JP2003109798A - Discharge device, plasma treatment method and solar cell - Google Patents

Discharge device, plasma treatment method and solar cell

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide novel antenna structure and power supply method for causing generation of a standing wave to substantially disappear, to provide a discharge device having high plasma evenness, a plasma treatment method of a large-surface substrate and a solar cell having high productivity. SOLUTION: A plurality of U-shaped antenna elements, both ends of which are used as a power supply end and an earth end, respectively, are arranged with equal intervals on a plane in such a manner that the earth end and the power supply end alternate to construct an array antenna, a phase is changed 180 deg. in order from the end of the power supply end to supply AC power of the same frequency at a time, the length of a linear conductor is determined at the frequency of 10 MHz-2 GHz in such a manner that the ratio of a reflected wave measured at the power supply end to a progressive wave measured at the power supply end is 0.1 or lower. When α is regarded as a subtrahend constant, the length La (m) of the linear conductor is controlled to 0.5(1/α)<La<10(1/α).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は放電装置、プラズマ
処理方法および太陽電池に係り、特に、アレイアンテナ
を用い、均一性に優れた放電プラズマを発生させる放電
装置、生産性と均一性に優れたプラズマ処理方法および
優れた生産性で製造される太陽電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge device, a plasma processing method, and a solar cell, and more particularly, to a discharge device that uses an array antenna to generate discharge plasma having excellent uniformity, and has excellent productivity and uniformity. A plasma processing method and a solar cell manufactured with excellent productivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池はクリーンなエネルギー源とし
て注目され期待されているが、その普及を図るためには
コストダウンが不可欠であり、そのために大面積基板に
高品質で均一膜厚のケイ素系薄膜を高いスループットで
形成できる薄膜形成装置が望まれている。また、太陽電
池以外にも大面積均一処理について様々な分野で要求が
ある。例えば、液晶ディスプレイを駆動するための薄膜
トランジスタの製造では、昨今、基板の大面積化が進
み、間もなく一辺の長さが1mを越えるようなガラス基
板を使用した製造ラインが本格稼働するとみられてい
る。この製造工程ではプラズマCVD法やドライエッチ
ング法が駆使される。また、最近の環境問題への関心の
高さを考えると、早晩、フォトレジストの除去工程もプ
ラズマアッシング(灰化)によるドライ化が必要になる
と推測される。
2. Description of the Related Art Solar cells have attracted attention and are expected as a clean energy source, but cost reduction is indispensable for their widespread use. Therefore, high-quality, uniform-thickness silicon-based silicon substrates are used for large-area substrates. A thin film forming apparatus capable of forming a thin film with high throughput is desired. In addition to solar cells, there are demands in various fields for uniform treatment of large areas. For example, in the manufacture of thin film transistors for driving liquid crystal displays, the area of substrates has recently been increased, and it is expected that a production line using glass substrates whose one side length exceeds 1 m will soon come into full-scale operation. . In this manufacturing process, a plasma CVD method or a dry etching method is used. Further, considering the recent heightened interest in environmental issues, it is presumed that the photoresist removal step will need to be dry by plasma ashing (ashing) sooner or later.

【0003】プラズマCVD法、ドライエッチング法、
プラズマアッシング法のようなプラズマ処理工程では、
平行平板型(容量結合型)のプラズマ処理装置が実用化
されている。このタイプの放電装置では、用途に応じ、
高周波を印加する電極上又はこれに対向する接地電極上
のいずれかに、被処理基板が置かれる。高周波電極表面
付近にセルフバイアスと呼ばれる大きな直流電位差が発
生し、高周波電極上に置かれた基板に高エネルギのイオ
ン衝撃をもたらすのに対し、一方の接地電極側にはこの
ような作用が起こらない。この結果、高周波電極上に置
かれた基板と接地電極上に置かれた基板とはプラズマに
より異なる作用を受けることになる。従って、両電極上
の基板に同等な処理を施すことはできない。
Plasma CVD method, dry etching method,
In the plasma processing process such as the plasma ashing method,
A parallel plate type (capacitive coupling type) plasma processing apparatus has been put into practical use. With this type of discharge device,
The substrate to be processed is placed either on the electrode to which a high frequency is applied or on the ground electrode facing the electrode. A large DC potential difference called self-bias is generated near the surface of the high-frequency electrode, which causes high-energy ion bombardment to the substrate placed on the high-frequency electrode, whereas no such action occurs on one ground electrode side. . As a result, the substrate placed on the high frequency electrode and the substrate placed on the ground electrode are differently affected by plasma. Therefore, the same treatment cannot be applied to the substrates on both electrodes.

【0004】このように平行平板型のプラズマ処理装置
では、一つの電極板に対し一面しかプラズマ処理をする
ことができない。このため同一成膜室内で二面に同時処
理を行う場合には、処理室内に二つの高周波電極を設置
し二つの放電領域を形成し二面処理を行うのがせいぜい
である。放電領域数を増加させて多領域とするアイデア
もあるが、現実的には構造の複雑さや保守性の悪さ等、
平行平板型電極の採用に伴う問題点が原因となって、実
現が非常に難しい。さらに、これに関連して、平行平板
型放電装置は別の欠点を持っている。例えばプラズマC
VD法によりガラス基板上に成膜を行う場合、真空室内
に導入された材料ガスがプラズマ中の電子により分解さ
れ、ガラス基板上だけではなく高周波電極上にも薄膜が
形成される。すなわち、導入された材料ガスのうち、基
板上で成膜に用いられるガス量とほぼ等しい量のガスが
電極上の薄膜形成のために消費されて無駄になる。さら
に、この電極上の薄膜は剥離して空間を汚染するため、
定期的に除去する必要がある。
As described above, the parallel plate type plasma processing apparatus can perform plasma processing on only one surface of one electrode plate. For this reason, when performing simultaneous treatment on two surfaces in the same film forming chamber, it is at best that two high-frequency electrodes are installed in the processing chamber to form two discharge regions and the two-side treatment is performed. There is an idea to increase the number of discharge areas to make it multi-area, but in reality, due to the complexity of the structure and poor maintainability,
It is very difficult to realize due to the problems associated with the adoption of parallel plate electrodes. Furthermore, in this connection, the parallel plate discharge device has another drawback. For example, plasma C
When the film is formed on the glass substrate by the VD method, the material gas introduced into the vacuum chamber is decomposed by the electrons in the plasma, and a thin film is formed not only on the glass substrate but also on the high frequency electrode. That is, of the introduced material gas, an amount of gas substantially equal to the amount of gas used for film formation on the substrate is consumed and wasted for forming the thin film on the electrode. In addition, the thin film on this electrode peels off and contaminates the space,
Need to be removed regularly.

【0005】また、基板の大型化とともに形成される放
電プラズマの均一性が著しく低下してしまい、所望の特
性が得られなくなるという問題がある。被処理基板に均
一性の高いプラズマ処理を行うには、通常、基板表面全
体に均一密度のプラズマを形成する必要があり、このた
めに様々な検討がなされてきた。しかし、平行平板型電
極方式では、基板の大型化に伴い電極が大型化すると、
均一密度のプラズマ形成は容易でなく、その理由とし
て、次のような原理上の問題が挙げられている。すなわ
ち、電極が大きくなるとその表面に定在波が発生してし
まい、このためプラズマが偏在してしまう場合がある。
これは、VHF帯等のより高い周波数を用いる場合には
一層顕著になる。このような理由から、例えば80MH
zの高周波の場合、基板の大きさは0.3mx0.3m
が限界といわれている(U. Kroll et al., Mat. Res. S
oc. Symp. Proc. vol 557 (1999) p121-126)。さらに
は、平行平板型電極では、均一密度のプラズマを形成す
るには、基板全体にわたり電極間距離を精度良く維持し
て配置する必要があるが、これは基板が大型化すると極
めて困難となる。
Further, there is a problem in that the uniformity of discharge plasma formed with the increase in size of the substrate is significantly deteriorated, and desired characteristics cannot be obtained. In order to perform highly uniform plasma processing on a substrate to be processed, it is usually necessary to form plasma with a uniform density over the entire surface of the substrate, and various studies have been made for this purpose. However, in the parallel plate type electrode system, when the electrode becomes larger as the substrate becomes larger,
It is not easy to form a uniform-density plasma, and the reason for this is the following problem in principle. That is, when the electrode becomes large, a standing wave is generated on the surface of the electrode, which may cause uneven distribution of plasma.
This becomes more remarkable when a higher frequency such as the VHF band is used. For this reason, for example, 80 MH
In case of high frequency of z, the size of the substrate is 0.3mx0.3m
Is said to be the limit (U. Kroll et al., Mat. Res. S
oc. Symp. Proc. vol 557 (1999) p121-126). Further, in the parallel plate type electrode, in order to form plasma of uniform density, it is necessary to arrange the electrodes while maintaining the distance between the electrodes with high precision over the entire substrate, but this becomes extremely difficult when the size of the substrate increases.

【0006】そこで、プラズマ維持メカニズムが容量結
合型とは全く異なり、上記容量結合型固有の電極間距離
精度等の問題が起こることがなく、しかも高品質膜の高
速成膜に有利なVHF帯の高周波を用いて高いプラズマ
密度を発生できる誘導結合型のプラズマCVD法が提案
されている。具体的には、梯子形状の電極(特開平4−
236781号公報)や導電性線材をジグザグに多数回
折り曲げた電極(特許第2785442号公報)等の電
極を用いた誘導結合型電極方式のプラズマCVD装置が
提案されている。
Therefore, the plasma sustaining mechanism is completely different from that of the capacitive coupling type, and the problems such as the accuracy of the distance between the electrodes peculiar to the capacitive coupling type do not occur, and the VHF band of the high quality film is advantageous for high speed film formation. An inductively coupled plasma CVD method capable of generating a high plasma density using a high frequency has been proposed. Specifically, a ladder-shaped electrode is disclosed in
No. 236781) or an electrode such as an electrode in which a conductive wire is bent in a zigzag manner (Japanese Patent No. 2785442), an inductively coupled electrode type plasma CVD apparatus is proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記構
造の電極を含め、種々の誘電結合型電極を検討した。例
えば、梯子形状やジグザグに折り曲げた誘導結合型電極
は、基板の大型化に対応して大きくなると、電流が均一
となりにくく、また、予期できない場所に部分的に定在
波が発生してしまうことが確かめられた。結論として、
従来の誘導結合型電極方式では、プラズマ密度を均一に
するのは難しく、大面積基板に対応するのは困難である
ことが分かった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have examined various inductively coupled electrodes including the electrode having the above structure. For example, in the case of a ladder-shaped or zigzag-folded inductively-coupled electrode, if the size of the substrate increases and the size of the electrode increases, it becomes difficult for the current to be uniform, and standing waves are partially generated at unexpected locations. Was confirmed. In conclusion,
It has been found that it is difficult to make the plasma density uniform and it is difficult to deal with a large area substrate in the conventional inductively coupled electrode system.

【0008】そこで、本発明者らは、誘導結合型電極に
ついて、プラズマ均一化の基本的検討を行い、上記従来
の誘電結合型電極では、問題となった定在波を逆に利用
したアンテナ構造を開発した。このアンテナは、例えば
U字型アンテナの一端に給電部を設け、他端を接地する
構造とし、接地部及び給電部と折り返し部との距離を高
周波の励起波長の1/2として、電極上の定められた位
置に定在波を立たせる構成とするものである(PCT/
JP00/06189)。更に、この構造のアンテナを
アレイアンテナの素子として用いることによって、より
大面積に均一な放電プラズマを発生させることが可能と
なった。
Therefore, the inventors of the present invention have conducted a basic study on the homogenization of plasma with respect to the inductively coupled electrode, and in the conventional inductively coupled electrode described above, an antenna structure using the standing wave, which is a problem, is reversed. Was developed. This antenna has, for example, a structure in which a power feeding part is provided at one end of a U-shaped antenna and the other end is grounded. The standing wave is erected at a predetermined position (PCT /
JP00 / 06189). Furthermore, by using the antenna of this structure as an element of the array antenna, it becomes possible to generate uniform discharge plasma in a larger area.

【0009】しかし、この成膜方法は、あくまでもアン
テナ上に定在波が発生することを利用するものであり、
従って、多かれ少なかれアンテナに沿った方向に定在波
の存在によるプラズマ密度の不均一が発生する。この不
均一は、幾つかの方法により緩和することができる。例
えば、アンテナを駆動する電力を間欠的に供給すること
で均一性は向上する(第61回秋期応用物理学会予稿集
p.841(2000年9月)「新型電極を用いたVHF−
PECVD法によるa−Si:Hの大面積製膜」)。し
かし、これらの方法では、定在波の影響による不均一性
を完全に無くすことはできなかった。また、定在波を利
用しているために、アンテナの幾何学的な長さや励振周
波数の変化によりプラズマ密度分布が大きく影響を受け
ることは避けられなかった。
However, this film forming method is based on the fact that a standing wave is generated on the antenna.
Therefore, non-uniformity of plasma density occurs due to the presence of standing waves more or less in the direction along the antenna. This non-uniformity can be mitigated by several methods. For example, the uniformity is improved by intermittently supplying the electric power to drive the antenna (Proceedings of the 61st Autumn Meeting of Applied Physics p.841 (September 2000) “VHF-using new type electrode”
Large-area film formation of a-Si: H by PECVD method "). However, these methods could not completely eliminate the nonuniformity due to the influence of standing waves. In addition, since the standing wave is used, it is unavoidable that the plasma density distribution is greatly affected by changes in the geometrical length of the antenna and the excitation frequency.

【0010】本発明は、かかる状況に鑑み、定在波の発
生を実質的に消失させるための新規のアンテナ構造及び
電力供給方法を提供し、プラズマ均一性の高い放電装置
と大面積基板のプラズマ処理方法、また生産性の高い太
陽電池を実現することを目的とする。
In view of the above situation, the present invention provides a novel antenna structure and a power supply method for substantially eliminating the generation of standing waves, a discharge device having high plasma uniformity and a plasma of a large area substrate. It is an object to realize a treatment method and a solar cell with high productivity.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明者は、高周波電力の給電方法、電極構造、成膜条
件等を種々検討する中で、アンテナ素子を複数並べたア
ンテナアレイにおいて特殊な効果が発現することを見い
だした。本発明は、かかる知見を基に膜厚均一化の検討
をさらに進めて完成したものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object,
The present inventor has found out that a special effect is exhibited in an antenna array in which a plurality of antenna elements are arranged, while variously examining the method of feeding high frequency power, the electrode structure, the film forming conditions and the like. The present invention has been completed by further studying the uniformization of the film thickness based on such knowledge.

【0012】本発明の放電装置は、次のような形態を持
っている。二本の長さの等しい第一及び第二の直線状導
体が平行に配置され、前記第一及び第二の直線状導体端
部のうち相互に隣り合うそれぞれの一組の端部が相互に
電気的に結合されている。これにより、U字形状のアン
テナ素子が構成される。このアンテナ素子の第一の直線
状導体の結合されていない側の一端が接地端となり、第
二の直線状導体の結合されていない側の一端が電力供給
端となる。この電力供給端に交流電力を加えることがで
きるようになっている。このアンテナ素子を複数個、そ
れぞれのアンテナ素子の直線状導体が平行になるよう
に、かつ、接地端と電力供給端とが交互に配置されるよ
うに、真空中の平面上に各アンテナ素子が等間隔になる
ように配置する。この複数配置されたアンテナ素子群が
アレイアンテナとして機能し、真空中において放電プラ
ズマを形成させる。このような幾何学的形態を持つアレ
イアンテナに、一斉に同一周波数の交流電力を給電す
る。励振周波数は、10MHz〜2GHzである。
The discharge device of the present invention has the following form. Two first and second linear conductors having the same length are arranged in parallel, and a pair of mutually adjacent ends of the first and second linear conductor ends are mutually disposed. It is electrically coupled. This forms a U-shaped antenna element. One end of the first linear conductor of the antenna element on the uncoupled side serves as a ground end, and one end of the second linear conductor on the uncoupled side serves as a power supply end. AC power can be applied to this power supply end. A plurality of this antenna element, each antenna element on a flat surface in a vacuum, so that the linear conductors of each antenna element are parallel and the ground end and the power supply end are alternately arranged. Arrange them so that they are evenly spaced. The plurality of arranged antenna element functions as an array antenna and forms discharge plasma in a vacuum. The array antennas having such a geometrical shape are simultaneously supplied with AC power of the same frequency. The excitation frequency is 10 MHz to 2 GHz.

【0013】このような形態及び励振方法を採用する
と、上述したようにアンテナ素子上に定在波が発生す
る。これは、電力供給端から出発した電磁波がアンテナ
に沿って進行波として進み、接地端において反射して反
射波となり、進行波と反射波との干渉により定在波が生
じるためである。この定在波のプラズマ均一性への影響
を低減するのが本発明が解決すべき第1の課題である。
また、アンテナ素子を複数駆動するとアンテナ素子間の
複雑な相互作用が発生し、これにより電磁界が制御不能
になる場合があった。これが本発明が解決すべき第2の
課題である。
If such a mode and excitation method are adopted, a standing wave is generated on the antenna element as described above. This is because the electromagnetic wave starting from the power supply end travels as a traveling wave along the antenna, is reflected at the ground end to become a reflected wave, and a standing wave is generated due to the interference between the traveling wave and the reflected wave. The first problem to be solved by the present invention is to reduce the influence of this standing wave on the plasma uniformity.
In addition, when a plurality of antenna elements are driven, a complicated interaction between the antenna elements occurs, which sometimes makes the electromagnetic field uncontrollable. This is the second problem to be solved by the present invention.

【0014】まず、この第2の課題を解決するために、
本発明者は重ね合わせの理を用いればよいという発想に
到達した。これを以下に説明する。図5は、隣接するア
ンテナ素子の電力供給端での位相を同位相(a)及び逆
位相(b)とした場合のアレイアンテナに流れる電流を
模式的に示したものである。アンテナ素子2は、2本の
直線状導体の線路(#1と#2、又は#3と#4)が連
結されたものであり、その一端が電力供給端9、他端は
接地端10である。図において、矢印の向きは電流の位
相を示し、観測時点で矢印の方向に電流が流れているも
のとし、便宜上、上向きの矢印をプラスとする。矢印の
大きさは電流の大きさを示し、観測時点では電流供給側
(奇数番号の直線状導体部)で、大きな電流が流れてい
るものとして説明する。
First, in order to solve the second problem,
The present inventor has arrived at the idea that the principle of superposition should be used. This will be explained below. FIG. 5 schematically shows the currents flowing through the array antenna when the phases at the power supply ends of the adjacent antenna elements are the same phase (a) and the opposite phase (b). The antenna element 2 is formed by connecting two linear conductor lines (# 1 and # 2 or # 3 and # 4), one end of which is a power supply end 9 and the other end of which is a ground end 10. is there. In the figure, the direction of the arrow indicates the phase of the current, and it is assumed that the current is flowing in the direction of the arrow at the time of observation, and the upward arrow is positive for convenience. The size of the arrow indicates the size of the current, and it is assumed that a large current flows on the current supply side (the odd-numbered linear conductor portion) at the time of observation.

【0015】同位相給電の場合(図5(a))では、線
路♯2は、線路#1と線路#3の大きな電流に挟まれて
いる。従って、線路#2付近の電界は、隣り合う2つの
直線状導体上を流れる電流に大きく影響されると考えら
れる。次に、逆位相給電の場合(図5(b))、線路#
2は、線路#1の大きなマイナス電流と線路#3の大き
なプラス電流に挟まれている。重ね合わせの理によれ
ば、大きさが同じで逆向きの効果が同時に存在するとこ
の効果は打ち消されるため、線路#2付近の電界は隣り
合うアンテナの直線状導体上を流れる電流の影響を受け
にくくなると考えられる。なお、以上はアンテナ素子上
の電流分布形状を便宜的に仮定して説明したが、電気的
に等価なアンテナ素子が配置されていれば、どのような
電流分布であっても同様の結果となる。従って、同一形
状のアンテナ素子が配列されている場合、隣り合う素子
間の位相を反転させることで、隣り合う素子のみなら
ず、復路(又は往路)の電流の影響を実質的に無視でき
るようになり、直線状導体を流れる電流は、単一線路上
の電流と同様の振る舞いをすると考えられる。即ち、隣
接するアンテナ素子間で逆位相の電力を供給することに
より、アンテナ素子間の相互作用を実際上無視すること
ができ、第2の課題を解決することができる。
In the case of in-phase power feeding (FIG. 5A), the line # 2 is sandwiched between the large currents in the line # 1 and the line # 3. Therefore, it is considered that the electric field in the vicinity of the line # 2 is greatly affected by the current flowing on the two adjacent linear conductors. Next, in the case of reverse phase feeding (FIG. 5B), the line #
2 is sandwiched between the large negative current of line # 1 and the large positive current of line # 3. According to the theory of superposition, since the effects of the same magnitude and opposite directions are simultaneously cancelled, the electric field near line # 2 is affected by the current flowing on the linear conductors of the adjacent antennas. It will be difficult. In the above description, the current distribution shape on the antenna element is assumed for the sake of convenience, but if an electrically equivalent antenna element is arranged, the same result will be obtained regardless of the current distribution. . Therefore, when the antenna elements of the same shape are arranged, by inverting the phase between the adjacent elements, it is possible to substantially ignore the influence of not only the adjacent elements but also the return (or forward) current. Therefore, it is considered that the current flowing through the linear conductor behaves similarly to the current on the single line. That is, by supplying the electric power of the opposite phase between the adjacent antenna elements, the interaction between the antenna elements can be practically ignored, and the second problem can be solved.

【0016】次に、第1の課題の克服に対しては、本発
明とは別の技術分野である電波伝送工学の分野にヒント
があった。すなわち、装荷アンテナの概念の適用であ
る。装荷アンテナは、アンテナの給電点とは反対側が適
当なインピーダンスの負荷を介して接地された通信用の
アンテナである。このような構成にすることでアンテナ
に沿って伝搬した電磁エネルギは、負荷により消費され
ることにより、広い周波数範囲で反射が起こらなくな
る。この装荷アンテナの概念をプラズマ処理装置のアン
テナに応用する検討を行ったところ、本発明者らの検討
した系では、回路素子としての負荷をわざわざ取り付け
なくとも同様の効果が得られることが分かった。これ
は、アンテナを取り巻くプラズマそのものが分布定数回
路としての負荷の役割を果たすためと考えられる。
Next, in order to overcome the first problem, there was a hint in the field of radio wave transmission engineering which is a technical field different from the present invention. That is, an application of the concept of a loaded antenna. The loaded antenna is a communication antenna whose side opposite to the feeding point of the antenna is grounded via a load having an appropriate impedance. With such a configuration, the electromagnetic energy propagating along the antenna is consumed by the load and is not reflected in a wide frequency range. When the concept of the loaded antenna is applied to the antenna of the plasma processing apparatus, it is found that the system studied by the present inventors can obtain the same effect without purposely mounting a load as a circuit element. . It is considered that this is because the plasma surrounding the antenna itself serves as a load as a distributed constant circuit.

【0017】以上をまとめると、次のようになる。アレ
イアンテナへの供給電力の位相を180゜づつ変化させ
ると、アレイアンテナを構成する直線状導体部は、プラ
ズマ中にただ一本存在する電波伝搬のガイドのように見
なせるようになり、アンテナ素子間の相互作用に起因す
るプラズマ密度分布の悪化を低減することができる。加
えて、電磁波とプラズマとの相互作用が十分大きく、プ
ラズマ中に電磁エネルギの殆どが吸収されるような状態
を作り出すことで定在波の発生を抑えることができ、導
体に沿ってプラズマ密度の不均一性を低減することがで
きる。この結果、アレイアンテナ全体にわたりより均一
なプラズマを形成することが可能となる。なお、定在波
の大きさは、アンテナの電力供給端における進行波と反
射波とを測定することにより予測することができる。電
磁波とプラズマとの相互作用が充分大きいものであれ
ば、電力がプラズマに吸収されるので、現象的には反射
波の減少として観測できることになる。従って、アンテ
ナの幾何学的な長さが充分に長い場合や、放電圧力が充
分高くてエネルギの伝達が起こりやすい場合などに、こ
のような大きな相互作用として観測されるが、反射電力
の入射電力に対する比が10%以下となると、プラズマ
密度に定在波形の分布が見られなくなり、膜厚均一性が
向上することが分かった。すなわち、アンテナの幾何学
的な長さは、プラズマパタメータ等に応じて、反射波の
大きさにより決定すればよいことが分かった。
The above is summarized as follows. When the phase of the power supplied to the array antenna is changed by 180 °, the linear conductors that make up the array antenna can be regarded as a radio wave propagation guide that exists only in the plasma. It is possible to reduce the deterioration of the plasma density distribution due to the interaction of the. In addition, the interaction between the electromagnetic waves and the plasma is sufficiently large that the generation of standing waves can be suppressed by creating a state in which most of the electromagnetic energy is absorbed in the plasma. Non-uniformity can be reduced. As a result, it becomes possible to form a more uniform plasma over the entire array antenna. The size of the standing wave can be predicted by measuring the traveling wave and the reflected wave at the power supply end of the antenna. If the interaction between the electromagnetic wave and the plasma is sufficiently large, the electric power is absorbed by the plasma, so that the phenomenon can be observed as a reduction of the reflected wave. Therefore, when the geometrical length of the antenna is sufficiently long, or when the discharge pressure is sufficiently high and energy transfer is likely to occur, such a large interaction is observed. It was found that, when the ratio to the ratio was 10% or less, the distribution of the standing waveform was not observed in the plasma density, and the film thickness uniformity was improved. That is, it has been found that the geometrical length of the antenna may be determined by the magnitude of the reflected wave according to the plasma parameter or the like.

【0018】以上は、均一なプラズマを得るために、直
線状導体の長さ(アンテナ長)Laを進行波に対する反
射波の比により決定する方法について述べてきたが、電
磁波の減衰定数αから好適なアンテナ長Laを定めるこ
とができる。即ち、0.5(1/α)<La<10(1
/α)とすることによっても、定在波を実質的に消失さ
せ、プラズマ均一性を向上させることができる。これを
以下に説明する。
The method of determining the length (antenna length) La of the linear conductor by the ratio of the reflected wave to the traveling wave in order to obtain uniform plasma has been described above, but it is preferable from the attenuation constant α of the electromagnetic wave. A simple antenna length La can be determined. That is, 0.5 (1 / α) <La <10 (1
By setting / α), the standing wave can be substantially eliminated and the plasma uniformity can be improved. This will be explained below.

【0019】図6に示すように、アンテナ60の周囲に
はシース61とプラズマ63とが存在している。プラズ
マ63は、アンテナ60からかなり離れた位置まで存在
しているので、アンテナ上を伝搬する電磁波の挙動を考
える場合、プラズマ全体、或いは、放電を行っている真
空室内全領域にわたって考える必要がありそうにみえ
る。しかし、プラズマ密度が非常に低い場合や、励振周
波数が非常に高い場合を除いて、電磁波はプラズマ中を
伝搬できない状態にある。これは一般に遮断状態と呼ば
れ、電磁波の周波数がプラズマ周波数f( =ω
(2π) )以下であるような場合、電界はプラズマ中
にある程度進入するが、どこまでも電磁波が伝搬してゆ
くということはなくなる。従って、アンテナにある程度
近い領域のプラズマがその伝搬の特性に主として影響す
るはずである。
As shown in FIG. 6, a sheath 61 and plasma 63 exist around the antenna 60. Since the plasma 63 exists at a position far away from the antenna 60, when considering the behavior of the electromagnetic wave propagating on the antenna, it is necessary to consider the entire plasma or the entire region of the vacuum chamber where discharge is performed. Looks like. However, the electromagnetic wave cannot propagate in the plasma unless the plasma density is very low or the excitation frequency is very high. This is generally called a cutoff state, and the frequency of the electromagnetic wave is the plasma frequency f p (= ω p /
In the case of (2π)) or less, the electric field penetrates into the plasma to some extent, but the electromagnetic wave does not propagate to any place. Therefore, the plasma in a region close to the antenna to some extent should mainly affect its propagation characteristics.

【0020】そこで、この領域について、仮想的な境界
62を定め、この境界62の半径dをいわゆる表皮深さ
δで近似した。表皮深さδは、遮断状態で平面波電磁波
がプラズマに垂直に入射したときに、プラズマ中で電界
が減衰し1/e倍(eは自然対数の底)になる距離を示し、
衝突が無視できない場合のコールドプラズマ近似・線形
近似では、(1)式で示されることがよく知られている
(例えば、Michael ALieberman and Allan J. Lichtenb
erg, "Principles of Plasma Discharge andMaterials
Processing", John Wiley & Sons, Inc. 1994 p390) 。 ・・・(1) ここで、cは光速、κは(2)式で表されるプラズマ
の複素比誘電率、ω(=2πf)は角周波数(fはアン
テナを駆動する励振周波数)である。 ・・・(2) なお、νは衝突周波数であり、ω(=2πf)はプラ
ズマ角周波数である。ここで、nはプラズマ密度(m
−3)であり、f(Hz)=8.98・n0. で近
似される。
Therefore, a virtual boundary 62 is defined for this region, and the radius d of this boundary 62 is approximated by the so-called skin depth δ. The skin depth δ indicates the distance at which the electric field is attenuated in the plasma and becomes 1 / e times (e is the base of the natural logarithm) when the plane wave electromagnetic wave is perpendicularly incident on the plasma in the cutoff state.
It is well known that cold plasma approximation / linear approximation when collision cannot be ignored is expressed by equation (1) (for example, Michael ALieberman and Allan J. Lichtenb
erg, "Principles of Plasma Discharge and Materials
Processing ", John Wiley & Sons, Inc. 1994 p390). (1) where c is the speed of light, κ p is the complex relative permittivity of the plasma expressed by equation (2), and ω (= 2πf) is the angular frequency (f is the excitation frequency for driving the antenna). is there. (2) where ν is the collision frequency and ω p (= 2πf p ) is the plasma angular frequency. Here, n is the plasma density (m
-3 ), and f p (Hz) = 8.98 · n 0. It is approximated by 5 .

【0021】このように仮想的な境界d(=δ)を定め
ると、アンテナに沿って伝搬する電磁波を同軸線路上の
伝搬と考えることができるので、簡単に減衰定数αを求
めることができる。そこで発明者らは、アンテナ長を決
定するための手段として減衰定数αを用いることを考え
た。この場合の減衰定数αは、仮想的な境界dに対する
アンテナの単位長さあたりのインダクタンスLとアンテ
ナの単位長さあたりの静電容量Cとを用い、 ・・・(3) ・・・(4) と書ける。ただし、μ0は真空の透磁率、ε0は真空の誘
電率である。
When the virtual boundary d (= δ) is determined in this way, the electromagnetic wave propagating along the antenna can be considered as propagating on the coaxial line, so that the attenuation constant α can be easily obtained. Therefore, the inventors considered using the attenuation constant α as a means for determining the antenna length. The attenuation constant α in this case uses an inductance L per unit length of the antenna with respect to the virtual boundary d and a capacitance C per unit length of the antenna, ... (3) ... (4) can be written. However, μ 0 is the magnetic permeability in vacuum, and ε 0 is the dielectric constant in vacuum.

【0022】以上の(1)〜(4)式は、現象を記述す
るためのパラメータが多すぎるため、発明者らは、実用
性を失わない範囲で、減衰定数αの(4)式を使いやす
い形になるように適当な仮定を設け、その仮定に基づい
て導かれた減衰定数が実験結果を広い範囲でうまく説明
するかどうかを調べることとした。まず、現実的なアン
テナ直径を考慮して、a=3mmとした。シースの厚さ
として予想されるプラズマパラメータを想定して4mm
とし、c=7mmとした。これらに別の数値をあてはめ
ても、その数値が実用的な数値である限り、多くの場
合、結論に大きな影響を与えないことを確認した。ま
た、プラズマ密度として2x1015(m-3)と仮定した。
プラズマ処理で使用されるプラズマ密度は、いわゆる高
密度プラズマでない場合、1x1015(m-3)から1x1
16(m-3)の範囲になることが多く、あまり広い数値範
囲を取るわけではない。次に、衝突周波数νは、一電子
近似として、放電圧力p(Pa)を使って、 ・・・(5) で表した。(5)式では、平均自由行程λmを計算する
ためにArの衝突断面積を使用した。衝突断面積は、ガ
スの種類や構成比によって異なるが、分子量の大きなポ
リマーのような分子等、特殊な場合を除いて極端に違う
値を取るわけではない。また、電子温度は10,000
Kであると仮定したが、これについても、低気圧放電で
は、あまり大きく変化することはなく、せいぜい数倍変
化する程度である。
Since the above equations (1) to (4) have too many parameters for describing the phenomenon, the inventors have used the equation (4) of the damping constant α within the range where the practicality is not lost. It was decided to make an appropriate assumption so that it would be easy to understand, and to investigate whether the damping constant derived based on that assumption could explain the experimental results well in a wide range. First, in consideration of a realistic antenna diameter, a = 3 mm. 4 mm assuming the plasma parameter expected as the thickness of the sheath
And c = 7 mm. It was confirmed that applying different numerical values to these values, in many cases, does not significantly affect the conclusion as long as the numerical values are practical. Further, the plasma density was assumed to be 2 × 10 15 (m −3 ).
The plasma density used in the plasma treatment is from 1 × 10 15 (m −3 ) to 1 × 1 unless it is a so-called high density plasma.
It is often in the range of 0 16 (m -3 ), and does not take a very wide numerical range. Next, the collision frequency ν is calculated by using the discharge pressure p (Pa) as a one-electron approximation. ... (5) In equation (5), the collision cross section of Ar was used to calculate the mean free path λm. The collision cross section varies depending on the type and composition ratio of the gas, but it does not take an extremely different value except in a special case such as a polymer having a large molecular weight. The electron temperature is 10,000.
It was assumed that the value was K, but this too does not change so much in low pressure discharge, but changes by several times at most.

【0023】以上の仮定をおくことにより、(1’)〜
(4’)式を導くことができる。 ・・・(1’) ・・・(2’) ・・・(3’) ・・・(4’)
By making the above assumptions, (1 ')-
Equation (4 ') can be derived. ... (1 ') ... (2 ') ... (3 ') ... (4 ')

【0024】減衰定数αを計算し、その減衰定数の逆数
を取る。減衰定数の逆数の単位はメートルであり、物理
的には、1/αの位置まで来ると同軸円筒の電力供給点か
ら出発した電磁波の大きさが1/e倍に減衰することを意
味している。そこで、アレイアンテナの直線部の長さL
aとして、減衰定数の逆数の付近の値を与えることが適
当であると考えることができる。つまり、減衰定数の逆
数よりもあまり短いとアンテナ素子の接地端までに電磁
波があまり減衰しないために接地端で反射波が発生し、
定在波が形成されることが予想される。一方、減衰定数
の逆数よりあまり長い直線部を持たせると、アンテナ全
長に亘って放電を発生させることができなくなり、電力
供給点付近に専ら放電プラズマが形成されてしまう。そ
こで、減衰定数の逆数に対して0.5倍と10倍の数値
を励振周波数を変えた場合について、放電圧力依存性と
して試みに計算した。この計算結果の一部として、励振
周波数が10MHz、85MHz及び400MHzの場
合について圧力とLaとの関係を図7〜9に示した。後
に、実施例の欄で述べるが、発明者らは図7〜9にそれ
ぞれ示される二本の曲線で挟まれる領域に直線部の長さ
の最適値が存在することを確認した。つまり、直線部の
長さLaとして、 0.5(1/α)<直線部の長さLa<10(1/α) ・・・(6) を選定すれば良いという結論に至った。なお、ここまで
の式の導出においてプラズマ密度を2x1015(m-3)
とおいたので、理論的には遮断状態となる周波数は、4
00MHzとなる。
The damping constant α is calculated, and the reciprocal of the damping constant is taken. The unit of the reciprocal of the attenuation constant is meters. Physically, it means that the electromagnetic wave starting from the power supply point of the coaxial cylinder attenuates by 1 / e times when it reaches the position of 1 / α. There is. Therefore, the length L of the straight part of the array antenna is
It can be considered appropriate to give a value near a reciprocal of the damping constant as a. That is, if it is much shorter than the reciprocal of the attenuation constant, the electromagnetic wave is not attenuated so much by the ground end of the antenna element, so a reflected wave occurs at the ground end
It is expected that standing waves will be formed. On the other hand, if a straight line portion that is much longer than the reciprocal of the attenuation constant is provided, it becomes impossible to generate discharge over the entire length of the antenna, and discharge plasma is exclusively formed near the power supply point. Therefore, when the excitation frequency was changed, numerical values 0.5 times and 10 times the reciprocal of the damping constant were tentatively calculated as discharge pressure dependence. As a part of this calculation result, FIGS. 7 to 9 show the relationship between the pressure and La for the excitation frequencies of 10 MHz, 85 MHz and 400 MHz. As will be described later in the section of Examples, the inventors have confirmed that the optimum value of the length of the straight line portion exists in the region sandwiched by the two curves shown in FIGS. In other words, it was concluded that the linear portion length La should be selected as follows: 0.5 (1 / α) <linear portion length La <10 (1 / α) (6). In the derivation of the equations so far, the plasma density was set to 2 × 10 15 (m −3 ).
Therefore, theoretically, the frequency at which the cutoff state occurs is 4
It becomes 00 MHz.

【0025】以上述べたように、直線部長さLaは、放
電周波数と放電圧力の二つのパラメータのみで予想する
ことができるようになったが、(1’)〜(4’)式
は、実験結果に合うように、使用の利便性と実用性とを
優先して求めた式であり、放電装置やプラズマ処理とい
う目的に利用範囲を限定して得られたものである。
As described above, the straight line length La can be predicted only by the two parameters of the discharge frequency and the discharge pressure, but the equations (1 ') to (4') are experimentally determined. In order to match the result, it is a formula that was obtained by prioritizing convenience and practicality of use, and was obtained by limiting the range of use for the purpose of discharge device or plasma treatment.

【0026】以上、アンテナの直線部長さの決定方法に
ついて二通りの方法を示したが、このいずれの場合で
も、アンテナの直径を10mmよりも細くすることが望
ましい。このように細い直径の直線部を選定することに
よって、アンテナの幾何学的な長さが同一であっても、
その全長にわたってプラズマを形成させ易くするとがで
きる。換言すれば、小さな直径の選択はアンテナの電気
的長さを短くする効果を持つ。これは、アンテナの直径
が電磁波とプラズマとの相互作用の強度に関連している
ためと推測される。これは、例えば、直線部直径が大き
くなると振動シースによるエネルギ伝達(O.A.Popov an
d V.A. Godyak, J. Appl. Phys. 57, 53(1985).)が大き
くなり、アンテナとプラズマとの電気的結合として容量
性結合の割合が増えるためと考えられる。このようにア
ンテナの直径の選定は、アンテナ直線部長さの選定に影
響を与えるものの、その程度は大きくはなく、最適なア
ンテナ直線部長さは、アンテナ直径を細くしても、依然
として(6)式から求める範囲内にある。このようにア
ンテナ直径は、ある程度細い方が大面積化という観点か
らは有利になるが、あまりにも細いと、形状安定性が失
われる。アンテナの製造や保守を考えると、ハンドリン
グ中に簡単に塑性変形を起こすような細さの選択は適当
ではない。更に、アンテナ上を流れる電流による電力の
損失や発熱等も考慮すると、直線部の直径には、1mm
以上に選定することが望ましい。
Although two methods for determining the length of the straight portion of the antenna have been described above, it is desirable to make the diameter of the antenna smaller than 10 mm in either case. By selecting a straight part with a thin diameter like this, even if the antenna has the same geometric length,
The plasma can be easily formed over the entire length. In other words, the choice of small diameter has the effect of shortening the electrical length of the antenna. It is speculated that this is because the diameter of the antenna is related to the strength of the interaction between the electromagnetic wave and the plasma. This is because, for example, when the diameter of the straight part increases, the energy transfer (OAPopov ann
d VA Godyak, J. Appl. Phys. 57, 53 (1985).), and the ratio of capacitive coupling increases as electrical coupling between the antenna and plasma. As described above, although the selection of the antenna diameter affects the selection of the length of the straight line portion of the antenna, the degree is not so large, and the optimum length of the straight line portion of the antenna is still expressed by the formula (6) even if the antenna diameter is reduced. It is within the range required from. As described above, it is advantageous that the antenna diameter is thin to some extent from the viewpoint of increasing the area, but if it is too thin, the shape stability is lost. Considering the manufacturing and maintenance of the antenna, it is not appropriate to select the thinness that easily causes plastic deformation during handling. Furthermore, considering the power loss and heat generation due to the current flowing on the antenna, the diameter of the straight part is 1 mm.
It is desirable to select the above.

【0027】直線部の直径がアンテナ上の電波伝搬に関
係することを述べたが、これを積極的に利用することが
考えられる。すなわち、直線部の全長に亘って同一直径
のアンテナ素子の場合、電磁波の減衰に伴うプラズマ密
度の強弱が発生することがあった。また、その他、処理
すべき基体が置かれている付近でのみプラズマ密度を上
昇させたい場合もある。更に、真空室内の特定の設計条
件によってプラズマに不均一が生ずることも考えられ
る。これに対処する方法として、発明者らは直線部の長
さに沿って直径に変化を与えると、プラズマ密度が制御
できることを見いだした。この場合、直線部の太さが1
0mmよりも細くなる場所を作ることによって、この効
果がより顕著になることが見いだされた。
Although it has been described that the diameter of the straight line portion is related to the radio wave propagation on the antenna, it can be considered to positively utilize this. That is, in the case of the antenna element having the same diameter over the entire length of the straight line portion, the plasma density may be increased or decreased due to the attenuation of the electromagnetic wave. In addition, in some cases, it is desired to increase the plasma density only in the vicinity of the substrate to be treated. Furthermore, it is also conceivable that the plasma may become non-uniform due to specific design conditions in the vacuum chamber. As a method of coping with this, the inventors have found that the plasma density can be controlled by changing the diameter along the length of the straight portion. In this case, the thickness of the straight part is 1
It has been found that this effect becomes more pronounced by making the area thinner than 0 mm.

【0028】また、上述したように、アンテナに沿って
伝搬する電磁波の伝搬定数は、アンテナ周囲のシースと
プラズマとによって決定的に支配される。ここで、直線
部をアルミナのようなセラミクスやテフロン(登録商
標)のようなプラスチック等の誘電体で被覆すると、ア
ンテナ周囲の誘電体、シースおよびプラズマで構成され
た空間を電磁波が伝搬することになる。これによって、
直線部の幾何学的長さが同一であってもより広い範囲で
均一なプラズマを形成することができる。この効果は、
直線部の直径を10mm以下に設定しても有効であり、
また、直線部の直径に変化を与えた場合にも有効であっ
た。
Further, as described above, the propagation constant of the electromagnetic wave propagating along the antenna is dominated by the sheath around the antenna and the plasma. Here, if the linear portion is covered with a ceramic such as alumina or a dielectric such as plastic such as Teflon (registered trademark), electromagnetic waves propagate in a space formed by the dielectric around the antenna, the sheath, and the plasma. Become. by this,
Even if the geometric lengths of the straight portions are the same, a uniform plasma can be formed in a wider range. This effect is
Effective even if the diameter of the straight part is set to 10 mm or less,
It was also effective when the diameter of the straight part was changed.

【0029】なお、誘電体は、電極長手方向に厚みを変
化させるのが好ましい。特に給電部付近で未減衰の電磁
波の影響でプラズマ密度が高くなると云う現象を抑制す
るため、給電部に近い電極部を厚い誘電体で覆い、その
他の部分を薄くすることや、被処理基体の付近のプラズ
マ密度を上昇させるためにこの付近の誘電体厚さを薄く
するのが好ましい。また、厚さは直線部の長手方向に徐
々変更することが望ましい。これにより、誘電体端部で
の急激な特性インピーダンス変化が抑えられ、より均一
密度のプラズマを形成することが可能となる。又は、前
記電極の長手方向に沿ってらせん形状に電極を被覆して
も良い。これにより、誘電体端部でのプラズマ密度が平
坦化され、電極に沿ったプラズマ密度は一層均一化す
る。
The dielectric preferably has a thickness that varies in the longitudinal direction of the electrode. In particular, in order to suppress the phenomenon that the plasma density increases due to the effect of undamped electromagnetic waves near the power supply part, cover the electrode part near the power supply part with a thick dielectric and thin the other parts, and In order to increase the plasma density in the vicinity, it is preferable to reduce the dielectric thickness in this vicinity. Further, it is desirable that the thickness be gradually changed in the longitudinal direction of the straight line portion. As a result, abrupt changes in the characteristic impedance at the ends of the dielectric can be suppressed, and plasma with a more uniform density can be formed. Alternatively, the electrodes may be coated in a spiral shape along the longitudinal direction of the electrodes. As a result, the plasma density at the end of the dielectric is flattened, and the plasma density along the electrodes is made more uniform.

【0030】本発明のアレイアンテナによれば、そのア
レイアンテナを挟むようにスラブ状の放電プラズマを形
成させることができ、アンテナを挟むようにして二面の
被処理基体を置くことにより、その二面の基体上で同等
のプラズマ処理が可能となる。これにより、処理能力が
2倍になり、材料ガスの利用効率が2倍になる。
According to the array antenna of the present invention, a slab-shaped discharge plasma can be formed so as to sandwich the array antenna, and by placing two substrates to be processed so as to sandwich the antenna, Equivalent plasma treatment is possible on the substrate. This doubles the processing capacity and doubles the use efficiency of the material gas.

【0031】また、従来の平行平板型の処理装置では、
真空室内にせいぜい二つの放電領域を設けるのが限界で
ある。これに対して、本発明では、アレイアンテナの構
造が単純であり、また重量も軽量であるために分解・再
組立が容易である。また、電力供給端が側面にあるた
め、真空室内に複数の放電領域を作り出すことが容易に
なる。このことにより、生産性が向上する。アレイアン
テナの両面にアンテナを挟むようにして二面の基体を配
し、この組み合わせを同一真空室内に複数配置すること
により、生産性は更に向上する。
Further, in the conventional parallel plate type processing apparatus,
The limit is to provide at most two discharge areas in the vacuum chamber. On the other hand, in the present invention, the structure of the array antenna is simple and the weight is light, so that the disassembly and reassembly are easy. Further, since the power supply end is on the side surface, it becomes easy to create a plurality of discharge regions in the vacuum chamber. This improves productivity. The productivity is further improved by disposing two substrates on both sides of the array antenna so as to sandwich the antenna, and disposing a plurality of this combination in the same vacuum chamber.

【0032】一方、本発明のプラズマ処理方法は、二本
の長さの等しい第一及び第二の直線状導体を平行に配置
し、前記第一及び第二の直線状導体端部のうち隣り合う
端部の一組を電気的に結合し、第一の直線状導体の結合
されていない側の一端を接地端とし、第二の直線状導体
の結合されていない側の一端を交流電力を加え得る電力
供給端としたアンテナ素子を複数個、それぞれのアンテ
ナ素子の直線状導体が平行となり、かつ、接地端と電力
供給端とが交互となるように、真空中の第一の平面上に
等間隔に配置してアレイアンテナを構成し、該アレイア
ンテナに交流電力を供給して真空中に放電プラズマを形
成するプラズマ処理方法において、電力給電端のはじか
ら順に位相を180゜づつ変化させて一斉に同一周波数
の電力を給電し、該周波数を10MHz〜2GHzと
し、電力供給端で測定される進行波に対する反射波の比
が0.1以下となるように直線状導体の長さを定めたア
レイアンテナを使用することを特徴とする。
On the other hand, in the plasma processing method of the present invention, two first and second linear conductors having the same length are arranged in parallel, and the first and second linear conductor end portions are adjacent to each other. Electrically couple a pair of matching ends, one end of the first straight conductor on the uncoupled side is the ground end, and one end of the second straight conductor on the uncoupled side is the AC power source. A plurality of antenna elements that can be applied as power supply ends, and the linear conductors of each antenna element are parallel to each other, and the grounding end and the power supply end are alternated on the first plane in vacuum. In a plasma processing method in which array antennas are arranged at equal intervals and alternating-current power is supplied to the array antennas to form discharge plasma in a vacuum, the phase is sequentially changed by 180 ° from the beginning of the power feeding end. Power the same frequency all at once, The frequency and 10MHz~2GHz, the ratio of the reflected wave to the traveling wave that is measured by the power supply end, characterized by using an array antenna that defines the length of linear conductors so that 0.1 or less.

【0033】または、電力給電端のはじから順に、位相
を180゜づつ順次変化させて一斉に同一周波数の電力
を給電し、該周波数f(Hz)を10MHz〜400M
Hzとし、プラズマの誘電率κを前記周波数と放電圧
力p(Pa)とを使って で表し、更に、プラズマに侵入する電磁界の表皮深さδ
(m)を で表したときに、計算される減衰定数α(1/m) により前記直線状導体の長さLa(m)を 0.5(1/α)<La<10(1/α) としたアレイアンテナを使用することを特徴とする。
Alternatively, the phase of the power supply terminal is sequentially changed by 180 ° in sequence from the beginning to supply power of the same frequency all at once, and the frequency f (Hz) is 10 MHz to 400 M.
Hz and the dielectric constant κ p of plasma is calculated by using the frequency and the discharge pressure p (Pa). And the skin depth δ of the electromagnetic field that penetrates the plasma.
(M) The damping constant α (1 / m) calculated by Therefore, an array antenna in which the length La (m) of the linear conductor is 0.5 (1 / α) <La <10 (1 / α) is used.

【0034】一方、本発明の太陽電池は、上記本発明の
プラズマCVD法によって、ケイ素を含有する薄膜を形
成し、この薄膜を半導体層として利用することを特徴と
する。
On the other hand, the solar cell of the present invention is characterized in that a thin film containing silicon is formed by the plasma CVD method of the present invention and the thin film is used as a semiconductor layer.

【0035】なお、本発明において、基体とは、ガラス
等の絶縁物、半導体、金属等のいわゆる基板やウエハの
他、フィルム状(ロール状の巻いたものも含む)、ブロ
ック状のものも含む意味である。さらに、本発明の放電
装置は、以上述べた基板処理に用いられる他、排ガス処
理や有機物の重合のような原材料の分解や合成に用いる
ことも可能である。
In the present invention, the substrate includes not only insulators such as glass, so-called substrates and wafers such as semiconductors and metals, but also film-like (including roll-like ones) and block-like ones. Is the meaning. Further, the discharge device of the present invention can be used not only for the substrate treatment described above, but also for decomposition and synthesis of raw materials such as exhaust gas treatment and polymerization of organic substances.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図1は、本発明の放電装置に使われ
るアレイアンテナの一構成例を示す模式的断面図であ
る。図に示すように、放電装置は、ガス導入口5と排気
口6を有する真空室1に、U字型に折り曲げられた複数
のアンテナ素子2が基板11に対向して配置され、それ
ぞれの一端の電力供給端9を同軸ケーブル8を介して高
周波電源7に接続し、他端の接地端10を真空室1の壁
に連結して接地する。ここで、電力供給端9及び接地部
10と折り返し部4との間の長さ(即ち、直線状導体の
長さLa)は、電力供給端における反射波の進行波に対
する比を0.1以下とするか又は(6)式が成立するよ
うにより定められる。また、アンテナ表面はテフロン
(登録商標)のような誘電体3で被覆されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an array antenna used in the discharge device of the present invention. As shown in the figure, in the discharge device, a plurality of U-shaped bent antenna elements 2 are arranged facing a substrate 11 in a vacuum chamber 1 having a gas introduction port 5 and an exhaust port 6, and one end of each of them is arranged. The power supply end 9 is connected to the high frequency power source 7 via the coaxial cable 8, and the ground end 10 at the other end is connected to the wall of the vacuum chamber 1 for grounding. Here, the length between the power supply end 9 and the grounding portion 10 and the folded portion 4 (that is, the length La of the linear conductor) has a ratio of the reflected wave at the power supply end to the traveling wave of 0.1 or less. Or the equation (6) is satisfied. The surface of the antenna is covered with a dielectric 3 such as Teflon (registered trademark).

【0037】アンテナ素子2は、SUS、Al等の線状
導体をU字型に折り曲げた形状のものが好適に用いられ
るが、例えば「コ」の字型のような矩形のものでも良
い。また、一体に形成したものでなくともよく、例えば
2本の直線状導体を金属板等で接続・固定した構造であ
っても良い。なお、直線状導体は、必ずしも同じ材質の
もので構成する必要はなく、異なる材質のものを接続し
たものであっても良い。
The antenna element 2 preferably has a U-shaped linear conductor made of SUS, Al or the like, but may have a rectangular shape such as a "U" shape. Further, it may not be integrally formed, and may have a structure in which, for example, two linear conductors are connected and fixed by a metal plate or the like. The linear conductors need not necessarily be made of the same material, but may be made of different materials connected to each other.

【0038】誘電体3は、直線状導体全面を被覆するよ
うに形成してもよいが、導体表面の一部のみを被覆して
も良い。いずれの場合も、膜厚均一性を向上させること
ができ、プラズマ密度分布(又は膜厚分布)のパターン
に応じて、誘電体形成位置及びその形状等が定められ
る。例えば、図2(a)に示したように、電力供給端側
の直線部にのみ形成しても良い。これにより、給電部側
でのプラズマ密度の増大が抑えられ、アンテナ全体とし
てプラズマ密度が平均化される。さらに、プラズマ密度
が高くなり易い場所に限定してアンテナの一部に誘電体
被覆を設けることにより、アンテナ長手方向に沿ってよ
り均一性を向上させることが可能となる。ここで、被覆
する誘電体の厚さによっては、誘電体端部でプラズマ密
度が増大する場合がある。この場合には、図2(b)に
示したように、誘電体端部での断面をテーパー形状と
し、誘電体端部に向かって徐々に誘電体の厚みを薄くす
る形状とするのが好ましい。これにより、誘電体端部に
対応する部分でのプラズマ密度ピークの出現が抑えられ
る。あるいは、図2(c)に示すように、アンテナ長手
方向に沿って、誘電体をらせん形に被覆しても良く、こ
の方法によっても誘電体端部でのプラズマ密度が平均化
される。なお、誘電体の厚さと誘電率(材質)は、改善
しようとするプラズマ密度分布に応じて適宜選択される
が、例えばテフロン(登録商標)の場合0.1mm程度
以上が好適に用いられる。誘電体は、プラズマ、熱に対
して安定なものであれば、テフロン(登録商標)のよう
な有機系材料、アルミナ、石英のような無機系材料等の
どのような材質のものでも良いが、高周波損失の大きな
材料は好ましくない。
The dielectric 3 may be formed so as to cover the entire surface of the linear conductor, but may cover only a part of the surface of the conductor. In either case, the film thickness uniformity can be improved, and the dielectric formation position and its shape are determined according to the pattern of the plasma density distribution (or film thickness distribution). For example, as shown in FIG. 2A, it may be formed only on the linear portion on the power supply end side. This suppresses an increase in the plasma density on the power feeding unit side, and the plasma density is averaged over the entire antenna. Furthermore, by providing a dielectric coating on a part of the antenna only in a place where the plasma density is likely to be high, it becomes possible to further improve the uniformity along the longitudinal direction of the antenna. Here, depending on the thickness of the dielectric to be coated, the plasma density may increase at the end of the dielectric. In this case, as shown in FIG. 2B, it is preferable that the cross section at the end of the dielectric is tapered and the thickness of the dielectric is gradually reduced toward the end of the dielectric. . This suppresses the appearance of a plasma density peak at the portion corresponding to the dielectric end portion. Alternatively, as shown in FIG. 2C, the dielectric may be spirally coated along the longitudinal direction of the antenna, and this method also averages the plasma density at the ends of the dielectric. The thickness and the dielectric constant (material) of the dielectric are appropriately selected according to the plasma density distribution to be improved, but for Teflon (registered trademark), about 0.1 mm or more is preferably used. The dielectric may be any material such as an organic material such as Teflon (registered trademark), an inorganic material such as alumina or quartz, as long as it is stable to plasma and heat. A material having a large high frequency loss is not preferable.

【0039】なお、逆位相の高周波を、複数のアンテナ
素子に交互に供給する方法としては、複数のアンテナ素
子の一つおきに、半波長分の長さに等価な同軸ケーブル
を電力供給端に継ぎ足せばよい。また、高周波電源に移
相器を設けて、半波長ずれた高周波を1つおきに供給し
てもよい。
As a method of alternately supplying antiphase high frequencies to a plurality of antenna elements, a coaxial cable equivalent to a length of half a wavelength is provided at the power supply end every other antenna element. Just add more. Further, a phase shifter may be provided in the high frequency power source to supply the high frequencies shifted by half wavelength every other one.

【0040】また、本発明の放電装置は、図3に示すよ
うに、複数のアンテナ素子2を被処理基体幅に配列した
アレイアンテナを、さらに所定の間隔を開けて複数層に
配置した構造とし、各層の両側に被処理基体11を配置
した多領域構成とするのが好ましい。このような構成と
することにより、多数の基体(図の例では、6枚)上で
同時にプラズマ処理を行うことが可能となり、スループ
ットを大幅に上げることができる。しかも、アレイアン
テナと基体間距離は30〜60mm程度と短くできるた
め、装置設置面積に対するスループット比の優れた放電
装置を実現することができる。
As shown in FIG. 3, the discharge device of the present invention has a structure in which array antennas in which a plurality of antenna elements 2 are arranged in the width of the substrate to be processed are further arranged in a plurality of layers with a predetermined gap. It is preferable to have a multi-region structure in which the substrate 11 to be processed is arranged on both sides of each layer. With such a configuration, plasma processing can be performed simultaneously on a large number of substrates (six in the illustrated example), and the throughput can be significantly increased. Moreover, since the distance between the array antenna and the base can be shortened to about 30 to 60 mm, it is possible to realize a discharge device having an excellent throughput ratio with respect to the device installation area.

【0041】[0041]

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明する。図1に概略を示す構成のプラズマ処理装置
を用いて以下の実験を行った。この時の直線部の長さ
は、0.5m、1.0m、1.6mの三種類とし、励振
周波数50MHz、放電圧力10Paにおける反射電力
の測定及び目視によるプラズマの密度分布の観察を行っ
た。この結果、0.5mでは、放電を生起させることは
できなかった。1.0mでは、放電プラズマが発生した
が、反射が大きく進行波に対して10%を越えていた。
この時のプラズマに注目したところ、直線部中央付近で
密度が濃くなり、端部へ行くに従って密度が薄くなるよ
うな現象が観られた。一方、1.6mのアンテナでは、
反射電力は非常に小さくなり、また、プラズマの濃淡は
殆ど観測できなかった。次に、放電圧力を20Paと
し、同様の観測を行った。この結果、0.5mのアンテ
ナでも放電が発生したが、反射波は大きく10%を越え
ていた。この時のプラズマ密度分布は、アンテナの結合
部(U字に曲げた付近)のプラズマ密度が高くなり、電
力供給端及び接地端へ向かって、プラズマからの発光強
度が低下する現象が観られた。この圧力(20Pa)で
は、1.0及び1.6mのアンテナについては、反射電
力も小さく、プラズマ密度の均一性も良好であった。
EXAMPLES Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The following experiment was conducted using the plasma processing apparatus having the configuration schematically shown in FIG. At this time, the length of the straight line portion was three kinds of 0.5 m, 1.0 m, and 1.6 m, and the reflected power was measured at an excitation frequency of 50 MHz and a discharge pressure of 10 Pa, and the plasma density distribution was visually observed. . As a result, discharge could not be generated at 0.5 m. At 1.0 m, discharge plasma was generated, but the reflection was large and exceeded 10% of the traveling wave.
Attention was paid to the plasma at this time, and it was observed that the density became dense near the center of the straight line part and became thinner toward the end part. On the other hand, with a 1.6 m antenna,
The reflected power became very small, and the density of the plasma could hardly be observed. Next, the discharge pressure was set to 20 Pa and the same observation was performed. As a result, discharge was generated even with an antenna of 0.5 m, but the reflected wave was largely over 10%. Regarding the plasma density distribution at this time, a phenomenon was observed in which the plasma density at the antenna coupling portion (around the U-shaped bend) increased and the emission intensity from the plasma decreased toward the power supply end and the ground end. . At this pressure (20 Pa), the reflected power was small and the uniformity of the plasma density was good for the antennas of 1.0 and 1.6 m.

【0042】以上から、適当な長さ以上のアンテナの直
線部を選定することにより、反射波を小さく抑えること
ができ、また同時に定在波に起因していると思われるプ
ラズマの不均一性の発生を抑えることができることが分
かった。様々な放電条件での同様な実験を試みた結果、
直線部長さを、おおよそ、進行波に対する反射波の比を
10%以下に抑える長さに選定することにより、プラズ
マ均一性も良好に保つことが可能となり、また、直線部
長さをこの長さ以上としても反射波が再上昇してしまう
ことはないことも分かった。
From the above, it is possible to suppress the reflected wave to a small level by selecting the straight part of the antenna having an appropriate length or more, and at the same time, to prevent the nonuniformity of the plasma which is considered to be caused by the standing wave. It turned out that the occurrence can be suppressed. As a result of trying similar experiments under various discharge conditions,
It is possible to maintain good plasma uniformity by selecting the length of the straight line portion to a value that keeps the ratio of the reflected wave to the traveling wave to 10% or less. However, it was also found that the reflected wave does not rise again.

【0043】以上の結果を基に、励振周波数85MH
z、直線部の長さ1.6mのアレイアンテナを持つプラ
ズマCVD装置を試作し、この装置での定量的な観測を
行った。アンテナの直線部は厚さ1mmのテフロン(登
録商標)で被覆した。放電に使用したガスは、SiH
/H=0.2の混合ガスである。初めに、各アンテナ
素子に対して同位相で電力を供給したが、図4に示した
ように、膜厚分布は非常に悪いものであった。次に、各
アンテナ素子の位相を180゜ずつずらした状態で成膜
圧力を変化させて実験を行ったところ、図に示すよう
に、2〜3Paの放電圧力の時の膜厚の均一性は良好と
なった。この時の反射波は、進行波の3%以下であっ
た。なお、装置の排気速度上の制約により、これ以下の
圧力での実験はできなかった。また、放電周波数を下げ
ると、反射波が増大し、膜厚分布にの凹凸が観られるよ
うになった。即ち、アンテナの直線部の幾何学的な長さ
が同一であっても、放電周波数を下げることは、直線部
長さの電気的長さを短縮するのと同等の効果を持つこと
が確認された。
Based on the above results, the excitation frequency 85 MH
A plasma CVD apparatus having an array antenna with z and a straight portion having a length of 1.6 m was prototyped, and quantitative observation was performed with this apparatus. The straight portion of the antenna was covered with Teflon (registered trademark) having a thickness of 1 mm. The gas used for the discharge is SiH 4
/ H 2 = 0.2 mixed gas. Initially, electric power was supplied to the respective antenna elements in the same phase, but as shown in FIG. 4, the film thickness distribution was very bad. Next, an experiment was conducted by changing the film forming pressure while shifting the phase of each antenna element by 180 °, and as shown in the figure, the film thickness uniformity at a discharge pressure of 2 to 3 Pa was It became good. The reflected wave at this time was 3% or less of the traveling wave. It should be noted that due to the restriction on the pumping speed of the device, experiments at a pressure lower than this were not possible. Further, when the discharge frequency was lowered, the reflected wave increased and the film thickness distribution became uneven. That is, it was confirmed that even if the geometric length of the straight line portion of the antenna is the same, reducing the discharge frequency has the same effect as shortening the electrical length of the straight line portion. .

【0044】次に、直線部の長さ1.6mのアレイアン
テナを用いて、放電圧力0.1〜1000Paの範囲で
同様の実験を行い、図7〜9のグラフとの関係を調べ
た。先ず、アンテナを駆動する励振周波数が10MHz
である場合について考察する。図7によれば、低圧力領
域では数十から数万メートルの直線部長さが必要であ
り、さもないと定在波の発生によるプラズマの不均一と
反射波の増大が起こることが示唆される。つまり、幾何
学的な直線部の長さ1.6mは、短すぎるであろうと予
想された。実際の実験では、100Pa以下の圧力では
放電を開始することができなかった。圧力を上昇させる
と放電が生起したがどの圧力領域でも反射波が大きく殆
ど全反射に近い状態であった。
Next, the same experiment was carried out using an array antenna having a straight portion having a length of 1.6 m in a discharge pressure range of 0.1 to 1000 Pa, and the relationship with the graphs of FIGS. First, the excitation frequency for driving the antenna is 10 MHz
Consider the case where According to FIG. 7, it is suggested that a linear portion length of several tens to tens of thousands of meters is required in the low pressure region, otherwise, non-uniformity of plasma and increase of reflected wave will occur due to generation of standing wave. . That is, it was expected that the geometrical straight line length of 1.6 m would be too short. In an actual experiment, discharge could not be started at a pressure of 100 Pa or less. When the pressure was raised, electric discharge occurred, but the reflected wave was large in almost all pressure regions and was almost in the state of total reflection.

【0045】次に、励振周波数85MHzの場合につい
て考察する。この場合、図8のグラフによると1.6m
の直線部の長さは、1〜100Paの圧力領域で0.5
(1/α)と10(1/α)との間に位置し、反射電力
も小さく、アンテナの全長に亘って放電が広がるであろ
うことが予想される。実際の実験結果は、以下の通りで
あった。0.1〜0.6Paでは、放電が生起しなかっ
たがそれ以上の圧力領域では、放電プラズマが発生し
た。特に2〜3Pa付近では反射波も小さく、目視確認
によるプラズマの均一性も良好であった。10〜数10
Pa付近ではアンテナ先端部ではプラズマ密度が低くな
ったが、これは、電気的なアンテナ長が長すぎたと考え
られる。なお、放電が生起できなかった圧力領域では、
衝突周波数が小さいため投入した電力では火花条件を満
たせなかったものと推測される。
Next, the case of an excitation frequency of 85 MHz will be considered. In this case, according to the graph of FIG. 8, 1.6m
The length of the straight line part is 0.5 in the pressure range of 1 to 100 Pa.
Located between (1 / α) and 10 (1 / α), the reflected power is small and it is expected that the discharge will spread over the entire length of the antenna. The actual experimental results were as follows. Discharge did not occur at 0.1 to 0.6 Pa, but discharge plasma was generated in a pressure region higher than that. Particularly in the vicinity of 2 to 3 Pa, the reflected wave was small, and the uniformity of the plasma was good by visual confirmation. 10 to several 10
The plasma density was low at the tip of the antenna near Pa, which is considered to be because the electrical antenna length was too long. In the pressure range where discharge could not occur,
It is speculated that the spark conditions could not be satisfied with the applied power because the collision frequency was small.

【0046】励振周波数を400MHzにした場合につ
いて説明する。図9のグラフによれば、10Pa程度の
圧力では、アンテナの直線部の長さが(1/α)の10
倍に近接しており、アンテナの先端部でのプラズマ密度
の低下が予測される一方、反射波は小さくなることが予
想される。実験の結果、10Pa付近の放電圧力領域で
このような現象が観られたが、高い放電圧力領域では、
プラズマ均一性は良好であり、また反射も小さいもので
あった。以上により、いずれの場合もアンテナ長は 0.5(1/α)<直線部の長さLa<10(1/α) の範囲内の長さを選定することで、反射波は小さくな
り、良好なプラズマ均一性が得られることが分かった。
The case where the excitation frequency is 400 MHz will be described. According to the graph of FIG. 9, at a pressure of about 10 Pa, the length of the linear portion of the antenna is 10 (1 / α).
It is expected that the plasma density at the tip of the antenna will decrease and the reflected wave will decrease. As a result of the experiment, such a phenomenon was observed in the discharge pressure region near 10 Pa, but in the high discharge pressure region,
The plasma uniformity was good, and the reflection was small. From the above, in any case, by selecting the antenna length within the range of 0.5 (1 / α) <the length of the straight line portion La <10 (1 / α), the reflected wave becomes small, It was found that good plasma uniformity was obtained.

【0047】以上の記述で分かる通り、原理的には、減
衰定数は、ガスの種類や、アンテナの太さ、アンテナの
周囲に取り付けられる誘電体の誘電率・厚さ、プラズマ
密度(励振電力)等に応じて変化する。しかし、これらの
パラメータが変化することで最適のアンテナ長が極端に
変化することは無く、発明者らが実験したパラメータ範
囲内では上の範囲内に直線部長さの最適値が存在するこ
とが確認された。
As can be seen from the above description, in principle, the attenuation constant is determined by the type of gas, the thickness of the antenna, the dielectric constant / thickness of the dielectric material attached around the antenna, and the plasma density (excitation power). And so on. However, the optimum antenna length does not change extremely by changing these parameters, and it is confirmed that the optimum value of the straight line length exists in the upper range within the parameter range tested by the inventors. Was done.

【0048】本発明の方法を用いてアレイアンテナの両
側に基板を搭載して、a−Si太陽電池を試作した。こ
の結果、平行平板形放電装置と同等な特性を持つ電池が
得られ、また、アレイアンテナの両側に置かれた基板上
での太陽電池特性は、ほぼ同等であった。
Substrates were mounted on both sides of the array antenna using the method of the present invention to fabricate an a-Si solar cell as a prototype. As a result, a battery having the same characteristics as the parallel plate discharge device was obtained, and the solar cell characteristics on the substrates placed on both sides of the array antenna were almost the same.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明により、生産性の高い放電装置を
得ることができ、本発明により、生産性の高いプラズマ
処理方法が実現される。また、太陽電池を製造するため
のプラズマCVD装置として本発明を適用することで、
低価格な太陽電池の実現に大きく寄与する。
According to the present invention, a discharge device having high productivity can be obtained, and the plasma processing method with high productivity is realized by the present invention. Further, by applying the present invention as a plasma CVD apparatus for manufacturing a solar cell,
It will greatly contribute to the realization of low-cost solar cells.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の放電装置の一構成例を示す模式的断面
図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a discharge device of the present invention.

【図2】アンテナ素子の構成例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of an antenna element.

【図3】複数の基板の同時処理可能な放電装置を示す模
式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a discharge device capable of simultaneously processing a plurality of substrates.

【図4】給電方法と膜厚分布の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a power feeding method and a film thickness distribution.

【図5】アンテナ素子間の相互作用を説明する模式図で
ある。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an interaction between antenna elements.

【図6】アンテナ周辺の状態を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing a state around the antenna.

【図7】励振周波数10MHzにおけるアンテナ長と圧
力の関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between antenna length and pressure at an excitation frequency of 10 MHz.

【図8】励振周波数85MHzにおけるアンテナ長と圧
力の関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between antenna length and pressure at an excitation frequency of 85 MHz.

【図9】励振周波数400MHzにおけるアンテナ長と
圧力の関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between antenna length and pressure at an excitation frequency of 400 MHz.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空室、 2 アンテナ素子、 3 誘電体、 4 折り返し部、 5 ガス導入口、 6 排気口、 7 高周波電源、 8 同軸ケーブル、 9 電力供給端、 10 接地端、 11基体、 12 基板ホルダ、 60 アンテナ、 61 シース、 62 仮想的な境界、 63 プラズマ。 1 vacuum chamber, 2 antenna elements, 3 dielectric, 4 Folded part, 5 gas inlet, 6 exhaust port, 7 high frequency power supply, 8 coaxial cable, 9 power supply end, 10 ground edge, 11 bases, 12 substrate holder, 60 antennas, 61 sheath, 62 virtual boundaries, 63 Plasma.

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 憲和 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 (72)発明者 渡部 嘉 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 Fターム(参考) 5F045 AA08 AB04 BB01 BB08 CA13 CB01 DP01 EH02 EH11 5F051 CA16 CA23 CA40 Continued front page    (72) Inventor Norikazu Ito             5-8 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Anel             Within BA Co., Ltd. (72) Inventor, Yoshi Watanabe             5-8 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Anel             Within BA Co., Ltd. F-term (reference) 5F045 AA08 AB04 BB01 BB08 CA13                       CB01 DP01 EH02 EH11                 5F051 CA16 CA23 CA40

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二本の長さの等しい第一及び第二の直線
状導体を平行に配置し、前記第一及び第二の直線状導体
端部のうち隣り合う端部の一組を電気的に結合し、第一
の直線状導体の結合されていない側の一端を接地端と
し、第二の直線状導体の結合されていない側の一端を交
流電力を加え得る電力供給端としたアンテナ素子を複数
個、それぞれのアンテナ素子の直線状導体が平行とな
り、かつ、接地端と電力供給端とが交互となるように、
真空中の第一の平面上に等間隔に配置してアレイアンテ
ナを構成し、該アレイアンテナに交流電力を供給して真
空中に放電プラズマを形成する放電装置において、 電力供給端のはじから順に位相を180゜づつ変化させ
て、一斉に同一周波数の交流電力を給電することを第一
の特徴とし、該周波数を10MHz〜2GHzとするこ
とを第二の特徴とし、電力供給端で測定される進行波に
対する反射波の比が0.1以下となるように直線状導体
の長さを定めたことを第三の特徴とする放電装置。
1. A pair of first and second linear conductors having the same length are arranged in parallel, and a pair of adjacent ones of the first and second linear conductor ends are electrically connected. Antenna with the first linear conductor not connected to the ground end and the second linear conductor first end not connected to the power supply end capable of applying AC power. A plurality of elements, the linear conductors of the respective antenna elements are parallel, and the ground end and the power supply end alternate,
In a discharge device that forms array antennas by arranging them at equal intervals on a first plane in a vacuum and supplies AC power to the array antennas to form discharge plasma in a vacuum, in order from the power supply end The first feature is to supply alternating-current power of the same frequency all at once by changing the phase by 180 °, and the second feature is to set the frequency to 10 MHz to 2 GHz, which is measured at the power supply end. A third feature of the discharge device is that the length of the linear conductor is determined so that the ratio of the reflected wave to the traveling wave is 0.1 or less.
【請求項2】 二本の長さの等しい第一及び第二の直線
状導体を平行に配置し、前記第一及び第二の直線状導体
端部のうち隣り合う端部の一組を電気的に結合し、第一
の直線状導体の結合されていない側の一端を接地端と
し、第二の直線状導体の結合されていない側の一端を交
流電力を加え得る電力供給端としたアンテナ素子を複数
個、それぞれのアンテナ素子の直線状導体が平行とな
り、かつ、接地端と電力供給端とが交互となるように、
真空中の第一の平面上に等間隔に配置してアレイアンテ
ナを構成し、該アレイアンテナに交流電力を供給して真
空中に放電プラズマを形成する放電装置において、 電力給電端のはじから順に、位相を180゜づつ変化さ
せて一斉に同一周波数の交流電力を給電することを第一
の特徴とし、該周波数f(Hz)を10MHz〜400
MHzとすることを第二の特徴とし、プラズマの誘電率
κを前記周波数fと放電圧力p(Pa)とを使って、 で表し、更に、プラズマに侵入する電磁界の表皮深さδ
(m)を で表したときに、計算される減衰定数α(1/m) から、前記直線状導体の長さLa(m)を 0.5(1/α)<La<10(1/α) としたことを第三の特徴とする放電装置。
2. A pair of first and second linear conductors having the same length are arranged in parallel, and a pair of adjacent ones of the first and second linear conductor ends are electrically connected. Antenna with the first linear conductor not connected to the ground end and the second linear conductor first end not connected to the power supply end capable of applying AC power. A plurality of elements, the linear conductors of the respective antenna elements are parallel, and the ground end and the power supply end alternate,
In a discharge device that forms array antennas by arranging them at equal intervals on a first plane in a vacuum, and supplying AC power to the array antenna to form discharge plasma in a vacuum, in order from the power supply end The first feature is that AC power of the same frequency is supplied all at once by changing the phase by 180 °, and the frequency f (Hz) is 10 MHz to 400 MHz.
The second characteristic is that the frequency is set to MHz, and the dielectric constant κ p of the plasma is calculated by using the frequency f and the discharge pressure p (Pa). And the skin depth δ of the electromagnetic field that penetrates the plasma.
(M) The damping constant α (1 / m) calculated when According to the third aspect, the discharge device is characterized in that the length La (m) of the linear conductor is set to 0.5 (1 / α) <La <10 (1 / α).
【請求項3】 前記直線状導体の直径を10mm以下と
したことを特徴とする請求項1又は2に記載の放電装
置。
3. The discharge device according to claim 1, wherein the linear conductor has a diameter of 10 mm or less.
【請求項4】 前記直線状導体の直径を1mm以上とし
たことを特徴とする請求項3に記載の放電装置。
4. The discharge device according to claim 3, wherein the diameter of the linear conductor is 1 mm or more.
【請求項5】 前記直線状導体の直径を長さ方向に変化
させたことを特徴とする請求項1又は2に記載の放電装
置。
5. The discharge device according to claim 1, wherein a diameter of the linear conductor is changed in a length direction.
【請求項6】 前記直線状導体の直径の少なくとも一部
を10mm以下としたことを特徴とする請求項5に記載
の放電装置。
6. The discharge device according to claim 5, wherein at least a part of the diameter of the linear conductor is 10 mm or less.
【請求項7】 前記直線状導体の表面の一部または全体
を誘電体で被覆することを特徴とする請求項1〜6のい
ずれか1項に記載の放電装置。
7. The discharge device according to claim 1, wherein a part or the whole of the surface of the linear conductor is covered with a dielectric.
【請求項8】前記誘電体の厚さを前記直線状導体の長さ
方向に変化させたことを特徴とする請求項7に記載の放
電装置。
8. The discharge device according to claim 7, wherein the thickness of the dielectric is changed in the lengthwise direction of the linear conductor.
【請求項9】 前記誘電体の端部において、その断面形
状をテーパー状としたことを特徴とする請求項8に記載
の放電装置。
9. The discharge device according to claim 8, wherein an end portion of the dielectric has a tapered cross-sectional shape.
【請求項10】 前記誘電体を直線状導体の長手方向に
沿ってらせん形状に被覆したことを特徴とする請求項7
〜9のいずれか1項に記載の放電装置
10. The dielectric is coated in a spiral shape along the longitudinal direction of a linear conductor.
Discharge device according to any one of
【請求項11】 前記アレイアンテナが配置された前記
第一の平面を挟む第二及び第三の平面上にそれぞれ基体
を配置し、前記放電プラズマにより第二および第三の平
面上に配置された基体に同時に加工を行うことを特徴と
する請求項1〜10のいずれか1項に記載の放電装置。
11. A substrate is arranged on each of second and third planes sandwiching the first plane on which the array antenna is arranged, and the substrates are arranged on the second and third planes by the discharge plasma. The electric discharge device according to claim 1, wherein the substrate is processed simultaneously.
【請求項12】 一つの真空室内に複数の前記アレイア
ンテナを配置することを特徴とする請求項11に記載の
放電装置
12. The discharge device according to claim 11, wherein a plurality of the array antennas are arranged in one vacuum chamber.
【請求項13】 二本の長さの等しい第一及び第二の直
線状導体を平行に配置し、前記第一及び第二の直線状導
体端部のうち隣り合う端部の一組を電気的に結合し、第
一の直線状導体の結合されていない側の一端を接地端と
し、第二の直線状導体の結合されていない側の一端を交
流電力を加え得る電力供給端としたアンテナ素子を複数
個、それぞれのアンテナ素子の直線状導体が平行とな
り、かつ、接地端と電力供給端とが交互となるように、
真空中の第一の平面上に等間隔に配置してアレイアンテ
ナを構成し、該アレイアンテナに交流電力を供給して真
空中に放電プラズマを形成するプラズマ処理方法におい
て、 電力給電端のはじから順に位相を180゜づつ変化さ
せ、一斉に同一周波数の交流電力を給電し、該周波数を
10MHz〜2GHzとし、電力供給端で測定される進
行波に対する反射波の比が0.1以下となるように直線
状導体の長さを定めたアレイアンテナを使用することを
特徴とするプラズマ処理方法。
13. A pair of first and second linear conductors having the same length are arranged in parallel, and one set of adjacent ones of the first and second linear conductor ends is electrically connected. Antenna with the first linear conductor not connected to the ground end and the second linear conductor first end not connected to the power supply end capable of applying AC power. A plurality of elements, the linear conductors of the respective antenna elements are parallel, and the ground end and the power supply end alternate,
In a plasma processing method of forming array antennas by arranging them at equal intervals on a first plane in a vacuum, and supplying alternating current power to the array antennas to form discharge plasma in a vacuum, The phases are sequentially changed by 180 °, AC power of the same frequency is fed all at once, the frequency is set to 10 MHz to 2 GHz, and the ratio of the reflected wave to the traveling wave measured at the power supply end is 0.1 or less. A plasma processing method characterized in that an array antenna in which a length of a linear conductor is defined is used for the.
【請求項14】 二本の長さの等しい第一及び第二の直
線状導体を平行に配置し、前記第一及び第二の直線状導
体端部のうち隣り合う端部の一組を電気的に結合し、第
一の直線状導体の結合されていない側の一端を接地端と
し、第二の直線状導体の結合されていない側の一端を交
流電力を加え得る電力供給端としたアンテナ素子を複数
個、それぞれのアンテナ素子の直線状導体が平行とな
り、かつ、接地端と電力供給端とが交互となるように、
真空中の第一の平面上に等間隔に配置してアレイアンテ
ナを構成し、該アレイアンテナに交流電力を供給して真
空中に放電プラズマを形成するプラズマ処理方法におい
て、 電力給電端のはじから順に位相を180゜づつ変化させ
て一斉に同一周波数の交流電力を給電し、該周波数f
(Hz)を10MHz〜400MHzとし、プラズマの
誘電率κを前記周波数fと放電圧力p(Pa)とを使
って で表し、更に、プラズマに侵入する電磁界の表皮深さδ
(m)を で表したときに、計算される減衰定数α(1/m) により前記直線状導体の長さLa(m)を 0.5(1/α)<La<10(1/α) としたアレイアンテナを使用することを特徴とするプラ
ズマ処理方法。
14. Two linear conductors having the same length are arranged in parallel, and a pair of adjacent ones of the first and second linear conductor end portions is electrically connected. Antenna with the first linear conductor not connected to the ground end and the second linear conductor first end not connected to the power supply end capable of applying AC power. A plurality of elements, the linear conductors of the respective antenna elements are parallel, and the ground end and the power supply end alternate,
In a plasma processing method of forming array antennas by arranging them at equal intervals on a first plane in a vacuum, and supplying alternating current power to the array antennas to form discharge plasma in a vacuum, By sequentially changing the phase by 180 ° and supplying AC power of the same frequency all at once, the frequency f
(Hz) is 10 MHz to 400 MHz, and the dielectric constant κ p of plasma is calculated by using the frequency f and the discharge pressure p (Pa). And the skin depth δ of the electromagnetic field that penetrates the plasma.
(M) The damping constant α (1 / m) calculated by Then, the plasma processing method is characterized by using an array antenna in which the length La (m) of the linear conductor is 0.5 (1 / α) <La <10 (1 / α).
【請求項15】 二本の長さの等しい第一及び第二の直
線状導体を平行に配置し、前記第一及び第二の直線状導
体端部のうち隣り合う端部の一組を電気的に結合し、第
一の直線状導体の結合されていない側の一端を接地端と
し、第二の直線状導体の結合されていない側の一端を交
流電力を加え得る電力供給端としたアンテナ素子を複数
個、それぞれのアンテナ素子の直線状導体が平行とな
り、かつ、接地端と電力供給端とが交互となるように、
真空中の第一の平面上に等間隔に配置してアレイアンテ
ナを構成し、該アレイアンテナに交流電力を供給して真
空中に生起される放電プラズマを利用するプラズマCV
D法によって、ケイ素を含有する薄膜を形成し、この薄
膜を半導体層として利用した太陽電池において、 電力給電端のはじから順に位相を180゜づつ変化させ
て一斉に同一周波数の交流電力を給電し、該周波数を1
0MHz〜2GHzとし、電力供給端で測定される進行
波に対する反射波の比が0.1以下となるように、直線
状導体の長さを定めたことを特徴とする太陽電池。
15. A pair of first and second linear conductors having the same length are arranged in parallel, and a pair of adjacent ones of the first and second linear conductor ends are electrically connected. Antenna with the first linear conductor not connected to the ground end and the second linear conductor first end not connected to the power supply end capable of applying AC power. A plurality of elements, the linear conductors of the respective antenna elements are parallel, and the ground end and the power supply end alternate,
A plasma CV using an electric discharge plasma generated in a vacuum by forming an array antenna by arranging the array antenna at equal intervals on a first plane in a vacuum and supplying alternating current power to the array antenna.
A thin film containing silicon is formed by the D method, and in a solar cell using this thin film as a semiconductor layer, the phase is sequentially changed by 180 ° from the beginning of the power feeding end, and AC power of the same frequency is fed all at once. , The frequency is 1
The solar cell is characterized in that the length of the linear conductor is set to 0 MHz to 2 GHz and the ratio of the reflected wave to the traveling wave measured at the power supply end is 0.1 or less.
【請求項16】 二本の長さの等しい第一及び第二の直
線状導体を平行に配置し、前記第一及び第二の直線状導
体端部のうち隣り合う端部の一組を電気的に結合し、第
一の直線状導体の結合されていない側の一端を接地端と
し、第二の直線状導体の結合されていない側の一端を交
流電力を加え得る電力供給端としたアンテナ素子を複数
個、それぞれのアンテナ素子の直線状導体が平行とな
り、かつ、接地端と電力供給端とが交互となるように、
真空中の第一の平面上に等間隔に配置してアレイアンテ
ナを構成し、該アレイアンテナに交流電力を供給して真
空中に生起される放電プラズマを利用するプラズマCV
D法によって、ケイ素を含有する薄膜を形成し、この薄
膜を半導体層として利用した太陽電池において、 電力給電端のはじから順に位相を180゜づつ変化させ
て一斉に同一周波数の交流電力を給電し、該周波数f
(Hz)を10MHz〜400MHzとし、プラズマの
誘電率κを前記周波数と放電圧力p(Pa)とを使っ
で表し、更に、プラズマに侵入する電磁界の表皮深さδ
(m)を で表したときに、計算される減衰定数α(1/m) により前記直線状導体の長さLa(m)を 0.5(1/α)<La<10(1/α) としたことを特徴とする太陽電池。
16. A pair of first and second linear conductors having the same length are arranged in parallel, and a pair of adjacent ones of the first and second linear conductor ends are electrically connected. Antenna with the first linear conductor not connected to the ground end and the second linear conductor first end not connected to the power supply end capable of applying AC power. A plurality of elements, the linear conductors of the respective antenna elements are parallel, and the ground end and the power supply end alternate,
A plasma CV using an electric discharge plasma generated in a vacuum by forming an array antenna by arranging the array antenna at equal intervals on a first plane in a vacuum and supplying alternating current power to the array antenna.
A thin film containing silicon is formed by the D method, and in a solar cell using this thin film as a semiconductor layer, the phase is sequentially changed by 180 ° from the beginning of the power feeding end, and AC power of the same frequency is fed all at once. , The frequency f
(Hz) is 10 MHz to 400 MHz, and the dielectric constant κ p of plasma is calculated by using the frequency and the discharge pressure p (Pa). And the skin depth δ of the electromagnetic field that penetrates the plasma.
(M) The damping constant α (1 / m) calculated by Thus, the length La (m) of the linear conductor is set to 0.5 (1 / α) <La <10 (1 / α).
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