JP2009021634A - 高周波プラズマｃｖｄ装置と高周波プラズマｃｖｄ法及び半導体薄膜製造法 - Google Patents

高周波プラズマｃｖｄ装置と高周波プラズマｃｖｄ法及び半導体薄膜製造法 Download PDF

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Abstract

【課題】
タンデム型薄膜シリコン太陽電池の製造用のＶＨＦプラズマＣＶＤ装置を構成するプラズマ発生源に関し、定在波の影響及び一対の電極間以外に発生の有害プラズマの発生を抑制し、且つ、供給電力の該一対の電極間以外での消費を抑制可能な大面積・均一のＶＨＦプラズマＣＶＤ装置及びその方法を提供すること。
【解決手段】
電極両端の互いに対向する位置に配置された第１及び第２の給電点の間の距離を使用電力の波長の四分の一の奇数倍に設定し、時間的に分離された２つのパルス電力をそれぞれに平衡不平衡変換器を介して電極両端より供給することにより、腹の位置が電極中央にある第１の定在波と、節の位置が電極中央にある第２の定在波とを時間的に交互に発生させるということを特徴とするプラズマＣＶＤ装置及びその方法。
【選択図】図１０

Description

本発明は、集積化タンデム型薄膜太陽電池モジュールの製造に用いられる高周波プラズマＣＶＤ装置、高周波プラズマＣＶＤ法及び半導体薄膜製造法に関する。特には、周波数が３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）であるＶＨＦプラズマＣＶＤ装置及びＶＨＦプラズマＣＶＤ法に関する。
また、微結晶シリコン膜及び結晶質シリコン膜を応用した各種デバイスの製造に用いられる高周波プラズマＣＶＤ装置及び高周波プラズマＣＶＤ法に関する。
光電変換機能をもつ半導体光電変換ユニットを複数積層した多接合型光電変換素子は、例えば太陽電池において、波長吸収帯域の異なるトップセルとボトムセルを組み合わせることは発電変換効率を高める上で非常に有効であることが知られている。
これは、透明中間層に入射光エネルギーの各接合ユニットへのスペクトル分配の機能、例えば、短波長の光を反射し、長波長の光を透過させる機能を持たせることにより、より一層の発電変換効率の向上を図ろうとするものである。
具体的には、集積化タンデム型薄膜シリコン太陽電池は、光透過性の基板（例えばガラス）に、透明電極層、非晶質シリコン光電変換ユニット層、短波長の光を反射し、長波長の光を透過させる機能を持たせた中間層、結晶質シリコン光電変換ユニット層及び裏面電極層を、順次積層することにより形成される。
上記非晶質シリコン光電変換ユニット層はｐ型半導体層、ｉ型半導体層及びｎ型半導体層等で構成され、厚みはｐｉｎ層全体で、約０．５μｍ以下である。
上記結晶質シリコン光電変換ユニット層は、ｐ型微結晶半導体層、ｉ型微結晶半導体層及びｎ型微結晶半導体層等で構成され、厚みはｐｉｎ層全体で、約３〜５μｍである。なお、ｉ型微結晶半導体層の厚みは、約２〜４μｍである。
この集積化タンデム型薄膜太陽電池と呼ばれる非晶質シリコンと結晶質シリコンを組み合わせた太陽電池を製造する生産ラインは、光電変換効率１０〜１３％級の高効率モジュールを製造可能であると期待されている。
しかしながら、上記集積化タンデム型薄膜太陽電池は光電変換効率の向上が容易に可能であるというメリットが有る反面、約２〜４μｍの厚みが必要な結晶質シリコン光電変換ユニット層のｉ型微結晶半導体層の製造に多大の時間が必要とし、あるいはｉ型微結晶半導体層の製造装置を複数設置することが必要となり、生産コストが増大するというデメリットがある。
近年、このデメリットの解消のため、ｉ型微結晶半導体層の製膜速度の向上技術の開発、及び大面積で、高品質で、且つ均一性良く製造可能なプラズマＣＶＤ装置の開発等が行われている。
最近では、ｉ型微結晶半導体層の製膜速度の向上に関する技術として、ＶＨＦ（超高周波数帯域：３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）プラズマＣＶＤ装置を用いることにより、製膜条件として、大量の水素で希釈されたシランガス（ＳｉＨ４）を用い、高い圧力で、大電力を供給することにより、実現できるようになった。
しかしながら、大面積で、均一性良く、且つ、高品質に製造可能なプラズマＣＶＤ装置の開発は、依然として、問題が多く、齟齬をきたしている状況にある。
非特許文献１には、平行平板電極を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤにより、集積化タンデム型薄膜太陽電池用の結晶質ｉ層膜の高品質、高速製膜に関する技術が示されている。
即ち、実験条件として、平行平板電極のサイズ：直径１０ｃｍ、原料ガス：高水素希釈ＳｉＨ４、圧力：２〜４Ｔｏｒｒ（１３３〜５３２Ｐａ）、基板温度：２５０℃、電源周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合、２．５４Ｗ／ｃｍ２、２．５ｎｍ／ｓの場合、３．４Ｗ／ｃｍ２とすることにより、高品質の微結晶Ｓｉが得られることが示されている。
また、１．７〜２．５ｎｍ／ｓという高速製膜条件においても、周波数６０ＭＨｚのＶＨＦプラズマＣＶＤを用いることにより、高品質の微結晶Ｓｉが得られることが示されている。
なお、投入電力が、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合、２．５４Ｗ／ｃｍ２、２．５ｎｍ／ｓの場合、３．４Ｗ／ｃｍ２であり、非常に大きい電力が必要であるということは、例えば、基板面積が１１０ｃｍｘ１４０ｃｍ（１５４００ｃｍ２）の場合、単純に比例計算すれば、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合は３９．１ＫＷ、２．５ｎｍ／ｓの場合は５２．４ＫＷが必要であることを意味している。
非特許文献２には、平行平板電極を用いたプラズマ生成における電力消費に関する研究結果が示されている。
即ち、直径３０ｃｍの真空容器に設置された平行平板電極（サイズ：直径１５ｃｍ、電極間隔：５ｃｍ）に１３．５６ＭＨｚの電力を、インピーダンス整合器を介して投入して、Ｎ２プラズマの生成実験が行われ、投入された電力の消費量が測定されたことが示されている。
また、測定結果として、電源出力（３００Ｗ）の約５２％が平行平板電極間で消費され、残り４８％はそれ以外の場所で消費（インピーダンス整合器１２％、伝送回路２４％、電極と真空容器内壁間などでの無効プラズマ生成１２％）されることが示されている。
なお、上記のことは、平行平板電極を用いたＲＦプラズマＣＶＤ装置では、電源から投入された電力の中、目的とする電極間で消費されるのは約５２％ということを意味している。
非特許文献３には、後述の特許文献２に記載のラダー型電極を用いた大面積、均一のＶＨＦプラズマ生成法を応用したプラズマＣＶＤ装置の開発研究に関する研究結果が示されている。
即ち、非特許文献３には、研究に使用されたプラズマＣＶＤ装置及び製膜実験の概要が示されている。実験に用いられた装置として、真空容器内に基板ヒータとラダー電極と裏板が離間して対向設置された構造を有するプラズマＣＶＤ装置が示されている。ラダー型電極（一平面内に同じ長さの２本の縦棒を設置し、その間を同じ長さの、複数の横棒で連結したもの）へのＶＨＦ電力の供給は、対向する二辺に設置された給電点から行われる。その際、二辺に供給される電力の電圧の位相差は時間的に変化させて、例えば正弦波状に変化させて供給される。インピーダンス整合器の出力は、複数のＴ型同軸コネクターを用いて８分岐されて、８個の給電点に接続されている。両辺の給電点は合計１６点である。
また、実験結果として、電極の寸法は１．２ｍｘ１．５ｍ、基板面積は１．１ｍｘ１．４ｍで、電源周波数６０ＭＨｚ、ラダー電極と基板ヒータの間隔２０ｍｍ、圧力４５Ｐａ（０．３３８Ｔｏｒｒ）という条件で、アモルファスＳｉの製膜速度は１．７ｎｍ／ｓで、膜の不均一性は±１８％が示されている。
非特許文献４には、後述の特許文献３に記載のラダー型電極を用いた大面積、均一のＶＨＦプラズマ生成法を応用したプラズマＣＶＤ装置の開発研究に関する研究結果が示されている。
即ち、非特許文献４には、研究に使用されたプラズマＣＶＤ装置及び製膜実験の概要が示されている。実験に用いられた装置として、真空容器内にラダー電極と接地電極が離間して対向設置された構造を有するプラズマＣＶＤ装置が示されている。ラダー型電極（一平面内に同じ長さの２本の縦棒を設置し、その間を同じ長さの、複数の横棒で連結したもの）へのＶＨＦ電力の供給は、対向する二辺に設置された給電点から行われる。その際、二辺に供給される電力の電圧の位相差は正弦波状に変化させて供給される。インピーダンス整合器と一方の辺に設置されている複数の給電点の間に、８分岐の電力分配器（Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｖｉｄｅｒ）が設置されている。
実験結果として、電極の寸法は１．２５ｍｘ１．５５ｍ（棒の直径：１０ｍｍ）、基板面積は１．１ｍｘ１．４ｍで、電源周波数６０ＭＨｚ、電圧の位相差は２０ＫＨｚの正弦波、ラダー電極と基板ヒータの間隔２０ｍｍ、圧力４５Ｐａ（０．３３８Ｔｏｒｒ）という条件で、アモルファスＳｉの製膜速度は０．５ｎｍ／ｓで、膜の不均一性は±１５％が示されている。
特許文献１には、ラダー型電極を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤ装置及びその方法に係わる発明が示されている。
即ち、特許文献１に記載の技術は、チャンバ内に放電電極と接地電極が対向するように設置されたプラズマＣＶＤ装置を用いた光電変換装置の製造方法であって、（Ａ）前記放電電極に対向するように、ｐ層を製膜した基板を前記接地電極に設置する工程と、（Ｂ）前記基板と前記放電電極との間の距離を８ｍｍ以下に設定する工程と、（Ｃ）前記基板を前記接地電極に内臓された加熱器により１８０〜２２０℃に加熱する工程と、（Ｄ）前記チャンバ内に材料ガスを供給する工程と、（Ｅ）前記チャンバ内の圧力を６００Ｐａ〜２０００Ｐａに設定する工程と、（Ｆ）前記放電電極に超高周波電力を供給し前記材料ガスをプラズマ化することによって、前記基板に対して発電層を製膜する工程と、（Ｇ）前記発電層上にｎ層を製膜する工程と、を具備する光電変換装置の製造方法である。
また、特許文献１に記載の技術は、前記（Ｆ）工程において、前記超高周波電力のパワー密度は３．０ＫＷ／ｍ２以上であることを特徴とする。
また、特許文献１に記載の技術は、前記（Ｆ）工程において、前記超高周波電力の周波数は４０ＭＨ以上であることを特徴とする。
また、製膜速度３〜３．５ｎｍ／ｓで、且つ、変換効率１２~１２．５％を得る条件として、圧力８００Ｐａでパワー密度５〜６ＫＷ／ｍ２のデータが示されている。
特許文献２には、大面積で均一なＶＨＦプラズマを生成する方法が示されている。
即ち、特許文献２に記載の技術は、単一の保持電極に保持された被処理基板と単一の放電電極とを放電容器内に離間させて対面配置し、該放電電極と被処理基板との間に実質的に均一な放電状態を広範囲に発生させる放電電極への給電方法であって、前記放電電極に複数の給電点を介して給電する際に、１つの給電点に供給される前記高周波電力の電圧波形の位相と、他の少なくとも１つの給電点に供給される前記高周波電力の電圧波形の位相との差を時間的に変化させることにより、前記放電電極内に生じる電圧分布を変化させ、これにより該電圧分布の単位時間当たりの平均値または単位時間当たりの積分値を実質的に均一なものとし、前期放電電極の電圧分布における定在波の発生を抑制することを特徴とする。
また、特許文献２に記載の技術は、前記放電電極がラダー型電極であることを特徴とする。
また、使用する高周波の周波数が３０〜８００ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする。
特許文献３には、ラダー型電極を用いて、大面積で均一なプラズマを生成する装置が示されている。
即ち、特許文献３に記載の技術は、プラズマ化学蒸着装置におけるプラズマ発生用のラダー型放電電極の構造であって、前記ラダー型放電電極の両端の給電部に第１の同一周波数の高周波を給電するサイクルと、第２の異なる周波数の高周波を給電するサイクルを有し、このサイクルを交互に切り替えて給電を行うように構成すると共に、前記放電電極の軸方向に対して垂直方向へクロスバーを付加し、定在波形状を変化させて発生するプラズマを均一化させたことを特徴とする。
また、特許文献３に記載の技術は、プラズマ化学蒸着装置におけるプラズマ発生用のラダー型放電電極の構造であって、前記ラダー型放電電極の両端の給電部に第１の同一周波数の高周波を給電するサイクルと、第２の異なる周波数の高周波を給電するサイクルを有し、このサイクルを交互に切り替えて給電を行うように構成すると共に、前記放電電極の軸方向に対して垂直方向へクロスバーを付加し、且つ、定在波波長を増加させる範囲で前記ラダー型放電電極径を小さくし、発生するプラズマを均一化させたことを特徴とする。
また、特許文献３に記載の技術は、プラズマ化学蒸着装置におけるプラズマ発生用のラダー型放電電極の構造であって、前記ラダー型放電電極の両端の給電部に第１の同一周波数の高周波を給電するサイクルと、第２の異なる周波数の高周波を給電するサイクルを有し、このサイクルを交互に切り替えて給電を行うように構成すると共に、前記放電電極を軸方向に対して垂直方向に複数に分割し、放電電極左右方向の電力バランスを図ってプラズマ密度の偏重を低減するようにしたことを特徴する。
特許文献４には、一対の電極間に２つの定在波を時間的に交互に発生させることにより、大面積で均一なＶＨＦプラズマを生成することが可能な方法が示されている。
即ち、特許文献４に記載の技術は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、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の高周波電源及び該第１の高周波電源の２つの出力端子に接続された第１及び第２のインピーダンス整合器及び該第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の高周波電源及び該第２の高周波電源の２つの出力端子に接続された第３及び第４のインピーダンス整合器から成る電力供給系と、を具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第１の高周波電源の２つの出力により該一対の電極間に生成される第１の定在波の腹の位置と前記第２の高周波電源の２つの出力により該一対の電極間に生成される第２の定在波の腹の位置の距離を使用電力の波長λの四分の一、即ちλ／４に設定することを特徴とするプラズマ表面処理方法である。
また、特許文献４に記載の技術は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、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の高周波電源及び該第１の高周波電源の２つの出力端子に接続された第１及び第２のインピーダンス整合器及び該第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の高周波電源及び該第２の高周波電源の２つの出力端子に接続された第３及び第４のインピーダンス整合器から成る電力供給系と、を具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第１の高周波電源の２つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するＳｉ系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第１の工程と、前記第２の高周波電源の２つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するＳｉ系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第２の工程と、該第１及び第２の工程でそれぞれに把握された第１及び第２の高周波電源の２つの出力の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第１及び第２の高周波電源の２つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のＳｉ系膜を製膜する第３の工程から成ることを特徴とするプラズマ表面処理方法である。
なお、上記第１の定在波と第２の定在波が一対の電極間の発生し、且つ、両者の腹の間隔が使用電力の波長λの四分の一であれば、一対の電極間の電力の強さＩ（ｘ）は、次のようになり、周波数に関係なく一様（一定値）になる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ＋Δθ／２）＋ｓｉｎ２（２πｘ／λ＋Δθ／２）
ただし、ｘは供給電力の伝播方向での距離、λは使用電力の波長、Δθは給電点での初期位相差である。
特許文献５には、電力供給回路におけるインピーダンス整合器と電極上の給電点の間に平衡不平衡変換装置を設置する技術に関する装置及び方法が示されている。
即ち、特許文献５に記載の技術は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送回路であって、２本の長さが略等しい同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする平衡伝送回路である。
また、特許文献５に記載の技術は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマ生成用の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる平衡伝送回路であって、２本の長さが略等しい同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で他の導体により短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする平衡伝送回路である。
また、特許文献５に記載の技術は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記一対の電極に複数の開口を設置し、該一対の電極のそれぞれの周縁に電力供給点を配置し、かつ、上記の構成を有する平衡伝送回路を用いて、前記電力供給系構成部材の平衡不平衡変換装置の出力回路と該一対の電極の電力供給点を接続するという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置である。
また、特許文献５に記載の技術は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第１及び第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極の電力供給点と、高周波電源とインピーダンス整合器と平衡不平衡変換装置から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段と、上記の構成を有する平衡伝送回路を具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記電力供給系から前記一対の電極へ電力を供給する電力供給回路の装置構成は、電力の流れの上流側から下流側に沿って、高周波電源、インピーダンス整合器、平衡不平衡変換装置、平衡伝送回路および電力供給点の順序に配置させることを特徴とするプラズマ表面処理装置である。
また、特許文献５には、従来の平行平板電極を用いたプラズマＣＶＤ装置及びラダー型電極を用いたプラズマＣＶＤ装置は、その装置に用いられている電極への給電部において、漏洩電流が発生し、異常放電あるいはアーキングが発生すること、及び一対の電極以外の場所でプラズマが発生し、均一な製膜が困難であることが指摘されている。
即ち、従来のプラズマＣＶＤ装置では、電力供給用の同軸ケーブルと電極との接続部は、互いに異なる構造の線路が接続された形になっており、その接続部では漏洩電流が発生する。なお、同軸ケーブルは内部導体（芯線）及び外部導体の内面を、それぞれ往路及び帰路とする伝送方式であり、一対の電極は２本の平行線路に相当する構造である。
ここに示される漏洩電流の概念は図１４に示す通りである。同図において、同軸ケーブル１０８の芯線から一対の電極１０７ａ、１０７ｂ側へ流れる電流Ｉは、一対の電極間を流れて戻る電流Ｉ１と、該一対の電極間を流れないでそれ以外を流れて戻る電流Ｉ２に分割される。電流Ｉ２が漏洩電流である。なお、図１４に示される電流は、ある瞬間を概念的に示しており、交流現象なので、当然、図示されている電流の大きさと方向は時間的に変化する。
また、上記漏洩電流に起因する異常放電あるいはアーキングの防止のために、図１５に示す平衡不平衡変換装置２０１及び２本の同軸ケーブル２０５ａ、２０５ｂで構成される平衡伝送回路を組み合わせた装置が用いられることが示されている。図１５において、電力伝送用同軸ケーブル２００の端部の芯線と外部導体が平衡不平衡変換装置２０１の入力端子２０２ａ、２０２ｂに接続され、その出力端子２０３ａ、２０３ｂは、２本の同軸ケーブル２０５ａ、２０５ｂで構成される平衡伝送回路の入力部の芯線に接続される。該２本の同軸ケーブル２０５ａ、２０５ｂの両端部の外部導体は短絡されている。そして、該平衡伝送回路の出力部の芯線は付加２０７に接続される。
該平衡伝送回路は該２本の同軸ケーブル２０５ａ、２０５ｂの外部導体同士が短絡されて、閉ループを形成しているので、電流の漏洩はない。その結果、該平衡不平衡変換装置２０１の出力電流Ｉは漏洩することなく、付加２０７に供給可能である。
特開２００６−２１６９２１（第６図、第９、１０図） 特許第３３１６４９０号（第１−３図、第６、７図） 特許第３６１１３０９号（第１―４図） 特開平２００５−１２３２０３（第１−４図、第８、９図） 特許第３５９０９５５号（第１―８図、第１５−１７図）
Ｍ．Ｋｏｎｄｏ、Ｍ．Ｆｕｋａｗａ、Ｌ．Ｇｕｏ、Ａ．Ｍａｔｓｕｄａ：Ｈｉｇｈ ｒａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ ２６６−２６９（２０００）、８４−８９． Ｊ．Ａ．Ｂａｇｇｅｒｍａｎ、Ｒ．Ｊ．Ｖｉｓｓｅｒ、ａｎｄ Ｅ．Ｊ．Ｈ．Ｃｏｌｌａｒｔ：Ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｎ２ ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｖｏｌ．７６、Ｎｏ．２、１５ Ｊｕｌｙ １９９４、７３８−７４６． Ｈ．Ｔａｋａｔｓｕｋａ、Ｙ．Ｙａｍａｕｃｈｉ、Ｋ．Ｋａｗａｍｕｒａ、Ｈ．Ｍａｓｈｉｍａ、Ｙ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ：Ｗｏｒｌｄ’ｓ ｌａｒｇｅｓｔ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｍｏｄｕｌｅ、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ５０６−５０７（２００６）、１３−１６． Ｋ．Ｋａｗａｍｕｒａ、Ｈ．Ｍａｓｈｉｍａ、Ｙ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ａ．Ｔａｋａｎｏ，Ｍ．Ｎｏｄａ，Ｙ．Ｙｏｎｅｋｕｒａ、Ｈ．Ｔａｋａｔｕｋａ：Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｒｇｅ−ａｒｅａ ａ−Ｓ：Ｈ ｆｉｌｍｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＶＨＦ ｐｌａｓｍａ、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ５０６−５０７（２００６）、２２−２６．
本発明者は、上記集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造に用いられるプラズマＣＶＤ装置に関する問題として、上記非特許文献１〜４及び特許文献１~５に指摘されている問題点以外に、上記集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造分野における特有の下記問題があることを発見した。
即ち、上記集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造分野においては、下記（い）〜（ほ）の事項を満たすことができるプラズマＣＶＤ装置及び方法が求められているが、（い）以外の事項については、それに対応できる装置及び技術が確立されていない。
下記（ろ）〜（ほ）に関するプラズマＣＶＤ装置及び方法の創出は、集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造に関して、再現性の良い生産、歩留まりの良い生産及び生産コスト低減を図る上での重要な課題である。
上記集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造分野において求められる事項は次の通りである。
（い）高速製膜が可能で、且つ、高品質の結晶質ｉ層膜を形成可能であること。例えば、製膜速度２ｎｍ／ｓ以上で、且つ、製造された膜のラマンスペクトル特性が良好であること。
（ろ）基板面積１ｍｘ１ｍ程度以上の大面積基板において、高速で、均一性の良い高品質ｉ層膜を形成可能であること。例えば、基板面積１．１ｍｘ１．４ｍ、製膜速度２ｎｍ／ｓ以上、膜厚みの不均一性±１０％以下であること（不均一性±１０％程度以上である場合、集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造工程の中のレーザ加工工程において、レーザによる膜加工の精度を確保することが困難となり、電池性能及び歩留まりの確保が困難となる）。
（は）電力の給電部の近傍で、異常放電（アーキング）が発生しないこと。
（に）供給電力が高品質の結晶質ｉ層膜の形成に有効に使用されること、即ち、基板が設置される接地電極と非接地電極間のみにプラズマが生成され、その一対の電極間以外では、プラズマが生成されないこと。
（ほ）供給電力を供給する伝送線路で消費される電力が少ないこと。
なお、上記異常放電（アーキング）及び一対の電極間以外でのプラズマ生成に起因する電力損失及び上記電力伝送線路での電力損失が大きい場合、集積化タンデム型薄膜太陽電池の生産ラインにおけるランニングコストが増大し、製品製造コストの低減が困難になる。
以下に、従来の代表的なプラズマＣＶＤ装置である平板型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置及びラダー型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置における問題等を説明する。
まず、薄膜シリコン太陽電池の分野での代表的プラズマＣＶＤ装置である平行平板型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置の構成及び技術の概要であるが、例えば非特許文献１及び２に記載されているようなものである。
この装置では、非接地の平板型電極と、接地された平板型電極が対向して設置され、その間に原料ガスを供給するとともに、電力を供給してプラズマを発生させ、予め上記接地電極上に設置された基板にシリコン系の膜を堆積させる。
この場合、電力を電極に供給する同軸ケーブルの芯線と非接地電極とが接続される給電点は、該非接地電極の裏側の面に設けられる。なお、裏側の面とは、非接地電極の２つある面の中の、該非接地電極と接地電極の間に生成されるプラズマ側から見て裏側にある面のことである。
上記給電点から電磁波（波動）として伝播する電力波は、上記非接地電極の裏側の面にある一点から上記非接地電極と真空容器の壁の間の空間（あるいは、アースシールドが設置されている場合は、上記非接地電極とアースシールドの間の空間）を伝播し、上記電極間に到達する。そして、その電極間にプラズマを生成する。
上記の構造を有する平行平板型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置は、使用電力の周波数が１０ＭＨｚ−３０ＭＨｚ帯域及びＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ−３００ＭＨｚ）になると、電力損失及び電極間以外に発生する不必要なプラズマの発生という問題が発生することに加えて、制御することが困難な定在波が電極間に発生し、一様なプラズマの生成が困難という問題があることから、基板面積１ｍｘ１ｍ級の大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマＣＶＤ装置は実用化されていない。
非特許文献１には、集積化タンデム型薄膜太陽電池用の結晶質ｉ層膜の高品質、高速製膜を行う際、投入電力は、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合、２．５４Ｗ／ｃｍ２、２．５ｎｍ／ｓの場合、３．４Ｗ／ｃｍ２であることが示されている。
この数値は、例えば、基板面積が１１０ｃｍｘ１４０ｃｍ（１５４００ｃｍ２）の場合、単純に比例計算すれば、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合は３９．１ＫＷ、２．５ｎｍ／ｓの場合は５２．４ＫＷが必要である。
ＶＨＦの電源装置は、出力５〜１０ＫＷ程度のものでも、装置購入額は８０００万円〜１億円と高価である。仮に、出力が上記３９．１ＫＷあるいは５２．４ＫＷであれば、４億円〜５億円と非常に高価な装置となる。
実際の生産ラインでは、上記のような非常に高価な装置の導入は、製品コストの大幅な増大となるので、上記の平行平板型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置及び上記製膜条件は採用することは困難である。
また、仮に、集積化タンデム型薄膜太陽電池用の結晶質ｉ層膜の生産ラインに、基板面積１１０ｃｍｘ１４０ｃｍ、２．５ｎｍ／ｓで、５２．４ＫＷという条件を選定した場合を考えると、次に示すような電力使用量及び電力料金が必要となる。
上記生産ラインの稼働率を８５％とすると、結晶質ｉ層膜の製膜室の１室のみで、年間電力消費量は、５２．４ＫＷｘ３６５日ｘ２４時間／日ｘ０．８５＝３９０１７０．４ＫＷｈとなる。電気代は、１ＫＷｈ当たり２０円とすれば、約７８０万円となる（１ＫＷｈ当たり１５円としても。約５８５万円となる）。
実際の生産ラインでは、上記のような膨大な電気代は、製品コストの増大となるので、上記の平行平板型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置及び上記製膜条件は採用することは困難である。
非特許文献２に示されている研究結果によれば、電源出力の約５２％が平行平板電極間で消費され、残り４８％はそれ以外の場所で消費（インピーダンス整合器１２％、伝送回路２４％、電極と真空容器内壁間などでの無効プラズマ生成１２％）されるとのことである。
即ち、太陽電池用の発電膜の製造への応用では、発電膜製造に有効に消費されるのは約５２％であり、約４８％は無駄（あるいは有害）な電力として捨てられることを、意味している。
非特許文献２の研究成果で、非特許文献１に記載の消費電力を考えると、上記生産ライン用の結晶質ｉ層膜の製膜室の１室のみでの、年間電力消費量５２．４ＫＷｘ３６５日ｘ２４時間／日ｘ０．８５＝３９０１７０．４ＫＷｈの４８％、即ち、１８７２８２ＫＷｈが、無駄（あるいは有害）な電力として捨てられることを、意味する。
上記のように、従来の平行平板型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置には、電力損失及び電極間以外に発生する不必要なプラズマの発生という問題がある。
なお、非特許文献１及び２の具体的数値に、仮に誤差が含まれているとしても、電力損失問題の存在は否定できないと考えられる。
次に、ラダー型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置においては、製膜される半導体膜の厚み分布が均一にならないという問題と、以下に説明するような電力損失問題がある。
この装置では、例えば、非特許文献３、非特許文献４、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載されているように、真空容器内に接地電極を兼ねる基板ヒータと、非接地のラダー電極と、該ラダー電極の裏側（基板ヒータ側から見て）に設置の裏板と、が離間して対向設置される。ラダー型電極とは、一平面内に同じ長さの２本の縦棒を設置し、その間を同じ長さの、複数の横棒で連結したものである。
原料ガスは、ラダー型電極から噴出される場合と、裏板から噴出される場合があり、いずれもラダー型電極でプラズマ化されて、予め基板ヒータ上に設置された基板にシリコン系の膜を堆積させる。
電力を電極に供給する同軸ケーブルの芯線と非接地電極とが接続される給電点は、ラダー電極の外周部で、且つ、互いに対向した地点に設定される。
上記給電点から電磁波（波動）として伝播する電力波は、ラダー電極と基板ヒータ間の空間、及び該ラダー電極と裏板間の空間を伝播し、その空間に、それぞれにプラズマを生成する。即ち、本装置ではラダー電極の両面においてプラズマが生成されるという特徴がる。
この場合、互いに対向した給電点から供給される電力の電圧の位相差は時間的に変化させて、例えば周波数１ＫＨｚの正弦波状に変化させて供給される。その結果、ラダー電極と基板ヒータ間の空間及び該ラダー電極と裏板間の空間には、上記の互いに対向した給電点の間を、例えば１ＫＨｚの速さで往復するように動く定在波が発生する。
この装置及び方法では、上記動く定在波の効果により、基板面積１ｍｘ１ｍ程度以上の大面積基板を対象に、均一なＶＨＦプラズマの生成が可能とされている。
非特許文献３によれば、電極の寸法１．２ｍｘ１．５ｍ、基板面積１．１ｍｘ１．４ｍで、電源周波数６０ＭＨｚ、ラダー電極と基板ヒータの間隔２０ｍｍ、圧力４５Ｐａ（０．３３８Ｔｏｒｒ）という条件で、アモルファスＳｉの製膜速度は１．７ｎｍ／ｓで、膜の不均一性は±１８％が示されている。
非特許文献４によれば、電極の寸法１．２５ｍｘ１．５５ｍ（棒の直径：１０ｍｍ）、基板面積１．１ｍｘ１．４ｍで、電源周波数６０ＭＨｚ、電圧の位相差は２０ＫＨｚ正弦波、ラダー電極と基板ヒータの間隔２０ｍｍ、圧力４５Ｐａ（０．３３８Ｔｏｒｒ）という条件で、アモルファスＳｉの製膜速度は０．５ｎｍ／ｓで、膜の不均一性は±１５％が示されている。
ラダー型電極を用いるプラズマＣＶＤ装置に関する電力損失と、電極間以外に発生する不必要なプラズマの発生という問題については、上記非特許文献３、非特許文献４、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には記載されていない。
しかしながら、非特許文献３、非特許文献４、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載されている装置の構造を見ると、以下に示すように、電力損失及び電極間以外に発生する不必要なプラズマの発生という問題が存在していることが、容易に指摘される。
第１に、電極及び給電方法に起因する無駄な電力消費の問題がある。それは、ラダー電極を用いたプラズマ生成装置はラダー電極の両面に生成されるプラズマを利用する両面放電方式であるが、実際には、両面に基板を設定しないで、一方の面の放電が利用されている。したがって、他方の面の放電は無効放電、即ち、不必要なプラズマの発生という問題を抱えているといえる。その結果、給電点から供給される電力全体の約３０％〜４０％の電力を無駄に消費していると見られる。即ち、無駄なプラズマ発生という電力損失問題を抱えている。
なお、上記両面放電方式、即ち、両面に基板を設定する方式は、実際には両面プラズマの安定した生成の制御が困難であることから、ラダー電極を用いる装置に限らず、平行平板型プラズマＣＶＤ装置でも、余り採用されていないようである。
第２に、上記第１の問題に起因するもので、不必要なプラズマの発生に起因するパウダー及びパーテイクルの発生という問題を抱えている。この問題は、生産ラインの装置稼働率の低下、製造する発電膜の性能低下というトラブルの誘引要因となる重要な問題である。
第３には、基板面積１ｍｘ１ｍ程度以上の大面積基板を対象にした場合、均一なＶＨＦプラズマの発生の為に、上記給電点が複数設置される。この複数設置された給電点に電力を供給する電力伝送回路に、複数のＴ型同軸コネクターが用いる電力分配回路が用いられている。例えば、非特許文献３では、ラダー電極の一方の端部の給電に、７個のＴ型同軸コネクターが用いられて８分岐されている。この分岐手段は、同軸ケーブルとＴ型同軸コネクターとの接続部で電力損失が発生する。
一般的に、ＶＨＦ領域の電力伝送では、その接続部で、２〜３％の電力損失があることが知られている。仮に、その損失を３％とすると、Ｔ型同軸コネクターによる電力損失は、３％ｘ７個ｘ２（両端部）＝４２％になる。この数値は実際の生産ラインでは、極めて大きく、問題である。
なお、非特許文献４には、電力分配器（Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｖｄｅｒ）が用いられているが、一般的には、電力分配器も分岐数が多くなると、電力分配器内部での電力損失は１０〜１５％であり、問題になる数値であるといえる。
次に、特許文献４に記載の技術であるが、２出力で、且つ、その出力の電圧の位相を任意に設定可能なパルス変調方式の第１の高周波電源と、該第１の高周波電源の出力の発信時間帯と異なる時間帯に発信され、且つ、２出力で、且つ、その出力の電圧の位相を任意に設定可能なパルス変調方式の第２の高周波電源を用いて、それぞれ、第１の定在波及び第２の定在波を発生させ、且つ、その２つ定在波の腹の位置を波長の四分の一に設定することにより、一対の電極間に均一なプラズマを生成するものである。
即ち、使用される電力の波長をλ、上記電力の伝播方向をｘ、位相差をΔθとすれば、一対の電極に生成される第１の定在波及び第２の定在波の強さは、
第１の定在波＝ｃｏｓ２｛２πｘ／λ＋Δθ／２｝
第１の定在波＝ｓｉｎ２｛２πｘ／λ＋Δθ／２｝
第１の定在波＋第２の定在波＝ｃｏｓ２｛２πｘ／λ＋Δθ／２｝＋ｓｉｎ２｛２πｘ／λ＋Δθ／２｝＝１
一般に、電力の強さとプラズマの強さは比例関係にあるので、
プラズマの強さＩ（ｘ）は、次のように表される。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２｛２πｘ／λ＋Δθ／２｝＋ｓｉｎ２｛２πｘ／λ＋Δθ／２｝
＝１・・（使用する電力の波長λに依存されないで、一様なプラズマの生成が可能であることを意味する）
しかしながら、上記集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造分野において求められる高周波プラズマＣＶＤ装置及び方法の満たすべき条件の中の、（に）供給電力が高品質の結晶質ｉ層膜の形成に有効に使用されること、即ち、基板が設置される接地電極と非接地電極間のみにプラズマが生成され、その一対の電極間以外での有害のプラズマが生成されないこと、また、給電回路と電極の接続部近傍で、異常放電（アーキング）が発生しないこと、及び（ほ）供給電力を供給する伝送回路で消費される電力が少ないことについては、記載されていない。
即ち、特許文献４に記載の技術においては、同軸ケーブルの端部と給電点との接続部で発生する漏洩電流に起因する電力損失の問題を抱えていると言える。
次に、特許文献５に記載の技術であるが、電力供給回路におけるインピーダンス整合器と電極上の給電点の間に平衡不平衡変換装置を設置され、該平衡不平衡変換装置と一対の電極の給電点が、２本の長さが略等しい同軸ケーブルの外部導体同士が少なくともそれぞれの両端部で短絡され、かつ、該２本の同軸ケーブルの一方の端部のそれぞれの芯線を入力部とし、他方の端部のそれぞれの芯線を出力部とするという構成になっていることから、従来技術で問題である電力給電部での漏洩電流や異常放電等を抑制可能である。その結果、電力損失問題を効果的に解決できる。
また、大面積プラズマの均一化に関しても、給電部での異常放電等を抑制可能であることから、効果的であることが記載されている。
しかしながら、特許文献５に記載の技術のみでは、プラズマの大面積化及び均一化の応用は実際上、困難である。その結果、給電部での異常放電等を抑制する装置としての応用に限定される。
即ち、上記集積化タンデム型薄膜太陽電池の製造分野において求められる高周波プラズマＣＶＤ装置及び方法の満たすべき条件の中の、（ろ）基板面積１ｍｘ１ｍ程度以上の大面積基板において、高速で、均一性の良い高品質ｉ層膜を形成可能であることに関しての問題があると言える。
以上説明したように、従来技術では、上記（い）〜（ほ）の事項を全て満足させることは不可能である。
言い換えれば、従来の高周波プラズマＣＶＤ技術分野が抱える具体的技術課題は、第１に、異常放電の発生を抑制すると共に、一対の電極間のみにプラズマを生成可能で、且つ、大面積・均一化が可能な技術の創出、第２に、電力伝送線路での電力損失を抑制可能な技術の創出である。
そこで、本発明は、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化が可能であると共に、異常放電の発生及び給電される電力の損失を抑制し、且つ、一対の電極間のみにプラズマを生成可能な技術のアイデイアを創出し、該アイデイアを実現するための高周波プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法を提供することを目的とする。
以下に、本発明を実施する為の最良の形態で使用される番号・符号を用いて、問題を解決する為の手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施する為の最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加したものである。
ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本願に係わる第１の発明の高周波プラズマＣＶＤ装置は、プラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極（２）の一方の端部に配置された第１の給電点と該第１の給電点（２０ａ）と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、互いに独立の関係にある第１の定在波と第２の定在波が発生されるとともに、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置の間隔が該使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一に設定される高周波電力供給手段（２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）を有することを特徴とする。
なお、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λとは、プラズマが生成された一対の電極（２、４）間を電力が伝播する際の波長λのことである。一般的に、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λは、使用電力が真空中を伝播する際の波長λ０より短い。また、一般的に、シランガスのプラズマの場合、波長λと波長λ０との比、即ち、λ／λ０は、圧力が約４０〜５３０Ｐａ（０．３〜４Ｔｏｒｒ）で、プラズマ密度が約４〜６ｘ１０９／ｃｍ３であり、λ／λ０＝約０．６である。圧力が５３０〜１３３３Ｐａ（４〜１０Ｔｏｒｒ）の場合、プラズマ密度が約６〜１０ｘ１０９／ｃｍ３であり、λ／λ０＝約０．５〜０．５５である。
本願に係わる第２の発明の高周波プラズマＣＶＤ装置は、プラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極（２）の一方の端部に配置された第１の給電点（２０ａ）と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波と、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段（２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）を有することを特徴とする。
本願に係わる第３の発明の高周波プラズマＣＶＤ装置は、プラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極（２）の一方の端部に配置された第１の給電点（２０ａ）と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、腹の位置が該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点にある第１の定在波と、節の位置が該中間地点にある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段（２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）を有することを特徴とする。
本願に係わる第４の発明の高周波プラズマＣＶＤ装置は、プラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極（２）の端部に配置された第１の給電点（２０ａ）と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、互いに独立の関係にある第１の定在波と第２の定在波が発生されると共に、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置の間隔が該使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一に設定される高周波電力供給手段（２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）を有し、且つ、非平衡電力伝送路を平衡電力伝送路に変換する平衡非平衡変換装置（４０ａ、４０ｂ）を有することを特徴とする。
本願に係わる第５の発明の高周波プラズマＣＶＤ装置は、プラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極（２）の端部に配置された第１の給電点（２０ａ）と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波と、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段（２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）を有し、且つ、非平衡電力伝送路を平衡電力伝送路に変換する平衡非平衡変換装置（４０ａ、４０ｂ）を有することを特徴とする。
本願に係わる第６の発明の高周波プラズマＣＶＤ装置は、プラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極（２）の端部に配置された第１の給電点（２０ａ）と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点にある第１の定在波と、節の位置が該中間地点にある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段（２５ａ、２５ｂ、２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ）を有し、且つ、非平衡電力伝送路を平衡電力伝送路に変換する平衡非平衡変換装置（４０ａ、４０ｂ）を有することを特徴とする。
本願に係わる第７の発明のプラズマＣＶＤによる半導体薄膜製造法は、電源周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）である高周波プラズマＣＶＤ装置を用いた薄膜シリコン系太陽電池用の半導体薄膜製造法において、前記高周波プラズマＣＶＤ装置として本願に係わる第１ないし６のいずれか１つの発明の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、薄膜シリコン系太陽電池用の半導体薄膜を製造することにより一様な半導体薄膜が製造可能となることを特徴とする。
本願に係わる第８の発明の高周波プラズマＣＶＤ法は、電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極（２）の一方の端部に第１の給電点（２０ａ）を配置し、該非接地電極の他方の端部で、且つ、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に第２の給電点（２０ｂ）を配置させると共に、該第１及び第２の給電点を結ぶ方向の該電極の長さを使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定し、且つ、互いに独立の関係にある第１の定在波と第２の定在波を発生させ、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置の間隔を使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一に設定させることにより一様なプラズマが生成可能となることを特徴とする。
本願に係わる第９の発明の高周波プラズマＣＶＤ法は、電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極（２）の一方の端部に第１の給電点（２０ａ）を配置し、該非接地電極の他方の端部で、且つ、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に第２の給電点（２０ｂ）を配置させると共に、該第１及び第２の給電点を結ぶ方向の該電極の長さを使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定し、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波と、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波を時間的に交互に発生させることにより一様なプラズマが生成可能となることを特徴とする。
本願に係わる第１０の発明の高周波プラズマＣＶＤ法は、電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極（２）の一方の端部に第１の給電点（２０ａ）を配置し、該非接地電極の他方の端部で、且つ、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に第２の給電点（２０ｂ）を配置させると共に、該第１及び第２の給電点を結ぶ方向の該電極の長さを使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定し、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点にある第１の定在波と、腹の位置が該中間地点にある第２の定在波を時間的に交互に発生させることにより一様なプラズマが生成可能となることを特徴とする。
本願に係わる第１１の発明の高周波プラズマＣＶＤ法は、電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極（２）の一方の端部に配置された第１の給電点（２０ａ）と、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔を、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する第１のステップと、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波の発生条件を把握する第２のステップと、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波の発生条件を把握する第３のステップと、該第２及び第３のステップでそれぞれに把握された該第１及び第２の定在波を互いに異なる時間帯で交互に発生させることにより、上記基板に目的とする薄膜を形成する第４のステップから成ることを特徴とする。
本願に係わる第１２の発明の高周波プラズマＣＶＤ法は、電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器（１）に配置される基板（１１）の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極（２）の一方の端部に配置された第１の給電点（２０ａ）と、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点（２０ｂ）との間隔を、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する第１のステップと、該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点に腹がある第１の定在波の発生条件を把握する第２のステップと、該中間地点に節がある第２の定在波の発生条件を把握する第３のステップと、該第２及び第３のステップでそれぞれに把握された該第１及び第２の定在波を互いに異なる時間帯で交互に発生させることにより、上記基板に目的とする薄膜を形成する第４のステップから成ることを特徴とする．
本発明によれば、電極の両端に位置する第１及び第２の給電点の間隔が使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されることにより、供給電力が電極端部で効果的に反射するので、該供給電力が一対の電極間で効率よく消費される。その結果、電力損失の抑制が可能である。また、互いに独立の関係にある第１及び第２の定在波を発生し、それぞれの腹の位置の間隔が使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一に設定されることから、均一性の良いプラズマが形成される。また、平衡非平衡変換装置と平衡伝送線路を有することから、一対の電極間を主体にプラズマを形成することが可能である。その結果、パーテイクル及びパウダー等の発生要因である一対の電極間以外に発生するプラズマを抑制することが可能である。したがって、従来技術に比べて、無効な電力の消費を大幅に抑制することが可能である。
更に、異常放電あるいはアーキングが抑制できることから、シリコン系半導体膜を高速で、大面積に、均一性良く、且つ、再現性良く製膜することが可能である。
これにより、集積化タンデム型薄膜太陽電池モジュールの製造及び微結晶シリコン膜及び結晶質シリコン膜を応用した各種デバイスの製造等の分野における生産ラインにおいて、電力使用の最小限化を図ると共に、生産性及び歩留まりが向上し、且つ、製品性能が向上するので、製造コストの低減効果は著しく大きいものがある。
また、従来技術では困難である前記（い）〜（ほ）の事項の全てを実現可能なプラズマＣＶＤ装置及び方法を提供することができる。
更に、本発明によれば、前記（い）〜（ほ）の事項を全て実現できることから、従来技術に比べて、生産性向上及び製造コストの低減に対する寄与度が著しく大きい。
（実施例１）
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
なお、以下の説明では、プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法の一例として、太陽電池用のｉ型微結晶半導体層を製作する装置及び方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例に限定されるものではない。
先ず、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法を図１ないし図８を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の全体を示す概略図、図２は図１図示のプラズマＣＶＤ装置内部の一対の電極への電力供給部の構造を示す説明図、図３は図１図示のプラズマＣＶＤ装置内部の一対の電極へ給電された電力の伝播の概念図、図４は図１図示のプラズマＣＶＤ装置を用いたｉ型微結晶シリコン膜の製膜で行う電力供給の際の電力伝送の調整方法の例を示す説明図、図５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６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７は図１図示のプラズマＣＶＤ装置における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、図８は図１図示のプラズマＣＶＤ装置を用いた製膜条件の調整の際に得られるｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布の第１の典型例の説明図、図９は図１図示のプラズマＣＶＤ装置を用いた製膜条件の調整の際に得られるｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布の第２の典型例の説明図である。
先ず、装置の構成を説明する。図１、図２及び図３において、符番１は真空容器である。この真空容器１には、後述の原料ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち非接地の第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第２の電極４が配置されている。
符番２は該第１の電極で、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。第１の電極２は、図２及び図３に示すように、それぞれ矩形の平板であり、互いに対向して設置される。その具体的なサイズは、例えば、外寸法で、長さ１．６ｍｘ幅０．３ｍｘ厚み２０ｍｍとする。
なお、後述するように、電極へ供給される電力の伝播方向のサイズ、ここでは長さ１．６ｍという数値は、供給される電力の波長との関係により重要な意味がある。
また、第１の電極２は、図１に示すように、原料ガスが噴出するガスシャワー孔１７を有している。この孔１７は直径約０．４〜０．８ｍｍで、例えば直径約０．５ｍｍで、多数個が設定される。
符番４は第２の電極で、図示しない基板ヒータ３を内臓し、その上に設置される基板１１の温度を１００〜３００℃の範囲で、任意の温度に設定可能である。なお、第２の電極４は基板ヒータ３の他に、冷媒を通すパイプを内蔵して、基板ヒータ４の表面の温度を制御することが可能である。
第２の電極４は、図２及び図３に示すように、それぞれ矩形の平板であり、第１の電極２に対向して設置される。その具体的なサイズは、例えば、外寸法で、長さ１．６ｍｘ幅０．４ｍｘ厚み１５０ｍｍとする。
第１の電極２には、その端部で、電力の伝搬上で互いに対向する関係にある地点に、それぞれ、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂが配置される。第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂは、後述の電力供給系と電極２との接続点であり、その位置から電力が供給される。また、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂは、互いに対向した位置関係にあり、且つ、該電極の端部に設定され、高周波電力波の伝播上での対向点となる関係を有する。
第２の電極４には、その端部で、電力の伝搬上で互いに対向する関係にある地点に、それぞれ、第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂが配置される。第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂは、後述の電力供給系と電極４との接続点であり、その位置から電力が供給される。また、第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂは、互いに対向した位置関係にあり、且つ、該電極の端部に設定され、高周波電力波の伝播上での対向点となる関係を有する。
第１及び第２の電極２、４の間隔は、後述の基板リフター１２を上下に作動させる際に、予め、任意に設定可能であり、５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲で、例えば８ｍｍに設定する。
上記第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂの間隔は、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する。また、同様に、上記第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂの間隔は、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する。
ここでは、後述するシランガスのプラズマの生成において、ＶＨＦ帯域の周波数として、例えば、周波数８４ＭＨｚの電力を用いることを考慮して、１．６ｍとする。なお、波長短縮率λ／λ０を０．６（即ち、λ＝０．６ｘ３．５７ｍ）と見込み、Ｎλ／４＝３ｘ２．４２ｍ／４＝１．６ｍとしている。
ただし、λは使用電力のプラズマ生成時の波長、λ０は周波数８４ＭＨｚの電磁波の真空中での波長である。
波長短縮率を考慮した使用電力の波長λとは、プラズマが生成された一対の電極２、４間を電力が伝播する際の波長λのことである。例えば、シランガスのプラズマの生成に周波数６０ＭＨｚの電力を用いる場合、圧力が約４０〜５３０Ｐａ（０．３〜４Ｔｏｒｒ）であれば、λ＝約３ｍ（真空中での波長λ０＝５ｍ）である。また、周波数８４ＭＨｚの電力を用いる場合、圧力が約４０〜５３０Ｐａ（０．３〜４Ｔｏｒｒ）であれば、λ＝約１．６ｍ（真空中での波長λ０＝３．５７ｍ）である。
波長短縮率を考慮した使用電力の波長λは、使用電力が真空中を伝播する際の波長λ０より短い。波長λと波長λ０との比、即ち、λ／λ０は、シランガスのプラズマの場合、圧力が５３０〜１３３３Ｐａ（４〜１０Ｔｏｒｒ）の場合、プラズマ密度が約６〜１０ｘ１０９／ｃｍ３であり、λ／λ０＝約０．５５〜０．６である。
なお、上記波長短縮率を考慮した使用電力の波長λが不明の場合は、後述するように、予め、波長短縮率を考慮した使用電力の波長の値を測定し、そのデータを用いて電極の設計及び製作を行う。
符番２２ａ、２２ｂは第１及び第２の絶縁材キャップで、それぞれ、後述の第３の同軸ケーブル３４ａと第１の給電点２０ａの接続部、及び後述の第４の同軸ケーブル３４ｂと第２の給電点２０ｂの接続部での異常放電（アーキング）を抑制する機能を有する。なお、その材料には、例えば高純度アルミナを用いる。
ガス混合箱６は原料ガス供給管８より供給されるシランガス（ＳｉＨ４）及び水素等のガスを、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。なお、原料ガス供給管８は図示しない絶縁材で、電気的に絶縁されている。
供給されたＳｉＨ４等原料ガスは、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９ａ、９ｂ及び図示しない真空ポンプ１０により、真空容器１の外部へ排出される。
符番１２は基板リフターで、図示しない基板搬入出ゲート１３から第２の電極４上に基板１１を受け取り、非接地電極２との間隔を所定の値に保つ位置まで、例えば、第１及び第２の電極２、４の間隔が８ｍｍになる位置まで移動する。
なお、基板リフター１２の上下位置は任意に設定可能であり、第１及び第２の電極２、４間を、例えば、５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲に設定する。
基板リフター１２の上下動の際、真空容器１の気密を保持するためにベローズ１４が用いられる。
また、後述するように、接地電極４と真空容器１の内壁との通電を良くするために、真空容器１内壁に固着されている第１の接続導体１５ａと第２の接続導体１５ｂ、第２の電極４に固着されている第３の接続導体１６ａと第４の接続導体１６ｂが設置されている。なお、上記第１及び第２の電極２、４の間隔に対応して、第１の接続導体１５ａ及び第２の接続導体１５ｂの取り付け位置は、任意に設定できる。
また、第１の接続導体１５ａと第３の接続導体１６ａ、及び第２の接続導体１５ｂと第４の接続導体１６ｂは、それぞれが接触した際に、互いに押し付けあうように、バネの特性を有している。なお、第１の接続導体１５ａと第３の接続導体１６ａ、及び第２の接続導体１５ｂと第４の接続導体１６ｂは、再現性良く、導通状態を確保できるように設定される。
符番１１は基板で、基板リフター１２及び図示しない基板搬入出ゲート１３を用いて、第２の電極４上に配置される。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。ここでは、基板１１は、サイズ１．５ｍｘ０．２５ｍｘ厚み４ｍｍのガラスを用いる。
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、本第１の実施形態の場合は、原料ガスが流量５００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ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。
符番２５ａ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８４ＭＨｚ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２つのパルス変調された正弦波信号は、それぞれ、次のように表される。即ち、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力端子２６ａ、２６ｂから出力される信号Ｗ１１、Ｗ１２は、角周波数をω、時間をｔ、初期位相をθ１、θ２とおくと、
Ｗ１１（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ＋θ１）
Ｗ１２（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ＋θ２）
該位相可変２出力の発信器２５ａ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、該発信器２５ａ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２５ａは、同期信号伝送ケーブル２４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２５ｂへ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２５ａの２つの出力端子の一方の出力は、後述の第１の結合器２８ａに、他方の出力は後述の第２の結合器２８ｂに伝送される。
符番２８ａは第１の結合器で、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力端子の一方の出力信号と、後述の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力端子の一方の出力信号を結合して、後述の第１の増幅器２９ａに伝送する。
符番２９ａは第１の増幅器で、第１の結合器２８ａから送信された信号の電力を増幅する。符番３０ａは同軸ケーブルで、第１の増幅器２９ａの出力を後述の第１の整合器３１ａに伝送する。
符番３１ａは第１の整合器で、第１の増幅器２９ａの出力が後述の一対の電極２、４間に生成されるプラズマに効率よく伝送されるように、第１の増幅器２９ａの出力インピーダンスと、その負荷である一対の電極２、４間に生成されるプラズマのインピーダンスの整合調整をする。
符番３２ａは第１の同軸ケーブルで、後述の第１の電流導入端子３３ａ、第３の同軸ケーブル３４ａ及び第１の芯線３５ａを介して、第１の接続導体１５ａと第３の接続導体１６ａとともに、第１の増幅器の出力を第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給する。
符番３３ａは真空容器１の壁に取り付けられた第１の電流導入端子で、真空容器の気密を保持して、第１の同軸ケーブル３２ａと第３の同軸ケーブル３４ａを接続する。
符番３４ａは第３の同軸ケーブルで、その芯線３５ａは第１の給電点２０ａにて電極２と接続され、その外部導体は真空容器１の内壁と第１の接続導体１５ａと第３の接続導体１６ａを介して、第３の給電点２１ａにて、第２の電極４と接続される。
なお、第３の同軸ケーブル３４ａの端部には、第１の絶縁材キャップ２２ａが取り付けられ、第３の同軸ケーブル３４ａと第１の給電点２０ａの接続部での異常放電（アーキング）を抑制する。
その結果、第１及び第３の同軸ケーブル３２ａ、３４ａを介して伝送された第１の増幅器２９ａの出力が、第１および第３の給電点２０ａ、２１ａを介して第１及び第２の電極間２、４に供給される。
ここで、上記第１の増幅器２９ａの機能について、補足説明をする。
第１の増幅器２９ａには、図示しない出力値（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の電力増幅器２９ａ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。
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は、例えば、図４に示す装置が用いられる。図４において、第１の増幅器２９ａの出力（進行波）Ｐｆは方向性結合器１００を介して、進行波検出器１０１により検出される。下流側から反射して戻ってくる反射波Ｐｒは、方向性結合器１００を介して、反射波検出器１０２により検出される。
第１の増幅器２９ａの出力の調整は、図４において、先ず、例えば第１の増幅器２９ａの最大出力の２０~３０％程度の出力を、第１の整合器３１ａと第１の同軸ケーブル３２ａを介して、真空容器１に内臓の第１及び第２の電極２４に供給する。
次に、第１の増幅器２９ａに付属した進行波Ｐｆ及び反射波Ｐｒの検出器を見ながら、第１の整合器３１ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。第１の整合器３１ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整しながら、反射波Ｐｒが最小値になる条件を選定する。そして、第１の増幅器２９ａの出力を所要の数値に設定して、その出力で、再度、第１の整合器３１ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整しながら、反射波Ｐｒが最小値になる条件を選ぶ。
なお、この整合器の調整、即ち、反射波Ｐｒが最小値になる条件は、プラズマ生成条件を変更しない限り変化はないので、特に多くの時間を必要とはしない。
符番２５ｂは第２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８４ＭＨｚ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２つのパルス変調された正弦波信号は、それぞれ、次のように表される。即ち、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力端子２７ａ、２７ｂから出力される信号Ｗ２１、Ｗ２２は、角周波数をω、時間をｔ、初期位相をα１、α２とおくと、
Ｗ２１（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ＋α１）
Ｗ２２（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ＋α２）
該位相可変２出力の発信器２５ｂ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、該発信器２５ｂ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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂは、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａから発信されるパルス変調の同期信号を、同期信号伝送ケーブル２４を介して受信し、その信号に同期した信号を発生できる。
該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力端子の一方の出力は、第１の結合器２８ａに、他方の出力は後述の第２の結合器２８ｂに伝送される。
符番２８ｂは第２の結合器で、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力端子の一方の出力信号と、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力端子の一方の出力信号を結合して、後述の第２の増幅器２９ｂに伝送する。
符番２９ｂは第２の増幅器で、第２の結合器２８ｂから送信された信号の電力を増幅する。符番３０ｂは同軸ケーブルで、第２の増幅器２９ｂの出力を後述の第２の整合器３１ｂに伝送する。
符番３１ｂは第２の整合器で、第２の増幅器２９ｂの出力が一対の電極２、４間に生成されるプラズマに効率よく伝送されるように、第２の増幅器２９ｂの出力インピーダンスと、その負荷である一対の電極２、４間に生成されるプラズマのインピーダンスの整合調整をする。
符番３２ｂは第２の同軸ケーブルで、第２の電流導入端子３３ｂ、第４の同軸ケーブル３４ｂ及びその芯線３５ｂを介して、第２の接続導体１５ｂと第４の接続導体１６ｂとともに、第２の増幅器の出力を第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給する。
符番３３ｂは真空容器１の壁に取り付けられた第２の電流導入端子で、真空容器の気密を保持して、第２の同軸ケーブルと第４の同軸ケーブルを接続する。
符番３４ｂは第４の同軸ケーブルで、その芯線３５ｂは第２の給電点２０ｂにて電極２と接続され、その外部導体は真空容器１の内壁と第２の接続導体１５ｂと第４の接続導体１６ｂを介して、第４の給電点２１ｂにて、第２の電極４と接続される。
なお、第４の同軸ケーブル３４ｂの端部には、第２の絶縁材キャップ２２ｂが取り付けられ、第４の同軸ケーブル３４ｂと第２の給電点２０ｂの接続部での異常放電（アーキング）を抑制する。
その結果、第２及び第４の同軸ケーブル３２ｂ、３４ｂを介して伝送された第２の増幅器２９ｂの出力が、第２および第４の給電点２０ｂ、２１ｂを介して第１及び第２の電極間２、４に供給される。
ここで、上記第２の増幅器２９ｂの機能について、補足説明をする。
第２の増幅器２９ｂには、第１の増幅器２９ａと同様に、図示しない出力値（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、該反射波による第２の電力増幅器２９ｂ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。
また、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は、第１の増幅器２９ａの場合と同様である。
また、第２の増幅器２９ｂの出力の調整の方法は、第１の増幅器２９ａの場合と同様である。
ここで、説明の便宜上、上記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の一方、即ち出力端子２６ａの出力信号が、第１の結合器２８ａ、第１の増幅器２９ａ、同軸ケーブル３０ａ、第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１の電流導入端子３３ａ、第３の同軸ケーブル３４ａを介して、第１の給電点２０ａと第３の給電点２１ａに伝送される電力を、第１の電力と呼ぶ。
また、同様に、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の一方、即ち出力端子２６ｂの出力信号が、第２の結合器２８ｂ、第２の増幅器２９ｂ、同軸ケーブル３０ｂ、第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２の電流導入端子３３ｂ、第４の同軸ケーブル３４ｂを介して、第２の給電点２０ｂと第４の給電点２１ｂに伝送される電力を、第２の電力と呼ぶ。
また、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力の一方、即ち出力端子２７ａの出力信号が、第１の結合器２８ａ、第１の増幅器２９ａ、同軸ケーブル３０ａ、第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１の電流導入端子３３ａ、第３の同軸ケーブル３４ａを介して、第１の給電点２０ａと第３の給電点２１ａに伝送される電力を、第３の電力と呼ぶ。
また、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力の一方、即ち出力端子２７ｂの出力信号が、第２の結合器２８ｂ、第２の増幅器２９ｂ、同軸ケーブル３０ｂ、第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２の電流導入端子３３ｂ、第４の同軸ケーブル３４ｂを介して、第２の給電点２０ｂと第４の給電点２１ｂに伝送される電力を、第４の電力と呼ぶ。
また、ここで、上記第１、第２、第３及び第４の電力の時間的な関係を明らかにする為に、その概念を図５及び図６を参照して説明する。図５は横軸が時間ｔで、縦軸が電力を示す。図６は横軸が時間ｔで、縦軸が電圧を示す。
第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａ間に供給されるパルス変調された第１の電力と、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給されるパルス変調された第２の電力の典型例を、図５及び図６に、それぞれＷ１１（ｔ）、Ｗ１２（ｔ）で示している。この２つの電力は、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及び第３の給電点２０ａ、２１ａ間に供給されるパルス変調された第３の電力と、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給されるパルス変調された第４の電力の典型例を、図５及び図６に、それぞれＷ２１（ｔ）、Ｗ２２（ｔ）で示している。この２つの電力波は、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ１２（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、ここで、図１、図２及び図３に示されている第１の給電点２０ａと第２の給電点２０ｂの間の距離、及び第３の給電点２１ａと第４の給電点２１ｂの間の距離が、それぞれ、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されることによる作用について、説明する。
上記第１の電力が、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａを介して一対の電極２、４に供給されると、その電力波は、進行波として、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂ側へ伝播する。そして、その電力波が第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂが設置されている一対の電極の端部に到達すると、該端部はインピーダンスの不連続部分であることから、その端部で反射が起こる。その反射波は、第２の給電点２０ｂから第１の給電点２０ａを向いた方向へ伝播する。
もしも、上記第１の電力の進行波が該第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂが設置されている一対の電極の端部で反射しないとすれば、該進行波は第２の同軸ケーブル３２ｂを伝播して第２の整合器３１ｂに到達する。そして、該第２の整合器３１ｂで反射して戻ってくる。この場合、第２の給電点２０ｂと第２の整合器３１ｂ間で電力が消費されるという問題、即ち、一対の電極２、４間でのプラズマ生成以外での電力消費という問題が残る。
上記第１の給電点２０ａ側から供給された電力の進行波と第２の給電点２０ｂ側の一対の電極の端部で反射した反射波が重なり合うと干渉現象により、定在波を発生する。この場合、上記進行波の供給地点と反射波の発生地点の間の距離が、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されているので、発生する定在波の腹が上記進行波の供給地点に、該定在波の節が反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。同様に、発生する定在波の節が上記進行波の供給地点に、該定在波の腹が反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。なお、この現象は、音響工学分野で起こる共鳴現象に似た現象である。
上記第１の電力の進行波とその反射波の共鳴現象に似た現象により、該一対の電極間以外での消費が減少するという作用が生まれる。即ち、該一対の電極への電力供給線路における電力損失が最小限に抑制されるという作用がある。
上記の場合、２つの給電点の間隔が波長λの二分の一の整数ｎ倍、即ち、ｎλ／２に設定される場合に比べて定在波の生成が容易であり、その電気的設定条件の調整が容易である。
同様に、上記第２の電力が、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂを介して一対の電極２、４に供給されると、その電力波は、進行波として、第２の給電点２０ｂ側から第１の給電点２０ａ側へ伝播する。そして、その電力波が第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａが設置されている一対の電極の端部に到達すると、該端部はインピーダンスの不連続部分であることから、該端部で反射が起こる。その反射波は、第１の給電点２０ａから第２の給電点２０ｂを向いた方向へ伝播する。
もしも、上記第２の電力の進行波が該第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａが設置されている一対の電極の端部で反射しないとすれば、該進行波は第１の同軸ケーブル３２ａを伝播して第１の整合器３１ａに到達する。そして、該第１の整合器３１ａで反射して戻ってくる。この場合、第１の給電点２０ａと第１の整合器３１ａ間で電力が消費されるという問題、即ち、一対の電極２、４間でのプラズマ生成以外での電力消費という問題が残る。
上記第２の給電点２０ｂ側から供給された電力の進行波と第１の給電点２０ａ側の一対の電極の端部で反射した反射波が重なり合うと干渉現象により、定在波を発生する。この場合、上記進行波の供給地点と反射波の発生地点の間の距離が、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されているので、発生する定在波の腹が上記進行波の供給地点に、該定在波の節が反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。同様に、発生する定在波の節が上記進行波の供給地点に、該定在波の腹が反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。なお、この現象は、音響工学分野で起こる共鳴現象に似た現象である。
上記第２の電力の進行波とその反射波の共鳴現象に似た現象により、該一対の電極間以外での消費が減少するという作用が生まれる。即ち、該一対の電極への電力供給線路における電力損失が最小限に抑制されるという作用がある。
なお、第３及び第４の電力の供給においても、上記と同様に、第３及び第４の電力の進行波とその反射波の共鳴現象に似た現象により、それぞれ、該一対の電極への電力供給線路における電力損失が最小限に抑制されるという作用がある。
なお、上記の場合、２つの給電点の間隔が波長λの二分の一の整数ｎ倍、即ち、ｎλ／２に設定される場合に比べて定在波の生成が容易であり、その電気的設定条件の調整が容易である。
次に、上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、集積化タンデム型薄膜太陽電池用ｉ型微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。
ｉ型微結晶シリコン膜の製膜に際し、原料ガス、圧力、投入すべき電力の密度及び基板温度については、公知の知見、例えば特許文献１及び非特許文献１に記載の条件を採用する。
しかしながら、上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置に係わる特有の諸条件は、以下に示す手順で、予め確認し、調整することが必要である。その後、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜を行う。
（ステップ１）目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜条件中、原料ガス、圧力、投入すべき電力の密度及び基板温度は、公知の知見を採用し、その条件における一対の電極２、４間を伝播する電力の波長λを測定する。その測定データを基に、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂの間の距離が電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されていることを確認する。
（ステップ２）前記第１及び第２の電力を一対の電極２、４に供給して発生させる第１の定在波の腹の位置の調整に必要なデータの把握、即ち、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の位相差の設定値と第１の定在波の腹の位置との関係を把握する。
（ステップ３）前記第３及び第４の電力を一対の電極２、４に供給して発生させる第２の定在波の腹の位置の調整に必要なデータの把握、即ち、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力の位相差の設定値と第２の定在波の腹の位置との関係を把握する。
（ステップ４）第１の定在波と第２の定在波を発生させ、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜を行う。
なお、以下において、説明の便宜上、ステップ１〜ステップ４で用いるプラズマＣＶＤ装置一式は、全て同一の装置を用いて行う前提で説明するが、ステップ１については、別の装置、例えば研究開発用の装置を用いて行うことができる。ただし、ステップ２〜ステップ４は同一の装置を用いるのが好ましい。
（ステップ１）
図１〜図４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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板１１のサイズは、第１の電極のサイズに合わせて、長さ１．６ｍｘ幅０．３ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、前記第１の電力と第２の電力の周波数を、例えば、８４ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒、電力は、合計で１〜１．５ＫＷ、例えば、１ＫＷを供給する。なお、パルス幅Ｈｗが４００μ秒、パルス周期Ｔ０が１ｍ秒であるので、デイーテイ比は４００μ秒／１ｍ秒＝０．４である。
即ち、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａ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２９ａの出力を５００Ｗに設定して、その出力を第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１の電流導入端子３３ａ、第３の同軸ケーブル３４ａを介して、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給するとともに、第２の電力増幅器２９ｂの出力を５００Ｗに設定して、その出力を第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２の電流導入端子３３ｂ、第４の同軸ケーブル３４ｂを介して、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給する。
この場合、第１の整合器３１ａ及び第２の整合器３１ｂを調整することにより、それぞれの整合器３１ａ、３１ｂの上流側に上記供給電力の反射波が戻らないように、即ち、図４図示のＰｒが戻らないようにすることができる。一般的には、反射波Ｐｒは進行波Ｐｆの１〜３％程度に抑えることができる。
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板１１にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布を評価する。
基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、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２５ａの２つの出力の位相差をパラメータに、例えば、５〜６回実施する。
そして、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂを結ぶ方向において、定在波の腹の間隔を測定する。即ち、基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚が最大である位置と、その隣にある膜厚が最大である位置間の距離を測定する。
なお、この間隔は、使用電力のプラズマ生成時の波長λの二分の一の値であることを意味する。
上記測定結果より、使用電力の波長短縮率及び上記第１及び第２の給電点の間の距離の設定値＝１．６ｍについて評価する。
仮に、上記定在波の腹の間隔が、１．０７ｍである場合、使用電力のプラズマ生成時の波長λ＝１．０７ｍｘ２＝２．１４ｍである。この場合、使用電力の波長短縮率λ／λ０は、
λ／λ０＝２．１４ｍ／３．５７ｍ＝０．６
であることが判る。ただし、λは使用電力のプラズマ生成時の波長、λ０は周波数８４ＭＨｚの電磁波の真空中での波長である。
上記第１及び第２の給電点の間の距離の設定値＝１．６ｍは、３ｘλ／４＝３ｘ０．５３５ｍ＝波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数倍の値に合致していることが確認される。
上記測定結果において、上記定在波の腹の間隔が１．０７ｍと異なる場合、例えば、上記定在波の腹の間隔が１．１８ｍの場合、使用電力のプラズマ生成時の波長λ＝１．１８ｍｘ２＝２．３６ｍである。この場合、使用電力の波長短縮率λ／λ０は、
λ／λ０＝２．３６ｍｍ／３．５７ｍ＝０．６６
であることが判る。ただし、λは使用電力のプラズマ生成時の波長、λ０は周波数８４ＭＨｚの電磁波の真空中での波長である。
この場合は、上記第１及び第２の給電点の間の距離の設定値＝１．６ｍが、波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数倍の値に合致しないので、その設定値１．６ｍを、例えば１．７６７ｍに変更することが必要である。
あるいは、使用電力の波長短縮率λ／λ０が０．６６であることが確認できたので、このデータを活用して、周波数８４ＭＨｚを９２ＭＨｚに変更することでも良い。
即ち、周波数９２ＭＨｚの電磁波の真空中での波長は３．２６ｍであること、及び使用電力の波長短縮率λ／λ０が０．６６であることを考慮すると、上記プラズマ生成時での周波数９２ＭＨｚの波長λは、λ＝０．６６ｘ３．２６ｍ＝２．１５１ｍである。この場合、３ｘλ／４＝１．６ｍとなる。
ステップ１においては、上述の通り、ｉ型微結晶シリコン膜の製膜条件における使用電力の波長を測定し、そのデータを基に、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離が、使用電力のプラズマ生成時の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４であることを確認する。また、測定された使用電力の波長短縮率を確認する。
第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離が、使用電力のプラズマ生成時の波長λの四分の一の奇数倍の値になっていない場合は、その条件を満たすように、上記第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離を再設定する。
または、上記条件を満たすように、プラズマ生成電力の周波数を変更する。
ここでは、説明の便宜上、ステップ１の結果として、第１及び第２の給電点の間の距離の設定値＝１．６ｍが、３ｘλ／４＝３ｘ０．５３５ｍ＝波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数倍の値に合致していることが確認されたとして、以下説明を行う。即ち、周波数８４ＭＨｚである。
（ステップ２）
図１〜図４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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
基板１１のサイズは、長さ１．５ｍｘ幅０．２５ｍ（厚み４ｍｍ）とする。なお、第１の電極のサイズより小さくするのは、電極の端部では、エッジ効果によりプラズマの強さに再現性がない場合がるという経験的な知見に基づくものである。
次に、前記第１の電力と第２の電力の周波数を８４ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒、電力は、合計で１〜１．５ＫＷ、例えば、１ＫＷを供給する。
即ち、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａ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２９ａの出力を５００Ｗに設定して、その出力を第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１の電流導入端子３３ａ、第３の同軸ケーブル３４ａを介して、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給するとともに、第２の電力増幅器２９ｂの出力を５００Ｗに設定して、その出力を第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２の電流導入端子３３ｂ、第４の同軸ケーブル３４ｂを介して、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給する。
この場合、第１の整合器３１ａ及び第２の整合器３１ｂを調整することにより、それぞれの整合器３１ａ、３１ｂの上流側に上記供給電力の反射波が戻らないように、即ち、図４図示のＰｒが戻らないようにすることができる。一般的には、反射波Ｐｒは進行波Ｐｆの１〜３％程度に抑えることができる。
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板１１にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、以下に説明するように、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。
上記第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａからパルス状に供給される第１の電力の電圧波と、上記第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂからパルス状に供給される第２の電力の電圧波は、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。
図３において、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂ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２１ａ側から第１の給電点２０ａの方向へ伝播する電圧波をＷ１２（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ１２（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の電力の電圧波と第２の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）＋Ｗ１２（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）は、次に示すような性質を有する。即ち、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。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。
なお、ここでは、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）の２つの電圧波の合成波を第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波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）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に実線（第１の定在波の強さの分布）で示す。
さて、上記の条件で製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布を評価する。
基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、前記のように、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１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａ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及び第２の給電点２０ａ、２０ｂを結ぶ方向において、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、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａ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、図８（ａ）の点線の位置が基板１１の中央点である場合に、その中央点とそれより左側にある正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置との距離がλ／８であるという条件を満たすための位相差は、例えばΔθ１であることが把握される。
ここで、図８（ａ）図示の正弦的な膜厚分布は、上記第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布、即ち、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
に比例した分布を示している。この状態は、基板の一方の端に第１の定在波の節があり、他方の端に腹があるということを示している。
即ち、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離が、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されているので、ここでは、電極の左側の端に節が、右側の端に腹ができるという状態が得られる。
上記正弦的な膜厚分布を製膜する際、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離と、第１及び第２の給電点２１ａ、２１ｂ間の距離が、それぞれ、波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数倍の値に合致していること、及びその位置は一対の電極の端部であることから、一対の電極の両端の一方を節、他方を腹とする定在波が発生し易いという共鳴現象が現れる。
この共鳴現象には、上述した通り、安定したプラズマ生成が容易であることに加えて、供給電力がプラズマ生成に効果的に消費されるという作用を有することを意味している。
ところで、上記ステップ２において、正弦的な膜厚分布と供給電力の位相差Δθ１の関係を把握する際に得られる正弦的な膜厚分布は、図８（ａ）に示された分布で合った。しかしながら、図８（ａ）に示された正弦的な膜厚分布以外にも、例えば、図９（ａ）に示される正弦的な膜厚分布も安定して生成できるパターンである。
図９（ａ）は、同図の点線の位置が基板１１の中央点である場合に、該中央点に第１の定在波の腹がある状態である。したがって、上記ステップ２では、正弦的な膜厚分布の最大厚み位置と電力供給系の位相差Δθ１の関係を把握する際に、第１の定在波のモードとして、図８（ａ）及び図９（ａ）に示される第１の定在波のモードを選ぶことができる。
（ステップ３）
図１〜図４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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
基板１１のサイズは、長さ１．５ｍｘ幅０．２５ｍ（厚み４ｍｍ）とする。なお、第１の電極のサイズより小さくするのは、電極の端部では、エッジ効果によりプラズマの強さに再現性がない場合がるという経験的な知見に基づくものである。
次に、前記第３の電力と第４の電力の周波数を８４ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒、電力は、合計で１〜１．５ＫＷ、例えば、１ＫＷを供給する。
即ち、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂ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２９ａの出力を５００Ｗに設定して、その出力を第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１の電流導入端子３３ａ、第３の同軸ケーブル３４ａを介して、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給するとともに、第２の電力増幅器２９ｂの出力を５００Ｗに設定して、その出力を第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２の電流導入端子３３ｂ、第４の同軸ケーブル３４ｂを介して、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給する。
この場合、第１の整合器３１ａ及び第２の整合器３１ｂを調整することにより、それぞれの整合器３１ａ、３１ｂの上流側に上記供給電力の反射波が戻らないように、即ち、図４図示のＰｒが戻らないようにすることができる。一般的には、反射波Ｐｒは進行波Ｐｆの１〜３％程度に抑えることができる。
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板１１にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、以下に説明するように、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。
上記第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａからパルス状に供給される第３の電力の電圧波と、上記第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂからパルス状に供給される第４の電力の電圧波は、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。
図３において、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂの方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２０ｂ側から第１の給電点２０ａ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。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２２（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３の電力の電圧波と第４の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Ｗ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ２（ｘ、ｔ）＝Ｗ２１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）
＝２・Ｖ１ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）は、次に示すような性質を有する。即ち、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。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。
なお、ここでは、Ｗ２１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）の２つの電圧波の合成波を第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
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）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に点線（第２の定在波の強さの分布）で示す。
さて、上記の条件で製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布を評価する。
基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、前記のように、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２５ｂ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及び第２の給電点２０ａ、２０ｂを結ぶ方向において、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、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂ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、図８（ｂ）の点線の位置が基板１１の中央点である場合に、該中央点とその右側にある正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離を、波長λの八分の一、即ちλ／８に設定するための位相差は、例えばΔθ２であることが把握される。なお、ステップ１での測定の結果から、λ／８＝２６９ｍｍである。
ここで、図８（ｂ）図示の正弦的な膜厚分布は、上記第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布、即ち、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
に比例した分布を示している。この状態は、基板の左端に第２の定在波の腹があり、他方の端に節があるということを示している。
即ち、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離が、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されているので、基板の左端に第２の定在波の腹があり、右側の端に節があるという状態がえられる。
上記正弦的な膜厚分布を製膜する際、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離と、第１及び第２の給電点２１ａ、２１ｂ間の距離が、それぞれ、波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数倍の値に合致していること、及びその位置は一対の電極の端部であることから、一対の電極の両端部を腹、あるいは節とする定在波が発生し易いという共鳴現象が現れる。
この共鳴現象には、上述した通り、安定したプラズマ生成が容易であることに加えて、供給電力がプラズマ生成に効果的に消費されるという作用を有することを意味している。
ところで、上記ステップ３において、正弦的な膜厚分布と供給電力の位相Δθ２の関係を把握する際に得られる正弦的な膜厚分布は、図８（ｂ）に示された分布で合った。しかしながら、図８（ｂ）に示された正弦的な膜厚分布以外にも、例えば、図９（ｂ）に示される正弦的な膜厚分布も安定して生成できるパターンである。
図９（ｂ）は、同図の点線の位置が基板１１の中央点である場合に、該中央点に第２の定在波の節がある状態である。
したがって、上記ステップ３では、正弦的な膜厚分布の最大厚み位置と電力供給系の位相差Δθ２の関係を把握する際に、第２の定在波のモードとして、図８及び図９にそれぞれに示される第２の定在波のモードを選ぶことができる。
（ステップ４）
前記ステップ１〜３の結果を受けて、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜のステップに入る。先ず、図１〜図４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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
基板１１のサイズは、長さ１．５ｍｘ幅０．２５ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
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２５ａの２つの出力を、周波数８４ＭＨｚの正弦波の位相差をステップ２で得られたデータで把握したΔθ１を設定し、即ち、図８（ａ）あるいは図９（ａ）に示される第１の定在波のモードを得るためのΔθ１の中から、ここでは例えば、図８（ａ）に示される第１の定在波のモードを得るためのΔθ１を選び、かつ、そのパルス変調を図５及び図６に示すＷ１１（ｔ）及びＷ１２（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の電力を、それぞれ５００Ｗとして、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａと、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂとに供給する。
そして、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力、即ち周波数８４ＭＨｚの正弦波の位相差をステップ３で得られたデータで把握したΔθ２に設定し、即ち、図８（ｂ）あるいは図９（ｂ）に示される第２の定在波のモードを得るためのΔθ２の中から、ここでは例えば、図８（ｂ）に示される第２の定在波のモードを得るためのΔθ２を選び、かつ、そのパルス変調を図５及び図６に示すＷ２１（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Ｗ１２（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３及び第４の電力を、それぞれ５００Ｗとして、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａと、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給する。
ここで、上記Ｈｗ、Ｔ０及びパルス変調のパルス立ち上がり時間を上記の数値から変更して製膜しいくつかの製膜データを比較することができる。
一対の電極２、４間に４つの電力が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ２１（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、Ｗ２１（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、Ｗ１２（ｘ、ｔ）は、Ｗ２１（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７に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂの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、比例定数をＡとすると、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝Ａｃｏｓ２｛２πｘ／λ｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝Ａｓｉｎ２｛２πｘ／λ｝
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）
＝Ａｃｏｓ２｛２πｘ／λ｝＋Ａｓｉｎ２｛２πｘ／λ｝
＝Ａ
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。また、周波数に依存しないで、一様になることを示している。
このことは、上記プラズマの生成方法は、定在波の影響を受けない方法、即ち定在波フリーのプラズマ生成方法であるということができる。
ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｈ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ｉ型微結晶シリコン膜が堆積するが、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。
また、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離と、第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂ間の距離が、それぞれ、波長短縮率を考慮した波長λの二分の一の整数倍の値に合致していること、及びその位置は一対の電極の端部であることから、一対の電極の両端部を腹、あるいは節とする定在波が発生し易いという特徴がある。
即ち、このことは、安定したプラズマ生成が容易であることに加えて、供給電力がプラズマ生成に効果的に消費され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ＣＶＤ装置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。
上記ステップ４において製膜されるｉ型微結晶シリコン膜の製膜速度は、供給電力密度４ＫＷ／ｍ２（２ＫＷ／０．４９５ｍ２）において、３．０〜３．５ｎｍ／ｓが得られる。
また、供給電力密度３．２３ＫＷ／ｍ２（１．６ＫＷ／０．４９５ｍ２）においては、２．５〜２．８ｎｍ／ｓ程度が得られる。
上記製膜速度３．０〜３．５ｎｍ／ｓに対する供給電力密度４ＫＷ／ｍ２（２ＫＷ／０．４９５ｍ２）、及び上記製膜速度２．５〜２．８ｎｍ／ｓ程度に対する供給電力密度３．２３ＫＷ／ｍ２（１．６ＫＷ／０．４９５ｍ２）は、それぞれ、従来技術での供給電力密度に比べて小さい数値になっている。
このことは、上述した共鳴現象の作用により、一対の電極への電力を供給する際の電力損失を抑制した電力供給が実現されていることを意味している。
本発明の第１の実施形態では、第１の電極サイズ１．６ｍｘ０．３ｍ（厚み、２０ｍｍ）、第２の電極サイズ１．６ｍｘ０．４ｍ（厚み１５０ｍｍ）であるので、基板サイズは上記１．５ｍｘ０．２５ｍｘ厚み４ｍｍ程度に制約されるが、第１の電極２の個数を増加し、第２の電極サイズを増大し、且つ、第１の電極２の個数と同じ台数の電力供給装置（図１図示の電力供給系）を設置すれば、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。
また、集積化タンデム型太陽電池の製造では、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、８４ＭＨｚの電源周波数を用いても、従来の技術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、薄膜シリコン太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法を図１０ないし図１３を参照して説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の全体を示す概略図、図１１は、平衡不平衡変換装置と２本の同軸ケーブルを組み合わせた平衡伝送回路を用いた電極への電力供給手段の詳細を示す説明図、図１２は、図１１図示の平衡伝送回路を用いた電極への電力供給手段での高周波電流の流れの概念を示す説明図、図１３は、２枚の平行平板からなる平衡伝送回路の一例を示す説明図である。
先ず、装置の構成について説明する。ただし、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及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。
最初に、装置の概念を説明する。本発明の第２の実施形態に係わる装置の構成は、全体的には第１の実施形態での図１図示の装置の場合と同じであるが、図１０及び図１１図示の装置構成において、第１の整合器３１ａと第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａの間、第２の整合器３１ｂと第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂの間に、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。
ここで、上記ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の出力を給電点に接続する平衡伝送線路としては、以下に説明する２本の同軸ケーブルを用いる方法の他に、例えば、２枚の平行平板を用いる平衡伝送線路でも良い。
また、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の代わりに、トランス方式の平衡不平衡変換装置を用いても良い。
なお、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、あるいは、トランス方式平衡不平衡変換装置及び平衡伝送回路をインピーダンス整合器と給電点の間に挿入すると、特許文献５に示されているように、即ち、図１５に示されるように、漏洩電流発生を抑制した形で一対の電極間のみに高周波電力を供給可能であり、無効な電力消費を抑制可能な有力な手段となる。
図１０及び図１１において、一対の電極２、４への高周波電力を給電する位置である給電点は、本発明の第１の実施形態に係わる装置の場合と同様に、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両端部とし、第１の電極２に、第１の給電点２０ａ及び第２の給電点２０ｂを配置する。そして、第２の電極４には、第３の給電点２１ａ及び第３の給電点２１ｂを配置する。
上記第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂの間隔は、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する。また、同様に、上記第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂの間隔は、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する。
ここでは、前述の本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の場合と同様に、上記第１と第２の給電点２０ａ、２０ｂの間隔、及び上記第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂの間隔を、それぞれ、１．６ｍに設定する。
なお、使用電力の周波数は、例えば８４ＭＨｚとし、波長短縮率λ／λ０を０．６（即ち、λ＝０．６ｘ３．５７ｍ＝２．１４２ｍ）と見込み、Ｎλ／４＝３ｘ２．１４２ｍ／４＝１．６ｍとしている。
ただし、λは使用電力のプラズマ生成時の波長、λ０は周波数８４ＭＨｚの電磁波の真空中での波長である。
図１０及び図１１において、第１の定在波を発生させる装置の構成は次の通りである。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の一方、即ち出力端子２６ａの出力信号は、第１の結合器２８ａ、第１の増幅器２９ａ、同軸ケーブル３０ａ、第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、該第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａの２つの出力端子にそれぞれ接続された第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂ、該第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂに第３の電流導入端子４２を介して、それぞれが接続された第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂ、そして、該第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの芯線４３ａ、４３ｂを介して、それぞれ第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給される。
なお、第８の同軸ケーブル４３ｂの芯線４４ｂは、図１１に示しているように、絶縁部材５１ａ、接続部材５２ａを用いて、第３の給電点に接続される。また、該第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの外部導体は第１の外部導体接続金具５３ａで短絡される。
ここで、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの出力端子２６ａの出力信号が第１の増幅器２９ａで増幅されて、第１の整合器３１ａ及び第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ等を介して第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給される電力を、本発明の第１の実施形態に係わる装置の場合と同様に、第１の電力と呼ぶ。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の他方、即ち出力端子２６ｂの出力信号は、第２の結合器２８ｂ、第２の増幅器２９ｂ、同軸ケーブル３０ｂ、第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂ、該第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂの２つの出力端子にそれぞれ接続された第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂ、該第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂに第４の電流導入端子４７を介して、それぞれが接続された第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂ、そして、該第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂの芯線４９ａ、４９ｂを介して、それぞれ第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給される。
なお、第１２の同軸ケーブル４８ｂの芯線４９ｂは、図１１に示しているように、絶縁部材５１ｂ、接続部材５２ｂを用いて、第４の給電点２１ｂに接続される。また、該第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂの外部導体は第２の外部導体接続金具５３ｂで短絡される。
ここで、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの出力端子２６ｂの出力信号が第２の増幅器２９ｂで増幅されて、第２の整合器３１ｂ及び第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂ等を介して第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給される電力を、本発明の第１の実施形態に係わる装置の場合と同様に、第２の電力と呼ぶ。
図１０及び図１１において、第２の定在波を発生させる装置の構成は次の通りである。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力の一方、即ち出力端子２７ａの出力信号は、第１の結合器２８ａ、第１の増幅器２９ａ、同軸ケーブル３０ａ、第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、該第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａの２つの出力端子にそれぞれ接続された第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂ、該第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂに第３の電流導入端子４２を介して、それぞれが接続された第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂ、そして、該第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの芯線４３ａ、４３ｂを介して、それぞれ第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給される。
なお、第８の同軸ケーブル４３ｂの芯線４４ｂは、図１１に示しているように、絶縁部材５１ａ、接続部材５２ａを用いて、第３の給電点に接続される。また、該第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの外部導体は第１の外部導体接続金具５３ａで短絡される。
ここで、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２６ａの出力端子２７ａの出力信号が第１の増幅器２９ａで増幅されて、第１の整合器３１ａ及び第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ等を介して第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給される電力を、本発明の第１の実施形態に係わる装置の場合と同様に、第３の電力と呼ぶ。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２６ａの２つの出力の他方、即ち出力端子２７ｂの出力信号は、第２の結合器２８ｂ、第２の増幅器２９ｂ、同軸ケーブル３０ｂ、第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂ、該第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂの２つの出力端子にそれぞれ接続された第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂ、該第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂに第４の電流導入端子４７を介して、それぞれが接続された第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂ、そして、該第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂの芯線４９ａ、４９ｂを介して、それぞれ第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給される。
なお、第１２の同軸ケーブル４８ｂの芯線４９ｂは、図１１に示しているように、絶縁部材５１ｂ、接続部材５２ｂを用いて、第４の給電点に接続される。また、該第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂの外部導体は第２の外部導体接続金具５３ｂで短絡される。
ここで、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの出力端子２７ｂの出力信号が第２の増幅器２９ｂで増幅されて、第２の整合器３１ｂ及び第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂ等を介して第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給される電力を、本発明の第１の実施形態に係わる装置の場合と同様に、第４の電力と呼ぶ。
ここで、上述した通り、上記ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の出力を給電点に接続する平衡伝送線路としては、２本の同軸ケーブルを用いる方法の他に、例えば、２枚の平行平板を用いる平衡伝送線路でも良い。
また、ＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置の代わりに、トランス方式の平衡不平衡変換装置を用いても良い。
なお、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、あるいは、トランス方式平衡不平衡変換装置及び平衡伝送回路をインピーダンス整合器と給電点の間に挿入すると、特許文献５に示されているように、即ち、図１５に示されるように、漏洩電流発生を抑制した形で一対の電極間のみに高周波電力を供給可能であり、無効な電力消費を抑制可能な有力な手段となる。
上記第１の給電点２０ａと第２の給電点２０ｂとの間隔、及び第３の給電点２１ａと第４の給電点２１ｂの間隔が、それぞれ、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されることによる作用について、説明する。
上記第１の電力が、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａを介して一対の電極２、４に供給されると、その電力波は、進行波として、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂ側へ伝播する。そして、その電力波が第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂが設置されている一対の電極の端部に到達すると、該端部はインピーダンスの不連続部分であることから、その端部で反射が起こる。その反射波は、第２の給電点２０ｂから第１の給電点２０ａを向いた方向へ伝播する。
もしも、上記第１の電力の進行波が該第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂが設置されている一対の電極の端部で反射しないとすれば、該進行波は第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂ及び第２の同軸ケーブル３２ｂを伝播して第２の整合器３１ｂに到達する。そして、該第２の整合器３１ｂで反射して戻ってくる。この場合、第２の給電点２０ｂと第２の整合器３１ｂの間で電力が消費されるという問題、即ち、一対の電極２、４間でのプラズマ生成以外での電力消費という問題が残る。
上記第１の給電点２０ａ側から供給された電力の進行波と第２の給電点２０ｂ側の一対の電極の端部で反射した反射波が重なり合うと干渉現象により、定在波を発生する。この場合、上記進行波の供給地点と反射波の発生地点の間の距離が、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されているので、発生する定在波の腹が上記進行波の供給地点に、節は反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。同様に、発生する定在波の節が上記進行波の供給地点及に、腹が反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。なお、この現象は、音響工学分野で起こる共鳴現象に似た現象である。
なお、上記の場合は、給電点の間隔が波長の二分の一の整数ｎ倍、即ち、ｎλ／２に設定される場合に比べて、定在波の生成が容易に行える。
上記第１の電力の進行波とその反射波の共鳴現象に似た現象により、該一対の電極間以外での消費が減少するという作用が生まれる。即ち、該一対の電極への電力供給線路における電力損失が最小限に抑制されるという作用がある。
同様に、上記第２の電力が、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂを介して一対の電極２、４に供給されると、その電力波は、進行波として、第２の給電点２０ｂ側から第１の給電点２０ａ側へ伝播する。そして、その電力波が第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａが設置されている一対の電極の端部に到達すると、該端部はインピーダンスの不連続部分であることから、該端部で反射が起こる。その反射波は、第１の給電点２０ａから第２の給電点２０ｂを向いた方向へ伝播する。
もしも、上記第２の電力の進行波が該第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａが設置されている一対の電極の端部で反射しないとすれば、該進行波は第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ及び第１の同軸ケーブル３２ａを伝播して第１の整合器３１ａに到達する。そして、該第１の整合器３１ａで反射して戻ってくる。この場合、第１の給電点２０ａと第１の整合器３１ａの間で電力が消費されるという問題、即ち、一対の電極２、４間でのプラズマ生成以外での電力消費という問題が残る。
上記進行波と第１の給電点２０ａ側の一対の電極の端部で反射した反射波が重なり合うと干渉現象により、定在波を発生する。この場合、上記進行波の供給地点と反射波の発生地点の間の距離が、波長短縮率を考慮した使用電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されているので、発生する定在波の腹が上記進行波の供給地点に、節が反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。同様に、発生する定在波の節が上記進行波の供給地点に、腹が反射波の発生地点に発生し易いという現象が現れる。なお、この現象は、音響工学分野で起こる共鳴現象に似た現象である。
なお、上記の場合は、給電点の間隔が波長の二分の一の整数ｎ倍、即ち、ｎλ／２に設定される場合に比べて、定在波の生成が容易に行える。
上記第２の電力の進行波とその反射波の共鳴現象に似た現象により、該一対の電極間以外での消費が減少するという作用が生まれる。即ち、該一対の電極への電力供給線路における電力損失が最小限に抑制されるという作用がある。
なお、第３及び第４の電力の供給においても、上記と同様に、第３及び第４の電力の進行波とその反射波の共鳴現象に似た現象により、それぞれ、該一対の電極への電力供給線路における電力損失が最小限に抑制されるという作用がある。
次に、上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて、集積化タンデム型薄膜太陽電池用ｉ型微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。
ｉ型微結晶シリコン膜の製膜に際し、原料ガス、圧力、投入すべき電力の密度及び基板温度については、公知の知見、例えば特許文献１及び非特許文献１に記載の条件を採用する。
しかしながら、上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置に係わる特有の諸条件は、以下に示す手順で、予め確認し、調整することが必要である。その後、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜を行う。
（ステップ１）目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜条件中、原料ガス、圧力、投入すべき電力の密度及び基板温度は、公知の知見を採用し、その条件における一対の電極２、４間を伝播する電力の波長λを測定する。その測定データを基に、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂの間の距離が電力の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定されていることを確認する。
（ステップ２）前記第１及び第２の電力を一対の電極２、４に供給して発生させる第１の定在波の腹の位置の調整に必要なデータの把握、即ち、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の位相差の設定値と第１の定在波の腹の位置との関係を把握する。
（ステップ３）前記第３及び第４の電力を一対の電極２、４に供給して発生させる第２の定在波の腹の位置の調整に必要なデータの把握、即ち、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力の位相差の設定値と第２の定在波の腹の位置との関係を把握する。
（ステップ４）第１の定在波と第２の定在波を発生させ、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜を行う。
（ステップ１）
図１０及び図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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板１１のサイズは、第１の電極のサイズに合わせて、長さ１．６ｍｘ幅０．３ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
次に、前記第１の電力と第２の電力の周波数を８４ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝２５０μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒、電力は、合計で５００〜１０００Ｗ、例えば、５００Ｗを供給する。なお、パルス幅Ｈｗが２５０μ秒、パルス周期Ｔ０が１ｍ秒であるので、デイーテイ比は２５０μ秒／１ｍ秒＝０．２５である。
即ち、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝２５０μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器２９ａの出力を２５０Ｗに設定して、その出力を第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、該第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａの２つの出力端子にそれぞれ接続された第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂ、該第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂに第３の電流導入端子４２を介して、それぞれが接続された第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂ、そして、該第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの芯線４３ａ、４３ｂを介して、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給するとともに、第２の電力増幅器２９ｂの出力を２５０Ｗに設定して、その出力を第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂの２つの出力端子にそれぞれ接続された第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂ、該第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂに第４の電流導入端子４７を介して、それぞれが接続された第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂ、そして、該第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂの芯線４９ａ、４９ｂを介して、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給する。
この場合、第１の整合器３１ａ及び第２の整合器３１ｂを調整することにより、それぞれの整合器３１ａ、３１ｂの上流側に上記供給電力の反射波が戻らないように、即ち、図４図示のＰｒが戻らないようにすることができる。一般的には、第１及び第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、４０ｂが下流側に配置された場合においても、反射波Ｐｒは進行波Ｐｆの１〜３％程度に抑えることができる。
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板１１にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布を評価する。
基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、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２５ａの２つの出力の位相差をパラメータに、例えば、５〜６回実施する。
そして、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂを結ぶ方向において、定在波の腹の間隔を測定する。即ち、基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚が最大である位置と、その隣にある膜厚が最大である位置間の距離を測定する。
なお、この間隔は、使用電力のプラズマ生成時の波長λの二分の一の値であることを意味する。
上記測定結果より、使用電力の波長短縮率及び上記第１及び第２の給電点の間の距離の設定値＝１．６ｍについて評価する。
上記測定結果において、上記定在波の腹の間隔が１０７０ｍｍと異なる場合、例えば、上記定在波の腹の間隔が１１８０ｍｍの場合、使用電力のプラズマ生成時の波長λ＝１１８０ｍｍｘ２＝２３６０ｍｍである。この場合、使用電力の波長短縮率λ／λ０は、
λ／λ０＝２３６０ｍｍ／３５７０ｍｍ＝０．６６
であることが判る。ただし、λは使用電力のプラズマ生成時の波長、λ０は周波数８４ＭＨｚの電磁波の真空中での波長である。
この場合は、上記第１及び第２の給電点の間の距離の設定値＝１．６ｍが、波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４の値に合致しないので、その設定値１．６ｍを、例えば１７６７ｍｍに変更することが必要である。
あるいは、使用電力の波長短縮率λ／λ０が０．６６であることが確認できたので、このデータを活用して、周波数８４ＭＨｚを９２ＭＨｚに変更することでも良い。
即ち、周波数９２ＭＨｚの電磁波の真空中での波長は３．２６ｍであること、及び使用電力の波長短縮率λ／λ０が０．６６であることを考慮すると、上記プラズマ生成時での周波数９２ＭＨｚの波長λは、λ＝０．６６ｘ３．２６ｍ＝２．１５１ｍである。即ち、Ｎλ／４＝３ｘ２．１５１ｍ／４＝１．６１ｍ＝１．６ｍである。
ステップ１においては、上述の通り、ｉ型微結晶シリコン膜の製膜条件における使用電力の波長を測定し、そのデータを基に、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離が、使用電力のプラズマ生成時の波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４であることを確認する。また、測定された使用電力の波長短縮率を確認する。
第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離が、使用電力のプラズマ生成時の波長λの
四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４の値になっていない場合は、その条件を満たすように、上記第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離を再設定する。または、上記条件を満たすように、プラズマ生成電力の周波数を変更する。
ここでは、第１及び第２の給電点の間の距離の設定値＝１．６ｍが波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４の値に合致しなかったとして、上記条件を満たす為に、周波数の変更を行う。即ち、８４ＭＨｚを９２ＭＨｚに変更する。
上記製膜条件においては、波長短縮率λ／λ０＝０．６６であることが把握できたので、周波数を９２ＭＨｚ（電磁波の真空中での波長は３．２６ｍ）として、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離の設定値＝１．６ｍが、３ｘλ／４＝３ｘ２１５１ｍｍ／４＝１．６ｍ＝波長短縮率を考慮した波長λの二分の一の整数倍の値にほぼ合致する。なお、上記プラズマ生成時での周波数９２ＭＨｚの波長λは、λ＝０．６６ｘ３．２６ｍ＝２１５１ｍｍである。
第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂ間の距離の設定値＝１．６ｍも、上記と同様である。
（ステップ２）
図１０及び図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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
基板１１のサイズは、長さ１．５ｍｘ幅０．２５ｍ（厚み４ｍｍ）とする。なお、第１の電極のサイズより小さくするのは、電極の端部では、エッジ効果によりプラズマの強さに再現性がない場合がるという経験的な知見に基づくものである。
次に、前記第１の電力と第２の電力の周波数を９２ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝２５０μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒、電力は、合計で５００〜１０００Ｗ、例えば、５００Ｗを供給する。なお、パルス幅Ｈｗが２５０μ秒、パルス周期Ｔ０が１ｍ秒であるので、デイーテイ比は２５０μ秒／１ｍ秒＝０．２５である。
即ち、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａの２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝２５０μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器２９ａの出力を２５０Ｗに設定して、その出力を第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、該第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａの２つの出力端子にそれぞれ接続された第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂ、該第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂに第３の電流導入端子４２を介して、それぞれが接続された第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂ、そして、該第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの芯線４３ａ、４３ｂを介して、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給するとともに、第２の電力増幅器２９ｂの出力を２５０Ｗに設定して、その出力を第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂの２つの出力端子にそれぞれ接続された第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂ、該第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂに第４の電流導入端子４７を介して、それぞれが接続された第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂ、そして、該第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂの芯線４９ａ、４９ｂを介して、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給する。
この場合、第１の整合器３１ａ及び第２の整合器３１ｂを調整することにより、それぞれの整合器３１ａ、３１ｂの上流側に上記供給電力の反射波が戻らないように、即ち、図４図示のＰｒが戻らないようにすることができる。一般的には、第１及び第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、４０ｂが下流側に配置された場合においても、反射波Ｐｒは進行波Ｐｆの１〜３％程度に抑えることができる。
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板１１にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、以下に説明するように、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。
上記第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａからパルス状に供給される第１の電力の電圧波と、上記第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂからパルス状に供給される第２の電力の電圧波は、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。
ここで、第１及び第２の電極間に供給される第１及び第２の電力の電圧波について、説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係わる装置に関する第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａ及び一対の電極２、４の概念を示す説明図である。図１２において、第７の同軸ケーブル４３ａの芯線４４ａとその外部導体間の電圧波Ｙａを、
Ｙａ（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
と表すと、
第８の同軸ケーブル４３ｂの芯線４４ｂとその外部導体間の電圧波Ｙｂは、平衡不平衡変換装置４０ａにより位相が１８０度遅れた関係に変換されているので、
Ｙｂ（ｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ―１８０°）
と表される。したがって、例えば、
第２の電極４を基準に、第１及び第２の電極間の電圧波の時間的変化を見れば、次のようになる。
Ｙ（ｔ）＝Ｙａ（ｔ）―Ｙｂ（ｔ）
＝２ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
即ち、第１及び第２の電極間には、第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの芯線とその外部導体間の電圧波Ｙａ及びＹｂの電圧の振幅値に比べてその２倍の振幅となる。
以下においては、第２の電極４を基準にした第１及び第２の電極間の電圧波の時間的変化、即ち、
Ｙ（ｔ）＝Ｙａ（ｔ）―Ｙｂ（ｔ）
＝２ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
の関係を考慮して説明する。
図１１において、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂの方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＹ１１（ｘ、ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２１ａ側から第１の給電点２０ａの方向へ伝播する電圧波をＹ１２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｙ１１（ｘ、ｔ）＝２Ｖ１・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｙ１２（ｘ、ｔ）＝２Ｖ１・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δδ｝
ただし、２Ｖ１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、Δδは第１の電力の電圧波と第２の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Ｙ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｙ１（ｘ、ｔ）＝Ｙ１１（ｘ、ｔ）＋Ｙ１２（ｘ、ｔ）
＝４・Ｖ１ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δδ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δδ／２）
上記合成波Ｙ１（ｘ、ｔ）は、次に示すような性質を有する。即ち、Δδ＝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。Δδ＞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、Δδ＜０の場合、他方の給電点側へ移動する。
なお、ここでは、Ｙ１１（ｘ、ｔ）とＹ１２（ｘ、ｔ）の２つの電圧波の合成波を第１の定在波Ｙ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波Ｙ１（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）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δδ／２｝
と表される。このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に実線（第１の定在波の強さの分布）で示す。
さて、上記の条件で製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布を評価する。
基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、前記のように、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１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａ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及び第２の給電点２０ａ、２０ｂを結ぶ方向において、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、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ａ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、図８（ａ）の点線の位置が基板１１の中央点である場合に、その中央点とそれより左側にある定在波の腹の位置との距離がλ／８であるという条件を満たすための位相差は、例えばΔδ１であることが把握される。なお、λ／８＝２６９ｍｍである。
上記正弦的な膜厚分布を製膜する際、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離と、第１及び第２の給電点２１ａ、２１ｂ間の距離が、それぞれ、波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４の値に合致していること、及びその位置は一対の電極の端部であることから、一対の電極の両端部を腹、あるいは節とする定在波が発生し易いというあたかも共鳴現象が現れる。
この共鳴現象には、上述した通り、安定したプラズマ生成が容易であることに加えて、供給電力がプラズマ生成に効果的に消費されるという作用を有することを意味している。
なお、上記の場合は、給電点の間隔が波長の二分の一の整数ｎ倍、即ち、ｎλ／２に設定される場合に比べて、定在波の生成が容易に行える。
（ステップ３）
図１０及び図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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
基板１１のサイズは、長さ１．５ｍｘ幅０．２５ｍ（厚み４ｍｍ）とする。なお、第１の電極のサイズより小さくするのは、電極の端部では、エッジ効果によりプラズマの強さに再現性がない場合がるという経験的な知見に基づくものである。
次に、前記第３の電力と第４の電力の周波数を、９２ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝２５０μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒、電力は、合計で５００〜１０００Ｗ、例えば、５００Ｗを供給する。
即ち、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝２５０μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器２９ａの出力を２５０Ｗに設定して、その出力を第１の整合器３１ａ、第１の同軸ケーブル３２ａ、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、該第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａの２つの出力端子にそれぞれ接続された第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂ、該第５及び第６の同軸ケーブル４１ａ、４１ｂに第３の電流導入端子４２を介して、それぞれが接続された第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂ、そして、該第７及び第８の同軸ケーブル４３ａ、４３ｂの芯線４３ａ、４３ｂを介して、第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに供給するとともに、第２の電力増幅器２９ｂの出力を２５０Ｗに設定して、その出力を第２の整合器３１ｂ、第２の同軸ケーブル３２ｂ、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂの２つの出力端子にそれぞれ接続された第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂ、該第９及び第１０の同軸ケーブル４６ａ、４６ｂに第４の電流導入端子４７を介して、それぞれが接続された第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂ、そして、該第１１及び第１２の同軸ケーブル４８ａ、４８ｂの芯線４９ａ、４９ｂを介して、第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂ間に供給する。
この場合、第１の整合器３１ａ及び第２の整合器３１ｂを調整することにより、それぞれの整合器３１ａ、３１ｂの上流側に上記供給電力の反射波が戻らないように、即ち、図４図示のＰｒが戻らないようにすることができる。一般的には、第１及び第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａ、４０ｂが下流側に配置された場合においても、反射波Ｐｒは進行波Ｐｆの１〜３％程度に抑えることができる。
上記の条件で、４〜６分程度の時間、プラズマを生成すると、基板１１にｉ型微結晶シリコン膜が堆積する。基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、以下に説明するように、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。
上記第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａからパルス状に供給される第３の電力の電圧波と、上記第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂからパルス状に供給される第４の電力の電圧波は、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。
図１０において、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂの方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＹ１１（ｘ、ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２１ａ側から第１の給電点２０ａの方向へ伝播する電圧波をＹ１２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｙ２１（ｘ、ｔ）＝２Ｖ１・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｙ２２（ｘ、ｔ）＝２Ｖ１・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δδ｝
ただし、２Ｖ１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、Δδは第３の電力の電圧波と第４の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Ｙ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｙ２（ｘ、ｔ）＝Ｙ２１（ｘ、ｔ）＋Ｙ２２（ｘ、ｔ）
＝４・Ｖ１ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δδ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δδ／２）
上記合成波Ｙ２（ｘ、ｔ）は、次に示すような性質を有する。即ち、Δδ＝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。Δδ＞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、Δδ＜０の場合、他方の給電点側へ移動する。
なお、ここでは、Ｙ２１（ｘ、ｔ）とＹ２２（ｘ、ｔ）の２つの電圧波の合成波を第２の定在波Ｙ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波Ｙ２（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）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δδ／２｝
と表される。このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に点線（第２の定在波の強さの分布）で示す。
さて、上記の条件で製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該ｉ型微結晶シリコン膜の膜厚み分布を評価する。
基板１１に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、前記のように、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２５ｂ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及び第２の給電点２０ａ、２０ｂを結ぶ方向において、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、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂ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、図８（ｂ）の点線の位置が基板１１の中央点である場合に、中央点とそれより右側にある定在波の腹の位置との距離がλ／８であるという条件を満たすための位相差は、例えばΔδ２であることが把握される。なお、λ／８＝２６９ｍｍである。
上記正弦的な膜厚分布を製膜する際、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離と、第１及び第２の給電点２１ａ、２１ｂ間の距離が、それぞれ、波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４の値に合致していること、及び両給電点の位置が一対の電極の端部であることから、一対の電極の両端部の一方を腹、あるいは節とする定在波が発生し易いという共鳴現象が現れる。
この共鳴現象には、上述した通り、安定したプラズマ生成が容易であることに加えて、供給電力がプラズマ生成に効果的に消費されるという作用を有することを意味している。
なお、上記の場合は、給電点の間隔が波長の二分の一の整数ｎ倍、即ち、ｎλ／２に設定される場合に比べて、定在波の生成が容易に行える。
（ステップ４）
前記ステップ１〜３の結果を受けて、目的とするｉ型微結晶シリコン膜の製膜のステップに入る。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、原料ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、０．８〜１．０ ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）、例えば０．８ ＳＬＭ、水素を５．０ ＳＬＭで供給しつつ、圧力を５．０ Ｔｏｒｒ（６６５Ｐａ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
基板１１のサイズは、長さ１．５ｍｘ幅０．２５ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
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２５ａの２つの出力、即ち、周波数９２ＭＨｚの正弦波の位相差をステップ２で得られたデータで把握したΔδ１に設定し、そのパルス変調を図５及び図６に示す第１の電力Ｙ１１（ｔ）及び第２の電力Ｙ１２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を、例えばＨｗ＝２５０μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の電力を、それぞれ２５０Ｗとして、第１の電力Ｙ１１（ｔ）を第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに、第２の電力Ｙ１２（ｔ）を第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給する。
そして、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２５ｂの２つの出力、即ち周波数９２ＭＨｚの正弦波の位相差を手順３で得られたデータで把握したΔδ２に設定し、かつ、そのパルス変調を図５及び図６に示す第３の電力Ｙ２１（ｔ）及び第４の電力Ｙ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝２５０μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｙ１１（ｔ）及びＹ１２（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３及び第４の電力を、それぞれ２５０Ｗとして、第３の電力Ｙ２１（ｔ）を第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに、第４の電力Ｙ２２（ｔ）を第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに供給する。
ここで、上記Ｈｗ、Ｔ０及びパルス変調のパルス立ち上がり時間を上記の数値から変更して製膜しいくつかの製膜データを比較することができる。
一対の電極２、４間に４つの電力が供給されると、前述のように、Ｙ１１（ｘ、ｔ）とＹ１２（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｙ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｙ２１（ｘ、ｔ）とＹ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｙ２（ｘ、ｔ）を形成する。
ただし、Ｙ１１（ｘ、ｔ）は、Ｙ２１（ｘ、ｔ）及びＹ２２（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、Ｙ１２（ｘ、ｔ）は、Ｙ２１（ｘ、ｔ）及びＹ２２（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Ｙ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｙ２（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７に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、第１の給電点２０ａ側から第２の給電点２０ｂの方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｙ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、比例定数をＢとすると、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝Ｂｃｏｓ２｛２πｘ／λ｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝Ｂｓｉｎ２｛２πｘ／λ｝
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）
＝Ｂｃｏｓ２｛２πｘ／λ｝＋Ｂｓｉｎ２｛２πｘ／λ｝
＝Ｂ
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。また、周波数に依存しないで、一様になることを示している。
このことは、上記プラズマの生成方法は、定在波の影響を受けない方法、即ち定在波フリーのプラズマ生成方法であるということができる。
ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｈ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ｉ型微結晶シリコン膜が堆積するが、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。
また、第１及び第２の給電点２０ａ、２０ｂ間の距離と、第３及び第４の給電点２１ａ、２１ｂ間の距離が、それぞれ、波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４の値に合致していること、及び両給電点の位置が一対の電極の端部であることから、一対の電極の両端部の一方を腹、あるいは節とする定在波が発生し易いという特徴がある。
即ち、このことは、安定したプラズマ生成が容易であることに加えて、供給電力がプラズマ生成に効果的に消費されるということを意味している。
なお、上記の場合は、給電点の間隔が波長の二分の一の整数ｎ倍、即ち、ｎλ／２に設定される場合に比べて、定在波の生成が容易に行える。
したがって、上記のことはＶＨＦプラズマＣＶＤ装置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。
上記ステップ４において製膜されるｉ型微結晶シリコン膜の製膜速度は、供給電力密度２．０２ＫＷ／ｍ２（１ＫＷ／０．４９５ｍ２）において、２．５〜３．０ｎｍ／ｓ程度が得られる。
また、供給電力密度３．２３ＫＷ／ｍ２（１．６ＫＷ／０．４９５ｍ２）においては、３〜３．５ｎｍ／ｓ程度が得られる。
上記製膜速度２．５〜３．０ｎｍ／ｓに対する供給電力密度２．０２ＫＷ／ｍ２（１ＫＷ／０．４９５ｍ２）、及び上記製膜速度３〜３．５ｎｍ／ｓ程度に対する供給電力密度３．２３ＫＷ／ｍ２（１．６ＫＷ／０．４９５ｍ２）は、それぞれ、従来技術での供給電力密度に比べて小さい数値になっている。
このことは、上述した共鳴現象の作用により、一対の電極への電力を供給する際の電力損失を抑制した電力供給が実現されていることを意味している。
本発明の第２の実施形態では、第１の電極サイズ１．６ｍｘ０．３ｍ（厚み、２０ｍｍ）、第２の電極サイズ１．６５ｍｘ０．４ｍ（厚み１５０ｍｍ）であるので、基板サイズは上記１．５ｍｘ０．２５ｍｘ厚み４ｍｍ程度に制約されるが、第１の電極２の個数を増加し、第２の電極サイズを増大し、且つ、第１の電極２の個数と同じ台数の電力供給装置（図９図示の電力供給系）を設置すれば、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。
また、集積化タンデム型太陽電池の製造では、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、９２ＭＨｚの電源周波数を用いても、従来の技術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。
しかも、供給された電力が一対の電極間以外に漏れないで、該一対の電極間でのプラズマ生成に消費されるので、電力損失が従来技術に比べて著しく小さい。
このことは、薄膜シリコン太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法を図１０及び図１３を参照して説明する。
本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法では、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法において用いられた図１１図示の２本の同軸ケーブルからなる平衡伝送線路を用いた電極への給電手段に代えて、図１３に示される２枚の平行平板を用いる平衡伝送線路を用いる。
図１３において、符番４００は、２枚の平行平板を用いた平衡伝送線路である。該平衡伝送線路は、管状導体６０と、フランジ６５と、第１の長方形板状導体６１と、第２の長方形板状導体６２と、第１の誘電体６３と、第２の誘電体６４とで構成される。第１及び第２の誘電体６３、６３としては、酸化ケイ素ＳｉＯ２（比誘電率＝約４）、窒化ケイ素ＳｉＮ４（比誘電率＝約７）及びアルミナＡｌ２３（比誘電率＝約８．５〜１１）などのセラミックスから選ぶ。ここでは、例えば、比誘電率１０のアルミナとする。
なお、管状導体６０の一方の端部には、真空容器１との接合に用いられるフランジ６５が固着されている。また、第１及び第２の長方形板状導体６１、６２の一方の端部には、第１及び第２の電極２、４との接続に用いられる接続端子６１ａ、６２ａが固着されている。
平衡不平衡変換装置の２つの出力と該平衡伝送線路４００との接続には、第１及び第２の長方形板状導体６１、６２の端部が用いられる。
本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法では、図１０に示される装置構成において、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａと第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａの間に平衡伝送線路４００を設置し、かつ、該平衡伝送線路４００を用いて、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ａの２つの出力を、それぞれ第１及び第３の給電点２０ａ、２１ａに接続する。
また、図１０に示される装置構成において、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂと第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂの間に平衡伝送線路４００を設置し、かつ、該平衡伝送線路４００を用いて、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０ｂの２つの出力を、それぞれ第２及び第４の給電点２０ｂ、２１ｂに接続する。
そして、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法において説明したステップ１、ステップ２、ステップ３及びステップ４と同じ要領で、プラズマの生成及び製膜を行う。
その詳細の説明は省略するが、得られる結果は、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法の場合と同様である。
図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の全体を示す概略図。 図２は図１図示のプラズマＣＶＤ装置内部の一対の電極への電力供給部の構造を示す説明図。 図３は図１図示のプラズマＣＶＤ装置内部の一対の電極へ給電された電力の伝播の概念図。 図４は図１図示のプラズマＣＶＤ装置を用いたｉ型微結晶シリコン膜の製膜で行う電力供給の際の電力伝送の調整方法の例を示す説明図。 図５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６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７は図１図示のプラズマＣＶＤ装置における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。 図８は図１図示のプラズマＣＶＤ装置を用いた製膜条件の調整の際に得られるｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布の第１の典型例の説明図。 図９は図１図示のプラズマＣＶＤ装置を用いた製膜条件の調整の際に得られるｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布の第２の典型例の説明図。 図１０は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の全体を示す概略図。 図１１は平衡不平衡変換装置と２本の同軸ケーブルを組み合わせた平衡伝送回路を用いた電極への電力供給手段の詳細を示す説明図。 図１２は、図１１図示の平衡伝送回路を用いた電極への電力供給手段での高周波電流の流れの概念を示す説明図。 図１３は２枚の平行平板からなる平衡伝送回路の一例を示す説明図。 図１４は同軸ケーブルの芯線と外部導体を用いて一対の電極へ電力を供給する際に発生する漏洩電流を示す説明図。 図１５は平衡不平衡変換装置と２本の同軸ケーブルより構成される平衡伝送路を用いた電力の平衡伝送装置の概念図。
符号の説明
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．．．原料ガス供給管、
９ａ、９ｂ．．．排気管、
１０．．．図示しない真空ポンプ、
１１．．．基板、
１２．．．基板リフター、
１３．．．図示しないゲートバルブ、
１４．．．ベローズ、
１５ａ、１５ｂ．．．第１及び第２の接続導体、
１６ａ、１６ｂ．．．第３及び第４の接続導体、
１７．．．ガスシャワー孔、
２０ａ、２０ｂ．．．第１及び第２の給電点、
２１ａ、２１ｂ．．．第３及び第４の給電点、
２２ａ、２２ｂ．．．第１及び第２の絶縁キャップ、
２４．．．同期信号伝送ケーブル、
２５ａ、２５ｂ．．．第１及び第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器、
２６ａ、２６ｂ．．．第１のパルス変調方式位相可変２出力発信器の第１及び第２の出力端子、
２７ａ、２７ｂ．．．第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器の第１及び第２の出力端子、
２８ａ、２８ｂ．．．第１及び第２の結合器、
２９ａ、２９ｂ．．．第１及び第２の電力増幅器、
３０ａ、３０ｂ．．．第１及び第２の同軸ケーブル、
３１ａ、３１ｂ．．．第１及び第２の整合器、
３２ａ、３２ｂ．．．第１及び第２の同軸ケーブル、
３３ａ、３３ｂ．．．第１及び第２の電流導入端子、
３４ａ、３４ｂ．．．第３及び第４の同軸ケーブル、
３５ａ、３５ｂ．．．芯線、
４０ａ、４０ｂ．．．第１及び第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡返還装置、
４１ａ、４１ｂ．．．第５及び第６の同軸ケーブル、
４２．．．第３の電流導入端子、
４３ａ、４３ｂ．．．第７及び第８の同軸ケーブル、
４３ａ、４３ｂ．．．芯線、
４６ａ、４６ｂ．．．第９及び第１０の同軸ケーブル、
４７．．．第４の電流導入端子、
４８ａ、４８ｂ．．．第１１及び第１２の同軸ケーブル、
４９ａ、４９ｂ．．．芯線、
５３ａ、５３ｂ．．．第１及び第２の外部導体接続金具。

Claims (12)

  1. プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極の一方の端部に配置された第１の給電点と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、互いに独立の関係にある第１の定在波と第２の定在波が発生されるとともに、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置の間隔が該使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一に設定される高周波電力供給手段を有することを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ装置。
  2. プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極の一方の端部に配置された第１の給電点と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波と、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段を有することを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ装置。
  3. プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極の一方の端部に配置された第１の給電点と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、腹の位置が該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点にある第１の定在波と、節の位置が該中間地点にある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段を有することを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ装置。
  4. プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極の端部に配置された第１の給電点と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、互いに独立の関係にある第１の定在波と第２の定在波が発生されると共に、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置の間隔が該使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一に設定される高周波電力供給手段を有し、且つ、非平衡電力伝送路を平衡電力伝送路に変換する平衡非平衡変換装置を有することを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ装置。
  5. プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極の端部に配置された第１の給電点と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波と、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段を有し、且つ、非平衡電力伝送路を平衡電力伝送路に変換する平衡非平衡変換装置を有することを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ装置。
  6. プラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ装置において、電極の端部に配置された第１の給電点と該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点との間隔が、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定され、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点にある第１の定在波と、節の位置が該中間地点にある第２の定在波を時間的に交互に発生させる高周波電力供給手段を有し、且つ、非平衡電力伝送路を平衡電力伝送路に変換する平衡非平衡変換装置を有することを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ装置。
  7. 電源周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）である高周波プラズマＣＶＤ装置を用いた薄膜シリコン系太陽電池用の半導体薄膜製造法において、前記高周波プラズマＣＶＤ装置として請求項１ないし６のいずれか１項に記載の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、薄膜シリコン系太陽電池用の半導体薄膜を製造することにより一様な半導体薄膜が製造可能となることを特徴とするプラズマＣＶＤによる半導体薄膜製造法。
  8. 電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極の一方の端部に第１の給電点を配置し、該非接地電極の他方の端部で、且つ、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に第２の給電点を配置させると共に、該第１及び第２の給電点を結ぶ方向の該電極の長さを使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定し、且つ、互いに独立の関係にある第１の定在波と第２の定在波を発生させ、該第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置の間隔を使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一に設定させることにより一様なプラズマが生成可能となることを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ法。
  9. 電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極の一方の端部に第１の給電点を配置し、該非接地電極の他方の端部で、且つ、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に第２の給電点を配置させると共に、該第１及び第２の給電点を結ぶ方向の該電極の長さを使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定し、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波と、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波を時間的に交互に発生させることにより一様なプラズマが生成可能となることを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ法。
  10. 電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極の一方の端部に第１の給電点を配置し、該非接地電極の他方の端部で、且つ、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置に第２の給電点を配置させると共に、該第１及び第２の給電点を結ぶ方向の該電極の長さを使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定し、且つ、腹の位置が該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点にある第１の定在波と、腹の位置が該中間地点にある第２の定在波を時間的に交互に発生させることにより一様なプラズマが生成可能となることを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ法。
  11. 電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極の一方の端部に配置された第１の給電点と、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点との間隔を、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する第１のステップと、腹の位置が該第１及び第２の給電点のいずれか一方にあって節の位置が他方にある第１の定在波の発生条件を把握する第２のステップと、該第１の定在波の場合と位置関係が逆になる位置に腹と節がある第２の定在波の発生条件を把握する第３のステップと、該第２及び第３のステップでそれぞれに把握された該第１及び第２の定在波を互いに異なる時間帯で交互に発生させることにより、上記基板に目的とする薄膜を形成する第４のステップから成ることを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ法。
  12. 電源の周波数がＶＨＦ領域（３０〜３００ＭＨｚ）であるプラズマを利用して真空容器に配置される基板の表面に薄膜を形成する高周波プラズマＣＶＤ法において、非接地電極の一方の端部に配置された第１の給電点と、該第１の給電点と電力波の伝播上での対向点となる関係にある他方の端部に配置された第２の給電点との間隔を、使用電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の一の奇数Ｎ倍、即ち、Ｎλ／４に設定する第１のステップと、該第１及び第２の給電点を結ぶ線分の中間地点に腹がある第１の定在波の発生条件を把握する第２のステップと、該中間地点に節がある第２の定在波の発生条件を把握する第３のステップと、該第２及び第３のステップでそれぞれに把握された該第１及び第２の定在波を互いに異なる時間帯で交互に発生させることにより、上記基板に目的とする薄膜を形成する第４のステップから成ることを特徴とする高周波プラズマＣＶＤ法。
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