idc探测器的输出值。如果已经对该电流值Idc设置了一个阈值，就可以探测出来：等离子体已经部分消失。

图3A和图3B是流程图，示出了示于图1中的放电控制装置101的运作，下面参照图1进行描述。

(预备阶段)

在步骤1，一开始信号从成膜控制装置100被发送到放电控制装置101。

在步骤2，处理过程等待，直到除那些受放电控制装置101控制的参数之外的成膜参数都被准备好。例如，处理过程等待，直到所述带状基体的温度、原料气体的流速及放电区中的压强均达到规定值。

在步骤3，所述匹配电路106的匹配和调谐参数被初始化并固定。初始值根据稳定成膜状态下的最终阻抗匹配来确定，并预先通过试验而测得。当匹配电路106的参数在开始放电的初始阶段被固定时，放电就不会因为自动匹配操作的失灵而停止。另外，当匹配电路106的参数被初始化时，阻抗几乎在放电开始后立即就匹配。由于上述原因，就可以具有高再现性地平稳地启动放电。

(放电阶段)

在步骤4，从RF发生器105提高或施加作用于偏压条109的RF能量。此时的RF功率被称为期望值1。在对超高频放电适合的成膜条件下，只有RF电源，放电是不会发生的。为此，在此时刻，大多数输入的RF能量被反射到所述RF发生器105那侧。

在步骤5，向所述成膜室202施加一超高频能量。在步骤8，如果所测得的电流值Idc超过阈值1，就表明放电已经开始。在步骤5，有效的超高频功率逐渐上升，直到放电开始。

下面基于图2描述放电开始的过程。通过原料气体输入管205，一种原料气体被导入放电区203。控制所述排放调节阀207的开放度，以将放电区203中的压强控制在预定值。首先，向所述偏压条212施加少量的RF能量。最好，只施加相当于成膜功率10％以下的能量。然后，从电极209施加超高频能量。其功率与成膜时的功率相同或者更大，以生成等离子体。等离子体是否已开始生成可以通过一个等离子体强度测量装置(将在下文予以描述)予以确认。在等离子体生成之后，立即施加一个比成膜时更强的超高频电源。如果在此时刻提高所述RF偏压，就容易发生火花放电，等离子体就容易消失。为了防止这种情况，在此时刻不提高所述RF偏压。

在步骤6，当在所施加的超高频电源达到最大值后预定的时间已经届满时，若放电仍未开始，就可以判定，在这种成膜条件下难以产生放电。在步骤7，为使放电更容易，提高放电区102中的压强。可有两种技术用来提高所述压强。一种技术是，调节MFC103，以提高引入放电区102的原料气体的流速。当使用多种原料气体时，任何气体的流速都可以提高。特别地，最好提高氢气的流速，因为即使其流速被提高，所测得的电流值Idc的变化量也很小。另一种技术是，降低所述排放调节阀108的开放度，以提高放电区102中的压强。

(调节阶段)

如果放电开始后探测到所测量的电流值Idc超过了阈值1，就在步骤9中调节MFC103，以调节气体流速，或者调节所述排放调节阀108的开放度，从而将所述压强恢复到规定值。

在步骤10，有效的超高频功率被逐渐降到期望值2。期望值2可能等于在稳定放电成膜状态下所施加的功率。但是，这一阶段只是过渡阶段，而为了防止放电停止，所述超高频功率最好稍大于成膜时的功率。更具体的，所述超高频功率最好为成膜时功率的100-200％，更好地，为120-180％。此值是用试验确定的。

在步骤11，有效的超高频功率被逐渐升到期望值3。期望值3最好等于在稳定放电成膜状态下所施加的功率。但是，为了防止非正常放电，此值可以稍小。更具体地，RF功率为成膜时的功率的70-100％。在所述超高频功率降低以后，升高所述RF功率。通过这个处理过程，可以维持稳定的放电而防止火花放电。

在步骤12，控制等离子体强度。在步骤13，调节有效的超高频功率，以使之接近成膜时的期望值。或者使之落在该期望值的100-150％的范围之内。为控制等离子体强度，可以有两种方法。第一种方法是，调节所述输入超高频功率，以使测得的电流值Idc接近期望值3。第二种方法是，调节所述输入超高频功率，以使其有效值[＝(输入功率-反射功率)]接近期望值4。使用上述方法之一，就可以降低所述超高频功率。

在此时刻，RF阻抗匹配具有临时性的初值，该匹配不是理想的而只是暂时的。因此，为了防止放电停止，最好将等离子体强度调节得稍高于成膜时的期望值，具体地，为该期望值的100-150％。如图2所示，当从多个电极209施加超高频电源时，合适地调节所述各电极所施加的有效超高频功率的比例，从而使淀积膜的厚度和质量均一化。

在步骤14，将所述RF功率调节到成膜时的期望值。同时，将匹配电路106从固定操作转换到自动匹配操作。自动匹配所述RF发生器和载荷之间的阻抗的方法被广泛地使用。在本发明中，当所述RF被施加到超高频或者VHF等离子体上作为偏压电源时，从超高频或者VHF等离子体的生成到等离子体的稳定之间，等离子体是不稳定的，因此所述RF的自动匹配变得不稳定。通过在等离子体稳定后，即，在为获得成膜时的理想超高频功率而作的调节完成之后启动自动匹配操作，所述匹配电路就可以一直稳定运作。

(稳定放电阶段)

在步骤15，调节超高频功率以最终将等离子体强度设定为成膜时的理想值。等离子体强度控制方法与步骤12是相同的。在成膜过程中，等离子体强度一直被测量，以使测量电流值Idc达到期望值4，或者使所述有效超高频功率达到期望值5。在步骤17，调节所述输入超高频功率。

在步骤16，如果Idc探测器在成膜过程中发现放电已停止，流程就转回步骤3，以重新启动放电。设定有阈值2，当测量电流值Idc小于该阈值2时，就可以判断放电已经停止。

如果Idc探测器107确认放电已经在稳定放电阶段停止，流程就返回放电阶段，以重新启动放电。通过这种处理流程，可以实现连续不断的成膜操作，而不会让连续成膜设备停下。

(终止阶段)

在步骤18，从成膜控制装置100接收到一成膜终止指令。在步骤19，放电控制装置101被关闭，以停止超高频电源和RF偏压电源。

在步骤20，一指示放电控制装置101的操作结束的信号被返回成膜控制装置100。

(在光电部件上的应用)

下面参照附图4描述本发明的方法应用于一个卷装进出式等离子体CVD设备以制造一种具有一个p-型结的光电部件的例子。

参附图4，所述等离子体CVD设备具有一个带状基体400、一个供料室401、一个供料轴402、一个接收室403、一个接收轴404、一个第一渗杂层形成室405、一个i-型层形成室406、一个第二渗杂层形成室407、一个基体加热器408、若干气体加热器409、若干气封门410、若干原料气体输入管411、若干封门气体输入管412、若干排气口413、若干排放调节阀414、若干输送辊415、若干阴极416、若干RF发生器417、一个超高频发生器418、一个波导管419、若干超高频电极420和一个偏压条421。所述i-型层形成室406装有一个成膜室422，在其中，通过超高频等离子体CVD方法而形成淀积膜。所述渗杂层形成室405和407装有成膜室423和424，在其中分别用RFCVD方法形成淀积膜。所述形成室405到407分别具有放电区425到427。

所述形成室401、403和405到407通过气封门410连接在一起。带状的基体400被从供料室401输送到接收室403，其间通过三个淀积膜形成室405到407。从而，在所述带状基体400上就形成了一个三层次功能淀积膜，即一种用于具有p-型结构的光电部件的半导体膜。

最好，所述带状基体400在形成半导体膜所需的温度下不产生变形和畸变，并具有理想的强度和导电率。考虑到成本和储存空间，所述带状基体最好尽可能薄，前提是具有足够的强度以便即使在输送过程中受到拉张力作用也能保持其形状。所述带状基体的宽度不受特别的限制。该宽度是根据半导体膜成膜装置和成膜室的大小确定的。尽管所述带状基体的长度不受特别的限制，但其长度最好能够允许将其装到滚筒上。长的带状基体可以通过例如焊接而连成更长的基体。

在所述形成室405到407中，所述带状基体400用所述基体加热器408加热到预定的成膜温度。从供气装置(图中未示出)通过所述原料气体输入管411输入的原料气体被输送到所述放电区425到427，并由排放装置(图中未示出)从所述排气口413排出。当通过所述排放调节阀414调节排放速率时，就可以分别在放电区425到427中维持理想的压强。

在利用超高频CVD方法的形成室406中的所述放电区426中，具有从所述超高频发生器418通过波导管419向原料气体施加超高频能量的电极420，以及向等离子体施加RF能量的偏压条421。在所述放电区426，通过离解所提供的原料气体的超高频CVD方法而形成一层淀积膜。由于使用了两个电极420，淀积膜特性在所述带状基体400宽度方向上的均一性得到了改善。为了描述的方便，所述两个电极420的方向将被分别称为前侧和后侧。

在使用RFCVD方法的形成室405和407中的每一放电区425和427中，装有向原料气体施加RF能量的阴极416，在其中，通过RFCVD方法而形成淀积膜。从所述原料气体输入管411引入的原料气体用所述气体加热器409加热，以改善淀积膜的特性。通过用加热器408和409加热所述成膜室422到424，在成膜之前，所述成膜室422到424可以被烘干而减少其中的杂质气体。

气封门410用来分隔形成室401、403和405到407，以便通过所述形成室401、403和405到407连续不断地传送所述带状基体400。为了形成多层具有不同组成的高质量薄膜，从所述封门气体输入管412引入一种封门气体，以防止邻近形成室中的不同原料气体相互混合，因此空气也能被隔离。作为封门气体，使用的是氢气、氦气或者氩气。

上述设备中的原料气体供气装置(图中未示出)、排放装置(图中未示出)、基体加热器408、气体加热器409、RF发生器417、超高频发生器418和用来输送带状基体的一个马达(图中未示出)由一成膜控制装置(图中未示出)来控制，该控制装置比如是一个序列发生器或者计算机，能够基于程序进行自动操作。

下面参照附图4描述所述自动操作中的步骤。其上绕有带状基体400的供料轴402被装在供料室401中。空的接收轴404安装在接收室403中。所述成膜室422到424的清洁与维护是在空气中进行的。此后，自动处理过程就开始了：

(1)排放过程

用排放装置将所有形成室401、403和405到407中的压强降到约1乇。

(2)加热过程

用基体加热器408和气体加热器409将成膜室422到424加热到预定的温度。该加热过程是为了烘干的目的，以消除其中的水分和杂质气体，后者比如是从成膜室422到424和形成室405到407的室壁吸收的氧。

(3)成膜过程

从所述原料气体输入管411和所述封门气体输入管412引入原料气体和封门气体。在所述成膜室422到424中开始等离子体放电，同时带状基体400按预定的速率被传送，从而在该带状基体400上连续不断地淀积薄膜。在此过程中，在所述形成室406中，运行本发明的上述超高频放电控制装置，以自动启动超高频等离子体放电。当所述带状基体被所述接收轴404收卷到一预定位置时，所有等离子体放电均被停止。基体输送也被停止。

(4)冷却过程

所述成膜室422到424被冷却到能够进行清洁与维护的温度。在成膜过程中，有时候会在所述成膜室422到424中淀积一种可燃的副反应产物。为了防止在开启成膜室时发生燃烧，成膜室要预先冷却。

(5)换气过程

在将所述形成室401、403和405到407向空气开启前，用氮气替换所述形成室中的原料气体。

(6)放气过程

向所述形成室401、403和405到407引入氮气，直到其中的压强等于大气压强。

完成上述自动过程后，被所述接收轴接收的带状基体400被取出。此后，用一淀积膜装置(图中未示出)在该带状基体400上淀积一层透明的电极膜，这样就制成了薄膜光电部件。

本发明也可以应用于等离子体CVD以外的等离子体处理，例如等离子体蚀刻，等等。

(例1)

使用示于图4中的具有示于图1中的自动控制装置的卷装进出式等离子体CVD设备，按照示于图3A和图3B的流程在下述条件下进行自动处理，从而在一带状基体上形成一种p-型无定形硅光电部件。下面参照图3A、3B和图4详细描述。在本例中，所述第一高频电源用的是超高频电源，所述第二高频电源用的是RF电源。

作为带状基体400，用的是宽度为350mm、长度为300m、厚度为0.2mm的SUS430。该基体是这样制备的：利用一种卷装进出式溅镀膜装置(图中未示出)在所述带状基体400上淀积一层铝薄膜(厚度：0.1μm)和一层作为背反射层的氧化锌(ZnO)薄膜(厚度：1.0μm)。

所述带状基体400这样安装，以使得能够从供料室401供料，可以从接收室403接收，并在其间通过三个成膜室405到407。

利用排放装置(图中未示出)通过所述排放调节阀414排出所述形成室401、403和405到407中的气体，使其中的压强约为1乇。当排气过程进行时，氦气从所述气体输入管411和4 12分别以100sccm的速率流动。通过利用一气压计(图中未示出)测量所述形成室401、403和405到407中的压强并控制所述排放调节阀414，所述压强被维持在1.0乇。另外，基体加热器408和气体加热器409被加热到300℃。维持上述状态，进行5小时的烘烤，以消除其中的杂质气体。

然后，停止气体输入管411和412中的氦气供应。具有示于表1中的组成的原料气体从一气体混合器(图中未示出)通过原料气体输入管411流入所述成膜室422到424。氢气则从封门气体输入管412流向气封门。所述带状基体400的传送速率为1000mm/min。至于高频电源施加装置，在利用超高频CVD的成膜室422中，是从一发生频率为2.45GHz的超高频发生器418通过波导管419和超高频电极420而向所述成膜区施加超高频波的。所述偏压电源是从发生频率为13.56MHz的RF发生器417通过一匹配电路428作用于所述偏压条421的。作为偏压条421，所使用的是直径为20mm、长度为30cm的SUS340柱形条。在使用RFCVD的成膜室423和424中，RF电源从所述RF发生器417通过匹配电路428作用于阴极416。等离子体放电在放电区425到427中启动，从而在所述带状基体400上连续不断地形成一层n-型无定形硅膜、一层i-型无定形硅锗膜和一层p-型微晶硅膜。在稳定成膜过程中每一成膜室中的成膜条件示于表1中。

在本例中，在成膜过程的示于图3B中的步骤15到17中的等离子体强度控制是通过调节输入超高频功率而将测量电流值Idc(期望值4)维持于3.5A而实现的。探测等离子体的消失的测量电流值Idc(阈值2)设定在3.0A。在等离子体生成前施加的高频偏压功率(期望值1)被设定在50W。第一次生成等离子体时的有效超高频功率在前侧和后侧均约为800W。此时的测量电流值Idc为2.0A，因此探测等离子体的生成的测量电流值Idc(阈值1)设定在1.5A。

在步骤6中，难以生成等离子体的等待时间设定为5秒。但是，在本例中，由于等离子体在5秒内就生成了，步骤7没有执行。在前侧和后侧，期望值2均为300W，期望值3为800W。

成膜过程连续不断地进行了约5小时。在总长为300m的带状基体的250m长的部分上形成了一个具有p-型结的半导体层。其上镀上了半导体层的所述250m长的部分称为有效区。

在上述流程中其上形成了半导体层的所述带状基体被从接收室403中取出。通过一个溅镀膜形成装置(图中未示出)，又向其上镀了一层ITO(氧化锡铟)透明导电膜(厚度：800)。此后，在输出时用切割器(图中未示出)将该带状基体400切割为100mm长的片段，从而制得样品。在每一基体上网板印刷银涂料而形成一集电极，从而制得一示于图5的简要剖面图中的光电部件。在图5中，该部件包括一基体500、一背反射层501、一n-型半导体层502、一i-型半导体层503、一p-型半导体层504、一ITO透明导电层505和集电极506。

通过向该基体上照射AM值为1.5、能量密度为100mW/cm²的模拟日光而测量其光电转换效率，可测定所得到的光电部件的特性。表2示出了测定结果。从所述带状基体的250m的有效区中，每隔10m抽取样品进行测量。26个样品中每一样品的特性的最大值和最小值的差异被用来测定均一性。所述样品的有效面积为350mm×100mm。

除开由于成膜过程中等离子体的消失而造成的缺陷淀积区之外的部分的比率，即无缺陷部分的比率被测定，作为无缺陷单位比。还计数了等离子体消失的次数。

(比较例1)

在比较例1中，成膜是按照与例1相同的程序进行的，但没有使用示于图1中的放电控制装置101。使用了与表1所示相同的成膜条件。比较例1与例1在下述方面不同：超高频发生器、RF发生器、MFC和排放调节阀是手工控制的，匹配电路106被设置为一直进行自动匹配操作。基于与例1相同的方法进行了特性测定。

                                                   表1

成膜室	淀积膜厚度(nm)	气流速率(sccm)	压强(毫乇)	有效功率(W)	加热温度(℃)	淀积速率(nm/sec)
							423	n-型层：20nm	SiH4：100H2：1000PH3/H2(2％)：150	1000	RF：200	270	1.2
422	i-型层：150nm	SiH4：100GeH4：120H2：500	10	超高频：(250到280)×2RF偏压：800	350	10
							424	p-型层：8nm	SiH4：20H2：3000BF3/H2(2％)：30	1000	RF：1000	300	0.2

表2

	均一性	无缺陷单位比	等离子体消失次数
				例1	±2％	88％	15
比较例1	±5％	68％	16

上述试验揭示了下述事实：

(1)在比较例1中，当等离子体在成膜过程中已消失时，放电重启动操作是用手工完成的。另外，匹配电路106的运作变得不稳定，因此重启动放电费时。这就增多了缺陷区，因此无缺陷单位比降低了。从放电的起始到稳定，平均时间为180秒。在例1中，放电重启动平稳进行。从开始到稳定的平均时间为40秒，因此无缺陷单位比提高了。

(2)在比较例1中，在成膜过程中，通过目视确认测量电流值Idc来调节有效超高频功率。因此，不可能进行等离子体强度的精确调节，这导致均一性降低。在例1中，测量电流值Idc通过放电控制装置101被反馈到有效超高频功率。因此，提高了等离子体强度的精确性，从而提高了均一性。

(例2)

在例2中，为在图3B所示的步骤15到17的成膜过程中控制等离子体强度，调节输入超高频功率，以将有效超高频功率(期望值5)维持在250W。设备的布置与例1相同。稳定成膜时的成膜条件示于表3中。

在例2中，即使在超高频功率达到电源的最大输出值5秒钟以后，步骤6中也没有开始放电。在步骤7中，可以通过将氢气流速提高到1500sccm而启动放电。此时放电区中的压强为15毫乇。此后，在步骤9，氢气流速减小到表1所示的值。用与例1相同的方法进行特性测定。

(比较例2)

在比较例2中，成膜是按照与例2相同的程序进行的，但没有使用示于图1中的放电控制装置101。使用了与表3所示相同的成膜条件。比较例2与例2在下述方面不同：超高频发生器、RF发生器、MFC和排放调节阀是手工控制的，匹配电路106被设置为一直进行自动匹配操作。基于与例1相同的方法进行了特性测定。

                                           表3

成膜室	淀积膜厚度(nm)	气流速率(sccm)	压强(毫乇)	有效功率(W)	加热温度(℃)	淀积速率(nm/sec)
							423	n-型层：20nm	SiH4：100H2：1000PH3/H2(2％)150：	1000	RF：200	270	1.2
422	i-型层：150nm	SiH4：100GeH4：120H2：500	10	超高频(恒定)：250+280RF偏压：800	350	10
							424	p-型层：8nm	SiH4：20H2：3000BF3/H2(2％)：30	1000	RF：1000	300	0.2

                       表4

	均一性	无缺陷单位比	等离子体消失次数
				例2	±2％	86％	15
比较例2	±5％	70％	16

上述试验揭示了下述事实。例2中的均一性比比较例2中的均一性要高。即使在将有效超高频功率设置为一恒定值的情况下调节等离子体强度，从成膜过程的初始阶段到最后阶段，都能获得稳定的特性。另外，从放电的起始到稳定，比较例2中的平均时间为190秒，例2中的平均时间则为40秒。因此，例2中的缺陷区减少了，这导致无缺陷单位比的改善。

(例3)

在例3中，等离子体处理中的第一高频波为VHF。下面将参照图6描述与图4中的设备相比的不同之处。图4和图6中，相同的编号表示相同的部分，它们的详细描述在此就省略了。图6是一简要平面图，用于说明替代图4中的成膜室422及其相关部件的成膜室601。如图6所示，以发生频率为100MHz的VHF发生器602代替了超高频发生器418。一共轴电缆603和一匹配电路604代替了波导管419。另外，用一杆状天线代替了电极420。该杆状天线605具有与偏压条421相同的大小和形状，并与偏压条421平行地设置于放电区606中。在所述带状基体的传送方向上，所述天线和偏压条421间的间隔为15mm。设备中的其余部分与例1中相同。稳定成膜时的成膜条件示于表5中。

在例3中，为控制图3中的步骤15到17的等离子体强度，调节所述输入VHF功率，以将测量电流值Idc(期望值4)维持在3.0A。阈值1被设定为1.0A，阈值2被设定为2.5A，偏压电源的期望值1被设定为50W。基于与例1相同的方法进行了特性测定。表6示出了测定结果。

(比较例3)

在比较例3中，成膜是按照与例3相同的程序进行的，但没有使用示于图1中的放电控制装置101。使用了与表5所示相同的成膜条件。比较例3与例3在下述方面不同：VHF发生器、RF发生器、MFC和排放调节阀是手工控制的，匹配电路106被设置为一直进行自动匹配操作。基于与例1相同的方法进行了特性测定。表6示出了测定结果。

                                          表5

成膜室	淀积膜厚度(nm)	气流速率(sccm)	压强(毫乇)	有效功率(W)	加热温度(℃)	淀积速率(nm/sec)
							423	n-型层：20nm	SiH4：100H2：1000PH3/H2(2％)：150	1000	RF：200	270	1.2
601	i-型层：180nm	SiH4：240GeH4：200H2：1000	15	超高频：1200RF偏压：800	350	4.0
							424	p-型层：8nm	SiH4：20H2：3000BF3/H2(2％)：30	1000	RE：1000	300	0.2

                           表6

	均一性	无缺陷单位比	等离子体消失次数
				例3	±2％	84％	6
比较例3	±4％	64％	8

上述试验揭示了下述事实：

(1)在比较例3中，当等离子体在成膜过程中已消失时，放电重启动操作是用手工完成的。另外，匹配电路106的运作变得不稳定，因此重启动放电费时。这就增多了缺陷区，因此无缺陷单位比降低了。从放电的起始到稳定，平均时间为200秒。在例3中，放电重启动平稳进行。从开始到稳定的平均时间为30秒，因此无缺陷单位比提高了。

(2)在比较例3中，在成膜过程中，通过目视确认测量电流值Idc来调节有效VHF功率。因此，不可能进行等离子体强度的精确调节，这导致均一性降低。在例3中，测量电流值Idc通过放电控制装置被反馈到有效VHF功率。因此，提高了等离子体强度的精确性，从而提高了均一性。

根据本发明，利用自动装置，等离子体放电能够具有高度再现性地自动地平稳启动。即使放电停止，它又可以迅速重启动。这种方法在基于带状基体制造光电部件的设备中的应用可以允许进行全自动操作，结果将提高光电部件的生产率，降低成本。另外，在这个带状基体上，可以获得稳定的光电部件特性。由于缺陷区可以减到最少，产量因此得以提高。

Claims (27)

1、一种利用一第一高频电源和一个频率低于该第一高频电源的第二高频电源进行等离子体处理的方法，该方法包括：

放电启动步骤，即通过一阻抗匹配电路向一处理室中馈送比处理过程中的第二高频电源的功率要低的第二高频电源，然后再向该处理室馈送功率比处理过程中的第一高频电源高的第一高频电源，以生成等离子体；

调节步骤，即减小所述第一高频电源的强度，将所述第一高频电源降到处理时第一高频电源的功率值的100-200％，提高所述第二高频电源的强度，将所述第二高频电源升到处理时第二高频电源的功率值的70-100％，然后再调节所述第一高频电源的强度，以获得一预定值的等离子体强度；和

等离子体处理步骤，即，使所述阻抗匹配电路进行一次匹配操作，同时调节所述第一高频电源的值，以获得一个处理过程中的理想等离子体强度值，从而对一待处理的基体进行等离子体处理。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括步骤：当在所述等离子体处理步骤中探测到等离子体放电的停止时，将所述阻抗匹配电路设置为初始状态，并重新返回所述放电启动步骤。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节步骤包括：将等离子体强度的预定值设定为处理过程中的理想等离子体强度值的100-150％。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括：通过测定在大地电势和施加所述第二高频电源的装置之间流动的电流的直流成分而测定所述等离子体强度。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还进一步包括：通过测定所述第一高频电源的输入功率和反射功率之间的差值而测定所述等离子体的强度。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放电启动步骤包括：提高一种处理气体的输入量，以提高所述处理室中的压强，然后生成等离子体。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放电启动步骤包括，减小一排放调节阀的开放度，从而提高所述处理室中的压强，然后生成等离子体。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻抗匹配电路的一种初始状态与等离子体处理步骤中所述第二高频电源的反射功率取最小值时的匹配电路的一种状态相同。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放电启动步骤、调节步骤和等离子体处理步骤按所述顺序自动进行。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在放电启动步骤中馈送的所述第二高频电源的强度不高于在等离子体处理步骤中所馈送的所述第二高频电源的强度的10％。

11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一高频电源是具有超高频段频率或者甚高频频率的高频电源。

12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二高频电源是具有射频频率的高频电源。

13、一种等离子体处理设备，该设备包括：一个等离子体处理室，向所述等离子体处理室馈送一第一高频电源的装置，向所述等离子体处理室馈送频率比所述第一高频电源低的一第二高频电源的装置，向所述等离子体处理室中引入处理气体的装置，降低等离子体处理室中的压强的装置，测量在等离子体处理室中生成的等离子体强度的测量装置，以及一个控制等离子体放电的放电控制装置，

其中，所述放电控制装置包括控制下述步骤的装置：

放电启动步骤，即通过一阻抗匹配电路向所述处理室中馈送比处理过程中的第二高频电源的功率要低的第二高频电源，然后再向该处理室馈送功率比处理过程中的第一高频电源高的第一高频电源，以生成等离子体；

调节步骤，即减小所述第一高频电源的强度，将所述第一高频电源调节为处理时第一高频电源的功率值的100-200％，提高所述第二高频电源的强度，将所述第二高频电源调节为处理时第二高频电源的功率值的70-100％，然后再调节所述第一高频电源的强度，以获得一预定值的等离子体强度；和

等离子体处理步骤，即，使所述阻抗匹配电路进行一次匹配操作，同时调节所述第一高频电源的值，以获得一个处理过程中的理想等离子体强度值，从而对一待处理的基体进行等离子体处理。

14、如权利要求13所述的设备，其特征在于，它还包括探测等离子体处理步骤中等离子体放电的停止的装置，以及，当所述探测装置探测等离子体处理步骤中等离子体放电的停止时，将所述阻抗匹配电路设置到初始状态并控制重新返回所述放电启动步骤的装置。

15、如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述调节步骤包括：将等离子体强度的预定值控制为处理过程中的理想等离子体强度值的100-150％的装置。

16、如权利要求13所述的设备，其特征在于，还进一步包括：通过测定在地电势和施加所述第二高频电源的装置之间流动的电流的直流成分而测定所述等离子体强度的装置。

17、如权利要求13所述的设备，其特征在于，还进一步包括：通过测定所述第一高频电源的输入功率和反射功率之间的差值而测定所述等离子体的强度的装置。

18、如权利要求13所述的设备，其特征在于，还包括：在所述放电启动步骤中提高一种处理气体的输入量，以提高所述处理室中的压强，然后生成等离子体的装置。

19、如权利要求13所述的设备，其特征在于，还包括：在所述放电启动步骤中，减小一排放调节阀的开放度，从而提高所述处理室中的压强，然后生成等离子体的装置。

20、如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述阻抗匹配电路处于一种初始状态，该状态设定为在等离子体处理步骤中所述第二高频电源的反射功率取最小值时的状态。

21、如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述放电控制装置控制下述步骤按所述顺序自动进行：放电启动步骤、调节步骤和等离子体处理步骤。

22、如权利要求13所述的设备，其特征在于，还进一步包括：控制在放电启动步骤中馈送的所述第二高频电源的强度不高于在等离子体处理步骤中所馈送的所述第二高频电源的强度的10％的装置。

23、如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述提供第一高频电源的装置包括提供超高频段频率或者甚高频频率的高频电源装置。

24、如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述第二高频电源装置是具有射频频率的高频电源装置。

25、如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述提供第一高频电源的装置具有多个电极。

26、如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述提供第一高频电源的装置具有一根天线。

27、一种等离子体处理设备，包括相互连接的多个等离子体处理设备，并包括至少一个如权利要求13所述的等离子体处理设备，

其中，一待处理的带状基体穿过所述多个等离子体处理设备。

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