JP2004235380A - 表面処理装置および表面処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】１ｍ×１ｍを越える大面積基板に対しても、非接地電極と接地電極間のプラズマが均一に生成され、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置および表面処理方法を提供することを提供すること。
【解決手段】プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理装置５０において、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈとフレキシブルな第二の同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈとを用いた構成にする。
【選択図】 図１
【解決手段】プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理装置５０において、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈとフレキシブルな第二の同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈとを用いた構成にする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電用ガスのグロー放電プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置及び表面処理方法に関する。本発明は、特に、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの高周波電力により生じさせた放電用ガスのグロー放電によって、プラズマを生成する反応性プラズマによる表面処理装置及び表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、ＬＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶ディスプレィ）、アモルファスＳｉ系太陽電池、薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池、複写機用感光体及び各種情報記録デバイスなどの分野にて既に実用化されている。
【０００３】
上記表面処理の技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質など多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に係る装置及び方法として、グロー放電発生にラダー型（はしご型）電極を用いるものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１〜３に記載のラダー型電極を用いる従来の技術を、図１０〜図１３を参照して説明する。図１０は、従来の技術に係る表面処理装置５０の概念図、図１１は、従来の技術に係る表面処理装置５０の全体図、および図１２は、従来の技術に係る表面処理装置５０の放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線図を示す。図１３は、従来の技術に係る同軸ケーブルの説明図である。
【０００５】
図１０〜図１２において、真空容器１内には、プラズマを発生させるためのはしご型の非接地電極（ラダー型電極と呼ぶ）２と、基板Ｗを支持するとともに該基板Ｗの温度を制御する基板加熱ヒータを内蔵した接地電極１６が配置されている。ここで、前記ラダー型電極２は、外寸法１５００ｍｍ程度×１２５０ｍｍ程度、直径６ｍｍ程度のＳＵＳ棒で製作されている。
【０００６】
また、アースシールド３７は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ排気ポート２４および排気装置２５と組み合わせて使用されることにより、ガス導入管１８ａ、１８ｂより導入されたモノシランガス（ＳｉＨ４）等のガスを接地電極１６およびラダー型電極２でプラズマ化した後、放電ガスおよびその他生成物等を、排気ポート２４を介して排出する機能を有している。
【０００７】
前記ラダー型電極２の下辺、上辺には、図１２に示すように、４個づつ、電力供給点（電力供給箇所）３６ａ〜３６ｄ、３６ｅ〜３６ｈが溶着されている。ラダー型電極２と電力分配器３２との間には、電流導入端子３４ａ〜３４ｈが配置されている。高周波電源１１より、例えば、６０ＭＨｚの電力を第一の同軸ケーブル３０、整合器１０、第二の同軸ケーブル３１、第三の同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈ、および電流導入端子３４ａ〜３４ｈを介して真空容器１内の８本の同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈにより、前記電力供給点３６ａ〜３６ｈへ供給される。
【０００８】
真空容器１内の８本の同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈは、電力伝送損失が小さくて不純物放出がなく、かつフレキシブル機能を持たせるために、図１３に示すように、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈの数珠形状誘電体１１１部は、材料として高純度セラミックスを用いている。
【０００９】
次に、上記の構成を用いて、例えば、ａ−Ｓｉ膜を製膜する場合について説明する。図１０〜図１３に示す装置において、排気装置２５を稼動させて真空容器１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０−５Ｐａ）とする。そして、ガス導入管１８ａ、１８ｂより放電ガスとして、例えば、モノシランガス（ＳｉＨ４）を１０００〜２０００ｃｃ／分程度の流量で供給する。この後、真空容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒ（６．６５〜６６．５Ｐａ）に保ちながら、高周波電源１１から整合器１０および電力分配器３２などを介して、一対のラダー型電極２と接地電極１６間に高周波電力を供給する。その結果、ラダー型電極２と接地電極１６間にＳｉＨ４のグロー放電プラズマが発生する。
【００１０】
ＳｉＨ４がプラズマ化されると、その中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗの表面に吸着・堆積されることによりａ−Ｓｉ膜が形成される。なお、製膜条件として、放電用ガスの混合比、例えば、ＳｉＨ４とＨ２の流量比、圧力、基板温度、およびプラズマ発生電力などを適正化することで、ａ−Ｓｉのみならず、微結晶Ｓｉおよび多結晶Ｓｉを製膜できることは公知である。また、放電用ガスとしてエッチング作用をするガス、例えば、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＣＦ４およびＮＦ３などエッチングガスを用いれば、基板Ｗの表面に所定のエッチング処理を行なえることは公知である。
【００１１】
このような装置により、サイズ１４００ｍｍ程度×１０００ｍｍ程度のガラス基板上に下記表１の製膜条件でａ−Ｓｉ膜が製膜されている。
【００１２】
【表１】
その結果、膜厚分布±１５〜２０％のａ−Ｓｉ膜が得られている。
【００１３】
【特許文献１】特開平４−２３６７８１号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４４６０号公報
【特許文献３】特開２００１−２５７０９８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の表面処理技術、即ち表面処理装置と表面処理方法は、ＬＣＤ、ＬＳＩ、電子複写機及び太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減及び大面積壁掛ＴＶなど性能（仕様）の改善等大面積化及び高速処理化のニーズが年々強まっている。
【００１５】
最近では、上記ニーズに対応する為、産業界のみならず、学会でも特にプラズマＣＶＤ（化学蒸着）技術及びプラズマエッチング技術ともに、ＶＨＦ帯の電源を用いた高密度プラズマＣＶＤの高速製膜技術及び高速プラズマエッチング技術の研究が盛んになっている。
【００１６】
しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在している。図１０〜図１２において、一対の電極、すなわちラダー型電極２と平板上の接地電極１６との間に発生する電界により、放電ガス、例えば、ＳｉＨ４はプラズマ化されて、Ｓｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３、Ｈ、Ｈ２等に分解され、基板Ｗ上に例えば、ａ−Ｓｉ膜が形成される。
【００１７】
しかしながら、サイズが１ｍ×１ｍを越える大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ生成では、ラダー型電極２への電力供給点３６ａ〜３６ｈが図１２に示されているように多数必要であり、かつ、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈは、その長さが２ｍ程度以上になり、かつ、装置の組立ておよびメンテナンス作業の容易さを確保するために、図１３に示されるような高純度セラミックス製の数珠形状誘電体１１１より構成されている。
【００１８】
ここで、高周波の電波特有の現象である表皮効果が５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚになると、より一層顕著になる。すなわち、表皮効果は高周波数の電流が導体の表面近傍のみを流れる現象で、その電流の流れる表面深さδは、ｆ：周波数、μ：透磁率、σ：導電率として、式１にて表される。
δ＝（３．１４×ｆ・μ・σ）−０．５・・・（１）
【００１９】
例えば、導体が銅の場合、その表面深さは１３．５６ＭＨｚで約１９μｍ、５０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで約１０μｍ、１５０ＭＨｚで約５．８μｍである。したがって、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）でのプラズマを用いた表面処理技術では、図１４に模式的に示した高周波電流のように、電極の表面を電流が流れるので、高周波電源１１から電極への電力供給はインピーダンスが増大し、その伝播路での電力損失が著しく大きくなることが推測されるが、ラダー型電極２を用いる場合は、プラズマ生成空間のごく近傍に、電力供給点３６ａ〜３６ｈがあるために、高周波電力の伝播に関するインピーダンス増大は大きくないと考えられる。
【００２０】
しかしながら、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈに、図１３に示すような数多くの数珠形状誘電体１１１を用いていることから、電力損失は、長さ１ｋｍ当りに約１５０ｄＢと大きい。また、図１２に示されているように同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈはＵ字状あるいは直角上に曲げられて接地されることから、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈにおける個々の電力損失の大きさが異なってしまう。
【００２１】
すなわち、電力供給点３６ａ〜３６ｈにおいて、各々同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈからラダー型電極２へ高周波電力が伝送されるときに、伝播路の電力損失の大きさは、互いに異なった値になっている。
【００２２】
したがって、結果的には、電力供給点３６ａ〜３６ｄの近傍では、図１５（Ａ）に示すように、その場所以外に比べて、強い電界が発生し、強いプラズマが発生したり、逆に、電力供給点３６ｅ〜３６ｈの近傍では、弱い電界が発生し、弱いプラズマが生成されたりする。
【００２３】
この現象に起因して、１ｍ×１ｍを越える大面積基板を対象にしたプラズマＣＶＤへの応用では、例えば、ａ−Ｓｉ膜の製膜では、膜厚分布が不均一になり、±１５％程度が限界となっている。
【００２４】
この現象は、同軸ケーブル１本当たりの伝送電力が大きくなるに従い、より一層顕著になり、問題となる。また、この現象は、プラズマＣＶＤへの応用において、圧力が高くなったり、逆に低くなったりすると、図１５（Ｂ）に示すように、ラダー型電極の中央部分に強いプラズマが発生する場合もある。
【００２５】
したがって、電極にラダー型電極を用いる限り、上記の現象の発生により、サイズ１ｍ×１ｍを越える大面積基板を対象にした膜厚分布±１０％を必要とするＶＨＦプラズマを利用した表面処理装置への応用ができないという問題がある。
【００２６】
以上詳述したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要なサイズ１ｍ×１ｍを越える大面積基板に関するプラズマ発生電源のＶＨＦ級高周波数化により製膜速度の向上は依然として困難で、不可能視されている。なお、応用物理学会においても研究が活発化しているが、１ｍ×１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ利用の表面処理方法およびその装置の成功例は発表されていない。
【００２７】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、真空用同軸ケーブルを管状誘電体と数珠状誘電体を用いた構成にすることにより、１ｍ×１ｍを越える大面積基板に対しても、非接地電極と接地電極間のプラズマが均一に生成され、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願第１の発明に係る表面処理装置は、請求項１に記載のとおり、プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理装置において、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用いた構成にしたことを特徴とする。
【００２９】
前記非フレキシブルな第一の同軸ケーブルを採用することにより、前記フレキシブルな第二の同軸ケーブルと比べ、電力損失が小さく、かつ、装置に組立て設置あるいはメンテナンス作業時の組立て調整に際し、取付状態による電気特性変化の影響を極最小に確保できる。前記フレキシブルな第二の同軸ケーブルを採用することにより、前記非フレキシブルな第一の同軸ケーブルと比べ、装置に組立て設置あるいはメンテナンス作業時の組立調整に際し、その作業が容易にすることができる。
【００３０】
また、前記同軸ケーブルの電力損失が減少し、かつ、個々のインピーダンスのばらつきが減少することができ、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化され、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置を提供できる。
【００３１】
同様に、上記の目的を達成するために、請求項２に記載の表面処理装置は、請求項１に記載のいずれか一つの表面処理装置において、前記同軸ケーブルを複数有する場合には、それぞれの同軸ケーブルの長さが略等しいことを特徴とする。このようにすると、前記同軸ケーブルのインピーダンスのばらつきがさらに減少でき、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化され、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置を提供できる。
【００３２】
同様に、上記の目的を達成するために、請求項３に記載の表面処理装置は、請求項１または２に記載のいずれか一つの表面処理装置において、前記電力供給系の一構成である前記第二の同軸ケーブル長さが、供給電力の前記同軸ケーブルにおける波長の１／１０以下であることを特徴とする。
【００３３】
後述するが、フレキシブル構造である第二の同軸ケーブルの長さが、該同軸ケーブルを伝播する電波の波長の１／１０以下であれば、第一の同軸ケーブルと組み合わせて使用する際の電力損失が最小に抑えることができる。なお、第１および第二の同軸ケーブルの内部導体および外部導体の材質としては、電気抵抗の小さい銅およびアルミニウムを用いることが好ましい。
【００３４】
同様に、上記目的を達成するために、請求項４に記載の表面処理装置は、請求項１〜３に記載のいずれか一つの表面処理装置において、前記高周波電力の周波数は、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯に属していることを特徴とする。
【００３５】
ここで、高周波電力の周波数の範囲を上記の範囲としたのは、次の理由による。すなわち、周波数が３０ＭＨｚ未満では、電子温度が高く、高品質のＳｉ系薄膜が得られないからであり、またプラズマ密度が低く、表面処理の速度が遅いので、応用価値が低いからである。また、周波数が３００ＭＨｚを越えると、電力伝送手段に同軸ケーブルが用いられず、導波管を用いる必要性があり、実用性がないからである。
【００３６】
同様に、上記目的を達成するために、請求項５に記載の表面処理装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の表面処理装置において、アモルファスＳｉ系薄膜、微結晶Ｓｉ系薄膜および多結晶Ｓｉ系薄膜のうちいずれかを製膜することを特徴とする。
【００３７】
同様に、上記目的を達成するために、請求項６に記載の表面処理装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の表面処理装置において、基板として１００ｃｍ×１００ｃｍの面積を超える大面積基板を用い、基板温度を８０℃〜３５０℃にして表面処理を行なうことを特徴とする。
【００３８】
同様に、上記目的を達成するために、請求項７に記載の表面処理方法は、プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理方法において、前記真空容器内を排気する工程と、前記真空容器内に放電用ガスを供給する工程と、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、第一の同軸ケーブルと第二の同軸ケーブルとを用い、電力を供給する工程と、を有することを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る表面処理装置および表面処理方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、表面処理装置および表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なａ−Ｓｉ薄膜を製作する装置および方法が想定されている。但し、当然ながら、本願の発明の対象が、上記具体例の装置および方法に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
まず、図１〜図５を参照して実施例１の表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）５０について説明する。ここで、図１は、本発明の実施例１に係る表面処理装置５０の全体を示す概略図、図２は、前記表面処理装置５０の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図、図３〜図５は、図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図である。
【００４１】
真空容器１は、グロー放電プラズマを発生するための一対の電極、すなわちラダー型電極２と平板型の接地電極１６とが配置されている。ここで、前記接地電極１６は、基板ヒータ（図示せず）を内蔵し、被処理物としての基板Ｗを支持すると共に、基板Ｗの温度を制御する機能を有している。
【００４２】
前記真空容器１内には、反応ガスを放電用の前記ラダー型電極２周辺に導入するガス吐出孔１７に連結したガス導入管１８ａ、１８ｂが配置されている。前記真空容器１には、該真空容器１内の反応ガス等のガスを排気する排気ポート２４を介して真空ポンプなどの排気装置２５が接続されている。
【００４３】
前記真空容器１内には、アースシールド３７が配置されている。このアースシールド３７は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ、前記排気ポート２４および排気装置２５と組み合わせて使用されることにより、上記ガス導入管１８ａ、１８ｂより導入されたＳｉＨ４等反応ガスを一対のラダー型電極２と接地電極１６とでプラズマ化した後、反応ガスおよびその他の生成物等を、前記排気ポート２４と排気装置２５とを介して排出する機能を有している。
【００４４】
真空容器１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニタされ、前記排気装置２５の排気量を調整することにより制御される。なお、前記排気装置２５により、真空容器１内のガスを排出し、前記ガス噴出孔１７から放電用ガスが流量１０００〜５０００ｓｃｃｍ程度供給される場合、圧力を０．０１〜１０Ｔｏｒｒ（１．３３〜１３３０Ｐａ）程度に調整できる。放電用ガスの供給が無い場合、真空容器１内の真空到達圧力は２〜３×１０−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０− ５Ｐａ）程度である。
【００４５】
ラダー型電極２の電力供給点３６には、後述の給電線、電力分配器３２、整合器１０などを介して、高周波電源１１が接続される。高周波電源１１は、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を第一の同軸ケーブル３０、整合器１０、第二の同軸ケーブル３１、第三の同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈおよび電流導入端子３４ａ〜３４ｈを介して、後述の真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈを用いてラダー型電極の電力供給点３６に供給する。
【００４６】
真空容器１内の真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈは、本実施例では、８本で構成されている。その８本の真空用同軸ケーブルは、それぞれ図２に示すように、電流導入端子３４ａ〜３４ｈに接続されている。例えば電流導入端子３４ｅに接続された真空用同軸ケーブル１００ｅは、図３〜図５に示すように第一の同軸管ケーブル１０１ｅ、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ｅおよび第二の同軸管ケーブル１０３ｅより構成されている。ここで、前記第一の同軸管ケーブル１０１ｅ、および前記第二の同軸管ケーブル１０３ｅは非フレキシブルな同軸ケーブルである。
【００４７】
第一および第二の同軸管ケーブル１０１ｅ、１０３ｅは、図４および図５に示すように、内部導体（芯線）１０７、管形状誘電体１０８および外部導体１０９で構成され、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ｅは、内部導体（芯線）１０７、材料として高純度セラミックスを用いた数珠形状誘電体１１１および外部導体１１２で構成されている。なお、例えば、電流導入端子３４ｅとの接続には、第一の同軸管ケーブル１０１ｅの一方の端部にある袋ナット１１０を用いて、また、第二の同軸管ケーブル１０３ｅの一方の端部より内部導体のみをラダー型電極２の電力供給点３６に接続される構造になっている。
【００４８】
同様に、電流導入端子３４ａに接続された真空用同軸ケーブル１００ａは、図３に示すように第一の同軸管ケーブル１０１ａ、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ａおよび第二の同軸管ケーブル１０３ａより構成されている。
【００４９】
次に、上記の構成の表面処理装置５０を用いてａ−Ｓｉ太陽電池を製膜する場合について説明する。
【００５０】
予め、ガス導入管１８ａ、１８ｂからＳｉＨ４ガスを例えば１０００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）で供給しつつ、ラダー型電極２と接地電極１６に高周波電源１１の出力を供給する。例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２ｋＷを、整合器１０、電力分配器３２、同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈ、電流導入端子３４ａ〜３４ｈを介して、それぞれ第一の同軸管ケーブル１０１ａ、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ａおよび第二の同軸管ケーブル１０３ａ、同様に、１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、同様に、１０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃ、同様に、１０１ｄ、１０２ｄ、１０３ｄ、同様に、１０１ｅ、１０２ｅ、１０３ｅ、同様に、１０１ｆ、１０２ｆ、１０３ｆ、同様に、１０１ｇ、１０２ｇ、１０３ｇ、同様に、１０１ｈ、１０２ｈ、１０３ｈを用いて８点の電力供給点３６に供給すると、ラダー型電極２と接地電極１６にＳｉＨ４プラズマが発生する。ここで、基板Ｗの温度は、８０℃〜３５０℃の範囲、例えば、１８０℃に保持する。
【００５１】
ＳｉＨ４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ４、Ｈ２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【００５２】
まず、図１〜図５に示す装置において、排気装置２５を稼動させながら真空容器１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０− ７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０− ５Ｐａ）とする。つづいて、ガス導入管１８ａ、１８ｂより、放電用ガス例えば、ＳｉＨ４ガスを１０００〜５０００ｓｃｃｍ程度の流量で供給する。この後、真空容器１内の圧力を０．０５〜５Ｔｏｒｒ（６．６５〜６６５Ｐａ）に保ちながら、高周波電源１１から電力供給点３６を介してラダー型電極２に高周波電力を供給する。その結果、ラダー型電極２と接地電極１６との間にＳｉＨ４のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、ＳｉＨ４ガスを分解し、基板Ｗの表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。但し、製膜速度は高周波電源１１の周波数および出力にも依存するが、０．５〜４ｎｍ／ｓ程度である。
【００５３】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１００ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００５４】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・電力 ：２ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００５５】
但し、本実施例でのａ−Ｓｉ膜の膜厚分布は、高周波電源１１の周波数および出力にも依存するが、真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈの構成要素であるフレキシブル型同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈの長さに強く依存することが判った。実施例１の製膜試験結果の一例を下記表２に示す。
【００５６】
【表２】
フレキシブル型同軸ケーブルの特性インピーダンス：４８Ω
同軸管ケーブルの特性インピーダンス：４７Ω
真空同軸ケーブルの全長＝（フレキシブル同軸ケーブルの長さ）＋（同軸管ケーブルの長さ）＝約２ｍ
【００５７】
なお、本実施例では、長さ約２ｍの真空同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈとして、長さ約２７ｃｍのフレキシブル型同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈと合計長さ約１７０ｃｍのリジッド型の第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈとを組み合わせて用いることにより、電力損失を減少させ、かつ、８本の長さ約２ｍの真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈにおける電力損失の値にばらつきを少なくしたことにより、一対の電極内に発生するプラズマの強さ分布の一様化を可能としたので、長大面積基板についてのデータが得られた。
【００５８】
上記約２７ｃｍのフレキシブル型同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈ以外、すなわち長さ４５ｃｍおよび長さ６０ｃｍの条件で得られたａ−Ｓｉ膜の膜厚分布は、それぞれ±２０％および±２５％と著しく悪い。このことは、周波数６０ＭＨｚの真空中における同軸ケーブル上の波長（短縮率６０％とする）は、約３ｍであることから、波長の約１／１０以下であれば、膜厚分布に著しく良い結果を生むということを意味している。
【００５９】
（実施例２）
本発明に係る実施例２について、図６を参照しながら説明する。まず、実施例２に係る表面処理装置５０について説明する。但し、図１〜図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００６０】
図６は、本発明の実施例２に係る表面処理装置５０の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図である。図６中の符番１１ａ、１１ｂは、それぞれ独立の関係にある第一の高周波電源、第二の高周波電源を示し、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数の電力をラダー型電極２、接地電極１６へ供給する。前記第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂには、それぞれ第一の整合器１０ａ、第二の整合器１０ｂが接続されている。前記第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂは、それぞれ第一の高周波電源１１ａ、第二の高周波電源１１ｂの出力を、反射波が可能な限り小さくなるようにしてラダー型電極２、接地電極１６へ伝送する。
【００６１】
前記第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂには、それぞれ第一の電力分配器３２ａ、第二の電力分配器３２ｂが接続されている。前記第一、第二の電力分配器３２ａ、３２ｂから伝送された高周波電力を、複数の同軸ケーブル３３ａ〜３３ｄ、同軸ケーブル３３ｅ〜３３ｈに略等分配する。なお、図６に示された高周波電力を供給するための電気配線は、図１〜図５に示された表面処理装置５０の全体図を組み合わせて用いられる。すなわち、実施例２は、前述した実施例１のラダー型電極２への高周波電力の供給系が異なっているのみである。
【００６２】
次に、図３〜図６に示した構成の表面処理装置５０を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉ膜を製膜する方法について説明する。あらかじめ、ガス導入管１８ａ、１８ｂからＳｉＨ４ガスを例えば１０００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）で供給しつつ、ラダー型電極２と接地電極１６に第一の高周波電源１１ａ、第二の高周波電源１１ｂの出力を供給する。例えば周波数７０ＭＨｚの電力、例えばそれぞれ１ｋＷを、第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂ、第一、第二の電力分配器３２ａ、３２ｂ、同軸ケーブル３３ａ〜３３ｄ、電流導入端子３４ａ〜３４ｄを介して、また、同軸ケーブル３３ｅ〜３３ｈ、電流導入端子３４ｅ〜３４ｈを介して、ラダー型電極２と接地電極１６間に供給するとＳｉＨ４プラズマが発生する。
【００６３】
ＳｉＨ４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ４、Ｈ２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【００６４】
まず、図３〜図６に示す装置において、真空ポンプなどの排気装置２５を稼動させながら真空容器１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０− ７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０− ５Ｐａ）とする。つづいて、ガス吐出孔１７より、放電用ガス例えば、モノシランガス（ＳｉＨ４）を１０００〜５０００ｓｃｃｍ程度の流量で供給する。この後、真空容器１内の圧力を０．０５〜５Ｔｏｒｒ（６．６５〜６６５Ｐａ）に保ちながら、第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂから電力供給点３６を介してラダー型電極２に高周波電力を供給する。その結果、ラダー型電極２と接地電極１６との間にＳｉＨ４のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、ＳｉＨ４ガスを分解し、基板Ｗの表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。但し、製膜速度は第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂの周波数および出力にも依存する。
【００６５】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１２０ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００６６】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．３Ｔｏｒｒ（３３．９Ｐａ）
・電源周波数：７０ＭＨｚ
・電力 ：それぞれ、１ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００６７】
ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ及び感光ドラム等の製造では、膜厚分布としては、±１０％以内であれば、性能上問題はない。上記実施例２によれば、７０ＭＨｚを用いても、従来の装置および方法に比べ、著しく良好な膜厚分布が可能になった。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレィおよびおよびａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００６８】
更に、上記実施例２では、第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂの出力周波数は７０ＭＨｚであったが、第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂ、第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂ、第一、第二の電力分配器３２ａ、３２ｂ、同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈ等の構成部品は、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数において応用可能であるから、ａ−Ｓｉ製膜もＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数範囲で十分応用可能である。
【００６９】
なお、上記実施例における製膜条件として、放電ガスの混合比例えばＳｉＨ４とＨ２の流量比、圧力、基板温度、およびプラズマ発生電力等を適正化することで、ａ−Ｓｉのみならず、微結晶Ｓｉおよび多結晶Ｓｉを製膜できることは公知である。
【００７０】
（実施例３）
本発明に係る実施例３は、上記実施例１に係る表面処理装置５０と略同一の構成であるが、図２中の電流導入端子３４ａ〜３４ｈとラダー型電極２の電力供給点３６とを結ぶ真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈの構成要素である第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈの折れ点１０４ａ〜１０４ｈ、１０５ａ〜１０５ｈ、１０６ａ〜１０６ｈでの折れ角が９０°のところを鈍角にした点が異なる。その他の構成は実施例１と同様なのでその説明を省略すると共に、同一の構成要素には同一の符号を付する。本発明に係る実施例３について、図７〜９を参照しながら説明する。
【００７１】
図７〜図９は、高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図である。実施例３での同軸管ケーブル１０１ｅは、折れ点１０４ｅ’で折れ角∠１０４ｅ’１、∠１０４ｅ’２がそれぞれ９０°より大きい鈍角としている。他の折れ点でも同様に鈍角としている。
【００７２】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１００ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±８％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００７３】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・電力 ：２ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００７４】
上記実施例３に示すように膜厚分布±８％のａ−Ｓｉ膜を製膜できたのは、第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈでの電力損失の更なる減少が図られたためである。また、図９（ｂ）のように、折れ点１０６ｅ’’を曲線にて直線部分１０３ｅ１、１０３ｅ２と接続すると、更なる電力損失の減少ができることは明白である。
【００７５】
（実施例４）
本発明に係る実施例４は、上記実施例２に係る表面処理装置５０と略同一の構成であるが、図６中の電流導入端子３４ａ〜３４ｈとラダー型電極２の電力供給点３６とを結ぶ真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈの構成要素である第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈの折れ点１０４ａ〜１０４ｈ、１０５ａ〜１０５ｈ、１０６ａ〜１０６ｈでの折れ角が９０°のところを鈍角にした点が異なる。その他の構成は実施例２と同様なのでその説明を省略すると共に、同一の構成要素には同一の符号を付する。本発明に係る実施例４について、図７〜９を参照しながら説明する。
【００７６】
図７〜図９は、高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図である。実施例３での第一の同軸管ケーブル１０１ｅは、折れ点１０４ｅ’で折れ角∠１０４ｅ’１、∠１０４ｅ’２がそれぞれ９０°より大きい鈍角としている。他の折れ点でも同様に鈍角としている。
【００７７】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１２０ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±６％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００７８】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．３Ｔｏｒｒ（３３．９Ｐａ）
・電源周波数：７０ＭＨｚ
・電力 ：それぞれ、１ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００７９】
上記実施例４に示すように膜厚分布±６％のａ−Ｓｉ膜を製膜できたのは、第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈでの電力損失の更なる減少が図られたためである。また、図９（ｂ）のように、折れ点１０６ｅ’’を曲線にて直線部分１０３ｅ１、１０３ｅ２と接続すると、更なる電力損失の減少ができることは明白である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る表面処理装置（請求項１）によれば、複数本用いられる真空容器内電力供給用同軸ケーブルの個々の同軸ケーブルとして、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用いた構成とすることにより、該同軸ケーブルの電力損失が減少し、かつ、該複数本の同軸ケーブルにおける個々のインピーダンスのばらつきが減少することにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化される。
【００８１】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項２）によれば、前記同軸ケーブルの長さを略等しくすることで、複数本の同軸ケーブルにおける個々のインピーダンスのばらつきがさらに減少することにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さがより一層均一化される。
【００８２】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項３）によれば、前記第二の同軸ケーブル長さを、前記同軸ケーブルにおける波長の１／１０以下とすることにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが著しく均一になる。
【００８３】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項４）によれば、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数を使用するプラズマ現象のメリットを得て、かつ、超大面積基板に対する均一な表面処理を行なうことができる。
【００８４】
したがって、従来困難視されていたＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり超大面積基板に対する均一な表面処理、すなわち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上とが可能となった。この効果は、特に、太陽電池、ＬＣＤ業界での生産性向上に関する貢献度は著しく大きいものである。
【００８５】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項５）によれば、ＬＣＤ、複写機用感光体、太陽電池、ＬＳＩ等薄膜半導体の応用製品の生産性向上および品質・性能向上が図れるという効果が生じるので、前記応用製品の生産コストを著しく低減できる。
【００８６】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項６）によれば、製品のサイズが大きいほど製品価値が増大する、いわゆる大面積画面化が図れ、ＬＣＤ、複写機用感光体および太陽電池等の応用製品製造に提供できるので、新製品の創出という効果が生じる。それゆえ、斯界での工業的価値は極めて大きい。
【００８７】
この発明に係る表面処理方法（請求項７）によれば、プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理方法において、前記真空容器内を排気する工程と、前記真空容器内に放電用ガスを供給する工程と、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用い、電力を供給する工程と、を有するので、該同軸ケーブルの電力損失が減少し、かつ、前記同軸ケーブルにおける個々のインピーダンスのばらつきが減少することにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化される表面処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る表面処理装置の全体を示す概略図。
【図２】前記表面処理装置の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図。
【図３】図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図４】図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図５】図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図６】本発明の実施例２に係る表面処理装置の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図。
【図７】高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図８】高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図９】高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図１０】従来例に係る表面処理装置の概念図。
【図１１】従来の技術に係る表面処理装置の全体図。
【図１２】従来の技術に係る表面処理装置の放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線図。
【図１３】従来の技術に係る同軸ケーブルの説明図。
【図１４】高周波電流の流れを示した図。
【図１５】従来装置における電極周辺部と中央部分との電気特性の相違の説明図。
【符号の説明】
１…真空容器
２…ラダー型電極
１０、１０ａ、１０ｂ…整合器
１１、１１ａ、１１ｂ…高周波電源
１６…接地電極
１７…ガス吐出孔
１８ａ、１８ｂ…ガス導入管
２４…排気ポート
２５…排気装置
３０，３１…同軸ケーブル
３２、３２ａ、３２ｂ…電力分配器
３３ａ〜３３ｈ、３５ａ〜３５ｈ…同軸ケーブル
３４ａ〜３４ｈ…電流導入端子
３６…電力供給点
３７…アースシールド
５０…表面処理装置
１００ａ〜１００ｈ…真空同軸ケーブル
１０１ａ〜１００ｅ…同軸管ケーブル
１０２ａ〜１０２ｅ…フレキシブル型同軸ケーブル
１０３ａ〜１０３ｅ…同軸管ケーブル
１０３ｅ１…直線部分
１０７…内部導体
１０８…管形状誘電体
１０９…外部導体
１１１…数珠形状誘電体
１１２…外部導体
Ｗ…基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電用ガスのグロー放電プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置及び表面処理方法に関する。本発明は、特に、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの高周波電力により生じさせた放電用ガスのグロー放電によって、プラズマを生成する反応性プラズマによる表面処理装置及び表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、ＬＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶ディスプレィ）、アモルファスＳｉ系太陽電池、薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池、複写機用感光体及び各種情報記録デバイスなどの分野にて既に実用化されている。
【０００３】
上記表面処理の技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質など多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に係る装置及び方法として、グロー放電発生にラダー型（はしご型）電極を用いるものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１〜３に記載のラダー型電極を用いる従来の技術を、図１０〜図１３を参照して説明する。図１０は、従来の技術に係る表面処理装置５０の概念図、図１１は、従来の技術に係る表面処理装置５０の全体図、および図１２は、従来の技術に係る表面処理装置５０の放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線図を示す。図１３は、従来の技術に係る同軸ケーブルの説明図である。
【０００５】
図１０〜図１２において、真空容器１内には、プラズマを発生させるためのはしご型の非接地電極（ラダー型電極と呼ぶ）２と、基板Ｗを支持するとともに該基板Ｗの温度を制御する基板加熱ヒータを内蔵した接地電極１６が配置されている。ここで、前記ラダー型電極２は、外寸法１５００ｍｍ程度×１２５０ｍｍ程度、直径６ｍｍ程度のＳＵＳ棒で製作されている。
【０００６】
また、アースシールド３７は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ排気ポート２４および排気装置２５と組み合わせて使用されることにより、ガス導入管１８ａ、１８ｂより導入されたモノシランガス（ＳｉＨ４）等のガスを接地電極１６およびラダー型電極２でプラズマ化した後、放電ガスおよびその他生成物等を、排気ポート２４を介して排出する機能を有している。
【０００７】
前記ラダー型電極２の下辺、上辺には、図１２に示すように、４個づつ、電力供給点（電力供給箇所）３６ａ〜３６ｄ、３６ｅ〜３６ｈが溶着されている。ラダー型電極２と電力分配器３２との間には、電流導入端子３４ａ〜３４ｈが配置されている。高周波電源１１より、例えば、６０ＭＨｚの電力を第一の同軸ケーブル３０、整合器１０、第二の同軸ケーブル３１、第三の同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈ、および電流導入端子３４ａ〜３４ｈを介して真空容器１内の８本の同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈにより、前記電力供給点３６ａ〜３６ｈへ供給される。
【０００８】
真空容器１内の８本の同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈは、電力伝送損失が小さくて不純物放出がなく、かつフレキシブル機能を持たせるために、図１３に示すように、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈの数珠形状誘電体１１１部は、材料として高純度セラミックスを用いている。
【０００９】
次に、上記の構成を用いて、例えば、ａ−Ｓｉ膜を製膜する場合について説明する。図１０〜図１３に示す装置において、排気装置２５を稼動させて真空容器１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０−５Ｐａ）とする。そして、ガス導入管１８ａ、１８ｂより放電ガスとして、例えば、モノシランガス（ＳｉＨ４）を１０００〜２０００ｃｃ／分程度の流量で供給する。この後、真空容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒ（６．６５〜６６．５Ｐａ）に保ちながら、高周波電源１１から整合器１０および電力分配器３２などを介して、一対のラダー型電極２と接地電極１６間に高周波電力を供給する。その結果、ラダー型電極２と接地電極１６間にＳｉＨ４のグロー放電プラズマが発生する。
【００１０】
ＳｉＨ４がプラズマ化されると、その中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗの表面に吸着・堆積されることによりａ−Ｓｉ膜が形成される。なお、製膜条件として、放電用ガスの混合比、例えば、ＳｉＨ４とＨ２の流量比、圧力、基板温度、およびプラズマ発生電力などを適正化することで、ａ−Ｓｉのみならず、微結晶Ｓｉおよび多結晶Ｓｉを製膜できることは公知である。また、放電用ガスとしてエッチング作用をするガス、例えば、ＳＦ６、ＳｉＣｌ４、ＣＦ４およびＮＦ３などエッチングガスを用いれば、基板Ｗの表面に所定のエッチング処理を行なえることは公知である。
【００１１】
このような装置により、サイズ１４００ｍｍ程度×１０００ｍｍ程度のガラス基板上に下記表１の製膜条件でａ−Ｓｉ膜が製膜されている。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【特許文献１】特開平４−２３６７８１号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４４６０号公報
【特許文献３】特開２００１−２５７０９８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の表面処理技術、即ち表面処理装置と表面処理方法は、ＬＣＤ、ＬＳＩ、電子複写機及び太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減及び大面積壁掛ＴＶなど性能（仕様）の改善等大面積化及び高速処理化のニーズが年々強まっている。
【００１５】
最近では、上記ニーズに対応する為、産業界のみならず、学会でも特にプラズマＣＶＤ（化学蒸着）技術及びプラズマエッチング技術ともに、ＶＨＦ帯の電源を用いた高密度プラズマＣＶＤの高速製膜技術及び高速プラズマエッチング技術の研究が盛んになっている。
【００１６】
しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在している。図１０〜図１２において、一対の電極、すなわちラダー型電極２と平板上の接地電極１６との間に発生する電界により、放電ガス、例えば、ＳｉＨ４はプラズマ化されて、Ｓｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３、Ｈ、Ｈ２等に分解され、基板Ｗ上に例えば、ａ−Ｓｉ膜が形成される。
【００１７】
しかしながら、サイズが１ｍ×１ｍを越える大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ生成では、ラダー型電極２への電力供給点３６ａ〜３６ｈが図１２に示されているように多数必要であり、かつ、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈは、その長さが２ｍ程度以上になり、かつ、装置の組立ておよびメンテナンス作業の容易さを確保するために、図１３に示されるような高純度セラミックス製の数珠形状誘電体１１１より構成されている。
【００１８】
ここで、高周波の電波特有の現象である表皮効果が５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚになると、より一層顕著になる。すなわち、表皮効果は高周波数の電流が導体の表面近傍のみを流れる現象で、その電流の流れる表面深さδは、ｆ：周波数、μ：透磁率、σ：導電率として、式１にて表される。
δ＝（３．１４×ｆ・μ・σ）−０．５・・・（１）
【００１９】
例えば、導体が銅の場合、その表面深さは１３．５６ＭＨｚで約１９μｍ、５０ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで約１０μｍ、１５０ＭＨｚで約５．８μｍである。したがって、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）でのプラズマを用いた表面処理技術では、図１４に模式的に示した高周波電流のように、電極の表面を電流が流れるので、高周波電源１１から電極への電力供給はインピーダンスが増大し、その伝播路での電力損失が著しく大きくなることが推測されるが、ラダー型電極２を用いる場合は、プラズマ生成空間のごく近傍に、電力供給点３６ａ〜３６ｈがあるために、高周波電力の伝播に関するインピーダンス増大は大きくないと考えられる。
【００２０】
しかしながら、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈに、図１３に示すような数多くの数珠形状誘電体１１１を用いていることから、電力損失は、長さ１ｋｍ当りに約１５０ｄＢと大きい。また、図１２に示されているように同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈはＵ字状あるいは直角上に曲げられて接地されることから、同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈにおける個々の電力損失の大きさが異なってしまう。
【００２１】
すなわち、電力供給点３６ａ〜３６ｈにおいて、各々同軸ケーブル３５ａ〜３５ｈからラダー型電極２へ高周波電力が伝送されるときに、伝播路の電力損失の大きさは、互いに異なった値になっている。
【００２２】
したがって、結果的には、電力供給点３６ａ〜３６ｄの近傍では、図１５（Ａ）に示すように、その場所以外に比べて、強い電界が発生し、強いプラズマが発生したり、逆に、電力供給点３６ｅ〜３６ｈの近傍では、弱い電界が発生し、弱いプラズマが生成されたりする。
【００２３】
この現象に起因して、１ｍ×１ｍを越える大面積基板を対象にしたプラズマＣＶＤへの応用では、例えば、ａ−Ｓｉ膜の製膜では、膜厚分布が不均一になり、±１５％程度が限界となっている。
【００２４】
この現象は、同軸ケーブル１本当たりの伝送電力が大きくなるに従い、より一層顕著になり、問題となる。また、この現象は、プラズマＣＶＤへの応用において、圧力が高くなったり、逆に低くなったりすると、図１５（Ｂ）に示すように、ラダー型電極の中央部分に強いプラズマが発生する場合もある。
【００２５】
したがって、電極にラダー型電極を用いる限り、上記の現象の発生により、サイズ１ｍ×１ｍを越える大面積基板を対象にした膜厚分布±１０％を必要とするＶＨＦプラズマを利用した表面処理装置への応用ができないという問題がある。
【００２６】
以上詳述したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要なサイズ１ｍ×１ｍを越える大面積基板に関するプラズマ発生電源のＶＨＦ級高周波数化により製膜速度の向上は依然として困難で、不可能視されている。なお、応用物理学会においても研究が活発化しているが、１ｍ×１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ利用の表面処理方法およびその装置の成功例は発表されていない。
【００２７】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、真空用同軸ケーブルを管状誘電体と数珠状誘電体を用いた構成にすることにより、１ｍ×１ｍを越える大面積基板に対しても、非接地電極と接地電極間のプラズマが均一に生成され、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置および表面処理方法を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願第１の発明に係る表面処理装置は、請求項１に記載のとおり、プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理装置において、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用いた構成にしたことを特徴とする。
【００２９】
前記非フレキシブルな第一の同軸ケーブルを採用することにより、前記フレキシブルな第二の同軸ケーブルと比べ、電力損失が小さく、かつ、装置に組立て設置あるいはメンテナンス作業時の組立て調整に際し、取付状態による電気特性変化の影響を極最小に確保できる。前記フレキシブルな第二の同軸ケーブルを採用することにより、前記非フレキシブルな第一の同軸ケーブルと比べ、装置に組立て設置あるいはメンテナンス作業時の組立調整に際し、その作業が容易にすることができる。
【００３０】
また、前記同軸ケーブルの電力損失が減少し、かつ、個々のインピーダンスのばらつきが減少することができ、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化され、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置を提供できる。
【００３１】
同様に、上記の目的を達成するために、請求項２に記載の表面処理装置は、請求項１に記載のいずれか一つの表面処理装置において、前記同軸ケーブルを複数有する場合には、それぞれの同軸ケーブルの長さが略等しいことを特徴とする。このようにすると、前記同軸ケーブルのインピーダンスのばらつきがさらに減少でき、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化され、基板に対する均一な表面処理が可能となる表面処理装置を提供できる。
【００３２】
同様に、上記の目的を達成するために、請求項３に記載の表面処理装置は、請求項１または２に記載のいずれか一つの表面処理装置において、前記電力供給系の一構成である前記第二の同軸ケーブル長さが、供給電力の前記同軸ケーブルにおける波長の１／１０以下であることを特徴とする。
【００３３】
後述するが、フレキシブル構造である第二の同軸ケーブルの長さが、該同軸ケーブルを伝播する電波の波長の１／１０以下であれば、第一の同軸ケーブルと組み合わせて使用する際の電力損失が最小に抑えることができる。なお、第１および第二の同軸ケーブルの内部導体および外部導体の材質としては、電気抵抗の小さい銅およびアルミニウムを用いることが好ましい。
【００３４】
同様に、上記目的を達成するために、請求項４に記載の表面処理装置は、請求項１〜３に記載のいずれか一つの表面処理装置において、前記高周波電力の周波数は、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯に属していることを特徴とする。
【００３５】
ここで、高周波電力の周波数の範囲を上記の範囲としたのは、次の理由による。すなわち、周波数が３０ＭＨｚ未満では、電子温度が高く、高品質のＳｉ系薄膜が得られないからであり、またプラズマ密度が低く、表面処理の速度が遅いので、応用価値が低いからである。また、周波数が３００ＭＨｚを越えると、電力伝送手段に同軸ケーブルが用いられず、導波管を用いる必要性があり、実用性がないからである。
【００３６】
同様に、上記目的を達成するために、請求項５に記載の表面処理装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の表面処理装置において、アモルファスＳｉ系薄膜、微結晶Ｓｉ系薄膜および多結晶Ｓｉ系薄膜のうちいずれかを製膜することを特徴とする。
【００３７】
同様に、上記目的を達成するために、請求項６に記載の表面処理装置は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の表面処理装置において、基板として１００ｃｍ×１００ｃｍの面積を超える大面積基板を用い、基板温度を８０℃〜３５０℃にして表面処理を行なうことを特徴とする。
【００３８】
同様に、上記目的を達成するために、請求項７に記載の表面処理方法は、プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理方法において、前記真空容器内を排気する工程と、前記真空容器内に放電用ガスを供給する工程と、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、第一の同軸ケーブルと第二の同軸ケーブルとを用い、電力を供給する工程と、を有することを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る表面処理装置および表面処理方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、表面処理装置および表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なａ−Ｓｉ薄膜を製作する装置および方法が想定されている。但し、当然ながら、本願の発明の対象が、上記具体例の装置および方法に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
まず、図１〜図５を参照して実施例１の表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）５０について説明する。ここで、図１は、本発明の実施例１に係る表面処理装置５０の全体を示す概略図、図２は、前記表面処理装置５０の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図、図３〜図５は、図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図である。
【００４１】
真空容器１は、グロー放電プラズマを発生するための一対の電極、すなわちラダー型電極２と平板型の接地電極１６とが配置されている。ここで、前記接地電極１６は、基板ヒータ（図示せず）を内蔵し、被処理物としての基板Ｗを支持すると共に、基板Ｗの温度を制御する機能を有している。
【００４２】
前記真空容器１内には、反応ガスを放電用の前記ラダー型電極２周辺に導入するガス吐出孔１７に連結したガス導入管１８ａ、１８ｂが配置されている。前記真空容器１には、該真空容器１内の反応ガス等のガスを排気する排気ポート２４を介して真空ポンプなどの排気装置２５が接続されている。
【００４３】
前記真空容器１内には、アースシールド３７が配置されている。このアースシールド３７は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ、前記排気ポート２４および排気装置２５と組み合わせて使用されることにより、上記ガス導入管１８ａ、１８ｂより導入されたＳｉＨ４等反応ガスを一対のラダー型電極２と接地電極１６とでプラズマ化した後、反応ガスおよびその他の生成物等を、前記排気ポート２４と排気装置２５とを介して排出する機能を有している。
【００４４】
真空容器１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニタされ、前記排気装置２５の排気量を調整することにより制御される。なお、前記排気装置２５により、真空容器１内のガスを排出し、前記ガス噴出孔１７から放電用ガスが流量１０００〜５０００ｓｃｃｍ程度供給される場合、圧力を０．０１〜１０Ｔｏｒｒ（１．３３〜１３３０Ｐａ）程度に調整できる。放電用ガスの供給が無い場合、真空容器１内の真空到達圧力は２〜３×１０−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０− ５Ｐａ）程度である。
【００４５】
ラダー型電極２の電力供給点３６には、後述の給電線、電力分配器３２、整合器１０などを介して、高周波電源１１が接続される。高周波電源１１は、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を第一の同軸ケーブル３０、整合器１０、第二の同軸ケーブル３１、第三の同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈおよび電流導入端子３４ａ〜３４ｈを介して、後述の真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈを用いてラダー型電極の電力供給点３６に供給する。
【００４６】
真空容器１内の真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈは、本実施例では、８本で構成されている。その８本の真空用同軸ケーブルは、それぞれ図２に示すように、電流導入端子３４ａ〜３４ｈに接続されている。例えば電流導入端子３４ｅに接続された真空用同軸ケーブル１００ｅは、図３〜図５に示すように第一の同軸管ケーブル１０１ｅ、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ｅおよび第二の同軸管ケーブル１０３ｅより構成されている。ここで、前記第一の同軸管ケーブル１０１ｅ、および前記第二の同軸管ケーブル１０３ｅは非フレキシブルな同軸ケーブルである。
【００４７】
第一および第二の同軸管ケーブル１０１ｅ、１０３ｅは、図４および図５に示すように、内部導体（芯線）１０７、管形状誘電体１０８および外部導体１０９で構成され、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ｅは、内部導体（芯線）１０７、材料として高純度セラミックスを用いた数珠形状誘電体１１１および外部導体１１２で構成されている。なお、例えば、電流導入端子３４ｅとの接続には、第一の同軸管ケーブル１０１ｅの一方の端部にある袋ナット１１０を用いて、また、第二の同軸管ケーブル１０３ｅの一方の端部より内部導体のみをラダー型電極２の電力供給点３６に接続される構造になっている。
【００４８】
同様に、電流導入端子３４ａに接続された真空用同軸ケーブル１００ａは、図３に示すように第一の同軸管ケーブル１０１ａ、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ａおよび第二の同軸管ケーブル１０３ａより構成されている。
【００４９】
次に、上記の構成の表面処理装置５０を用いてａ−Ｓｉ太陽電池を製膜する場合について説明する。
【００５０】
予め、ガス導入管１８ａ、１８ｂからＳｉＨ４ガスを例えば１０００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）で供給しつつ、ラダー型電極２と接地電極１６に高周波電源１１の出力を供給する。例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２ｋＷを、整合器１０、電力分配器３２、同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈ、電流導入端子３４ａ〜３４ｈを介して、それぞれ第一の同軸管ケーブル１０１ａ、フレキシブル型同軸ケーブル１０２ａおよび第二の同軸管ケーブル１０３ａ、同様に、１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、同様に、１０１ｃ、１０２ｃ、１０３ｃ、同様に、１０１ｄ、１０２ｄ、１０３ｄ、同様に、１０１ｅ、１０２ｅ、１０３ｅ、同様に、１０１ｆ、１０２ｆ、１０３ｆ、同様に、１０１ｇ、１０２ｇ、１０３ｇ、同様に、１０１ｈ、１０２ｈ、１０３ｈを用いて８点の電力供給点３６に供給すると、ラダー型電極２と接地電極１６にＳｉＨ４プラズマが発生する。ここで、基板Ｗの温度は、８０℃〜３５０℃の範囲、例えば、１８０℃に保持する。
【００５１】
ＳｉＨ４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ４、Ｈ２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【００５２】
まず、図１〜図５に示す装置において、排気装置２５を稼動させながら真空容器１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０− ７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０− ５Ｐａ）とする。つづいて、ガス導入管１８ａ、１８ｂより、放電用ガス例えば、ＳｉＨ４ガスを１０００〜５０００ｓｃｃｍ程度の流量で供給する。この後、真空容器１内の圧力を０．０５〜５Ｔｏｒｒ（６．６５〜６６５Ｐａ）に保ちながら、高周波電源１１から電力供給点３６を介してラダー型電極２に高周波電力を供給する。その結果、ラダー型電極２と接地電極１６との間にＳｉＨ４のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、ＳｉＨ４ガスを分解し、基板Ｗの表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。但し、製膜速度は高周波電源１１の周波数および出力にも依存するが、０．５〜４ｎｍ／ｓ程度である。
【００５３】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１００ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００５４】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・電力 ：２ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００５５】
但し、本実施例でのａ−Ｓｉ膜の膜厚分布は、高周波電源１１の周波数および出力にも依存するが、真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈの構成要素であるフレキシブル型同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈの長さに強く依存することが判った。実施例１の製膜試験結果の一例を下記表２に示す。
【００５６】
【表２】
同軸管ケーブルの特性インピーダンス：４７Ω
真空同軸ケーブルの全長＝（フレキシブル同軸ケーブルの長さ）＋（同軸管ケーブルの長さ）＝約２ｍ
【００５７】
なお、本実施例では、長さ約２ｍの真空同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈとして、長さ約２７ｃｍのフレキシブル型同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈと合計長さ約１７０ｃｍのリジッド型の第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈとを組み合わせて用いることにより、電力損失を減少させ、かつ、８本の長さ約２ｍの真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈにおける電力損失の値にばらつきを少なくしたことにより、一対の電極内に発生するプラズマの強さ分布の一様化を可能としたので、長大面積基板についてのデータが得られた。
【００５８】
上記約２７ｃｍのフレキシブル型同軸ケーブル１０２ａ〜１０２ｈ以外、すなわち長さ４５ｃｍおよび長さ６０ｃｍの条件で得られたａ−Ｓｉ膜の膜厚分布は、それぞれ±２０％および±２５％と著しく悪い。このことは、周波数６０ＭＨｚの真空中における同軸ケーブル上の波長（短縮率６０％とする）は、約３ｍであることから、波長の約１／１０以下であれば、膜厚分布に著しく良い結果を生むということを意味している。
【００５９】
（実施例２）
本発明に係る実施例２について、図６を参照しながら説明する。まず、実施例２に係る表面処理装置５０について説明する。但し、図１〜図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００６０】
図６は、本発明の実施例２に係る表面処理装置５０の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図である。図６中の符番１１ａ、１１ｂは、それぞれ独立の関係にある第一の高周波電源、第二の高周波電源を示し、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数の電力をラダー型電極２、接地電極１６へ供給する。前記第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂには、それぞれ第一の整合器１０ａ、第二の整合器１０ｂが接続されている。前記第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂは、それぞれ第一の高周波電源１１ａ、第二の高周波電源１１ｂの出力を、反射波が可能な限り小さくなるようにしてラダー型電極２、接地電極１６へ伝送する。
【００６１】
前記第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂには、それぞれ第一の電力分配器３２ａ、第二の電力分配器３２ｂが接続されている。前記第一、第二の電力分配器３２ａ、３２ｂから伝送された高周波電力を、複数の同軸ケーブル３３ａ〜３３ｄ、同軸ケーブル３３ｅ〜３３ｈに略等分配する。なお、図６に示された高周波電力を供給するための電気配線は、図１〜図５に示された表面処理装置５０の全体図を組み合わせて用いられる。すなわち、実施例２は、前述した実施例１のラダー型電極２への高周波電力の供給系が異なっているのみである。
【００６２】
次に、図３〜図６に示した構成の表面処理装置５０を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉ膜を製膜する方法について説明する。あらかじめ、ガス導入管１８ａ、１８ｂからＳｉＨ４ガスを例えば１０００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）で供給しつつ、ラダー型電極２と接地電極１６に第一の高周波電源１１ａ、第二の高周波電源１１ｂの出力を供給する。例えば周波数７０ＭＨｚの電力、例えばそれぞれ１ｋＷを、第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂ、第一、第二の電力分配器３２ａ、３２ｂ、同軸ケーブル３３ａ〜３３ｄ、電流導入端子３４ａ〜３４ｄを介して、また、同軸ケーブル３３ｅ〜３３ｈ、電流導入端子３４ｅ〜３４ｈを介して、ラダー型電極２と接地電極１６間に供給するとＳｉＨ４プラズマが発生する。
【００６３】
ＳｉＨ４プラズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板Ｗ表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、製膜条件の中のＳｉＨ４、Ｈ２の流量比、圧力およびプラズマ発生用電力の適正化をすることで製膜できることは公知の技術であるので、ここではＳｉＨ４ガスを用いたａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉおよび薄膜多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。
【００６４】
まず、図３〜図６に示す装置において、真空ポンプなどの排気装置２５を稼動させながら真空容器１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０− ７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９×１０− ５Ｐａ）とする。つづいて、ガス吐出孔１７より、放電用ガス例えば、モノシランガス（ＳｉＨ４）を１０００〜５０００ｓｃｃｍ程度の流量で供給する。この後、真空容器１内の圧力を０．０５〜５Ｔｏｒｒ（６．６５〜６６５Ｐａ）に保ちながら、第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂから電力供給点３６を介してラダー型電極２に高周波電力を供給する。その結果、ラダー型電極２と接地電極１６との間にＳｉＨ４のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、ＳｉＨ４ガスを分解し、基板Ｗの表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。但し、製膜速度は第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂの周波数および出力にも依存する。
【００６５】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１２０ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００６６】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．３Ｔｏｒｒ（３３．９Ｐａ）
・電源周波数：７０ＭＨｚ
・電力 ：それぞれ、１ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００６７】
ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ及び感光ドラム等の製造では、膜厚分布としては、±１０％以内であれば、性能上問題はない。上記実施例２によれば、７０ＭＨｚを用いても、従来の装置および方法に比べ、著しく良好な膜厚分布が可能になった。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレィおよびおよびａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００６８】
更に、上記実施例２では、第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂの出力周波数は７０ＭＨｚであったが、第一、第二の高周波電源１１ａ、１１ｂ、第一、第二の整合器１０ａ、１０ｂ、第一、第二の電力分配器３２ａ、３２ｂ、同軸ケーブル３３ａ〜３３ｈ等の構成部品は、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数において応用可能であるから、ａ−Ｓｉ製膜もＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数範囲で十分応用可能である。
【００６９】
なお、上記実施例における製膜条件として、放電ガスの混合比例えばＳｉＨ４とＨ２の流量比、圧力、基板温度、およびプラズマ発生電力等を適正化することで、ａ−Ｓｉのみならず、微結晶Ｓｉおよび多結晶Ｓｉを製膜できることは公知である。
【００７０】
（実施例３）
本発明に係る実施例３は、上記実施例１に係る表面処理装置５０と略同一の構成であるが、図２中の電流導入端子３４ａ〜３４ｈとラダー型電極２の電力供給点３６とを結ぶ真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈの構成要素である第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈの折れ点１０４ａ〜１０４ｈ、１０５ａ〜１０５ｈ、１０６ａ〜１０６ｈでの折れ角が９０°のところを鈍角にした点が異なる。その他の構成は実施例１と同様なのでその説明を省略すると共に、同一の構成要素には同一の符号を付する。本発明に係る実施例３について、図７〜９を参照しながら説明する。
【００７１】
図７〜図９は、高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図である。実施例３での同軸管ケーブル１０１ｅは、折れ点１０４ｅ’で折れ角∠１０４ｅ’１、∠１０４ｅ’２がそれぞれ９０°より大きい鈍角としている。他の折れ点でも同様に鈍角としている。
【００７２】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１００ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±８％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００７３】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・電力 ：２ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００７４】
上記実施例３に示すように膜厚分布±８％のａ−Ｓｉ膜を製膜できたのは、第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈでの電力損失の更なる減少が図られたためである。また、図９（ｂ）のように、折れ点１０６ｅ’’を曲線にて直線部分１０３ｅ１、１０３ｅ２と接続すると、更なる電力損失の減少ができることは明白である。
【００７５】
（実施例４）
本発明に係る実施例４は、上記実施例２に係る表面処理装置５０と略同一の構成であるが、図６中の電流導入端子３４ａ〜３４ｈとラダー型電極２の電力供給点３６とを結ぶ真空用同軸ケーブル１００ａ〜１００ｈの構成要素である第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈの折れ点１０４ａ〜１０４ｈ、１０５ａ〜１０５ｈ、１０６ａ〜１０６ｈでの折れ角が９０°のところを鈍角にした点が異なる。その他の構成は実施例２と同様なのでその説明を省略すると共に、同一の構成要素には同一の符号を付する。本発明に係る実施例４について、図７〜９を参照しながら説明する。
【００７６】
図７〜図９は、高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図である。実施例３での第一の同軸管ケーブル１０１ｅは、折れ点１０４ｅ’で折れ角∠１０４ｅ’１、∠１０４ｅ’２がそれぞれ９０°より大きい鈍角としている。他の折れ点でも同様に鈍角としている。
【００７７】
その結果、サイズ１４０ｃｍ×１２０ｃｍ（厚み４ｍｍ）のガラス基板に、製膜速度２ｎｍ／ｓ、膜厚分布±６％のａ−Ｓｉ膜を製膜できた。この場合の条件は次のとおりである。
【００７８】
（製膜条件）
・真空用同軸ケーブル構成のフレキシブル型同軸ケーブル長さ：２７ｃｍ
・放電ガス ：モノシランガス（ＳｉＨ４）
・流量 ：２０００ｓｃｃｍ
・圧力 ：０．３Ｔｏｒｒ（３３．９Ｐａ）
・電源周波数：７０ＭＨｚ
・電力 ：それぞれ、１ｋＷ
・基板温度 ：１８０℃
【００７９】
上記実施例４に示すように膜厚分布±６％のａ−Ｓｉ膜を製膜できたのは、第一、第二の同軸管ケーブル１０１ａ〜１０１ｈ、１０３ａ〜１０３ｈでの電力損失の更なる減少が図られたためである。また、図９（ｂ）のように、折れ点１０６ｅ’’を曲線にて直線部分１０３ｅ１、１０３ｅ２と接続すると、更なる電力損失の減少ができることは明白である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る表面処理装置（請求項１）によれば、複数本用いられる真空容器内電力供給用同軸ケーブルの個々の同軸ケーブルとして、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用いた構成とすることにより、該同軸ケーブルの電力損失が減少し、かつ、該複数本の同軸ケーブルにおける個々のインピーダンスのばらつきが減少することにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化される。
【００８１】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項２）によれば、前記同軸ケーブルの長さを略等しくすることで、複数本の同軸ケーブルにおける個々のインピーダンスのばらつきがさらに減少することにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さがより一層均一化される。
【００８２】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項３）によれば、前記第二の同軸ケーブル長さを、前記同軸ケーブルにおける波長の１／１０以下とすることにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが著しく均一になる。
【００８３】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項４）によれば、ＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数を使用するプラズマ現象のメリットを得て、かつ、超大面積基板に対する均一な表面処理を行なうことができる。
【００８４】
したがって、従来困難視されていたＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり超大面積基板に対する均一な表面処理、すなわち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上とが可能となった。この効果は、特に、太陽電池、ＬＣＤ業界での生産性向上に関する貢献度は著しく大きいものである。
【００８５】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項５）によれば、ＬＣＤ、複写機用感光体、太陽電池、ＬＳＩ等薄膜半導体の応用製品の生産性向上および品質・性能向上が図れるという効果が生じるので、前記応用製品の生産コストを著しく低減できる。
【００８６】
また、この発明に係る表面処理装置（請求項６）によれば、製品のサイズが大きいほど製品価値が増大する、いわゆる大面積画面化が図れ、ＬＣＤ、複写機用感光体および太陽電池等の応用製品製造に提供できるので、新製品の創出という効果が生じる。それゆえ、斯界での工業的価値は極めて大きい。
【００８７】
この発明に係る表面処理方法（請求項７）によれば、プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理方法において、前記真空容器内を排気する工程と、前記真空容器内に放電用ガスを供給する工程と、プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用い、電力を供給する工程と、を有するので、該同軸ケーブルの電力損失が減少し、かつ、前記同軸ケーブルにおける個々のインピーダンスのばらつきが減少することにより、ラダー型電極と接地電極間に生成されるプラズマの強さが均一化される表面処理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る表面処理装置の全体を示す概略図。
【図２】前記表面処理装置の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図。
【図３】図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図４】図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図５】図１および図２に示した高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図６】本発明の実施例２に係る表面処理装置の一構成を示す放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線を示す説明図。
【図７】高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図８】高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図９】高周波電力供給用電気配線の一構成を示す断面図。
【図１０】従来例に係る表面処理装置の概念図。
【図１１】従来の技術に係る表面処理装置の全体図。
【図１２】従来の技術に係る表面処理装置の放電用電極に高周波電力を供給するための電気配線図。
【図１３】従来の技術に係る同軸ケーブルの説明図。
【図１４】高周波電流の流れを示した図。
【図１５】従来装置における電極周辺部と中央部分との電気特性の相違の説明図。
【符号の説明】
１…真空容器
２…ラダー型電極
１０、１０ａ、１０ｂ…整合器
１１、１１ａ、１１ｂ…高周波電源
１６…接地電極
１７…ガス吐出孔
１８ａ、１８ｂ…ガス導入管
２４…排気ポート
２５…排気装置
３０，３１…同軸ケーブル
３２、３２ａ、３２ｂ…電力分配器
３３ａ〜３３ｈ、３５ａ〜３５ｈ…同軸ケーブル
３４ａ〜３４ｈ…電流導入端子
３６…電力供給点
３７…アースシールド
５０…表面処理装置
１００ａ〜１００ｈ…真空同軸ケーブル
１０１ａ〜１００ｅ…同軸管ケーブル
１０２ａ〜１０２ｅ…フレキシブル型同軸ケーブル
１０３ａ〜１０３ｅ…同軸管ケーブル
１０３ｅ１…直線部分
１０７…内部導体
１０８…管形状誘電体
１０９…外部導体
１１１…数珠形状誘電体
１１２…外部導体
Ｗ…基板
Claims (7)
- プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理装置において、
プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用いた構成にしたことを特徴とする表面処理装置。 - 前記同軸ケーブルを複数有する場合には、それぞれの同軸ケーブルの長さが略等しいことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
- 前記電力供給系の一構成である前記第二の同軸ケーブル長さが、供給電力の前記同軸ケーブルにおける波長の１／１０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面処理装置。
- 前記電力供給系に供給される高周波電力の周波数は、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯に属していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の表面処理装置。
- アモルファスＳｉ系薄膜、微結晶Ｓｉ系薄膜および多結晶Ｓｉ系薄膜のうちいずれかを製膜することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の表面処理装置。
- 基板として１００ｃｍ×１００ｃｍの面積を超える大面積基板を用い、基板温度を８０℃〜３５０℃にして表面処理を行なうことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の表面処理装置。
- プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面を処理する表面処理方法において、
前記真空容器内を排気する工程と、
前記真空容器内に放電用ガスを供給する工程と、
プラズマを生成する電力供給系に用いられる同軸ケーブルを、非フレキシブルな第一の同軸ケーブルとフレキシブルな第二の同軸ケーブルとを用い、電力を供給する工程と、
を有することを特徴とする表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003021255A JP2004235380A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | 表面処理装置および表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003021255A JP2004235380A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | 表面処理装置および表面処理方法 |
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|---|---|
| JP2004235380A true JP2004235380A (ja) | 2004-08-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003021255A Withdrawn JP2004235380A (ja) | 2003-01-30 | 2003-01-30 | 表面処理装置および表面処理方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006206935A (ja) * | 2005-01-25 | 2006-08-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電極接続用コネクタを備えた真空プラズマ処理装置 |
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-
2003
- 2003-01-30 JP JP2003021255A patent/JP2004235380A/ja not_active Withdrawn
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