JP2006228933A - High frequency plasma generator, surface treatment apparatus constituted thereof and surface treatment method - Google Patents

High frequency plasma generator, surface treatment apparatus constituted thereof and surface treatment method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treatment apparatus and a surface treatment method with which distribution of strength of plasma is made uniform by uniforming a standing wave generated between a pair of electrodes in application of VHF plasma to surface treatment, and uniform ultrahigh frequency plasma surface treatment of a large area is realized. <P>SOLUTION: A high frequency plasma generator is provided with a means for supplying pulse power which is hourly separated to at least two feeding points in a relation of opposite points on transmission of an electromagnetic wave in a pair of the electrodes, generating a plurality of standing waves whose positions of antinodes differ between a pair of the electrodes, and overlapping them. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

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及び表面処理方法に関する。本発明は、特に、電子温度が低く、かつ、高密度のプラズマ生成が可能という特徴をもつ超高周波プラズマ、すなわち周波数がVHF帯域(30MHzないし300MHz)の高周波電力により生成する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. In particular, the present invention relates to a surface treatment apparatus using an ultrahigh frequency plasma having a low electron temperature and capable of generating a high density plasma, that is, a plasma generated by a high frequency power having a frequency in the VHF band (30 MHz to 300 MHz) and The present invention relates to a surface treatment method.

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)用TFT(薄膜トランジスター)、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 plasma to manufacture various electronic devices. LSI (Large Scale Integrated Circuit), LCD (Liquid Crystal Display) TFT (Thin Film Transistor), amorphous Si solar cell, thin film Already put into practical use in the fields of polycrystalline Si 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3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ないし3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4及び5に記載されているもので、プラズマ発生に棒電極あるいはラダー型電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。第3の代表的技術は、例えば、特許文献6に記載されているもので、アンテナ方式であることを特徴とする。
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 three typical techniques.
The first representative technique is described in, for example, Patent Documents 1 to 3, and is characterized in that two parallel plate electrodes, which are a non-ground electrode and a ground electrode, are used as a pair for plasma generation. The second representative technique is described in, for example, Patent Documents 4 and 5, and is characterized by using a pair of rod electrodes or ladder-type electrodes and plate electrodes for plasma generation. The third representative technique is described in Patent Document 6, for example, and is characterized by an antenna system.

また、電力損失防止及び電極間以外で発生の不必要なプラズマの発生を抑制する技術として、平衡不平衡変換装置を用いる技術が、例えば特許文献2及び3に記載されている。   For example, Patent Documents 2 and 3 describe techniques using a balance-unbalance converter as a technique for preventing power loss and suppressing generation of unnecessary plasma other than between electrodes.

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に記載の技術は、非接地電極を方形電極とし、該方形電極の第1の辺の側面に複数の第1の電力供給点を配置し、該第1の辺と対向する第2の辺の側面に複数の第2の電力供給点を配置し、かつ、該複数の第1の給電点に供給される電力の電圧と該複数の第2の電力供給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。なお、この技術では互いに向かい合った方向に伝播するように供給される2つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献2に記載の技術は、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該電極の第1および第2の辺に、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点が設置され、かつ、該複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置が設置されるということを特徴としている。この技術では、該複数の電力供給点に対応したリアクタンス調整装置を制御することにより、反射波の位相を制御することにより、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動させることが可能である。
特許文献3に記載の技術は、一対の電極に複数の開口を設置し、該開口の縁にそれぞれ電力供給点を配置し、かつ、電力供給系より平衡不平衡変換装置及び平衡伝送路を介して電力を供給することを特徴としている。この技術では、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化することが可能である。
特許文献4に記載の技術は、一対の電極の電力供給点の反対側の先端部分に反射電力の位相を調整する位相調整回路が接続されるということを特徴としている。この技術では、該位相調整回路を制御することにより、反射波の位相の調整が可能で、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動することが可能である。
特許文献5に記載の技術は、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。なお、この技術では、互いに向かい合った方向から供給される2つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献6に記載の技術は、電極が線状導体をその中央点を基準に平面内に含まれるように折り返して形成され、該中央点を給電点としたことが特徴である。なお、この電極の形状には、例えばU字型あるいはM字型がある。また、該U字型あるいはM字型電極がアンテナとなって供給電力が空間へ放射される。
The features of the technique described in the above document are roughly as follows. In the technique described in Patent Document 1, a non-grounded electrode is a square electrode, a plurality of first power supply points are arranged on the side surface of the first side of the rectangular electrode, and a second electrode facing the first side is provided. A plurality of second power supply points are arranged on the side surface of the side, and the voltage of power supplied to the plurality of first power supply points and the power supplied to the plurality of second power supply points By varying the voltage phase difference with respect to time, the electric field distribution between the pair of electrodes is averaged, and as a result, the spatial distribution of the plasma intensity is made uniform. In this technique, a standing wave can be generated by interfering with traveling waves of two electric power supplied so as to propagate in directions opposite to each other, and the position of the antinode of the standing wave can be changed with time. Is possible.
In the technique described in Patent Document 2, the pair of electrodes has a square shape, and the first and second sides of the electrodes positioned in directions orthogonal to each other are respectively provided in the output circuit of the power supply system. A plurality of connected power supply points are installed, and a reactance adjustment device corresponding to each of the plurality of power supply points is installed on the opposite side of the plurality of power supply points. . In this technology, by controlling the reactance adjustment device corresponding to the plurality of power supply points, by controlling the phase of the reflected wave, the traveling wave of the supplied power and the reflected wave are caused to interfere to generate a standing wave. And the position of the antinode of the standing wave can be moved.
In the technique described in Patent Document 3, a plurality of openings are installed in a pair of electrodes, power supply points are arranged at the edges of the openings, and the power supply system is connected to the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path. Power supply. In this technology, the power supplied from the adjacent apertures is superimposed on the standing wave generated by the relationship between the traveling wave and the reflected wave, and the spatial distribution of the plasma intensity between the electrodes is made uniform. It is possible to
The technique described in Patent Document 4 is characterized in that a phase adjustment circuit that adjusts the phase of reflected power is connected to the tip of the pair of electrodes on the opposite side of the power supply point. In this technique, by controlling the phase adjustment circuit, the phase of the reflected wave can be adjusted, the traveling wave of the supplied power can interfere with the reflected wave, and a standing wave can be generated, and The position of the antinode of the standing wave can be moved.
The technique described in Patent Document 5 changes temporally the phase difference between the voltage of power supplied to one power supply point on the electrode and the voltage of power supplied to at least one other power supply point. Thus, the electric field distribution between the pair of electrodes is averaged, and as a result, the spatial distribution of the plasma intensity is made uniform. In this technique, it is possible to generate a standing wave by interfering with traveling waves of two electric power supplied from opposite directions, and to change the position of the antinode of the standing wave with time. .
The technique described in Patent Document 6 is characterized in that the electrode is formed by folding a linear conductor so as to be included in a plane with reference to the central point, and the central point is used as a feeding point. The shape of this electrode is, for example, U-shaped or M-shaped. Further, the U-shaped or M-shaped electrode serves as an antenna to radiate supplied power to the space.

非特許文献1に記載の技術は、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に記載の技術は、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コイルを設置し、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ずらすことを特徴としている。   The technique described in Non-Patent Document 1 is that an H-shaped feeding band is installed on the back side of the surface of the non-grounded electrode in contact with plasma, and a plurality of feeding points are installed on the H-shaped feeding band. It is a feature. The technique described in Non-Patent Document 2 is that a coil is installed on the opposite side of the feeding point of the non-grounded electrode, that is, on the end of the electrode located in the power propagation direction, and a feeding line connecting the power source and the pair of electrodes, It is characterized in that the position of the antinode of the standing wave generated in the electrode is shifted.

特開2002−12977(第2頁、第1図、第10−11図)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-12977 (second page, FIG. 1, FIG. 10-11) 特許第3575014号(第1−3頁、第6−10図)Japanese Patent No. 3575014 (page 1-3, FIG. 6-10) 特開2004−235673(第2―3頁、第9−11図)JP-A-2004-235673 (page 2-3, FIG. 9-11) 特開平11−243062(第1頁、第1図、第7図)JP-A-11-243062 (first page, FIG. 1, FIG. 7) 特許第3316490号(第1頁、第1図、第8図)Japanese Patent No. 3316490 (first page, FIG. 1, FIG. 8) 特開2000−345351(第2頁、第1図、第5図、第7図)JP 2000-345351 (Page 2, FIG. 1, FIG. 5, FIG. 7)

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.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. 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.L. Sansonnens, A. Pletzer, D. Magni, AA Howling, Ch. Hollenstein and JPMSchmitt, A voltage uniformity study in large-area reactors for RF plasma deposition, Plasma Source Sci. Technol. 6 (1997), p. 170-178.

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。特に、エネルギー資源問題や地球環境問題に対応した新エネルギー源として実用化普及の加速化が期待されている薄膜シリコン系太陽電池の分野では、なお一層の生産コストの低減が社会的ニーズとして求められている。   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. In particular, in the field of thin-film silicon solar cells, which are expected to accelerate the spread of practical use as a new energy source that responds to energy resource problems and global environmental problems, further reduction in production costs is required as a social need. ing.

上記ニーズに対応するため、最近では、一つの技術傾向として、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、高性能化と高速処理化が可能(低電子温度で高密度のプラズマが生成可能)という特徴のあるVHF帯(30MHzないし300MHz)の電源を用いたプラズマCVD技術の実用化研究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、上記ニーズの分野では齟齬をきたしている。   In order to meet the above needs, recently, as a technical trend, not only in industry but also in academic societies, both plasma CVD (chemical vapor deposition) technology and plasma etching technology are capable of high performance and high speed processing (low) Research on the practical application of plasma CVD technology using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which is characterized by the fact that high-density plasma can be generated at an electron temperature, has become active. However, in the prior art, there are still problems as described below, and there is a problem in the field of the above needs.

第1の課題は、VHFプラズマを用いた表面処理の高速化・大面積・均一化(生産性向上および性能向上)が可能な高生産性プロセス用VHFプラズマ表面処理装置及びVHFプラズマ表面処理方法に係わる技術のブレークスルーである。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。しかしながら、1987年世界初の試みとして登場したVHFプラズマの高速化・大面積・均一化に関する技術はあまり進展が見られない状況にある。従来のVHFプラズマ技術では、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、±20〜40%程度の膜厚分布であり、上記指標をクリアできないという問題がある。   A first problem is to provide a VHF plasma surface treatment apparatus and a VHF plasma surface treatment method for a high productivity process capable of increasing the speed, large area, and uniformity (improvement of productivity and performance) of surface treatment using VHF plasma. This is a breakthrough of the technology involved. Generally, 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. However, the technology for increasing the speed, area, and uniformity of VHF plasma, which appeared as the world's first attempt in 1987, has not made much progress. In the conventional VHF plasma technology, for example, in the case of manufacturing an a-Si film, assuming that reproducibility is ensured, when the substrate area is about 50 cm × 50 cm, the film thickness distribution is about ± 10 to 15%, and about 100 cm × 100 cm. The film thickness distribution is about ± 20 to 40%, and there is a problem that the above index cannot be cleared.

膜厚分布の不均一性の直接的原因としてはプラズマ密度の不均一性があり、プラズマ密度の不均一性の原因には、上記VHF固有の問題である波の干渉現象に起因する定在波の発生がある。この定在波の問題は電磁波の伝播に伴う基本的な現象であるため、従来、抜本的解決手段がなく、次善の策として、前記特許文献1〜6にあるアイデイアが実用化されつつある。しかしながら、いずれの技術も次に述べるような問題がある。すなわち、この定在波の問題を抜本的に解決できていない。
(1)特許文献1記載の技術は、方形電極の互いに対向した2つの辺から供給される電力の電圧の位相差を時間的に、例えば数kHZの周波数で、鋸歯状に変化させることにより、一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を移動させ、時間平均的に見て均一化するものである。膜厚分布は、アモルファスSi製膜では、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10〜15%程度の膜厚分布が得られているが、100cmx100cm程度に関しては、±20以上と見られている。また、プラズマが例えば数kHzの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。なお、a−Si膜製膜では電源周波数が100kHz〜1MHz程度を境にして、低い周波数帯の場合では膜中水素の量が、高い周波数帯の場合に比べて著しく多くなるという研究成果がある。
(2)特許文献2記載の技術は、複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数100Pa〜数1000Paでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数100Pa以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
(3)特許文献3記載の技術は、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化するので、互いに隣接する開口の間隔を使用する電源周波数即ち波長に対応して選定することが必要である。すなわち、電源周波数が予め選定されることが必須条件で、かつ、プラズマ密度の強さに応じて伝播電力の波長が短縮するので、プラズマの均一性はプラズマ密度の強さに依存するという欠点がある。
(4)特許文献4記載の技術は、特許文献2記載の技術と同様に、電力供給点の反対側に、位相調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数100Pa〜数1000Paでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数100Pa程度以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
(5)特許文献5記載の技術は、特許文献1記載の技術と同様に、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ので、プロセス用VHFプラズマ表面処理装置及びVHFプラズマ表面処理方法としては、プラズマが例えば数kHzの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。また、膜厚分布は、アモルファスSi製膜では、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10〜15%程度の膜厚分布が得られているが、100cmx100cm程度に関しては、±20以上と見られている。
(6)特許文献6記載の技術は、アンテナ方式即ち誘導結合型のプラズマ生成なので、圧力条件が数Pa以下という制約がある。すなわち、微結晶Si等のような圧力条件が数100Pa〜数1000Paである応用には無理があるという欠点がある。また、電極の周囲にある真空容器の形状や接地条件に影響を受けやすいで、製膜条件の適正条件の把握が困難と推測される。
The direct cause of the non-uniformity of the film thickness distribution is the non-uniformity of the plasma density. The non-uniformity of the plasma density is caused by the standing wave caused by the wave interference phenomenon which is a problem inherent to the VHF. Occurs. Since this standing wave problem is a fundamental phenomenon associated with the propagation of electromagnetic waves, there has been no drastic solution in the past, and the idea described in Patent Documents 1 to 6 is being put into practical use as the next best measure. . However, both technologies have the following problems. That is, the problem of standing waves cannot be fundamentally solved.
(1) The technique described in Patent Document 1 changes the phase difference between the voltages of power supplied from two opposite sides of a rectangular electrode temporally, for example, at a frequency of several kilohertz, in a sawtooth shape, The position of the antinode of the generated standing wave is moved between the pair of electrodes, and the time average is made uniform. Regarding the film thickness distribution, in the case of amorphous Si film formation, a film thickness distribution of about ± 10 to 15% is obtained when the substrate area is about 50 cm × 50 cm, but it is considered to be ± 20 or more for about 100 cm × 100 cm. In addition, since the plasma fluctuates at a frequency of, for example, several kHz, there is a disadvantage that it is not suitable for high quality film manufacturing, high quality etching processing, and the like. In the case of a-Si film deposition, there is a research result that the amount of hydrogen in the film is remarkably increased in the case of a low frequency band compared with the case of a high frequency band at a power frequency of about 100 kHz to 1 MHz. .
(2) Since the technology described in Patent Document 2 controls the phase of the reflected wave of power by installing reactance adjustment devices corresponding to the plurality of power supply points on the opposite side of the plurality of power supply points, respectively. In the condition where the power absorption rate is high, for example, plasma generation at a pressure of several hundreds of Pa to several thousand Pa, the intensity of the reflected wave becomes weak, and the reflected wave cannot be controlled. That is, there is a drawback that it can be applied only when the plasma generation pressure is several hundred Pa or less.
(3) In the technique described in Patent Document 3, the strength of the plasma between the electrodes is obtained by superimposing standing waves generated by the power supplied from the openings adjacent to each other in the relationship between the traveling wave and the reflected wave. Therefore, it is necessary to select a distance corresponding to the power supply frequency, that is, the wavelength to be used. That is, it is an essential condition that the power supply frequency is selected in advance, and the wavelength of the propagation power is shortened according to the strength of the plasma density, so that the uniformity of the plasma depends on the strength of the plasma density. is there.
(4) The technique described in Patent Document 4 is similar to the technique described in Patent Document 2, in which a phase adjustment device is installed on the opposite side of the power supply point to control the phase of the reflected wave of power, so that power absorption In a high rate condition, for example, plasma generation at a pressure of several hundreds of Pa to several thousand Pa, the intensity of the reflected wave becomes weak and the reflected wave cannot be controlled. That is, there is a drawback that it can be applied only when the pressure of plasma generation is about several hundred Pa or less.
(5) The technique described in Patent Document 5 is similar to the technique described in Patent Document 1, in which the voltage of power supplied to one certain feeding point on the electrode and the power supplied to at least one other feeding point are described. VHF plasma surface treatment apparatus for processing, since the electric field distribution between a pair of electrodes is averaged by changing the phase difference of the voltage of the time, resulting in uniform spatial distribution of the plasma intensity The VHF plasma surface treatment method has a drawback that the plasma fluctuates at a frequency of, for example, several kHz, and is not suitable for high quality film production or high quality etching processing. As for the film thickness distribution, in the case of amorphous Si film formation, a film thickness distribution of about ± 10 to 15% is obtained for a substrate area of about 50 cm × 50 cm, but about 100 cm × 100 cm is considered to be ± 20 or more. Yes.
(6) Since the technique described in Patent Document 6 is an antenna system, that is, inductively coupled plasma generation, there is a restriction that the pressure condition is several Pa or less. That is, there is a disadvantage that it is impossible for an application in which the pressure condition such as microcrystalline Si is several hundred to several thousand Pa. In addition, it is presumed that it is difficult to grasp the appropriate conditions of the film forming conditions because it is easily influenced by the shape of the vacuum vessel around the electrode and the grounding conditions.

更に、第2の課題として、量産装置への応用性の高いVHFプラズマ発生用電極の技術開発がある。一般に、高生産性プロセスでの生産装置の基本ラインは、インライン型装置、マルチチャンバー型装置及びロール・ツー・ロール型装置の3つの方式があるが、これらの装置では基板搬送装置との兼ね合いから、プラズマ処理室内の一対の電極と給電ケーブルを接続する場合、例えば該一対の電極形状が矩形の場合、周囲4辺の中の1辺のみを用いて両者が接続できる手段が求められる。しかしながら、従来のVHFプラズマ技術では、このニーズに対応できないという問題がある。なお、前記の特許文献1~6記載の技術で、このニーズに対応可能な技術は、特許文献6記載の技術のみである。しかしながら、この技術は、前述の通り、圧力条件が数Pa以下という制約があるため、実用価値が低いと見られている。   Further, as a second problem, there is technical development of an electrode for generating VHF plasma that is highly applicable to a mass production apparatus. In general, the basic line of production equipment in a high-productivity process has three types: an inline type device, a multi-chamber type device, and a roll-to-roll type device. When a pair of electrodes in the plasma processing chamber is connected to the power supply cable, for example, when the shape of the pair of electrodes is rectangular, there is a need for means that can connect both using only one of the four surrounding sides. However, the conventional VHF plasma technology has a problem that it cannot respond to this need. Note that the techniques described in Patent Documents 1 to 6 are the only techniques described in Patent Document 6 that can meet this need. However, this technique is considered to have a low practical value because the pressure condition is limited to several Pa or less as described above.

以上説明したように、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、困難視されている。即ち、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化等の課題に対応する為、一つの技術トレンドとして、VHFプラズマ技術が注目され、その実用化応用の開発研究が実施されているが、技術的困難性のため、1mx1m級を越える大面積基板を対象にしたVHFプラズマ利用の高速化・大面積化・均一化が可能な表面処理装置及びその方法の成功例は発表されていない。   As described above, in the prior art, it is still difficult to apply VHF plasma CVD and plasma etching to a large area substrate necessary for mass productivity improvement and cost reduction, for example, a large area substrate of size 1 mx 1 m class, It seems difficult. That is, VHF plasma technology has attracted attention as one technology trend in order to cope with issues such as high-speed, large-area, and uniform plasma surface treatment. Due to technical difficulties, a successful example of a surface treatment apparatus capable of increasing the speed, area, and uniformity of VHF plasma using a large area substrate exceeding 1 mx 1 m class has not been announced.

言い換えれば、現在、VHFプラズマ分野が抱える具体的技術課題は、第1に、一対の電極間に発生の定在波を抑制可能な大面積・均一化技術の創出、第2に、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段の創出である。   In other words, the specific technical problems that the VHF plasma field currently has are, first, the creation of a large area and uniform technology that can suppress the standing wave generated between a pair of electrodes, and second, the substrate transfer device It is the creation of a power supply means that places few restrictions on the installation of the power supply.

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するために必要な、定在波の影響を根本的に抑制し、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化が可能で、かつ、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段を実現可能なアイデイアを創出し、該アイデイアを実現するための超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を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention fundamentally suppresses the influence of standing waves necessary for solving the above-described problems of the prior art, enables high-speed, large-area, and uniform plasma surface treatment, and Creation of an idea capable of realizing a power supply means with little restriction on the installation of the substrate transfer apparatus, an electrode for generating an ultrahigh-frequency plasma for realizing the idea, a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface composed of the electrode An object is to provide a processing method.

本発明は、上記課題を解決するため、高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置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を、次のように構成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that a high-frequency plasma generator, a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method constituted by the high-frequency plasma generator are configured as follows.

即ち、本願の請求項1記載の発明は、高周波プラズマを利用して真空容器内に配置された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装置であって、一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも2つの給電点に時間的に分離されたパルス電力を供給し、該一対の電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつそれらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする。
また、本願の請求項2記載の発明は、請求項1記載の高周波プラズマ発生装置において、前記一対の電極間に発生の複数の定在波の腹の位置を制御する手段を有することを特徴とする。
また、本願の請求項3記載の発明は、請求項1あるいは2において、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源と、該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源とを具備し、前記電極に配置された少なくとも2つの給電点のいずれか一方の給電点に、前記第1の高周波電源の2つの出力端子のいずれか一方と前記第2の高周波電源の2つの出力端子のいずれか一方が接続され、他方の給電点に前記第1の高周波電源の他方の出力端子と前記第2の高周波電源の他方の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする。
また、本願の請求項4記載の発明は、請求項1〜3において、前記第1及び第2の高周波電源の出力端子に電力分配器が接続されるという構成を有することを特徴とする。
また、本願の請求項5記載の発明は、請求項1〜4において、前記給電点に平衡不平衡変換装置が接続されることを特徴とする。
また、本願の請求項6記載の発明は、請求項1〜5において、前記高周波電源の出力の周波数は、30MHzから300MHzのVHF帯に属していることを特徴とする。
また、本願の請求項7記載の発明は、請求項1〜6において、前記高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Hwと周期T0の比Hw/H0を50%以下にすることを特徴とする。
That is, the invention described in claim 1 of the present application is a high-frequency plasma generator used in a plasma surface treatment apparatus for processing the surface of a substrate disposed in a vacuum vessel using high-frequency plasma, A plurality of pulse powers separated in time are supplied to at least two feeding points that are opposed to each other in propagation of electromagnetic waves, and a plurality of positions of antinodes of standing waves of electromagnetic waves differ between the pair of electrodes. Means are provided for generating standing waves and superimposing them.
The invention according to claim 2 of the present application is characterized in that, in the high-frequency plasma generator according to claim 1, there is provided means for controlling positions of antinodes of a plurality of standing waves generated between the pair of electrodes. To do.
The invention according to claim 3 of the present application is the first invention according to claim 1 or 2, wherein any pulse modulation is possible, and the phase difference between the two outputs and the voltage of the two outputs can be arbitrarily set. A second high frequency power source capable of performing arbitrary pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the first high frequency power source and the first high frequency power source and capable of arbitrarily setting the phase difference between the two outputs and the voltage of the two outputs And at any one of at least two feeding points arranged on the electrode, at one of the two output terminals of the first high-frequency power source and two of the second high-frequency power source. One of the output terminals is connected, and the other output terminal of the first high-frequency power supply and the other output terminal of the second high-frequency power supply are connected to the other feeding point. To do.
The invention according to claim 4 of the present application is characterized in that, in claims 1 to 3, a power distributor is connected to output terminals of the first and second high-frequency power supplies.
The invention according to claim 5 of the present application is characterized in that, in claims 1 to 4, a balance-unbalance conversion device is connected to the feeding point.
The invention according to claim 6 of the present application is characterized in that, in claims 1 to 5, the output frequency of the high-frequency power source belongs to a VHF band of 30 MHz to 300 MHz.
The invention according to claim 7 of the present application is that, in claims 1 to 6, the duty ratio of the pulse modulation of the output of the high frequency power source, that is, the ratio Hw / H0 of the pulse width Hw to the period T0 is set to 50% or less. Features.

また、本願の請求項8記載の発明は、プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置から構成されることを特徴とする。   The invention according to claim 8 of the present application is a plasma surface treatment apparatus for treating a surface of a substrate disposed in a vacuum vessel using plasma, and the high frequency device according to any one of claims 1 to 7. It is characterized by comprising a plasma generator.

また、本願の請求項9記載の発明は、プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項10記載の発明は、請求項9において、前記一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも2つの地点に配置された給電点のいずれか一方の給電点に、前記第1及び第2の高周波電源のそれぞれの2つの出力端子のいずれか一方をそれぞれ、一つずつ接続し、かつ、他方の給電点に前記第1及び第2の高周波電源の他方の出力端子をそれぞれ、一つずつ接続すると共に、該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力をパルス幅Hw及びパルス周期T0でパルス変調し、該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力を該第1の高周波電源の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力されるパルス変調された電力と該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力されるパルス変調された電力の該少なくとも2つの給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力により形成される第1の定在波と該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力により形成される第2の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、該2つの定在波の腹の位置間の距離即ち第1の定在波の腹の位置と第2の定在波の腹の位置との間の距離を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの0.22〜0.28倍、好ましくは0.25倍、即ち0.22〜0.28λ、好ましくはλ/4に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項11記載の発明は、請求項9あるいは10において、前記基板の表面に、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを形成するようにしたことを特徴とする。
また、本願の請求項12記載の発明は、請求項9あるいは10において、前記基板の表面に固着したアモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかの材料をエッチング加工するようにしたことを特徴とする。
The invention according to claim 9 of the present application is a plasma surface treatment method for treating a surface of a substrate disposed in a vacuum vessel using plasma, and the high frequency wave according to any one of claims 1 to 7. A surface treatment of the substrate is performed using a plasma generator.
Further, the invention according to claim 10 of the present application is the method according to claim 9, wherein any one of the feeding points arranged at at least two points in the relation of opposing points on propagation of electromagnetic waves in the pair of electrodes. One of the two output terminals of each of the first and second high-frequency power supplies is connected to the feeding point, one by one, and the first and second high-frequency power supplies are connected to the other feeding point. The other output terminals are connected one by one, and the power output from the two output terminals of the first high-frequency power supply is pulse-modulated with a pulse width Hw and a pulse period T0, and the second high-frequency power supply Pulse modulation in which power output from two output terminals rises at a half cycle, that is, a time delayed by T0 / 2 from the rise time of pal-modulated power output from the output terminal of the first high-frequency power supply Thus, at least two of the pulse-modulated power output from the two output terminals of the first high-frequency power supply and the pulse-modulated power output from the two output terminals of the second high-frequency power supply The first standing wave and the second high-frequency power source, which are formed by the power output from the two output terminals of the first high-frequency power source between the pair of electrodes and separating the supply time zone to the feeding point The time points of occurrence of the second standing wave formed by the power output from the two output terminals of the first high-frequency power source are made different, and the voltage level of the power output from the two output terminals of the first high-frequency power source is made different. The phase difference between the phase difference and the voltage phase of the power output from the two output terminals of the second high frequency power supply is controlled, and the distance between the antinodes of the two standing waves, that is, the antinodes of the first standing wave And the distance between the position of the second standing wave and the position of the antinode of the second standing wave Set to 0.22 to 0.28 times, preferably 0.25 times, that is, 0.22 to 0.28λ, preferably λ / 4, of the wavelength λ of the electromagnetic wave propagating through the generated plasma between the electrodes. Thus, the substrate is subjected to a surface treatment.
In addition, the invention according to claim 11 of the present application is characterized in that, in claim 9 or 10, an amorphous Si-based material, a microcrystalline Si-based material, a polycrystalline Si-based material, a crystalline Si-based material, an oxide, Any one of a metal, an organometallic compound, an organosilicon compound, and an organic compound is formed.
The invention according to claim 12 of the present application is the amorphous silicon-based material, microcrystalline silicon-based material, polycrystalline silicon-based material, crystalline silicon-based material, oxide, which is fixed to the surface of the substrate according to the ninth or tenth invention. Any one of metal, organometallic compound, organosilicon compound, and organic compound is etched.

請求項1〜2の高周波プラズマ発生装置によれば、高周波プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理する高周波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装置において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布を均一に制御することが可能である。即ち、従来の装置では該一対の電極間の電力の強さの分布を制御することは不可能視されているが、それが可能である。その結果、従来の装置では不可能視されている大面積基板を対象にした高周波プラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、高周波プラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項3の高周波プラズマ発生装置によれば、請求項1〜2に記載の高周波プラズマ発生装置を応用する具体的装置が提供され、大面積でかつ均一で、かつ高密度のプラズマを確実に生成可能である。産業界における応用上の価値が著しく高い。
請求項4〜7の高周波プラズマ発生装置は、それぞれ、上記請求項1〜3に記載のプラズマ発生装置を実現する確実な手段であり、その産業界における応用上の価値は著しく高い。即ち、請求項4のプラズマ発生装置は、大面積基板に対応可能な大面積電極への多点給電への応用において、実用価値が高い。また、請求項5のプラズマ発生装置は、同軸ケーブルを用いて高周波電力を電極へ供給する際に発生する同軸ケーブル端部での漏洩電流の防止が可能である。その結果、高周波プラズマ発生装置内部での異常放電の抑制及び電力損失防止が図られる。また、請求項6のプラズマ発生装置は、放電周波数がVHF帯域であるので、プラズマ応用で必要な、低電子温度で高密度のプラズマの生成が可能である。その結果、プラズマCVD及びエッチングでの応用における価値は著しく高い。また、請求項7のプラズマ発生装置は、請求項1~3に記載のプラズマ発生装置を確実に実現可能であり、その産業界における応用上の価値は著しく高い。
According to the high-frequency plasma generator of claim 1 or 2, in the high-frequency plasma generator used in the high-frequency plasma surface processing apparatus for processing the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the high-frequency plasma, It is possible to uniformly control the distribution of power intensity between a pair of electrodes, which is indispensable for the uniformization. That is, in the conventional apparatus, it is considered impossible to control the distribution of power intensity between the pair of electrodes, but this is possible. As a result, a large-area and uniform plasma surface treatment using high-frequency plasma for a large-area substrate, which is considered impossible with conventional devices, can be performed. That is, it is possible to provide an apparatus capable of realizing a large area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of high-frequency plasma. The effect is of great value industrially.
According to the high-frequency plasma generator of claim 3, a specific device to which the high-frequency plasma generator of claim 1-2 is applied is provided, and a large-area, uniform, and high-density plasma is reliably generated. Is possible. The application value in industry is remarkably high.
The high-frequency plasma generators according to claims 4 to 7 are reliable means for realizing the plasma generators according to claims 1 to 3, respectively, and their application value in the industry is extremely high. That is, the plasma generator according to claim 4 has a high practical value in application to multi-point power feeding to a large area electrode capable of handling a large area substrate. Moreover, the plasma generator of Claim 5 can prevent the leakage current at the end of the coaxial cable that is generated when high-frequency power is supplied to the electrode using the coaxial cable. As a result, it is possible to suppress abnormal discharge and prevent power loss inside the high-frequency plasma generator. In addition, since the discharge frequency is in the VHF band, the plasma generator of claim 6 can generate high-density plasma at a low electron temperature, which is necessary for plasma applications. As a result, the value in plasma CVD and etching applications is significantly higher. Further, the plasma generator of claim 7 can surely realize the plasma generator of claims 1 to 3, and its application value in the industry is extremely high.

請求項8のプラズマ表面処理装置によれば、発振周波数がVHF帯に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御が可能である。その結果、従来の装置では困難視されている大面積基板を対象にしたVHFプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、VHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。   According to the plasma surface processing apparatus of claim 8, the plasma surface that processes the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel by using plasma generated by using the power of the output of the high frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the processing apparatus, it is possible to control the distribution of power intensity between a pair of electrodes, which is indispensable for uniformizing large-area plasma, to be uniform. As a result, a large-area and uniform plasma surface treatment using VHF plasma targeting a large-area substrate, which is considered difficult with conventional apparatuses, can be achieved. That is, it is possible to provide an apparatus capable of realizing a large area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of VHF plasma. The effect is of great value industrially.

請求項9のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御が可能である。その結果、従来の方法では困難視されている大面積基板を対象にしたVHFプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、VHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な方法の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項10のプラズマ表面処理方法は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御を確実に実現することが可能である。その結果、従来の方法では困難視されている大面積基板を対象にしたVHFプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、VHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な方法の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項11のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、基板の表面に、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを、大面積で、かつ均一に形成することが可能である。その結果、LSI(大規模集積回路)、LCD(液晶デイスプレー)用TFT(薄膜トランジスター)、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それぞれの分野における製品の生産性の抜本的向上が実現される。したがって、その効果は、著しく大きい価値がある。
請求項12のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、基板の表面に固着のアモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを、大面積で、かつ均一にエッチングすることが可能である。その結果、LSI(大規模集積回路)、LCD(液晶デイスプレー)用TFT(薄膜トランジスター)、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それぞれの分野における製品の生産性の抜本的向上が実現される。したがって、その効果は、著しく大きい価値がある。
According to the plasma surface treatment method of claim 9, the plasma surface that treats the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the processing method, it is possible to control the distribution of power intensity between a pair of electrodes, which is indispensable for uniformizing a large area plasma. As a result, a large-area and uniform plasma surface treatment using VHF plasma targeting a large-area substrate, which is considered difficult by the conventional method, can be performed. That is, it is possible to provide a method capable of realizing a large area and uniform plasma treatment, which is an important issue in the application field of VHF plasma. The effect is of great value industrially.
The plasma surface treatment method according to claim 10, wherein the surface of a substrate disposed in a vacuum vessel is treated using plasma generated by using the power of an output of a high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. Therefore, it is possible to reliably realize uniform control of the distribution of power intensity between a pair of electrodes, which is indispensable for uniformizing large-area plasma. As a result, a large-area and uniform plasma surface treatment using VHF plasma targeting a large-area substrate, which is considered difficult by the conventional method, can be performed. That is, it is possible to provide a method capable of realizing a large area and uniform plasma treatment, which is an important issue in the application field of VHF plasma. The effect is of great value industrially.
According to the plasma surface treatment method of claim 11, the plasma surface that treats the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the treatment method, any of amorphous Si-based material, microcrystalline Si-based material, polycrystalline Si-based material, crystalline Si-based material, oxide, metal, organometallic compound, organosilicon compound, and organic compound is formed on the surface of the substrate. Can be formed uniformly in a large area. As a result, LSIs (Large Scale Integrated Circuits), LCD (Liquid Crystal Display) TFTs (Thin Film Transistors), amorphous Si solar cells, thin film polycrystalline Si solar cells, photoconductors for copying machines, and various information recording devices, etc. A drastic improvement in product productivity in each field is realized. Therefore, the effect is of great value.
According to the plasma surface treatment method of claim 12, the plasma surface that treats the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the processing method, any of amorphous Si-based material, microcrystalline Si-based material, polycrystalline Si-based material, crystalline Si-based material, oxide, metal, organometallic compound, organosilicon compound, and organic compound fixed to the surface of the substrate It is possible to etch a large area and uniformly. As a result, LSIs (Large Scale Integrated Circuits), LCD (Liquid Crystal Display) TFTs (Thin Film Transistors), amorphous Si solar cells, thin film polycrystalline Si solar cells, photoconductors for copying machines, and various information recording devices, etc. A drastic improvement in product productivity in each field is realized. Therefore, the effect is of great value.

以下、本発明の実施の一形態に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置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、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及び方法に限定されるものではない。   Hereinafter, a high-frequency plasma generator according to an embodiment of the present invention, a plasma surface treatment apparatus constituted by the high-frequency plasma generator, and a plasma surface treatment method will be described 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 apparatus and method of the following example.

(実施例1)
本発明に関する実施例1の高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成の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ないし図8を参照して説明する。
Example 1
A high-frequency plasma generating electrode of Example 1 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the electrodes will be described with reference to FIGS. .

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図示のプラズマ表面処理装置の第1及び第2の電極への給電部の説明図、図3は図1図示の第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された出力の典型例を示す説明図、図4は図1図示の第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図、図5は一対の電極間に発生の電圧波の伝播を示す説明図、図6は一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図、図7は一対の電極間に発生の定在波の強さ(振幅の2乗の値)の分布を示す説明図及び図8は一対の電極間に発生の2つの定在波の強さを示す説明図である。   FIG. 1 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is an explanatory view of a power feeding portion to the first and second electrodes of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a typical example of pulse-modulated output outputted from the first and second pulse modulation type variable-phase two-output transmitters shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows the first and second pulse modulations shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the propagation of a voltage wave generated between a pair of electrodes, and FIG. 6 is a pair of a pair of electrodes. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the position of the antinode of the standing wave of the voltage generated between the electrodes, FIG. 7 is an explanatory diagram showing the distribution of the strength (value of the square of the amplitude) of the standing wave generated between the pair of electrodes; FIG. 8 is an explanatory diagram showing the strength of two standing waves generated between a pair of electrodes.

先ず、装置の構成を説明する。図1及び図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、即ち非接地の1本の棒から成る第1の電極2と図示しない基板ヒータ3を内臓した接地された平板状の第2の電極4が配置されている。該第1の電極2は、絶縁物支持材5及びガス混合箱6を介して真空容器1に固着されている。該ガス混合箱6は
放電ガス供給管8より供給されるSiH4等放電ガスを、整流孔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。供給されたSiH4等放電ガスは前記一対の電極2と4の間でプラズマ化された後、排気管9及び図示しない真空ポンプ10により、真空容器1の外へ排出される。
First, the configuration of the apparatus will be described. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a vacuum vessel. The vacuum vessel 1 includes a pair of electrodes for converting a discharge gas, which will be described later, into plasma, that is, a first electrode 2 composed of a single non-grounded bar, and a grounded flat plate-like first member including a substrate heater 3 (not shown). Two electrodes 4 are arranged. The first electrode 2 is fixed to the vacuum vessel 1 via an insulator support 5 and a gas mixing box 6. The gas mixing box 6 has a function of uniformly supplying a discharge gas such as SiH 4 supplied from the discharge gas supply pipe 8 between the pair of electrodes 2 and 4 through the rectifying holes 7. The supplied discharge gas such as SiH 4 is converted into plasma between the pair of electrodes 2 and 4, and then discharged out of the vacuum vessel 1 by the exhaust pipe 9 and a vacuum pump 10 (not shown).

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〜1330Pa)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 1330 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11は基板で、図示しないゲートバルブ12の開閉操作により、第2の電極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。   Reference numeral 11 denotes a substrate, which is installed on the second electrode 4 by opening and closing a gate valve 12 (not shown). Then, it is heated to a predetermined temperature by a substrate heater 3 (not shown).

電極へ高周波電力を給電する位置である給電点の一つは、前記1本の棒から成る第1の電極2の一方の端部とし、これを第1の給電点21とする。また、該給電点21に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置である該電極の他方の端部を第2の給電点27とする。   One feeding point, which is a position for feeding high-frequency power to the electrode, is one end of the first electrode 2 composed of the one bar, and this is a first feeding point 21. The other end portion of the electrode, which is in a position that is a point opposite to the feeding point 21 in the propagation of a high-frequency power wave, is a second feeding point 27.

符番100は同期信号伝送ケーブルで、後述の第1のパルス変調方式位相可変2出力発信器15の出力のパルス変調波形信号を同期信号として、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器28に伝送する。
符番15は第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器で、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の任意の周波数、例えば60MHzの正弦波信号を発生し、かつ、該正弦波信号をパルス変調し、かつ、その2つの出力端子から出力される2つのパルス変調された正弦波信号の位相差を任意に設定することが可能である。
該位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器15に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15は、前述の同期信号伝送ケーブル100を介して、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28にパルス変調の同期信号を送信する。
該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点21に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変2出力の発信器15と第1の電力増幅器16との接続、第1の電力増幅器16と第1のインピーダンス整合器17との接続、第1のインピーダンス整合器17と第1の電流導入端子18との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第1の真空用同軸ケーブル19の外部導体は第2の電極4に接続される。
該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線及26を介して、第2の給電点27に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変2出力の発信器15と第2の電力増幅器22との接続、第2の電力増幅器22と第2のインピーダンス整合器23との接続、第2のインピーダンス整合器23と第2の電流導入端子24との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第2の真空用同軸ケーブル25の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
Reference numeral 100 denotes a synchronization signal transmission cable, which uses a pulse modulation waveform signal output from a first pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 15 described later as a synchronization signal, and outputs a second pulse modulation system variable phase 2 output described later. To the device 28.
Reference numeral 15 is a first pulse modulation type phase variable 2-output transmitter which generates a sine wave signal having an arbitrary frequency of 30 MHz to 300 MHz (VHF band), for example, 60 MHz, and pulses the sine wave signal. It is possible to arbitrarily set the phase difference between the two pulse-modulated sinusoidal signals that are modulated and output from the two output terminals.
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the phase-variable two-output transmitter 15 and the pulse width Hw and period T0 of the pulse modulation are attached to the phase-variable two-output transmitter 15. The phase difference adjuster and the pulse modulation adjuster can be set to arbitrary values. Further, the first pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 15 transmits a pulse modulation to a second pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 28 to be described later via the synchronization signal transmission cable 100 described above. Send a sync signal.
One output of two output terminals of the first pulse modulation type phase variable two-output transmitter 15 is a first power amplifier 16, a first impedance matching unit 17, a first current introduction terminal 18, 1 is supplied to the first feeding point 21 via the core wire 20 of the vacuum coaxial cable 19. As a typical example, this output is a sine wave pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0 as shown in W11 (t) shown in FIGS.
In addition, the connection between the transmitter 15 having the variable phase 2 output and the first power amplifier 16, the connection between the first power amplifier 16 and the first impedance matching unit 17, the first impedance matching unit 17 and the first power matching unit 17 A coaxial cable is used for connection to the current introduction terminal 18. The outer conductor of the first vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
The other output of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is a second power amplifier 22, a second impedance matcher 23, a second current introduction terminal 24, a second 2 is supplied to the second feeding point 27 through the core wire 26 of the vacuum coaxial cable 25. This output is, as a typical example, a sine wave that is pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0 similar to W11 (t), such as W21 (t) shown in FIGS.
It should be noted that the phase variable 2-output transmitter 15 and the second power amplifier 22 are connected, the second power amplifier 22 and the second impedance matcher 23 are connected, and the second impedance matcher 23 and the second power amplifier 22 are connected. A coaxial cable is used for connection with the current introduction terminal 24. The outer conductor of the second vacuum coaxial cable 25 is connected to the second electrode 4.
Each of the first power amplifier 16 and the second power amplifier 22 is attached with a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. In addition, an isolator for protecting the electric circuit of the first and second power amplifiers 16 and 22 by the reflected wave is attached.

符番28は、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器で、2つの出力端子から位相の異なる周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の任意の周波数、例えば60MHzの正弦波信号を発生し、かつ、該2つの正弦波信号を、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15から同期信号伝送ケーブル100を介して受信した同期信号を用いることにより、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調信号に同期してパルス変調された信号を出力する。
該位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器28に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。
該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線及33を介して、第1の給電点21に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第2の位相可変2出力の発信器28と第3の電力増幅器29との接続、第3の電力増幅器29と第3のインピーダンス整合器30との接続、第3のインピーダンス整合器30と第3の電流導入端子31との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第3の真空用同軸ケーブル32の外部導体は第2の電極4に接続される。
該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点27に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第2の位相可変2出力の発信器28と第4の電力増幅器34との接続、第4の電力増幅器34と第4のインピーダンス整合器35との接続、第4のインピーダンス整合器35と第4の電流導入端子36との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。また、第4の真空用同軸ケーブル37の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第3及び第4の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
Reference numeral 28 is a second pulse modulation type variable phase 2 output transmitter that generates a sine wave signal of any frequency of 30 MHz to 300 MHz (VHF band) having different phases from the two output terminals, for example, 60 MHz. In addition, the first pulse modulation is performed by using the two sine wave signals from the first pulse modulation system phase-variable two-output transmitter 15 via the synchronization signal transmission cable 100. A pulse-modulated signal is output in synchronization with the pulse-modulated signal of the transmitter 15 having the system phase variable 2-output.
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the phase-variable two-output transmitter 28, the pulse width Hw and the period T0 of the pulse modulation are attached to the phase-variable two-output transmitter 28. The phase difference adjuster and the pulse modulation adjuster can be set to arbitrary values.
One output of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 includes a third power amplifier 29, a third impedance matching unit 30, a third current introduction terminal 31, and a second output terminal. 3 is supplied to the first feeding point 21 via the core wire 33 of the vacuum coaxial cable 3. This output is typically a pulse width Hw, a period T0, and a pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t) as in W12 (t) shown in FIGS. It is a pulse-modulated sine wave that rises at a half cycle, that is, a time delayed by T0 / 2.
It should be noted that the second phase variable 2-output transmitter 28 and the third power amplifier 29 are connected, the third power amplifier 29 and the third impedance matching device 30 are connected, and the third impedance matching device 30 is connected. For the connection with the third current introduction terminal 31, a coaxial cable is used for both. The outer conductor of the third vacuum coaxial cable 32 is connected to the second electrode 4.
The other output of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 includes a fourth power amplifier 34, a fourth impedance matching unit 35, a fourth current introduction terminal 36, 4 is supplied to the second feeding point 27 via the core wire 38 of the vacuum coaxial cable 37. This output is typically a pulse width Hw, a period T0, and a pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t) as shown in FIGS. 3 and 4 as W22 (t). It is a pulse-modulated sine wave that rises at a half cycle, that is, a time delayed by T0 / 2.
It should be noted that the second phase variable 2-output transmitter 28 and the fourth power amplifier 34 are connected, the fourth power amplifier 34 and the fourth impedance matching device 35 are connected, and the fourth impedance matching device 35 is connected. For the connection with the fourth current introduction terminal 36, a coaxial cable is used in all cases. The outer conductor of the fourth vacuum coaxial cable 37 is connected to the second electrode 4.
Each of the third power amplifier 29 and the fourth power amplifier 34 is accompanied by a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. Further, an isolator for protecting the electric circuit of the third and fourth power amplifiers 29 and 34 by the reflected wave is attached.

次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSiを製膜する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。   Next, a method of forming an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15. In order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second pulse modulation type variable phase two output, this film forming process is carried out for the purpose of manufacturing the target amorphous Si.

先ず、第1の第1の予備製膜工程であるが、図1及び図2において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力、例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を100Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を100Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26を介して、第2の給電点に供給する。
この場合、前記第1のインピーダンス整合器17及び第2のインピーダンス整合器23を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器17、23の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first first preliminary film-forming step, in FIGS. 1 and 2, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, and the vacuum pump 10 (not shown) is operated to operate the vacuum container. After removing the impurity gas and the like in 1, the substrate temperature is in the range of 80 to 350 ° C., for example 180, while the SiH 4 gas is supplied from the discharge gas supply tube 8 at 250 sccm and the pressure 0.5 Torr (66.5 Pa). Hold at ℃.
Next, the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15, the first power amplifier 16, the first impedance matching unit 17, the first current introduction terminal 18, and the first vacuum coaxial cable 19. A first power supply system comprising a core wire 20, a second power amplifier 22, a second impedance matching unit 23, a second current introduction terminal 24, and a core wire 26 of a second vacuum coaxial cable 25, High frequency power is supplied to the pair of electrodes 2 and 4, for example, with a frequency of 60 MHz, a pulse width Hw = 400 μsec, and a pulse period T0 = 1 msec, for example, 200 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is set to, for example, zero, the pulse width Hw = 400 μsec, and the pulse period T0 = 1 msec. The output of the power amplifier 16 is set to 100 W, and the output is supplied to the first power supply via the first impedance matching unit 17, the first current introduction terminal 18, and the core wire 20 of the first vacuum coaxial cable 19. And the output of the second power amplifier 22 is set to 100 W, and the output is supplied to the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the core wire of the second vacuum coaxial cable 25. 26 to the second feeding point.
In this case, by adjusting the first impedance matching unit 17 and the second impedance matching unit 23, the reflected wave of the supplied power does not return to the upstream side of the respective impedance matching units 17 and 23. Can do.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、後述するように、VHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. As will be described later, the film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave, which is a phenomenon inherent to VHF plasma. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first pulse modulation type variable phase two output as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and 2 of the transmitter 15 of the first pulse modulation system variable phase 2 output. The relationship between the phase differences of the two outputs is grasped as data. For example, it is understood that the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate 11 in the direction of the first feeding point 21, that is, λ / 8, is, for example, Δθ1. Is done.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

ところで、上記第1及び第2の給電点21及び27からパルス状に供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに電極間を伝播していくので、すなわち、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図5及び図6を用いて説明する。
図5において、第1の給電点21から第2の給電点27の方向の距離をxとし、xの正方向へ伝播する電圧波をW11(x,t)、xの負方向へ伝播する電圧波、即ち第2の給電点27から第1の給電点21の方向へ伝播する電圧波をW21(x,t)とすると、次のように表現される。
W11(x、t)=V1・sin(ωt+2πx/λ)
W21(x、t)=V1・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}
ただし、V1は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、tは時間、L0は第1及び第2の給電点の間隔、Δθは第1の給電点21から供給される電力の電圧波と第2の給電点27から供給される電力の電圧波の位相差である。この2つの電圧波の合成波W1(x、t)は次式のようになる。
W1(x、t)=W11(x、t)+W21(x、t)
=2・V1cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(πL0/λ+Δθ/2)
上記合成波W1(x、t)を概念的に図6に示す。図6において、Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部(x=L0/2)が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ<0の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第1の電力供給系を用いて、前記第1及び第2の給電点21、27に供給される電力の電圧波を、それぞれ、W11(x、t)及びW21(x、t)と呼ぶ。また、その2つの電圧波の合成波を第1の定在波W1(x、t)と呼ぶ。
By the way, the voltage wave of the power supplied in a pulse form from the first and second feeding points 21 and 27 oscillates from the same power source and propagates between the electrodes, that is, both face each other. Since they propagate from each other and overlap, an interference phenomenon occurs. This will be described with reference to FIGS.
In FIG. 5, the distance in the direction from the first feeding point 21 to the second feeding point 27 is x, the voltage wave propagating in the positive x direction is W11 (x, t), and the voltage propagating in the negative x direction. Assuming that a wave, that is, a voltage wave propagating from the second feeding point 27 toward the first feeding point 21 is W21 (x, t), it is expressed as follows.
W11 (x, t) = V1 · sin (ωt + 2πx / λ)
W21 (x, t) = V1 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V1 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is time, L0 is the interval between the first and second feeding points, and Δθ is supplied from the first feeding point 21. The phase difference between the voltage wave of the electric power and the voltage wave of the electric power supplied from the second feeding point 27. A composite wave W1 (x, t) of these two voltage waves is expressed by the following equation.
W1 (x, t) = W11 (x, t) + W21 (x, t)
= 2 · V1cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthetic wave W1 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 6, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 using the first power supply system are respectively expressed as W11 (x, t) and W21 (x , T). Further, the combined wave of the two voltage waves is referred to as a first standing wave W1 (x, t).

ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の第1の定在波W1(x、t)の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さI1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}
と表される。このI1(x、t)を概念的に、図7に示す。
図7は、VHFプラズマの生成上問題となる定在波の発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが0.9〜1.0の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−0.05〜+0.05λの範囲(即ち、膜厚が均一な範囲は長さ0.1λ)に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
また、前記第1の予備製膜工程にて取得した基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定することができる。
なお、ここでは、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布をI1(x、t)と呼ぶ。
By the way, the strength of power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the first standing wave W1 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I1 (x, t) is
I1 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I1 (x, t) is conceptually shown in FIG.
FIG. 7 shows that the uniformity of plasma between a pair of electrodes is, for example, in the range of 0.9 to 1.0, due to the generation of a standing wave that is a problem in the generation of VHF plasma. This indicates that the distance in the propagation direction is limited to the range of −0.05 to + 0.05λ (that is, the range where the film thickness is uniform is 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.
Further, the distance from the center point of the substrate acquired in the first preliminary film forming step to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the two outputs of the transmitter 15 having the first phase variable and two outputs. For example, the position of the maximum thickness of the film thickness distribution can be set at a position that is one eighth of the wavelength λ, that is, a position that is λ / 8 away from the center point of the substrate.
Here, the intensity distribution of the first standing wave W1 (x, t) is referred to as I1 (x, t).

次に、第2の予備製膜工程であるが、図1及び図2において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を100Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33を介して、第1の給電点に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を100Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点に供給する。
この場合、前記第3のインピーダンス整合器30及び第4のインピーダンス整合器35を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器30、35の上流側に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、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 1 and 2, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, and the inside of the vacuum container 1 is operated. After removing the impurity gas, etc., the substrate temperature is in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying the SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at 250 sccm and the pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa) Hold.
The second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28, the third power amplifier 29, the third impedance matching device 30, the third current introduction terminal 31, and the third vacuum coaxial cable 32 Using a second power supply system comprising a core wire 33, a fourth power amplifier 34, a fourth impedance matching device 35, a fourth current introduction terminal 36, and a core wire 38 of a fourth vacuum coaxial cable 37, a pair The electrodes 2 and 4 are supplied with high frequency power, for example, with a frequency of 60 MHz, a pulse width Hw = 400 μsec, and a pulse period T0 = 1 msec, for example, 200 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 is set to, for example, zero, the pulse width Hw = 400 μsec, and the pulse period T0 = 1 msec. The output of the power amplifier 29 is set to 100 W, and the output is supplied to the first power supply via the third impedance matching device 30, the third current introduction terminal 31, and the core wire 33 of the third vacuum coaxial cable 32. And the output of the fourth power amplifier 34 is set to 100 W, and the output is the core wire of the fourth impedance matching device 35, the fourth current introduction terminal 36, and the fourth vacuum coaxial cable 37. It is supplied to the second feeding point via 38.
In this case, by adjusting the third impedance matching unit 30 and the fourth impedance matching unit 35, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the respective impedance matching units 30 and 35.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。該基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布には、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。
この場合も、前記第1の予備製膜工程と同様に、第2の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ2であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 has a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon inherent to the VHF plasma. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 of the second pulse modulation type variable phase output 2 as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the two transmitters 28 of the second pulse modulation type phase variable two output Grasp the relationship of output phase difference as data.
Also in this case, similarly to the first preliminary film forming step, in the case where the second power supply system is used, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the first The position of the maximum thickness of the film thickness distribution, for example, from the center point of the substrate to the second feeding point 27 is obtained from data indicating the relationship between the two output phase differences of the two pulse modulation type phase-variable two-output transmitters 28. It can be seen that the phase difference for setting the position to one-eighth of the wavelength λ in the direction, that is, the position separated by λ / 8 is, for example, Δθ2.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

第2の予備製膜工程において、上記第1及び第2の給電点21及び27からパルス状に供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに電極間を伝播していくので、すなわち、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図5及び図6に示す。
図5において、第1の給電点21から第2の給電点27の方向の距離をxとし、xの正方向へ伝播する電圧波をW12(x,t)、xの負方向へ伝播する電圧波、即ち第2の給電点27から第1の給電点21の方向へ伝播する電圧波をW22(x,t)とすると、次のように表現される。
W12(x、t)=V2・sin(ωt+2πx/λ)
W22(x、t)=V2・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}
ただし、V2は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、tは時間、L0は第1及び第2の給電点の間隔、Δθは第1の給電点21から供給される電力の電圧波と第2の給電点27から供給される電力の電圧波の位相差である。電圧の合成波W2(x、t)は次式のようになる。
W2(x、t)=W12(x、t)+W22(x、t)
=2・V2cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(πL0/λ+Δθ/2)
上記合成波W2(x、t)を概念的に図6に示す。図6において、Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部(x=L0/2)が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ<0の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第2の電力供給系を用いて前記第1及び第2の給電点21、27に供給される電力の電圧波を、それぞれ、W12(x、t)及びW22(x、t)と呼ぶ。また、その2つの波の合成波を第2の定在波W2(x、t)と呼ぶ。
In the second preliminary film-forming step, the voltage wave of power supplied in a pulse form from the first and second feeding points 21 and 27 is oscillated from the same power source and propagates between the electrodes. That is, the two propagate from each other and overlap each other, causing an interference phenomenon. This is shown in FIGS.
In FIG. 5, the distance in the direction from the first feeding point 21 to the second feeding point 27 is x, the voltage wave propagating in the positive direction of x is W12 (x, t), and the voltage propagating in the negative direction of x. When a wave, that is, a voltage wave propagating from the second feeding point 27 toward the first feeding point 21 is W22 (x, t), it is expressed as follows.
W12 (x, t) = V2 · sin (ωt + 2πx / λ)
W22 (x, t) = V2 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}
Where V2 is the amplitude of the voltage wave, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage wave, t is the time, L0 is the interval between the first and second feed points, and Δθ is supplied from the first feed point 21. The phase difference between the voltage wave of the electric power and the voltage wave of the electric power supplied from the second feeding point 27 The voltage composite wave W2 (x, t) is expressed by the following equation.
W2 (x, t) = W12 (x, t) + W22 (x, t)
= 2 · V2cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (πL0 / λ + Δθ / 2)
The synthetic wave W2 (x, t) is conceptually shown in FIG. In FIG. 6, when Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong in the central portion (x = L0 / 2) between the feeding points, and decreases as the distance from the central portion increases. When Δθ> 0, the strong plasma portion moves to one feeding point side, and when Δθ <0, it moves to the other feeding point side.
Here, the voltage waves of the power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 using the second power supply system are respectively expressed as W12 (x, t) and W22 (x, t). The combined wave of the two waves is called a second standing wave W2 (x, t).

ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波W2(x、t)の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さI2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}
と表される。このI2(x、t)を概念的に、図7に示す。
図7は、VHFプラズマの生成上問題となる定在波発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが0.9〜1.0の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−0.05〜+0.05λの範囲(即ち、膜厚が均一な範囲は長さ0.1λ)に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
なお、ここでは、第2の定在波W2(x、t)の強さの分布をI2(x、t)と呼ぶ。
By the way, the strength of the power between the pair of electrodes is proportional to the square of the amplitude value of the composite wave W2 (x, t) of the voltage. That is, the power intensity I2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2}
It is expressed. This I2 (x, t) is conceptually shown in FIG.
FIG. 7 shows that the uniformity of plasma between a pair of electrodes is, for example, when the strength is in the range of 0.9 to 1.0 due to the generation of standing waves that are a problem in the generation of VHF plasma. This indicates that the distance in the direction is limited to the range of −0.05 to + 0.05λ (that is, the range where the film thickness is uniform is 0.1λ).
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.
Here, the intensity distribution of the second standing wave W2 (x, t) is referred to as I2 (x, t).

さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図1及び図2において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば300sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、かつ、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給する。即ち、前記第1及び第2の給電点21,27に、前記電圧波W11(x、t)、電圧波W21(x、t)、W12(x、t)及びW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIGS. 1 and 2, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated to remove the impurity gas in the vacuum vessel 1, and then the discharge gas is supplied. While supplying SiH4 gas from the tube 8 at, for example, 300 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C.
Next, two preliminary outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 of the constituent members of the first power supply system, for example, a phase difference of a sine wave having a frequency of 60 MHz are used as a first preliminary film forming step. Is set to Δθ1 grasped as data, and pulse width Hw and period T0 in W11 (t) and W21 (t) shown in FIGS. 3 and 4 are set to Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, for example. The first and second feeding points 21 and 27 are each supplied with, for example, 100 W of power, and the second pulse modulation type phase variable two-output transmitter of the component of the second power supply system. 28, for example, a phase difference of a sine wave having a frequency of 60 MHz is set to Δθ2 grasped as data of the second preliminary film-forming process, and its pulse modulation is W12 (t) shown in FIG. 3 and FIG. And W22 ( The pulse width Hw and period T0 at t) are, for example, Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, and a half period, ie, T0 / 2 delay from the pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t). For example, 100 W is supplied to the first and second feeding points 21 and 27, respectively. That is, the voltage waves W11 (x, t), voltage waves W21 (x, t), W12 (x, t) and W22 (x, t) are supplied to the first and second feeding points 21 and 27. Is done.
Here, the first pulse modulation type phase variable 2 output transmitter 15 and the second pulse modulation type phase variable 2 output transmitter set in the first preliminary film forming step and the second preliminary film forming step, respectively. For example, the values of 28 pulse widths Hw and period T0 can be changed from Hw = 400 μsec to 1 msec or the like, and T0 = 1 msec to 5 msec or the like.

一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos{2πx/2+π/4}+cos{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of electrodes 2, 4, as described above, W 11 (x, t) and W 21 (x, t) interfere with each other and the first standing wave W 1 (x, t t), and W12 (x, t) and W22 (x, t) interfere to form a second standing wave W2 (x, t). However, W11 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t) because they are temporally separated. Similarly, W21 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t).
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is the first standing wave. The intensity distribution I1 (x, t) of W1 (x, t) and the intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) are superimposed. This is conceptually shown in FIG.
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the first feeding point 21 is a positive direction, the strength of the first standing wave W1 (x, t) Distribution I1 (x, t) is
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of electrodes 2 and 4 is a constant value independent of x, that is, the position in the power propagation direction, and is uniform. It shows that there is.

また、この結果は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±10%以下であることを示している。
This result also shows that the high-frequency plasma used in the surface treatment apparatus that processes the surface of the substrate placed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the generator, the first standing wave and the second standing wave are generated at different antinode positions of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate, In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 20% or less.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 10% or less.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2,4間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
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 SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the power distribution between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform on a time average basis as described above, the deposited film becomes uniform.
This indicates that the apparatus and method of the present invention can form a uniform film thickness distribution even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.

本実施例では、第1の電極2が一本の棒であるので、基板サイズは上記1200mmx100mm程度に制約されるが、第1の電極2である棒電極の個数を増加すれば基板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 first electrode 2 is a single bar, the substrate size is limited to the above-mentioned 1200 mm × 100 mm. However, if the number of the rod electrodes as the first electrode 2 is increased, the width of the substrate size is increased. Of course, it is expandable.

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では不可能であった
該一対の電極2、4間の電力の強さの分布I(x、t)の均一化が可能である。即ち、膜厚分布として±10%以内を実現可能である。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 when a power supply frequency of 60 MHz is used, the distribution of power intensity I (x, t) between the pair of electrodes 2 and 4 that is impossible with the conventional apparatus and method is uniform. Is possible. In other words, the film thickness distribution can be within ± 10%. 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.

(実施例2)
本発明に関する実施例2の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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9及び図10を参照して説明する。
(Example 2)
Referring to FIG. 9 and FIG. 10, a high-frequency plasma generator of Example 2 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described. explain.

先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例1に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図9は実施例2に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図10は図9図示のプラズマ表面処理装置の第1及び第2の電極への給電部の説明図である。   First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 9 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the second embodiment, and FIG. 10 is an explanatory view of a power feeding portion to the first and second electrodes of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG.

最初に、装置の概念を説明する。装置の構成は、全体的には実施例1での図1及び図2の場合と同じであるが、図1及び図2に図示の装置構成において、第1のインピーダンス整合器17と第1の給電点21の間、第2のインピーダンス整合器23と第2の給電点27の間、第3のインピーダンス整合器30と第1の給電点21の間及び第4のインピーダンス整合器35と第2の給電点27の間に、それぞれLCブリッジ型平衡不平衡変換装置及び平衡伝送回路から成る平衡不平衡変換装置が挿入されていることが特徴である。   First, the concept of the apparatus will be described. The overall configuration of the apparatus is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but in the apparatus configuration shown in FIGS. 1 and 2, the first impedance matching unit 17 and the first Between the feeding points 21, between the second impedance matching unit 23 and the second feeding point 27, between the third impedance matching unit 30 and the first feeding point 21, and between the fourth impedance matching unit 35 and the second feeding point 21. It is characterized in that a balanced / unbalanced conversion device composed of an LC bridge type balanced / unbalanced conversion device and a balanced transmission circuit is inserted between the feeding points 27 of each.

図9及び図10において、電極へ高周波電力を給電する位置である給電点の一つは、第1の電極2の一方の端部とし、これを第1の給電点21とする。また、該給電点21に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置である該電極の他方の端部を第2の給電点27とする。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、該第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル44、45、第1の電流導入端子18、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49を介して、それぞれ第1の給電点21及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、該第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル50、51、第2の電流導入端子24、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55を介して、それぞれ第2の給電点27及び第2の電極4に接続される。
該位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器15に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15は、前述の同期信号伝送ケーブル100を介して、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28にパルス変調の同期信号を送信する。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
In FIG. 9 and FIG. 10, one of the feeding points that is a position for feeding high-frequency power to the electrode is one end of the first electrode 2, and this is the first feeding point 21. The other end portion of the electrode, which is in a position that is a point opposite to the feeding point 21 in the propagation of a high-frequency power wave, is a second feeding point 27.
One output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is a first power amplifier 16, a first impedance matching unit 17, a first LC bridge type balanced unbalanced. Two coaxial cables 44 and 45 connected to two output terminals of the conversion device 40 and the first LC bridge type unbalanced conversion device 40 and whose outer conductors are short-circuited, a first current introduction terminal 18 are connected to the first feeding point 21 and the second electrode 4 through the core wires 48 and 49 of the vacuum coaxial cables 46 and 47 in which the outer conductors at both ends are short-circuited.
The power supplied to the feeding point 21 is a sine wave that is pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0 as shown in W11 (t) in FIGS. 3 and 4 as a typical example.
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is a second power amplifier 22, a second impedance matching unit 23, a second LC bridge type balanced unbalanced. Two coaxial cables 50 and 51 connected to two output terminals of the conversion device 41, the second LC bridge type unbalanced conversion device 41, and the outer conductors are short-circuited, a second current introduction terminal 24, the external conductors at both ends are connected to the second feeding point 27 and the second electrode 4 via the core wires 54 and 55 of the vacuum coaxial cables 52 and 53, respectively.
The phase difference between the two sine wave signals output from the two output terminals of the phase-variable two-output transmitter 15 and the pulse width Hw and period T0 of the pulse modulation are attached to the phase-variable two-output transmitter 15. The phase difference adjuster and the pulse modulation adjuster can be set to arbitrary values. Further, the first pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 15 transmits a pulse modulation to a second pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 28 to be described later via the synchronization signal transmission cable 100 described above. Send a sync signal.
The power supplied to the feeding point 27 is typically a sine pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0 similar to that of W11 (t) as shown in W21 (t) shown in FIGS. It is a wave.

図9及び図10において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28は、同期信号ケーブル100を介して伝送される第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調波形の同期信号を用いて、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の出力のパルス変調波形に同期したパルス変調の電力を出力する。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、該第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル56、57、第3の電流導入端子31、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61を介して、それぞれ第1の給電点21及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、該第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル62、63、第4の電流導入端子36、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67を介して、それぞれ、第2の給電点27及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
9 and 10, the second pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 28 is the pulse modulation of the first pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 15 transmitted via the synchronization signal cable 100. Using the waveform synchronization signal, the power of the pulse modulation synchronized with the pulse modulation waveform of the output of the transmitter 15 having the first pulse modulation system variable phase 2 output is output.
One output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation system variable-phase two-output transmitter 28 is a third power amplifier 29, a third impedance matching unit 30, and a third LC bridge type balanced unbalanced. Two coaxial cables 56 and 57 connected to two output terminals of the converter 42 and the third LC bridge type unbalanced converter 42 and whose outer conductors are short-circuited, a third current introduction terminal 31, the external conductors at both ends are connected to the first feeding point 21 and the second electrode 4 via the core wires 60 and 61 of the vacuum coaxial cables 58 and 59, respectively.
As a typical example, the power supplied to the feeding point 21 has a pulse width Hw, a period T0, and W11 (t) and W21 (t) as shown in W12 (t) shown in FIGS. This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a cycle, that is, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation.
The other of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 is a fourth power amplifier 34, a fourth impedance matching unit 35, and a fourth LC bridge type balanced / unbalanced. Two coaxial cables 62 and 63 connected to two output terminals of the conversion device 43 and the fourth LC bridge type unbalanced conversion device 43 and whose outer conductors are short-circuited, a fourth current introduction terminal 36, the external conductors at both ends are connected to the second feeding point 27 and the second electrode 4 via the core wires 66 and 67 of the vacuum coaxial cables 64 and 65, respectively.
As a typical example, the power supplied to the feeding point 27 has a pulse width Hw, a period T0, and W11 (t) and W21 (t) as shown in W22 (t) shown in FIGS. This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a cycle, that is, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation.

次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSiを製膜する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。   Next, a method of forming an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15. In order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second pulse modulation type variable phase two output, this film forming process is carried out for the purpose of manufacturing the target amorphous Si.

先ず、第1の予備製膜工程であるが、図9及び図10において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、第1の電流導入端子18、真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHz、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を100Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、第1の電流導入端子18、真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を100Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIGS. 9 and 10, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, After removing the impurity gas and the like, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at, for example, 250 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa). To do.
Then, the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15, the first power amplifier 16, the first impedance matching unit 17, the first LC bridge type unbalanced converter 40, the first current Introduction terminal 18, core wires 48 and 49 of coaxial cables 46 and 47 for vacuum, second power amplifier 22, second impedance matching unit 23, second LC bridge type balun device 41, second current introduction Using the first power supply system including the terminal 24 and the core wires 54 and 55 of the vacuum coaxial cables 52 and 53, high-frequency power is applied to the pair of electrodes 2 and 4, for example, a frequency of 70 MHz and a pulse modulation pulse width Hw = 400 μm. The power of the second and the pulse period T0 = 1 msec, for example, 200 W in total is supplied.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is set to, for example, zero, the pulse width Hw = 400 μsec, and the pulse period T0 = 1 msec. The output of the power amplifier 16 is set to 100 W, and the output is set to the first impedance matching unit 17, the first LC bridge type balun device 40, the first current introduction terminal 18, the vacuum coaxial cable 46, The power is supplied between the first feeding point 21 and the second electrode 4 via the 47 core wires 48 and 49, the output of the second power amplifier 22 is set to 100 W, and the output is supplied to the second impedance. The second feeding point 27 and the second feeding point 27 are connected via the matching unit 23, the second LC bridge type balun device 41, the second current introduction terminal 24, and the core wires 54 and 55 of the vacuum coaxial cables 52 and 53. Between the electrodes 4
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。 製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first pulse modulation type variable phase two output as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and 2 of the transmitter 15 of the first pulse modulation system variable phase 2 output. The relationship between the phase differences of the two outputs is grasped as data. For example, it is understood that the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate 11 in the direction of the first feeding point 21, that is, λ / 8, is, for example, Δθ1. Is done.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

次に、第2の予備試験であるが、図9及び図10において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば250sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、第3の電流導入端子31、真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を100Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、第3の電流導入端子31、真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を100Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIGS. 9 and 10, the substrate 11 is previously placed on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, and impurities in the vacuum container 1 are operated. After removing the gas and the like, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at, for example, 250 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa). .
Then, the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28, the third power amplifier 29, the third impedance matching device 30, the third LC bridge type balun device 42, the third current Introduction terminal 31, cores 60 and 61 of vacuum coaxial cables 58 and 59, fourth power amplifier 34, fourth impedance matching unit 35, fourth LC bridge type unbalanced converter 43, fourth current introduction Using a second power supply system including the terminal 36 and the core wires 66 and 67 of the vacuum coaxial cables 64 and 65, high-frequency power is applied to the pair of electrodes 2 and 4, for example, a frequency of 70 MHz, a pulse width Hw = 400 μsec, a pulse A power of period T0 = 1 msec, for example, 200 W in total is supplied.
That is, the phase difference between the two outputs of the second phase variable 2-output transmitter 28 is set to, for example, zero, the pulse modulation is set to a pulse width Hw = 400 μsec, and a pulse period T0 = 1 msec. The output of the power amplifier 29 is set to 100 W, and the output is set to the third impedance matching device 30, the third LC bridge type balance-unbalance conversion device 42, the third current introduction terminal 31, the vacuum coaxial cable 58, The power is supplied between the first feeding point 21 and the second electrode 4 via the 59 core wires 60 and 61, and the output of the fourth power amplifier 34 is set to 100 W, and the output is set to the fourth impedance. The second feeding point 27 and the second feeding point 27 are connected via the matching unit 35, the fourth LC bridge type unbalanced conversion device 43, the fourth current introduction terminal 36, and the core wires 66 and 67 of the vacuum coaxial cables 64 and 65. Between the two electrodes 4.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 of the second pulse modulation type variable phase output 2 as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and 2 of the transmitter 28 of the second pulse modulation type phase variable 2 output. The relationship between the phase differences of the two outputs is grasped as data. For example, it is understood that the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate 11 toward the second feeding point 27, that is, a position separated by λ / 8 is, for example, Δθ2. Is done.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図9及び図10において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば300sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、かつ、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21,27に、前記電圧波W11(x、t)、電圧波W21(x、t)、W12(x、t)及びW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 9 and FIG. 10, the substrate 11 is set on the second electrode 4 in advance, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, the impurity gas in the vacuum vessel 1 is removed, and then the discharge gas is supplied. While supplying SiH4 gas from the tube 8 at, for example, 300 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C.
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two output transmitter 15 of the constituent members of the first power supply system, for example, a phase difference of a sine wave with a frequency of 70 MHz are used as the first preliminary test data. The detected Δθ1 is set, and the pulse modulation is set such that the pulse width Hw and period T0 in W11 (t) and W21 (t) shown in FIGS. 3 and 4 are set to Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, for example. The first and second feeding points 21 and 27 are each supplied with, for example, 100 W of power, and the two outputs of the second phase variable and two-output transmitter 28 of the constituent members of the second power supply system, For example, the phase difference of a sine wave with a frequency of 70 MHz is set to Δθ2 grasped by the second preliminary test data, and the pulse modulation is performed with the pulse width Hw at W12 (t) and W22 (t) shown in FIGS. And period T For example, 0 is set to rise at Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, and at a time that is half a cycle, ie, T0 / 2 delayed from the pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t). For example, electric power of 100 W is supplied to the first and second feeding points 21 and 27, respectively.
That is, the voltage waves W11 (x, t), voltage waves W21 (x, t), W12 (x, t) and W22 (x, t) are supplied to the first and second feeding points 21 and 27. Is done.
Here, the first pulse modulation type phase variable 2 output transmitter 15 and the second pulse modulation type phase variable 2 output transmitter set in the first preliminary film forming step and the second preliminary film forming step, respectively. For example, the values of 28 pulse widths Hw and period T0 can be changed from Hw = 400 μsec to 1 msec or the like, and T0 = 1 msec to 5 msec or the like.

前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので、干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos{2πx/2+π/4}+cos{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of electrodes 2, 4, as described above, W 11 (x, t) and W 21 (x, t) interfere and the first standing wave W 1 (x , T), and W12 (x, t) and W22 (x, t) interfere to form a second standing wave W2 (x, t). However, W11 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t) because they are temporally separated. Similarly, W21 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t).
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is the first standing wave. The intensity distribution I1 (x, t) of W1 (x, t) and the intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) are superimposed. This is conceptually shown in FIG.
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the first feeding point 21 is a positive direction, the strength of the first standing wave W1 (x, t) Distribution I1 (x, t) is
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of electrodes 2 and 4 is a constant value independent of x, that is, the position in the power propagation direction, and is uniform. It shows that there is.

また、この結果は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±10%以下であることを示している。
This result also shows that the high-frequency plasma used in the surface treatment apparatus that processes the surface of the substrate placed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the generator, the first standing wave and the second standing wave are generated at different antinode positions of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate, In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 20% or less.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 10% or less.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
VHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはVHFプラズマ及びUHFプラズマ応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
In the above process, when SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the power distribution between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform as described above, the deposited film becomes uniform.
This means that it is possible to achieve a uniform film thickness distribution that is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method for a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ. Means. Therefore, the above is an epoch-making discovery in the VHF plasma and UHF plasma application fields, and its practical value is remarkably great.

前記実施例1の装置構成の場合、プラズマの一様化の実現を阻害する要因の一つである給電点21,27近傍で発生の漏洩電流が問題となるが、本実施例においては、給電点21、27と第1、第2、第3及び第4のインピーダンス整合器17、23、30、35の間に、それぞれ挿入された平衡不平衡変換装置と平衡伝送路の機能により該漏洩電流の発生が抑制されるので、堆積膜の一様化が、実施例1の場合より、より一層確実に実現可能である。   In the case of the apparatus configuration of the first embodiment, the leakage current generated near the power feeding points 21 and 27, which is one of the factors hindering the realization of plasma uniformity, becomes a problem. The leakage current is obtained by the functions of a balanced / unbalanced conversion device and a balanced transmission path inserted between the points 21 and 27 and the first, second, third and fourth impedance matching units 17, 23, 30 and 35, respectively. Therefore, the uniform deposition film can be realized more reliably than in the first embodiment.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
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 SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the power distribution between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform in time average as described above, the deposited film becomes uniform.
This indicates that the apparatus and method of the present invention can form a uniform film thickness distribution even when a substrate having a size exceeding one half of the wavelength λ is targeted. That is, even when a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ, which is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method, is targeted, the present invention can realize a uniform film thickness distribution. It means that.
Therefore, the above is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is extremely large.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.

(実施例3)
本発明に関する実施例3の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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11ないし図13を参照して説明する。
(Example 3)
Referring to FIG. 11 to FIG. 13, a high-frequency plasma generator of Example 3 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described. explain.

先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1及び実施例2に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図11は実施例3に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。図12及び図13は、それぞれ図11図示のプラズマ表面処理装置に用いられる第1及び第2の電力供給系の配線図である。   First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 11 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the third embodiment. 12 and 13 are wiring diagrams of the first and second power supply systems used in the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 11, respectively.

最初に、装置の概念を説明する。本装置は図11に示すように、第1の電極として、複数の棒状電極2a、2b、2c、2dを用いていること、その両端部に、それぞれ電力供給点21a、21b、21c、21d及び27a、27b、27c、27dが配置されて、該両端部の電力供給点に、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15を発振源とする第1の電力供給系及び該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15からの同期信号を用いて発振する第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28を発振源とする第2の電力供給系より、それぞれ、電圧波W11(x、t)と電圧波W21(x、t)及びW12(x、t)とW22(x、t)が供給される構成を有することを特徴とする。   First, the concept of the apparatus will be described. As shown in FIG. 11, this apparatus uses a plurality of rod-shaped electrodes 2a, 2b, 2c, 2d as first electrodes, and power supply points 21a, 21b, 21c, 21d, and 27a, 27b, 27c, and 27d are arranged, and the first power supply system using the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 as an oscillation source at the power supply points at both ends and the first power supply system From the second power supply system using the second pulse modulation type phase variable 2-output transmitter 28 that oscillates using the synchronization signal from the pulse modulation type phase-variable 2-output transmitter 15 as an oscillation source, A voltage wave W11 (x, t), a voltage wave W21 (x, t), and W12 (x, t) and W22 (x, t) are supplied.

図11及び図12において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電力分配器70の一方の出力端子を介して、第2の電力分配器71、該第2の電力分配器71の一方の出力端子、電流導入端子18a、真空用同軸ケーブル19aの芯線20aを介して給電点21aに接続されるとともに、該第2の電力分配器71の他方の出力端子を介して、電流導入端子18b、真空用同軸ケーブル19bの芯線20bを介して給電点21bに接続されるとともに、該第1の電力分配器70の他方の出力端子を介して、第3の電力分配器72の一方の出力端子、電流導入端子18c、真空用同軸ケーブル19cの芯線20cを介して給電点21cに接続されるとともに、該第3の電力分配器72の他方の出力端子、電流導入端子18d、真空用同軸ケーブル19dの芯線20dを介して給電点21dに接続される。
電力供給点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第4の電力分配器73の一方の出力端子を介して、第5の電力分配器74の一方の出力端子、電流導入端子24a、真空用同軸ケーブル25aの芯線26aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第5の電力分配器74の他方の出力端子、電流導入端子24b、真空用同軸ケーブル25bの芯線26bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第4の電力分配器74の他方の出力端子を介して、第6の電力分配器75の一方の出力端子、電流導入端子24c、真空用同軸ケーブル25cの芯線26cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第6の電力分配器75の他方の出力端子、電流導入端子24d、真空用同軸ケーブル25dの芯線26dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
11 and 12, one output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is a first power amplifier 16, a first impedance matching unit 17, and a first output terminal. The second power distributor 71, one output terminal of the second power distributor 71, the current introduction terminal 18 a, and the core wire 20 a of the vacuum coaxial cable 19 a are connected via one output terminal of the power distributor 70. Is connected to the feeding point 21a via the other output terminal of the second power distributor 71, and is connected to the feeding point 21b via the current introduction terminal 18b and the core wire 20b of the vacuum coaxial cable 19b. In addition, the power is supplied via the other output terminal of the first power distributor 70 via one output terminal of the third power distributor 72, the current introduction terminal 18c, and the core wire 20c of the vacuum coaxial cable 19c. Is connected to a point 21c, it is connected the other output terminal of the third power divider 72, a current introduction terminal 18 d, to the feeding point 21d via the core wire 20d of the vacuum coaxial cable 19d.
The power supplied to the power supply points 21a to 21d is, as a typical example, a sine wave that is pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0 as shown in W11 (t) shown in FIGS.
The other output terminal of the two output terminals of the transmitter 15 having the first pulse modulation system variable phase output 2 is one of the second power amplifier 22, the second impedance matcher 23, and the fourth power distributor 73. Is connected to the feeding point 27a via one output terminal of the fifth power distributor 74, the current introduction terminal 24a, and the core wire 26a of the vacuum coaxial cable 25a, and the fifth power The other output terminal of the distributor 74, the current introduction terminal 24b, and the core wire 26b of the vacuum coaxial cable 25b are connected to the feeding point 27b, and the other output terminal of the fourth power distributor 74 is connected. The sixth power distributor 75 is connected to the feeding point 27c via one output terminal of the sixth power distributor 75, the current introduction terminal 24c, and the core wire 26c of the vacuum coaxial cable 25c. An output terminal of the current introduction terminal 24d, is connected to a feeding point 27d via the core wire 26d of the vacuum coaxial cable 25d.
Note that the power supplied to the feeding points 27a to 27b is pulse-modulated with the same pulse width Hw and period T0 as W11 (t) as shown in FIG. 3 and FIG. 4 as a typical example. Sine wave.
Each of the first power amplifier 16 and the second power amplifier 22 is attached with a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. In addition, an isolator for protecting the electric circuit of the first and second power amplifiers 16 and 22 by the reflected wave is attached.
Here, the power supply for supplying the two outputs of the first phase variable two-output transmitter 15 to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d using the power amplifiers 16 and 22, respectively. The system is called a first power supply system.

そして、図11及び図13において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第7の電力分配器76の一方の出力端子を介して、第8の電力分配器77、該第8の電力分配器77の一方の出力端子、電流導入端子31a、真空用同軸ケーブル32の芯線33aを介して給電点21aに接続されるとともに、該第8の電力分配器77の他方の出力端子を介して、電流導入端子31b、真空用同軸ケーブル32bの芯線33bを介して給電点21bに接続されるとともに、該第7の電力分配器76の他方の出力端子を介して、第9の電力分配器78の一方の出力端子、電流導入端子31c、真空用同軸ケーブル32cの芯線33cを介して給電点21cに接続されるとともに、該第9の電力分配器78の他方の出力端子、電流導入端子32d、真空用同軸ケーブル32dの芯線33dを介して給電点21dに接続される。
なお、給電点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第7の電力分配器76から第1の給電点21a〜21dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第10の電力分配器79の一方の出力端子を介して、第11の電力分配器80、該第11の電力分配器80の一方の出力端子、電流導入端子36a、真空用同軸ケーブル37a及び接続線38aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第11の電力分配器80の他方の出力端子、電流導入端子36b、真空用同軸ケーブル37b及び接続線38bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第10の電力分配器79の他方の出力端子を介して、第12の電力分配器81の一方の出力端子、電流導入端子36c、真空用同軸ケーブル37c及び接続線38cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第12の電力分配器81の他方の出力端子、電流導入端子36d、真空用同軸ケーブル37d及び接続線38dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第10の電力分配器79から第2の給電点27a〜27dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
また、前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第3及び第4の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
11 and 13, one output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase variable two-output transmitter 28 includes a third power amplifier 29, a third impedance matcher 30, Through one output terminal of the seventh power distributor 76, the eighth power distributor 77, one output terminal of the eighth power distributor 77, the current introduction terminal 31 a, and the core wire of the vacuum coaxial cable 32 The power supply point 21a is connected to the power supply point 21a through the other output terminal of the eighth power distributor 77 and the power supply point 21b through the core wire 33b of the vacuum coaxial cable 32b. Through the other output terminal of the seventh power distributor 76, one output terminal of the ninth power distributor 78, the current introduction terminal 31c, and the core wire 33c of the vacuum coaxial cable 32c are connected. Is connected to the feeding point 21c Te, is connected the other output terminal of the power distributor 78 of said 9, cable terminal 32d, the feeding point 21d via the core wire 33d of the vacuum coaxial cable 32d.
Note that the power supplied to the feeding points 21a to 21d typically has a pulse width Hw, a period T0, and the W11 (t) and W21 ( This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a period, ie, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation of t).
In addition, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the seventh power distributor 76 to the first feeding points 21a to 21d is the same. Are equal.
The other output terminal of the two output terminals of the transmitter 28 of the second pulse modulation type phase variable two output is one of the fourth power amplifier 34, the fourth impedance matching unit 35, and the tenth power distributor 79. To the feeding point 27a via the eleventh power distributor 80, one output terminal of the eleventh power distributor 80, the current introduction terminal 36a, the vacuum coaxial cable 37a and the connection line 38a. And connected to the feeding point 27b via the other output terminal of the eleventh power distributor 80, the current introduction terminal 36b, the vacuum coaxial cable 37b and the connection line 38b, and the tenth power. Via the other output terminal of the distributor 79, the feed point 27c via one output terminal of the twelfth power distributor 81, the current introduction terminal 36c, the vacuum coaxial cable 37c, and the connection line 38c. Is connected, it is connected the other output terminal of the power distributor 81 of the said 12, the current introduction terminal 36d, the feeding point 27d via the coaxial cable 37d and the connecting wire 38d vacuum.
The power supplied to the feeding points 27a to 27b is typically a pulse width Hw, a period T0, and the W11 (t) and W21 () as shown in W22 (t) shown in FIGS. This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a period, ie, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation of t).
Further, each of the branched coaxial cable lines has a structure, a material, and a length so that the length of the propagation path of the power wave from the tenth power distributor 79 to the second feeding points 27a to 27d is the same. Are equal.
The third power amplifier 29 and the fourth power amplifier 34 are each accompanied by a monitor for output value (traveling wave) and a monitor for reflected wave that returns from the downstream side. Further, an isolator for protecting the electric circuit of the third and fourth power amplifiers 29 and 34 by the reflected wave is attached.
Here, the power supply for supplying the two outputs of the second phase variable and two-output transmitter 28 to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d using the power amplifiers 29 and 34, respectively. The system is called a second power supply system.

次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。   Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15. In order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second pulse modulation type variable phase two output, this film forming process is carried out for the purpose of manufacturing the target amorphous Si.

先ず、第1の予備製膜工程であるが、図11及び図12において、予め、図示しない基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIGS. 11 and 12, a substrate 11 (not shown) is previously placed on the second electrode 4 and a vacuum pump 10 (not shown) is operated to operate the vacuum vessel 1. After removing the impurity gas in the substrate, the substrate temperature is in the range of 80 to 350 ° C. while supplying SiH 4 gas from a discharge gas supply pipe 8 (not shown) at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa). Hold at 180 ° C.
Then, using the first power supply system, high-frequency power is supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d, for example, power having a frequency of 60 MHz, for example, 500 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is set to, for example, zero, the pulse width Hw = 400 μsec, and the period T0 = 1 msec. The outputs of the amplifier 16 and the second power amplifier 22 are respectively set to 250 W at a frequency of 60 MHz and supplied to both ends of the first electrode.
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. The W11 (t) and W21 (t) are sine waves having a pulse width Hw and a pulse modulation with a period T0, for example, 60 MHz. The pulse width Hw and period T0 are set to arbitrary values, for example, Hw = 400 μsec and period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the first pulse modulation system phase variable 2-output transmitter 15.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21a〜21dの方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5~0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first phase variable and two outputs as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the two outputs of the transmitter 15 of the first phase variable two outputs Understand the relationship of phase difference as data. For example, the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ, that is, λ / 8 away from the center point of the substrate 11 in the direction of the first feeding points 21a to 21d is, for example, Δθ1. Is grasped.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

次に、第2の予備製膜工程であるが、図11及び図13において、予め、図示しない基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29及び第2の電力増幅器34の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 11 and 13, a substrate 11 (not shown) is previously set on the second electrode 4 and a vacuum pump 10 (not shown) is operated to operate a vacuum container. After removing the impurity gas and the like in 1, the substrate temperature is in the range of 80 to 350 ° C. while supplying SiH 4 gas from a discharge gas supply tube 8 (not shown) at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa). For example, it is maintained at 180 ° C.
Then, using the second power supply system, high-frequency power is supplied to the first and second feeding points 21a to 21d and 27a to 27d, for example, power having a frequency of 60 MHz, for example, 500 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 is set to, for example, zero, the pulse width Hw = 400 μsec, and the pulse period T0 = 1 msec. The outputs of the power amplifier 29 and the second power amplifier 34 are set to 250 W at a frequency of 60 MHz, respectively, and supplied to both ends of the first electrode.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the first phase variable and two outputs as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and 2 of the transmitter 28 of the second pulse modulation type phase variable 2 output. The relationship between the phase differences of the two outputs is grasped as data. For example, it is understood that the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate 11 toward the second feeding point 27, that is, a position separated by λ / 8 is, for example, Δθ2. Is done.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図9ないし図11において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば800sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ、電力250Wの電圧波W11(x、t)、電力250Wの電圧波W21(x、t)、電力250WのW12(x、t)及び電力250WのW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIGS. 9 to 11, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, the impurity gas in the vacuum vessel 1 is removed, and then the discharge gas is supplied. While supplying SiH 4 gas from the tube 8 at 800 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C.
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two output transmitter 15 of the constituent members of the first power supply system, for example, a phase difference of a sine wave with a frequency of 60 MHz are used as the first preliminary test data. The detected Δθ1 is set, and the pulse modulation is set such that the pulse width Hw and period T0 in W11 (t) and W21 (t) shown in FIGS. 3 and 4 are set to Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, for example. For example, electric power of 500 W is supplied to the first and second feeding points 21a to 21b and 27a to 27b, respectively, and the second pulse modulation method phase variable two-output transmission of the constituent members of the second power supply system The phase difference between the two outputs of the device 28, for example, a sine wave having a frequency of 60 MHz, is set to Δθ2 grasped by the second preliminary test data, and the pulse modulation thereof is shown as W12 (t) and W22 (t ) The pulse width Hw and the period T0 are, for example, Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, and a half cycle, that is, T0 / 2 delayed from the pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t). For example, electric power of 500 W is supplied to the first and second feeding points 21a to 21b and 27a to 27b, respectively.
That is, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 250 W, a voltage wave W21 (x, t) with a power of 250 W, and a W12 with power of 250 W are applied to the first and second feeding points 21a to 21b and 27a to 27b, respectively. (X, t) and W22 (x, t) with a power of 250 W are supplied.
Here, the first pulse modulation type phase variable 2 output transmitter 15 and the second pulse modulation type phase variable 2 output transmitter set in the first preliminary film forming step and the second preliminary film forming step, respectively. For example, the values of 28 pulse widths Hw and period T0 can be changed from Hw = 400 μsec to 1 msec or the like, and T0 = 1 msec to 5 msec or the like.

前記一対の電極2a〜2d、4間に、前記第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bを介して4つの電圧波からなる電力が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2a〜2d、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21a〜21dを向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2−π/4}
一対の電極2a〜2d、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos{2πx/2+π/4}+cos{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When power consisting of four voltage waves is supplied between the pair of electrodes 2a to 2d and 4 via the first and second feeding points 21a to 21b and 27a to 27b, as described above, W11 (X, t) and W21 (x, t) interfere to form a first standing wave W1 (x, t), and W12 (x, t) and W22 (x, t) interfere with each other. 2 standing waves W2 (x, t) are formed. However, W11 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t) because they are temporally separated. Similarly, W21 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t).
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of power generated between the pair of electrodes 2a to 2d and 4 is the first constant. The intensity distribution I1 (x, t) of the standing wave W1 (x, t) and the intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) are superimposed. . This is conceptually shown in FIG.
Here, assuming that the center point of the substrate is the origin of the x axis and the direction from the origin toward the first feeding points 21a to 21d is a positive direction, the strength of the first standing wave W1 (x, t) is strong. The distribution of thickness I1 (x, t) is
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of electrodes 2a to 2d, 4 is
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of electrodes 2 and 4 is a constant value independent of x, that is, the position in the power propagation direction, and is uniform. It shows that there is.

また、この結果は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、UHFプラズマ及びUHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±10%以下であることを示している。
This result also shows that the high-frequency plasma used in the surface treatment apparatus that processes the surface of the substrate placed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the generator, the first standing wave and the second standing wave are generated at different antinode positions of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate, In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma and UHF plasma. Yes.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 20% or less.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 10% or less.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
VHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはVHFプラズマ及びUHFプラズマ応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
In the above process, when SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the power distribution between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform as described above, the deposited film becomes uniform.
This means that it is possible to achieve a uniform film thickness distribution that is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method for a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ. Means. Therefore, the above is an epoch-making discovery in the VHF plasma and UHF plasma application fields, and its practical value is remarkably great.

本実施例では、第1の電極に用いられる棒電極のサイズを、直径5〜20mm程度で、間隔を5〜30mm、長さを1400mm〜1800mm程度とし、第1の棒電極と第2の平板電極(接地電極)の距離を5〜40mm程度に設定することにより、アモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
基板サイズの幅は、前記棒電極の個数及び電力供給系の個数を増加することにより拡大できることは当然である。
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り、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In this embodiment, the size of the rod electrode used for the first electrode is about 5 to 20 mm in diameter, the interval is about 5 to 30 mm, the length is about 1400 mm to 1800 mm, and the first rod electrode and the second flat plate are used. By setting the distance of the electrode (ground electrode) to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film can be formed at a film forming speed of about 1 to 3 nm / s and a film thickness distribution within ± 10%.
Naturally, the width of the substrate size can be increased by increasing the number of rod electrodes and the number of power supply systems.
Note that it is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution ± 10 % Film formation is possible.

本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。   In the present embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, if the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path are used, the plasma is uniformized as follows. Of course it will be more certain.

(実施例4)
本発明に関する実施例4の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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14を参照して説明する。
Example 4
A high-frequency plasma generator of Example 4 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG.

先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例3に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図14は実施例4に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。   First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 14 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the fourth embodiment.

最初に、装置の概念を説明する。装置の特徴は、第1の電極に方形平板を用いる構成であることである。
具体的には、第1の電極2は、開口率50%以上、例えば55%程度で設置される直径3mmの孔を有する方形平板の導電体である。厚みは6mm程度、面積は1500mmx300mm程度である。第2の電極は、基板ヒータを内臓する方形平板の導電体である。その厚みは70mm程度で、面積は1500mmx500mm程度である。電極間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度の面積:1200mmx200mm程度のガラス基板が用いられる。
First, the concept of the apparatus will be described. The device is characterized in that a rectangular flat plate is used for the first electrode.
Specifically, the first electrode 2 is a rectangular flat plate conductor having a hole with a diameter of 3 mm and installed with an aperture ratio of 50% or more, for example, about 55%. The thickness is about 6 mm and the area is about 1500 mm × 300 mm. The second electrode is a rectangular flat conductor with a built-in substrate heater. The thickness is about 70 mm and the area is about 1500 mm × 500 mm. The electrode interval can be arbitrarily set in the range of about 5 to 50 mm. As the substrate 11, a glass substrate with an area of about 4 mm thickness: about 1200 mm × 200 mm is used.

図14において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
また、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等を用いて、第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 14, one of the two output terminals of the first pulse modulation type phase variable 2-output transmitter 15 is a first power amplifier 16, a first impedance matching unit 17, a first current introduction. The terminal 18 and the core wire 20 at the end of the first vacuum coaxial cable 19 are connected to the first feeding point 21. The outer conductor at the end of the first vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
The power supplied to the feeding point 21 is a sine wave that is pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0 as shown in W11 (t) in FIGS. 3 and 4 as a typical example.
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is the second power amplifier 22, the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the second output terminal. 2 is connected to a second feeding point 27 via a core wire 26 at the end of the vacuum coaxial cable 25. The outer conductor at the end of the second vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
Note that the power supplied to the feeding point 27 is a sine wave that is pulse-modulated with a pulse width Hw and a period T0, as typically shown in W21 (t) in FIGS.
Each of the first power amplifier 16 and the second power amplifier 22 is attached with a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. In addition, an isolator for protecting the electric circuit of the first and second power amplifiers 16 and 22 by the reflected wave is attached.
Here, the power supply system for supplying the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 to the first and second feeding points 21 and 27 using the power amplifiers 16 and 22, respectively. Is called a first power supply system.

また、図14において、同期信号伝送ケーブル100を介して伝送される第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調信号に同期したパルス変調が可能な第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して第1の給電点21に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第3の電流導入端子31、第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して第2の給電点27に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等を用いて、第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
Further, in FIG. 14, the second pulse modulation system phase capable of performing the pulse modulation synchronized with the pulse modulation signal of the transmitter 15 having the first pulse modulation system phase variable 2 output transmitted through the synchronization signal transmission cable 100. One output terminal of the two output terminals of the variable two-output transmitter 28 includes a third power amplifier 29, a third impedance matcher 30, a third current introduction terminal 31, and a third vacuum coaxial cable 32. It is connected to the first feeding point 21 via the core wire 33 at the end.
As a typical example, the power supplied to the feeding point 21 has a pulse width Hw, a period T0, and W11 (t) and W21 (t) as shown in W12 (t) shown in FIGS. This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a cycle, that is, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation.
The other output terminal of the two output terminals of the transmitter 28 having the second variable phase output is a fourth power amplifier 34, a fourth impedance matching unit 35, a third current introduction terminal 31, and a fourth vacuum. The end of the coaxial cable 37 is connected to the second feeding point 27 via a core wire 38.
As a typical example, the power supplied to the feeding point 27 has a pulse width Hw, a period T0, and W11 (t) and W21 (t) as shown in W22 (t) shown in FIGS. This is a pulse-modulated sine wave that rises at a time that is half a cycle, that is, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation.
Each of the third power amplifier 29 and the fourth power amplifier 34 is accompanied by a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. In addition, an isolator is attached to protect the electric circuits of the first and second power amplifiers 29 and 34 by the reflected wave.
Here, the power supply system that supplies the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-output transmitter 28 to the first and second feeding points 21 and 27 using the power amplifiers 29 and 34, respectively. Is called a second power supply system.

次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。   Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15. In order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second pulse modulation type variable phase two output, this film forming process is carried out for the purpose of manufacturing the target amorphous Si.

先ず、第1の予備製膜工程であるが、図12において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、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、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film-forming step, in FIG. 12, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4 and the vacuum pump 10 (not shown) is operated, so that the impurity gas in the vacuum vessel 1 and the like. Then, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), for example.
Then, using the first power supply system, high-frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of electrodes 2 and 4.
That is, the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first pulse modulation method phase variable 2 output is set to, for example, zero, and the pulse modulation is set to a pulse width Hw = 400 μsec and a pulse period T0 = 1 msec. The output of the first power amplifier 16 is set to 200 W, and the output is connected to the first feeding point 21 via the first impedance matching device 17, the first current introduction terminal 18 and the vacuum coaxial cable 19. While being supplied between the second electrodes 4, the output of the second power amplifier 22 is set to 200 W, and the output is supplied to the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the vacuum coaxial cable 25. And supplied between the second feeding point 27 and the second electrode 4.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極2の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first pulse modulation type variable phase two output as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode 2, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the transmitter 15 of the first pulse modulation type phase variable 2 output The relationship between the phase differences between the two outputs is grasped as data. For example, it is understood that the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate 11 in the direction of the first feeding point 21, that is, λ / 8, is, for example, Δθ1. Is done.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

次に、第2の予備試験であるが、図12において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式電力供給系を用いて、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、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIG. 12, the substrate 11 is set on the second electrode 4 in advance, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, and the impurity gas in the vacuum vessel 1 is removed. After the removal, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa).
Then, using the second pulse modulation system power supply system, high-frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of electrodes 2 and 4.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation method phase variable 2-output transmitter 28 is set to, for example, zero, and the pulse modulation is set to a pulse width Hw = 400 μsec and a pulse period T0 = 1 msec. The output of the third power amplifier 29 is set to 200 W, and the output is connected to the first feeding point 21 via the third impedance matching device 30, the third current introduction terminal 31 and the vacuum coaxial cable 32. While being supplied between the second electrodes 4, the output of the fourth power amplifier 34 is set to 200 W, and the output is set to the fourth impedance matching unit 35, the fourth current introduction terminal 36, and the vacuum coaxial cable 37. And supplied between the second feeding point 27 and the second electrode 4.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second phase variable and two outputs as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the two outputs of the transmitter 28 of the second phase variable two output Understand the relationship of phase difference as data. For example, it is understood that the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate 11 toward the second feeding point 27, that is, a position separated by λ / 8 is, for example, Δθ2. Is done.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図14において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を前記第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Tw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 14, the substrate 11 is set on the second electrode 4 in advance, and the vacuum pump 10 (not shown) is operated to remove the impurity gas and the like in the vacuum vessel 1, and then from the discharge gas supply pipe 8. The substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C., while supplying SiH 4 gas at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa).
Next, the phase difference of two outputs of the first pulse modulation system variable phase two output transmitter 15 of the first power supply system component, for example, a sine wave with a frequency of 70 MHz, is used as the first preliminary test data. Is set to Δθ1 grasped in step S1, and the pulse modulation is set to pulse width Hw and period T0 in W11 (t) and W21 (t) shown in FIGS. 3 and 4, for example, Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, The first and second feeding points 21 and 27 are each supplied with, for example, 200 W of power, and the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 of the component of the second power supply system. A phase difference between two outputs, for example, a sine wave having a frequency of 70 MHz, is set to Δθ2 grasped by the second preliminary test data, and the pulse modulation is performed at pulses at W12 (t) and W22 (t) shown in FIGS. Width H w and period T0 are set to rise at, for example, Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, and a half cycle, ie, T0 / 2 delayed from the pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t). For example, electric power of 200 W is supplied to the first and second feeding points 21 and 27, respectively.
That is, a voltage wave W11 (x, t) having a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) having a power of 200 W are supplied to the first feeding point 21, and a W21 (x , T) and 22 (x, t) of power 200W are supplied.
Here, the first pulse modulation type phase variable 2 output transmitter 15 and the second pulse modulation type phase variable 2 output transmitter set in the first preliminary film forming step and the second preliminary film forming step, respectively. For example, the values of 28 pulse widths Hw and period T0 can be changed from Tw = 400 μsec to 1 msec or the like, and T0 = 1 msec to 5 msec or the like.

前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos{2πx/2+π/4}+cos{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of electrodes 2, 4, as described above, W 11 (x, t) and W 21 (x, t) interfere and the first standing wave W 1 (x , T), and W12 (x, t) and W22 (x, t) interfere to form a second standing wave W2 (x, t). However, W11 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t) because they are temporally separated. Similarly, W21 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t).
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is the first standing wave. The intensity distribution I1 (x, t) of W1 (x, t) and the intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) are superimposed. This is conceptually shown in FIG.
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the first feeding point 21 is a positive direction, the strength of the first standing wave W1 (x, t) Distribution I1 (x, t) is
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of electrodes 2 and 4 is a constant value independent of x, that is, the position in the power propagation direction, and is uniform. It shows that there is.

また、この結果は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、UHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±10%以下であることを示している。
This result also shows that the high-frequency plasma used in the surface treatment apparatus that processes the surface of the substrate placed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the generator, the first standing wave and the second standing wave are generated at different antinode positions of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate, In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 20% or less.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 10% or less.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
VHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはVHFプラズマ応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
In the above process, when SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the power distribution between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform as described above, the deposited film becomes uniform.
This means that it is possible to achieve a uniform film thickness distribution that is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method for a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ. Means. Therefore, the above is an epoch-making discovery in the VHF plasma application field, and its practical value is remarkably large.

本実施例では、電極間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板サイズ:1200mmx200mmでのアモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
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り、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In this example, by setting the electrode interval to about 5 to 40 mm, an amorphous Si film with a glass substrate size of 1200 mm × 200 mm has a film forming speed of about 1 to 3 nm / s and a film thickness distribution within ± 10%. Film formation is possible.
Note that it is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution ± 10 % Film formation is possible.

本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。   In the present embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, if the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path are used, the plasma is uniformized as follows. Of course it will be more certain.

(実施例5)
本発明に関する実施例5の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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15及び図16を参照して説明する。
(Example 5)
A high-frequency plasma generation apparatus according to Embodiment 5 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIGS. explain.

先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例4に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図15は実施例5に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図16は図15図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の断面図である。   First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 15 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the fifth embodiment, and FIG. 16 is a sectional view of the inside of the vacuum vessel of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG.

最初に、装置の概念を説明する。装置の構成は、全体的には実施例1での図1及び図2の場合と同じであるが、基板11が設置される場所が異なることが特徴である。即ち、図15及び図16に示すように、一対の電極2、4に複数の開口を設置することにより、その開口を介して該電極間で発生のプラズマ中のラデイカル種をその外部へ拡散させるのである。この構成の特徴は、基板11の設置場所が一対の電極2、4の間ではなく、電極間の外であることである。このことは、プラズマ生成時の製膜条件が基板の厚みと材質に影響されずに選べることが可能であるとの意味をもつ。特に、プラズマ生成時の圧力条件が、数100Pa〜数1000Pa(数Torr〜数10Torr)と高い場合でも、基板の影響を受けることなく、一対の電極24の間隔を、10〜15mmと狭く設定できることが可能である。これは、従来の構成では出来ない特徴である。   First, the concept of the apparatus will be described. The overall configuration of the apparatus is the same as in the case of FIGS. 1 and 2 in the first embodiment, but is characterized in that the place where the substrate 11 is installed is different. That is, as shown in FIGS. 15 and 16, by providing a plurality of openings in the pair of electrodes 2 and 4, the radical species in the plasma generated between the electrodes is diffused to the outside through the openings. It is. A feature of this configuration is that the installation place of the substrate 11 is not between the pair of electrodes 2 and 4 but between the electrodes. This means that the film forming conditions at the time of plasma generation can be selected without being affected by the thickness and material of the substrate. In particular, even when the pressure condition during plasma generation is as high as several hundreds of Pa to several thousand Pa (several Torr to several tens of Torr), the distance between the pair of electrodes 24 can be set as narrow as 10 to 15 mm without being affected by the substrate. Is possible. This is a feature that cannot be achieved with the conventional configuration.

図16において、符番109は基板支持材で、図示しない基板ヒータ3を内臓している。第1及び第2の電極2、4は、方形平板状の形状で直径3mm程度の孔が開口率55%程度で設置されている。その厚みは6mm程度、面積は1500mmx300mm程度である。給電点21は、該方形平板電極の一つの辺の中央に、給電点27は対向する辺の中央に設置される。電極2、4の間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度、面積:1400mmx200mmのガラス基板が用いられる。放電用のガスは放電ガス供給管8から、ガス混合箱6の整流孔7を介して供給される。   In FIG. 16, reference numeral 109 denotes a substrate support material that incorporates a substrate heater 3 (not shown). The first and second electrodes 2 and 4 have a rectangular flat plate shape, and holes with a diameter of about 3 mm are installed with an aperture ratio of about 55%. The thickness is about 6 mm, and the area is about 1500 mm × 300 mm. The feeding point 21 is installed at the center of one side of the rectangular plate electrode, and the feeding point 27 is installed at the center of the opposite side. The distance between the electrodes 2 and 4 can be arbitrarily set to about 5 to 50 mm. As the substrate 11, a glass substrate having a thickness of about 4 mm and an area of 1400 mm × 200 mm is used. The discharge gas is supplied from the discharge gas supply pipe 8 through the rectifying hole 7 of the gas mixing box 6.

次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。   Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. In the first preliminary film-forming process, in order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15, In order to ascertain the set value of the phase difference between the two outputs of the two pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28, this film-forming step is performed for the production of the target amorphous Si.

先ず、第1の第1の予備製膜工程であるが、図15及び図16において、予め、基板11を基板支持材109の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点21に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26を介して、第2の給電点27に供給する。
この場合、前記第1のインピーダンス整合器17及び第2のインピーダンス整合器23を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器17、23の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、それぞれW11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw=400μ秒、周期T0=1m秒でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Tw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
First, in the first first preliminary film forming step, in FIGS. 15 and 16, the substrate 11 is previously set on the substrate support material 109, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, and the vacuum container 1 is operated. After removing the impurity gas and the like in the substrate, the substrate temperature is in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at 500 sccm and the pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa) Hold on.
Next, the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15, the first power amplifier 16, the first impedance matching unit 17, the first current introduction terminal 18, and the first vacuum coaxial cable 19. A first power supply system comprising a core wire 20, a second power amplifier 22, a second impedance matching device 23, a second current introduction terminal 24, and a core wire 26 of a second vacuum coaxial cable 25, The pair of electrodes 2 and 4 is supplied with high frequency power, for example, power with a frequency of 60 MHz, for example, 400 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system phase variable 2-output transmitter 15 is set to, for example, zero, pulse modulation pulse width Hw = 400 μsec, and pulse period T0 = 1 msec. The output of the first power amplifier 16 is set to 200 W, and the output is passed through the first impedance matching unit 17, the first current introduction terminal 18, and the core wire 20 of the first vacuum coaxial cable 19. 1 is supplied to one feeding point 21, the output of the second power amplifier 22 is set to 200 W, and the output is supplied to the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the second vacuum coaxial. This is supplied to the second feeding point 27 via the core wire 26 of the cable 25.
In this case, by adjusting the first impedance matching unit 17 and the second impedance matching unit 23, it is possible to prevent the reflected wave of the supplied power from returning to the upstream side of the respective impedance matching units 17 and 23.
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. 3 and 4, respectively. W11 (t) and W21 (t) are sine waves of ultrahigh frequency, for example, 60 MHz, pulse-modulated with a pulse width Hw = 400 μsec and a period T0 = 1 msec, respectively. The pulse width Tw and the period T0 are set to arbitrary values, for example, Tw = 400 μsec and the period T0 = 1 msec by an adjuster attached to the transmitter 15 having the first pulse modulation system variable phase 2 output.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板11の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板11の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first pulse modulation type variable phase two output as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate 11 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and 2 of the transmitter 15 of the first pulse modulation system variable phase 2 output. The relationship between the phase differences of the two outputs is grasped as data. For example, it is understood that the phase difference for setting a position that is one-eighth of the wavelength λ from the center point of the substrate 11 toward the first feeding point 21, that is, a position that is separated by λ / 8 is Δθ1, for example. Is done.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

次に、第2の予備製膜工程であるが、図15及び図16において、予め、基板11を基板支持材109の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅=400μ秒、パルス周期=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33を介して、第1の給電点に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
Next, in the second preliminary film forming step, in FIGS. 15 and 16, the substrate 11 is previously set on the substrate support material 109, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, After removing the impurity gas and the like, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), for example. To do.
The second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28, the third power amplifier 29, the third impedance matching unit 30, the third current introduction terminal 31, and the third coaxial coaxial cable 32 are provided. Using a second power supply system comprising a core wire 33, a fourth power amplifier 34, a fourth impedance matching device 35, a fourth current introduction terminal 36, and a core wire 38 of a fourth vacuum coaxial cable 37, a pair The electrodes 2 and 4 are supplied with high-frequency power, for example, power with a frequency of 60 MHz, for example, 400 W in total.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation method phase-variable two-output transmitter 28 is set to, for example, zero, the pulse width of the pulse modulation = 400 μsec, and the pulse period = 1 ms, The output of the power amplifier 29 is set to 200 W, and the output is supplied to the first impedance matcher 30, the third current introduction terminal 31, and the core wire 33 of the third vacuum coaxial cable 32 through the first impedance matching unit 30. The power is supplied to the feeding point, the output of the fourth power amplifier 34 is set to 200 W, and the output of the fourth impedance matching unit 35, the fourth current introduction terminal 36, and the fourth vacuum coaxial cable 37 is set. It is supplied to the second feeding point via the core wire 38.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated and, for example, amorphous Si is deposited on the substrate 11.

前記要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。該基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布には、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第1の電極の長さ方向において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。
この場合も、前記第1の予備製膜工程と同様に、第2の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ2であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 has a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon inherent to the VHF plasma. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 of the second pulse modulation type variable phase output 2 as a parameter. Then, in the length direction of the first electrode, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the two transmitters 28 of the second pulse modulation type phase variable two output Grasp the relationship of output phase difference as data.
Also in this case, similarly to the first preliminary film forming step, in the case where the second power supply system is used, the distance from the center point of the substrate to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the first The position of the maximum thickness of the film thickness distribution, for example, from the center point of the substrate to the second feeding point 27 is obtained from data indicating the relationship between the two output phase differences of the two pulse modulation type phase-variable two-output transmitters 28. It can be seen that the phase difference for setting the position to one-eighth of the wavelength λ in the direction, that is, the position separated by λ / 8 is, for example, Δθ2.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図15及び図6において、予め、基板11を基板支持材109の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21及び27に、それぞれ、電力200Wの電圧波W11(x、t)と電力200Wの電圧波W12(x、t)及び電力200WのW21(x、t)と電力200WのW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Tw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 15 and FIG. 6, the substrate 11 is previously set on the substrate support member 109, the vacuum pump 10 (not shown) is operated to remove the impurity gas and the like in the vacuum vessel 1, and then the discharge gas supply pipe The substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while SiH 4 gas is supplied from 8 at 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa).
Next, two preliminary outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 of the constituent members of the first power supply system, for example, a phase difference of a sine wave having a frequency of 60 MHz are used as a first preliminary film forming step. Is set to Δθ1 grasped as data, and pulse width Hw and period T0 in W11 (t) and W21 (t) shown in FIGS. 3 and 4 are set to Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, for example. The first and second feeding points 21 and 27 are each supplied with, for example, 200 W of power, and the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter of the constituent member of the second power supply system. The phase difference between the two outputs of 28 is set to Δθ2 grasped as the data of the second preliminary film forming step, and the pulse modulation is performed with the pulse width Hw at W12 (t) and W22 (t) shown in FIGS. And period T0 For example, Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, and set to rise at a time that is half a cycle, ie, T0 / 2 later than the pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t), For example, electric power of 200 W is supplied to the first and second feeding points 21 and 27, respectively.
That is, at the first and second feeding points 21 and 27, a voltage wave W11 (x, t) with a power of 200 W, a voltage wave W12 (x, t) with a power of 200 W, and a W21 (x, t) with a power of 200 W, respectively. ) And W22 (x, t) with power of 200 W are supplied.
Here, the first pulse modulation type phase variable 2 output transmitter 15 and the second pulse modulation type phase variable 2 output transmitter set in the first preliminary film forming step and the second preliminary film forming step, respectively. For example, the values of 28 pulse widths Hw and period T0 can be changed from Tw = 400 μsec to 1 msec or the like, and T0 = 1 msec to 5 msec or the like.

一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos{2πx/2+π/4}+cos{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of electrodes 2, 4, as described above, W 11 (x, t) and W 21 (x, t) interfere with each other and the first standing wave W 1 (x, t t), and W12 (x, t) and W22 (x, t) interfere to form a second standing wave W2 (x, t). However, W11 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t) because they are temporally separated. Similarly, W21 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t).
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is the first standing wave. The intensity distribution I1 (x, t) of W1 (x, t) and the intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) are superimposed. This is conceptually shown in FIG.
Here, if the center point of the substrate is the origin of the x-axis and the direction from the origin toward the first feeding point 21 is a positive direction, the strength of the first standing wave W1 (x, t) Distribution I1 (x, t) is
I1 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) ∝cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of electrodes 2 and 4 is a constant value independent of x, that is, the position in the power propagation direction, and is uniform. It shows that there is.

この結果は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、UHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±10%以下であることを示している。
As a result, the high-frequency plasma generator used in the surface treatment apparatus that processes the surface of the substrate disposed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. And generating a first standing wave and a second standing wave having different antinode positions of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate, and By providing the means for superimposing the first and second standing waves, it is meaningful that the distribution of the power intensity between the electrodes, which is indispensable for making the plasma uniform, can be controlled.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 20% or less.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 10% or less.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
VHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。したがって、上記のことはVHFプラズマ及びUHFプラズマ応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きい。
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 SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the power distribution between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform as described above, the deposited film becomes uniform.
This means that it is possible to achieve a uniform film thickness distribution that is impossible with the conventional VHF plasma surface treatment apparatus and method for a substrate having a size exceeding one-half of the wavelength λ. Means. Therefore, the above is an epoch-making discovery in the VHF plasma and UHF plasma application fields, and its practical value is remarkably great.
It is a well-known technique that microcrystalline Si, thin-film polycrystalline Si, or the like can be formed by optimizing the flow ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.

本実施例では、第1の電極2の給電点が対向する辺の中央部に1点ずつであるので、基板サイズは上記1400mmx200mm程度に制約されるが、該電極の幅を増大し、該給電点の個数を増加することにより、基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。ただし、この場合、隣り合う給電点の間隔は100mm〜300mm程度が好ましい。 In this embodiment, since the feeding point of the first electrode 2 is one point at the central part of the opposite side, the substrate size is limited to about 1400 mm × 200 mm, but the width of the electrode is increased and the feeding point is increased. Of course, by increasing the number of points, the width of the substrate size can be expanded. However, in this case, the interval between adjacent feeding points is preferably about 100 mm to 300 mm.

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、例えば±10%以内の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 60 MHz is used, it is possible to obtain a film thickness distribution that is significantly better than the conventional apparatus and method, for example, within ± 10%. 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.

(実施例6)
本発明に関する実施例6の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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17及び図18を参照して説明する。
(Example 6)
A high-frequency plasma generation apparatus according to Embodiment 6 of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIGS. explain.

先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例1ないし実施例5に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図17は実施例6に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図18は図17図示のプラズマ表面処理装置の電力供給系配線図を示す説明図である。   First, the configuration of the apparatus will be described. However, the same members as those shown in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. FIG. 17 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the sixth embodiment, and FIG. 18 is an explanatory diagram showing a power supply system wiring diagram of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG.

最初に、装置の概念を説明する。装置構成の特徴は、非接地の第1の電極に設置される第1及び第2の給電点が矩形平板型接地電極である第2の電極4の4辺の中の1辺の近傍に配置されることである。また、第1の電極の形状が1本の棒状導体を前記第1の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるU字型の形状を有していることである。そして、好ましくはU字状の棒の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該U字型電極の曲がり部分はアルミナ等の誘電体で被覆されていることである。   First, the concept of the apparatus will be described. The device configuration is characterized in that the first and second feeding points installed on the ungrounded first electrode are arranged in the vicinity of one of the four sides of the second electrode 4 that is a rectangular plate-type ground electrode. It is to be done. Further, the first electrode has a U-shape formed by folding back one bar-like conductor so as to be included in a plane parallel to the first electrode. Preferably, the total length of the U-shaped bar is a half of the wavelength λ of the power used, that is, an integral multiple of λ / 2. Further, the bent portion of the U-shaped electrode is covered with a dielectric such as alumina.

具体的には、第1の電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成されるU字型電極を用いる。該U字の直線部の長さは1400mm程度、該直線状棒体の間隔は10〜40mm程度である。U字型電極と第2の平板電極の間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度のガラス基板面積1200mmx200mm程度のガラス基板が用いられる。   Specifically, the first electrode 2 uses a U-shaped electrode made of a SUS rod having a diameter of about 5 to 20 mm. The length of the U-shaped straight portion is about 1400 mm, and the distance between the straight bars is about 10 to 40 mm. The distance between the U-shaped electrode and the second plate electrode can be arbitrarily set to about 5 to 50 mm. As the substrate 11, a glass substrate having a thickness of about 4 mm and a glass substrate area of about 1200 mm × 200 mm is used.

次に装置の構成を説明する。図17及び図18において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
Next, the configuration of the apparatus will be described. In FIG. 17 and FIG. 18, one output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase variable two-output transmitter 15 is the first power amplifier 16, the first impedance matching device 17, and the first output terminal. The current introduction terminal 18 and the core wire 20 at the end of the first vacuum coaxial cable 19 are connected to the first feeding point 21. The outer conductor at the end of the first vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is the second power amplifier 22, the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the second output terminal. 2 is connected to a second feeding point 27 via a core wire 26 at the end of the vacuum coaxial cable 25. The outer conductor at the end of the second vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
Each of the first power amplifier 16 and the second power amplifier 22 is attached with a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. In addition, an isolator for protecting the electric circuit of the first and second power amplifiers 16 and 22 by the reflected wave is attached.
Here, a power supply system for supplying the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 to the first and second feeding points 21 and 27 by the power amplifiers 16 and 22 respectively. This is called a first power supply system.

図17及び図18において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28は、同期信号ケーブル100を介して伝送される第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15のパルス変調波形の同期信号を用いて、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の出力のパルス変調波形に同期したパルス変調の電力を出力する。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して、第1の給電点21に接続される。該第3の真空同軸ケーブル32の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
17 and 18, the second pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 28 is the pulse modulation of the first pulse modulation system variable phase 2 output transmitter 15 transmitted via the synchronization signal cable 100. Using the waveform synchronization signal, the power of the pulse modulation synchronized with the pulse modulation waveform of the output of the transmitter 15 having the first pulse modulation system variable phase 2 output is output.
One of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 has a third power amplifier 29, a third impedance matching device 30, a third current introduction terminal 31, and a second output terminal. 3 is connected to the first feeding point 21 through the core wire 33 at the end of the vacuum coaxial cable 32. The outer conductor at the end of the third vacuum coaxial cable 32 is connected to the second electrode 4.
The other output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 is a fourth power amplifier 34, a fourth impedance matching device 35, a fourth current introduction terminal 36, and a second output terminal. 4 is connected to the second feeding point 27 via the core wire 38 at the end of the vacuum coaxial cable 37. The outer conductor at the end of the second vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
Each of the third power amplifier 29 and the fourth power amplifier 34 is accompanied by a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. In addition, an isolator for protecting the electric circuit of the main body of the first and second power amplifiers 29 and 34 by the reflected wave is attached.
Here, the power supply system for supplying the two outputs of the second phase variable two-output transmitter 28 to the first and second feeding points 21 and 27 by the power amplifiers 29 and 34, respectively, This is called a power supply system.

次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。   Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15. In order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second pulse modulation type variable phase two output, this film forming process is carried out for the purpose of manufacturing the target amorphous Si.

先ず、第1の予備製膜工程であるが、図17及び図18において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film forming step, in FIGS. 17 and 18, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, After removing the impurity gas and the like, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), for example. To do.
Then, using the first power supply system, high-frequency power, for example, pulse-modulated power of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of electrodes 2 and 4.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system phase variable 2-output transmitter 15 is set to, for example, zero, pulse modulation pulse width Hw = 400 μsec, and pulse period T0 = 1 msec. The output of the first power amplifier 16 is set to 200 W, for example, and the output is supplied to the first feeding point 21 via the first impedance matching unit 17, the first current introduction terminal 18 and the vacuum coaxial cable 19. And the output of the second power amplifier 22 is set to 200 W, for example, and the output is supplied to the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the coaxial for vacuum. It is supplied between the second feeding point 27 and the second electrode 4 via the cable 25.
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated by some influence because the shape of the first electrode as the propagation path is bent at the intermediate point, but is attenuated at the bent portion. The covered dielectric film 92 suppresses power loss in that region. As a result, the above-described standing wave is generated by the power waves W11 (x, t) and W21 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated, and amorphous Si having a sinusoidal distribution, for example, is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、該U字型電極2の棒のU字に沿った線分上において、該U字型電極2の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該U字型電極2の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first pulse modulation type variable phase two output as a parameter. Then, on the line segment along the U-shape of the rod of the U-shaped electrode 2, the distance from the center point of the U-shaped electrode 2 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the first The relationship of the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the pulse modulation system variable phase 2 output is grasped as data. For example, the phase difference for setting at a position away from the center point of the U-shaped electrode 2 by one-eighth of the wavelength λ in the direction of the first feeding point 21, that is, λ / 8 is, for example, Δθ1. That is understood.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

次に、第2の予備試験であるが、図17及び図18において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIGS. 17 and 18, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, and impurities in the vacuum container 1 are operated. After removing the gas and the like, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa). .
Then, using the second power supply system, high-frequency power, for example, pulse-modulated power at a frequency of 70 MHz, for example, a total of 400 W is supplied to the pair of electrodes 2 and 4.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-output transmitter 28 is set to, for example, zero, the pulse width of the pulse modulation Hw = 400 μsec, and the pulse period T0 = 1 msec. The output of the first power amplifier 16 is set to 200 W, the output of the third power amplifier 29 is set to 200 W, and the output is set to the third impedance matching device 30, the third current introduction terminal 31, and the vacuum. The power is supplied between the first feeding point 21 and the second electrode 4 via the coaxial cable 32, the output of the fourth power amplifier 34 is set to 200 W, and the output is set to the fourth impedance matching unit. 35, the fourth current introduction terminal 36, and the vacuum coaxial cable 37 are supplied between the second feeding point 27 and the second electrode 4.
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated by some influence because the shape of the first electrode as the propagation path is bent at the intermediate point, but is attenuated at the bent portion. The covered dielectric film 92 suppresses power loss in that region. As a result, the above-mentioned standing wave is generated by the power waves W12 (x, t) and W22 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated, and amorphous Si having a sinusoidal distribution, for example, is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のように、VHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、該U字型電極2の棒のU字に沿った線分上において、該U字型電極2の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該U字型電極2の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. As described above, the film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 has a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave, which is a phenomenon inherent to VHF plasma. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 of the second pulse modulation type variable phase output 2 as a parameter. On the line segment along the U-shape of the rod of the U-shaped electrode 2, the distance from the center point of the U-shaped electrode 2 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the second The relationship of the phase difference between the two outputs of the pulse-modulation phase-variable two-output transmitter 28 is grasped as data. For example, the phase difference for setting at a position away from the center point of the U-shaped electrode 2 by one eighth of the wavelength λ in the direction of the second feeding point 27, that is, λ / 8 is, for example, Δθ2. That is understood.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図17及び図18において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波W22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 17 and FIG. 18, the substrate 11 is set on the second electrode 4 in advance, and the vacuum pump 10 (not shown) is operated to remove the impurity gas and the like in the vacuum vessel 1 and then supply the discharge gas. While supplying SiH4 gas from the tube 8 at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C.
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two output transmitter 15 of the constituent members of the first power supply system, for example, a phase difference of a sine wave with a frequency of 70 MHz are used as the first preliminary test data. The detected Δθ1 is set, and the pulse modulation is set such that the pulse width Hw and period T0 in W11 (t) and W21 (t) shown in FIGS. 3 and 4 are set to Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, for example. The first and second feeding points 21 and 27 are each supplied with, for example, 200 W of power, and the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 of the second power supply system component. Two outputs, for example, a phase difference of a sine wave having a frequency of 70 MHz, is set to Δθ2 grasped as data of the second preliminary film forming process, and the pulse modulation thereof is shown by W12 (t) and W22 (t) shown in FIGS. Pal in The width Hw and the period T0 are, for example, Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, and a half cycle from the pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t), that is, a time delayed by T0 / 2. It sets so that it may stand up, and power 200W is supplied to the 1st and 2nd feeding points 21 and 27, respectively.
That is, a voltage wave W11 (x, t) having a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) having a power of 200 W are supplied to the first feeding point 21, and a W21 (x , T) and a voltage wave W22 (x, t) having a power of 200 W are supplied.
Here, the first pulse modulation type phase variable 2 output transmitter 15 and the second pulse modulation type phase variable 2 output transmitter set in the first preliminary film forming step and the second preliminary film forming step, respectively. For example, the values of 28 pulse widths Hw and period T0 can be changed from Hw = 400 μsec to 1 msec or the like, and T0 = 1 msec to 5 msec or the like.

前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、該U字型電極2の中央点をx軸の原点とし、該原点からU字に沿った線分上において、第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2+π/4}
第1の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos{2πx/2+π/4}+cos{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of electrodes 2, 4, as described above, W 11 (x, t) and W 21 (x, t) interfere and the first standing wave W 1 (x , T), and W12 (x, t) and W22 (x, t) interfere to form a second standing wave W2 (x, t). However, W11 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t) because they are temporally separated. Similarly, W21 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t).
Therefore, the intensity distribution of the power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is the intensity distribution I1 (x, t) of the first standing wave W1 (x, t) and the second standing wave. The intensity distribution I2 (x, t) of the wave W2 (x, t) is superposed. This is conceptually shown in FIG.
Here, if the center point of the U-shaped electrode 2 is the x-axis origin, and the direction toward the first feeding point 21 on the line segment along the U-shape from the origin is the positive direction, The intensity distribution I1 (x, t) of one standing wave W1 (x, t) is
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the first standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of electrodes 2 and 4 is a constant value independent of x, that is, the position in the power propagation direction, and is uniform. It shows that there is.

また、この結果は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、VHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±10%以下であることを示している。
This result also shows that the high-frequency plasma used in the surface treatment apparatus that processes the surface of the substrate placed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the generator, the first standing wave and the second standing wave are generated at different antinode positions of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate, In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of VHF plasma.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 20% or less.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 10% or less.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の強さの分布が上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。このことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板の面積:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、U字型の第1の電極2が1個であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該第1の電極の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
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り、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In the above process, when SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the distribution of power intensity between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform on a time average as described above, the deposited film becomes uniform. This is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is remarkably large.
That is, one side of the first electrode of the rectangular type that is required in the improvement of the plasma generating device for improving the productivity of the in-line type, multi-chamber type or roll-to-roll type plasma surface treatment apparatus. This can be realized as one new means relating to a means for supplying VHF power only from the vicinity. This means that when the cross section of the main body of the plasma surface treatment apparatus is viewed in a cross section perpendicular to the substrate transport direction, if the cross section is a rectangular cross section, for example, one side of the four sides of the rectangular cross section It is possible to realize a novel power supply means for generating VHF plasma using only the above.
In this example, by setting the distance between the first and second electrodes to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film with a glass substrate area of about 1200 mm × 200 mm has a film forming speed of about 1 to 3 nm / s. Film thickness distribution can be within ± 10%.
In this embodiment, since the number of U-shaped first electrodes 2 is one, the width of the substrate size is limited to about 200 mm. However, if the number of the first electrodes is increased, the substrate size is reduced. Of course, the width can be expanded.
Note that it is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution ± 10 % Film formation is possible.

本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。   In the present embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, if the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path are used, the plasma is uniformized as follows. Of course it will be more certain.

(実施例7)
本発明に関する実施例7の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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19を参照して説明する。図19は実施例7に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
(Example 7)
A high-frequency plasma generator of Example 7 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the seventh embodiment.

本装置の特徴は、図19に示すように、実施例6で説明したU字型第1電極を複数個、例えば2個を第2の電極に平行な面内に含まれるように設置し、該複数のU字型第1電極のそれぞれの端部に第1及び第2の給電点を配置させて、かつ、それぞれの該U字型第1電極の第1及び第2の給電点に、前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有することである。
第19図図示の構成については、実施例1ないし実施例6に示した部材と同じ部材は同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、U字型電極2は直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の電極との間隔は、5〜50mm程度で任意に設定可能である。
As shown in FIG. 19, the feature of this apparatus is that a plurality of, for example, two U-shaped first electrodes described in Example 6 are installed so as to be included in a plane parallel to the second electrode. The first and second feeding points are arranged at the end portions of the plurality of U-shaped first electrodes, and the first and second feeding points of the U-shaped first electrodes are The configuration is such that the outputs of the first and second power supply systems are supplied.
In the configuration shown in FIG. 19, the same members as those shown in the first to sixth embodiments are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
The U-shaped electrode 2 is formed of a SUS rod having a diameter of about 5 to 20 mm, and the distance from the second electrode can be arbitrarily set to about 5 to 50 mm.

(実施例8)
本発明に関する実施例8の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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20を参照して説明する。図20は実施例8に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
(Example 8)
A high-frequency plasma generation apparatus according to an eighth embodiment of the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the eighth embodiment.

本装置の特徴は、非接地の第1の電極に配置される第1及び第2の給電点21、27が、第2の電極4である矩形平板型接地電極の4辺の中の1辺の近傍に配置されていること及び第1の電極の形状が1本の棒状導体を前記第1の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるW字型の形状を有し、かつ、好ましくは、W字の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該W字型電極の曲がり部分をアルミナ等の誘電体で被覆されていることが特徴である。
実施例8の装置は、図20に示すように、W字型第1電極のそれぞれの端部に、第1及び第2の給電点21、27を配置させ、該第1及び第2の給電点に前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有している。
図20図示の構成については、前記実施例1ないし実施例7に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明を省略する。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
The feature of this apparatus is that one of the four sides of the rectangular plate-type ground electrode in which the first and second feeding points 21 and 27 arranged on the ungrounded first electrode are the second electrode 4 is provided. And the first electrode has a W-shaped shape formed by folding a single rod-shaped conductor so as to be included in a plane parallel to the first electrode. Preferably, the total length of the W-shape is one half of the wavelength λ of the power used, that is, an integral multiple of λ / 2. In addition, the bent portion of the W-shaped electrode is characterized by being covered with a dielectric such as alumina.
As shown in FIG. 20, the apparatus of Example 8 has first and second feeding points 21 and 27 arranged at the respective ends of the W-shaped first electrode, and the first and second feeding points. It has the structure which supplies the output of the said 1st and 2nd electric power supply system to a point.
The configuration shown in FIG. 20 is made up of the same members as those shown in the first to seventh embodiments and is given the same reference numerals, and therefore the description thereof is omitted.
The W-shaped electrode 2 is formed of a SUS rod having a diameter of about 5 to 20 mm, and the distance from the second flat plate electrode can be arbitrarily set at 5 to 50 mm.

(実施例9)
本発明に関する実施例9の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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21を参照して説明する。図21は実施例9に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
Example 9
A high-frequency plasma generator of Example 9 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the ninth embodiment.

本実施例の装置は、円筒形の基板を対象にしたプラズマ表面処理装置に用いられる超高周波プラズマ発生用電極であり、その構成は、図21に示すように、実施例8で説明したW字型の第1電極を複数個、例えば2個を円筒形状を有する第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように設置し、該複数のW字型第1電極のそれぞれの端部に第1及び第2の給電点21、27を配置させて、かつ、それぞれの該W字型第1電極の第1及び第2の給電点21、27に、前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有することである。そして、好ましくは、それぞれのW字型電極の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ/2の整数倍であるようにした構成を有することである。
図21図示の構成については、実施例1ないし実施例8に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
The apparatus of the present embodiment is an ultrahigh frequency plasma generating electrode used in a plasma surface treatment apparatus for a cylindrical substrate, and the configuration thereof is W-shaped as described in Embodiment 8 as shown in FIG. A plurality of first electrodes of the mold, for example, two are installed so as to be included in a cylindrical surface surrounding a second electrode having a cylindrical shape, and each of the plurality of W-shaped first electrodes is arranged. First and second feeding points 21 and 27 are arranged at the ends, and the first and second feeding points 21 and 27 of the respective W-shaped first electrodes are arranged at the first and second feeding points 21 and 27, respectively. It has the structure which supplies the output of this electric power supply system. Preferably, the total length of each W-shaped electrode is a half of the wavelength λ of power used, that is, an integral multiple of λ / 2.
The configuration shown in FIG. 21 is made up of the same members as those shown in the first to eighth embodiments and is given the same reference numerals, and therefore the description thereof is omitted.
The W-shaped electrode 2 is formed of a SUS rod having a diameter of about 5 to 20 mm, and the distance from the second flat plate electrode can be arbitrarily set at 5 to 50 mm.

(実施例10)
本発明に関する実施例10の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成の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22を参照して説明する。
(Example 10)
A high-frequency plasma generator of Example 10 relating to the present invention, a plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) constituted by the high-frequency plasma generation apparatus will be described with reference to FIG.

先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例1ないし実施例9
に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図22は実施例10に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
First, the configuration of the apparatus will be described. However, Examples 1 to 9 are used.
The same members as those shown in FIG. FIG. 22 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the tenth embodiment.

最初に、装置の概念を説明する。装置構成の特徴は、矩形平板の導電体をW字状のスリットで2分割し、その一方の導体を第1の電極とし、他方を第2の電極とし、かつ、該W字状スリットの端部に給電点を配置させるという構造を有することである。
なお、該スリットの形状はW字状以外の、例えばU字状及びジグザグ状にしても良い。また、該導電体の形状は矩形平板のみならず、例えば基板の形状が円筒形の場合にはそれに対応して円筒形にすることができる。
First, the concept of the apparatus will be described. The feature of the device configuration is that a rectangular flat conductor is divided into two by a W-shaped slit, one of the conductors is a first electrode, the other is a second electrode, and the end of the W-shaped slit. This is to have a structure in which a feeding point is arranged in the part.
The slit may have a shape other than the W shape, for example, a U shape and a zigzag shape. Further, the shape of the conductor is not limited to a rectangular flat plate. For example, when the shape of the substrate is cylindrical, it can be made cylindrical correspondingly.

次に装置の構成を説明する。図22において、符番91はスリットである。ここでは、W字状のスリットを用いている。該スリットの幅は、2mm〜50mm程度、ここでは後述の圧力条件:0.5Torr(66.5Pa)を考慮して、例えば8mmにする。
符番2は第1の電極で、符番4は第2の電極である。該第1及び第2の電極のサイズは、例えば一対の外寸法で、1400mmx200mm程度である。符番21は第1の給電点、符番27は第2の給電点で、それぞれ、対向した形でW字状スリット91の端部に配置される。符番90は放電ガス通過孔で、該第1及び第2の電極に設置される。その孔の直径は1〜5mm程度で、開口率は50%程度以上が好ましい。
図22において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
Next, the configuration of the apparatus will be described. In FIG. 22, reference numeral 91 is a slit. Here, a W-shaped slit is used. The width of the slit is about 2 mm to 50 mm, for example, 8 mm in consideration of the pressure condition described later: 0.5 Torr (66.5 Pa).
Reference numeral 2 is a first electrode, and reference numeral 4 is a second electrode. The size of the first and second electrodes is, for example, about 1400 mm × 200 mm with a pair of outer dimensions. Reference numeral 21 is a first feeding point, and reference numeral 27 is a second feeding point, which are arranged at the ends of the W-shaped slit 91 in an opposed manner. Reference numeral 90 denotes a discharge gas passage hole, which is installed on the first and second electrodes. The diameter of the hole is preferably about 1 to 5 mm, and the aperture ratio is preferably about 50% or more.
In FIG. 22, one output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is a first power amplifier 16, a first impedance matching unit 17, and a first current introduction. The terminal 18 and the core wire 20 at the end of the first vacuum coaxial cable 19 are connected to the first feeding point 21. The outer conductor at the end of the first vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
The other output terminal of the two output terminals of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15 is the second power amplifier 22, the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the second output terminal. 2 is connected to a second feeding point 27 via a core wire 26 at the end of the vacuum coaxial cable 25. The outer conductor at the end of the second vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
Each of the first power amplifier 16 and the second power amplifier 22 is attached with a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave returning from the downstream side. In addition, an isolator for protecting the electric circuit of the first and second power amplifiers 16 and 22 by the reflected wave is attached.
Here, the first power supply system for supplying the two outputs of the first phase variable two-output transmitter 15 to the first and second feeding points 21 and 27 by the power amplifiers 16 and 22, respectively, is the first power supply system. This is called a power supply system.

図22において、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して、第1の給電点21に接続される。該第3の真空同軸ケーブル32の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
In FIG. 22, one output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase variable two-output transmitter 28 is a third power amplifier 29, a third impedance matching unit 30, a third current introduction. The terminal 31 and the core wire 33 at the end of the third vacuum coaxial cable 32 are connected to the first feeding point 21. The outer conductor at the end of the third vacuum coaxial cable 32 is connected to the second electrode 4.
The other output terminal of the two output terminals of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 is a fourth power amplifier 34, a fourth impedance matching device 35, a fourth current introduction terminal 36, and a second output terminal. 4 is connected to the second feeding point 27 via the core wire 38 at the end of the vacuum coaxial cable 37. The outer conductor at the end of the second vacuum coaxial cable 19 is connected to the second electrode 4.
The third power amplifier 29 and the fourth power amplifier 34 are each accompanied by a monitor for an output value (traveling wave) and a monitor for a reflected wave reflected and returned from the downstream side. In addition, an isolator for protecting the electric circuit of the main body of the first and second power amplifiers 29 and 34 by the reflected wave is attached.
Here, a power supply system for supplying the two outputs of the second pulse modulation type phase variable 2-output transmitter 28 to the first and second feeding points 21 and 27 by the power amplifiers 29 and 34, respectively, is provided. This is called a second power supply system.

次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用アモルファスSi膜を製造する方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第1及び第2の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第1の予備製膜工程は、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、第2の予備製膜工程は、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の設定値を把握するために、本製膜工程は目的とするアモルファスSiの製造のために実施される。   Next, a method for manufacturing an amorphous Si film for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above configuration will be described. In the implementation or application of the present invention, the first and second preliminary film forming steps and the main film forming step are necessary as procedures. The first preliminary film forming step includes the step of determining the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 15. In order to grasp the set value of the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second pulse modulation type variable phase two output, this film forming process is carried out for the purpose of manufacturing the target amorphous Si.

先ず、第1の予備製膜工程であるが、図22において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
First, in the first preliminary film forming step, in FIG. 22, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4 and the vacuum pump 10 (not shown) is operated, so that the impurity gas in the vacuum vessel 1 and the like. Then, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), for example.
Then, using the first power supply system, ultra high frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, 400 W in total is supplied to the pair of electrodes 2 and 4.
That is, the phase difference between the two outputs of the first pulse modulation system variable-phase two-output transmitter 15, for example, a pulse-modulated sine wave having a frequency of 70 MHz, is set to, for example, zero, and the first power amplifier 16 The output is set to 200 W, for example, and the output is connected between the first feeding point 21 and the second electrode 4 via the first impedance matching unit 17, the first current introduction terminal 18 and the vacuum coaxial cable 19. And the output of the second power amplifier 22 is set to 200 W, for example, and the output is passed through the second impedance matching unit 23, the second current introduction terminal 24, and the vacuum coaxial cable 25 to 2 between the second feeding point 27 and the second electrode 4.
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W11 (t) and W21 (t) in FIGS. W11 (t) and W21 (t) are sine waves having a pulse width Hw and a pulse modulation with a period T0, for example, 70 MHz. The pulse width Hw and period T0 are set to arbitrary values, for example, Hw = 400 μsec and period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the first pulse modulation system phase variable 2-output transmitter 15.
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated slightly because the W-shaped slit that is the propagation path is bent in the middle, but is attenuated but is covered by the bent portion. The dielectric 92 that is present suppresses power loss in that region. As a result, the above-described standing wave is generated by the power waves W11 (x, t) and W21 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated, and amorphous Si having a sinusoidal distribution is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、W字状スリット91の長さ方向において、該W字状スリット91の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該W字状スリット91の中央点から第1の給電点21の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ1であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 15 having the first pulse modulation type variable phase two output as a parameter. Then, in the length direction of the W-shaped slit 91, the distance from the center point of the W-shaped slit 91 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the first pulse modulation system phase variable 2 output The relationship between the phase differences between the two outputs of the transmitter 15 is grasped as data. For example, the phase difference for setting at a position away from the central point of the W-shaped slit 91 in the direction of the first feeding point 21 by an eighth wavelength λ, that is, λ / 8 is, for example, Δθ1. That is understood.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

次に、第2の予備試験であるが、図22において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W12(t)、W22(t)として示している。該W12(t)及びW22(t)は、それぞれ、パルス幅Tw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波で、前記W11(t)及びW21(t)の立ち上がり時刻よりT0/2だけ遅れて立ち上がるような関係にある。該パルス幅Tw及び周期T0は、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば
正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
Next, as a second preliminary test, in FIG. 22, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, the vacuum pump 10 (not shown) is operated, and the impurity gas in the vacuum container 1 is removed. After the removal, the substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C. while supplying SiH 4 gas from the discharge gas supply tube 8 at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa).
Then, using the second power supply system, ultra high frequency power, for example, power at a frequency of 70 MHz, for example, a total of 400 W is supplied to the pair of electrodes 2 and 4.
That is, the phase difference between the two outputs of the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28, for example, the pulse-modulated sine wave of 70 MHz, is set to, for example, zero, and the third power amplifier 29 The output is set to 200 W, and the output is connected between the first feeding point 21 and the second electrode 4 via the third impedance matching unit 30, the third current introduction terminal 31 and the vacuum coaxial cable 32. In addition, the output of the fourth power amplifier 34 is set to 200 W, and the output is passed through the fourth impedance matching unit 35, the fourth current introduction terminal 36, and the vacuum coaxial cable 37 to the second Supply is performed between the feeding point 27 and the second electrode 4.
Here, typical examples of power supplied to the first and second feeding points 21 and 27 are shown as W12 (t) and W22 (t) in FIGS. W12 (t) and W22 (t) are sine waves of a very high frequency, for example, 70 MHz, which are pulse-modulated with a pulse width Tw and a period T0, respectively, from the rise time of the W11 (t) and W21 (t). The relationship is such that it rises with a delay of T0 / 2. The pulse width Tw and the period T0 are set to arbitrary values, for example, Tw = 400 μsec and the period T0 = 1 msec, by a regulator attached to the transmitter 28 of the second pulse modulation type phase variable 2 output.
In this case, the power wave supplied from the feeding points 21 and 27 is attenuated slightly because the W-shaped slit that is the propagation path is bent in the middle, but is attenuated but is covered by the bent portion. The dielectric 92 that is present suppresses power loss in that region. As a result, the above-mentioned standing wave is generated by the power waves W12 (x, t) and W22 (x, t) in the propagation path.
As a result, plasma of the SiH 4 gas is generated, and amorphous Si having a sinusoidal distribution, for example, is deposited on the substrate 11.

前記の要領で、製膜時間を例えば10〜20分間にして、前記基板11にアモルファスSi膜を形成させる。製膜後、真空容器1から前記基板11を取り出して、該アモルファスSi膜の膜厚み分布を評価する。基板11に堆積された例えばアモルファスSiの膜厚分布は、前述のVHFプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、W字状スリット91の長さ方向において、W字状スリット91の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、W字状スリット91の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ2であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λに比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λとの比λ/λは0.5〜0.9程度である。
In the above-described manner, an amorphous Si film is formed on the substrate 11 with a film formation time of, for example, 10 to 20 minutes. After film formation, the substrate 11 is taken out from the vacuum vessel 1 and the film thickness distribution of the amorphous Si film is evaluated. The film thickness distribution of, for example, amorphous Si deposited on the substrate 11 becomes a sinusoidal distribution due to the generation of a standing wave that is a phenomenon unique to the VHF plasma described above. Such a film forming test is repeatedly performed using the phase difference between the two outputs of the transmitter 28 having the second phase variable and two outputs as a parameter. Then, in the length direction of the W-shaped slit 91, the distance from the center point of the W-shaped slit 91 to the position of the maximum thickness of the sinusoidal film thickness distribution and the transmission of the second pulse modulation method phase variable 2 output The relationship of the phase difference between the two outputs of the device 28 is grasped as data. For example, the phase difference for setting at a position away from the central point of the W-shaped slit 91 in the direction of the second feeding point 27 by an eighth wavelength λ, that is, λ / 8 is, for example, Δθ2. It is understood.
However, the wavelength λ is not the wavelength of the electromagnetic wave in vacuum, but the wavelength λ in the above film forming conditions, and is shorter than the wavelength λ 0 of the electromagnetic wave in vacuum. In general, in the plasma of SiH 4 gas, the ratio λ / λ 0 between the wavelength λ in plasma and the wavelength λ 0 in vacuum is about 0.5 to 0.9.

さて、前記第1および第2の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図22において、予め、基板11を第2の電極4の上に設置し、図示しない真空ポンプ10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8からSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波W22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
Now, in response to the results of the first and second preliminary film forming steps, the main film forming step is started. First, in FIG. 22, the substrate 11 is previously set on the second electrode 4, and the vacuum pump 10 (not shown) is operated to remove impurity gas and the like in the vacuum vessel 1, and then from the discharge gas supply pipe 8. The substrate temperature is maintained in the range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C., while supplying SiH 4 gas at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa).
Next, two outputs of the first pulse modulation system variable phase two output transmitter 15 of the constituent members of the first power supply system, for example, a phase difference of a sine wave with a frequency of 70 MHz are used as the first preliminary test data. The detected Δθ1 is set, and the pulse modulation is set such that the pulse width Hw and period T0 in W11 (t) and W21 (t) shown in FIGS. 3 and 4 are set to Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, for example. The first and second feeding points 21 and 27 are each supplied with, for example, 200 W of power, and the second pulse modulation type phase-variable two-output transmitter 28 of the second power supply system component. Two outputs, for example, a phase difference of a sine wave having a frequency of 70 MHz, is set to Δθ2 grasped as data of the second preliminary film forming process, and the pulse modulation thereof is shown by W12 (t) and W22 (t) shown in FIGS. Pal in The width Hw and the period T0 are, for example, Hw = 400 μsec and T0 = 1 msec, and a half cycle from the pulse rise time of the pulse modulation of W11 (t) and W21 (t), that is, a time delayed by T0 / 2. It sets so that it may stand up, and power 200W is supplied to the 1st and 2nd feeding points 21 and 27, respectively.
That is, a voltage wave W11 (x, t) having a power of 200 W and a voltage wave W12 (x, t) having a power of 200 W are supplied to the first feeding point 21, and a W21 (x , T) and a voltage wave W22 (x, t) having a power of 200 W are supplied.
Here, the first pulse modulation type phase variable 2 output transmitter 15 and the second pulse modulation type phase variable 2 output transmitter set in the first preliminary film forming step and the second preliminary film forming step, respectively. For example, the values of 28 pulse widths Hw and period T0 can be changed from Hw = 400 μsec to 1 msec or the like, and T0 = 1 msec to 5 msec or the like.

前記一対の電極2、4間に4つの電圧波が供給されると、前述のように、W11(x、t)とW21(x、t)は干渉して第1の定在波W1(x、t)を形成し、W12(x、t)とW22(x、t)は干渉して第2の定在波W2(x、t)を形成する。ただし、W11(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)とは時間的に分離されているので、干渉しない。また、同様に、W21(x、t)は、W12(x、t)及びW22(x、t)と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点、即ち該楔形90の頂点とスリットを結ぶラインをx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos{2πx/2+π/4}+cos{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
When four voltage waves are supplied between the pair of electrodes 2, 4, as described above, W 11 (x, t) and W 21 (x, t) interfere and the first standing wave W 1 (x , T), and W12 (x, t) and W22 (x, t) interfere to form a second standing wave W2 (x, t). However, W11 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t) because they are temporally separated. Similarly, W21 (x, t) does not interfere with W12 (x, t) and W22 (x, t).
Therefore, considering a general film formation time of several seconds or longer, which is significantly longer than the pulse modulation period T0, the distribution of the strength of the power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is the first standing wave. The intensity distribution I1 (x, t) of W1 (x, t) and the intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) are superimposed. This is conceptually shown in FIG.
Here, if the center point of the substrate, that is, the line connecting the apex of the wedge 90 and the slit is the origin of the x axis, and the direction from the origin to the first feeding point 21 is the positive direction, the first constant is defined. The intensity distribution I1 (x, t) of the standing wave W1 (x, t) is
I1 (x, t) = cos 2 {2πx / 2 + 2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4}
The intensity distribution I2 (x, t) of the second standing wave W2 (x, t) is
I2 (x, t) = cos 2 {2πx / 2-2π (λ / 8) / λ}
= Cos 2 {2πx / 2−π / 4}
The distribution I (x, t) of the strength of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is
I (x, t)
= Cos 2 {2πx / 2 + π / 4} + cos 2 {2πx / 2−π / 4}
= 1
As a result, the distribution of power intensity I (x, t) generated between the pair of electrodes 2 and 4 is a constant value independent of x, that is, the position in the power propagation direction, and is uniform. It shows that there is.

また、この結果は、発振周波数がVHF帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された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装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第1の定在波と第2の定在波を発生させ、かつ、該第1及び第2の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.25倍、即ち0.25λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、UHFプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.22〜0.28倍、即ち0.22〜0.28λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±20%以下であることを示している。
また、上記第1及び第2の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの0.238〜0.263倍、即ち0.238〜0.263λであれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、±10%以下であることを示している。
This result also shows that the high-frequency plasma used in the surface treatment apparatus that processes the surface of the substrate placed in the vacuum vessel using the plasma generated using the power of the output of the high-frequency power source whose oscillation frequency belongs to the VHF band. In the generator, the first standing wave and the second standing wave are generated at different antinode positions of the standing wave of the electromagnetic wave having an electric field substantially in the same direction as the normal direction of the surface of the substrate, In addition, the provision of means for superimposing the first and second standing waves makes it possible to control the distribution of power intensity between the electrodes, which is indispensable for plasma uniformity.
Further, if the distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.25 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.25λ, a pair of electrodes The power intensity distribution I (x, t) generated between 2 and 4 has a constant value and does not depend on the position in the power propagation direction, and is uniform. This means that it is an epoch-making discovery in the sense that it is possible to provide an apparatus capable of realizing large-area and uniform plasma processing, which is an important issue in the application field of UHF plasma.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.22 to 0.28 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.22 to 0.2. If it is 28λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 20% or less.
The distance between the antinodes of the first and second standing waves is 0.238 to 0.263 times the wavelength λ in the plasma of the electromagnetic wave used, that is, 0.238 to. In the case of H.263λ, the distribution I (x, t) of the intensity of power generated between the pair of electrodes 2 and 4 is ± 10% or less.

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11の表面に吸着されることによりa−Si膜が堆積するが、一対の電極2、4間の電力の強さの分布が上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。このことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の設置面と基板との間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板サイズ:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi製膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、W字状スリット91を含む一対の電極2、4が1式であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該W字状スリット91を含む一対の電極2、4の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
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り、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
In the above process, when SiH 4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH 3, SiH 2, and SiH existing in the plasma diffuse due to a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 11, thereby depositing an a-Si film. However, since the distribution of power intensity between the pair of electrodes 2 and 4 is uniform on a time average as described above, the deposited film becomes uniform. This is an epoch-making discovery in the application field of VHF plasma, and its practical value is remarkably large.
That is, one side of the first electrode of the rectangular type that is required in the improvement of the plasma generating device for improving the productivity of the in-line type, multi-chamber type or roll-to-roll type plasma surface treatment apparatus. This can be realized as one new means relating to a means for supplying VHF power only from the vicinity. This means that when the cross section of the main body of the plasma surface treatment apparatus is viewed in a cross section perpendicular to the substrate transport direction, if the cross section is a rectangular cross section, for example, one side of the four sides of the rectangular cross section It is possible to realize a novel power supply means for generating VHF plasma using only the above.
In this example, by setting the distance between the installation surface of the first and second electrodes and the substrate to about 5 to 40 mm, the amorphous Si film formation with a glass substrate size of about 1200 mm × 200 mm is performed at a film formation rate of 1 to 1. Film formation with a film thickness distribution within ± 10% is possible at about 3 nm / s.
In this embodiment, since the pair of electrodes 2 and 4 including the W-shaped slit 91 is one set, the width of the substrate size is limited to about 200 mm, but the pair of electrodes including the W-shaped slit 91 is included. It goes without saying that the substrate size width can be increased by increasing the number of electrodes 2 and 4.
Note that it is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow rate ratio, pressure, and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions, and the film thickness distribution ± 10 % Film formation is possible.

本実施例では、実施例2で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いることにより、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。   In this embodiment, the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission line used in the second embodiment are not used. However, by using the balance-unbalance conversion device and the balanced transmission path, the plasma can be made uniform. Of course, it will be more certain.

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。1 is a schematic view showing an entire plasma surface treatment apparatus according to Embodiment 1. FIG. 図1図示のプラズマ表面処理装置の第1及び第2の電極への給電部の説明図。Explanatory drawing of the electric power feeding part to the 1st and 2nd electrode of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 図1図示の第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された出力の典型例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing a typical example of pulse-modulated output outputted from the first and second pulse modulation type phase-variable two-output transmitters shown in FIG. 1; 図1図示の第1及び第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器から出力されるパルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a typical example of a pulse-modulated sine wave signal output from the first and second pulse modulation type phase-variable two-output transmitters illustrated in FIG. 1. 一対の電極間に発生の電圧波の伝播を示す説明図。Explanatory drawing which shows propagation of the voltage wave generated between a pair of electrodes. 一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図。Explanatory drawing which shows the position of the antinode of the standing wave of the voltage generated between a pair of electrodes. 一対の電極間に発生の定在波の強さ(振幅の2乗の値)の分布を示す説明図。Explanatory drawing which shows distribution of the intensity (value of the square of an amplitude) of the standing wave generated between a pair of electrodes. 一対の電極間に発生の2つの定在波の強さを示す説明図。Explanatory drawing which shows the intensity | strength of two standing waves generated between a pair of electrodes. 実施例2に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。FIG. 3 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to a second embodiment. 図9図示のプラズマ表面処理装置の第1及び第2の電極への給電部の説明図。Explanatory drawing of the electric power feeding part to the 1st and 2nd electrode of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 実施例3に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。FIG. 6 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to a third embodiment. 図11図示のプラズマ表面処理装置に用いられる第1の電力供給系の配線図。The wiring diagram of the 1st electric power supply system used for the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 図11図示のプラズマ表面処理装置に用いられる第2の電力供給系の配線図。The wiring diagram of the 2nd electric power supply system used for the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 実施例4に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。Schematic which shows the whole plasma surface treatment apparatus concerning Example 4. FIG. 実施例5に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。FIG. 6 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to a fifth embodiment. 図15図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view of the inside of the vacuum vessel of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 実施例6に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。FIG. 9 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to a sixth embodiment. 図17図示のプラズマ表面処理装置の電力供給系配線図を示す説明図。Explanatory drawing which shows the electric power supply system wiring diagram of the plasma surface treatment apparatus shown in FIG. 実施例7に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。FIG. 9 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to Example 7. 実施例8に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。FIG. 10 is a schematic view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to an eighth embodiment. 実施例9に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。FIG. 10 is a schematic view showing an entire plasma surface treatment apparatus according to a ninth embodiment. 実施例10に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。Schematic which shows the whole plasma surface treatment apparatus concerning Example 10. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1...真空容器、
2...第1の電極、
3...図示しない基板ヒータ、
4...第2の電極、
5...絶縁物支持材、
6...ガス混合箱、
7...整流孔、
8...放電ガス供給管、
9...排気管、
10...図示しない真空ポンプ、
11...基板、
12...図示しないゲートバルブ、
15...第1のパルス変調方式位相可変2出力発信器、
16...第1の電力増幅器、
17...第1のインピーダンス整合器、
18...第1の電流導入端子、
19...第1の真空用同軸ケーブル、
20...第1の真空用同軸ケーブルの芯線、
21...第1の給電点、
100...同期信号伝送ケーブル、
22...第2の電力増幅器、
23...第2のインピーダンス整合器、
24...第2の電流導入端子、
25...第2の真空用同軸ケーブル、
26...第2の真空用同軸ケーブルの芯線、
27...第2の給電点、
28...第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器、
29...第3の電力増幅器、
30...第3のインピーダンス整合器、
31...第3の電流導入端子、
32...第3の真空用同軸ケーブル、
33...第3の真空用同軸ケーブルの芯線、
34...第4の電力増幅器、
35...第4のインピーダンス整合器、
36...第4の電流導入端子、
37...第4の真空用同軸ケーブル、
38...第4の真空用同軸ケーブルの芯線。
1. . . Vacuum vessel,
2. . . A first electrode,
3. . . Substrate heater (not shown),
4). . . A second electrode,
5. . . Insulator support material,
6). . . Gas mixing box,
7). . . Rectifying hole,
8). . . Discharge gas supply pipe,
9. . . Exhaust pipe,
10. . . Vacuum pump not shown,
11. . . substrate,
12 . . Gate valve not shown,
15. . . A first pulse modulation phase variable two-output transmitter;
16. . . A first power amplifier;
17. . . A first impedance matcher;
18. . . A first current introduction terminal;
19. . . First coaxial coaxial cable,
20. . . The core wire of the first vacuum coaxial cable,
21. . . A first feeding point,
100. . . Sync signal transmission cable,
22. . . A second power amplifier,
23. . . A second impedance matcher;
24. . . A second current introduction terminal,
25. . . A second coaxial coaxial cable,
26. . . The core wire of the second vacuum coaxial cable,
27. . . A second feeding point,
28. . . A second pulse modulation type phase variable two-output transmitter;
29. . . A third power amplifier,
30. . . A third impedance matcher;
31. . . A third current introduction terminal;
32. . . A third coaxial cable for vacuum,
33. . . A core wire of a third vacuum coaxial cable;
34. . . A fourth power amplifier,
35. . . A fourth impedance matcher;
36. . . A fourth current introduction terminal;
37. . . A fourth coaxial cable for vacuum,
38. . . A core wire of a fourth coaxial cable for vacuum.

Claims (12)

高周波プラズマを利用して真空容器内に配置された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装置であって、一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも2つの給電点に時間的に分離されたパルス電力を供給し、該一対の電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつそれらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。   A high-frequency plasma generator used in a plasma surface processing apparatus that processes the surface of a substrate disposed in a vacuum vessel using high-frequency plasma, and has a relationship that is an opposing point in the propagation of electromagnetic waves in a pair of electrodes A pulse power separated in time is supplied to at least two feeding points to generate a plurality of standing waves having different antinode positions of electromagnetic standing waves between the pair of electrodes, and superimpose them. A high-frequency plasma generator characterized by comprising means. 前記一対の電極間に発生の複数の定在波の腹の位置を制御する手段を有することを特徴とする請求項1記載の高周波プラズマ発生装置。   2. The high-frequency plasma generator according to claim 1, further comprising means for controlling positions of antinodes of a plurality of standing waves generated between the pair of electrodes. 任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源と、該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源とを具備し、前記電極に配置された少なくとも2つの給電点のいずれか一方の給電点に、前記第1の高周波電源の2つの出力端子のいずれか一方と前記第2の高周波電源の2つの出力端子のいずれか一方が接続され、他方の給電点に前記第1の高周波電源の他方の出力端子と前記第2の高周波電源の他方の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項1あるいは2のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置。   Arbitrary pulse modulation is possible, and the first high-frequency power source capable of arbitrarily setting the phase difference between the two outputs and the voltage of the two outputs, and any one synchronized with the pulse modulation signal of the first high-frequency power source One of at least two feeding points arranged on the electrode, the second high-frequency power source capable of pulse modulation and having two outputs and capable of arbitrarily setting the phase difference between the voltages of the two outputs Either one of the two output terminals of the first high-frequency power source and one of the two output terminals of the second high-frequency power source are connected to one feeding point, and the first feeding point is connected to the first feeding point. 3. The high-frequency plasma generator according to claim 1, wherein the other output terminal of the high-frequency power supply and the other output terminal of the second high-frequency power supply are connected. 前記第1及び第2の高周波電源の出力端子に電力分配器が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置。   4. The high-frequency plasma generator according to claim 1, wherein a power distributor is connected to output terminals of the first and second high-frequency power supplies. 5. 前記給電点に平衡不平衡変換装置が接続されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置。   The high-frequency plasma generator according to any one of claims 1 to 4, wherein a balance-unbalance converter is connected to the feeding point. 前記高周波電源の出力の周波数は、30MHzから300MHzのVHF帯に属していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置。   The high frequency plasma generator according to any one of claims 1 to 5, wherein an output frequency of the high frequency power source belongs to a VHF band of 30 MHz to 300 MHz. 前記高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Hwと周期T0の比Hw/H0を50%以下にすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置。   7. The high frequency plasma generation according to claim 1, wherein a duty ratio of pulse modulation of the output of the high frequency power source, that is, a ratio Hw / H0 of the pulse width Hw and the period T0 is set to 50% or less. apparatus. プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置から構成されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。   A plasma surface treatment apparatus for treating the surface of a substrate disposed in a vacuum vessel using plasma, comprising the high-frequency plasma generator according to any one of claims 1 to 7. Plasma surface treatment equipment. プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項1〜7のいずれか1項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて前記基板の表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。   In the plasma surface treatment method which processes the surface of the board | substrate arrange | positioned in a vacuum vessel using plasma, surface treatment of the said board | substrate is carried out using the high frequency plasma generator of any one of Claims 1-7. The plasma surface treatment method characterized by performing. 前記一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも2つの地点に配置された給電点のいずれか一方の給電点に、前記第1及び第2の高周波電源のそれぞれの2つの出力端子のいずれか一方をそれぞれ、一つずつ接続し、かつ、他方の給電点に前記第1及び第2の高周波電源の他方の出力端子をそれぞれ、一つずつ接続すると共に、該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力をパルス幅Hw及びパルス周期T0でパルス変調し、該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力を該第1の高周波電源の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力されるパルス変調された電力と該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力されるパルス変調された電力の該少なくとも2つの給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力により形成される第1の定在波と該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力により形成される第2の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該第1の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第2の高周波電源の2つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、該2つの定在波の腹の位置間の距離即ち第1の定在波の腹の位置と第2の定在波の腹の位置との間の距離を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの0.22〜0.28倍、好ましくは0.25倍、即ち0.22〜0.28λ、好ましくはλ/4に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする請求項8あるいは9のいずれか1項に記載のプラズマ表面処理方法。   Each of the first and second high-frequency power sources is connected to any one of the feeding points arranged at least at two points that are the opposing points on the propagation of electromagnetic waves in the pair of electrodes. One of the two output terminals is connected one by one, and the other output terminal of the first and second high-frequency power sources is connected to the other feeding point one by one, and the first The power output from the two output terminals of the high frequency power supply is pulse-modulated with a pulse width Hw and a pulse period T0, and the power output from the two output terminals of the second high frequency power supply is By performing pulse modulation in such a way that it rises at a half cycle, ie, a time delayed by T0 / 2, from the rise time of the pal-modulated power output from the output terminal, the two high-frequency power supplies have two output terminals. Separating a supply time zone of the pulse-modulated electric power and the pulse-modulated electric power output from the two output terminals of the second high-frequency power supply to the at least two feeding points, and between the pair of electrodes The first standing wave formed by the power output from the two output terminals of the first high frequency power supply and the second formed by the power output from the two output terminals of the second high frequency power supply. And the phase difference between the power voltages output from the two output terminals of the first high-frequency power supply and the output from the two output terminals of the second high-frequency power supply. The phase difference between the two standing wave antinodes, ie, the distance between the antinode positions of the two standing waves, that is, between the antinode positions of the first standing wave and the antinode positions of the second standing wave. The distance of the wavelength λ of the electromagnetic wave propagating through the generated plasma between the pair of electrodes The surface treatment of the substrate is performed by setting to 0.22 to 0.28 times, preferably 0.25 times, that is, 0.22 to 0.28λ, preferably λ / 4. 10. The plasma surface treatment method according to any one of 8 and 9. 前記基板の表面に、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを形成するようにしたことを特徴とする請求項9あるいは10のいずれか1項に記載のプラズマ表面処理方法。   An amorphous Si-based material, a microcrystalline Si-based material, a polycrystalline Si-based material, a crystalline Si-based material, an oxide, a metal, an organometallic compound, an organosilicon compound, or an organic compound is formed on the surface of the substrate. The plasma surface treatment method according to claim 9, wherein the plasma surface treatment method is performed. 前記基板の表面に固着したアモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料、結晶Si系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかの材料をエッチング加工するようにしたことを特徴とする請求項9あるいは10のいずれか1項に記載のプラズマ表面処理方法。
Any material of amorphous Si-based material, microcrystalline Si-based material, polycrystalline Si-based material, crystalline Si-based material, oxide, metal, organometallic compound, organosilicon compound, and organic compound fixed on the surface of the substrate The plasma surface treatment method according to claim 9, wherein the plasma surface treatment method is performed by etching.
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