JP2003109908A - Device and method for plasma treatment, substrate, and semiconductor device - Google Patents
Device and method for plasma treatment, substrate, and semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板や液晶
表示装置の薄膜トランジスタの製造における薄膜形成処
理、エッチング処理または表面改質処理に用いられるプ
ラズマ処理装置、プラズマ処理方法、プラズマ処理が施
された基板および半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a plasma processing apparatus, a plasma processing method, and a plasma processing used for a thin film forming process, an etching process, or a surface modification process in manufacturing a thin film transistor of a semiconductor substrate or a liquid crystal display device. The present invention relates to a substrate and a semiconductor device.
【０００２】[0002]
【従来技術】今日、半導体装置などの製造プロセスにお
いて、プラズマを利用した、薄膜形成、エッチング、表
面改質などの処理が必要不可欠となっている。これらの
プラズマを利用した処理（以下、プラズマ処理）では、
液晶ディスプレイや太陽電池等などの大型化、量産化に
ともない処理面積の大型化、処理速度の向上および処理
品質の向上が求められている。2. Description of the Related Art Today, in the manufacturing process of semiconductor devices and the like, it is indispensable to perform processing such as thin film formation, etching and surface modification using plasma. In the processing using these plasmas (hereinafter referred to as plasma processing),
With the increase in size of liquid crystal displays, solar cells, etc., and the increase in mass production, the processing area is required to be increased, the processing speed is improved, and the processing quality is improved.
【０００３】次にプラズマ処理の現状について説明す
る。プラズマ処理の代表的な薄膜形成処理であるプラズ
マＣＶＤ法は、たとえば次のように薄膜が形成される。
形成されるシリコン膜としては、代表的にはシリコン多
結晶薄膜、シリコン微結晶薄膜、非晶質シリコン薄膜が
ある。また、シリコン化合物薄膜としては、酸化シリコ
ン膜、窒化シリコン膜、珪化金属膜などがある。プラズ
マＣＶＤ法で量産性を向上させるには、製膜速度を向上
させることが有効である。製膜速度を向上させること
は、（ａ)高周波電力を高めるか、または（ｂ）原料ガ
スの供給量を増加させることにより、実現される。Next, the present state of plasma processing will be described. In the plasma CVD method which is a typical thin film forming process of plasma processing, a thin film is formed as follows, for example.
The formed silicon film is typically a silicon polycrystalline thin film, a silicon microcrystalline thin film, or an amorphous silicon thin film. As the silicon compound thin film, there are a silicon oxide film, a silicon nitride film, a metal silicide film, and the like. In order to improve the mass productivity by the plasma CVD method, it is effective to increase the film forming rate. Improving the film formation speed is realized by (a) increasing the high frequency power or (b) increasing the supply amount of the source gas.
【０００４】しかしながら、高周波として１３．５６Ｍ
ＨｚのＲＦ帯高周波を用い、従来の方法にしたがって高
周波電力を高めて薄膜形成を行うと、高周波電力の増大
にともない多量のパウダーが発生する問題を生じる。こ
のため、パウダーが基板に付着して、膜質の劣化、ひい
ては歩留りの低下を引き起こす。また、原料ガスの供給
量を増加させる方法も同様の問題を生じる。このため、
上記の方法では製膜速度を大きく向上させることは、実
現不可能である。However, as a high frequency, 13.56M
When the thin film is formed by increasing the high frequency power according to the conventional method using the RF band high frequency of Hz, there is a problem that a large amount of powder is generated with the increase of the high frequency power. For this reason, the powder adheres to the substrate, which causes deterioration of the film quality and eventually the yield. Further, the method of increasing the supply amount of the raw material gas also causes the same problem. For this reason,
It is not feasible to greatly improve the film forming speed by the above method.
【０００５】良好な膜質の確保と高い製膜速度との両立
という課題の解決策として、高周波電力の高周波数化が
有望視されている。上記ＲＦ帯高周波よりもさらに周波
数を増加させたＶＨＦ帯高周波電力を用いることによ
り、プラズマ温度の低減と、プラズマ密度の向上とがと
もに得られることが知られている。このため、ＶＨＦ帯
高周波電力を用いることにより、高品質の薄膜を高速で
形成することが期待される。As a solution to the problem of ensuring both good film quality and high film-forming speed, it is considered promising to increase the frequency of high-frequency power. It is known that by using VHF band high frequency power having a frequency further increased than that of the RF band high frequency, both reduction of plasma temperature and improvement of plasma density can be obtained. Therefore, it is expected that a high quality thin film can be formed at high speed by using the VHF band high frequency power.
【０００６】しかしながら、ＶＨＦ帯高周波はＲＦ帯高
周波よりも波長が短いため、高周波電極の寸法が大きく
なるほど、プラズマに及ぼす電極上で発生する定在波の
影響が大きくなる。このため、プラズマの面内均一性が
悪くなる。たとえば薄膜形成の場合には、膜厚や膜特性
の面内均一性の劣化、またエッチングの場合にはエッチ
ングレートの面内均一性の劣化を引き起こしてしまう。
さらに周波数が高くなるほど浮遊容量の影響が大きくな
り、電極間以外での高周波電力の損失が大きくなる。こ
の結果、安定したプラズマ生成が困難になる。However, since the VHF band high frequency has a shorter wavelength than the RF band high frequency, the larger the size of the high frequency electrode, the greater the influence of the standing wave generated on the electrode on the plasma. For this reason, the in-plane uniformity of plasma deteriorates. For example, in the case of forming a thin film, the in-plane uniformity of the film thickness and film characteristics deteriorates, and in the case of etching, the in-plane uniformity of etching rate deteriorates.
Further, as the frequency becomes higher, the influence of the stray capacitance becomes larger, and the loss of high frequency power other than between the electrodes becomes large. As a result, stable plasma generation becomes difficult.
【０００７】とりわけ、カソード電極の中心からずれた
位置に給電した場合、周波数が高いほど、または電極の
最大寸法が大きいほど、プラズマ処理の不均一性が大き
くなる。電極の最大寸法が１ｍ近い被処理装置では、１
３．５６ＭＨｚの周波数を用いたときでさえ、カソード
電極裏面の略中央に給電されるのが一般的である。たと
えば、４０ｃｍ角程度の大きさの梯子型の高周波電極の
場合でも、端部に給電したときには高い周波数では大き
なプラズマ分布が生じ、給電位置を電極の端部から電極
の中央付近に変えることにより、プラズマ分布の均一性
が改善されることが報告されている(Y.Mashima:Jpn.J.P
hys.38(1999)4305)。しかし、ＶＨＦ帯高周波を用いた
場合、カソード電極裏面の略中央に給電を行っても、大
面積の処理を行なうことは実用上困難である。In particular, when power is supplied to a position deviated from the center of the cathode electrode, the higher the frequency or the larger the maximum size of the electrode, the greater the nonuniformity of the plasma treatment. If the device to be processed has a maximum electrode size of close to 1 m,
Even when a frequency of 3.56 MHz is used, it is common to power the center of the back surface of the cathode electrode. For example, even in the case of a ladder type high frequency electrode having a size of about 40 cm square, a large plasma distribution is generated at a high frequency when power is supplied to the end, and the power supply position is changed from the end of the electrode to the vicinity of the center of the electrode. It has been reported that the uniformity of plasma distribution is improved (Y. Mashima: Jpn.JP.
hys.38 (1999) 4305). However, when a VHF band high frequency is used, it is practically difficult to process a large area even if power is supplied to the approximate center of the back surface of the cathode electrode.
【０００８】このような問題に対処するために、ＶＨＦ
帯高周波を用いて大面積処理を可能にするプラズマＣＶ
Ｄ装置が開示された（特開2000-268994）。このプラズ
マＣＶＤ装置では、図１５に示すように、ガス導入手段
１５１と、真空排気手段１５２とを備えた反応容器１０
４において、高周波電源１０１から高周波電力が給電さ
れる。この高周波電力は、電力モニタ１０８、整合器１
０９および分配器１０７を経た後で、複数に分割された
電極１２１，１２２，１２３，１２４の各々の中央部１
１０に給電される。このため、電極から基板に向かう方
向であるｘ方向の電界Ｅｘを、比較的均一な分布とする
ことができる。この結果、複数に分割された電極の中央
部に高周波電力を供給することにより、大面積でも均一
なプラズマ分布を得ることが可能になる。In order to deal with such a problem, VHF is used.
Plasma CV that enables large area processing using high frequency band
A D device has been disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-268994). In this plasma CVD apparatus, as shown in FIG. 15, a reaction vessel 10 including a gas introducing means 151 and a vacuum exhausting means 152.
4, high frequency power is supplied from the high frequency power supply 101. This high frequency power is supplied to the power monitor 108 and the matching box 1.
09 and the distributor 107, and then the central portion 1 of each of the plurality of divided electrodes 121, 122, 123, 124.
Powered to 10. Therefore, the electric field Ex in the x direction, which is the direction from the electrode to the substrate, can have a relatively uniform distribution. As a result, it is possible to obtain a uniform plasma distribution even in a large area by supplying high frequency power to the central portion of the divided electrode.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上記特開2000-268994
に開示されたプラズマＣＶＤ装置では、プラズマの均一
性を向上させるために、電極の中央部に給電位置１１０
が配置されている。しかし、高周波電力を部分電極の中
央部に給電する構成では、プラズマ処理装置設計上の自
由度が制限される。すなわち、電極の中央部に給電位置
１１０を配置した給電形態では、給電部がプラズマ処理
の妨げとなり、給電部のない主面側でしかプラズマ処理
ができない。すなわち、電極の一方の面側（おもて面
側）および他方の面側（裏面側）の両方で並行して基板
を処理することができない。したがって、高周波電極の
両方の面を用いて、高い生産性をもってプラズマ処理す
ることができない。[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-268994
In the plasma CVD apparatus disclosed in US Pat.
Are arranged. However, in the configuration in which the high frequency power is supplied to the central portion of the partial electrode, the degree of freedom in designing the plasma processing apparatus is limited. That is, in the power feeding mode in which the power feeding position 110 is arranged at the center of the electrode, the power feeding portion interferes with the plasma processing, and the plasma processing can be performed only on the main surface side where the power feeding portion is not provided. That is, the substrate cannot be processed in parallel on both one surface side (front surface side) and the other surface side (back surface side) of the electrode. Therefore, it is not possible to perform plasma processing with high productivity using both surfaces of the high frequency electrode.
【００１０】また、本発明者らは、上記複数に分割され
た高周波電極を用いて、(ａ)その電極の外周端部に、
(ｂ)同位相の給電を行った場合について、詳細な検討を
行った。まず、高周波を印加する電極として、５０ｃｍ
角のステンレス鋼鈑の電極４個を互いに２０ｍｍ離間さ
せて四隅に配した四角形の電極を設定した。本発明者ら
は、その電界強度分布を電磁界計算により求めた。各々
の部分電極には、１００ＭＨｚの高周波電力を同出力か
つ、上述（ｂ）のように、同位相となるように給電する
条件を採用した。給電箇所は、上述（ａ）のように、部
分電極によって構成される電極における外周端部の互い
に対向する２辺に対応する部分電極の端部に配置した。
ここで、部分電極から基板へと向かう方向をｘ方向とす
る。上記電磁界計算で得られたｘ方向の電界Ｅxの強度
分布を図１６に示す。Further, the present inventors have used the above-mentioned divided high-frequency electrode, and (a) at the outer peripheral end of the electrode,
(b) A detailed study was carried out for the case of feeding power in the same phase. First, as an electrode for applying high frequency, 50 cm
A square electrode was set in which four corner stainless steel plate electrodes were separated from each other by 20 mm and were arranged at four corners. The inventors obtained the electric field intensity distribution by electromagnetic field calculation. For each of the partial electrodes, a condition was adopted in which high frequency power of 100 MHz was output at the same power and the power was supplied so as to be in the same phase as in (b) above. As described in (a) above, the power feeding points are arranged at the ends of the partial electrodes corresponding to the two opposite sides of the outer peripheral end of the electrode formed by the partial electrodes.
Here, the direction from the partial electrode to the substrate is defined as the x direction. FIG. 16 shows the intensity distribution of the electric field Ex in the x direction obtained by the above electromagnetic field calculation.
【００１１】図１６のＡ部では、各部分電極の端部に近
づくほど電界Ｅxが大きく増大している。この増大は、
各々の部分電極に給電される高周波電力の重畳によるも
のである。また、部分電極の間隙のＢ部では、電界Ｅx
が小さくなる。部分電極の端部や間隙におけるこのよう
な電界Ｅxの増減は、対応する位置でプラズマが不均一
になることを意味する。このような不均一なプラズマに
よって処理を行なうと、処理結果の不均一性に問題を生
じ、品質の劣化を招来することは明らかである。上記の
結果は、均一なプラズマを生成させるためには、高周波
電極を単に複数の部分電極に分割するだけでは不十分な
ことを示している。In part A of FIG. 16, the electric field Ex increases greatly as it approaches the end of each partial electrode. This increase is
This is due to superposition of high frequency power supplied to each partial electrode. Further, in the part B of the gap between the partial electrodes, the electric field Ex
Becomes smaller. Such an increase or decrease in the electric field Ex at the ends of the partial electrodes or in the gap means that the plasma becomes non-uniform at the corresponding positions. It is apparent that the treatment with such non-uniform plasma causes a problem in non-uniformity of the treatment result, resulting in deterioration of quality. The above results show that in order to generate a uniform plasma, it is not sufficient to simply divide the high frequency electrode into a plurality of partial electrodes.
【００１２】本発明は、処理速度の向上および処理品質
の向上ならびに大面積化を可能とするプラズマ処理装
置、プラスマ処理方法、プラズマ処理された基板および
半導体装置を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus, a plasma processing method, a plasma-processed substrate and a semiconductor device which can improve the processing speed, the processing quality and the area.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、高周波電源と、基板に処理を施す処理室とを備
え、処理室内において、電極に高周波電源から高周波電
力を給電してプラズマを発生し、基板にプラズマ処理を
施すプラズマ処理装置である。このプラズマ処理装置で
は、電極が、所定の間隙をあけて位置する複数の部分電
極から構成され、高周波電力が部分電極の各々に印加さ
れる印加点が、電極の外周端部に位置し、隣り合って位
置する２つの部分電極に印加される高周波電圧の位相が
異なるように、高周波電力の給電経路に位相差生成手段
を備える（請求項１）。A plasma processing apparatus according to the present invention comprises a high frequency power supply and a processing chamber for processing a substrate. In the processing chamber, high frequency power is supplied to the electrodes from the high frequency power supply to generate plasma. Then, the plasma processing apparatus performs plasma processing on the substrate. In this plasma processing apparatus, the electrode is composed of a plurality of partial electrodes positioned with a predetermined gap, and the application point where the high-frequency power is applied to each of the partial electrodes is located at the outer peripheral end of the electrode and is adjacent to each other. A phase difference generating means is provided in the power supply path of the high frequency power so that the phases of the high frequency voltages applied to the two partial electrodes located in alignment with each other are different (claim 1).
【００１４】電極の端部に高周波電圧の印加点（高周波
電力の給電点）を設けることにより、電極の両方の面の
側においてプラズマ処理をすることが可能となる。その
結果、大面積のプラズマ処理を高能率で行うことが可能
となる。上記の印加点は、電極の外周端部であれば、電
極面上の端縁部でもよいし、または電極の側面上である
側端部でもよい。By providing a high-frequency voltage application point (high-frequency power feeding point) at the end of the electrode, plasma processing can be performed on both surfaces of the electrode. As a result, it becomes possible to perform a large-area plasma treatment with high efficiency. The above-mentioned application point may be an end edge portion on the electrode surface or a side end portion on the side surface of the electrode as long as it is an outer peripheral end portion of the electrode.
【００１５】また、上記の基板は、プラズマ処理が施さ
れる被処理材をすべて含むものである。形状を問わず、
原材料、中間原料、半製品、製品を問わず、半導体基
板、ガラス基板等を問わず、対象となる。The above-mentioned substrate includes all the materials to be processed which are subjected to the plasma processing. Regardless of shape
Whether it is a raw material, an intermediate raw material, a semi-finished product, or a product, a semiconductor substrate, a glass substrate, or the like is applicable.
【００１６】上記のプラズマ処理装置では、電極は、四
角形が対辺の中央どうしを結ぶ交差する線状間隙によっ
て分割され隔てられた形状および配置を有する、部分四
角形の部分電極４つを備え、印加点は、部分電極の外縁
辺に１つずつ設けられ、その配置が、四角形の第１の辺
に対応する位置に２つ、その第１の辺に対向する第２の
辺に対応する位置に２つとされることができる（請求項
２）。In the above plasma processing apparatus, the electrode is provided with four partial quadrangular partial electrodes each having a shape and arrangement in which a quadrangle is divided and separated by a linear gap intersecting the centers of opposite sides. Are provided one by one on the outer edge side of the partial electrode, and are arranged at two positions corresponding to the first side of the quadrangle and at two positions corresponding to the second side opposite to the first side. Can be defined (claim 2).
【００１７】この構成によれば、４つの部分電極の相対
する外側２方から高周波電力を電極内の間隙部で衝突さ
せるように給電する。この結果、間隙部に近い部分電極
近傍における過大な電界を互いに打ち消し合うことによ
り、均一な電界強度の分布を得ることができる。According to this structure, the high frequency power is supplied from the two opposing outer sides of the four partial electrodes so that the high frequency power collides with the gap in the electrode. As a result, it is possible to obtain a uniform electric field intensity distribution by canceling out the excessive electric fields in the vicinity of the partial electrodes near the gap.
【００１８】上記のプラズマ処理装置では、上記の高周
波電圧の位相の差を、１２０°〜２４０°の範囲内とす
ることが好ましい（請求項３）。In the above plasma processing apparatus, it is preferable that the phase difference between the high frequency voltages is within the range of 120 ° to 240 ° (claim 3).
【００１９】電極の端部に高周波電力を給電しても、位
相を１２０°〜２４０°の範囲内にずらせて高周波を給
電することにより、間隙付近の部分電極の端部におい
て、高周波を干渉させ、互いに打ち消すことができる。
このため、同位相で高周波を給電した場合に比べて、間
隙付近の電極端部に生じる過大な電界を防止し、間隙を
除いて平坦な電界分布を得ることができる。このため、
プラズマ密度分布を電極全体にわたって均一にすること
ができる。Even if high-frequency power is supplied to the end portions of the electrodes, the high-frequency power is supplied by shifting the phase within the range of 120 ° to 240 °, so that the high-frequency power interferes at the end portions of the partial electrodes near the gap. , Can cancel each other.
Therefore, as compared with the case where high frequency power is fed in the same phase, it is possible to prevent an excessive electric field generated at the electrode end near the gap and obtain a flat electric field distribution except for the gap. For this reason,
The plasma density distribution can be made uniform over the entire electrode.
【００２０】上記のプラズマ処理装置では、隣り合う部
分電極の間隙に配置された誘電体を備えることができる
（請求項４）。In the above plasma processing apparatus, it is possible to provide a dielectric material arranged in a gap between adjacent partial electrodes (claim 4).
【００２１】上記の誘電体により、各部分電極の間隙部
における電界による不均一なプラズマ生成を防止するこ
とができる。The above-mentioned dielectric can prevent non-uniform plasma generation due to an electric field in the gap between the partial electrodes.
【００２２】上記のプラズマ処理装置では、誘電体が、
その両側の部分電極の主面よりも基板配設部側に突き出
ていることが望ましい（請求項５）。In the above plasma processing apparatus, the dielectric is
It is desirable that the partial electrodes on both sides thereof project toward the substrate mounting portion side with respect to the main surface (claim 5).
【００２３】この構成により、各間隙部の部分電極の表
面付近において強い電界がかかる領域を誘電体で占める
ことができる。このため、不均一部を構成する上記の領
域でのプラズマ生成を防止することができる。With this structure, the dielectric can occupy a region to which a strong electric field is applied in the vicinity of the surface of the partial electrode in each gap. For this reason, it is possible to prevent plasma generation in the above-mentioned region that constitutes the non-uniform portion.
【００２４】上記のプラズマ処理装置では、高周波電源
と、部分電極とを結ぶ高周波伝送路に、高周波電力をパ
ルス状に変調する変調電源が配設されることができる
（請求項６）。In the above plasma processing apparatus, a modulation power supply for modulating the high frequency power in a pulse shape can be arranged in the high frequency transmission line connecting the high frequency power supply and the partial electrode.
【００２５】この構成により、各部分電極に給電する高
周波電力がオフになる時間では、プラズマ励起強度が低
くなり、処理プロセスに寄与するラジカル等の拡散が生
じる。このため、各部分電極の間隙付近での不均一部を
構成するプラズマを緩和することができる。この結果、
大面積の基板を均一にプラズマ処理することが可能とな
る。さらに、高周波電力がオフとなる時間では、プラズ
マ励起強度が低くなりラジカルの重合反応が抑止される
ので、パウダーの発生を低減することができる。With this configuration, the plasma excitation intensity becomes low during the time when the high-frequency power supplied to each partial electrode is turned off, and radicals and the like that contribute to the processing process are diffused. Therefore, the plasma forming the non-uniform portion near the gap between the partial electrodes can be relaxed. As a result,
It becomes possible to uniformly perform plasma processing on a large-area substrate. Further, during the time when the high frequency power is turned off, the plasma excitation intensity is lowered and the radical polymerization reaction is suppressed, so that the generation of powder can be reduced.
【００２６】上記のプラズマ処理装置では、基板配設部
が、電極の一方の主面側において所定の距離をあけて対
向する第１の基板配設部と、電極の他方の主面側におい
て所定の距離をあけて対向する第２の基板配設部とから
構成されることができる（請求項７）。In the above-described plasma processing apparatus, the substrate arrangement portion has a first substrate arrangement portion which faces the one main surface side of the electrode with a predetermined distance and the other substrate has a predetermined substrate surface side. And a second substrate mounting portion facing each other with a distance of (7).
【００２７】上記のように、電極の端部に高周波電圧の
印加点（高周波電力の給電点）を設け、基板配設部を電
極の両方の面側に設けることにより、給電部分に妨げら
れることなく電極の両側にプラズマを生成することがで
きる。この結果、高能率でプラズマ処理を基板に施すこ
とが可能になる。As described above, by providing the high-frequency voltage application point (high-frequency power feeding point) at the end of the electrode and providing the substrate mounting portion on both surface sides of the electrode, the power feeding portion is prevented. Instead, plasma can be generated on both sides of the electrode. As a result, it becomes possible to perform the plasma treatment on the substrate with high efficiency.
【００２８】上記のプラズマ処理装置では、誘電体が、
一方の主面側においてその主面よりも第１の基板配設部
側に突き出ており、かつ他方の主面側においてその主面
よりも第２の基板配設部側に突き出ていることができる
（請求項８）。In the above plasma processing apparatus, the dielectric is
One of the main surfaces may protrude from the main surface toward the first substrate mounting portion side, and the other main surface may protrude from the main surface toward the second substrate mounting portion side. Yes (claim 8).
【００２９】この構成により、電極の両方の面側におい
て部分電極の間隙部での不均一電界による不均一プラズ
マ部生成を防止することができる。With this structure, it is possible to prevent the generation of the nonuniform plasma portion due to the nonuniform electric field in the gap portion of the partial electrodes on both surface sides of the electrode.
【００３０】上記のプラズマ処理装置では、部分電極の
差し渡し最大長さである最大寸法が、高周波の波長の１
／４以下であることができる（請求項９）。In the above-described plasma processing apparatus, the maximum dimension, which is the maximum length of the partial electrodes across the wire, is 1 of the wavelength of the high frequency.
It can be / 4 or less (claim 9).
【００３１】この構成により、各部分電極の面上で定在
波の発生を防止することができる。この結果、大面積の
基板に対して、より均一なプラズマ処理を施すことが可
能になる。With this configuration, it is possible to prevent a standing wave from being generated on the surface of each partial electrode. As a result, it becomes possible to perform more uniform plasma processing on a large-area substrate.
【００３２】上記のプラズマ処理装置では、高周波の周
波数が２０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの範囲であり、基板の
最大寸法を１ｍ以上とすることができる（請求項１
０）。In the above plasma processing apparatus, the high frequency is in the range of 20 MHz to 500 MHz, and the maximum dimension of the substrate can be 1 m or more.
0).
【００３３】この構成により、プラズマ中の電子密度を
増大させ、かつプラズマポテンシャルを低く抑えること
ができる。このため、プラズマ処理の高速化とプラズマ
処理の品質を向上させることができる。With this structure, the electron density in the plasma can be increased and the plasma potential can be suppressed low. Therefore, the plasma processing can be speeded up and the quality of the plasma processing can be improved.
【００３４】本発明のプラズマ処理方法は、処理室内に
おいて、所定の間隙をあけて位置する複数の部分電極か
ら構成される電極に高周波電源から高周波電力を給電
し、処理室内に導入した気体からプラズマを発生し、基
板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法である。この
プラズマ処理方法は、気体を前記処理室に導入する工程
と、電極の外周端部である部分電極の端部の印加点に、
隣り合って位置する２つの部分電極の位相が異なるよう
に高周波電圧を印加し、高周波電力を給電して気体のプ
ラズマを生成する工程とを備える（請求項１１）。According to the plasma processing method of the present invention, a high frequency power is supplied from a high frequency power supply to an electrode composed of a plurality of partial electrodes positioned with a predetermined gap in the processing chamber, and plasma is generated from the gas introduced into the processing chamber. Is generated and plasma processing is performed on the substrate. This plasma processing method, the step of introducing a gas into the processing chamber, at the application point of the end of the partial electrode which is the outer peripheral end of the electrode,
A step of applying a high frequency voltage so that the phases of two adjacent partial electrodes are different, and supplying a high frequency power to generate a gas plasma (claim 11).
【００３５】この構成により、電極の外側から内側に向
けて高周波電力を供給することにより、電極内部の間隙
付近の部分電極の端部において、高周波を干渉させ、互
いに打ち消すことができる。このため、間隙部を除いて
平坦な電界分布を得ることができる。このため、プラズ
マ密度分布を電極全体にわたって均一にすることができ
る。With this configuration, by supplying high-frequency power from the outside of the electrodes toward the inside, the high frequencies can be made to interfere and cancel each other at the end portions of the partial electrodes near the gap inside the electrodes. Therefore, a flat electric field distribution can be obtained except for the gap portion. Therefore, the plasma density distribution can be made uniform over the entire electrode.
【００３６】本発明のプラズマ処理方法では、隣り合う
２つの部分電極に給電される高周波電圧の位相の差を１
２０°〜２４０°の範囲として基板にプラズマ処理を施
すことができる（請求項１２）。In the plasma processing method of the present invention, the phase difference between the high frequency voltages supplied to two adjacent partial electrodes is set to 1.
The substrate can be subjected to plasma treatment in the range of 20 ° to 240 ° (claim 12).
【００３７】電極の端部に高周波電力を給電しても、位
相を１２０°〜２４０°の範囲内にずらせて高周波を給
電することにより、間隙付近の部分電極の端部におい
て、高周波を互いに打ち消すことができる。Even if high frequency power is supplied to the ends of the electrodes, the high frequencies are offset in the range of 120 ° to 240 ° and the high frequencies are supplied to cancel the high frequencies from each other at the ends of the partial electrodes near the gap. be able to.
【００３８】本発明のプラズマ処理方法では、高周波の
周波数を、２０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの範囲として、基
板にプラズマ処理をすることができる（請求項１３）。In the plasma processing method of the present invention, the substrate can be plasma-processed with the high frequency in the range of 20 MHz to 500 MHz.
【００３９】この構成により、プラズマ中の電子密度を
増大させ、かつプラズマポテンシャルを低く抑えること
ができる。このため、プラズマ処理の高速化とプラズマ
処理の品質を向上させることができる。With this structure, the electron density in the plasma can be increased and the plasma potential can be suppressed low. Therefore, the plasma processing can be speeded up and the quality of the plasma processing can be improved.
【００４０】本発明の基板は、上記のいずれかのプラズ
マ処理方法によってプラズマ処理が施された、基板であ
る（請求項１４）。また、本発明の基板は、上記のいず
れかのプラズマ処理方法によって薄膜が形成された最大
寸法が１ｍ以上の基板であって、その薄膜の膜厚分布が
１０％以内であるものとできる（請求項１５）。The substrate of the present invention is a substrate which has been subjected to plasma treatment by any of the above plasma treatment methods (claim 14). Further, the substrate of the present invention is a substrate having a maximum dimension of 1 m or more on which a thin film is formed by any of the plasma processing methods described above, and the film thickness distribution of the thin film is within 10% (claim) Item 15).
【００４１】上記の基板は、いずれも大面積であっても
均一にプラズマ処理が高能率で施されたものであり、安
価で品質に優れたものを得ることができる。Each of the above-mentioned substrates is one which has been uniformly plasma-treated with a high efficiency even if it has a large area, and it is possible to obtain an inexpensive substrate of excellent quality.
【００４２】本発明の半導体装置は、上記のいずれかの
基板を備えることができる（請求項１６）。The semiconductor device of the present invention can include any of the above substrates (claim 16).
【００４３】上述のように、上記基板は大面積であって
も安価で品質が優れている。このような基板を備えるこ
とにより、安価で品質に優れた半導体装置、たとえば大
面積の液晶表示装置を提供することが可能となる。As described above, the substrate is inexpensive and excellent in quality even if it has a large area. By providing such a substrate, it becomes possible to provide a semiconductor device which is inexpensive and excellent in quality, such as a large-area liquid crystal display device.
【００４４】[0044]
【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態について説明する。
（本発明の理論的背景）
（ａ） 複数の部分電極に印加する高周波電圧の位相差
本発明のプラズマ処理装置は、高周波電力が供給される
電極は部分電極から構成され、かつ高周波電力は電極の
端部に給電される。部分電極の端部に給電された高周波
は、反応容器内で近傍の部分電極へも伝搬し、相互に影
響を及ぼしあう。先述した通り、各部分電極に同位相の
高周波電力を給電する場合、各部分電極の間隙に近い表
面上では、各々の高周波の畳重により、図１６のＡ部の
ように電界が過大となる箇所を生じる。本発明では、高
周波電力を電極の端部に供給する。しかし、各部分電極
に給電する高周波電圧の位相を調整して、各部分電極面
上の間隙に近いところでの電界を互いに打ち消すように
する。この結果、電極の端部に高周波電力を供給して
も、電極全体でほぼ一様な電界強度を得ることが可能と
なる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (Theoretical Background of the Present Invention) (a) Phase Difference of High-Frequency Voltage Applied to Plural Partial Electrodes In the plasma processing apparatus of the present invention, the electrodes to which high-frequency power is supplied are composed of partial electrodes, and the high-frequency power is applied to the electrodes. Is fed to the end of. The high frequency power supplied to the ends of the partial electrodes propagates to the adjacent partial electrodes in the reaction vessel and affects each other. As described above, when high frequency power of the same phase is supplied to each partial electrode, the electric field becomes excessive on the surface close to the gap between the partial electrodes due to the overlapping of the respective high frequencies, as in the portion A of FIG. Produce points. In the present invention, high frequency power is supplied to the ends of the electrodes. However, the phase of the high-frequency voltage supplied to each partial electrode is adjusted so that the electric fields near the gap on each partial electrode surface cancel each other out. As a result, even if high-frequency power is supplied to the end portion of the electrode, it is possible to obtain a substantially uniform electric field strength over the entire electrode.
【００４５】次に位相をずらして各部分電極に高周波電
圧を印加した場合の電磁界計算の結果を紹介する。この
計算を行う条件として、図１に示す電極を仮定する。図
１において、高周波電力の給電位置１０は各部分電極の
側端部である。この給電位置１０は、同時に電極全体の
側端部でもある。本発明では、上記の給電位置１０は、
部分電極によって構成される電極の端部とする。Next, the result of the electromagnetic field calculation when a high frequency voltage is applied to each partial electrode with the phases shifted will be introduced. As the condition for performing this calculation, the electrode shown in FIG. 1 is assumed. In FIG. 1, a high-frequency power feeding position 10 is a side end of each partial electrode. This feeding position 10 is also the side end of the entire electrode at the same time. In the present invention, the power feeding position 10 is
It is the end of the electrode formed by the partial electrodes.
【００４６】４つの部分電極のうち、任意に第１の部分
電極２１に着目する。この第１の部分電極２１と隣り合
う第２の部分電極２２および２３に給電される高周波電
圧の位相は、第１の部分電極２１に給電される高周波電
圧の位相に対して１３５°ずらされるものと仮定する。
第１の部分電極２１とは隣接せず、第２の部分電極２２
および２３とは隣り合う第３の部分電極２４に給電され
る高周波電圧の位相は、第１の部分電極２１に給電され
る高周波電圧の位相と同じとする。また、高周波電圧は
各部分電極の端部に印加するものとする。なお、本説明
において隣り合うとは、平面的に見て線状の境界間隙を
もって隣り合うことをさす。すなわち、上記２つの部分
電極２１および２４は、隣り合う関係にはない。Of the four partial electrodes, attention is paid to the first partial electrode 21. The phase of the high frequency voltage supplied to the second partial electrodes 22 and 23 adjacent to the first partial electrode 21 is shifted by 135 ° with respect to the phase of the high frequency voltage supplied to the first partial electrode 21. Suppose
The second partial electrode 22 is not adjacent to the first partial electrode 21.
The phase of the high-frequency voltage supplied to the third partial electrode 24 adjacent to and 23 is the same as the phase of the high-frequency voltage supplied to the first partial electrode 21. Further, the high frequency voltage is applied to the end of each partial electrode. In the present description, “adjacent to each other” means “adjacent to each other with a linear boundary gap when viewed two-dimensionally”. That is, the two partial electrodes 21 and 24 are not adjacent to each other.
【００４７】上記仮定の下に、本発明者らが電磁界計算
を行って、基板方向の電界Ｅxの分布を求めた。その結
果を図２に示す。図２によれば、間隙部に近接した部分
電極端部における過大な電界が抑制されている。この結
果、各部分電極に給電する高周波電圧の位相を調整する
ことにより、より均一なプラズマ処理を大きな面積の基
板に施すことが可能となることが分かった。Under the above assumptions, the present inventors calculated the electromagnetic field and found the distribution of the electric field Ex in the substrate direction. The result is shown in FIG. According to FIG. 2, an excessive electric field is suppressed at the end of the partial electrode close to the gap. As a result, it has been found that by adjusting the phase of the high frequency voltage supplied to each partial electrode, it is possible to perform more uniform plasma treatment on a substrate having a large area.
【００４８】さらに、位相のずれを種々変化させて同様
の検討を行った結果、間隙近くの部分電極端部に生じる
過大な電界を抑制するには、隣り合う部分電極に給電す
る高周波電圧の位相を１２０°〜２４０°の範囲内でず
らすことが有効であることが分かった。すなわち、隣り
合う部分電極に印加される高周波電圧の位相差を１２０
°〜２４０°とすることにより、図２に示すように、各
部分電極の面上において均一な電界強度分布を得られる
ことが分かった。Further, as a result of conducting the same study by changing the phase shift variously, as a result, in order to suppress an excessive electric field generated at the end of the partial electrode near the gap, the phase of the high-frequency voltage supplied to the adjacent partial electrodes should be suppressed. It has been found that it is effective to shift in the range of 120 ° to 240 °. That is, the phase difference of the high frequency voltage applied to the adjacent partial electrodes is 120
It has been found that a uniform electric field intensity distribution on the surface of each partial electrode can be obtained as shown in FIG.
【００４９】各部分電極に給電される高周波電圧の位相
調整は、キャパシタンスやインダクタンスを用いた位相
調整器を高周波伝送線路に設けることにより可能であ
る。また、各部分電極に向けて幹線から分岐した高周波
伝送線路の長さに差を設けることにより可能である。The phase adjustment of the high frequency voltage supplied to each partial electrode can be performed by providing a phase adjuster using a capacitance or an inductance in the high frequency transmission line. It is also possible by providing a difference in the length of the high-frequency transmission line branched from the main line toward each partial electrode.
【００５０】（ｂ） 部分電極間に配置される誘電体
隣り合う部分電極間に給電される高周波電圧に位相差が
ある場合には、隣り合う部分電極間に電位差が生じる。
この電位差により、位相の異なる隣り合う部分電極に向
かう強い電界が各部分電極の間隙に生じる。この各部分
電極の間隙における強い電界で形成される不均一なプラ
ズマ生成を解消する手法として、該複数の部分電極間に
誘電体を挿入することが有効である。これにより、各部
分電極の間隙部での電界による不均一なプラズマ生成を
防ぐことが可能となる。さらに好ましくは、部分電極間
の誘電体を部分電極面よりも基板側に突出させること
で、各部分電極の間隙部の表面付近における強い電界が
かかる領域を誘電体で占めることにより、不均一なプラ
ズマ生成を防ぐことができる。(B) Dielectric material arranged between partial electrodes When there is a phase difference in the high frequency voltage supplied between the adjacent partial electrodes, a potential difference occurs between the adjacent partial electrodes.
Due to this potential difference, a strong electric field toward the adjacent partial electrodes having different phases is generated in the gap between the partial electrodes. It is effective to insert a dielectric material between the plurality of partial electrodes as a method of eliminating the non-uniform plasma generation which is formed by the strong electric field in the gap between the partial electrodes. This makes it possible to prevent non-uniform plasma generation due to the electric field in the gap between the partial electrodes. More preferably, by projecting the dielectric between the partial electrodes toward the substrate side with respect to the partial electrode surface, the dielectric occupies a region to which a strong electric field is applied in the vicinity of the surface of the gap between the partial electrodes. Plasma generation can be prevented.
【００５１】（ｃ） パルス状高周波電力
各部分電極の間隙付近で形成される不均一な電界を解消
する手法として、各々の部分電極に対し、パルス状に変
調された高周波電力を給電することも有効である。各部
分電極に給電する高周波電力がオフとなる時間では、プ
ラズマ励起強度が低くなり、処理プロセスに寄与するラ
ジカル等の拡散が生じることによって、各部分電極の間
隙付近で形成される不均一なプラズマが緩和される。そ
の結果、大面積にわたる均一なプラズマ処理が可能とな
る。また、高周波電力がオフとなる時間では、プラズマ
励起強度が低くなりラジカルの重合反応が抑止されるこ
とから、パウダーの発生が低減できる。(C) Pulsed high frequency power As a method of eliminating the non-uniform electric field formed in the vicinity of the gap between the partial electrodes, it is also possible to supply pulsed high frequency power to each partial electrode. It is valid. During the time when the high-frequency power supplied to each partial electrode is turned off, the plasma excitation intensity becomes low, and diffusion of radicals etc. that contribute to the treatment process occurs, resulting in non-uniform plasma formed near the gap between each partial electrode. Is alleviated. As a result, uniform plasma processing over a large area becomes possible. Further, during the time when the high frequency power is turned off, the plasma excitation intensity becomes low and the radical polymerization reaction is suppressed, so that the generation of powder can be reduced.
【００５２】（ｄ） その他
（ｄ１）本発明の分割した各部分電極の端部へ位相をず
らした高周波電圧を給電するプラズマ処理装置は、カソ
ード電極裏面の略中央に給電する形態にとらわれること
がなく、装置設計上の自由度が広がると共に、複数の部
分電極の両主面側に基板を配設して、同時にプラズマ処
理することが可能となり、処理能力を向上せしめる。こ
のような複数の部分電極の両主面側に基板を配設した構
造においては、各部分電極の間隙部での電界による不均
一なプラズマ生成を防ぐために、部分電極間に挿入した
誘電体が、該複数の部分電極の両主面より基板側に突出
していることが好ましい。(D) Others (d1) The plasma processing apparatus of the present invention for supplying a high-frequency voltage with a shifted phase to the end of each of the divided partial electrodes may be considered to have a form of supplying power to substantially the center of the back surface of the cathode electrode. In addition, the degree of freedom in device design is increased, and substrates can be arranged on both main surfaces of a plurality of partial electrodes for plasma processing at the same time, thereby improving processing capacity. In the structure in which the substrates are arranged on both main surface sides of such a plurality of partial electrodes, a dielectric material inserted between the partial electrodes is used to prevent nonuniform plasma generation due to an electric field in the gap between the partial electrodes. It is preferable that the plurality of partial electrodes project from both main surfaces toward the substrate.
【００５３】（ｄ２）また、分割した各部分電極の端部
への給電位置は、基板の略中心に対して略対称となる位
置に配置されていることが好ましい。(D2) Further, it is preferable that the power feeding position to the end of each of the divided partial electrodes is arranged at a position substantially symmetrical with respect to the substantially center of the substrate.
【００５４】（ｄ３）また、本発明のプラズマ処理装置
において、各部分電極の最大寸法を、給電する高周波の
波長の１／４以下とすることにより、各部分電極面上で
定在波が発生することを防止できるので、大きな面積の
基板に対して、より均一なプラズマ処理を施すことが可
能となる。(D3) Further, in the plasma processing apparatus of the present invention, by setting the maximum size of each partial electrode to be ¼ or less of the wavelength of the high frequency power to be fed, a standing wave is generated on each partial electrode surface. Since this can be prevented, it is possible to perform more uniform plasma treatment on a substrate having a large area.
【００５５】（ｄ４）各部分電極に給電される高周波電
圧の周波数を２０〜５００ＭＨｚの範囲とすることで、
プラズマ中の電子密度を増大させ、かつ、プラズマポテ
ンシャルを低く抑えることができるので、処理の高速化
と処理品質の向上が同時に可能となる。(D4) By setting the frequency of the high frequency voltage supplied to each partial electrode within the range of 20 to 500 MHz,
Since the electron density in the plasma can be increased and the plasma potential can be suppressed to a low level, the processing speed can be increased and the processing quality can be improved at the same time.
【００５６】本発明のプラズマ処理装置ならびにプラズ
マ処理方法は、半導体装置の製造工程における薄膜形
成、エッチング、および表面改質等のプラズマ処理にお
いて、処理能力向上に対応した被処理面積の大型化、処
理速度の向上および処理品質の向上をなし得るものであ
る。また、そのプラズマ処理装置またはプラズマ処理方
法を用いて作製された半導体装置は、処理される基板を
高性能かつ安価に提供できるという利点を有する。The plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention are intended to increase the area to be processed and improve the processing capacity in plasma processing such as thin film formation, etching, and surface modification in the semiconductor device manufacturing process. It is possible to improve the speed and the processing quality. In addition, a semiconductor device manufactured by using the plasma processing apparatus or the plasma processing method has an advantage that a substrate to be processed can be provided with high performance and at low cost.
【００５７】以下、本発明の実施例を、複数の平板状角
型部分電極が平板状に配設されてなる高周波電極を有す
るプラズマＣＶＤ装置により説明する。しかし、本発明
はこれにより何ら限定されるものではない。例えば、部
分電極の形状も角型に限定されるものではなく、棒型、
円板型、梯子型、球状等でもよい。また、各部分電極の
配置も平板状に限定されるものではなく、線状の電極を
同心円状に配置したものなどでもよい。また、プラズマ
処理としてＣＶＤ処理に限定されるものではなく、プラ
ズマを用いたエッチング処理などでも同様に処理品質を
向上させることができる。An embodiment of the present invention will be described below with a plasma CVD apparatus having a high-frequency electrode in which a plurality of flat plate-shaped rectangular partial electrodes are arranged in a flat plate shape. However, the present invention is not limited to this. For example, the shape of the partial electrode is not limited to the square shape, but a rod shape,
It may be a disc type, a ladder type, a spherical type, or the like. The arrangement of the partial electrodes is not limited to the flat plate shape, and linear electrodes arranged in a concentric shape may be used. Further, the plasma processing is not limited to the CVD processing, and the processing quality can be similarly improved by etching processing using plasma.
【００５８】（実施例１）本例に使用したプラズマＣＶ
Ｄ装置の略断面図を図３に示す。ガス導入手段５１と真
空排気手段５２を備えたステンレス鋼製の反応容器４の
内部に、複数の部分電極２１〜２４に分割されてなる平
板状の電極２を配置している。高周波電力の給電位置１
０は、電極２の側端部に位置している。これらの部分電
極は、いずれも、基板３を載置する平板状のステンレス
鋼製の基板配設部３１と平行となるように対向して配置
されている。反応容器４と基板配設部３１は電気的に接
地されている。一方、複数の部分電極２１〜２４に分割
されてなる電極２は反応容器４と電気的に絶縁されてい
る。Example 1 Plasma CV used in this example
A schematic sectional view of the D device is shown in FIG. A flat plate-shaped electrode 2 divided into a plurality of partial electrodes 21 to 24 is arranged inside a stainless steel reaction container 4 equipped with a gas introduction unit 51 and a vacuum exhaust unit 52. High frequency power feeding position 1
0 is located at the side end of the electrode 2. All of these partial electrodes are arranged so as to be parallel to the flat plate-shaped stainless steel substrate mounting portion 31 on which the substrate 3 is mounted. The reaction container 4 and the substrate mounting portion 31 are electrically grounded. On the other hand, the electrode 2 divided into a plurality of partial electrodes 21 to 24 is electrically insulated from the reaction container 4.
【００５９】電極２の構成は、図１の斜視図に示すもの
を用いた。すなわち、電極２は４つの部分電極２１〜２
４に分割されている。各々の部分電極は５０ｃｍ角のス
テンレス鋼平板であり、これらを全体で正方形状となる
ように配設して、平板状の電極とする。隣り合う部分電
極を２０ｍｍ離間させることで、各々の部分電極２１〜
２４は互いに電気的に分離されている。The structure of the electrode 2 used was that shown in the perspective view of FIG. That is, the electrode 2 has four partial electrodes 21 to 2
It is divided into four. Each partial electrode is a 50 cm square stainless steel flat plate, and these are arranged so as to have a square shape as a whole to form a flat plate-shaped electrode. By separating adjacent partial electrodes by 20 mm, each partial electrode 21 to
24 are electrically isolated from each other.
【００６０】高周波電源１から発振された高周波は、分
配器７によって４本の高周波伝送線路に分配される。各
々の高周波伝送線路ごとに設けられた電力モニタ８１〜
８４、整合器９１〜９４および位相調整器７１〜７４を
経て、図３に示すように各々の部分電極２１〜２４の側
端部の給電位置１０に給電される。本例においては、高
周波電力を給電する電極の端部を、図１に示すように、
各電極の側面の略中央とした。各部分電極２１〜２４に
給電する高周波電圧の位相を可変とする位相調整器７１
〜７４はインダクタンスおよびキャパシタンスから構成
される電気回路である。また、各部分電極２１〜２４ご
とに設けられた電力モニタ８１〜８４の値を読み取り、
整合器９１〜９４によって調整することで、各部分電極
２１〜２４に給電される高周波電力が調整される。The high frequency oscillated from the high frequency power source 1 is distributed by the distributor 7 to the four high frequency transmission lines. Power monitor 81 to be provided for each high-frequency transmission line
Power is supplied to the power supply position 10 at the side end of each of the partial electrodes 21 to 24 through the 84, the matching units 91 to 94, and the phase adjusters 71 to 74, as shown in FIG. In this example, as shown in FIG. 1, the ends of the electrodes for supplying high frequency power are
The side surface of each electrode was set at the approximate center. Phase adjuster 71 for varying the phase of the high frequency voltage supplied to each of the partial electrodes 21 to 24
˜74 are electric circuits composed of inductance and capacitance. Further, the values of the power monitors 81 to 84 provided for the partial electrodes 21 to 24 are read,
By adjusting the matching units 91 to 94, the high frequency power supplied to the partial electrodes 21 to 24 is adjusted.
【００６１】本例では、原料ガスにモノシランと水素を
用いて非晶質シリコン薄膜を製膜した。主な製膜条件は
次の通りである。
図４に各部分電極２１〜２４に給電する高周波電圧の波
形図を示す。部分電極２１と部分電極２４に給電する高
周波電圧は同位相である。また、部分電極２２と部分電
極２３に給電する高周波電圧は同位相である。そして、
部分電極２１と部分電極２４に給電する高周波電圧と、
部分電極２２と部分電極２３に給電する電圧とは互いに
位相を１３５°ずらしている。このとき、各部分電極２
１〜２４へ給電される高周波電力が同じとなるように調
整した。In this example, an amorphous silicon thin film was formed by using monosilane and hydrogen as source gases. The main film forming conditions are as follows. FIG. 4 shows a waveform diagram of the high frequency voltage supplied to each of the partial electrodes 21 to 24. The high frequency voltages supplied to the partial electrodes 21 and 24 have the same phase. Further, the high-frequency voltages supplied to the partial electrodes 22 and 23 have the same phase. And
A high-frequency voltage that feeds the partial electrodes 21 and 24,
The voltages supplied to the partial electrodes 22 and 23 are out of phase with each other by 135 °. At this time, each partial electrode 2
The high frequency power supplied to 1 to 24 was adjusted to be the same.
【００６２】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の縦および横方向に対して９等分となるように
切断して膜厚測定用サンプルを８１個作製した。段差計
を用いて、それらのサンプル中心部の膜厚測定を行い、
平均膜厚と膜厚分布を評価した結果、平均膜厚１１００
ｎｍ、膜厚分布は１４％となった。最も膜厚の大きい場
所は、部分電極の間隙部直上であった。なお、８１個の
サンプルの（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）を
膜厚分布として求めた。After the film forming process for 1 hour, the glass substrate on which the amorphous silicon thin film was deposited was taken out from the reaction container 4 and cut into 9 equal parts in the vertical and horizontal directions of the glass substrate. 81 samples for film thickness measurement were prepared. Using a step meter, measure the film thickness at the center of these samples,
As a result of evaluating the average film thickness and the film thickness distribution, the average film thickness 1100
nm, and the film thickness distribution was 14%. The place with the largest film thickness was directly above the gap between the partial electrodes. The (maximum value-minimum value) / (maximum value + minimum value) of 81 samples was determined as the film thickness distribution.
【００６３】（比較例１）主な製膜条件は実施例１と同
様にして、給電する高周波電圧を全て同位相として製膜
を行ったところ、膜厚分布は３５％となった。(Comparative Example 1) The main film forming conditions were the same as in Example 1, and film formation was carried out with all the high-frequency voltages to be fed in the same phase, and the film thickness distribution was 35%.
【００６４】（実施例２）〜（実施例７）
主な製膜条件は実施例１と同様にして、給電する高周波
電圧の位相のずれを９０°、１２０°、１８０°、２２
５°、２４０°、２７０°に変化させた時の膜厚分布を
図５に示す。いずれも部分電極の間隙部直上で膜厚が大
きかったものの、特に位相のずれが１２０°〜２４０°
の範囲では、膜厚分布は１５％程度と良好であった。こ
れらのように、各部分電極ごとに給電する高周波電圧の
位相をずらす、特に望ましくは、位相のずれを１２０°
〜２４０°の範囲とすることで、大面積にわたり均一な
製膜を行うことが可能である。(Embodiment 2) to (Embodiment 7) The main film forming conditions are the same as in Embodiment 1, and the phase shift of the high frequency voltage to be fed is 90 °, 120 °, 180 °, 22.
FIG. 5 shows the film thickness distribution when changed to 5 °, 240 ° and 270 °. In both cases, the film thickness was large right above the gap between the partial electrodes, but especially the phase shift was 120 ° to 240 °.
Within this range, the film thickness distribution was as good as about 15%. As described above, the phase of the high-frequency voltage to be fed to each partial electrode is shifted, and particularly preferably, the phase shift is 120 °.
By setting the range to 240 °, it is possible to perform uniform film formation over a large area.
【００６５】（実施例８）本例に使用したプラズマＣＶ
Ｄ装置の構成図を図６に示す。ガス導入手段５１と真空
排気手段５２を備えたステンレス鋼製の反応容器４内部
に、複数の部分電極２１〜２４に分割されてなる平板状
の高周波電極２を配置した。平板状高周波電極２は、基
板３を載置するステンレス鋼製の基板配設部３１と平行
となるように対向して配置されている。反応容器４と基
板３を載置するステンレス鋼製の基板配設部３１は電気
的に接地されている。一方、複数の部分電極２１〜２４
に分割されてなる高周波電極２は反応容器４と電気的に
絶縁されている。各々の部分電極は５０ｃｍ角のステン
レス鋼平板であり、これらを全体で正方形状となるよう
に配設して、平板状の高周波電極とする。隣り合う部分
電極を２０ｍｍ離間し、その間隙部に比誘電率９．７の
アルミナ磁器からなる誘電体６を配置することで、各々
の部分電極２１〜２４は互いに電気的に分離されてい
る。Example 8 Plasma CV used in this example
FIG. 6 shows a configuration diagram of the D device. A flat plate-shaped high-frequency electrode 2 divided into a plurality of partial electrodes 21 to 24 was arranged inside a stainless steel reaction vessel 4 equipped with a gas introduction unit 51 and a vacuum exhaust unit 52. The flat plate-shaped high frequency electrode 2 is arranged so as to be parallel to the stainless steel substrate mounting portion 31 on which the substrate 3 is mounted. The stainless steel substrate mounting portion 31 on which the reaction container 4 and the substrate 3 are mounted is electrically grounded. On the other hand, the plurality of partial electrodes 21 to 24
The high-frequency electrode 2 divided into two parts is electrically insulated from the reaction container 4. Each partial electrode is a 50 cm square stainless steel flat plate, and these are arranged so as to have a square shape as a whole to form a flat plate-shaped high frequency electrode. Adjacent partial electrodes are separated from each other by 20 mm, and the dielectric 6 made of alumina porcelain having a relative dielectric constant of 9.7 is arranged in the gap so that the partial electrodes 21 to 24 are electrically separated from each other.
【００６６】誘電体６は昇降機構６１により、上下に昇
降可能である。昇降機構６１は高真空直線導入端子（図
示せず）により真空を破らずに手動で昇降可能な機構と
した。本例における高周波電極と誘電体の斜視構造を図
７に示す。誘電体６の表面と部分電極２１〜２４の表面
の相対距離をＸｍｍで表わす。本例においては、誘電体
６の表面と部分電極の表面の相対距離は０ｍｍとした。
本例において誘電体６は、部分電極の間隙を完全に埋め
ているため、部分電極と接しており、かつ、アース電位
である反応容器４の壁とも昇降機構６１を通じて接した
構造となっている。しかし、部分電極および、装置壁と
接していることは、本質的ではなく、部分電極に接して
いない場合においても、あるいは装置壁に接していない
場合においても、本発明の効果は得られる。The dielectric 6 can be moved up and down by the lifting mechanism 61. The elevating mechanism 61 is a mechanism that can be manually moved up and down without breaking the vacuum by a high-vacuum linear introduction terminal (not shown). FIG. 7 shows a perspective structure of the high frequency electrode and the dielectric in this example. The relative distance between the surface of the dielectric 6 and the surfaces of the partial electrodes 21 to 24 is represented by Xmm. In this example, the relative distance between the surface of the dielectric 6 and the surface of the partial electrode was set to 0 mm.
In this example, since the dielectric 6 completely fills the gap between the partial electrodes, the dielectric 6 is in contact with the partial electrodes and also with the wall of the reaction container 4 at the ground potential through the elevating mechanism 61. . However, the contact with the partial electrode and the device wall is not essential, and the effect of the present invention can be obtained even when not in contact with the partial electrode or when not in contact with the device wall.
【００６７】高周波電源１から発振された高周波は、分
配器７によって４本の高周波伝送線路に分配され、各々
の高周波伝送線路ごとに設けられた電力モニタ８１〜８
４、整合器９１〜９４および位相調整器７１〜７４を経
て、各々の部分電極２１〜２４の端部に給電される。本
例においては、高周波電力を給電する電極の端部を、図
７に示す各電極の側面の略中央とした。各部分電極２１
〜２４に給電する高周波電圧の位相を可変とする位相調
整器７１〜７４はインダクタンスおよびキャパシタンス
から構成される電気回路である。また、各部分電極２１
〜２４ごとに設けられた電力モニタ８１〜８４の値を読
み取り、整合器９１〜９４によって調整することで、各
部分電極２１〜２４に給電される高周波電力が調整され
る。The high frequency oscillated from the high frequency power supply 1 is distributed by the distributor 7 to the four high frequency transmission lines, and the power monitors 81 to 8 provided for the respective high frequency transmission lines.
4, through the matching units 91 to 94 and the phase adjusters 71 to 74, power is supplied to the ends of the partial electrodes 21 to 24. In this example, the ends of the electrodes for supplying the high-frequency power were set at the approximate center of the side surface of each electrode shown in FIG. 7. Each partial electrode 21
The phase adjusters 71 to 74 that change the phase of the high-frequency voltage that is fed to 24 are electric circuits composed of inductance and capacitance. In addition, each partial electrode 21
By reading the values of the power monitors 81 to 84 provided for each .about.24 and adjusting them by the matching devices 91 to 94, the high frequency power supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 is adjusted.
【００６８】本例では、原料ガスにモノシランと水素を
用いて非晶質シリコン薄膜を製膜した。製膜条件は、実
施例１と同じとした。そして、各部分電極２１〜２４に
給電する高周波電圧も実施例１と同じとした。すなわ
ち、部分電極２１と部分電極２４に給電する高周波電圧
は同位相、部分電極２２と部分電極２３に給電する高周
波電圧は同位相である。そして、部分電極２１と部分電
極２４に給電する高周波電圧と、部分電極２２と部分電
極２３に給電する電圧とは互いに位相を１３５°ずらし
ている。このとき、各部分電極２１〜２４へ給電される
高周波電力が同じとなるように調整した。In this example, an amorphous silicon thin film was formed by using monosilane and hydrogen as source gases. The film forming conditions were the same as in Example 1. The high-frequency voltage supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 was also the same as in Example 1. That is, the high frequency voltage supplied to the partial electrodes 21 and 24 is in phase, and the high frequency voltage supplied to the partial electrodes 22 and 23 is in phase. The high-frequency voltage that feeds the partial electrodes 21 and 24 and the voltage that feeds the partial electrodes 22 and 23 are out of phase with each other by 135 °. At this time, the high frequency power supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 was adjusted to be the same.
【００６９】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の縦および横方向に対して９等分となるように
切断して膜厚測定用サンプルを８１個作製した。段差計
を用いて、それらのサンプル中心部の膜厚測定を行い、
平均膜厚と膜厚分布を評価した結果、平均膜厚１０００
ｎｍ、膜厚分布は９．５％となった。これは、部分電極
間に誘電体を挿入したことにより、部分電極の間隙部直
上の膜厚の増大が抑制されたためだと考えられる。After the film forming process for 1 hour, the glass substrate on which the amorphous silicon thin film was deposited was taken out from the reaction container 4 and cut into 9 equal parts in the vertical and horizontal directions of the glass substrate. 81 samples for film thickness measurement were prepared. Using a step meter, measure the film thickness at the center of these samples,
As a result of evaluating the average film thickness and the film thickness distribution, the average film thickness 1000
nm, and the film thickness distribution was 9.5%. It is considered that this is because the dielectric material was inserted between the partial electrodes to suppress an increase in the film thickness immediately above the gap between the partial electrodes.
【００７０】（実施例９）〜（実施例１４）
主な製膜条件は実施例８と同様にして、誘電体６を昇降
させ、誘電体６の面と部分電極２１〜２４の面との相対
距離を変化させたときの膜厚分布を図８に示す。誘電体
面の位置は、部分電極面を原点の０とし、基板３に近づ
く向きを正の方向として表わし、−０．５、０．５、
１、２、３、４ｍｍの６点でサンプルを作製した。図８
には、誘電体面の位置０ｍｍの実施例８、および誘電体
の挿入されていない実施例１も含めて表示している。(Example 9) to (Example 14) The main film forming conditions are the same as in Example 8, and the dielectric 6 is moved up and down so that the surface of the dielectric 6 and the surfaces of the partial electrodes 21 to 24 are separated. FIG. 8 shows the film thickness distribution when the relative distance is changed. Regarding the position of the dielectric surface, the partial electrode surface is set to 0 of the origin, and the direction approaching the substrate 3 is expressed as a positive direction, -0.5, 0.5,
Samples were prepared at 6 points of 1, 2, 3, 4 mm. Figure 8
In addition, Example 8 in which the position of the dielectric surface is 0 mm and Example 1 in which the dielectric is not inserted are shown in FIG.
【００７１】図８より、誘電体が基板方向に突出してい
ることが望ましく、とりわけ、本例においては突出長が
３ｍｍ以下である場合に、膜厚分布は１０％未満と良好
であり、突出長２ｍｍのとき膜厚分布は最小で５％とな
った。誘電体の突出長と各部分電極の間隙部での膜厚と
の関係は、突出長が大きくなるにしたがって、間隙部で
の膜厚が小さくなる結果が得られた。本例においては、
誘電体の突出長が３ｍｍを超えると、各部分電極の間隙
部での膜厚が部分電極面上での膜厚よりも小さくなっ
た。誘電体の突出長を大きくすることで、隣り合う部分
電極間にかかる電界を抑制する効果が大きくなるためで
ある。From FIG. 8, it is desirable that the dielectric material projects in the direction of the substrate. Particularly, in this example, when the projection length is 3 mm or less, the film thickness distribution is as good as less than 10%. When the thickness was 2 mm, the film thickness distribution was 5% at the minimum. As for the relationship between the protrusion length of the dielectric and the film thickness in the gap portion of each partial electrode, it was found that the film thickness in the gap portion decreased as the protrusion length increased. In this example,
When the protrusion length of the dielectric exceeded 3 mm, the film thickness in the gap between the partial electrodes was smaller than that on the partial electrode surface. This is because by increasing the protrusion length of the dielectric, the effect of suppressing the electric field applied between the adjacent partial electrodes becomes greater.
【００７２】（実施例１５）図９に、本例に使用したプ
ラズマＣＶＤ装置の模式図を示す。本例のプラズマＣＶ
Ｄ装置は、変調用電源１５を備えており、高周波電源１
から供給される高周波電圧をパルス変調することによ
り、各部分電極２１〜２４の端部に給電する高周波電圧
をパルス状にオン・オフして繰り返し給電することがで
きる。本例においては、図７に示した高周波電極２を用
い、誘電体の突出長を２ｍｍとした。本例では、各部分
電極２１〜２４に給電する高周波電圧に対して、デュー
ティー比５０％、１００ｋＨｚのパルス変調を行った。
オン・オフするタイミングは各部分電極２１〜２４で同
じとした。それ以外の条件は実施例１と同様にして製膜
した結果、膜厚分布は４％であった。また、パウダーの
発生も認められなかった。(Embodiment 15) FIG. 9 shows a schematic view of the plasma CVD apparatus used in this embodiment. Plasma CV of this example
The D device is equipped with a modulation power supply 15, and the high frequency power supply 1
By pulse-modulating the high-frequency voltage supplied from, the high-frequency voltage supplied to the ends of the partial electrodes 21 to 24 can be repeatedly turned on and off in a pulsed manner. In this example, the high frequency electrode 2 shown in FIG. 7 was used, and the protrusion length of the dielectric was 2 mm. In this example, pulse modulation with a duty ratio of 50% and 100 kHz was performed on the high frequency voltage supplied to each of the partial electrodes 21 to 24.
The timing of turning on and off was the same for each of the partial electrodes 21 to 24. Other conditions were the same as in Example 1, and as a result, the film thickness distribution was 4%. Moreover, generation of powder was not observed.
【００７３】（実施例１６）本例に使用したプラズマＣ
ＶＤ装置の略断面図を図１０に示す。ガス導入手段５１
と真空排気手段５２を備えたステンレス鋼製の反応容器
４内部に、複数の部分電極２１〜２４に分割されてなる
平板状の高周波電極２を配置した。また、その複数の部
分電極の両主面側に基板３、１３を載置するステンレス
鋼製の基板配設部３１、１４を、高周波電極２に平行と
なるように対向して配置した。反応容器４と基板３、１
３を載置するステンレス鋼製の基板配設部３１、１４は
電気的に接地されている。一方、複数の部分電極２１〜
２４に分割されてなる高周波電極２は反応容器４と電気
的に絶縁されている。図１１に示すように、高周波電極
２の部分電極は５０ｃｍ角のステンレス鋼平板であり、
これらを全体で正方形状となるように配設して、平板状
の高周波電極とする。隣り合う部分電極を２０ｍｍ離間
し、その間隙部に比誘電率９．７のアルミナ磁器からな
る誘電体６を挿入することで、各々の部分電極２１〜２
４は互いに電気的に分離されている。本例における高周
波電極と誘電体の斜視構造を図１１に示す。誘電体６
は、複数の部分電極の両主面側において、部分電極表面
より基板側へ２ｍｍ突出している。Example 16 Plasma C used in this example
A schematic sectional view of the VD device is shown in FIG. Gas introduction means 51
A flat plate-shaped high-frequency electrode 2 divided into a plurality of partial electrodes 21 to 24 was arranged inside a stainless steel reaction container 4 equipped with a vacuum exhaust means 52. Further, stainless steel substrate mounting portions 31 and 14 on which the substrates 3 and 13 are mounted are disposed so as to be parallel to the high-frequency electrode 2 on both main surface sides of the plurality of partial electrodes. Reaction container 4 and substrates 3, 1
The stainless steel substrate mounting portions 31 and 14 on which the 3 is mounted are electrically grounded. On the other hand, the plurality of partial electrodes 21 to
The high frequency electrode 2 divided into 24 is electrically insulated from the reaction container 4. As shown in FIG. 11, the partial electrode of the high frequency electrode 2 is a 50 cm square stainless steel flat plate,
These are arranged so as to have a square shape as a whole to form a flat plate-shaped high frequency electrode. Adjacent partial electrodes are separated by 20 mm, and the dielectric 6 made of alumina porcelain having a relative permittivity of 9.7 is inserted into the gap to form the partial electrodes 21 to 2 respectively.
4 are electrically isolated from each other. FIG. 11 shows a perspective structure of the high frequency electrode and the dielectric in this example. Dielectric 6
On both main surface sides of the plurality of partial electrodes, 2 mm protrudes from the partial electrode surface toward the substrate side.
【００７４】高周波電源１から発振された高周波は、分
配器７によって４本の高周波伝送線路に分配され、各々
の高周波伝送線路ごとに設けられた電力モニタ８１〜８
４、整合器９１〜９４および位相調整器７１〜７４を経
て、各々の部分電極２１〜２４の端部に給電される。本
例においては、高周波電力を給電する電極の端部を、図
１１に示す各電極の側面の略中央とした。各部分電極２
１〜２４に給電する高周波電圧の位相を可変とする位相
調整器７１〜７４はインダクタンスおよびキャパシタン
スから構成される電気回路である。また、各部分電極２
１〜２４ごとに設けられた電力モニタ８１〜８４の値を
読み取り、整合器９１〜９４によって調整することで、
各部分電極２１〜２４に給電される高周波電力が調整さ
れる。The high frequency oscillated from the high frequency power supply 1 is distributed by the distributor 7 to the four high frequency transmission lines, and the power monitors 81 to 8 provided for the respective high frequency transmission lines.
4, through the matching units 91 to 94 and the phase adjusters 71 to 74, power is supplied to the ends of the partial electrodes 21 to 24. In this example, the ends of the electrodes for supplying high-frequency power were set at the approximate center of the side surface of each electrode shown in FIG. Each partial electrode 2
The phase adjusters 71 to 74, which make the phase of the high-frequency voltage supplied to 1 to 24 variable, are electric circuits composed of an inductance and a capacitance. In addition, each partial electrode 2
By reading the values of the power monitors 81 to 84 provided for each of 1 to 24 and adjusting them by the matching devices 91 to 94,
The high frequency power supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 is adjusted.
【００７５】本例では、原料ガスにモノシランと水素を
用いて、複数の部分電極の両主面に対向する基板配設部
に配設された２枚のガラス基板に対して、同時に非晶質
シリコン薄膜の製膜を行った。製膜条件は、実施例１と
同じとした。そして、各部分電極２１〜２４に給電する
高周波電圧も実施例１と同じとした。すなわち、部分電
極２１と部分電極２４に給電する高周波電圧は同位相、
部分電極２２と部分電極２３に給電する高周波電圧は同
位相である。そして、部分電極２１と部分電極２４に給
電する高周波電圧と、部分電極２２と部分電極２３に給
電する電圧とは互いに位相を１３５°ずらしている。こ
のとき、各部分電極２１〜２４へ給電される高周波電力
が同じとなるように調整した。In the present example, monosilane and hydrogen were used as the source gas, and two glass substrates arranged in the substrate arrangement portion facing both main surfaces of the plurality of partial electrodes were simultaneously amorphous. A silicon thin film was formed. The film forming conditions were the same as in Example 1. The high-frequency voltage supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 was also the same as in Example 1. That is, the high frequency voltage supplied to the partial electrodes 21 and 24 has the same phase,
The high frequency voltages supplied to the partial electrodes 22 and 23 have the same phase. The high-frequency voltage that feeds the partial electrodes 21 and 24 and the voltage that feeds the partial electrodes 22 and 23 are out of phase with each other by 135 °. At this time, the high frequency power supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 was adjusted to be the same.
【００７６】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積された２枚のガラス基板を反応容器４から取出
し、各々ガラス基板の縦および横方向に対して９等分と
なるように切断して１枚のガラス基板あたりの膜厚測定
用サンプルを８１個作製した。段差計を用いて、それら
のサンプル中心部の膜厚測定を行い、各々のガラス基板
に製膜された非晶質シリコン薄膜の平均膜厚と膜厚分布
を評価した結果、一方は、平均膜厚９５０ｎｍ、膜厚分
布は６．７％が得られ、もう一方は、平均膜厚９７０ｎ
ｍ、膜厚分布は６．５％が得られた。After the film forming process for 1 hour, the two glass substrates on which the amorphous silicon thin film is deposited are taken out from the reaction container 4 and divided into 9 equal parts in the vertical and horizontal directions of the glass substrate. The sample was cut into 81 pieces to prepare 81 samples for film thickness measurement per glass substrate. Using a profilometer, the film thickness at the center of each sample was measured, and the average film thickness and film thickness distribution of the amorphous silicon thin film formed on each glass substrate were evaluated. A thickness of 950 nm and a film thickness distribution of 6.7% were obtained, and the other had an average film thickness of 970 n.
m, and the film thickness distribution was 6.5%.
【００７７】このように、本発明により、複数の部分電
極の両主面に対向するように基板を配設して、同時にプ
ラズマ処理することが可能となり、処理能力が向上す
る。As described above, according to the present invention, it is possible to dispose the substrate so as to face both main surfaces of the plurality of partial electrodes and simultaneously perform the plasma processing, and the processing capacity is improved.
【００７８】上述の各実施例においては、１枚の大きさ
が５０ｃｍ角である正方形状の部分電極を複数枚並べた
ものとしたが、その形状は、長方形、多角形、円形等種
々の形状であってもよく、各部分電極の最大寸法が、給
電する高周波電圧の波長の１／４以下である場合に、特
に顕著な効果が得られる。In each of the above-mentioned embodiments, a plurality of square partial electrodes each having a size of 50 cm square are arranged side by side, but the shapes thereof are various shapes such as rectangle, polygon and circle. In particular, when the maximum size of each partial electrode is ¼ or less of the wavelength of the high frequency voltage to be fed, a particularly remarkable effect can be obtained.
【００７９】（実施例１７）本例では、図９に示すプラ
ズマＣＶＤ装置を用いて、非晶質シリコン薄膜からなる
光電変換層を形成することで、薄膜太陽電池を作製し
た。本例において作製した薄膜太陽電池の略断面図を図
１２に示す。基板として８０ｃｍ角で厚さ１．１ｍｍの
ガラス基板１１を用い、この上に透明電極３２として、
スパッタリング法によりＺｎＯを約１μｍの膜厚となる
ように形成した。その後、透明電極３２が形成された側
が複数の部分電極からなる高周波電極２に対向するよう
に、基板１１をプラズマＣＶＤ装置の反応容器内部に装
入する。透明電極３２の上に、膜厚３０ｎｍのｐ型非晶
質シリコン薄膜３３、膜厚３００ｎｍのｉ型非晶質シリ
コン薄膜３４、膜厚３０ｎｍのｎ型非晶質シリコン薄膜
３５の順に製膜することで光電変換層を形成した。Example 17 In this example, a thin film solar cell was manufactured by forming a photoelectric conversion layer made of an amorphous silicon thin film by using the plasma CVD apparatus shown in FIG. FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view of the thin-film solar cell manufactured in this example. A glass substrate 11 of 80 cm square and 1.1 mm thick is used as a substrate, and a transparent electrode 32 is formed on the glass substrate 11.
ZnO was formed by a sputtering method so as to have a film thickness of about 1 μm. Then, the substrate 11 is loaded into the reaction vessel of the plasma CVD apparatus so that the side on which the transparent electrode 32 is formed faces the high frequency electrode 2 including a plurality of partial electrodes. A p-type amorphous silicon thin film 33 having a film thickness of 30 nm, an i-type amorphous silicon thin film 34 having a film thickness of 300 nm, and an n-type amorphous silicon thin film 35 having a film thickness of 30 nm are sequentially formed on the transparent electrode 32. Thus, the photoelectric conversion layer was formed.
【００８０】ｐ、ｉ、ｎ型各々の非晶質シリコン薄膜の
製膜条件を以下に示す。なお、給電した高周波の周波数
は、いずれの場合も１００ＭＨｚとした。この時の各部
分電極２１〜２４に給電する高周波電圧の波形図を図４
に示す。部分電極２１と部分電極２４に給電する高周波
電圧は同位相である。また、部分電極２２と部分電極２
３に給電する高周波電圧は同位相である。そして、部分
電極２１と部分電極２４に給電する高周波電圧と、部分
電極２２と部分電極２３に給電する電圧とは互いに位相
を１３５°ずらしている。また、ｉ型非晶質シリコン薄
膜３４の製膜の際には、各部分電極２１〜２４に給電す
る高周波電力をパルス変調している。
(１)ｐ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件
高周波電力：０．０５Ｗ／ｃｍ2
変調高周波：なし
原料ガス： ＳｉＨ4 １５０ｓｃｃｍ
Ｈ2 １５００ｓｃｃｍ
Ｂ2Ｈ6（２．０％／Ｈ2） ３００ｓｃｃｍ
製膜圧力：１３３Ｐａ
基板温度：２００℃
ガス圧力：１３３Ｐａ
(２)ｉ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件
高周波電力：０．２Ｗ／ｃｍ2
変調高周波：オン時間＝５０μｓｅｃ オフ時間＝５０μｓｅｃ
原料ガス：ＳｉＨ4 ６００ｓｃｃｍ
Ｈ2 ９００ｓｃｃｍ
製膜圧力：５００Ｐａ
基板温度：２００℃
(３)ｎ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件
高周波電力：０．０４Ｗ／ｃｍ2
変調高周波：なし
原料ガス： ＳｉＨ4 １００ｓｃｃｍ
Ｈ2 １２００ｓｃｃｍ
ＰＨ3（２．０％／Ｈ2） １００ｓｃｃｍ
製膜圧力：１３３Ｐａ
基板温度：２００℃
光電変換層を形成した後、反応容器から基板１１を取り
出し、裏面電極３６として、スパッタリング法によりＡ
ｇを３００ｎｍの厚さとなるように形成した。裏面電極
３６は、光電変換層を一旦透過した光を反射させること
で、発電効率を向上する役割も有している。The film forming conditions for the p, i, and n type amorphous silicon thin films are shown below. The frequency of the supplied high frequency was 100 MHz in each case. FIG. 4 is a waveform diagram of the high-frequency voltage supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 at this time.
Shown in. The high frequency voltages supplied to the partial electrodes 21 and 24 have the same phase. In addition, the partial electrode 22 and the partial electrode 2
The high frequency voltage feeding the 3 is in phase. The high-frequency voltage that feeds the partial electrodes 21 and 24 and the voltage that feeds the partial electrodes 22 and 23 are out of phase with each other by 135 °. Further, when the i-type amorphous silicon thin film 34 is formed, the high frequency power supplied to each of the partial electrodes 21 to 24 is pulse-modulated. (1) Film-forming conditions for p-type amorphous silicon thin film High frequency power: 0.05 W / cm 2 Modulation High frequency: None Raw material gas: SiH 4 150 sccm H 2 1500 sccm B 2 H 6 (2.0% / H 2 ) 300 sccm Film forming pressure: 133 Pa Substrate temperature: 200 ° C. Gas pressure: 133 Pa (2) Film forming conditions for i-type amorphous silicon thin film High frequency power: 0.2 W / cm 2 Modulation high frequency: On time = 50 μsec Off time = 50 μsec Raw material gas : SiH 4 600 sccm H 2 900 sccm Film forming pressure: 500 Pa Substrate temperature: 200 ° C. (3) Film forming conditions for n-type amorphous silicon thin film High frequency power: 0.04 W / cm 2 Modulation high frequency: None Source gas: SiH 4 100 sccm H 2 1200 sccm PH 3 (2.0% / H 2 ) 100 sccm Film forming pressure: 133 Pa Substrate temperature: 200 ° C. Photoelectric conversion After forming the layer, the substrate 11 is taken out from the reaction container and used as the back electrode 36 by sputtering.
g was formed to have a thickness of 300 nm. The back surface electrode 36 also has a role of improving the power generation efficiency by reflecting the light that has once passed through the photoelectric conversion layer.
【００８１】１枚のガラス基板当たり、９個×９個の単
位セル（単位セルの電極サイズ４ｃｍ角）を作成し、そ
の光電変換効率の分布を測定した。図１３は、８１個の
単位セルにおける光電変換効率の平均値を１とした時
の、そのバラツキを示したものである。For each glass substrate, 9 × 9 unit cells (unit cell electrode size 4 cm square) were prepared, and the distribution of photoelectric conversion efficiency was measured. FIG. 13 shows the variation when the average value of the photoelectric conversion efficiencies in 81 unit cells is 1.
【００８２】(比較例２)図１５に示した従来のプラズマ
ＣＶＤ装置を用い、実施例１７と同様の製膜条件で作製
した場合における、８１個の単位セルにおける光電変換
効率のバラツキを、図１４に示す。(Comparative Example 2) A variation in photoelectric conversion efficiency in 81 unit cells when the conventional plasma CVD apparatus shown in FIG. 15 was used and the film forming conditions similar to those in Example 17 were used. 14 shows.
【００８３】図１３と図１４とを比較することにより、
本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いて作製した薄膜太陽
電池の光電変換効率のばらつきは、従来のプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いた場合よりも小さくなることが分かる。こ
の結果、本発明のプラズマＣＶＤ装置およびプラズマＣ
ＶＤ方法により、歩留の向上をなし得ることを確認でき
た。By comparing FIG. 13 and FIG. 14,
The variation in photoelectric conversion efficiency of the thin-film solar cell manufactured by using the plasma CVD apparatus of the present invention is different from that of the conventional plasma CV.
It can be seen that it is smaller than when the D device is used. As a result, the plasma CVD apparatus and plasma C of the present invention
It was confirmed that the VD method can improve the yield.
【００８４】本例では、本発明のプラズマＣＶＤ装置お
よびプラズマＣＶＤ方法を、非晶質シリコン薄膜を光電
変換層とする薄膜太陽電池の製造プロセスに適用した
が、本発明の効果はこれに限らない。例えば、多結晶シ
リコン薄膜の製膜、あるいは非晶質シリコン薄膜や多結
晶シリコン薄膜のエッチング等においても、半導体装置
の大型化や処理能力向上に対応した被処理面積の大型化
や処理速度の向上、および処理品質の向上が可能であ
り、本発明により、膜堆積やエッチング等のプラズマ処
理工程において、歩留まり、信頼性、量産性が向上され
ることは言うまでもない。また、薄膜太陽電池の製造プ
ロセスのみならず、薄膜トランジスタ等の製造プロセス
に適用できることは言うまでもない。In this example, the plasma CVD apparatus and the plasma CVD method of the present invention were applied to the manufacturing process of a thin film solar cell using an amorphous silicon thin film as a photoelectric conversion layer, but the effect of the present invention is not limited to this. . For example, in forming a polycrystalline silicon thin film or etching an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film, the area to be processed is increased and the processing speed is increased in response to the increase in the size of the semiconductor device and the improvement in the processing capacity. It is needless to say that the yield, reliability and mass productivity can be improved in the plasma processing process such as film deposition and etching by the present invention. Further, it goes without saying that the present invention can be applied not only to the manufacturing process of thin film solar cells but also to the manufacturing process of thin film transistors and the like.
【００８５】[0085]
【発明の効果】本発明により、高周波電極を構成する複
数の部分電極の端部に高周波電力を給電し、各部分電極
に給電する高周波電圧の位相をずらすことにより、各部
分電極面上の間隙に近い部分におけるプラズマの不均一
を解消するプラズマ処理装置が提供される。According to the present invention, high-frequency power is supplied to the end portions of a plurality of partial electrodes forming a high-frequency electrode, and the phase of the high-frequency voltage supplied to each partial electrode is shifted, so that the gap on each partial electrode surface is increased. Provided is a plasma processing apparatus that eliminates the non-uniformity of plasma in a portion close to.
【００８６】したがって、本発明により、半導体装置製
造プロセスにおける製膜およびエッチング工程等のプラ
ズマ処理工程において、半導体装置の大型化や処理能力
向上に対応した被処理面積の大型化や処理量・処理速度
の向上、および処理品質の向上が可能であり、その結
果、歩留まり、信頼性、量産性を向上させることが可能
となる。Therefore, according to the present invention, in a plasma processing process such as a film forming process and an etching process in a semiconductor device manufacturing process, the area to be processed is increased and the processing amount and the processing speed are increased corresponding to the increase in the size of the semiconductor device and the improvement of the processing capability. And the processing quality can be improved, and as a result, the yield, reliability and mass productivity can be improved.
【００８７】また、複数の部分電極の間隙に誘電体を配
置することにより、さらに均一なプラズマ分布を得るこ
とができる。さらに、部分電極間の誘電体を部分電極の
面から基板側に突き出させることにより、いっそう均一
性に優れたプラズマを得ることができる。また、部分電
極に給電する高周波電力をパルス状に変調することによ
り、大面積にわたって均一なプラズマ処理が可能とな
る。Further, by disposing the dielectric in the gap between the plurality of partial electrodes, a more uniform plasma distribution can be obtained. Furthermore, by making the dielectric material between the partial electrodes protrude toward the substrate side from the surface of the partial electrodes, it is possible to obtain plasma with even better uniformity. Further, by modulating the high frequency power supplied to the partial electrodes in a pulse shape, it is possible to perform uniform plasma processing over a large area.
【図１】 本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ
装置の電極の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a plasma CVD according to an embodiment of the present invention.
It is a perspective view which shows the structure of the electrode of an apparatus.
【図２】 本発明の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ
装置の電極面での電界Ｅxの強度分布を示す図である。FIG. 2 is a plasma CVD according to an embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the intensity distribution of the electric field Ex on the electrode surface of an apparatus.
【図３】 本発明の実施例１におけるプラズマＣＶＤ装
置を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a plasma CVD apparatus in Embodiment 1 of the present invention.
【図４】 図３のプラズマＣＶＤ装置における各々の部
分電極に印可する高周波電圧の波形図である。4 is a waveform diagram of a high frequency voltage applied to each partial electrode in the plasma CVD apparatus of FIG.
【図５】 各々の部分電極に印可する高周波電圧の位相
のずれと膜厚分布の相関図である。FIG. 5 is a correlation diagram between a phase shift of a high frequency voltage applied to each partial electrode and a film thickness distribution.
【図６】 本発明の別の態様である実施例８におけるプ
ラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a plasma CVD apparatus in an eighth embodiment which is another aspect of the present invention.
【図７】 図６のプラズマＣＶＤ装置の電極部分の斜視
図である。7 is a perspective view of an electrode portion of the plasma CVD apparatus of FIG.
【図８】 本発明の実施例９〜１４において、部分電極
間に配置した誘電体の部分電極面よりの突出長と膜厚分
布の相関図である。FIG. 8 is a correlation diagram between the projection length of the dielectric material arranged between the partial electrodes from the partial electrode surface and the film thickness distribution in Examples 9 to 14 of the present invention.
【図９】 本発明のさらに別の態様である実施例１５お
よび実施例１７におけるプラズマＣＶＤ装置の構成図で
ある。FIG. 9 is a configuration diagram of a plasma CVD apparatus in Embodiments 15 and 17 which is still another aspect of the present invention.
【図１０】 本発明のさらに別の態様である実施例１６
におけるプラズマＣＶＤ装置の構成図である。FIG. 10 is Example 16 which is still another aspect of the present invention.
2 is a configuration diagram of a plasma CVD apparatus in FIG.
【図１１】 図１０のプラズマＣＶＤ装置の電極部分の
斜視図である。11 is a perspective view of an electrode portion of the plasma CVD apparatus of FIG.
【図１２】 本発明の実施例１７における半導体装置で
ある薄膜太陽電池の断面構成図である。FIG. 12 is a cross-sectional configuration diagram of a thin-film solar cell that is a semiconductor device according to example 17 of the present invention.
【図１３】 本発明の実施例１７において作製した薄膜
太陽電池における光電変換効率のばらつき分布図であ
る。FIG. 13 is a distribution distribution diagram of photoelectric conversion efficiency in a thin film solar cell manufactured in Example 17 of the present invention.
【図１４】 図１３の光電変換効率のばらつき分布と比
較するために従来のプラズマＣＶＤ方法により作製した
薄膜太陽電池の光電変換効率のばらつき分布図である。14 is a distribution distribution diagram of photoelectric conversion efficiency of a thin-film solar cell manufactured by a conventional plasma CVD method for comparison with the distribution distribution of photoelectric conversion efficiency of FIG.
【図１５】 従来のプラズマＣＶＤ装置の構成図であ
る。FIG. 15 is a block diagram of a conventional plasma CVD apparatus.
【図１６】 従来のプラズマＣＶＤ装置における電極面
上の電界Ｅxの強度分布を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an intensity distribution of an electric field Ex on an electrode surface in a conventional plasma CVD apparatus.
１ 高周波電源、２ 電極（高周波電極）、２１〜２４
部分電極、３，１３基板、４ 反応容器、６ 誘電
体、６１ 誘電体の昇降機構、１０ 給電位置（給電
点）、１１ ガラス基板、３１，１４ 基板配設部、１
５ 変調用電源、５１ ガス導入手段、５２ ガス排気
手段、６１ 昇降機構、７ 分配器、８１〜８４ 電力
モニタ、９１〜９４ 整合器、７１〜７４ 位相調整
器、３２ 透明電極、３３ ｐ型非晶質シリコン、３４
ｉ型非晶質シリコン、３５ ｎ型非晶質シリコン、３
６ 裏面電極。1 high frequency power supply, 2 electrodes (high frequency electrodes), 21 to 24
Partial electrodes, 3, 13 substrates, 4 reaction vessels, 6 dielectrics, 61 dielectric raising / lowering mechanism, 10 feeding positions (feeding points), 11 glass substrates, 31 and 14 substrate placement parts, 1
5 modulation power source, 51 gas introducing means, 52 gas exhausting means, 61 lifting mechanism, 7 distributor, 81-84 power monitor, 91-94 matching device, 71-74 phase adjuster, 32 transparent electrode, 33 p-type non Crystalline silicon, 34
i-type amorphous silicon, 35 n-type amorphous silicon, 3
6 Back electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲増 崇 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA30 CA06 FA03 JA03 JA18 JA19 5F004 AA01 AA16 BA06 BA07 BB13 BB18 BC08 CA03 CA05 5F045 AA08 AB04 AC01 AD06 AE21 AF07 BB02 BB08 BB09 CA13 EH04 EH07 EH08 EH14 EH19 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Takashi Inamasu 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside the company F-term (reference) 4K030 AA06 AA17 BA30 CA06 FA03 JA03 JA18 JA19 5F004 AA01 AA16 BA06 BA07 BB13 BB18 BC08 CA03 CA05 5F045 AA08 AB04 AC01 AD06 AE21 AF07 BB02 BB08 BB09 CA13 EH04 EH07 EH08 EH14 EH19
Claims (16)
基板に処理を施す処理室とを備え、前記処理室内におい
て、電極に前記高周波電源から高周波電力を給電してプ
ラズマを発生し、前記基板にプラズマ処理を施すプラズ
マ処理装置であって、 前記電極が、所定の間隙をあけて位置する複数の部分電
極から構成され、 前記高周波電力が前記部分電極の各々に印加される印加
点が、前記電極の外周端部に位置し、 隣り合って位置する前記２つの部分電極に印加される高
周波電圧の位相が異なるように、前記高周波電力の給電
経路に位相差生成手段を備える、プラズマ処理装置。1. A high frequency power source and a processing chamber for processing a substrate disposed in a substrate mounting portion, wherein high frequency power is supplied from the high frequency power source to electrodes in the processing chamber to generate plasma. A plasma processing apparatus for performing plasma processing on the substrate, wherein the electrode is composed of a plurality of partial electrodes positioned with a predetermined gap, and the high frequency power is applied to each of the partial electrodes. However, the plasma is provided with a phase difference generating means in the feeding path of the high frequency power so that the phases of the high frequency voltages applied to the two partial electrodes positioned adjacent to each other at the outer peripheral end of the electrode are different from each other. Processing equipment.
を結ぶ交差する線状間隙によって分割され隔てられた形
状および配置を有する、部分四角形の部分電極４つを備
え、 前記印加点は、前記部分電極の外縁辺に１つずつ設けら
れ、その配置が、前記四角形の第１の辺に対応する位置
に２つ、その第１の辺に対向する第２の辺に対応する位
置に２つとされている、請求項１に記載のプラズマ処理
装置。2. The electrode comprises four partial quadrilateral partial electrodes each having a shape and arrangement in which a quadrilateral is divided and intersected by intersecting linear gaps connecting centers of opposite sides, and the application point is the One each is provided on the outer edge side of the partial electrode, and its arrangement is two at a position corresponding to the first side of the quadrangle and two at a position corresponding to a second side opposite to the first side. The plasma processing apparatus according to claim 1, which is provided.
２４０°の範囲内である、請求項１または２に記載のプ
ラズマ処理装置。3. The phase difference between the high frequency voltages is 120 to
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is in the range of 240 °.
た誘電体を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のプ
ラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a dielectric material arranged in a gap between the adjacent partial electrodes.
面よりも前記基板配設部側に突き出ている、請求項１〜
４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。5. The dielectric material projects from the main surfaces of the partial electrodes on both sides of the dielectric material toward the substrate mounting portion side.
4. The plasma processing apparatus according to any one of 4 above.
ぶ高周波伝送路に、前記高周波電力をパルス状に変調す
る変調電源が配設されている、請求項１〜５のいずれか
に記載のプラズマ処理装置。6. The modulation power supply for modulating the high frequency power in a pulse shape is arranged in a high frequency transmission path connecting the high frequency power supply and the partial electrode. Plasma processing equipment.
面側において所定の距離をあけて対向する第１の基板配
設部と、前記電極の他方の主面側において所定の距離を
あけて対向する第２の基板配設部とから構成される、請
求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。7. The first substrate arrangement portion, wherein the substrate arrangement portion opposes the one principal surface side of the electrode with a prescribed distance, and the prescribed distance on the other principal surface side of the electrode. 7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is configured by a second substrate disposing portion that is opposed to the opening.
が、一方の主面側においてその主面よりも前記第１の基
板配設部側に突き出ており、かつ他方の主面においてそ
の主面よりも前記第２の基板配設部側に突き出ている、
請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。8. The dielectric material arranged between the partial electrodes is projected on one main surface side to the first substrate mounting portion side from the main surface side, and is formed on the other main surface side. Protruding from the main surface toward the second substrate mounting portion side,
The plasma processing apparatus according to claim 1.
最大寸法が、前記高周波の波長の１／４以下である、請
求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ処理装置。9. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the maximum dimension that is the maximum crossover length of the partial electrodes is ¼ or less of the wavelength of the high frequency.
００ＭＨｚの範囲であり、前記基板の最大寸法を１ｍ以
上とする、請求項１〜９のいずれかに記載のプラズマ処
理装置。10. The frequency of the high frequency is 20 MHz to 5
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the plasma processing apparatus has a range of 00 MHz and a maximum dimension of the substrate is 1 m or more.
て位置する複数の部分電極から構成される電極に高周波
電源から高周波電力を給電し、前記処理室内に導入した
気体からプラズマを発生し、基板にプラズマ処理を施す
プラズマ処理方法であって、 前記気体を前記処理室に導入する工程と、 前記電極の外周端部である前記部分電極の端部の印加点
に、隣り合って位置する前記２つの部分電極の位相が異
なるように高周波電圧を印加し、前記高周波電力を給電
して前記気体のプラズマを生成する工程とを備える、プ
ラズマ処理方法。11. A high frequency power is supplied from a high frequency power source to an electrode composed of a plurality of partial electrodes positioned with a predetermined gap in the processing chamber, and plasma is generated from the gas introduced into the processing chamber to generate a substrate. A plasma treatment method for subjecting the gas to the treatment chamber; and a step of introducing the gas into the treatment chamber and applying the gas to the treatment chamber. Applying a high frequency voltage so that the phases of the two partial electrodes are different, and supplying the high frequency power to generate the plasma of the gas.
れる高周波電圧の位相の差を１２０°〜２４０°の範囲
として前記基板にプラズマ処理を施す、請求項１１に記
載のプラズマ処理方法。12. The plasma processing method according to claim 11, wherein the substrate is subjected to plasma processing with a phase difference between high frequency voltages supplied to the two adjacent partial electrodes being within a range of 120 ° to 240 °.
５００ＭＨｚの範囲として、前記基板にプラズマ処理を
する、請求項１１または１２に記載のプラズマ処理方
法。13. The frequency of the high frequency is from 20 MHz to
The plasma processing method according to claim 11 or 12, wherein plasma processing is performed on the substrate in a range of 500 MHz.
プラズマ処理方法によってプラズマ処理が施された、基
板。14. A substrate, which has been subjected to plasma processing by the plasma processing method according to claim 11.
プラズマ処理方法によって薄膜が形成された最大寸法が
１ｍ以上の基板であって、その薄膜の膜厚分布が１０％
以内である、基板。15. A substrate having a maximum dimension of 1 m or more on which a thin film is formed by the plasma processing method according to claim 11, and the film thickness distribution of the thin film is 10%.
Within the substrate.
備える、半導体装置。16. A semiconductor device comprising the substrate according to claim 14 or 15.
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