JP2005051102A - 高周波プラズマ発生用電極と、該電極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 - Google Patents

Abstract

【課題】１ｍｘ１ｍ級大面積基板に対して、真空容器内の一対の電極間にＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）のプラズマが再現性良く、均一に生成され、基板に対する均一なプラズマ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。
【解決手段】プラズマを利用して真空容器１０１内の一対の電極１０２，１０４の一方に配置される基板１１３の表面を処理する表面処理装置および方法に用いられる高周波プラズマ発生用の電極であって、前記電極への電力供給箇所は該一対の電極が対向する面即ちプラズマが生成される空間に接する面に位置し、かつ、前記電力供給箇所１１４ａと電力供給系構成部材の同軸ケーブル１１６ｃとの接続部に平衡不平衡変換装置１１９が挿入されるという構成の高周波プラズマ発生用電極であることを特徴とする。
【選択図】図１

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。

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。

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。

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。

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の技術は、その詳細を後に記述するが、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ノードの位置を制御することを特徴としている。

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２記載のプラズマ表面処理装置および方法を、図１６ないし図２０を参照して説明する。

先ず、装置の構成を説明する。図中の符番５１は真空容器を示す。該真空容器５１内には、プラズマを発生させるための一対の電極、即ち非接地電極５２と基板ヒータ５３を内臓した接地電極５４が配置されている。前記非接地電極５２は、絶縁物５５ａ，５５ｂ、５５ｃを介して真空容器５１の上部に取り付けられている。前記非接地電極５２の下部側即ちプラズマが生成される空間５６に接する下部側の下面Ａには、直径０．５ｍｍ程度の多数のガス吹き出し孔５７が孔間隔１０〜１５ｍｍで形成されている。前記非接地電極５２の側の上部上面Ｂには、放電用ガス導入管５８を介して図示しないボンベが取り付けられている。このボンベから真空容器５１内に例えばシランガス（ＳｉＨ４）が供給される。

前記真空容器５１には、第１の排気管５９ａを介して第１の真空ポンプ４０ａが接続されるとともに、第２の排気管５９ｂを介して第２の真空ポンプ４０ｂが接続されている。前記真空容器５１内のガスは、前記排気管５９ａ、５９ｂを通して前記真空ポンプ４０ａ，４０ｂにより排出される。基板６１は前記接地電極５４上に設置され、基板ヒータ５３および該基板ヒータ５３に接続された基板ヒータ電源６２により所定の温度に加熱される。前記接地電極５４は支持体６３に固定されている。前記基板６１の高さに相当する前記真空容器５１の側壁には、基板を出し入れするためのゲートバルブ６４ａ，６４ｂが設置されている。

前記非接地電極５２の側面、即ち前記空間５６に接する非接地電極５２の下面Ａの周辺部から僅かに離れた位置の一方の側面（第１の側面）には、図１６ないし図１８に示すように、複数個の電力供給箇所６５ａ，６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅ、６５ｆ、６５ｇ、および６５ｈが位置している。また、前記第１の側面と平行に対向する非接地電極５２の第２の側面には、図１６および図１８に示すように、複数個の電力供給箇所６５ｉ，６ｊ、６５ｋ、６５ｌ、６５ｍ、６５ｎ、６５ｏ、６５ｐが位置している。前記真空容器５１の壁面には、図１６および図１７に示すように、複数個の電流導入端子６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ、６６ｇ、６６ｈからなる群と、複数個の電流導入端子６６ｉ、６６ｊ、６６ｋ、６６ｌ、６６ｍ、６６ｎ、６６ｏ、６６ｐからなる群がそれぞれ対向して設置されている。

前記非接地電極５２の電力供給箇所６５ａ〜６５ｐには、複数個のより腺型同軸ケーブル６７ａ〜６７ｐがそれぞれ接続されている。前記より線型同軸ケーブル６７ａ〜６７ｐは、前記電流導入端子６６ａ〜６６ｈ、前記より線型同軸ケーブル６８ａ〜６８ｈをそれぞれ介して、第１の電力分配器６９ａ、第１の整合器７０ａ、第１の高周波電源７１ａに順次電気的に接続されている。また、前記より線型同軸ケーブル６７ｉ〜６７ｐは、前記電流導入端子６６ｉ〜６６ｐ、前記より線型同軸ケーブル６８ｉ〜６８ｐをそれぞれ介して、第２の電力分配器６９ｂ、第２の整合器７０ｂ、第２の高周波電源７１ｂに順次電気的に接続されている。

前記より線型同軸ケーブル６７ａ，６７ｂと前記非接地電極５２とは、図１９および図２０に示すように接続されている。該同軸ケーブル６７ａに注目すると、該ケーブル６７ａと非接地電極５２の側面を電気的に接続するために、絶縁物７２を挟んで、該側面に固着される金属製筒体７３ａおよび金属製ボルト７４を用いて、該金属製筒体７３ａの内壁７５により線型同軸ケーブル６７ａのより線３６を圧接させ、電力供給箇所６５ａを形成している。前記より線３６より非接地電極５２への高周波電流の経路は、金属製筒体７３ａの内壁７５ａより、前記金属製筒体７３ａのネジ部７６およびネジ部７７から構成される。図中の符番７８はボルト、符番７９は金属製筒体７３ａに形成されたネジ部、符番７４ａはボルト７４のネジ部を示す。

次に、上記図１６〜図２０に示した構成のプラズマ表面処理装置で、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池用のａ−Ｓｉ膜を製造する方法について、以下に説明する。

まず、真空容器５１内の圧力を大気に保ち、第１および第２の基板出し入れ用ゲートバルブ６４ａ，６４ｂを開にして、図示していない基板搬入・搬出系を用い、基板６１例えば厚さ０．３ｃｍ、１００ｃｍｘ１００ｃｍのガラスを接地電極５４に設置する。そして、上記第１および第２の基板出し入れ用ゲートバルブ６４ａ，６４ｂを閉にし、第１および第２の真空ポンプ４０ａ，４０ｂを稼動させて、第１および第２の排気管５９ａ，５９ｂを介して上記真空容器５１内の大気を排出し、その圧力が約１Ｅ−７Ｔｏｒｒ（１．３３Ｅ−５Ｐａ）に到達した後、次の放電ガスの導入を行う。

放電ガス導入管５８より、ガス噴出し孔５７を介して放電用ガス、例えばＳｉＨ４を２，０００ｓｃｃｍ〜３，０００ｓｃｃｍ程度の流量で供給し、圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒ（６．６５〜６６．５Ｐａ）に保持する。また、上記基板６１の温度を予めデータとして取得されている上記基板６１の表面温度と基板ヒータ用電源の電力の関係を用いて、例えば１８０℃に保持する。次に、第１および第２の高周波電源７１ａ，７１ｂの周波数を、それぞれ、例えば６０ＭＨｚおよび６５ＭＨｚとし、出力を両者ともに、例えば３ｋＷで供給する。

そうすると、上記一対の電極５２，５４間にＳｉＨ４のグロー放電プラズマが生成される。その結果、上記プラズマ中に存在するＳｉＨ３，ＳｉＨ２，ＳｉＨ，Ｓｉ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板６１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。

上記の製膜条件では、基板サイズ１００ｃｍｘ１００ｃｍの基板対角線上での２０点の位置での測定で、製膜速度：１．２〜１．４ｎｍ／ｓｅｃ、膜厚分布±５〜２０％が得られている。

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等を製膜できることは公知である。
また、放電ガスとして、ＳｉＨ４，ＮＨ３，Ｎ２等を用いればＳｉＮｘ膜を製膜できること、エッチング作用を持つガス、例えばＳＦ６，ＳｉＣｌ４およびＮＦ３等エッチングガスを用いれば、基板の表面に所定のエッチング処理が行えることも公知である。

特開平８−３２５７５９（第３−９頁、第１−４図） 特開平２００２−１２９７７（第５−１３頁、第１−６図） 特開平４−２３６７８１（第２−４頁、第１−４図） 特開２００１−２５７０９８（第３−８頁、第１−３図）

L.Sansonnens, A.Pletzer， D.Magni, A.A.Howling，Ch.Hollenstein and J.P.M.Schmitt,：Ａ voltage uniformity study in large-area reactors for RF plasma deposition、Plasma Source Sci. Technol. 6 (1997),p.170-178. J.Kuske, U.Stephan, O.Steinke and S.Rohleck: Power feeding in large area PECVD of amorphous silicon, Mat. Res. Soc. Symp.Proc. Vol. 377(1995),p.27-32.

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。

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。

（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。

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。

（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。

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および電極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。

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。

具体的には、従来技術での図１９及び図２０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、問題が強調されるものである。その様子を図２１に示す。図２１において、同軸ケーブル６７ａの芯線より電極５２へ流れる電流Ｉは、一対の電極５２，５４間以外の通路を経由して、例えば図２１図示の電流Ｉ１２，Ｉ１３、Ｉ１４等として一対の電極まわりの部材表面を流れて、上記同軸ケーブルの端部へ戻ってくる。しかしながら、該端部へ戻ってくる電流Ｉ１１の伝播経路は複雑で、それを制御することは著しく困難である。

ここで、図２１図示の漏洩電流の現象を単純化して図２２のモデルで考える。図２２において、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２２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。なお、図２２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。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２２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２３（ａ）、（ｂ）のように表す。そして、図２３（ａ），（ｂ）の各部の電圧、電流を、それぞれ、図２３（ａ），（ｂ）に図示した記号で表す。

伝送回路の理論によれば、上記図２２および図２３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 ．．．．．（１）
Ｉ２＝Ｉａ／２＋Ｉｂ ．．．．．（２）
Ｉ２＋Ｉ３＝−Ｉ ．．．．．．．．．（３）
Ｉ３＝−Ｉａ ．．．．．．．．．（４）
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 ．．．．（５）
ただし、Ｚ３は図２３（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 .．．．．．．（６）
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 ．．．．（７）
Ｉａ／Ｉｂ＝―Ｚｂ／{２（Ｚａ＋Ｚ３）} ．．．．（８）

上記（８）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。

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ことを満たす条件で製作されていない。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１９および図２０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。

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。

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。

上記問題に加えて、従来技術での電力供給箇所は一対の電極の裏側即ちプラズマが生成される空間より最も遠い面上に、あるいは一対の電極の側面即ち図２４に示しているように、プラズマが生成される空間に接する面でない側面に位置している。この場合、高周波電流は表皮効果で電極の表面を伝播するので、図２４図示のように、該電流の伝播経路において該側面での流れの方向が鋭角に変化する。この電流の流れの方向の急激な変化は異常プラズマの発生原因となる。したがって、従来技術での電力供給箇所の位置は最適ではなく、問題である。

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。

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。

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表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生用の電極であって、前記電力供給系による前記電極への電力供給箇所は、前記一対の電極が対向する面、すなわちプラズマが生成される空間に接する面に位置するという構成を有することを特徴とする。

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プラズマ発生用の電極であって、前記電極への電力供給箇所は該電極が対向する面、即ちプラズマが生成される空間に接する面に位置し、かつ、前記電極への電力供給箇所と前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルとの接合部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入されるという構成を有することを特徴とする。

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、前記一対の電極間に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高周波プラズマ発生用の電極であって、前記電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する前記電極の第１および第２の辺の近傍で、前記一対の電極の対向する面に、それぞれ、前記電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所を設置し、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、該電力供給箇所に対応した複数のリアクタンス調整装置を設置するという構成を有することを特徴とする。

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プラズマ発生用の電極であって、前記電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する前記電極の第１および第２の辺の近傍で前記電極の対向する面に、それぞれ、前記電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所が設置され、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇所に対応したリアクタンス調整装置が設置され、かつ、前記電極への電力供給箇所と前記電力供給系構成部材の同軸ケーブルとの接合部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、前記電極と前記リアクタンス調整装置との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入されるという構成を有することを特徴とする。

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、請求項２および４において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る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、上記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。

なお、上記請求項５（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。

同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項６記載の発明は、請求項２および４において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る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接着し、該円筒型導電体の他方の端面は上記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、該同軸かつ、上記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。

同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項７記載の発明は、請求項２および４において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る第１の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、該第１の同軸ケーブルの他方の端部の外部導体に、形状がＵ型で、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の二分の一すなわちλ/２の第２の同軸ケーブルの両方の端部の外部導体を接続し、かつ、前記第１の同軸ケーブルの他方の端部の芯線と該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの一方の芯線を接続し、かつ、該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの他方の芯線と上記第１の同軸ケーブルの他方の端部の芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする。

同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項８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おいて、前記一対の電極が請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生用電極により構成されていることを特徴とする。

同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項９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方法において、前記一対の電極を請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生用電極によって構成し、プラズマ表面処理をすることを特徴とする。

請求項１の高周波プラズマ発生電極によれば、電極への電力供給箇所を一対の電極が対向する面、即ちプラズマが生成される空間に接する面に位置させることにより異常放電が抑制されて、該一対の電極間のプラズマの均一性が改善されるので、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は著しく大きい。

なお、上記請求項１記載の発明では、図２５に示しているように、電力供給箇所１１４ａ、１１４ｂがプラズマ生成空間に接する面に位置しているので、高周波電流の流れの方向に急激な変化がない。したがって、異常放電は発生しない。

請求項２の高周波プラズマ発生電極によれば、電極への電力供給箇所を該電極が対向する面、即ちプラズマが生成される空間に接する面に位置し、かつ、前記電極への電力供給箇所と前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルとの接合部に平衡不平衡変換装置を挿入し、両者の伝送特性を整合させることにより、異常放電の抑制に加えて該接続部の漏洩電流が抑制され、該一対の電極間のプラズマの均一性が再現性良く制御できるので、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再現性良く可能となり、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は著しく大きい。

請求項３の高周波プラズマ発生電極によれば、一対の電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する前記一対の電極の第１および第２の辺の近傍で、前記一対の電極の対向する面に、それぞれ、電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所を設置し、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇所に対応したリアクタンス調整装置を設置することにより、大面積基板を対象にした場合においても該一対の電極間のプラズマの強度分布を互いに直交する方向より独立に制御できるので、従来困難視されていた大面積基板を対象の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、１ｍｘ１ｍ級の大面積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は著しく大きい。

請求項４の高周波プラズマ発生電極によれば、一対の電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する前記電極の第１および第２の辺の近傍で前記電極の対向する面に、それぞれ、前記電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所が設置され、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇所に対応したリアクタンス調整装置が設置されて、かつ、前記電極への電力供給箇所と前記電力供給系構成部材の同軸ケーブルとの接合部に平衡不平衡変換装置が挿入されて両者の伝送特性が整合され、かつ、前記電極と前記リアクタンス調整装置との接続部に平衡不平衡変換装置が挿入されて両者の伝送特性が整合されることにより、該接続部に発生の漏洩電流が抑制され、かつ該一対の電極間のプラズマの均一性を、互いに直交する方向より独立に再現性良く制御できるので、従来困難視されていた大面積基板を対象の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再現性良く可能となり、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は著しく大きい。

請求項５ないし７の高周波プラズマ発生電極は、上記請求項２および４を実現する確実な手段として、その価値は高い。

請求項８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おいて、前記一対の電極が請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生用電極により構成されることにより、該一対の電極間のプラズマの均一性が再現性良く制御できるので、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は著しく大きい。

請求項９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方法において、前記一対の電極を請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生用電極によって構成し、プラズマ表面処理をすることにより、該一対の電極間のプラズマの空間分布を再現性良く制御できるので、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は著しく大きい。

本発明を実施するための最良の形態のポイントの一つは、一対の電極に電力を供給するための電力供給箇所を、前記一対の電極が対向する面即ちプラズマが生成される空間に接する面に設置することにより、前記電力供給箇所近傍での高周波電流の流れの変化を抑制した電力供給を実現することである。このアイデイアは従来技術で実施されている電極の裏側への給電方法あるいは電極の側面への給電方法と概念が全く異なり、一対の電極を伝送線路として取り扱うことを前提にしていることから、従来技術の含有する問題を抜本的に解決できる。

更に本発明を実施するための最良の形態のポイントの一つは、上記アイデイアを確実に実現するために、前記電力供給系を構成の同軸ケーブルと前記電力供給箇所の接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合させる平衡不平衡変換装置を挿入することにより、該接続部に発生する漏洩電流の抑制を実現することである。

また、１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にした高周波プラズマ発生用電極として、電極の形状を方形とし、かつ、互いに直交する方向に位置する前記一対の電極の第１および第２の辺の近傍で前記一対の電極の対向する面に、それぞれ、前記電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所が設置され、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇所に対応したリアクタンス調整装置を設置することにより互いに直交する方向より独立にプラズマを制御することである。結果として、大面積基板に対しても、均一なプラズマの生成を可能な方法を実現することである。

以下、本発明の実施例に係わる高周波プラズマ発生用電極、該電極により構成の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、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例の装置および方法に限定されるものではない。

（実施例１）
図１〜図３を参照して、本発明に関する実施例１の高周波プラズマ発生用電極、該電極により構成される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一構成である平衡不平衡変換装置の第１の具体例１３２を示す説明図、および図３は図１のプラズマ表面処理装置に組み入れられた高周波プラズマ発生用電極と平衡不平衡変換装置の第１の具体例１３２の接続部の構成を示す説明図である。

先ず、装置の構成を説明する。図1において、符番１０１は真空容器である。この真空容器１０１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１０２と図示しない基板ヒータ１０３を内臓した第２の非接地電極１０４が配置されている。該第２の非接地電極１０4は図示しない絶縁物支持材１０５ａ、１０５ｂで真空容器１０１に固着されている。前記第１の非接地電極１０２は、図示しない絶縁物１０６を介して真空容器１０１に固着されている。該第１の非接地電極１０２には直径２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多数の小孔１０７が開口率４０％〜６０％で配置されている。前記第１の非接地電極１０２の周りにはアースシールド１０８が配置されている。該アースシールド１０８は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管１０９ａ、１０９ｂより供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、図示しない整流孔１１０および前記非接地電極１０２に配置されている多数の小孔１０７を介して、前記一対の電極１０２と１０４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１０８は、排気管１１１および図示しない真空ポンプ１１２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。

真空容器１０１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１０１の真空到達圧力は２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ）程度である。

符番１１３は基板で、図示しないゲートバルブ１３９の開閉操作により、第２の非接地電極１０４に設置される。そして、図示しない基板ヒータ１０３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１１５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１１６ａ、整合器１１７、第２の同軸ケーブル１１６ｂ、電流導入端子１１８、第３の同軸ケーブル１１６ｃ、平衡不平衡変換装置１１９および図示しない絶縁環１２１ａ、１２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１のおよび第２の給電線１２３，１２９を介して、一対の電極１０２，１０４の電力供給箇所１１４ａ、１１４ｂに供給される。

前記平衡不平衡変換装置１１９は、例えば外部導体が接地された同軸ケーブルと非接地の平行２本線路のように、互いに構造の異なる線路を接続する場合に、その間に挿入されれば、両者の伝送特性を整合させる機能がある。なお、不平衡線路の同軸ケーブルでは、電流は往路で芯線を流れ、帰路で外部導体およびアースを流れ、またそれを逆に流れるような伝送形態を有している。平衡線路では、電流は２本の線路を交互に、往路・帰路として流れ、等振幅で位相が180度異なっている。

前記平衡不平衡変換装置１１９の第１の具体例１３２を図２に示す。図２の装置は、芯線１２３ａ、外部導体１２４および誘電体１２５から構成の前記同軸ケーブル１１６ｃの一方の端部の芯線１６０と外部導体１６１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１０２，１０４に接続される側の端部に円筒型導電体１２６を被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線１２３と外部導体１２４に接続の給電線１２９を出力部とする。該円筒型導電体１２６は、形状が円筒で、一方の端面を開放し、他方の端面１２７を外部導体１２４に密着・接続したものである。その長さは前記高周波電源１１５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。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１２６と前記外部導体１２４との間隔は２ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。該円筒型導電体１２６と上記外部導体１２４の間には、絶縁環１２８ａ、１２８ｂが配置され、その間隔が一定に保持されている。なお、該間隔は、絶縁性を確保できればとくに問題ないが、目安としては、上記一対の電極間隔程度である。前記外部導体１２４の端部には、図２図示のように給電線１２９が接続され、芯線１２３と組み合わせて上記電力供給箇所１１４ａ、１１４ｂへの電力供給に用いられる。

図２において、前記外部導体１２４の端面の地点１３０ａから前記円筒型導電体１２６の一方の端面の地点１３０ｂを経由して、他方の端面の地点１３１の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点１３０ａから地点１３０ｂ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１３０ａと地点１３１間のインピーダンスは無限大である。その結果、前記外部導体１２４の端面からの電流漏洩は発生しない。

図２に示した平衡不平衡変換装置の第１の具体例１３２を、図１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３に、図１に示した一対の電極１０２，１０４と前記平衡不平衡変換装置の第１の具体例１３２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１０２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１０７部分に位置した電力供給箇所１１４ａに、前記平衡不平衡変換装置の第１の具体例１３２の同軸ケーブルの芯線１２３を接続する。また、前記接地電極１０４の内面の電力供給箇所１１４ｂに、前記平衡不平衡変換装置の第１の具体例１３２のリード線１２９を接続する。なお、前記芯線１２３およびリード線１２９には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環１２１ａ，１２１ｂが配置され、異常放電を抑制している。

図３図示の電力供給箇所は従来技術の場合と異なり、一対の電極が対向する面、即ちプラズマが生成される空間に接する面に位置しているので、従来技術のような問題はない。即ち、従来技術での電力供給箇所は一対の電極の裏側即ちプラズマが生成される空間より最も遠い面上に、あるいは一対の電極の側面即ち図２４に示しているように、プラズマが生成される空間に接する面でない側面に位置している。この場合、高周波電流は表皮効果で電極の表面を伝播するので、図２４図示のように、該電流の伝播経路において流れの方向が鋭角に変化する。この電流の流れの方向の急激な変化は異常プラズマの発生原因となる。したがって、従来技術での電力供給箇所の位置は最適ではなく、問題がある。これに対して、上記図３図示の電力供給箇所１１４ａの場合、図２５に示しているように、プラズマ生成空間に接する面に位置しているので、高周波電流の流れの方向に急激な変化がない。したがって、異常放電は発生しない。

次に、上記構成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３において、予め、基板１１３を第２の非接地電極１０４の上に設置し、真空ポンプ１１２を稼動させ、真空容器１０1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管１０９ａ，１０９ｂ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１０２、１０４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力例えば５００Ｗ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。

即ち、高周波電源１１５の出力を例えば６０ＭＨｚ、５００Ｗの出力を第１の同軸ケーブル１１６ａ、整合器１１７、第２の同軸ケーブル１１６ｂ、電流導入端子１１８、第３の同軸ケーブル１１６ｃ、平衡不平衡変換装置１１９の第１の具体例１３２、および絶縁環１２１ａ，１２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線１２３，１２９を介して、電力供給箇所１１４ａ、１１４ｂに供給する。この場合、上記整合器１１７を調整することにより、整合器１１７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。

ここで、電力供給箇所１１４ａ，１１４ｂに供給される電力は、上記平衡不平衡装置１１９の第１の具体例１３２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１２３，１２９から一対の電極１０２，１０４に供給できる。したがって、前記電力供給箇所１１４ａ，１１４ｂ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１２３，１２９回りの絶縁環１２１ａ，１２１ｂの絶縁効果も、両者間での異常放電を抑制している。また、従来技術では発生する漏洩電流が一対の電極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。

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。

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１１３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。

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℃

上記製膜条件でプラズマを生成すると、上記平衡不平衡変換装置１１９により電力供給系と一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、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。

なお、本実施例では、一対の電極１０２，１０４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。

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。

（実施例２）
図１ないし図４を参照しながら、本発明に関する実施例２の高周波プラズマ電極、該電極により構成される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説明する。先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１〜図３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３において、平衡不平衡装置１１９として用いられた平衡不平衡装置の第１の具体例１３２に代えて、図４に示す平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０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、平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０以外の装置の構成要素については図１、図２、および図３を参照することにし、ここでは説明を省略する。

図４は前記平衡不平衡変換装置の第１の具体例１３２に代わる平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０の構成を示す説明図である。図４において、芯線１２３ａ、外部導体１２４および誘電体１２５から構成の前記同軸ケーブル１１６ｃの一方の端部の芯線１６０と外部導体１６１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１０２，１０４に接続される側の端部に、両端解放の管型導電体１２６ａと円筒型導電体１２６ｂを被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線１２３と外部導体１２４に接続の給電線１２９を出力部とする。該管型導電体１２６ａと円筒型導電体１２６ｂは、図４に示すように、内筒と外筒の関係にあり、該管型導電体１２６ａの外面と円筒型導電体１２６ｂ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１４２ａ，１４２ｂおよび１４１ａ、１４１ｂを用いて調整される。該管型導電体１２６ａの一方の端面１３１と該円筒型導電体１２６ｂの端面１２７の距離は、前記高周波電源１１５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。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。前記管型導電体１２６ａの内面と前記外部導体１２４との間隔は２ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。該管型導電体１２６ａと上記外部導体１２４の間には、絶縁環１２８ａ、１２８ｂ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１２４の端部には給電線１２９が接続され、後述するように、芯線１２３と組み合わせて上記電力供給箇所１１４ａ、１１４ｂへの電力供給に用いられる。

図４において、前記外部導体１２４の端面の地点１３０ａから前記円筒型導電体１２６ｂの端面の地点１３０ｂを経由して、該管型導電体１２６ａの端面の地点１３１の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点１３０ａから地点１３０ｂの長さが波長短縮率を考慮した波長λの四分の１（即ちλ/４）であるので、地点１３０ａと地点１３１間のインピーダンスは無限大である。その結果、前記外部導体１２４の端面からの電流漏洩は発生しない。

図４に示した平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０を、図１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３に、図１に示した一対の電極１０２，１０４と前記平衡不平衡変換装置の第１の実施例１３２を接続する配線状況を示したが、それと同様に前記平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０を用いる。プラズ生成空間に接する第１の非接地電極１０２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１０７部分に位置した電力供給箇所１１４ａに、前記平衡不平衡変換装置の第２の実施例１４０の同軸ケーブルの芯線１２３を接続する。また、前記第２の非接地電極１０４の内面の電力供給箇所１１４ｂに、前記平衡不平衡変換装置の第２の実施例１４０の給電線１２９を接続する。なお、前記芯線１２３および給電線１２９には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環１２１ａ，１２１ｂが配置され、異常放電を抑制している。

次に、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３および図４において、予め、基板１１３を第２の非接地電極１０４の上に設置し、真空ポンプ１１２を稼動させ、真空容器１０1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管１０９ａ，１０９ｂ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１０２，１０４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力５００Ｗ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。

即ち、高周波電源１１５の出力を例えば７０ＭＨｚ、５００Ｗの出力を第１の同軸ケーブル１１６ａ、整合器１１７、第２の同軸ケーブル１１６ｂ、電流導入端子１１８、第３の同軸ケーブル１１６ｃ、平衡不平衡変換装置１１９の第２の具体例１４０および絶縁環１２１ａ，１２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線１２３，１２９を介して、電力供給箇所１１４ａ、１１４ｂに供給する。この場合、上記整合器１１７を調整することにより、整合器１１７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、上記平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０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、第３の同軸ケーブル１１６ｃと一対の電極１０２，１０４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、上記平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０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たことを確認することができる。

なお、上記平衡不平衡変換装置の第２の具体例１４０の長さの調整の機能は、高周波電源１１５の周波数が若干変更された場合において、別途新たに平衡不平衡変換装置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になる。

ここで、電力供給箇所１１４ａ，１１４ｂに供給される電力は、上記平衡不平衡装置１１９の第２の具体例１４０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１２３，１２９から一対の電極１０２，１０４に供給できる。したがって、前記給電点１１４ａ，１１４ｂ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１２３，１２９回りの絶縁環１２１ａ，１２１ｂ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。

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１１３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。

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。

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℃

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、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、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。

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平衡不平衡変換装置の機能が異なり、対応波長に若干の調整機能があるので、高周波電源１１５の周波数が若干変更された場合でも、別途新たに平衡不平衡変換装置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。

なお、本実施例２では、一対の電極１０２，１０４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。

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。

（実施例３）
図２および図４に示した平衡不平衡変換装置１１９の第１および第２の具体例１３２、１４０に代わる可能性のあるその他の装置即ち、第３の具体例１５０を実施例３として以下説明する。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。また、実施例３の装置の構成は、実施例１および実施例２の構成即ち、図１および図３において、平衡不平衡変換装置１１９として用いられた前記平衡不平衡変換装置の第１および第２の具体例１３２、１４０に代えて、図５に示す平衡不平衡変換装置の第３の具体例１５０をも用いるもので、その他の装置構成はすべて同様である。それ故、平衡不平衡変換装置１１９の第３の具体例１５０以外の装置構成要素および実施手順ついては、実施例１および２を参照する。

図５は平衡不平衡変換装置１１９の第３の具体例１５０の構成を示す説明図である。図５において、該第３の具体例１５０は第１の同軸ケーブル１１６ｃに第２の同軸ケーブル１５１を付加した構造を有している。すなわち、長さが波長短縮率を考慮した波長λの二分の一（即ちλ/２）である第２の同軸ケーブル１５１の両端部の外部導体を上記第１の同軸ケーブル１１６ｃの一対の電極１０２，１０４側の端部の外部導体に導電板１５２を用いて接続した構成になっている。そして、上記第２の同軸ケーブル１５１の芯線１５３ａが第１のコネクター１５４ａを用いて上記第１の同軸ケーブル１１６ｃの芯線１２３に接続されている。また、上記第２の同軸ケーブル１５１の芯線１５３ｂが第２のコネクター１５４ｂを用いて給電線１２９に接続されている。なお、第１の同軸ケーブル１１６ｃの芯線１２３および給電線１２９、第２の同軸ケーブル１５１の芯線１５３ａ，１５３ｂには、図示しない絶縁環を、放電防止のため設置する。

上記構成の平衡不平衡変換装置の第３の具体例１５０の第１の同軸ケーブル１１６ｃの一方の端部の芯線１６０および外部導体１６１より、前記実施例２，３と同様に、前記高周波電源１１５の出力を供給すると、前記第２の同軸ケーブル１５１の長さが波長短縮率を考慮した波長の二分の一であるので、前記給電線１２９と芯線１２３の電圧・電流の位相差は互いに１８０度異なる。ただし、リード線１２９と芯線１２３間の電圧は、上記同軸ケーブル１１６ｃの芯線と外部導体間の電圧の２倍である。すなわち、平衡不平衡変換装置の第３の具体例１５０の出力側のインピーダンスは同軸ケーブル１１６ｃの４倍になる。したがって、本具体例１５０は、負荷側のインピーダンスが同軸ケーブル１１６ｃのインピーダンスより大きい場合に、有効に活用できる。

（実施例４）
本発明に関する実施例４について、図６ないし図１０を参照しながら説明する。図６は本発明に関する実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の全体図、図７および図９は、それぞれ、図６図示のプラズマ表面処理装置の第１および第２の高周波電源を主体にした電力供給系のブロック図、図８および図１０は、それぞれ、図６図示のプラズマ表面処理装置の第１および第２の高周波電源を主体にした電力供給系の構成を示す説明図である。ただし、図１〜図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。なお、実施例４の構成上の特徴は、高周波プラズマ発生用の一対の電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する前記一対の電極の第１および第２の辺の近傍で前記一対の電極の対向する面に、それぞれ、前記電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所が設置され、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇所に対応したリアクタンス調整装置が設置されることにある。

図６において、真空容器１０１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１０２と図示しない基板ヒータ１０３を内臓した第２の非接地電極１０４が配置されている。該第２の非接地電極１０4は図示しない絶縁物支持材１０５ａ、１０５ｂで真空容器１０１に固着されている。前記第１の非接地電極１０２は、図示しない絶縁物１０６を介して真空容器１０１に固着されている。該第１および第２の非接地電極１０２、１０４には直径２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多数の小孔１０７が開口率４０％〜６０％で配置されている。前記第１の非接地電極１０２の周りにはアースシールド１０８が配置されている。該アースシールド１０８は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管１０９ａ、１０９ｂより供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔１１０および前記非接地電極１０２に配置されている多数の小孔１０７を介して、前記一対の電極１０２と１０４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１０８は、排気管１１１および図示しない真空ポンプ１１２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。

真空容器１０１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。

基板１１３は、図示しないゲートバルブ１３９の開閉操作により、第２の非接地電極１０４に設置される。そして、図示しない基板ヒータ１０３により所定の温度に加熱される。

図６ないし図１０において、符番２００および３００は、それぞれ第１および第２の高周波電源で、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の電力を発生する。

第１の高周波電源２００の出力の電力は、同軸ケーブル２０８、第１の整合器２０１、同軸ケーブル２０９を介して第１の電力分配器２０２に伝送される。第１の電力分配器に入力された該電力は、該第１の電力分配器により、２分割され、それぞれ、同軸ケーブル２１０ａおよび２１０ｂ、電流導入端子２０３ａおよび２０３ｂ、同軸ケーブル２１１ａおよび２１０ｂを介して第１および第２の平衡不平衡変換装置２０４ａおよび２０４ｂに伝送される。なお、平衡不平衡変換装置２０４ａおよび２０４ｂとしては、例えば前記図２の第１の具体例１３２、前記図４の第２の具体例１４０、および前記図５の第３の具体例１５０等が用いられるが、ここでは例えば前記第２の具体例１４０を用いる。

第１の平衡不平衡変換装置２０４ａの出力は図示しない絶縁環で絶縁されている給電線２１８ａおよび２１９ａにより、電力供給箇所２２２ａおよび２２３ａに供給される。第２の平衡不平衡変換装置２０４ｂの出力は図示しない絶縁環で絶縁されている給電線２１８ｂおよび２１９ｂにより、電力供給箇所２２２ｂおよび２２３ｂに供給される。

図７および８において、電力供給箇所２２２ａと２２３ａ、および２２２ｂと２２３ｂの反対側には、一対の電極１０２および１０４と後述の第１および第２のリアクタンス調整装置２０７ａおよび２０７ｂとの接続に用いられる接続点２２４ａと２２５ａ、および２２４ｂと２２５ｂが設置される。また、該接続点２２４ａおよび２２５ａは、図示しない絶縁環でそれぞれ絶縁されているリード線２２０ａおよび２２１ａ、第３の平衡不平衡変換装置２０５ａ、同軸ケーブル２１２ａ、電流導入端子２０６ａおよび同軸ケーブル２１３ａを介して第１のリアクタンス調整装置２０７ａに接続される。該接続点２２４ｂおよび２２５ｂは、図示しない絶縁環でそれぞれ絶縁されているリード線２２０ｂおよび２２１ｂ、第４の平衡不平衡変換装置２０５ｂ、同軸ケーブル２１２ｂ、電流導入端子２０６ｂおよび同軸ケーブル２１３ｂを介して第２のリアクタンス調整装置２０７ｂに接続される。

第１のリアクタンス調整装置２０７ａは、リアクタンスを調整する機能がある。
該リアクタンス調整装置で一対の電極１０２、１０４とアース間のリアクタンスが変化すると、それに対応して前記電力供給点２２２ａおよび２２３ａより供給される前記第１の高周波電源２０１の電力が前記一対の電極１０２、１０４間を伝播する際に発生する定在波（進行波と反射波の干渉で起こる）の腹の位置が変化する。
即ち、電極間に発生する電力の定在波の強い部分の位置を制御可能である。

その様子を、若干説明する。図１１において、電極１０２の電力供給箇所２２２ａから接続点２２４ａの方向の位置をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち反射波を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）．．．．．（９）
Ｗ２（ｘ，ｔ）＝V0・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−L0）/λ+Δθ｝．．．（１０）
ただし、ωは電圧の角周波数、λは電圧の波長、ｔは時間、L0は電極１０２の電力伝播方向の長さ、Δθは進行波と反射波の位相差である。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}．．．．（１１）

上記（１１）式で表せる合成波W(ｘ、ｔ)を概念的に図１２に示す。Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは電極の中央部（ｘ＝L0／２）が強く、両端では弱くなることを示している。プラズマの強い部分は、Δθ＞０の場合、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、前記リアクタンス調整装置２０７ａを用いて、前記式（１１）のΔθを−180度〜+１８０度の間で変化させることにより、前記一対の電極間に生成されるプラズマの強い部分の位置を任意に制御できる。
第２のリアクタンス調整装置２０７ｂは、第１のリアクタンス調整装置２０７ａと同様にリアクタンスを調整する機能がある。該リアクタンス調整装置で一対の電極１０２、１０４とアース間のリアクタンスが変化すると、それに対応して前記電力供給箇所２２２ｂおよび２２３ｂより供給される前記第１の高周波電源２０１の電力が前記一対の電極１０２、１０４間を伝播する際に発生する定在波（進行波と反射波の干渉で起こる）の腹の位置が変化する。即ち、前記第１のリアクタンス調整装置２０７ａと同様に前記電極間に発生する電力の定在波の強い部分の位置を制御可能である。

なお、前記電力供給箇所２２２ａと２２２ｂの距離が２０ｃｍないし３０ｃｍ程度であれば、上記第１および第２のリアクタンス調整装置２０７ａ、２０７ｂによるリアクタンスによる上記定在波の腹の位置の制御は、互いに影響なく、独立して実施できる。

図９および図１０において、第２の高周波電源３００の出力の電力は、同軸ケーブル３０８、第２の整合器３０１、同軸ケーブル３０９を介して第２の電力分配器３０２に伝送される。第２の電力分配器３０２に入力された該電力は、該第２の電力分配器により、２分割され、それぞれ、同軸ケーブル３１０ａおよび３１０ｂ、電流導入端子３０３ａおよび３０３ｂ、同軸ケーブル３１１ａおよび３１１ｂを介して第５および第６の平衡不平衡変換装置３０４ａおよび３０４ｂに伝送される。なお、平衡不平衡変換装置３０４ａおよび３０４ｂとしては、例えば前記図２の第１の具体例１３２、前記図４の第２の具体例１４０、および前記図５の第３の具体例１５０等が用いられるが、ここでは例えば前記第２の具体例１４０を用いる。

第５の平衡不平衡変換装置３０４ａの出力は図示しない絶縁環で絶縁されている給電線３１８ａおよび３１９ａにより、電力供給箇所３２２ａおよび３２３ａに供給される。第６の平衡不平衡変換装置３０４ｂの出力は図示しない絶縁環で絶縁されている給電線３１８ｂおよび３１９ｂにより、電力供給箇所３２２ｂおよび３２３ｂに供給される。ただし、電力供給箇所３２２ａ、３２３ａ、３２２ｂ、３２３ｂの位置は、前記図３に示された電力供給箇所１１４ａ、１１４ｂと同様に、該一対の電極１０２，１０４が対向する面、即ちプラズマが生成される空間に接する面で、かつ前記電力供給箇所２２２ａ、２２３ａ、２２２ｂ、２２３ｂと直交関係にある辺の近傍である。

電力供給箇所３２２ａと３２３ａ、および３２２ｂと３２３ｂの反対側には、一対の電極１０２および１０４と後述の第３および第４のリアクタンス調整装置３０７ａおよび３０７ｂとの接続に用いられる接続点３２４ａと３２５ａ、および３２４ｂと３２５ｂが設置される。また、該接続点３２４ａおよび３２５ａは、図示しない絶縁環でそれぞれ絶縁されているリード線３２０ａおよび３２１ａ、第７の平衡不平衡変換装置３０５ａ、同軸ケーブル３１２ａ、電流導入端子３０６ａおよび同軸ケーブル３１３ａを介して第３のリアクタンス調整装置３０７ａに接続される。該接続点３２４ｂおよび３２５ｂは、図示しない絶縁環でそれぞれ絶縁されているリード線３２０ｂおよび３２１ｂ、第８の平衡不平衡変換装置３０５ｂ、同軸ケーブル３１２ｂ、電流導入端子３０６ｂおよび同軸ケーブル３１３ｂを介して第４のリアクタンス調整装置３０７ｂに接続される。

第３のリアクタンス調整装置３０７ａは、第１および第２のリアクタンス調整装置２０７ａ、２０７ｂと同様にリアクタンスを調整する機能がある。該リアクタンス調整装置３０７ａで一対の電極１０２、１０４とアース間のリアクタンスが変化すると、それに対応して前記電力供給点３２２ａおよび３２３ａより供給される前記第２の高周波電源３００の電力が前記一対の電極１０２、１０４間を伝播する際に発生する定在波（進行波と反射波の干渉で起こる）の腹の位置が図１２に示したように変化する。即ち、上記（３）式で示された関係式に従って、電極間に発生する電力の定在波の強い部分の位置を制御可能である。

第４のリアクタンス調整装置３０７ｂは、第１、第２および第のリアクタンス調整装置２０７ａ、２０７ｂ、３０７ａと同様にリアクタンスを調整する機能がある。該リアクタンス調整装置３０７ｂで一対の電極１０２、１０４とアース間
のリアクタンスが変化すると、それに対応して前記電力供給点３２２ｂおよび３２３ｂより供給される前記第２の高周波電源３００の電力が前記一対の電極１０２、１０４間を伝播する際に発生する定在波（進行波と反射波の干渉で起こる）の腹の位置が図１２に示したように変化する。即ち、上記（３）式で示された関係式に従って、電極間に発生する電力の定在波の強い部分の位置を制御可能である。

なお、前記電力供給箇所３２２ａと３２２ｂの距離が２０ｃｍないし３０ｃｍ程度であれば、上記第３および第４のリアクタンス調整装置３０７ａ、３０７ｂによるリアクタンス調整で、上記定在波の腹の位置の制御は、互いに影響なく、独立して実施できる。

次に、上記構成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６ないし図１０において、予め、基板１１３を第２の非接地電極１０４の上に設置し、真空ポンプ１１２を稼動させ、真空容器１０1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管１０９ａ，１０９ｂ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１０２、１０４に高周波電力を供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。

即ち、先ず第１の高周波電源２００の出力を例えば周波数６０ＭＨｚで５００Ｗとし、その電力を、同軸ケーブル２０８、第１の整合器２０１、同軸ケーブル２０９を介して第１の電力分配器２０２に伝送する。第１の電力分配器２０２に入力された該電力を２分割して、それぞれ、同軸ケーブル２１０ａおよび２１０ｂ、電流導入端子２０３ａおよび２０３ｂ、同軸ケーブル２１１ａおよび２１０ｂを介して第１および第２の平衡不平衡変換装置２０４ａおよび２０４ｂに伝送する。

第１の平衡不平衡変換装置２０４ａの出力を図示しない絶縁環で絶縁されている給電線２１８ａおよび２１９ａにより、電力供給箇所２２２ａおよび２２３ａに供給する。同様に第２の平衡不平衡変換装置２０４ｂの出力を、図示しない絶縁環で絶縁されている給電線２１８ｂおよび２１９ｂにより、電力供給箇所２２２ｂおよび２２３ｂに供給する。

電力供給箇所２２２ａと２２３ａ、および２２２ｂと２２３ｂの反対側設置されている第１および第２のリアクタンス調整装置２０７ａおよび２０７ｂのリアクタンスを調整し、電極間のプラズマの強い位置が例えば図１３図示の２５０ａ、２５０ｂになるようにする。なお、図１３図示の同心円状の模様はａ−Ｓｉ膜の膜厚分布を等高線の形で表したものである。また、プラズマの強さの分布の調整は、予め基板１１３を電極１０４に設置しておいて、例えばａ−Ｓｉ膜を作成し、その膜の分布と上記リアクタンス調整装置のリアアクタンスの値の相関データを取得しておいて、それを基準条件に用いれば荷容易にできる。また、前記電力供給箇所２２２ａと２２２ｂの距離が２０ｃｍないし３０ｃｍ程度であれば、上記第１および第２のリアクタンス調整装置２０７ａ、２０７ｂによるリアクタンスによる上記定在波の腹の位置の制御は、互いに影響なく、独立して実施できる。

次に第２の高周波電源３００の出力を例えば周波数６３ＭＨｚで５００Ｗとし、その電力を、同軸ケーブル３０８、第２の整合器３０１、同軸ケーブル３０９を介して第２の電力分配器３０２に伝送する。第２の電力分配器３０２に入力された該電力を２分割して、それぞれ、同軸ケーブル３１０ａおよび３１０ｂ、電流導入端子３０３ａおよび３０３ｂ、同軸ケーブル３１１ａおよび３１１ｂを介して第５および第６の平衡不平衡変換装置３０４ａおよび３０４ｂに伝送する。

第５の平衡不平衡変換装置３０４ａの出力を図示しない絶縁環で絶縁されているリード線３１８ａおよび３１９ａにより、電力供給箇所３２２ａおよび３２３ａに供給する。同様に第６の平衡不平衡変換装置３０４ｂの出力を、図示しない絶縁環で絶縁されている給電線３１８ｂおよび３１９ｂにより、電力供給箇所３２２ｂおよび３２３ｂに供給する。

電力供給箇所３２２ａと３２３ａ、および３２２ｂと３２３ｂの反対側に設置されている第３および第４のリアクタンス調整装置３０７ａおよび３０７ｂのリアクタンスを調整し、電極間のプラズマの強い位置が例えば図１４図示の３５０ａ、３５０ｂになるようにする。なお、図１４図示の同心円状の模様はａ−Ｓｉ膜の膜厚分布を等高線の形で表したものである。また、上記の通り、プラズマの強さの分布の調整は、予め基板１１３を電極１０４に設置しておいて、例えばａ−Ｓｉ膜を作成し、その膜の分布と上記リアクタンス調整装置のリアアクタンスの値の相関データを取得しておいて、それを基準条件に用いれば容易にできる。また、前記電力供給箇所３２２ａと３２２ｂの距離が２０ｃｍないし３０ｃｍ程度であれば、上記第３および第４のリアクタンス調整装置３０７ａ、３０７ｂによるリアクタンスによる上記定在波の腹の位置の制御は、互いに影響なく、独立して実施できる。

上記の第１および第２の高周波電源２００，３００を用いたプラズマの強さの調整、即ち、図１３および図１４図示のプラズマの強さの分布の調整をした後、そのデータを参照して、以下に示す手順で均一なプラズマの生成を行う。

第１および第２のリアクタンス調整装置のリアクタンスを、上記図１３図示のプラズマの強さ分布２５０ａ、２５０ｂを作成した条件に設定する。そして、第３および第４のリアクタンス調整装置のリアクタンスを、上記図１４図示のプラズマの強さ分布２５０ａ、２５０ｂを作成した条件に設定する。

次に第１の高周波電源２００の出力を例えば周波数６０ＭＨｚで５００Ｗとし、その電力を、同軸ケーブル２０８、第１の整合器２０１、同軸ケーブル２０９を介して第１の電力分配器２０２に伝送する。第１の電力分配器２０２に入力された該電力を２分割して、それぞれ、同軸ケーブル２１０ａおよび２１０ｂ、電流導入端子２０３ａおよび２０３ｂ、同軸ケーブル２１１ａおよび２１０ｂを介して第１および第２の平衡不平衡変換装置２０４ａおよび２０４ｂに伝送する。そして、第１の平衡不平衡変換装置２０４ａの出力を図示しない絶縁環で絶縁されている給電線２１８ａおよび２１９ａにより、電力供給箇所２２２ａおよび２２３ａに供給する。同様に第２の平衡不平衡変換装置２０４ｂの出力を、図示しない絶縁環で絶縁されているリード線２１８ｂおよび２１９ｂにより、電力供給箇所２２２ｂおよび２２３ｂに供給する。

上記第１の高周波電源２００の出力を上記条件で電極１０２、１０４に供給しながら、上記第３および第４のリアクタンス調整装置の上記図１４図示のプラズマの強さ分布３５０ａ、３５０ｂを作成した条件に設定する。そして、第２の高周波電源３００の出力を例えば周波数６３ＭＨｚで５００Ｗとし、その電力を、同軸ケーブル３０８、第２の整合器３０１、同軸ケーブル３０９を介して第２の電力分配器３０２に伝送する。第２の電力分配器３０２に入力された該電力を２分割して、それぞれ、同軸ケーブル３１０ａおよび３１０ｂ、電流導入端子３０３ａおよび３０３ｂ、同軸ケーブル３１１ａおよび３１１ｂを介して第５および第６の平衡不平衡変換装置３０４ａおよび３０４ｂに伝送する。そして、第５の平衡不平衡変換装置３０４ａの出力を図示しない絶縁環で絶縁されている給電線３１８ａおよび３１９ａにより、電力供給箇所３２２ａおよび３２３ａに供給する。同様に第６の平衡不平衡変換装置３０４ｂの出力を、図示しない絶縁環で絶縁されている給電線３１８ｂおよび３１９ｂにより、電力供給箇所３２２ｂおよび３２３ｂに供給する。

上記条件に設定された第１の高周波電源２００および第１、第２のリアクタンス調整装置２０７ａ、２０７ｂから成る電力供給系と、上記条件に設定された第２の高周波電源３００および第３、第４のリアクタンス調整装置３０７ａ、３０７ｂから成る電力供給系より、一対の電極１０２，１０４に電力が供給されると、プラズマの強さの分布は、図１３および図１４図示の分布が加算された形、即ち図１５図示の分布が得られる。

上記条件で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１１３表面に吸着されることにより、図１５図示の分布と同様の均一性の良い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。

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１２００ｍｍｘ１２００ｍｍ（厚み４ｍｍ）程度のガラス基板１１３に製膜速度０．３ｎｍ/ｓ程度、膜厚分布±１０％程度のａ−Ｓｉを製膜することを実施することを考える。

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）
・第１の高周波電源の周波数：６０ＭＨｚ、電力：５００Ｗ
・第２の高周波電源の周波数：６３ＭＨｚ、電力：５００Ｗ
・基板１１３の温度：１８０℃

上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例１および２と同様に、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制され、かつ、上記リアクタンス調整装置の付加により電極間の定在波の位置を制御可能である。即ちプラズマの強さの分布を制御可能である。その結果、上記漏洩電流抑制の効果に加えて、大面積基板を対象にした場合において、均一性のあるプラズマ強さの分布を再現性良く実現できる。即ち、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、著しく均一になる。数値的には１ｍｘ１ｍ級の大面積基板を対象にして、ａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０以内で再現性良く製膜可能となる。

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級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。

本発明に関する実施例１に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。 実施例１に係わる図１のプラズマ表面処理装置の一構成である平衡不平衡変換装置の第１の具体例を示す説明図。 実施例１に係わる図１のプラズマ表面処理装置での平衡不平衡変換装置の第１の具体例と一対の電極との接続部を示す説明図。 本発明に関する実施例２に係わる平衡不平衡変換装置の第２の具体例の構成を示す説明図。 本発明に関する実施例３に係わる平衡不平衡変換装置の第３の具体例の構成を示す説明図。 本発明に関する実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す説明図。 実施例４に係わる図６のプラズマ表面処理装置の第１の高周波電源を主体にした電力供給系のブロック図。 実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の第１の高周波電源を主体にした電力供給系を示す説明図。 実施例４に係わる図６のプラズマ表面処理装置の第２の高周波電源を主体にした電力供給系のブロック図。 実施例４に係わるプラズマ表面処理装置の第２の高周波電源を主体にした電力供給系を示す説明図。 実施例４に係わる一対の電極間に発生の定在波を示す説明図。 実施例４に係わるリアクタンス調整装置による一対の電極間に発生の定在波の腹の位置の制御を示す説明図。 実施例４に係わる第１および第２のリアクタンス調整装置の調整方法を示す説明図。 実施例４に係わる第３および第４のリアクタンス調整装置の調整方法を示す説明図。 実施例４に係わるプラズマの強さ分布の均一性を示す説明図。 従来のプラズマ表面処理装置の全体を示す説明図。 図１６のプラズマ表面処理装置の電力供給系を示す説明図。 図１６のプラズマ表面処理装置の構成部材の電力供給箇所の位置を示す説明図。 図１６の電力供給箇所の概念を示す説明図。 図１６の電力供給箇所の断面図を示す説明図。 従来のプラズマ表面処理装置の電力供給箇所と同軸ケーブルの接続部で発生の漏洩電流を示す説明図。 図２１図示の電力供給箇所と同軸ケーブルの接続部をモデル化した説明図。 図２２を平衡線路系および不平衡線路系として分解したモデルの説明図。 従来のプラズマ表面処理装置での電力供給箇所が電極の側面に位置する場合の高周波電流の伝播を示す説明図。 本発明のプラズマ表面処理装置における高周波電流の伝播を示す説明図。

符号の説明

１０１．．．真空容器，
１０２．．．第１の非接地電極，
１０４．．．第２の非接地電極，
１０５ａ，１０５ｂ．．．絶縁物支持材，
１０７．．．小孔，
１０８．．．アースシールド，
１０９ａ，１０９ｂ．．．放電ガス供給管，
１１０．．．整流孔，
１１１．．．排気管，
１１３．．．基板，
１１４ａ，１１４ｂ．．．電力供給箇所，
１１５．．．高周波電源、
１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ．．．第１、第２および第３の同軸ケーブル、
１１７．．．整合器、
１１８．．．電流導入端子、
１１９．．．平衡不平衡変換装置、
１２３．．．第１の給電線、
１２３ａ．．．芯線、
１２４．．．外部導体、
１２５．．．誘電体、
１２６．．．円筒型導電体、
１２６ａ．．．管型導電体，
１２６ｂ．．．円筒型導電体，
１２７．．．端面，
１２８ａ、１２８ｂ．．．絶縁環，
１２９．．．第２の給電線、
１３２．．．平衡不平衡変換装置の第１の具体例、
１４０．．．平衡不平衡変換装置の第２の具体例、
１４１ａ、１４１ｂ、１４２ａ，１４２ｂ．．．取り付けボルト，
１５０．．．平衡不平衡変換装置の第３の具体例、
１５１．．．同軸ケーブル，
１５２．．．導電板，
１５３ａ，１５３ｂ．．．芯線，
１５４ａ，１５４ｂ．．．第１および第２のコネクター、
２００．．．．．第１の高周波電源、
２０１．．．第１の整合器、
２０２．．．第１の電力分配器、
２０３ａ．．．電流導入端子、
２０４ａ．．．第１の平衡不平衡変換装置、
２０４ｂ．．．第２の平衡不平衡変換装置、
２０５ａ．．．第３の平衡不平衡変換装置、
２０５ａ．．．第４の平衡不平衡変換装置、
２０６ａ．．．電流導入端子、
２０７ａ．．．第１のリアクタンス調整装置、
２０７ｂ．．．第２のリアクタンス調整装置、
３００．．．．第２の高周波電源、
３０１．．．第２の整合器、
３０２．．．第２の電力分配器、
３１０ａ．．．同軸ケーブル、
３０４ａ．．．第５の平衡不平衡変換装置、
３０４ｂ．．．第６の平衡不平衡変換装置、
３０５ａ．．．第７の平衡不平衡変換装置、
３０５ｂ．．．第８の平衡不平衡変換装置、
３０６ａ．．．電流導入端子、
３０７ａ．．．第３のリアクタンス調整装置，
３０７ｂ．．．第４のリアクタンス調整装置。

Claims (9)

1. 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プラズマ発生用の電極であって、前記電極への電力供給箇所は該電極が対向する面、即ちプラズマが生成される空間に接する面に位置することを特徴とする高周波プラズマ発生用電極。
2. 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プラズマ発生用の電極であって、前記電極への電力供給箇所は該電極が対向する面、即ちプラズマが生成される空間に接する面に位置し、かつ、前記電極への電力供給箇所と前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルとの接合部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入されることを特徴とする高周波プラズマ発生用電極。
3. 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プラズマ発生用の電極であって、前記電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する前記電極の第１および第２の辺の近傍で前記電極の対向する面に、それぞれ、前記電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所が設置され、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇所に対応したリアクタンス調整装置が設置されることを特徴とする高周波プラズマ発生電極。
4. 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プラズマ発生用の電極であって、前記電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する前記電極の第１および第２の辺の近傍で前記電極の対向する面に、それぞれ、前記電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給箇所が設置され、かつ、前記複数の電力供給箇所の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇所に対応したリアクタンス調整装置が設置され、かつ、前記電極への電力供給箇所と前記電力供給系構成部材の同軸ケーブルとの接合部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、前記電極と前記リアクタンス調整装置との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合する平衡不平衡変換装置が挿入されることを特徴とする高周波プラズマ発生用電極。
5. 前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る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、上記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請求項２および４記載の高周波プラズマ発生用電極。
6. 前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る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上記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、上記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請求項２および４記載の高周波プラズマ発生用電極。
7. 前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る第１の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、該第１の同軸ケーブルの他方の端部の外部導体に、形状がＵ型で、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の二分の一すなわちλ/２の第２の同軸ケーブルの両方の端部の外部導体を接続し、かつ、前記第１の同軸ケーブルの他方の端部の芯線と該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの一方の芯線を接続し、かつ、該Ｕ型の第２の同軸ケーブルの他方の芯線と上記第１の同軸ケーブルの他方の端部の芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする請求項２および４記載の高周波プラズマ発生用電極。
8. 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おいて、前記一対の電極が請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生用電極により構成されていることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
9. 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方法において、前記一対の電極を請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生用電極によって構成し、プラズマ表面処理をすることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
   

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