JP2005039051A - Coaxial cable for high frequency power supply, plasma surface treatment apparatus comprising the same, and a plasma surface treatment method - Google Patents
Coaxial cable for high frequency power supply, plasma surface treatment apparatus comprising the same, and a plasma surface treatment methodInfo
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置および表面処理方法に関する。本発明は、特に、周波数30MHzないし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および表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for performing a predetermined treatment on a surface of a substrate using plasma. The present invention particularly relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method using reactive plasma that generates plasma by glow discharge of a discharge gas generated by high-frequency power having a frequency of 30 MHz to 300 MHz.
反応性プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、LSI(大規模集積回路)、LCD(液晶デイスプレー)、アモルファスSi系太陽電池、薄膜多結晶Si系太陽電池、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の分野において既に実用化されている。また、ダイヤモンド薄膜および立方晶ボロンナイトライド(C−BN)等の超硬質膜製造分野においても実用化が進みつつある。 Various kinds of processing are performed on the surface of the substrate using reactive plasma, and various electronic devices are manufactured. LSI (Large Scale Integrated Circuit), LCD (Liquid Crystal Display), Amorphous Si Solar Cell, Thin Film Polycrystalline Si System Already put into practical use in the fields of solar cells, photoconductors for copying machines, and various information recording devices. In addition, practical application is also progressing in the field of manufacturing ultra-hard films such as diamond thin films and cubic boron nitride (C-BN).
上記技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質およびコーテイング等多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に関する装置および方法には、大別すると2つの代表的技術がある。 The above technical fields cover various fields such as thin film formation, etching, surface modification, and coating, all of which utilize the chemical and physical action of reactive plasma. The apparatus and method relating to the generation of the reactive plasma are roughly classified into two typical techniques.
第1の代表的技術は、例えば、特許文献1、2および非特許文献1、2に記載されているもので、プラズマ発生に非接地電極と接地電極から成る2枚の平行平板電極を一対として用いることを特徴とする。第2の代表的技術は、例えば、特許文献3および4に記載されているもので、プラズマ発生にラダー電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。
The first typical technique is described in, for example,
なお、上記文献記載の技術の特徴は概略次の通りである。特許文献1の技術では、非接地電極は、プラズマが生成される空間に対向した表面の周縁上の任意の二点のうちの最も距離の長い二点間の距離が高周波電力の波長の四分の一よりも長い形状で、かつ、電力供給点は均等な位置に複数設定されることを特徴としている。特許文献2の技術では、非接地電極の電力供給点の位置を、プラズマが生成される空間に接する第1の面と該第1の面の裏側である第2の面との境界の側面に位置することを特徴としている。特許文献3の技術では、非接地電極の形状が梯子型(ラダー型)であることを特徴としている。特許文献4の技術では、電極上のある1つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも1つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化することを特徴としている。非特許文献1の技術は、非接地電極のプラズマに接する面の裏側の面にH文字状の給電帯を設置し、該H文字状給電帯上に複数の給電点を設置したことを特徴としている。非特許文献2の技術は、非接地電極の給電点の反対側、即ち電力伝播方向に位置する該電極の端部にリアクタンス回路を設置し、電源と該一対の電極を結ぶ給電線および該電極に発生する定在波の腹の位置を制御することを特徴としている。
The features of the technique described in the above document are roughly as follows. In the technique of Patent Document 1, the distance between two longest points of any two points on the periphery of the surface facing the space where the plasma is generated is a quarter of the wavelength of the high-frequency power. And a plurality of power supply points are set at equal positions. In the technique of
上記のように、従来技術にはいくつかのタイプがあるが、高密度プラズマの発生方法として注目されているVHF帯(30MHz〜300MHz)を用いた
大面積プラズマ技術の典型的な事例として、特許文献1および4記載のプラズマ表面処理装置および方法を、図8ないし図14を参照して説明する。
As described above, there are several types of conventional technologies. As a typical example of a large area plasma technology using a VHF band (30 MHz to 300 MHz), which is attracting attention as a method for generating high-density plasma, The plasma surface treatment apparatus and method described in
(従来例1)
先ず、従来の第1の代表的技術として特許文献1記載の装置および方法について図8および図9を参照して説明する。図8は従来の第1の代表的技術に係わるプラズマ表面処理装置の構成図、図9は従来の第1の代表的技術に係わる電極と電力供給用同軸ケーブルとの接続部の構造を示す説明図である。図8に示すように、従来の第1の代表例は、真空容器101と、基板113が設置される接地電極104と、接地電極104に対面配置される非接地電極102と、これら電極に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを具備している。
(Conventional example 1)
First, an apparatus and method described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 8 and 9 as a conventional first representative technique. FIG. 8 is a configuration diagram of a plasma surface treatment apparatus according to a first conventional representative technique, and FIG. 9 is a diagram showing a structure of a connection portion between an electrode and a power supply coaxial cable according to a first conventional representative technique. FIG. As shown in FIG. 8, the first typical example of the prior art includes a
該接地電極104は基板ヒータ103を内臓し、基板113の温度を所定の値に設定する。該非接地電極104は、具体的には矩形状の板材(面積500mmx500mm程度ないし1,000mmx1,000mm程度)で、材質はステンレス鋼である。
The
他方、該非接地電極102は、絶縁物106を介して真空容器101の上部に取り付けられている。非接地電極102の内部は空洞で、プラズマが生成される空間192に接する面102aには、直径0.5mm程度の多数のガス噴出し孔102bが孔間隔10ないし15mmで配置されている。
On the other hand, the
前記非接地電極102の上面には、放電用ガスの開口部102cが配置されている。この開口部102cには、接続部材194(材料はセラミックス)を介して放電用ガス導入管109が接続され、図示しない材料ガス供給源よりバルブ193を介して例えばシランガス(SiH4)が供給される。前記真空容器101内のガスは排気管111を通して真空ポンプ112より排出される。基板113は、ゲートバルブ195を開にして接地電極104上に設置され、基板ヒータ103および基板ヒータ電源191により所定の温度に加熱される。
On the upper surface of the
該非接地電極102の電力供給点114a、114bには、所定の高周波電力を発生させる高周波電源115の出力が、該出力を複数個に分配する電力分配器190と、第1および第2の整合器117a、117bと、第1、第2、第3および第4の同軸ケーブル116a、116b、116c、116dを介して供給される。該電極102と電力供給用同軸ケーブルの接続部の構造を図9に示す。図9において、電力供給点114bには、同軸ケーブル116dの芯線123が接続され、かつ、その近傍が絶縁環121で絶縁されている。そして、該同軸ケーブル116dの外部導体の端部は、接地導体196を介して真空容器101に接続されている。なお、図9の符番102,106は、それぞれ、非接地電極および絶縁物である。
At the
プラズマを発生させる場合は高周波電源115の出力を所定の値に設定し、図示しない高周波電源に付属した進行波・反射波の検出器(モニター)を見ながら、第1および第2の整合器117a、117bを順次調整し、反射波がほぼ1〜10%程度の状態を設定する。その結果、高周波電源の出力は、整合器117a,117bから下流側へそのほぼ90〜99%程度が供給される。
When generating plasma, the output of the high-
次に、図8および図9の装置を用いて、例えばアモルファスSi(a−Si)膜を製膜する場合について説明する。ゲートバルブ195を開にし、基板113を接地電極104に設置し、ゲートバルブ195を閉に戻す。真空ポンプ112を駆動して真空容器101内の圧力を1E−7Torr(1.33E−5Pa)程度まで排気する。基板113の温度を基板ヒータ103および基板ヒータ電源191を用いて所定の温度に設定する。放電用ガス導入管109を通して、例えばシランガスを所定量供給し、真空容器101内を0.05ないし0.5Torr(6.65ないし66.5Pa)に保ち、前記電力供給系を用いて一対の電極102,104に電力を供給する。これにより、非接地電極102と接地電極104の間にグロー放電プラズマが生成される。シランガスがプラズマ化されると、その中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラデイカルが拡散現象により拡散し、基板113の表面に吸着・堆積する。その結果、アモルファスSi膜が形成される。
Next, the case where an amorphous Si (a-Si) film, for example, is formed using the apparatus shown in FIGS. 8 and 9 will be described. The
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膜を製造できることは公知である。 In addition, by adjusting the mixing ratio of discharge gas, for example, the flow ratio of SiH4 and H2, the pressure, the substrate temperature, and the plasma generation power as the film forming conditions, not only a-Si but also microcrystalline Si and polycrystalline It is known that Si films can be produced.
また、放電用ガスとして、エッチング作用のあるガス、例えばSF6、SiCl4、CF4およびNF3等エッチングガスを用いれば、基板表面のエッチング処理が行なえることは公知である。 Further, it is known that etching treatment of the substrate surface can be performed by using an etching gas such as SF6, SiCl4, CF4, and NF3 as the discharge gas.
(従来例2)
次に、従来の第2の代表的技術として、特許文献4記載の従来技術を、図10ないし図14を参照して説明する。図10は従来の第2の技術に係わる表面処理装置の概念図、図11は図10図示の装置に係わる給電系のブロック構成図、図12は図10図示の装置に係わる電極と電力供給用同軸ケーブルとの接続部の構造を示す説明図、図13は従来の第2の代表的技術に係わる電圧波の説明図、図14は従来の第2の代表的技術に係わる電圧の合成波の説明図である。図10および図11に示すように、従来の第2の代表的技術のプラズマ表面処理装置は、真空容器201と、基板213が設置される接地電極204と、接地電極204に対面配置されるラダー型構造の非接地電極202(ラダー電極と呼ぶ)と、これら電極間に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを備えている。
(Conventional example 2)
Next, as a second conventional representative technique, a conventional technique described in
真空容器201には該真空容器201内の反応ガス等のガスを排気する排気管211を介して真空ポンプ212が接続されている。そして、アースシールド208が配置されている。該アースシールド208は前記排気管211と組み合わせて使用されることにより、反応ガス導入管209a、209bより導入される反応ガスおよびその他生成物を排気管211を介して排出する。真空ポンプ212を稼動すると、圧力1E−6Torr(1.33E−4Pa)程度に真空排気される。反応ガス導入管209a、209bより反応ガスとして例えばシランガスが供給されると、図示しない多数のガス噴出孔からラダー電極202と接地電極204の間にシランガスが一様に流れ出すようになっている。
A
基板213は接地電極204に保持され、図示しない内臓ヒータ203により所定の温度に加熱される。基板には、サイズ460mmx460mm、厚さ1mm程度のガラスが用いられる。ラダー電極202は、サイズ例えば外寸法520mmx520mm程度で、直径6mm程度の丸棒部材を等ピッチ間隔に梯子状に組み立て製作されている。該電極202への給電には図11および図12に示すように、4つの給電点214aないし214dで、同軸ケーブル216a,216b,216c、216dと接続される。
The
給電系は、図10および図11に示すように、高周波発信器232、信号分配器233、フエーズシフター(位相シフター)234、一対の電力増幅器236a,236b、一対の整合器217a、217b、一対の電力分配器240a、240bおよびコンピユータ235などより構成される。信号分配器233の2つの出力の一方の電圧の位相は、コンピユータ235で駆動制御されるフエーズシフター234により、±180度の範囲で時間的に変化する。該位相変化のある信号は第2の電力増幅器236bで電力増幅され、第2の整合器217bおよび第2の電力分配器240bを介して、給電点214c、214dに供給される。他方の出力は、第1の電力増幅器236a、第1の整合器217aおよび第1の電力分配器240aを介して、給電点214a、214bに供給される。
As shown in FIGS. 10 and 11, the power feeding system includes a high-
該ラダー電極202と電力供給用同軸ケーブルの接続部の構造を図12に示す。図12において、給電点214aには、前記アースシールド208を貫通して設置されている同軸ケーブル216aの芯線(内部導体)223が接続されている。該芯線223の周りは放電防止用絶縁環237で囲まれている。なお、該同軸ケーブルの外部導体はアースシールド208に取り付けリング239で接続され、その端部はカップリング241で整形されている。
FIG. 12 shows the structure of the connecting portion between the
プラズマを発生させる場合は、電力増幅器236a,236bに付属した図示しない進行波・反射波の検出器(モニター)を見ながら、第1および第2の整合器217a,217bを順次調整し、反射波がほぼ1〜10%程度の状態を設定する。その結果、電力増幅器236a,236bの出力は、それぞれ整合器217a,217bから下流側へそのほぼ90〜99%程度が供給される。
In the case of generating plasma, the first and
次に、図10および図11に図示の装置を用いて例えば微結晶Si膜を製造する場合について説明する。図示しないゲートバルブより、基板213例えばサイズ460mmx460mmのガラスを接地電極204の上に設置して、ゲートバルブを閉める。続いて、前記従来例1と同様に、真空ポンプ212を駆動させ、所定の真空度まで真空引きする。基板213の温度を200℃に設定し、シランガスを500sccm、水素ガスを3、500sccm供給しつつ、圧力を0.15Torr(20Pa)に設定する。
Next, a case where a microcrystalline Si film is manufactured using the apparatus shown in FIGS. 10 and 11 will be described. A
そして、高周波発振器232の周波数を例えば60MHzに設定する。フェーズシフター234により、信号分配器233の一方の出力信号(正弦波)の位相を時間的に三角波状に変調させる。この場合、ラダー電極202と接地電極204間の電界は、給電点214a、214bおよび214c、214dに供給される電力の電圧の位相差が時間的に変化するので、それに対応して変化する。その様子を図13に電圧の波として示している。
Then, the frequency of the
図13において、ラダー電極202の長さ方向の位置をx、右方向(xの正方向)へ伝播する電圧波をW1(x,t)、左方向(xの負方向)へ伝播する電圧波をW2(x,t)とすると、次のように表現される。
W1(x,t)=V0・sin(ωt+2π/λ).....(1)
W2(x,t)=V0・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}...(2)
ただし、V0は電圧の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧の波長、tは時間、L0はラダー電極202の伝播方向の長さ、Δθは 位相差である。電圧の合成波W(x、t)は次式のようになる。
W(x、t)=W1(x、t)+W2(x、t)=2・V0cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(2πL0/λ+Δθ/2}....(3)
In FIG. 13, the position of the
W1 (x, t) = V0 · sin (ωt + 2π / λ). . . . . (1)
W2 (x, t) = V0 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}. . . (2)
However, V0 is the amplitude of the voltage, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage, t is the time, L0 is the length in the propagation direction of the
W (x, t) = W1 (x, t) + W2 (x, t) = 2 · V0cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (2πL0 / λ + Δθ / 2} ... (3)
上記(3)式で表せる合成波W(x、t)を概念的に図14に示す。Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さはラダー電極の中央部(x=L0/2)が強く、両端では弱いことを示している。プラズマの強い部分は、Δθ>0の場合、ラダー電極の右端部であり、Δθ<0の場合、左端部であることを示している。即ち、前記フェーズシフター234を用いて、前記式(3)のΔθを−180度〜+180度の間で時間的に三角波状に変化させることにより、時間平均的に均一な強さのプラズマが生成される。その結果、プラズマの強さの不均一性が時間的に平均化されることにより、一様な膜厚分布の微結晶Si膜が得られる。
FIG. 14 conceptually shows the combined wave W (x, t) that can be expressed by the above equation (3). In the case of Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong at the center portion (x = L0 / 2) of the ladder electrode and weak at both ends. The strong plasma portion is the right end portion of the ladder electrode when Δθ> 0, and the left end portion when Δθ <0. That is, by using the
上記のプラズマ表面処理技術、即ちプラズマ表面処理装置とプラズマ表面処理方法は、LCD,LSI,電子複写機および太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減および大面積壁掛けTVなど性能(仕様)の改善等に関する大面積・均一化および高速処理化のニーズが年々強まっている。 The above-mentioned plasma surface treatment technology, that is, the plasma surface treatment apparatus and the plasma surface treatment method, reduce the product cost and increase the area of the product due to the improvement in productivity in any of the industrial fields such as LCD, LSI, electronic copying machine and solar cell. The need for large area, uniformization, and high-speed processing is increasing year by year for improving performance (specifications) such as wall-mounted TV.
最近では、上記ニーズに対応するため、産業界のみならず、学会でも特に、プラズマCVD(化学蒸着)技術およびプラズマエッチング技術ともに、高密度プラズマで、かつ低電子温度との特徴のあるVHF帯(30MHzないし300MHz)の電源を用いたプラズマCVDの大面積化・高速製膜化およびプラズマエッチングの大面積化・高速化に関する先端的研究開発が盛んになっている。しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在している。 Recently, in order to meet the above needs, not only in industry but also in academic societies, especially in plasma CVD (chemical vapor deposition) technology and plasma etching technology, the VHF band (characterized by high density plasma and low electron temperature ( Research and development on plasma CVD using a power source of 30 MHz to 300 MHz) and a high-speed film formation and a large area and high-speed plasma etching have become active. However, the following problems still exist in the prior art.
(1)第1の課題は、プラズマ表面処理の大面積化(生産性向上および性能向上)である。プラズマ表面処理の装置および方法としては、前述のいくつかのタイプの技術が用いられている。従来のVHFプラズマ技術により、例えばa−Si膜を製造する場合、再現性の確保を前提条件にすると、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10%〜15%程度の膜厚分布、100cmx100cm程度に関しては、±15〜20%程度の膜厚分布になっている。 (1) The first problem is to increase the area of plasma surface treatment (improvement of productivity and improvement of performance). As an apparatus and method for plasma surface treatment, several types of techniques described above are used. For example, when an a-Si film is manufactured by the conventional VHF plasma technology, assuming that reproducibility is ensured, a film thickness distribution of about ± 10% to 15% and a thickness of about 100 cm × 100 cm are obtained when the substrate area is about 50 cm × 50 cm. Is a film thickness distribution of about ± 15 to 20%.
一般に、LCD分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±5%程度、太陽電池分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±10%程度が実用化の一つの指標となっている。したがって、電源周波数がVHF領域(30MHz〜300MHz)でのプラズマ応用として期待されている1mx1m級大面積基板を対象にした製品製造には、従来技術は実用できないという問題がある。 In general, in the LCD field, the film thickness distribution ensures reproducibility of about ± 5%, and in the solar cell field, the film thickness distribution ensures reproducibility of about ± 10%. It has become. Therefore, there is a problem that the prior art cannot be practically used for manufacturing a product with a large area of 1 mx 1 m class, which is expected as a plasma application in a power supply frequency of VHF region (30 MHz to 300 MHz).
(2)第2の課題は、表面処理の高速化(生産性向上)である。製品の品質の確保を前提にして、プラズマ表面処理技術の高速化を図るには、プラズマ発生の電源周波数を、30MHz〜300MHzのVHF帯域まで高くすることが効果的であるいう考え方が一般的になっている。しかしながら、上記電源周波数をVHF帯域まで増加させると、膜厚分布が著しく悪くなるという問題が発生する。 (2) The second problem is speeding up the surface treatment (improving productivity). The premise is that it is effective to increase the power generation frequency of plasma generation to the VHF band of 30 MHz to 300 MHz in order to speed up the plasma surface treatment technology on the premise of ensuring product quality. It has become. However, when the power supply frequency is increased to the VHF band, there arises a problem that the film thickness distribution is remarkably deteriorated.
その理由としては次のことが考えられる。特許文献1,2、4および非特許文献1、2に指摘されているように、電源高周波数がVHF帯域になると、その電波の波長と電力供給系の伝播路および電極上での伝播路の長さが略等しくなり、波の干渉現象(波の進行波と反射波が干渉する)が発生することから、プラズマ密度の空間的な均一性が確保できなくなると考えられる。また、別の理由として、VHF特有の現象である表皮効果による電力伝播路でのインピーダンスの増大およびその不均一性に起因するものと考えられる。
The reason can be considered as follows. As pointed out in
本発明者は、最近、上記従来のVHFプラズマによる大面積化・均一化・高速処理化の困難性に関する本質的な原因として、上記文献での指摘事項に加えて、次に示す電力供給系の構造上の問題が関係しているということを発見した。 The present inventor has recently proposed an electric power supply system shown below as an essential cause regarding the difficulty of large area, uniformization, and high speed processing by the conventional VHF plasma. I found that structural problems were involved.
具体的には、従来技術での図9及び図12において、給電系の出力回路の構成部材の同軸ケーブルと電極との接続部は、互いに異なる構造の線路が接続された形になっている。即ち、同軸ケーブルは、内部導体(芯線)と外部導体の内面を往路・帰路とする伝送方式であるが、負荷である電極の構造は、同軸ケーブルと異なり、2本の平行線路に相当する構造である。その結果、その接続点では漏洩電流が発生する。この現象は電源周波数がVHF帯域になることにより、問題化されるものである。その様子を図6に示す。図6において、同軸ケーブル内部では、芯線と外部導体の内面を、振幅が等しく、位相が180度異なる電流Iが流れているが、該同軸ケーブルの端部からは前記Iと異なる電流I1,I2およびI3が流出している。該同軸ケーブルの内部と端部での電流が異なるのは、I3で表している電流で、これが問題の現象である。ここではI3を漏洩電流と呼ぶ。なお、図6では、同軸ケーブルの端部と一対の電極との接合部での高周波電力の電流のある瞬間を概念的に示しているが、交流現象なので、当然、図示されている電流の方向は時間的に変化する。 Specifically, in FIG. 9 and FIG. 12 in the prior art, the connection part between the coaxial cable and the electrode of the constituent member of the output circuit of the power feeding system has a shape in which lines having different structures are connected. That is, the coaxial cable is a transmission system in which the inner conductor (core wire) and the inner surface of the outer conductor are used as the forward path and the return path, but the structure of the electrode serving as a load is a structure corresponding to two parallel lines unlike the coaxial cable. It is. As a result, a leakage current is generated at the connection point. This phenomenon becomes a problem when the power supply frequency is in the VHF band. This is shown in FIG. In FIG. 6, inside the coaxial cable, a current I having the same amplitude and a phase different by 180 degrees flows through the inner surface of the core wire and the outer conductor, but currents I1 and I2 different from the above-mentioned I from the end of the coaxial cable. And I3 are flowing out. The difference in current between the inside and the end of the coaxial cable is the current represented by I3, which is a problem phenomenon. Here, I3 is called a leakage current. FIG. 6 conceptually shows a certain moment of high-frequency power current at the junction between the end of the coaxial cable and the pair of electrodes. Changes over time.
図6に示した漏洩電流の所在と概念を伝送回路の理論で具体的に考えると、次に示すようになる。図6において、同軸ケーブルの芯線と外部導体の内側に流れる電流をI、一対の電極の電力供給箇所と該同軸ケーブルとの接続線を流れる電流をI1,I2、該同軸ケーブルの外部導体の外側を流れる電流(ここでは、漏洩電流と呼ぶ)を、I3で表す。該同軸ケーブルの端部より見た一対の電極のインピーダンスは不平衡インピーダンスと平衡インピーダンスに分離できるものと考え、それぞれをZaおよびZbで表す。さらに、図6の同軸ケーブルと電極の接続部を、不平衡伝送系モデル(両線の電位が等しく、アースを帰路とする伝送路)と平衡伝送系モデル(往路・帰路の電流の振幅が等しく、位相が180°異なる伝送路)に分解できると考え、それぞれのモデルを、図7(a)、(b)のように表す。そして、図7(a),(b)の各部の電圧、電流を、それぞれ、図7(a),(b)に図示した記号で表す。 When the location and concept of the leakage current shown in FIG. 6 are specifically considered by the theory of the transmission circuit, it is as follows. In FIG. 6, the current flowing inside the coaxial cable core wire and the outer conductor is I, the current flowing through the connection line between the power supply location of the pair of electrodes and the coaxial cable is I1, I2, and the outside of the outer conductor of the coaxial cable. Is represented by I3 (referred to herein as leakage current). The impedance of the pair of electrodes viewed from the end of the coaxial cable is considered to be separable into an unbalanced impedance and a balanced impedance, and each is represented by Za and Zb. Further, the connection between the coaxial cable and the electrode in FIG. 6 is connected to the unbalanced transmission system model (transmission path in which the potentials of both lines are equal and the ground is the return path) and the balanced transmission system model (the current amplitude of the forward path and the return path is equal). , Each model is expressed as shown in FIGS. 7A and 7B. 7A and 7B are represented by symbols illustrated in FIGS. 7A and 7B, respectively.
伝送回路の理論によれば、上記図6および図7において、接続線を流れる電流I1,I2,および漏洩電流I3は次式で表される。
I1=Ia/2―Ib .....(4)
I2=Ia/2+Ib .....(5)
I2+I3=−I .........(6)
I3=−Ia .........(7)
不平衡伝送系のインピーダンスについては、次の関係がある。
Va/Ia=Z3+Za ....(8)
ただし、Z3は図7(a)において、同軸ケーブルの外部導体の端部外側より、右方を見たインピーダンスである。また、平衡伝送系のインピーダンスについては、次の関係がある。
Vb/Ib=Zb .......(9)
また、不平衡伝送系と平衡伝送系の電圧および電流の比に関して、次の関係がある。
Va/Vb=−1/2 ....(10)
Ia/Ib=―Zb/{2(Za+Z3)} ....(11)
According to the theory of the transmission circuit, in FIGS. 6 and 7, the currents I1, I2 and the leakage current I3 flowing through the connection line are expressed by the following equations.
I1 = Ia / 2-Ib. . . . . (4)
I2 = Ia / 2 + Ib. . . . . (5)
I2 + I3 = −I. . . . . . . . . (6)
I3 = −Ia. . . . . . . . . (7)
The impedance of the unbalanced transmission system has the following relationship.
Va / Ia = Z3 + Za. . . . (8)
However, Z3 is the impedance which looked at the right side from the outer end part of the outer conductor of a coaxial cable in Fig.7 (a). In addition, the impedance of the balanced transmission system has the following relationship.
Vb / Ib = Zb. . . . . . (9)
In addition, there is the following relationship regarding the voltage and current ratio of the unbalanced transmission system and the balanced transmission system.
Va / Vb = -1 / 2. . . . (10)
Ia / Ib = −Zb / {2 (Za + Z3)}. . . . (11)
上記(11)式の右辺において、一般に、不平衡インピーダンスZaは、無限大の値でないので、インピーダンスZ3が無限大の値でない限り、電流Iaは零にならない。即ち、漏洩電流I3が発生する。 In the right side of the above equation (11), generally, the unbalanced impedance Za is not an infinite value, so the current Ia does not become zero unless the impedance Z3 is an infinite value. That is, a leakage current I3 is generated.
従来のいくつかのタイプのプラズマ表面処理装置では、いずれも上記インピーダンスZ3が無限大の値になるように製作されていない。したがって、従来技術では漏洩電流I3が発生するという問題を抱えている。即ち、図9および図12に示される同軸ケーブルと一対の電極の電力供給箇所との接続部において、アース即ち真空容器内部の構造物が介在した漏洩電流の発生という現象が存在している。 None of the conventional types of plasma surface treatment apparatuses are manufactured so that the impedance Z3 has an infinite value. Therefore, the conventional technique has a problem that the leakage current I3 is generated. That is, there is a phenomenon in which leakage current occurs due to the ground, that is, the structure inside the vacuum vessel, at the connection between the coaxial cable shown in FIGS. 9 and 12 and the power supply location of the pair of electrodes.
この漏洩電流は、電力供給箇所近傍での不均一電界の原因であり、異常放電を起こす。この異常放電は、均一プラズマ生成の阻害要因であることから、極めて重大な問題である。 This leakage current is a cause of a non-uniform electric field in the vicinity of the power supply location and causes abnormal discharge. This abnormal discharge is a very serious problem because it is an obstacle to uniform plasma generation.
さらに、上記漏洩電流はアース即ち真空容器内部の構造物が介在した現象であるので、その構造物の個々の特徴に強い影響を受ける。したがって、従来技術でのプラズマ発生のための調整作業は、同軸ケーブルの接地の取り方の最適条件選定および再現性の評価などのために、多大の労力と時間を必要する。そして、生産装置などでは、装置のメンテナンス毎に、装置のアース条件が変化することから、再現性のある製品製造を行うことが困難となる場合がある。 Further, since the leakage current is a phenomenon in which a structure inside the vacuum vessel is interposed, it is strongly influenced by individual characteristics of the structure. Therefore, the adjustment work for generating plasma in the prior art requires a great deal of labor and time for selecting optimum conditions for grounding the coaxial cable and evaluating reproducibility. In a production apparatus or the like, since the grounding condition of the apparatus changes every time the apparatus is maintained, it may be difficult to manufacture a product with reproducibility.
以上詳説したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板、例えばサイズ1mx1m級大面積基板を対象にしたVHFプラズマCVDおよびプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、不可能視されている。このような状況のもと、応用物理学会および電気学会等関連学会において研究が活発化しているが、1mx1m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。 As described in detail above, in the prior art, it is still difficult to apply VHF plasma CVD and plasma etching to a large area substrate required for mass productivity improvement and cost reduction, for example, a large area substrate of size 1 mx 1 m class, It seems impossible. Under such circumstances, researches are active in related academic societies such as the Japan Society of Applied Physics and the Institute of Electrical Engineers of Japan, but the success of the surface treatment method using VHF plasma and its apparatus for 1mx1m class large area substrates has been announced. It has not been.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来技術では困難視されている、例えば1mx1m級の大面積基板に対してもVHF帯域(30MHz〜300MHz)の周波数を用いて、高速かつ均一性に優れたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and has been considered difficult in the prior art, for example, using a frequency in the VHF band (30 MHz to 300 MHz) even for a large area substrate of 1 mx 1 m class. An object of the present invention is to provide a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method excellent in high speed and uniformity.
上記目的を達成する為に、本願の請求項1記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる高周波電力供給用同軸ケーブルであって、前記同軸ケーブルの前記一対の電極側の端部の外部導体外表面での該同軸ケーブルの他方の端部の方向を見たインピーダンスが、該一対の電極間のインピーダンスより100倍以上大きい値であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate are set. A pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode disposed opposite to the first electrode, and a power supply system for supplying high-frequency power of a high-frequency power output to the pair of electrodes are generated. A coaxial cable for high-frequency power supply used in a plasma surface treatment apparatus that treats the surface of a substrate using plasma, the coaxial cable on the outer conductor outer surface at the end of the pair of electrodes of the coaxial cable The impedance viewed from the other end of the electrode is a value 100 times or more larger than the impedance between the pair of electrodes.
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項2記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる高周波電力供給用同軸ケーブルであって、前記同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、長さが波長短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、該円筒型導電体の一方の端面を開放し、他方の端面を該同軸ケーブルの外部導体に密着させ、かつ、該円筒型導電体と該同軸ケーブル間に絶縁環を設置し、かつ、該円筒型導電体の開放された端面と該同軸ケーブルの端面を同一平面上に設置させ、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to
なお、上記請求項2(他の請求項も同様)において、波長短縮率を考慮した波長λとは、同軸ケーブル内部を伝播する際の電波の波長で、波長短縮率即ち例えば、同軸ケーブルの誘電体がポリエチレンの場合、0.67あるいは、アルミナの場合、0.34と、真空中を伝播する場合の前記高周波電源出力周波数に対応の電波の波長の積を意味している。 In the above-mentioned claim 2 (the same applies to other claims), the wavelength λ in consideration of the wavelength shortening rate is the wavelength of the radio wave when propagating inside the coaxial cable, and is the wavelength shortening rate, for example, the dielectric of the coaxial cable. When the body is polyethylene, it means 0.67 or 0.34 when alumina, and the product of the wavelength of the radio wave corresponding to the output frequency of the high frequency power source when propagating in vacuum.
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項3記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる高周波電力供給用同軸ケーブルであって、前記同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、波長短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該同軸ケーブルの端面を同一平面上に設置させ、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする。 Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 3 of the present application is a set of a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate. A pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode disposed opposite to the first electrode, and a power supply system for supplying high-frequency power of a high-frequency power output to the pair of electrodes, A coaxial cable for high-frequency power supply used in a plasma surface treatment apparatus that treats the surface of a substrate using generated plasma, wherein the coaxial cable and an external conductor are used as an input portion and the coaxial cable The other end of the cable is covered with a tube-shaped conductor open at both ends and a cylindrical conductor with one end open, and the outer surface of the tube-shaped conductor and the inner surface of the cylindrical conductor are in close contact with each other. The other end face of the type conductor is outside the coaxial cable. The distance between one end face of the tubular conductor and the closed end face of the cylindrical conductor is a quarter of the wavelength λ of the high-frequency power output considering the wavelength shortening rate. 1 or λ / 4, and an insulating ring is installed between the tubular conductor and the outer conductor of the coaxial cable, and one end face of the tubular conductor and the end face of the coaxial cable are on the same plane. And having a configuration in which the core wire and the outer conductor at the other end of the coaxial cable are used as the output section.
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項4記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルが請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成されていることを特徴とする。
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項5記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルを請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルによって構成し、プラズマ表面処理を行うことを特徴とする。 Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 5 of the present application is a set of a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate. A pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode disposed opposite to the first electrode, and a high-frequency power supply coaxial cable for supplying high-frequency power of a high-frequency power output to the pair of electrodes A high-frequency power supply coaxial cable according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-frequency power supply coaxial cable is a plasma surface treatment method for treating a surface of a substrate using generated plasma. It is constituted by a coaxial cable for power supply, and plasma surface treatment is performed.
請求項1の高周波電力供給用同軸ケーブルによれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記同軸ケーブルの前記一対の電極側の端部の外部導体外表面での該同軸ケーブルの他方の端部の方向を見たインピーダンスが、該一対の電極間のインピーダンスより、少なくとも100倍以上大きい値であるので、該一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性を改善できるので、従来困難視されていたVHF帯域(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、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。 According to the coaxial cable for high-frequency power supply of claim 1, the vacuum vessel provided with the exhaust system, the discharge gas supply system for supplying the discharge gas into the vacuum vessel, and the first electrode on which the substrate is set And a pair of electrodes composed of a second electrode disposed opposite to the first electrode, and a power supply system configured by a coaxial cable for high-frequency power supply that supplies high-frequency power of a high-frequency power output to the pair of electrodes. A plasma surface treatment apparatus for treating a surface of a substrate using generated plasma, wherein the other end portion of the coaxial cable on the outer conductor outer surface of the pair of electrode ends of the coaxial cable is provided. Since the impedance viewed from the direction is at least 100 times greater than the impedance between the pair of electrodes, leakage current at the power supply unit to the pair of electrodes can be suppressed, and the pair of electrodes Since the plasma uniformity can be improved, the spatial distribution of the high-density plasma using the power source in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult in the past, can be made uniform. It is possible to improve the film speed and the etching speed and improve the uniformity with good reproducibility. This effect is remarkably large not only in the LSI, LCD, and photoconductor photoconductor industries, but also in the contribution relating to productivity improvement in the solar cell industry.
請求項2の高周波電力供給用同軸ケーブルによれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、長さが波長短縮率を考慮した高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4の円筒型導電体を被せ、かつ、該円筒型導電体の一方の端面を開放し、他方の端面を該同軸ケーブルの外部導体に密着させ、かつ、該円筒型導電体と該同軸ケーブル間に絶縁環を設置し、かつ、該円筒型導電体の開放された端面と該同軸ケーブルの端面を同一平面上に設置させ、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成であるので、前記一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性を改善できるので、従来困難視されていたVHF帯域(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、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。
According to the coaxial cable for high-frequency power supply of
請求項3の高周波電力供給用同軸ケーブルによれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該同軸ケーブルの端面を同一平面上に設置させ、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成であるので、前記一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性を改善できるので、従来困難視されていたVHF帯域(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、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。 According to the coaxial cable for high-frequency power supply of claim 3, the vacuum vessel provided with the exhaust system, the discharge gas supply system for supplying the discharge gas into the vacuum vessel, and the first electrode on which the substrate is set And a pair of electrodes composed of a second electrode disposed opposite to the first electrode, and a power supply system configured by a coaxial cable for high-frequency power supply that supplies high-frequency power of a high-frequency power output to the pair of electrodes. In the plasma surface treatment apparatus for treating the surface of the substrate using the generated plasma, the core wire and the outer conductor of one end of the coaxial cable as an input unit, the other end of the coaxial cable, A tubular conductor open at both ends and a cylindrical conductor open at one end are covered, the outer surface of the tubular conductor and the inner surface of the cylindrical conductor are in close contact, and the other end surface of the cylindrical conductor is Closely connected to the outer conductor of the coaxial cable And the distance between one end face of the tubular conductor and the closed end face of the cylindrical conductor is a quarter of the wavelength λ of the high-frequency power output considering the shortening rate, that is, λ / 4 and an insulating ring is installed between the outer conductor of the tubular conductor and the coaxial cable, and one end face of the tubular conductor and the end face of the coaxial cable are installed on the same plane, And since it is the structure which makes the core wire and outer conductor of the other end part of this coaxial cable an output part, the leakage current in the power supply part to the pair of electrodes can be suppressed, and the plasma between the pair of electrodes Therefore, the spatial distribution of high-density plasma using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult in the past, can be made uniform. Improved etching speed and uniformity But it is possible with good reproducibility. This effect is remarkably large not only in the LSI, LCD, and photoconductor photoconductor industries, but also in the contribution relating to productivity improvement in the solar cell industry.
請求項4のプラズマ表面処理装置によれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルが請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成されるので、前記一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性が改善できるので、従来困難視されていたVHF帯域(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、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。
According to the plasma surface treatment apparatus of
請求項5のプラズマ表面処理方法によれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルを請求項1ないし3のいずれか1項に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルによって構成し、プラズマ表面処理を行うので、前記一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性を改善できるので、従来困難視されていたVHF帯域(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、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。 According to the plasma surface treatment method of claim 5, a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, a first electrode on which a substrate is set, and the A pair of electrodes composed of a second electrode disposed opposite to the first electrode, and a power supply system configured by a coaxial cable for high-frequency power supply that supplies high-frequency power of a high-frequency power output to the pair of electrodes. A plasma surface treatment method for treating a surface of a substrate using generated plasma, wherein the coaxial cable for high-frequency power supply is configured by the coaxial cable for high-frequency power supply according to any one of claims 1 to 3. Since the plasma surface treatment is performed, the leakage current at the power supply unit to the pair of electrodes can be suppressed, and the uniformity of the plasma between the pair of electrodes can be improved. The spatial distribution of high-density plasma using a power source in the VHF band (30 MHz to 300 MHz) can be made uniform, and uniform surface treatment on the substrate, that is, the film forming speed and the etching speed can be improved and the uniformity can be improved with good reproducibility. It is. This effect is remarkably large not only in the LSI, LCD, and photoconductor photoconductor industries, but also in the contribution relating to productivity improvement in the solar cell industry.
本発明者は、従来技術に依然として存在するいくつかの問題の中で、一対の電極と高周波電源の出力を供給するための同軸ケーブルとの接続部に発生する漏洩電流に関する問題に着目し、鋭意、種々検討した結果、その解決方法および解決手段を創出することに成功した。そのアイデイアは、前記(11)式の関係を活用したもので、同軸ケーブルの一方の端部より他方の端部の方向を見た外部導体の外部表面のインピーダンス(前記のZ3)を無限大にする手段を講じることにより、問題となる漏洩電流を抜本的に抑制可能とするものである。 Among the problems still existing in the prior art, the present inventor has paid attention to the problem related to the leakage current generated at the connection portion between the pair of electrodes and the coaxial cable for supplying the output of the high frequency power supply, and has earnestly As a result of various studies, the inventors have succeeded in creating a solution and a solution. The idea utilizes the relationship of the above equation (11), and the impedance (Z3) of the outer surface of the outer conductor viewed from one end of the coaxial cable toward the other end is made infinite. By taking measures, the leakage current that becomes a problem can be drastically suppressed.
本発明の基本概念は、前記図6および図7にける不平衡系モデルでの電流Iaと平衡系モデルの電流Ibの比を無限小に、少なくとも百分の一以下に、即ちIa/Ib<1/100に抑制するために、前記(11)式の関係より、同軸ケーブルの該一対の電極側の端部の外部導体外表面での該同軸ケーブルの他方の端部の方向を見たインピーダンスZ3が、前記一対の電極間の平衡インピーダンスZbより、無限に大きい値、少なくとも略100倍以上大きい値とすることを特徴とする。なお、略100倍という数値の根拠は、不平衡系モデルでの電流Iaを平衡系モデルでの電流Ibの1%以下に抑制できれば、一対の電極間のプラズマ現象がIaの影響を1%以下に抑えて、電流Ib依存で制御できると考えられるからである。上記基本概念を実現するための手段および方法の具体例として、以下に2つの実施例を示す。 The basic concept of the present invention is that the ratio of the current Ia in the unbalanced system model in FIG. 6 and FIG. 7 to the current Ib in the balanced model is infinitely small, that is, at least one-hundred or less, that is, Ia / Ib < In order to suppress to 1/100, the impedance of the other end of the coaxial cable viewed from the outer surface of the outer conductor at the end of the pair of electrodes of the coaxial cable from the relationship of the equation (11) Z3 is an infinitely large value, at least about 100 times greater than the equilibrium impedance Zb between the pair of electrodes. If the current Ia in the unbalanced model is suppressed to 1% or less of the current Ib in the balanced model, the plasma phenomenon between the pair of electrodes can reduce the influence of Ia by 1% or less. This is because it is considered that the current can be controlled depending on the current Ib. As specific examples of means and methods for realizing the basic concept, two examples will be described below.
本発明の一実施例に係わる高周波電力供給用同軸ケーブル、該同軸ケーブルにより構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法について、以下、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なa―Si薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の具体例の装置および方法に限定されるものではない。 A coaxial cable for supplying high-frequency power according to an embodiment of the present invention, a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method constituted by the coaxial cable will be described below with reference to the drawings. In the following description, as an example of a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method, an apparatus and method for producing an a-Si thin film necessary for producing a solar cell are described. However, the present invention is not limited to the devices and methods of the following specific examples.
実施例1の高周波電力供給用同軸ケーブル、該同軸ケーブルにより構成されたプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、以下、図1〜図4を参照して説明する。図1は実施例1に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図2は図1のプラズマ表面処理装置のブロック構成図、図3は実施例1に係わる高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例の構成を示す説明図、および図4は図1のプラズマ表面処理装置での高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例と一対の電極との接続部を示す説明図である。 A coaxial cable for supplying high-frequency power according to Example 1, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the coaxial cable will be described below with reference to FIGS. explain. FIG. 1 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is a block diagram of the plasma surface treatment apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of a coaxial cable for high-frequency power supply according to the first embodiment. FIG. 4 is an explanatory view showing the configuration of a specific example of FIG. 1, and FIG. 4 is an explanatory view showing a connection portion between a first specific example of a coaxial cable for high-frequency power supply and a pair of electrodes in the plasma surface treatment apparatus of FIG. .
先ず、装置の構成を説明する。図1および図2において、符番1は真空容器である。この真空容器1には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち第1の非接地電極2と図示しない基板ヒータ3を内臓した第2の非接地電極4が配置されている。該第2の非接地電極4は絶縁物支持材5a、5bで真空容器1に固着されている。前記第1の非接地電極2は、図示しない絶縁物6を介して真空容器1に固着されている。該第1の非接地電極2には直径2mm〜10mm程度の多数の小孔7が開口率40%〜60%で配置されている。該小孔は、後述の放電ガスを一対の電極2,4間に一様に流出さために設置されている。また、高密度プラズマの生成に効果のあるホローカソード放電を発生させる手段としても期待される。前記第1の非接地電極2の周りにはアースシールド8が配置されている。該アースシールド8は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管9a、9bより供給されるSiH4等放電ガスを、整流孔10および前記非接地電極2に配置されている多数の小孔7を介して、前記一対の電極2と4の間に均一に供給する機能を有している。また、前記アースシールド8は、排気管11および図示しない真空ポンプ12と組み合わせて使用されることのより、プラズマ生成空間でプラズマ化された使用済みの放電ガスを排出する機能を有している。
First, the configuration of the apparatus will be described. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a vacuum vessel. The vacuum vessel 1 is provided with a pair of electrodes for converting a discharge gas, which will be described later, into plasma, that is, a first
真空容器1内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、本実施例の場合は、放電ガスが流量500sccm〜1、500sccm程度の場合、圧力0.01Torr〜10Torr(1.33Pa〜1,330Pa)程度に調整できる。真空容器1の真空到達圧力は2〜3E−7Torr(2.66〜3.99E−5Pa)程度である。 The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown), and is automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjustment valve (not shown). In the case of the present embodiment, when the discharge gas has a flow rate of about 500 sccm to 1,500 sccm, the pressure can be adjusted to about 0.01 Torr to 10 Torr (1.33 Pa to 1,330 Pa). The vacuum ultimate pressure of the vacuum vessel 1 is about 2 to 3E-7 Torr (2.66 to 3.99E-5 Pa).
符番13は基板で、図示しないゲートバルブ39の開閉操作により、第2の非接地電極4に設置される。そして、図示しない基板ヒータ3により所定の温度に加熱される。
図1および図2において、符番15は高周波電源で、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の電力を発生する。その電力は第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、電流導入端子18、高周波電力供給用同軸ケーブル19および図示しない絶縁環21a、21bでそれぞれ絶縁されている第1のおよび第2の給電線23,29を介して、一対の電極2,4の給電点14a、14bに供給される。
1 and 2,
上記インピーダンスZ3が無限大であるとの機能をもつ同軸ケーブルの具体的構造の一例として、高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例32を図3に示す。図3の装置は、芯線23a、外部導体24および誘電体25から構成の同軸ケーブル16cの一方の端部の芯線60と外部導体61を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極2,4に接続される側の端部に円筒型導電体26を被せた構造を有し、かつ、他方の端部の芯線23aと外部導体24を出力部とする。該円筒型導電体26は、形状が円筒で、一方の端面を開放し、他方の端面27を外部導体24に密着・接続したものである。その長さは前記高周波電源15の出力電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の1、即ちλ/4である。その値は、例えば、誘電体がアルミナの同軸ケーブルを用い(波長短縮率:0.34)、電源周波数:60MHzの場合は、その電波の真空伝播中の波長は5mであるので、0.34x5m/4=0.425mである。なお、波長短縮率を考慮した波長λとは、同軸ケーブル内部を伝播する際の電波の波長で、波長短縮率即ち例えば、同軸ケーブルの誘電体がポリエチレンの場合、0.67あるいは、アルミナの場合、0.34と、真空中を伝播する場合の前記高周波電源出力周波数に対応の電波の波長の積を意味している。該円筒型導電体26と前記外部導体24との間隔は2mm〜60mm程度である。なお、この間隔の値は、該円筒型導電体26の内面全体について一定となるのが望ましい。該円筒型導電体26と上記外部導体24の間には、絶縁環28a、28bが配置され、その間隔が一定に保持されている。前記外部導体24の端部には、図3図示のように第2の給電線29が接続され、芯線23aに接続された第1の給電線23と組み合わせて上記給電点14a、14bへの電力供給に用いられる。該円筒型導電体の開放された端面と該同軸ケーブルの端面は同一平面上になるように設定する。
As an example of the specific structure of the coaxial cable having the function that the impedance Z3 is infinite, a first specific example 32 of the coaxial cable for supplying high-frequency power is shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 3 has a
図3において、前記外部導体24の端面の地点30aから前記円筒型導電体26の一方の端面の地点30bを経由して、他方の端面の地点31の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点30aから地点30bの長さが波長短縮率を考慮した波長λの四分の一即ちλ/4であるので、地点30aと地点31間のインピーダンスは無限大である。なお、波長短縮率を考慮した波長λとは、同軸ケーブル内部を伝播する際の電波の波長で、波長短縮率即ち例えば、同軸ケーブルの誘電体がポリエチレンの場合、0.67あるいは、アルミナの場合、0.34と、真空中を伝播する場合の前記高周波電源出力周波数に対応の電波の波長の積を意味している。その結果、前記(11)式の関係より、Z3が無限大の場合、漏洩電流I3(即ちIa)は零となる。すなわち、前記外部導体24の端面からの漏洩電流は発生しないということを示している。
In FIG. 3, when a leakage current tries to flow from the
図3に示した高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例32を、図1および図2に示した実施例1に係わる表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図4に、図1および図2に示した一対の電極2,4と前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例32を接続する配線状況を示している。プラズ生成空間に接する非接地電極2の内面(ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ)の小孔7部分に位置した給電点14aに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例32の同軸ケーブルの芯線23を接続する。また、前記接地電極4の内面の給電点14bに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例32のリード線29を接続する。なお、前記芯線23およびリード線29には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環21a,21bが配置され、異常放電を抑制している。
A case will be described in which the first specific example 32 of the coaxial cable for high-frequency power supply shown in FIG. 3 is used as one configuration of the surface treatment apparatus according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 4 shows a wiring situation in which the pair of
次に、上記構成、即ち図1〜図4のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用のa−Siを製膜する方法を説明する。図1〜図4において、予め、基板13を第2の非接地電極4の上に設置し、真空ポンプ12を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管9a,9bからSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力を供給する。なお、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
Next, a method of forming a-Si for an a-Si solar cell using the above-described configuration, that is, the plasma surface treatment apparatus shown in FIGS. 1 to 4, in advance, the
即ち、高周波電源15の出力を例えば周波数60MHzで、出力500Wを第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、電流導入端子18、高周波電力供給用同軸ケーブル19の第1の具体例32、および絶縁環21a,21bでそれぞれ絶縁されている第1および第2の給電線23,29を介して、給電点14a、14bに供給する。この場合、上記整合器17を調整することにより、整合器17の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。その結果、SiH4ガスのプラズマが生成される。
That is, the output of the high
ここで、給電点14a,14bに供給される電力は、高周波電力供給用同軸ケーブル19の第1の具体例32の漏洩電流防止の機能により、漏洩電流の発生を抑制して、第1および第2の給電線23,29から一対の電極2,4に供給できる。したがって、前記給電点14a,14b近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第1および第2の給電線23,29回りの絶縁環21a,21bの絶縁効果も、両者間での異常放電を抑制している。また、従来技術では、漏洩電流の発生の仕方が一対の電極2,4周辺のアース構造および配線状況に関係しているので、再現性の良いプラズマ生成は困難であるが、本実施例では漏洩電流が発生しないので、再現性の良いプラズマを生成できる。
Here, the power supplied to the feeding points 14a and 14b is controlled by the leakage current prevention function of the first specific example 32 of the
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3,SiH2,SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板13表面に吸着されることにより、a−Si膜が堆積する。なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
In the above process, when
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ1200mmx300mm(厚み4mm)程度のガラス基板13に製膜速度1nm/s、膜厚分布±10%のa−Siを製膜することを実施する。
Specific conditions in the case of film formation by the above procedure will be described below. Forming a-Si having a film forming speed of 1 nm / s and a film thickness distribution of ± 10% on a
製膜条件は次の通りである。
(製膜条件)
・放電ガス:SiH4
・流量:500sccm
・圧力:0.5Torr(66.5Pa)
・電源周波数:60MHz
・電力:500W
・基板13の温度:180℃
The film forming conditions are as follows.
(Film forming conditions)
・ Discharge gas: SiH4
・ Flow rate: 500sccm
・ Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
・ Power supply frequency: 60 MHz
・ Power: 500W
-Temperature of substrate 13: 180 ° C
上記製膜条件でプラズマを生成すると、上記高周波電力供給用同軸ケーブルにより電力供給系と一対の電極2,4との接続部での漏洩電流の発生が抑制されるので、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて、再現性良く均一になる。その結果、製膜されるa−Siの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはa−Si膜厚分布が±10以内で製膜が可能となる。
When plasma is generated under the film forming conditions, since the generation of leakage current at the connecting portion between the power supply system and the pair of
なお、本実施例では、一対の電極2,4にそれぞれ、給電点を1点(一対)としているので、基板サイズは上記1200mmx300mm程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
In this embodiment, since the power supply point is set to one point (a pair) for each of the pair of
また、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±10%以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、60MHzの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。 Further, in the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above embodiment, it is possible to obtain a significantly better film thickness distribution as compared with the conventional apparatus and method even when a power supply frequency of 60 MHz is used. This means that the industrial value related to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums is remarkably large.
本発明の実施例2の高周波電力供給用同軸ケーブル、該同軸ケーブルにより構成されたプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図1、図2、図4および図5を参照しながら説明する。図5は、実施例2に係わる高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40の構成を示す説明図である。 FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4 shows a coaxial cable for high-frequency power supply of Example 2 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the coaxial cable. This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a second specific example 40 of the coaxial cable for high-frequency power supply according to the second embodiment.
先ず、装置の構成について説明する。ただし、図1〜図4と同部材は同符番を付して説明を省略する。実施例2の装置の構成は、実施例1の構成、即ち図1、図2および図4において、高周波電力供給用同軸ケーブル19として用いられた高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例32に代えて、図5に示す高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40を用いるもので、その他の装置構成要素はすべて同様である。それ故、高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40以外の装置の構成要素については図1、図2、および図4を参照することにし、ここでは説明を省略する。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those in FIGS. The configuration of the apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, that is, the first specific example 32 of the high-frequency power supply coaxial cable used as the high-frequency power supply
図5において、芯線23a、外部導体24および誘電体25から構成の同軸ケーブル16cの一方の端部の芯線60と外部導体61を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極2,4に接続される側の端部に、両端解放の管型導電体26aと円筒型導電体26bを被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線23aと外部導体24を出力部とする。該管型導電体26aと円筒型導電体26bは、図5に示すように、内筒と外筒の関係にあり、該管型導電体26aの外面と円筒型導電体26bの内面が電気的に短絡状態になっている。上記内筒と外筒の関係にある重ねあった部分の距離は後述の取り付けボルト42a,42bおよび41a、41bを用いて調整される。該管型導電体26aの一方の端面31と該円筒型導電体26bの端面27の距離は、前記高周波電源15の出力電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の1(即ちλ/4)である。その値は、例えば、誘電体がアルミナの同軸ケーブルを用い(波長短縮率:0.34)、電源周波数:60MHzの場合は、その電波の真空伝播中の波長は5mであるので、0.34x5m/4=0.425mである。前記管型導電体26aの内面と前記外部導体24との間隔は2mm〜60mm程度である。なお、この間隔の値は、該円筒型導電体26の内面全体について一定となるのが望ましい。該管型導電体26aと上記外部導体24の間には、絶縁環28a、28bが配置され、その間隔が一定に保持されている。該円筒型導電体の開放された端面と該同軸ケーブルの端面は同一平面上になるように設定する。前記外部導体24の端部には、図5図示のように第2の給電線29が接続され、芯線23aに接続された第1の給電線23と組み合わせて上記給電点14a、14bへの電力供給に用いられる。
In FIG. 5, the
図5において、前記外部導体24の端面の地点30aから前記円筒型導電体26bの端面の地点30bを経由して、該管型導電体26aの端面の地点31の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点30aから地点30bの長さが波長短縮率を考慮した波長λの四分の一、即ちλ/4であるので、地点30aと地点31間のインピーダンスは無限大である。即ち、前記(11)式のZ3が無限大である。その結果、前記(11)式の関係より、漏洩電流I3、即ちIaは零である。これは、漏洩電流が発生しないことを意味している。
In FIG. 5, a leakage current tends to flow from the
次に、図5に示した高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40を、図1および図2に示した表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図4に、図1および図2に示した一対の電極2,4と前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の実施例32を接続する配線状況を示したが、それと同様に高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40を用いる。プラズ生成空間に接する第1の非接地電極2の内面(ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ)の小孔7部分に位置した給電点14aに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の実施例40の同軸ケーブルの芯線23を接続する。また、前記第2の非接地電極4の内面の給電点14bに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の実施例40のリード線29を接続する。なお、前記芯線23およびリード線29には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環21a,21bが配置され、異常放電を抑制している。
Next, a case where the second specific example 40 of the coaxial cable for supplying high-frequency power shown in FIG. 5 is used as one configuration of the surface treatment apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 4 shows a wiring situation in which the pair of
上記構成の表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用のa−Siを製膜する方法を説明する。図1、図2、図4および図5において、予め、基板13を第2の非接地電極4の上に設置し、真空ポンプ12を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管9a,9bからSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、一対の電極2,4に高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を供給する。なお、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
A method for forming a-Si for an a-Si solar cell using the surface treatment apparatus having the above-described configuration will be described. 1, 2, 4, and 5, after the
即ち、高周波電源15の出力を例えば周波数70MHzで、出力500Wを第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、電流導入端子18、高周波電力供給用同軸ケーブル19の第2の具体例40および絶縁環21a,21bでそれぞれ絶縁されている第1および第2の給電線23,29を介して、給電点14a、14bに供給する。この場合、上記整合器17を調整することにより、整合器17の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。仮に、上記高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40の長さの調整が周波数70MHzに整合していないことが原因で、該同軸ケーブル19と一対の電極2,4の間で電流の漏洩が発生している場合、一旦、プラズマの生成を中断し、上記高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40の長さを調整することにより、再度プラズマを生成し、上記電力の反射が抑制されることを確認することができる。
That is, the output of the high
なお、高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例40には、高周波電源15の周波数が若干変更された場合、その周波数に対応して、該同軸ケーブルの第2の具体例40の長さを調整することにより対応できるというメリットがある。
In the second specific example 40 of the high-frequency power supply coaxial cable, when the frequency of the high-
ここで、給電点14a,14bに供給される電力は、上記高周波電力供給用同軸ケーブル19の第2の具体例40の長さ調整による漏洩電流抑制の効果を最大限に活用することにより電力の損失を最小限にして、第1および第2の給電線23,29から一対の電極2,4に供給できる。したがって、前記給電点14a,14b近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第1および第2の給電線23,29回りの絶縁環21a,21bの絶縁効果も加わり、両者間での異常放電を抑制している。
Here, the power supplied to the feeding points 14a and 14b is obtained by maximizing the effect of suppressing the leakage current by adjusting the length of the second specific example 40 of the
SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3,SiH2,SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板13表面に吸着されることにより、a−Si膜が堆積する。なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
When the
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ1200mmx300mm(厚み4mm)程度のガラス基板13に製膜速度1nm/s、膜厚分布±10%のa−Siを製膜することを実施する。
Specific conditions in the case of film formation by the above procedure will be described below. Forming a-Si having a film forming speed of 1 nm / s and a film thickness distribution of ± 10% on a
製膜条件は次の通りである。
(製膜条件)
・放電ガス:SiH4
・流量:500sccm
・圧力:0.5Torr(66.5Pa)
・電源周波数:70MHz
・電力:500W
・基板13の温度:180℃
The film forming conditions are as follows.
(Film forming conditions)
・ Discharge gas: SiH4
・ Flow rate: 500sccm
・ Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
・ Power supply frequency: 70 MHz
・ Power: 500W
-Temperature of substrate 13: 180 ° C
上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例1と同様に、上記高周波電力供給用同軸ケーブルにより電力供給系と一対の電極との接続部での漏洩電流の発生が抑制されるので、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて再現性良く均一になる。その結果、製膜されるa−Siの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはa−Si膜厚分布が±10以内で製膜が可能となる。 When plasma is generated under the above film forming conditions, generation of leakage current at the connecting portion between the power supply system and the pair of electrodes is suppressed by the high frequency power supply coaxial cable as in the first embodiment. The spatial distribution of the plasma density is uniform with good reproducibility compared to the conventional case. As a result, the film thickness distribution of the a-Si film to be formed becomes uniform with good reproducibility compared to the conventional case. Numerically, film formation becomes possible when the a-Si film thickness distribution is within ± 10.
ただし、本実施例2では、実施例1の場合とは装置構成部材の高周波電力供給用同軸ケーブルの機能が異なり、対応波長に若干の調整機能があるので、高周波電源15の周波数が若干変更された場合でも、別途新たに高周波電力供給用同軸ケーブルを設置することなく、その長さの調整で対応できるというメリットがある。
However, in the second embodiment, the function of the coaxial cable for supplying the high frequency power of the apparatus constituent member is different from that in the first embodiment, and the corresponding wavelength has a slight adjustment function, so the frequency of the high
なお、本実施例2では、一対の電極2,4にそれぞれ、給電点を1点(一対)としているので、基板サイズは上記1200mmx300mm程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
In the second embodiment, since the power supply point is set to one point (a pair) for each of the pair of
また、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±10%以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、70MHzの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。 Further, in the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above embodiment, even if a power supply frequency of 70 MHz is used, it is possible to obtain a significantly better film thickness distribution as compared with the conventional apparatus and method. This means that the industrial value related to productivity improvement and cost reduction in the manufacturing field of a-Si solar cells, thin film transistors, and photosensitive drums is remarkably large.
1...真空容器,
2...第1の非接地電極,
4...第2の非接地電極,
5a,5b...絶縁物支持材,
7...小孔,
8...アースシールド,
9a,9b...放電ガス供給管,
10...整流孔,
11...排気管,
13...基板,
14a,14b...給電点,
15...高周波電源、
16a,16b...第1および第2の同軸ケーブル、
17...整合器、
18...電流導入端子、
19...高周波電力供給用同軸ケーブル、
23...第1の給電線、
23a...芯線、
24...外部導体、
25...誘電体、
26...円筒型導電体、
26a...管型導電体,
26b...円筒型導電体,
27...端面,
28a、28b...絶縁環,
29...第2の給電線、
32...高周波電力供給用同軸ケーブルの第1の具体例、
40...高周波電力供給用同軸ケーブルの第2の具体例、
41a、41b42a,42b...取り付けボルト。
1. . . Vacuum vessel,
2. . . A first ungrounded electrode,
4). . . A second ungrounded electrode,
5a, 5b. . . Insulation support,
7. . . Small holes,
8). . . Earth shield,
9a, 9b. . . Discharge gas supply pipe,
10. . . Rectifying hole,
11. . . Exhaust pipe,
13. . . substrate,
14a, 14b. . . Feeding point,
15. . . High frequency power supply,
16a, 16b. . . First and second coaxial cables,
17. . . Matcher,
18. . . Current introduction terminal,
19. . . Coaxial cable for high frequency power supply,
23. . . A first feeder line,
23a. . . Core wire,
24. . . Outer conductor,
25. . . Dielectric,
26. . . Cylindrical conductor,
26a. . . Tubular conductor,
26b. . . Cylindrical conductor,
27. . . End face,
28a, 28b. . . Insulation ring,
29. . . A second feeder,
32. . . A first specific example of a coaxial cable for high-frequency power supply;
40. . . A second specific example of a coaxial cable for high-frequency power supply;
41a, 41b42a, 42b. . . Mounting bolt.
Claims (5)
A vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, a first electrode on which a substrate is set, and a second electrode disposed opposite to the first electrode A pair of electrodes composed of electrodes, and a power supply system configured by a coaxial cable for supplying high-frequency power of high-frequency power output to the pair of electrodes, and the surface of the substrate is formed using the generated plasma. In the plasma surface treatment method to be processed, the high-frequency power supply coaxial cable is configured by the high-frequency power supply coaxial cable according to any one of claims 1 to 3, and plasma surface treatment is performed. Surface treatment method.
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