【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置および表面処理方法に関する。本発明は、特に、周波数30MHzないし300MHzの高周波電力により生じさせた放電用ガスのグロー放電によって、プラズマを生成する反応性プラズマによる表面処理装置および表面処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
反応性プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、LSI(大規模集積回路)、LCD(液晶デイスプレー)、アモルファスSi系太陽電池、薄膜多結晶Si系太陽電池、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の分野において既に実用化されている。また、ダイヤモンド薄膜および立方晶ボロンナイトライド(C−BN)等の超硬質膜製造分野においても実用化が進みつつある。
【0003】
上記技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質およびコーテイング等多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に関する装置および方法には、大別すると2つの代表的技術がある。
【0004】
第1の代表的技術は、例えば、特許文献1および非特許文献1に記載されているもので、プラズマ発生に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2および特許文献3に記載されているもので、プラズマ発生にラダー電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。以下に、従来技術を代表して、2つの事例を説明する。
【0005】
(従来例1)
先ず、従来の第1の代表例として特許文献1記載の装置および方法について図11および図12を参照して説明する。図11は従来の第1の代表的技術に係わるプラズマ表面処理装置の構成図、図12は従来の第1の代表的技術に係わる電極への給電点を示す説明図である。図11に示すように、従来の第1の代表例は、真空容器101と、基板113が設置される接地電極104と、接地電極104に対面配置される非接地電極102と、これら電極間に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを具備している。
【0006】
該接地電極104は基板ヒータ103を内臓し、基板113の温度を所定の値に設定する。該非接地電極104は、具体的には矩形状の板材(面積500mmx500mm程度ないし1,000mmx1,000mm程度)で、材質はステンレス鋼である。
【0007】
他方、該非接地電極102は、絶縁物106を介して真空容器101の上部に取り付けられている。非接地電極102の内部は空洞で、プラズマが生成される空間192に接する面102aには、直径0.5mm程度の多数のガス噴出し孔102bが孔間隔10ないし15mmで配置されている。
【0008】
前記非接地電極102の上面には、放電用ガスの開口部102cが配置されている。この開口部102cには、接続部材194(材料はセラミックス)を介して放電用ガス導入管109が接続され、図示しない材料ガス供給源よりバルブ193を介して例えばシランガス(SiH4)が供給される。前記真空容器101内のガスは排気管111を通して真空ポンプ112より排出される。基板113は、ゲートバルブ195を開にして接地電極104上に設置され、基板ヒータ103および基板ヒータ電源191により所定の温度に加熱される。
【0009】
該非接地電極102の電力供給点114a、114bには、所定の高周波電力を発生させる高周波電源115の出力が、該出力を複数個に分配する電力分配器190と、第1および第2の整合117a、117bと、第1、第2、第3および第4の同軸ケーブル116a、116b、116c、116dを介して供給される。電力供給点114bには、図12に示すように、同軸ケーブル116dの芯線123を接続し、かつ、その近傍を絶縁環121で絶縁する。そして、該同軸ケーブル116dの外皮導体の端部を接地導体196を用いて真空容器101に接続する。なお、図12の符番102,106は、それぞれ、非接地電極および絶縁物である。
【0010】
プラズマを発生させる場合は高周波電源15の出力を所定の値に設定し、図示しない高周波電源に付属した進行波・反射波の検出器(モニター)を見ながら、第1および第2の整合器117a、117bを順次調整し、反射波がほぼ1〜10%程度の状態を設定する。その結果、高周波電源の出力は、整合器117a,117bから下流側へそのほぼ90〜99%程度が供給される。
【0011】
次に、図11、図12の装置を用いて例えばアモルファスSi(a−Si)膜を製膜する場合について説明する。ゲートバルブ195を開にし、基板113を接地電極104に設置し、ゲートバルブ195を閉に戻す。真空ポンプ112を駆動して真空容器101内の圧力を1E−7Torr(1.33E−5Pa)程度まで排気する。基板113の温度を基板ヒータ103および基板ヒータ電源191を用いて所定の温度に設定する。放電用ガス導入管109を通して、例えばシランガスを所定量供給し、真空容器101内を0.05ないし0.5Torr(6.65ないし66.5Pa)に保ち、前記電力供給系を用いて一対の電極102,104間に電力を供給する。これにより、非接地電極102と接地電極104の間にグロー放電プラズマが生成される。シランガスがプラズマ化されると、その中に存在するSiH3、SiH2、SiH等のラデイカルが拡散現象により拡散し、基板113の表面に吸着・堆積する。その結果、アモルファスSi膜が形成される。
【0012】
なお、製膜条件として放電用ガスの混合比、例えば、SiH4とH2の流量比、圧力、基板温度およびプラズマ発生電力を適正化することで、a−Siのみならず、微結晶Siおよび多結晶Si膜を製造できることは公知である。
【0013】
また、放電用ガスとして、エッチング作用のあるガス、例えばSF6、SiCl4、CF4およびNF3等エッチングガスを用いれば、基板表面のエッチング処理が行なえることは公知である。
【0014】
(従来例2)
次に、従来の第2の代表例として、特許文献2および特許文献3に記載の従来技術を、図13ないし図17を参照して説明する。図13は従来の第2の技術に係わる表面処理装置の概念図、図14は図13図示の装置に係わる一対の電極への給電に用いる給電系のブロック構成図、図15は図13図示の装置に係わる電極への給電点を示す説明図、図16は電圧波の説明図、図17は電圧の合成波の説明図である。図13および図14に示すように、従来の第2の代表的技術のプラズマ表面処理装置は、真空容器201と、基板213が設置される接地電極204と、接地電極204に対面配置されるラダー型構造の非接地電極202(ラダー電極と呼ぶ)と、これら電極間に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを備えている。
【0015】
真空容器201には該真空容器201内の反応ガス等のガスを排気する排気管211を介して真空ポンプ212が接続されている。そして、アースシールド208が配置されている。該アースシールド208は前記排気管211と組み合わせて使用されることにより、反応ガス導入管209a、209bより導入される反応ガスおよびその他生成物を排気管211を介して排出する。真空ポンプ212を稼動すると、圧力1E−6Torr(1.33E−4Pa)程度に真空排気される。反応ガス導入管209a、209bより反応ガスとして例えばシランガスが供給されると、図示しない多数のガス噴出孔からラダー電極202と接地電極204の間にシランガスが一様に流れ出すようになっている。
【0016】
基板213は接地電極204に保持され、図示しない内臓ヒータ203により所定の温度に加熱される。基板には、サイズ460mmx460mm、厚さ1mm程度のガラスが用いられる。ラダー電極202は、サイズ例えば外寸法520mmx520mm程度で、直径6mm程度の丸棒部材を等ピッチ間隔に梯子状に組み立て製作されている。該電極202への給電には図14および図15に示すように、4つの給電点214aないし214dで、同軸ケーブル216a,216b,216c、216dと接続される。
【0017】
給電系は、図13および図14に示すように、高周波発信器232、信号分配器233、フエーズシフター(位相シフター)234、一対の電力増幅器236a,236b、一対の整合器217a、217b、一対の電力分配器240a、240bおよびコンピユータ235などより構成される。信号分配器233の2つの出力の一方の電圧の位相は、コンピユータ235で駆動制御されるフエーズシフター234により、±180度の範囲で時間的に変化する。該位相変化のある信号は第2の電力増幅器234bで電力増幅され、第2の整合器217bおよび第2の電力分配器236bを介して、給電点214c、214dに供給される。他方の出力は、第1の電力増幅器236a、第1の整合器217aおよび第1の電力分配器240aを介して、給電点214a、214bに供給される。
【0018】
具体的には、ラダー電極202の給電点例えば214aには、図15に示すように、前記アースシールド208を貫通して設置されている同軸ケーブルの芯線(内部導体)223が接続されている。該芯線223の周りは放電防止用絶縁環237で囲まれている。なお、該同軸ケーブルの外部導体はアースシールド208に取り付けリング239で接続され、その端部はカップリング241で整形されている。
【0019】
プラズマを発生させる場合は、電力増幅器236a,236bに付属した図示しない進行波・反射波の検出器(モニター)を見ながら、第1および第2の整合器217a,217bを順次調整し、反射波がほぼ1〜10%程度の状態を設定する。その結果、電力増幅器236a,236bの出力は、それぞれ整合器217a,217bから下流側へそのほぼ90〜99%程度が供給される。
【0020】
次に、図13および図14に図示の装置を用いて例えば微結晶Si膜を製造する場合について説明する。図示しないゲートバルブより、基板213例えばサイズ460mmx460mmのガラスを接地電極204の上に設置して、ゲートバルブを閉める。続いて、前記従来例1と同様に、真空ポンプ212を駆動させ、所定の真空度まで真空引きする。基板213の温度を200℃に設定し、シランガスを500sccm、水素ガスを3、500sccm供給しつつ、圧力を0.15Torr(20Pa)に設定する。
【0021】
そして、高周波発振器232の周波数を例えば60MHzに設定する。フェーズシフター234により、信号分配器233の一方の出力信号(正弦波)の位相を時間的に三角波状に変調させる。この場合、ラダー電極202と接地電極204間の電界は、給電点214a、214bおよび214c、214dに供給される電力の電圧の位相差が時間的に変化するので、それに対応して変化する。その様子を図16に電圧の波として示している。
【0022】
図16において、ラダー電極202の長さ方向の位置をx、右方向(xの正方向)へ伝播する電圧波をW1(x,t)、左方向(xの負方向)へ伝播する電圧波をW2(x,t)とすると、次のように表現される。
W1(x,t)=V0・sin(ωt+2π/λ).....(1)
W2(x,t)=V0・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}...(2)
ただし、ωは電圧の角周波数、λは電圧の波長、tは時間、L0はラダー電極2の伝播方向の長さ、Δθは 位相差である。電圧の合成波W(x、t)は次式のようになる。
W(x、t)=W1(x、t)+W2(x、t)=2・V0cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(2πL0/λ+Δθ/2}....(3)
【0023】
上記(3)式で表せる合成波W(x、t)を概念的に図17に示す。Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さはラダー電極の中央部(x=L0/2)が強く、両端では弱いことを示している。プラズマの強い部分は、Δθ>0の場合、ラダー電極の右端部であり、Δθ<0の場合、左端部であることを示している。即ち、前記フェーズシフター234を用いて、前記式(3)のΔθを−180度〜+180度の間で時間的に三角波状に変化させることにより、時間平均的に均一な強さのプラズマが生成される。その結果、プラズマの強さの不均一性が時間的に平均化されることにより、一様な膜厚分布の微結晶Si膜が得られる。
【0024】
【特許文献1】
特開平8−325759(第2−9頁、第1−4図)
【特許文献2】
特開平4−236781(第2−4頁、第1−4図)
【特許文献3】
特開2001−257098(第3−8頁、第1−3図)
【0025】
【非特許文献1】
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
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の表面処理技術、即ち表面処理装置と表面処理方法は、LCD,LSI,電子複写機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。
【0027】
最近では、上記ニーズに対応するため、産業界のみならず、学会でも特に、プラズマCVD(化学蒸着)技術およびプラズマエッチング技術ともに、高密度プラズマで、かつ低電子温度との特徴のあるVHF帯(30MHzないし300MHz)の電源を用いた高密度プラズマCVDの大面積・高速製膜および大面積・高速プラズマエッチングに関する先端的研究開発が盛んになっている。しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在していることから、上記ニーズへの対応が困難視されている状況にある。
【0028】
(1)従来技術の第1の代表例の平板電極を用いる技術における、大面積基板を対象にしたVHFプラズマ生成では、特許文献1、特許文献3および非特許文献1によると、電力供給線路および電極にVHF特有の定在波が発生すること、および表皮効果に起因するインピーダンスの増大があること等の原因により、一対の平板電極間の電界分布は一様にならず、不均一になると指摘されている。
【0029】
本発明者は、最近、上記従来の平板電極を用いるVHFプラズマによる大面積化・均一化・高速処理化の困難性に関する本質的原因に、次に示す3つの事項が関係しているということを発見した。
【0030】
第1は、次に示す給電線路の構造上の問題である。図11及び図12おいて、同軸ケーブルと電極の接続部は、互いに異なる構造の線路が接続された形になっているので、その接続点では電力の反射が発生すると考えられる。即ち、同軸ケーブルは、内部導体(芯線)と外部導体の内面を往路・帰路とする伝送方式である。他方、一対の電極の構造は、同軸ケーブルと異なり、2本の平行線路に相当する構造である。したがって、両者の境界では電波の反射現象が発生する。この現象は以下に説明する漏洩電流の発生を伴う現象である。その様子を概念的に図18に示す。なお、図18では、同軸ケーブル116cの端部と一対の電極102,104との接合部での高周波電力の電流のある瞬間を概念的に示しているが、交流現象なので、当然、図示されている電流の方向は時間的に変化する。
【0031】
図18は、同軸ケーブル116cの外部導体の内側(内面)を流れてきた電流Iが外部導体の端面で反射し、その一部が外部導体の外側(外面)に漏れている現象を示している。外部導体の外側へ流れた電流I1(ここでは、漏洩電流と呼ぶ)は真空容器101の内部構造物の壁と結合した形で、該同軸ケーブル116cの芯線へもどる。漏洩電流I1は上記接合部の構造および真空容器の具体的な内部構造物の形状にも影響されるので、一対の電極102,104間に流れる電流I2は制御が困難であり、再現性もない。その結果、一対の電極102,104間の電界分布の一様性を実現するのは困難である。
【0032】
第2及び第3の問題は、それぞれ、給電線路での反射波の検出手段およびその抑制方法に関する問題である。従来の第1の代表的技術での電力供給系では図11に示された構成である。具体的に説明すると図11の給電系は図19に示す構成の高周波電源を用いている。即ち、高周波電源に付属した進行波B・反射波Bの検出器を見ながら、整合器117を調整することにより、反射波Bを抑制(反射波Bを進行波電力の1〜10%程度に調整)している。しかしながら、この方法は、図19に示すように、整合器117の下流側からの反射波Aがその整合器117へ戻ってきた場合、該整合器117はそれを下流側へ戻してしまう機能があるので、上記進行波B・反射波Bの検出器は整合器117への反射波Aの有無を判別できない。即ち、整合器117の下流側の反射波Aの状況を把握できないという問題がある。反射波を検出できないことから、それを抑制することができないという問題がある。
【0033】
(2)次に、従来技術の第2の代表例のラダー電極を用いる技術についての問題を説明する。本技術においても、上記の問題点、即ち特許文献1、特許文献3および非特許文献1で指摘されている問題点に加えて、次の3つの事項が本質的かつ実際的問題の原因であるということを発見した。
【0034】
第1の問題は、前記(1)項の第1の問題と同様の問題である。図14および図15において、同軸ケーブルの芯線とラダー電極の接続部で、該同軸ケーブルの外部導体端部より漏れ電流が発生する。その様子は、前記の図18と同様である。ただし、第2の代表的技術では、前記従来の第1の代表例の場合での問題に加えて、上記接合部が真空容器の中にあるので、プラズマ生成時に上記漏れ電流が原因である強い局部放電を発生する。これはプラズマの不均一化の原因になる問題であり、再現性のある均一な膜厚分布を得ることが困難な原因でもある。
【0035】
第2及び第3の問題は、それぞれ前記(1)項の第2および第3の問題と同様である。この場合においても、図14に示すような給電系の構成であるので、図19に示すように、高周波電源に付属した進行波B・反射波Bの検出器を見ながら、整合器217を調整することにより、反射波Bを抑制(反射波を進行波電力の1〜10%程度に調整)している。しかしながら、この方法は、整合器217の下流側からの反射波Aがその整合器217へ戻ってきた場合、該整合器217はそれを下流側へ戻してしまう機能があるので、上記進行波B・反射波Bの検出器は整合器217への反射波Aの有無を判別できない。即ち、整合器217の下流側の反射波Aの状況を把握できないという問題がある。反射波を検出できないことから、それを抑制することができないという問題がある。
【0036】
以上詳説したように、従来技術は、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級の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では、依然として困難で、不可能視されている。このような状況のもと、応用物理学会および電気学会等関連学会において研究が活発化しているが、1mx1m級大面積基板を対象にしたVHFプラズマ利用の表面処理方法およびその装置の成功例は発表されていない。
【0037】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来技術では困難視されている例えば1mx1m級の大面積基板に対してもVHF帯域(30MHz−300MHz)の周波数を用いて高速かつ均一性に優れたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を提供することを目的とする。
【0038】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本願の請求項1記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系と、前記電力供給系と組み合わせて用いられる平衡不平衡変換装置とを具備し、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、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、該同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が2mmないし60mmであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有し、かつ、該平衡不平衡変換装置が前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に挿入されることを特徴とする。
【0039】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項2記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理装置において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合させる平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波を検知する定在波検知装置が挿入されるという構成を有することを特徴とする。
【0040】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項3記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理装置において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、互いに構造の異なる線路間の伝送特性を整合させる平衡不平衡変換装置が挿入され、かつ、該電力供給系構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波を検知する定在波検知装置が挿入され、かつ、該一対の電極に、該一対の電極のインピーダンスと並列の関係にあるリアクタンス調整装置が付加されるという構成を有することを特徴とする。
【0041】
なお、前記高周波電源15は、前記リアクタンス調整装置が前記一対の電極2,4に並列に設定されているので、プラズマ生成状態にある前記一対の電極と前記リアクタンスの合成インピータンスを負荷にすることになる。
【0042】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項4記載の発明は、請求項2及び3において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、長さが短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、前記外部導体との間隔が2mmないし60mmの円筒型導電体を被せ、かつ、該円筒型導電体の一方の端面を開放し、他方の端面を該同軸ケーブルの外部導体に密着させ、かつ、該円筒型導電体と該同軸ケーブル間に絶縁環を設置し、かつ、上記同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
【0043】
なお、上記請求項4(他の請求項も同様)において、短縮率を考慮した波長λとは、同軸ケーブル内部を伝播する際の電波の波長で、短縮率即ち例えば、同軸ケーブルの誘電体がポリエチレンの場合、0.67あるいは、アルミナの場合、0.34と、真空中を伝播する場合の前記高周波電源出力周波数に対応の電波の波長の積を意味している。
【0044】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項5記載の発明は、請求項2及び3において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が接着し、該円筒型導電体の他方の端面は上記同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、前記同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が2mmないし60mmであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、上記同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
【0045】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項6記載の発明は、請求項2及び3において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る第1の同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該第1の同軸ケーブルの他方の端部の外部導体に、形状がU型で、長さが短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの二分の一すなわちλ/2の第2の同軸ケーブルの両方の端部の外部導体を接続し、かつ、前記第1の同軸ケーブルの他方の端部の芯線と該U型の第2の同軸ケーブルの一方の芯線を接続し、かつ、該U型の第2の同軸ケーブルの他方の芯線と上記第1の同軸ケーブルの他方の端部の芯線を出力部とするという構成を有することを特徴とする。
【0046】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項7記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系と、前記電力供給系と組み合わせて用いられる平衡不平衡変換装置とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記平衡不平衡変換装置は、芯線と誘電体と外部導体から成る同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、該同軸ケーブルの外部導体と該管型導電体の内面との間隔が2mmないし60mmであり、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有し、かつ、該平衡不平衡変換装置が前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に挿入され、両者の伝送特性を整合させ、前記一対の電極間に電力を供給させることを特徴とする。
【0047】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項8記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理装置において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に、平衡不平衡変換装置を挿入し、両者の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波検知装置を挿入し、その間の定在波を測定し、該定在波検知装置の測定値即ちVSWR値に基いて、該電力供給系を構成する給電線路の定在波を制御することを特徴とする。
【0048】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項9記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第1の電極と前記第1の電極に対向設置される第2の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面処理方法において、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブルと前記一対の電極との接続部に平衡不平衡変換装置を挿入し、両者の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系構成部材の整合器と該一対の電極の間に定在波検知装置を挿入し、その間の定在波を測定し、かつ、該一対の電極に、該一対の電極間のインピーダンスと並列の関係にあるリアクタンス調整装置を付加し、該定在波検知装置の測定値即ちVSWR値に基いて、該リアクタンス調整装置のリアクタンスおよび該電力供給系を構成する給電線路の定在波を制御することを特徴とする。
【0049】
同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項10記載の発明は、請求項7ないし9において、該定在波検知装置の測定値即ちVSWR値が2.5以下であることを特徴とする。
【0050】
なお、VSWR値が2.5以下であるのは、その値が電力換算値で略18%であり、その範囲であれば実用上問題ないからである。
【0051】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係わる表面処理装置および表面処理方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、表面処理装置および表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なa―Si薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置および方法に限定されるものではない。
【0052】
(実施例1)
図1〜図4を参照して、実施例1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)について説明する。図1は実施例1に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図2は図1のプラズマ表面処理装置のブロック構成図、図3は図1のプラズマ表面処理装置の一構成である平衡不平衡変換装置の第1の具体例を示す説明図、および図4は図1のプラズマ表面処理装置に組み入れられた平衡不平衡装置の第1の具体例を示す説明図である。
【0053】
先ず、装置の構成を説明する。図1および図2において、符番1は真空容器である。この真空容器1には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち第1の非接地電極2と図示しない基板ヒータ3を内臓した第2の非接地電極4が配置されている。該第2の非接地電極4は絶縁物支持材5a、5bで真空容器1に固着されている。前記第1の非接地電極2は、図示しない絶縁物6を介して真空容器1に固着されている。該第1の非接地電極2には直径2mm〜10mm程度の多数の小孔7が開口率40%〜60%で配置されている。前記第1の非接地電極2の周りにはアースシールド8が配置されている。該アースシールド8は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管9a、9bより供給されるSiH4等放電ガスを、整流孔10および前記非接地電極2に配置されている多数の小孔7を介して、前記一対の電極2と4の間に均一に供給する機能を有している。また、前記アースシールド8は、排気管11および図示しない真空ポンプ12と組み合わせて使用されることのより、プラズマ生成空間でプラズマ化された使用済みの放電ガスを排出する機能を有している。
【0054】
真空容器1内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、本実施例の場合は、放電ガスが流量500sccm〜1、500sccm程度の場合、圧力0.01Torr〜10Torr(1.33Pa〜1,330Pa)程度に調整できる。真空容器1の真空到達圧力は2〜3E−7Torr(2.66〜3.99E−5Pa)程度である。
【0055】
符番13は基板で、図示しないゲートバルブ39の開閉操作により、第2の非接地電極4に設置される。そして、図示しない基板ヒータ3により所定の温度に加熱される。
【0056】
図1および図2において、符番15は高周波電源で、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の電力を発生する。その電力は第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19および図示しない絶縁環21a、21bでそれぞれ絶縁されている第1のおよび第2の給電線23,29を介して、一対の電極2,4の給電点14a、14bに供給される。
【0057】
前記平衡不平衡変換装置19は、例えば外部導体が接地された同軸ケーブルと非接地の平行2本線路のように、互いに構造の異なる線路を接続する場合に、その間に挿入されれば、両者の伝送特性を整合させる機能がある。なお、不平衡線路の同軸ケーブルでは、電流は往路で芯線を流れ、帰路で外部導体およびアースを流れ、またそれを逆に流れるような伝送形態を有している。平衡線路では、電流は2本の線路を交互に、往路・帰路として流れ、等振幅で位相が180度異なっている。
【0058】
前記平衡不平衡変換装置19の第1の具体例を図3に示す。図3の装置は、芯線23a、外部導体24および誘電体25から構成の前記同軸ケーブル16cの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極2,4に接続される側の端部に円筒型導電体26を被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線23と外部導体29を出力部とする。該円筒型導電体26は、形状が円筒で、一方の端面を開放し、他方の端面27を外部導体24に密着・接続したものである。その長さは前記高周波電源15の出力電力の波長λの四分の1(即ちλ/4)と該同軸ケーブルの波長短縮率との積に等しい値で、前記外部導体24との間隔は2mm〜60mm程度である。円筒型導電体26と上記外部導体24の間には、絶縁環28a、28bが配置され、その間隔が一定に保持されている。なお、該間隔は、絶縁性を確保できればとくに問題ないが、目安としては、上記一対の電極間隔程度である。前記外部導体24の端部には、図3図示のようにリード線29が接続され、芯線23と組み合わせて上記給電点14a、14bへの電力供給に用いられる。
【0059】
図3において、前記外部導体24の端面の地点30aから前記円筒型導電体26の他方の端面の地点30bを経由して、一方の端面の地点31の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点30aから地点30bの長さが波長短縮率(例えば、誘電体がポリエチレンの場合:0.67、アルミナの場合:0.34である)とλ/4の積に等しい値であるので、地点30aと地点31間のインピーダンスは無限大である。その結果、前記外部導体24の端面からの電流漏洩は発生しない。即ち、不平衡線路と平衡線路の接続部において、電流の漏洩や電力反射が抑制される効果がある。
【0060】
図3に示した平衡不平衡変換装置の第1の具体例32を、図1および図2に示した実施例1に係わる表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図4に、図1および図2に示した一対の電極2,4と前記平衡不平衡変換装置の第1の具体例32を接続する配線状況を示している。プラズ生成空間に接する非接地電極2の内面(ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ)の小孔7部分に位置した給電点14aに、前記平衡不平衡変換装置の第1の具体例32の同軸ケーブルの芯線23を接続する。また、前記接地電極4の内面の給電点14bに、前記平衡不平衡変換装置の第1の具体例32のリード線29を接続する。なお、前記芯線23およびリード線29には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環21a,21bが配置され、異常放電を抑制している。
【0061】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用のa−Siを製膜する方法を説明する。図1〜図4において、予め、基板13を第2の非接地電極4の上に設置し、真空ポンプ12を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管9a,9bからSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、一対の電極2、4の間に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力を供給する。なお、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば200℃に保持する。
【0062】
即ち、高周波電源15の出力を例えば60MHz、500Wの出力を第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19の第1の具体例32、および絶縁環21a,21bでそれぞれ絶縁されている第1および第2の給電線23,29を介して、給電点14a、14bに供給する。この場合、上記整合器17を調整することにより、整合器17の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。その結果、SiH4ガスのプラズマが生成される。
【0063】
ここで、給電点14a,14bに供給される電力は、上記平衡不平衡装置19の第1の具体例32の漏洩電流防止の機能により、漏洩電流の発生を抑制して、第1および第2の給電線23,29から一対の電極2,4間に供給できる。したがって、前記給電点14a,14b近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第1および第2の給電線23,29回りの絶縁環21a,21bの絶縁効果も、両者間での異常放電を抑制している。また、従来技術では発生する漏洩電流が一対の電極周辺のアース構造および配線状況に関係しているので、再現性の良いプラズマ生成は困難であるが、本実施例では漏洩電流が発生しないので、再現性の良いプラズマを生成できる。
【0064】
上記工程において、SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3,SiH2,SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板13表面に吸着されることにより、a−Si膜が堆積する。なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【0065】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ1200mmx300mm(厚み4mm)程度のガラス基板13に製膜速度1nm/s、膜厚分布±10%のa−Siを製膜することを実施する。
【0066】
製膜条件は次の通りである。
(製膜条件)
放電ガス:SiH4
流量:500sccm
圧力:0.5Torr(66.5Pa)
電源周波数:60MHz
電力:500W
基板13の温度:200℃
【0067】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制されるので、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて、再現性良く均一になる。その結果、製膜されるa−Siの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはa−Si膜厚分布が±10以内で製膜が可能となる。
【0068】
なお、本実施例では、一対の電極2,4にそれぞれ、給電点を1点(一対)としているので、基板サイズは上記1200mmx300mm程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【0069】
また、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±10%以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、60MHzの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【0070】
(実施例2)
図1ないし図5を参照しながら実施例2のプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法について説明する。先ず、装置の構成について説明する。ただし、図1〜図4と同部材は同符番を付して説明を省略する。実施例2の装置の構成は、実施例1の構成即ち図1、図2および図4において、平衡不平衡装置19として用いられた平衡不平衡装置の第1の具体例32に代えて、図5に示す平衡不平衡装置の第2の具体例40を用いるもので、その他の装置構成要素はすべて同様である。それ故、平衡不平衡装置の第2の具体例40以外の装置の構成要素については図1、図2、および図4を参照することにし、ここでは説明を省略する。
【0071】
図5は前記平衡不平衡装置の第1の具体例32に代わる平衡不平衡装置の第2の具体例40の構成を示す説明図である。図5において、芯線23、外部導体24および誘電体25から構成の前記同軸ケーブル16cの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極2,4に接続される側の端部に、両端解放の管型導電体26aと円筒型導電体26bを被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線23と外部導体29を出力部とする。該管型導電体26aと円筒型導電体26bは、図5に示すように、内筒と外筒の関係にあり、該管型導電体26aの外面と円筒型導電体26bの内面が電気的に短絡状態になっている。上記内筒と外筒の関係にある重ねあった部分の距離は後述の取り付けボルト42a,42bおよび41a、41bを用いて調整される。該管型導電体26aの一方の端面31と該円筒型導電体26bの端面27の距離は、前記高周波電源15の出力電力の波長λの四分の1(即ちλ/4)と該同軸ケーブルの波長短縮率との積に等しい値である。前記管型導電体26aの内面と前記外部導体24との間隔は2mm〜60mm程度である。該管型導電体26aと上記外部導体24の間には、絶縁環28a、28bが配置され、その間隔が一定に保持されている。前記外部導体24の端部にはリード線29が接続され、後述するように、芯線23と組み合わせて上記給電点14a、14bへの電力供給に用いられる。
【0072】
図5において、前記外部導体24の端面の地点30aから前記円筒型導電体26bの端面の地点30bを経由して、該管型導電体26aの端面の地点31の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点30aから地点30bの長さが波長短縮率(例えば、誘電体がポリエチレンの場合:0.67、アルミナの場合:0.34である)とλ/4の積に等しい値であるので、地点30aと地点31間のインピーダンスは無限大である。その結果、前記外部導体24の端面からの電流漏洩は発生しない。即ち、不平衡線路と平衡線路の接続部において、電流の漏洩や電力反射が抑制される機能がある。
【0073】
実施例2として、図5に示した平衡不平衡変換装置の第2の具体例40を、図1および図2に示した表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図4に、図1および図2に示した一対の電極2,4と前記平衡不平衡変換装置の第1の実施例32を接続する配線状況を示したが、それと同様に前記平衡不平衡変換装置の第2の具体例40を用いる。プラズ生成空間に接する第1の非接地電極2の内面(ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ)の小孔7部分に位置した給電点14aに、前記平衡不平衡変換装置の第2の実施例40の同軸ケーブルの芯線23を接続する。また、前記第2の非接地電極4の内面の給電点14bに、前記平衡不平衡変換装置の第2の実施例40のリード線29を接続する。なお、前記芯線23およびリード線29には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環21a,21bが配置され、異常放電を抑制している。
【0074】
次に、上記構成の表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用のa−Siを製
膜する方法を説明する。図1、図2および図5において、予め、基板13を第2の非接地電極4の上に設置し、真空ポンプ12を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管9a,9bからSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、一対の電極2,4間に高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を供給する。なお、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば180℃に保持する。
【0075】
即ち、高周波電源15の出力を例えば70MHz、500Wの出力を第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19の第2の具体例40および絶縁環21a,21bでそれぞれ絶縁されている第1および第2の給電線23,29を介して、給電点14a、14bに供給する。この場合、上記整合器17を調整することにより、整合器17の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。仮に、上記平衡不平衡変換装置の第2の具体例40の長さの調整が周波数70MHzに整合していないことが原因で、第3の同軸ケーブル16cと一対の電極2,4の間で電流の漏洩が発生している場合、一旦、プラズマの生成を中断し、上記平衡不平衡変換装置の第2の具体例40の長さを調整することにより、再度プラズマを生成し、上記電力の反射が抑制されたことを確認することができる。
【0076】
なお、上記平衡不平衡変換装置の第2の具体例40の長さの調整の機能は、高周波電源15の周波数が若干変更された場合において、別途新たに平衡不平衡変換装置を設置することなく、その長さの調整で対応できるというメリットになる。
【0077】
ここで、給電点14a,14bに供給される電力は、上記平衡不平衡装置19の第2の具体例40の長さ調整による漏洩電流抑制の効果を最大限に活用することにより電力の損失を最小限にして、第1および第2の給電線23,29から一対の電極2,4に供給できる。したがって、前記給電点14a,14b近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第1および第2の給電線23,29回りの絶縁環21a,21bの絶縁効果も加わり、両者間での異常放電を抑制している。
【0078】
SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3,SiH2,SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板13表面に吸着されることにより、a−Si膜が堆積する。なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【0079】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ1200mmx300mm(厚み4mm)程度のガラス基板13に製膜速度1nm/s、膜厚分布±10%のa−Siを製膜することを実施する。
【0080】
製膜条件は次の通りである。
(製膜条件)
放電ガス:SiH4
流量:500sccm
圧力:0.5Torr(66.5Pa)
電源周波数:70MHz
電力:500W
基板13の温度:200℃
【0081】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例1と同様に、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制されるので、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて再現性良く均一になる。その結果、製膜されるa−Siの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはa−Si膜厚分布が±10以内で製膜が可能となる。
【0082】
ただし、本実施例2では、実施例1の場合とは装置構成部材の平衡不平衡変換装置の機能が異なり、対応波長に若干の調整機能があるので、高周波電源15の周波数が若干変更された場合でも、別途新たに平衡不平衡変換装置を設置することなく、その長さの調整で対応できるというメリットがある。
【0083】
なお、本実施例2では、一対の電極2,4にそれぞれ、給電点を1点(一対)としているので、基板サイズは上記1200mmx300mm程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【0084】
また、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±10%以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、70MHzの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【0085】
(実施例3)
図4および図5に示した平衡不平衡変換装置19の第1および第2の具体例32、40に代わる可能性のあるその他の装置即ち、第3の具体例50を実施例3として以下説明する。ただし、図1〜図5と同部材は同符番を付して説明を省略する。また、実施例3の装置の構成は、実施例1および実施例2の構成即ち、図1、図2および図4において、平衡不平衡変換装置19として用いられた前記平衡不平衡変換装置の第1および第2の具体例32、40に代えて、図6に示す平衡不平衡変換装置の第3の具体例50をも用いるもので、その他の装置構成はすべて同様である。それ故、平衡不平衡変換装置19の第3の具体例50以外の装置構成要素および実施手順ついては、実施例1および2を参照する。
【0086】
図6は平衡不平衡変換装置19の第3の具体例50の構成を示す説明図である。図6において、該第3の具体例50は第1の同軸ケーブル16cに第2の同軸ケーブル51を付加した構造を有している。すなわち、長さが短縮率を考慮した波長λの二分の一(即ちλ/2)である第2の同軸ケーブル51の両端部の外部導体を上記第1の同軸ケーブル16cの一対の電極2,4側の短部の外部導体に導電板52を用いて接続した構成になっている。そして、上記第2の同軸ケーブル51の芯線53aが第1のコネクター54aを用いて上記第1の同軸ケーブル16cの芯線23に接続されている。また、上記第2の同軸ケーブル51の芯線53bが第2のコネクター54bを用いてリード線29に接続されている。なお、第1の同軸ケーブル16cの芯線23およびリード線29、第2の同軸ケーブル51の芯線53a,53bには、図示しない絶縁環を、放電防止のため設置する。
【0087】
上記構成の平衡不平衡変換装置の第3の具体例50の第1の同軸ケーブル16cの一方の端部より、前記実施例2,3と同様に、前記高周波電源15の出力を供給すると、前記第2の同軸ケーブル51の長さが短縮率を考慮した波長の二分の一であるので、前記リード線29と芯線23には、電圧・電流の位相差が互いに180度異なる電力に変換される。ただし、リード線29と芯線23間の電圧は、上記同軸ケーブル16cの芯線と外部導体間の電圧の2倍である。すなわち、平衡不平衡変換装置の第3の具体例50の出力側のインピーダンスは同軸ケーブル16cの4倍になる。したがって、本具体例50は、負荷側のインピーダンスが同軸ケーブル16cのインピーダンスより大きい場合に、有効に活用できる。
【0088】
(実施例4)
本発明に係わる実施例4について、図7および図8を参照しながら説明する。図7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説明図、図8は図7の電力供給系の概念の説明図である。先ず、実施例4に係わるプラズマ表面処理装置の構成について説明する。ただし、図1〜図6と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【0089】
図7において、符番61は、電圧定在波比(Voltage StandingWave Ratio:略して、VSWRと呼ぶ)を測定するVSWR計で、後述の第4の同軸ケーブル62を伝播する進行波と反射波の干渉で発生する定在波の電圧の最大値と最小値の比(ここでは、これをSと表す)を測定・表示する。符番62は第4の同軸ケーブルで、上記VSWR計61を介して、第2の同軸ケーブル16bより伝送された前記高周波電源15の出力を、前記電流導入端子18および第3の同軸ケーブル16c等を介して、前記一対の電極2,4へ伝送する。
【0090】
図7において、真空容器1には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち第1の非接地電極2と図示しない基板ヒータ3を内臓した第2の非接地電極4が配置されている。該第2の非接地電極4は図示しない絶縁物支持材5a、5bで真空容器1に固着されている。前記第1の非接地電極2は、図示しない絶縁物6を介して真空容器1に固着されている。該第1の非接地電極2には直径2mm〜10mm程度の多数の小孔7が開口率40%〜60%で配置されている。前記第1の非接地電極2の周りにはアースシールド8が配置されている。該アースシールド8は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管9a、9bより供給されるSiH4等放電ガスを、整流孔10および前記非接地電極2に配置されている多数の小孔7を介して、前記一対の電極2と4の間に均一に供給する機能を有している。また、前記アースシールド8は、排気管11および図示しない真空ポンプ12と組み合わせて使用されることのより、プラズマ生成空間でプラズマ化された使用済みの放電ガスを排出する機能を有している。
【0091】
真空容器1内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、本実施例の場合は、放電ガスが流量500sccm〜1、500sccm程度の場合、圧力0.01Torr〜10Torr(1.33Pa〜1,330Pa)程度に調整できる。真空容器1の真空到達圧力は2〜3E−7Torr(2.66〜3.99E−5Pa)程度である。
【0092】
基板13は、図示しないゲートバルブ39の開閉操作により、第2の非接地電極4に設置される。そして、図示しない基板ヒータ3により所定の温度に加熱される。
【0093】
高周波電源15は、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の電力を発生する。その電力は第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、VSWR計61、第4の同軸ケーブル62、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19および図示しない絶縁環21a、21bでそれぞれ絶縁されている第1のおよび第2の給電線23,29を介して、一対の電極2,4の給電点14a、14bに供給される。
【0094】
なお、平衡不平衡変換装置19としては、例えば前記図3の第1の具体例32、前記図5の第2の具体例40、および前記図6の第3の具体例50等が用いられるが、ここでは例えば前記第2の具体例40を用いる。
【0095】
ここで、上記VSWR計61を含む上記電力供給系の特徴を説明する。高周波電源15、第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、VSWR計61、第4の同軸ケーブル62、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19および図示しない絶縁環21a、21bでそれぞれ絶縁されている第1のおよび第2の給電線23,29から構成される電力供給系は、概念的には、図8のように表される。即ち、高周波電源15の出力電力Pt1は、進行波Pf1として、整合器17およびVSWR計61を経て、該電力を消費する負荷63即ち、一対の電極2,4間に生成のプラズマに供給され、電力Plが消費される。先ず、整合器17のリアクタンス(LとC)を調整しながら、高周波電源15に付属の進行波・反射波モニターで反射波Pr1が最小値になるように該LとCを調整・設定する。次に、整合器17から負荷63へ伝送される電力Pt2が効率良く上記負荷63に伝送されているか否かを、VSWR計61で測定・評価する。すなわち、整合器17から負荷63への進行波Pf2と負荷63側から整合器17の方への反射波Pr2により発生する定在波の電圧最大値と電圧最小値に関する情報をS(即ちVSWR)の値で読む。そして、仮に、S=3程度以上の場合、例えば、上記電力供給系構成要素の平衡不平衡変換装置19の第2の具体例40の長さの調整や、電流導入端子18と第3の同軸ケーブル16cとの接続部のナットの締め付け具合を調整する。もしも、上記調整で、上記Sの値に変化が無ければ、第2、第3および第4の同軸ケーブルの長さおよび仕様を変更して、取替え設置する。一般に、同軸ケーブルの接合部に異常が無ければ、上記Sは、S=3程度以下になる。なお、VSWR計で測定されるS値に基いて、上記電力供給系の給電線路の定在波が制御できることは、従来技術にはない画期的手段、かつ方法であると言える。
【0096】
さらに、上記VSWR計61に代えて、上記高周波電源15に付属の方向性結合器を用いた進行波・反射波電力検知器と同様の電力検知器を用いることも考えられる。
【0097】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用のa−Siを製膜する方法を説明する。図7において、予め、基板13を第2の非接地電極4の上に設置し、真空ポンプ12を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管9a,9bからSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、一対の電極2、4の間に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力を供給する。なお、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば200℃に保持する。
【0098】
即ち、高周波電源15の出力を例えば60MHz、500Wの出力を第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、VSWR計61、第4の同軸ケーブル62、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19の第2の具体例40、および絶縁環21a,21bでそれぞれ絶縁されている第1および第2の給電線23,29を介して、給電点14a、14bに供給する。この場合、上記整合器17を調整することにより、整合器17の上流側には上記供給電力の反射波が、進行波電力の1〜10%程度になるように調整できる。さらに,VSWR計の測定および上記平衡不平衡変換装置19等の調整により、S=1〜3程度の調整・設定ができる。その結果、上記高周波電源の出力が効率よく上記負荷63に供給できるようになるので、上記給電線路を含む負荷63側からの反射波Pr2が抑制される。その結果、上記一対の電極2,4間で生成されるSiH4ガスプラズマの均一性が良好となる。なお、上記電力供給系の特性インピーダンスと上記負荷63のインピーダンスは、一般に同じではないので、上記反射波Pr2を完全に抑制することができないのは当然である。
【0099】
以上説明したように、給電点14a,14bに供給される電力が、上記平衡不平衡装置19の第2の具体例40の漏洩電流抑制の機能により、電力の損失を最小限にして、第1および第2の給電線23,29から一対の電極2,4間に供給できることは、前記実施例1〜3と同様であるが、VSWR計61の導入により、反射波をモニターしながら、上記平衡不平衡装置19の第2の具体例40の調整が可能となり、より一層その機能を高めることができるというメリットがある。
【0100】
上記SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3,SiH2,SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板13表面に吸着されることにより、a−Si膜が堆積する。なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【0101】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ1200mmx300mm(厚み4mm)程度のガラス基板13に製膜速度0.3nm/s程度、膜厚分布±10%程度のa−Siを製膜することを実施する。
【0102】
製膜条件は次の通りである。
(製膜条件)
放電ガス:SiH4
流量:500sccm
圧力:0.5Torr(66.5Pa)
電源周波数:60MHz―80MHz
電力:200W
基板13の温度:200℃
【0103】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例1,2および3と同様に、上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制されるが、その整合操作を実行する際に、上記定在波検知装置を用いることにより、反射波の大きさを数値的に測定可能となる。その結果、実施例1,2および3の場合に比べ、漏洩電流および反射波の抑制が確実に実行できる。したがって、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べ著しく均一になる。その結果、製膜されるa−Siの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはa−Si膜厚分布が±10以内で製膜可能となる。
【0104】
なお、本実施例では、市販のVSWR計の使用することを考えて、電力を200Wとしている。また、一対の電極2,4にそれぞれ、給電点を1点(一対)としているので、基板サイズは上記1、200mmx300mm程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【0105】
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−80MHz程度の電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【0106】
(実施例5)
本発明に係わる実施例5について、図9および図10を参照しながら説明する。図9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説明図、図10は図9の電力供給系の概念の説明図である。先ず、実施例5に係わるプラズマ表面処理装置の構成について説明する。ただし、図1〜図8と同部材は同符番を付して説明を省略する。
なお、実施例5の構成上の特徴は、前記実施例4の装置構成に、前記平衡不平衡変換装置19から見た下流(電源出力の伝送方向)側のインピーダンスを調整する機能を有するリアクタンス調整系70を付加したものである。
【0107】
図9および図10において、リアクタンス調整系70は、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Zpに並列に挿入されるリアクタンス調整装置71(このインピーダンスをZcで表す)と、第5の同軸ケーブル77と、電流導入端子76と、第6の同軸ケーブル75と、第2の平衡不平衡変換装置74と、絶縁環78a,78bで絶縁されている第3、第4の給電線72,73とから構成される。該リアクタンス調整系70により、前記高周波電源15の負荷である一対の電極2,4間のプラズマと該リアクタンス調整系70の合成のインピーダンスZllを、Zll=Zp・Zc/(Zp+Zc)の関係より、該リアクタンス調整装置71を用いて調整する。
【0108】
図9お呼び図10において、真空容器1には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち第1の非接地電極2と図示しない基板ヒータ3を内臓した第2の非接地電極4が配置されている。該第2の非接地電極4は図示しない絶縁物支持材5a、5bで真空容器1に固着されている。前記第1の非接地電極2は、図示しない絶縁物6を介して真空容器1に固着されている。該第1の非接地電極2には直径2mm〜10mm程度の多数の小孔7が開口率40%〜60%で配置されている。前記第1の非接地電極2の周りにはアースシールド8が配置されている。該アースシールド8は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管9a、9bより供給されるSiH4等放電ガスを、整流孔10および前記非接地電極2に配置されている多数の小孔7を介して、前記一対の電極2と4の間に均一に供給する機能を有している。また、前記アースシールド8は、排気管11および図示しない真空ポンプ12と組み合わせて使用されることのより、プラズマ生成空間でプラズマ化された使用済みの放電ガスを排出する機能を有している。
【0109】
真空容器1内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。なお、本実施例の場合は、放電ガスが流量500sccm〜1、500sccm程度の場合、圧力0.01Torr〜10Torr(1.33Pa〜1,330Pa)程度に調整できる。真空容器1の真空到達圧力は2〜3E−7Torr(2.66〜3.99E−5Pa)程度である。
【0110】
基板13は、図示しないゲートバルブ39の開閉操作により、第2の非接地電極4に設置される。そして、図示しない基板ヒータ3により所定の温度に加熱される。
【0111】
高周波電源15は、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の電力を発生する。その電力は第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、VSWR計61、第4の同軸ケーブル62、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19および図示しない絶縁環21a、21bでそれぞれ絶縁されている第1のおよび第2の給電線23,29を介して、一対の電極2,4の給電点14a、14bに供給される。なお、平衡不平衡変換装置19としては、例えば前記図3の第1の具体例32、前記図5の第2の具体例40、および前記図6の第3の具体例50等が用いられるが、ここでは例えば前記第2の具体例40を用いる。
【0112】
なお、上記構成において、上記平衡不平衡変換装置19を省略し、上記リアクタンス調整回路71で負荷のインピーダンスを調整し、その調整の際に上記VSWR計61を用いるようにすることも考えられる。
【0113】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、a−Si太陽電池用のa−Siを製膜する方法を説明する。図9において、予め、基板13を第2の非接地電極4の上に設置し、真空ポンプ12を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管9a,9bからSiH4ガスを、例えば500sccm、圧力0.5Torr(66.5Pa)で供給しつつ、一対の電極2、4の間に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力を供給する。なお、基板温度は80〜350℃の範囲、例えば200℃に保持する。
【0114】
即ち、高周波電源15の出力を例えば60MHz、200Wの出力を第1の同軸ケーブル16a、整合器17、第2の同軸ケーブル16b、VSWR計61、第4の同軸ケーブル62、電流導入端子18、第3の同軸ケーブル16c、平衡不平衡変換装置19の第2の具体例40、および絶縁環21a,21bでそれぞれ絶縁されている第1および第2の給電線23,29を介して、給電点14a、14bに供給する。この場合、先ず、第5の同軸ケーブル77と電流導入端子76を接続しない状態にして、上記整合器17を調整することにより、上記供給電力の、整合器17の上流側への反射波が、高周波電源15の出力(進行波電力)の1〜10%程度になるように調整する。さらに,VSWR計の測定および上記平衡不平衡変換装置19等の調整により、S=1〜3程度となるように、調整・設定をおこなう。なお、VSWR計で測定されるS値に基いて、上記電力供給系の給電線路の定在波が制御できることは、従来技術にはない画期的手段、かつ方法であると言える。次に、上記第5の同軸ケーブル77と電流導入端子76を接続し、一対の電極2,4に並列に付加しているリアクタンス調整装置71を用いて、即ちZcを調整することにより、前記インピーダンスZllすなわち、Zll=Zp・Zc/(Zp+Zc)を調整する。その結果、Zllを、上記電力供給系の線路の特性インピーダンスの値に可能な限り整合させることができる。このことは、供給電力最大の法則を実現したことを意味しており、その結果、一対の電極2,4間に生成するプラズマからの反射波が著しく減少する。
【0115】
以上説明した装置構成により、電力供給系の線路の特性インピーダンスと負荷のインピーダンスが略等しくすること(上記供給電力最大の法則)が実現可能であるので、上記高周波電源の出力が効率よく上記負荷63に供給できるようになる。このことは、供給電力の損失が従来に比べて、著しく抑制されていることを意味している。
【0116】
上記SiH4ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するSiH3,SiH2,SiH等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板13表面に吸着されることにより、a−Si膜が堆積する。なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【0117】
上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ1200mmx300mm(厚み4mm)程度のガラス基板13に製膜速度0.3nm/s程度、膜厚分布±10%程度のa−Siを製膜することを実施する。
【0118】
製膜条件は次の通りである。
(製膜条件)
放電ガス:SiH4
流量:500sccm
圧力:0.5Torr(66.5Pa)
電源周波数:60MHz―80MHz
電力:200W
基板13の温度:200℃
【0119】
上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例4と同様に、上記定在波検知装置および上記平衡不平衡変換装置により電力供給系と一対の電極との接続部での伝送特性が整合され、漏洩電流の発生が抑制され、かつ、上記リアクタンス調整装置の付加により、負荷即ち生成されるプラズマと該リアクタンス調整装置の合成インピーダンスが制御可能である。その結果、上記漏洩電流抑制および上記供給電力最大の法則の実現が可能となる。したがって、供給電力の損失が抑制され、かつ、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べ著しく均一になる。その結果、製膜されるa−Siの膜厚分布は従来に比べて、著しく均一になる。数値的にはa−Si膜厚分布が±10以内で製膜可能となる。
【0120】
なお、本実施例では、市販のVSWR計の使用することを考えて、電力を200Wとしている。また、一対の電極2,4にそれぞれ、給電点を1点(一対)としているので、基板サイズは上記1200mmx300mm程度に制約されるが、給電点数を増加すればサイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【0121】
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−80MHz程度の電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【0122】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1のプラズマ表面処理装置によれば、平衡不平衡変換装置が電力供給系と一対の電極との接続部に挿入されることにより、漏洩電流を抑制できるので、従来困難視されていたVHF帯域(30MHz〜300MHz)の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【0123】
請求項2のプラズマ表面処理装置によれば、平衡不平衡変換装置が電力供給系と一対の電極との接続部に挿入され、かつ、定在波検知装置が該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極との間に挿入されることにより、それぞれ、漏洩電流を抑制でき、かつ、定在波を検知・制御できるので、従来困難視されていたVHF帯域(30MHz〜300MHz)の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が再現性良く可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性よく可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【0124】
請求項3のプラズマ表面処理装置によれば、平衡不平衡変換装置が電力供給系と一対の電極との接続部に挿入され、かつ、定在波検知装置が該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極との間に挿入され、かつ、リアクタンス調整装置が該一対の電極に並列に付加されることにより、それぞれ、漏洩電流を抑制でき、かつ、定在波を検知・制御でき、かつ、該電力供給系の負荷のインピーダンスを調整できるので、従来困難視されていたVHF帯域(30MHz〜300MHz)の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化および該電力供給系の出力電力の損失抑制が可能である。すなわち、電力消費を少なくして、かつ、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での低コストおよび生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【0125】
請求項4〜6は、上記請求項2及び3を実現する確実な手段として、その価値が高い。
【0126】
請求項7のプラズマ表面処理方法によれば、電力供給系と一対の電極との接続部に挿入される平衡不平衡変換装置で該接続部の伝送特性を整合させることにより、漏洩電流を抑制できるので、従来困難視されていたVHF帯域(30MHz〜300MHz)の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が再現性良く可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での低コストおよび生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【0127】
請求項8のプラズマ表面処理方法によれば、電力供給系と一対の電極との接続部に挿入される平衡不平衡変換装置で該接続部の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極との間に挿入される定在波検知装置で該一対の電極側からの反射波の大きさを制御することにより、それぞれ、該接続部に発生の漏洩電流を抑制でき、かつ、該反射波を抑制できるので、従来困難視されていたVHF帯域(30MHz〜300MHz)の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が再現性良く可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【0128】
請求項9のプラズマ表面処理方法によれば、電力供給系と一対の電極との接続部に挿入される平衡不平衡変換装置で該接続部の伝送特性を整合させ、かつ、該電力供給系の構成部材の整合器と該一対の電極と間に挿入される定在波検知装置で該一対の電極側からの反射波の大きさを制御し、かつ、該一対の電極に並列に付加されるリアクタンス調整装置のリアクタンスを制御することにより、それぞれ、該接続部に発生の漏洩電流を抑制でき、かつ、該反射波を抑制でき、かつ、該電力供給系のインピーダンスと負荷のインピーダンスを整合できるので、従来困難視されていたVHF帯域(30MHz〜300MHz)の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化および該電力供給系の出力電力の損失抑制が可能である。すなわち、電力消費を少なくして、かつ、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、LSI,LCD、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での低コストおよび生産性向上に関する貢献度は著しく大きい。
【0129】
請求項10の表面処理方法は、上記請求項7および9を実現する確実な方法として、その価値は高い。
【0130】
【図面の簡単な説明】
【図1】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】実施例1に係わる図1のプラズマ表面処理装置における電力供給系を示す説明図。
【図3】実施例1に係わる図1のプラズマ表面処理装置の一構成である平衡不平衡変換装置19の第1の具体例を示す説明図。
【図4】実施例1に係わる図1のプラズマ表面処理装置での平衡不平衡変換装置19の第1の具体例と一対の電極との接続部を示す説明図。
【図5】実施例2に係わる平衡不平衡変換装置19の第2の具体例の構成を示す説明図。
【図6】実施例3に係わる平衡不平衡変換装置の第3の具体例の構成を示す説明図。
【図7】実施例4に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す説明図。
【図8】実施例4に係わる電力供給系の概念の説明図。
【図9】実施例5に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す説明図。
【図10】実施例5に係わる電力供給系の概念の説明図。
【図11】従来の第1の代表的技術に係わるプラズマ表面処理装置の構成図。
【図12】従来の第1の代表的技術に係わる電極への給電点を示す説明図。
【図13】従来の第2の技術に係わるプラズマ表面処理装置の概念図。
【図14】図13図示の装置に係わる給電系のブロック構成図。
【図15】図13図示の装置に係わる電極への給電点を示す説明図。
【図16】従来の第2の技術に係わる電圧波の説明図。
【図17】従来の第2の技術に係わる電圧の合成波の説明図。
【図18】従来の技術の課題に係わる構造の異なる線路間で生じる漏洩電流の概念を示す説明図。
【図19】従来の技術の課題に係わる高周波電源に付属の進行波・反射波の検出装置の説明図。
【符号の説明】
1...真空容器2,
2...第1の非接地電極,
4...第2の非接地電極,
5a,5b...絶縁物支持材,
7...小孔,
8...アースシールド,
9a,9b...放電ガス供給管,
10...整流孔,
11...排気管,
13...基板,
14a,14b...給電点,
15...高周波電源、
16a,16b,16c...第1,第2および第3の同軸ケーブル、
17...整合器、
18...電流導入端子、
19...平衡不平衡変換装置、
23...第1の給電線、
23a...芯線、
24...外部導体、
25...誘電体、
26...円筒型導電体、
26a...管型導電体,
26b...円筒型導電体,
27...端面,
28a、28b...絶縁環,
29...第2の給電線、
32...平衡不平衡変換装置の第1の具体例、
40...平衡不平衡変換装置の第2の具体例、
41a、41b42a,42b...取り付けボルト,
50...平衡不平衡変換装置の第3の具体例、
51...同軸ケーブル,
52...導電板,
53a,53b...芯線,
54a,54b...第1および第2のコネクター,
61...VSWR計、
62...第4の同軸ケーブル、
70...リアクタンス調整系、
71...リアクタンス調整装置、
72,73...第3、第4の給電線、
74...第2の平衡不平衡変換装置、
76...電流導入端子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for performing a predetermined treatment on the surface of a substrate using plasma. The present invention particularly relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method using reactive plasma that generates plasma by glow discharge of a discharge gas generated by high-frequency power having a frequency of 30 MHz to 300 MHz.
[0002]
[Prior art]
Manufacturing various electronic devices by performing various processes on the surface of the substrate using reactive plasma includes LSI (Large Scale Integrated Circuit), LCD (Liquid Crystal Display), amorphous Si solar cell, thin film polycrystalline Si system It has already been put to practical use in the fields of solar cells, photoconductors for copiers, and various information recording devices. Practical application is also progressing in the field of manufacturing ultra-hard films such as diamond thin films and cubic boron nitride (C-BN).
[0003]
Although the above technical fields cover a wide variety of fields, such as thin film formation, etching, surface modification, and coating, all of them utilize the chemical and physical actions of reactive plasma. The apparatus and method relating to the generation of the reactive plasma are roughly classified into two typical techniques.
[0004]
A first representative technique is described in, for example, Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1, and is characterized in that two parallel plate electrodes are used as a pair for plasma generation. A second representative technique is described in, for example, Patent Documents 2 and 3, and is characterized in that a ladder electrode and a plate electrode are used as a pair for plasma generation. Hereinafter, two examples will be described on behalf of the prior art.
[0005]
(Conventional example 1)
First, an apparatus and a method described in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 11 and 12 as a first representative example of the related art. FIG. 11 is a configuration diagram of a plasma surface treatment apparatus according to a first conventional typical technique, and FIG. 12 is an explanatory diagram showing power supply points to electrodes according to a first conventional typical technique. As shown in FIG. 11, a first representative example of the related art includes a vacuum vessel 101, a ground electrode 104 on which a substrate 113 is provided, an ungrounded electrode 102 disposed facing the ground electrode 104, and a space between these electrodes. A power supply system for supplying high-frequency power, a discharge gas supply system, and an exhaust system are provided.
[0006]
The ground electrode 104 includes a substrate heater 103 and sets the temperature of the substrate 113 to a predetermined value. The non-grounded electrode 104 is specifically a rectangular plate (area of about 500 mm × 500 mm to about 1,000 mm × 1,000 mm), and is made of stainless steel.
[0007]
On the other hand, the non-grounded electrode 102 is attached to the upper part of the vacuum vessel 101 via an insulator 106. The interior of the non-grounded electrode 102 is hollow, and a large number of gas ejection holes 102b having a diameter of about 0.5 mm are arranged at a hole interval of 10 to 15 mm on a surface 102a in contact with the space 192 where plasma is generated.
[0008]
An opening 102c for a discharge gas is arranged on the upper surface of the non-ground electrode 102. A discharge gas introduction pipe 109 is connected to the opening 102c via a connection member 194 (material is ceramics), and for example, silane gas (SiH4) is supplied from a source gas supply source (not shown) via a valve 193. The gas in the vacuum vessel 101 is discharged from a vacuum pump 112 through an exhaust pipe 111. The substrate 113 is placed on the ground electrode 104 with the gate valve 195 opened, and is heated to a predetermined temperature by the substrate heater 103 and the substrate heater power supply 191.
[0009]
At the power supply points 114a and 114b of the ungrounded electrode 102, an output of a high-frequency power supply 115 for generating a predetermined high-frequency power is provided with a power divider 190 for distributing the output to a plurality of first and second matching circuits 117a and 117a. , 117b and the first, second, third, and fourth coaxial cables 116a, 116b, 116c, 116d. As shown in FIG. 12, the core wire 123 of the coaxial cable 116d is connected to the power supply point 114b, and the vicinity thereof is insulated by the insulating ring 121. Then, the end of the outer conductor of the coaxial cable 116d is connected to the vacuum vessel 101 using the ground conductor 196. Reference numerals 102 and 106 in FIG. 12 are an ungrounded electrode and an insulator, respectively.
[0010]
When plasma is generated, the output of the high-frequency power supply 15 is set to a predetermined value, and the first and second matching devices 117a are observed while looking at a detector (monitor) of a traveling wave / reflected wave attached to the high-frequency power supply (not shown). , 117b are sequentially adjusted to set a state where the reflected wave is approximately 1 to 10%. As a result, approximately 90% to 99% of the output of the high-frequency power supply is supplied from the matching units 117a and 117b to the downstream side.
[0011]
Next, a case where an amorphous Si (a-Si) film is formed using the apparatus shown in FIGS. 11 and 12 will be described. The gate valve 195 is opened, the substrate 113 is placed on the ground electrode 104, and the gate valve 195 is closed again. The vacuum pump 112 is driven to evacuate the pressure in the vacuum vessel 101 to about 1E-7 Torr (1.33E-5 Pa). The temperature of the substrate 113 is set to a predetermined temperature using the substrate heater 103 and the substrate heater power supply 191. A predetermined amount of, for example, silane gas is supplied through the discharge gas introducing pipe 109, the inside of the vacuum vessel 101 is maintained at 0.05 to 0.5 Torr (6.65 to 66.5 Pa), and a pair of electrodes is formed using the power supply system. Power is supplied between 102 and 104. As a result, glow discharge plasma is generated between the non-ground electrode 102 and the ground electrode 104. When the silane gas is converted into plasma, radicals such as SiH3, SiH2, and SiH existing therein are diffused by a diffusion phenomenon, and are adsorbed and deposited on the surface of the substrate 113. As a result, an amorphous Si film is formed.
[0012]
In addition, by adjusting the mixing ratio of the discharge gas, for example, the flow ratio of SiH4 and H2, the pressure, the substrate temperature, and the plasma generation power as film forming conditions, not only a-Si but also microcrystalline Si and polycrystalline It is known that a Si film can be manufactured.
[0013]
It is known that the etching of the substrate surface can be performed by using an etching gas such as SF6, SiCl4, CF4 and NF3 as a discharge gas.
[0014]
(Conventional example 2)
Next, as a second conventional example of the related art, the related art described in Patent Literature 2 and Patent Literature 3 will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a conceptual diagram of a surface treatment apparatus according to the second related art, FIG. 14 is a block diagram of a power supply system used to supply power to a pair of electrodes according to the apparatus shown in FIG. 13, and FIG. FIG. 16 is an explanatory diagram showing a power supply point to an electrode related to the device, FIG. 16 is an explanatory diagram of a voltage wave, and FIG. 17 is an explanatory diagram of a composite wave of a voltage. As shown in FIGS. 13 and 14, a plasma surface treatment apparatus according to the second prior art includes a vacuum vessel 201, a ground electrode 204 on which a substrate 213 is installed, and a ladder disposed facing the ground electrode 204. A non-grounded electrode 202 (referred to as a ladder electrode) having a mold structure, a power supply system for supplying high-frequency power between these electrodes, a discharge gas supply system, and an exhaust system are provided.
[0015]
A vacuum pump 212 is connected to the vacuum vessel 201 via an exhaust pipe 211 for exhausting a gas such as a reaction gas in the vacuum vessel 201. Then, an earth shield 208 is provided. The earth shield 208 is used in combination with the exhaust pipe 211 to discharge the reaction gas and other products introduced from the reaction gas introduction pipes 209a and 209b through the exhaust pipe 211. When the vacuum pump 212 is operated, the vacuum pump 212 is evacuated to a pressure of about 1E-6 Torr (1.33E-4Pa). When, for example, silane gas is supplied as a reaction gas from the reaction gas introduction pipes 209a and 209b, the silane gas flows uniformly between the ladder electrode 202 and the ground electrode 204 from a number of gas ejection holes (not shown).
[0016]
The substrate 213 is held by a ground electrode 204 and is heated to a predetermined temperature by a built-in heater 203 (not shown). Glass having a size of 460 mm × 460 mm and a thickness of about 1 mm is used for the substrate. The ladder electrode 202 is manufactured by assembling round bar members each having a size of, for example, about 520 mm × 520 mm and a diameter of about 6 mm at regular intervals in a ladder shape. As shown in FIG. 14 and FIG. 15, power is supplied to the electrode 202 at four power supply points 214a to 214d and connected to the coaxial cables 216a, 216b, 216c and 216d.
[0017]
As shown in FIGS. 13 and 14, the power supply system includes a high-frequency oscillator 232, a signal distributor 233, a phase shifter (phase shifter) 234, a pair of power amplifiers 236a and 236b, a pair of matching devices 217a and 217b, and a pair of Power distributors 240a and 240b and a computer 235. The phase of one voltage of the two outputs of the signal distributor 233 is temporally changed in a range of ± 180 degrees by the phase shifter 234 driven and controlled by the computer 235. The signal having the phase change is power-amplified by the second power amplifier 234b, and supplied to the feeding points 214c and 214d via the second matching unit 217b and the second power distributor 236b. The other output is supplied to feed points 214a and 214b via a first power amplifier 236a, a first matching device 217a, and a first power distributor 240a.
[0018]
Specifically, as shown in FIG. 15, a core wire (inner conductor) 223 of a coaxial cable installed through the ground shield 208 is connected to a feed point 214a of the ladder electrode 202, for example. The core wire 223 is surrounded by a discharge prevention insulating ring 237. The outer conductor of the coaxial cable is connected to the earth shield 208 by a mounting ring 239, and the end is shaped by a coupling 241.
[0019]
When plasma is generated, the first and second matching devices 217a and 217b are sequentially adjusted while looking at a detector (monitor) (not shown) for traveling waves and reflected waves attached to the power amplifiers 236a and 236b, and the reflected waves are adjusted. Is set to a state of about 1 to 10%. As a result, approximately 90% to 99% of the output of the power amplifiers 236a and 236b is supplied to the downstream side from the matching units 217a and 217b, respectively.
[0020]
Next, a case where, for example, a microcrystalline Si film is manufactured using the apparatus shown in FIGS. 13 and 14 will be described. A substrate 213, for example, a glass of 460 mm × 460 mm is set on the ground electrode 204 by a gate valve (not shown), and the gate valve is closed. Subsequently, as in the first conventional example, the vacuum pump 212 is driven to evacuate to a predetermined degree of vacuum. The temperature of the substrate 213 is set to 200 ° C., and the pressure is set to 0.15 Torr (20 Pa) while supplying silane gas at 500 sccm and hydrogen gas at 3,500 sccm.
[0021]
Then, the frequency of the high-frequency oscillator 232 is set to, for example, 60 MHz. The phase of one output signal (sine wave) of the signal distributor 233 is temporally modulated by the phase shifter 234 into a triangular waveform. In this case, the electric field between the ladder electrode 202 and the ground electrode 204 changes correspondingly because the phase difference of the voltage of the power supplied to the feeding points 214a, 214b and 214c, 214d changes over time. This is shown in FIG. 16 as a voltage wave.
[0022]
In FIG. 16, the position of the ladder electrode 202 in the length direction is x, the voltage wave propagating rightward (positive direction of x) is W1 (x, t), and the voltage wave propagating leftward (negative direction of x). Is represented as W2 (x, t).
W1 (x, t) = V0 · sin (ωt + 2π / λ). . . . . (1)
W2 (x, t) = V0 · sin {ωt−2π (x−L0) / λ + Δθ}. . . (2)
Here, ω is the angular frequency of the voltage, λ is the wavelength of the voltage, t is time, L0 is the length of the ladder electrode 2 in the propagation direction, and Δθ is the phase difference. The composite wave W (x, t) of the voltage is as follows.
W (x, t) = W1 (x, t) + W2 (x, t) = 2 · V0cos {2π (x−L0 / 2) / λ−Δθ / 2} · sin {ωt + (2πL0 / λ + Δθ / 2} (3)
[0023]
FIG. 17 conceptually shows the composite wave W (x, t) expressed by the above equation (3). When Δθ = 0, the intensity of the generated plasma is strong at the center of the ladder electrode (x = L0 / 2), and weak at both ends. The strong part of the plasma is the right end of the ladder electrode when Δθ> 0, and the left end when Δθ <0. That is, by using the phase shifter 234 to change Δθ of the above equation (3) into a triangular wave shape temporally between −180 degrees and +180 degrees, a plasma having a uniform intensity over time is generated. Is done. As a result, the non-uniformity of the plasma intensity is averaged over time, so that a microcrystalline Si film having a uniform film thickness distribution can be obtained.
[0024]
[Patent Document 1]
JP-A-8-325759 (page 2-9, FIG. 1-4)
[Patent Document 2]
JP-A-4-237781 (Pages 2-4, Fig. 1-4)
[Patent Document 3]
JP 2001-257098 A (page 3-8, FIG. 1-3)
[0025]
[Non-patent document 1]
L. Sansonnens, A .; Pletzer, D.A. Magni, A .; A. Howling, Ch. Hollenstein and J.M. P. M. Schmitt ,: A voltage uniformity study in large-area reactors for RF plasma deposition, Plasma Source Sci. Technol. 6 (1997) p. 170-178
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned surface treatment technology, that is, the surface treatment apparatus and the surface treatment method are used in any industrial fields such as LCDs, LSIs, electronic copiers, and solar cells to reduce product cost and improve large-area wall mounting due to improved productivity. The need for large area, uniformity, and high-speed processing for improving performance (specifications) such as TV is increasing year by year.
[0027]
In recent years, in order to meet the above needs, not only in the industry but also in academic societies, both plasma CVD (chemical vapor deposition) technology and plasma etching technology have high density plasma and low electron temperature in the VHF band ( Advanced research and development on large-area, high-speed film formation and large-area, high-speed plasma etching of high-density plasma CVD using a power supply of 30 MHz to 300 MHz) has been active. However, in the prior art, since the following problems still exist, it is difficult to meet the above needs.
[0028]
(1) In the VHF plasma generation for a large-area substrate in the first typical example of the prior art using a plate electrode, according to Patent Literature 1, Patent Literature 3, and Non-Patent Literature 1, a power supply line and It is pointed out that the electric field distribution between the pair of plate electrodes becomes non-uniform and non-uniform due to factors such as the generation of a standing wave peculiar to VHF on the electrodes and the increase in impedance due to the skin effect. Have been.
[0029]
The present inventor has recently shown that the following three items are related to the essential causes relating to the difficulty in increasing the area, making the surface uniform, and increasing the speed of processing by the VHF plasma using the conventional flat plate electrode. discovered.
[0030]
The first is the following structural problem of the feed line. In FIGS. 11 and 12, the connection between the coaxial cable and the electrode is formed by connecting lines having different structures from each other, and it is considered that power reflection occurs at the connection point. That is, the coaxial cable is a transmission system in which the inner surface of the inner conductor (core wire) and the inner surface of the outer conductor are used as the outward route and the return route. On the other hand, the structure of a pair of electrodes is a structure corresponding to two parallel lines unlike a coaxial cable. Therefore, a radio wave reflection phenomenon occurs at the boundary between the two. This phenomenon is accompanied by generation of a leakage current described below. FIG. 18 conceptually shows this state. Although FIG. 18 conceptually shows a moment of high-frequency power current at the junction between the end of the coaxial cable 116c and the pair of electrodes 102 and 104, it is an AC phenomenon, so it is naturally shown in FIG. The direction of the current changes with time.
[0031]
FIG. 18 shows a phenomenon in which the current I flowing inside (the inner surface) of the outer conductor of the coaxial cable 116c is reflected at the end surface of the outer conductor, and a part of the current I leaks to the outer side (outer surface) of the outer conductor. . The current I1 flowing outside the outer conductor (referred to herein as leakage current) returns to the core of the coaxial cable 116c in a form coupled to the wall of the internal structure of the vacuum vessel 101. Since the leakage current I1 is also affected by the structure of the joint and the shape of the specific internal structure of the vacuum vessel, the current I2 flowing between the pair of electrodes 102 and 104 is difficult to control and has no reproducibility. . As a result, it is difficult to achieve a uniform electric field distribution between the pair of electrodes 102 and 104.
[0032]
The second and third problems are related to a detecting means of a reflected wave on the feeder line and a method of suppressing the reflected wave, respectively. The power supply system according to the first typical prior art has the configuration shown in FIG. More specifically, the power supply system shown in FIG. 11 uses a high-frequency power supply having the configuration shown in FIG. That is, the matching wave 117 is adjusted while looking at the detectors of the traveling wave B and the reflected wave B attached to the high frequency power supply to suppress the reflected wave B (to reduce the reflected wave B to about 1 to 10% of the traveling wave power). Adjustment). However, this method has a function that, when the reflected wave A from the downstream side of the matching unit 117 returns to the matching unit 117 as shown in FIG. 19, the matching unit 117 returns it to the downstream side. Therefore, the detector of the traveling wave B / reflected wave B cannot determine the presence or absence of the reflected wave A to the matching unit 117. That is, there is a problem that the state of the reflected wave A on the downstream side of the matching unit 117 cannot be grasped. Since the reflected wave cannot be detected, there is a problem that it cannot be suppressed.
[0033]
(2) Next, a problem with a technique using a ladder electrode of a second typical example of the prior art will be described. Also in the present technology, in addition to the above-mentioned problems, that is, the problems pointed out in Patent Literature 1, Patent Literature 3, and Non-Patent Literature 1, the following three items are the causes of essential and practical problems. I discovered that.
[0034]
The first problem is similar to the first problem in the above item (1). In FIGS. 14 and 15, at the connection between the core wire of the coaxial cable and the ladder electrode, a leakage current is generated from the outer conductor end of the coaxial cable. This is the same as in FIG. However, in the second typical technique, in addition to the problem in the case of the first conventional example, since the bonding portion is in the vacuum vessel, the strong leakage caused by the leakage current at the time of plasma generation is caused. Generates local discharge. This is a problem that causes non-uniformity of plasma, and also makes it difficult to obtain a reproducible and uniform film thickness distribution.
[0035]
The second and third problems are the same as the second and third problems in the above (1), respectively. Also in this case, since the power supply system is configured as shown in FIG. 14, the matching unit 217 is adjusted while looking at the detectors of the traveling wave B and the reflected wave B attached to the high frequency power supply as shown in FIG. By doing so, the reflected wave B is suppressed (the reflected wave is adjusted to about 1 to 10% of the traveling wave power). However, in this method, when the reflected wave A from the downstream side of the matching unit 217 returns to the matching unit 217, the matching unit 217 has a function of returning it to the downstream side. The detector of the reflected wave B cannot determine the presence or absence of the reflected wave A to the matching unit 217. That is, there is a problem that the state of the reflected wave A on the downstream side of the matching unit 217 cannot be grasped. Since the reflected wave cannot be detected, there is a problem that it cannot be suppressed.
[0036]
As described in detail above, the prior art is still difficult to apply in applications such as VHF plasma CVD and plasma etching for large-area substrates required for mass productivity improvement and cost reduction, for example, large-area substrates of a size of 1 mx 1 m. Is considered impossible. Under such circumstances, research has been actively conducted at related societies such as the Japan Society of Applied Physics and the Institute of Electrical Engineers of Japan. However, successful examples of surface treatment methods and devices using VHF plasma for 1mx1m class large area substrates have been announced. It has not been.
[0037]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and it has been proposed to use a VHF band (30 MHz to 300 MHz) frequency for a large area substrate of, for example, 1 mx 1 m class, which is considered difficult in the prior art. Another object of the present invention is to provide a plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method which are excellent in uniformity.
[0038]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a vacuum vessel having an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate are set. A pair of electrodes including a first electrode and a second electrode opposed to the first electrode, and a power supply system for supplying high-frequency power between the pair of electrodes. A balance-unbalance conversion device used in combination with the power supply system, In a plasma surface treatment apparatus for treating the surface of the substrate using the generated plasma, The balanced-to-unbalanced conversion device is a tube-shaped conductor having both ends open at both ends of a coaxial cable comprising a core wire, a dielectric material, and an external conductor, and the other end portion of the coaxial cable being an input portion. And one end face is covered with an open cylindrical conductor, the outer surface of the tubular conductor and the inner surface of the cylindrical conductor are in close contact, and the other end face of the cylindrical conductor is connected to the outer conductor of the coaxial cable. The distance between one end face of the tubular conductor and the closed end face of the cylindrical conductor is one-fourth of the wavelength λ of the high-frequency power supply output considering the shortening rate, that is, λ. / 4, and the distance between the outer conductor of the coaxial cable and the inner surface of the tubular conductor is 2 mm to 60 mm, and an insulating ring is provided between the tubular conductor and the outer conductor of the coaxial cable. And a core wire at the other end of the coaxial cable and an external conductor are used as an output unit. And the balance-unbalance converter is The power supply system is characterized in that it is inserted into a connecting portion between a coaxial cable and a pair of electrodes as a component of the power supply system.
[0039]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 2 of the present application provides a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate. And a power supply system for supplying high-frequency power between the pair of electrodes, the pair of electrodes being composed of a first electrode to be formed, a second electrode opposed to the first electrode, and a second electrode. In a surface treatment apparatus that treats the surface of a substrate by using a substrate, a connection portion between a coaxial cable and a pair of electrodes of a component of the power supply system is configured to match transmission characteristics between lines having different structures from each other. It is characterized by having a configuration in which a balanced conversion device is inserted, and a standing wave detection device that detects a standing wave is inserted between the matching device of the constituent members of the power supply system and the pair of electrodes. I do.
[0040]
Similarly, in order to achieve the above object, an invention according to claim 3 of the present application is directed to a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate. And a power supply system for supplying high-frequency power between the pair of electrodes, the pair of electrodes being composed of a first electrode to be formed, a second electrode opposed to the first electrode, and a second electrode. In a surface treatment apparatus that treats the surface of a substrate by using a substrate, a connection portion between a coaxial cable and a pair of electrodes of a component of the power supply system is configured to match transmission characteristics between lines having different structures from each other. A balancing converter is inserted, and a standing wave detector that detects a standing wave between the matching device of the power supply system component and the pair of electrodes is inserted, and the pair of electrodes includes: There is a parallel relationship with the impedance of the pair of electrodes. It characterized by having a structure that reactance adjuster is added.
[0041]
Since the reactance adjusting device is set in parallel with the pair of electrodes 2 and 4, the high-frequency power supply 15 uses the combined impedance of the pair of electrodes and the reactance in a plasma generation state as a load. become.
[0042]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention described in claim 4 of the present application Claims 2 and 3 In the balanced-unbalanced conversion device, the core wire and the external conductor at one end of a coaxial cable including a core wire, a dielectric material, and an external conductor are used as an input unit, and the length is reduced to the other end of the coaxial cable. At a quarter of the wavelength λ of the output of the high-frequency power supply, that is, λ / 4 in consideration of the ratio, the cylindrical conductor having a distance of 2 mm to 60 mm from the outer conductor is covered, and one of the cylindrical conductors is covered. An end face is opened, the other end face is brought into close contact with the outer conductor of the coaxial cable, an insulating ring is provided between the cylindrical conductor and the coaxial cable, and a core wire at the other end of the coaxial cable is provided. And an external conductor as an output unit.
[0043]
In the above-mentioned claim 4 (the same applies to other claims), the wavelength λ in consideration of the shortening rate is the wavelength of the radio wave when propagating inside the coaxial cable. It means the product of 0.67 in the case of polyethylene or 0.34 in the case of alumina and the wavelength of the radio wave corresponding to the high frequency power supply output frequency when propagating in a vacuum.
[0044]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention of claim 5 of the present application Claims 2 and 3 In the above-mentioned balanced-unbalanced conversion device, the core wire and the external conductor at one end of a coaxial cable composed of a core wire, a dielectric material and an external conductor are used as an input portion, and the other end of the coaxial cable is provided with a tube having both ends open. The cylindrical conductor is covered with a cylindrical conductor whose one end face is open, the outer surface of the tubular conductor and the inner surface of the cylindrical conductor are adhered, and the other end face of the cylindrical conductor is the same as that of the coaxial cable. The distance between one end face of the tubular conductor and the closed end face of the cylindrical conductor is a quarter of the wavelength λ of the high-frequency power supply output in consideration of the shortening rate. In other words, the distance between the outer conductor of the coaxial cable and the inner surface of the tubular conductor is 2 mm to 60 mm, and insulation is provided between the tubular conductor and the outer conductor of the coaxial cable. Install a ring and connect the core wire at the other end of the coaxial cable to the external conductor. It characterized by having a configuration in which an output unit.
[0045]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention of claim 6 of the present application Claims 2 and 3 , The balanced-to-unbalanced conversion device includes a core and an external conductor at one end of a first coaxial cable including a core, a dielectric, and an external conductor as an input unit, and the other end of the first coaxial cable as an input. The outer conductors at both ends of the second coaxial cable having a U-shape and a length of の of the wavelength λ of the output of the high-frequency power supply, that is, considering the shortening rate, that is, λ / 2, are connected to the outer conductor. And connecting the core wire at the other end of the first coaxial cable to one core wire of the U-shaped second coaxial cable, and connecting the other core wire of the U-shaped second coaxial cable. And a core wire at the other end of the first coaxial cable as an output unit.
[0046]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 7 of the present application is directed to a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate set. A pair of electrodes including a first electrode to be formed and a second electrode opposed to the first electrode, and a power supply system for supplying high-frequency power between the pair of electrodes. A balance-unbalance conversion device used in combination with the power supply system, Comprising, in a plasma surface treatment method for treating the surface of the substrate using the generated plasma, The balanced-to-unbalanced conversion device is a tube-shaped conductor having both ends open at both ends of a coaxial cable comprising a core wire, a dielectric material, and an external conductor, and the other end portion of the coaxial cable being an input portion. And one end face is covered with an open cylindrical conductor, the outer surface of the tubular conductor and the inner surface of the cylindrical conductor are in close contact, and the other end face of the cylindrical conductor is connected to the outer conductor of the coaxial cable. The distance between one end face of the tubular conductor and the closed end face of the cylindrical conductor is one-fourth of the wavelength λ of the high-frequency power supply output considering the shortening rate, that is, λ. / 4, and the distance between the outer conductor of the coaxial cable and the inner surface of the tubular conductor is 2 mm to 60 mm, and an insulating ring is provided between the tubular conductor and the outer conductor of the coaxial cable. And a core wire at the other end of the coaxial cable and an external conductor are used as an output unit. And the balance-unbalance converter is Inserted into the connection between the coaxial cable of the power supply system and the pair of electrodes Is The transmission characteristics of the two are matched, and power is supplied between the pair of electrodes.
[0047]
Similarly, in order to achieve the above object, an invention according to claim 8 of the present application provides a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate set. And a power supply system for supplying high-frequency power between the pair of electrodes, the pair of electrodes being composed of a first electrode to be formed, a second electrode opposed to the first electrode, and a second electrode. In a surface treatment apparatus that treats the surface of a substrate by using a device, a balance-unbalance conversion device is inserted into a connection portion between the coaxial cable of the power supply system and the pair of electrodes, and the transmission characteristics of both devices are adjusted. Matching, and a standing wave detector is inserted between the matching device of the component of the power supply system and the pair of electrodes, a standing wave between them is measured, and the measured value of the standing wave detector is measured. That is, based on the VSWR value, the power supply line of the power supply system is And controlling the standing wave.
[0048]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 9 of the present application is directed to a vacuum vessel provided with an exhaust system, a discharge gas supply system for supplying a discharge gas into the vacuum vessel, and a substrate. And a power supply system for supplying high-frequency power between the pair of electrodes, the pair of electrodes being composed of a first electrode to be formed, a second electrode opposed to the first electrode, and a second electrode. In a surface treatment method for treating the surface of a substrate by using a device, a balance-unbalance conversion device is inserted into a connection portion between the coaxial cable of the power supply system and the pair of electrodes to match the transmission characteristics of the two. And, a standing wave detector is inserted between the matching device of the power supply system constituent member and the pair of electrodes, and a standing wave between them is measured, and the pair of electrodes is connected to the pair of electrodes. Reactance adjustment in parallel with impedance between electrodes Adding device, based on the measured value or VSWR value of the standing wave detection apparatus, and controls the standing wave feed line constituting the reactance and said power supply system of the reactance adjusting apparatus.
[0049]
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 10 of the present application is characterized in that, in claims 7 to 9, the measured value of the standing wave detector, that is, the VSWR value is 2.5 or less. I do.
[0050]
The VSWR value is 2.5 or less because the value is approximately 18% in terms of power, and if it is within the range, there is no practical problem.
[0051]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a surface treatment apparatus and a surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, as an example of a surface treatment apparatus and a surface treatment method, an apparatus and a method for producing an a-Si thin film necessary for producing a solar cell are described. It is not limited to the example apparatus and method.
[0052]
(Example 1)
First Embodiment A plasma surface treatment apparatus (plasma CVD apparatus) and a plasma surface treatment method (plasma CVD method) according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is a block diagram of the plasma surface treatment apparatus of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a first specific example of the unbalanced converter, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing a first specific example of the balanced-unbalanced device incorporated in the plasma surface treatment apparatus of FIG.
[0053]
First, the configuration of the device will be described. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a vacuum container. The vacuum vessel 1 is provided with a pair of electrodes for converting discharge gas into plasma, which will be described later, that is, a first non-grounded electrode 2 and a second non-grounded electrode 4 including a substrate heater 3 (not shown). The second non-grounded electrode 4 is fixed to the vacuum vessel 1 with insulator supporting members 5a and 5b. The first non-ground electrode 2 is fixed to the vacuum vessel 1 via an insulator 6 (not shown). A large number of small holes 7 having a diameter of about 2 mm to 10 mm are arranged in the first non-ground electrode 2 at an aperture ratio of 40% to 60%. An earth shield 8 is arranged around the first non-ground electrode 2. The earth shield 8 suppresses discharge in unnecessary portions, and discharges the discharge gas such as SiH 4 supplied from the discharge gas supply pipes 9 a and 9 b to the rectification hole 10 and the non-ground electrode 2. Has a function of supplying uniformly between the pair of electrodes 2 and 4 through the small holes 7. The earth shield 8 is used in combination with the exhaust pipe 11 and a vacuum pump 12 (not shown), and thus has a function of discharging used discharge gas that has been turned into plasma in the plasma generation space.
[0054]
The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown) and automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjusting valve (not shown). In the case of this embodiment, when the discharge gas has a flow rate of about 500 sccm to 1,500 sccm, the pressure can be adjusted to about 0.01 Torr to 10 Torr (1.33 Pa to 1,330 Pa). The ultimate pressure of the vacuum in the vacuum vessel 1 is about 2 to 3E-7 Torr (2.66 to 3.99E-5 Pa).
[0055]
Reference numeral 13 denotes a substrate, which is installed on the second non-grounded electrode 4 by opening and closing a gate valve 39 (not shown). Then, the substrate is heated to a predetermined temperature by a substrate heater 3 (not shown).
[0056]
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 15 denotes a high-frequency power supply, which generates power of a frequency of 30 MHz to 300 MHz (VHF band). The power is insulated by the first coaxial cable 16a, the matching unit 17, the second coaxial cable 16b, the current introduction terminal 18, the third coaxial cable 16c, the balun converter 19, and the insulating rings 21a and 21b (not shown). The power is supplied to the power supply points 14 a and 14 b of the pair of electrodes 2 and 4 via the first and second power supply lines 23 and 29.
[0057]
The balance-unbalance converter 19 can be used to connect two lines having different structures, such as a coaxial cable with an external conductor grounded and a non-grounded parallel two line, for example. There is a function to match transmission characteristics. Incidentally, the coaxial cable of the unbalanced line has a transmission form in which the current flows through the core wire on the outward path, flows on the outer conductor and the earth on the return path, and flows reversely. In a balanced line, current flows alternately between two lines as a forward path and a return path, and has a phase difference of 180 degrees with equal amplitude.
[0058]
FIG. 3 shows a first specific example of the balance-unbalance converter 19. The apparatus shown in FIG. 3 uses the core wire and the external conductor at one end of the coaxial cable 16c composed of the core wire 23a, the external conductor 24, and the dielectric 25 as input portions, and uses the other end of the coaxial cable, that is, the pair Has a structure in which a cylindrical conductor 26 is covered on the end connected to the electrodes 2 and 4, and the core wire 23 and the external conductor 29 at the end are used as an output unit. The cylindrical conductor 26 has a cylindrical shape, one end surface of which is open, and the other end surface 27 of which is in close contact with and connected to the external conductor 24. Its length is equal to the product of one-fourth of the wavelength λ of the output power of the high frequency power supply 15 (ie, λ / 4) and the wavelength shortening rate of the coaxial cable, and the distance between the external conductor 24 is 2 mm. It is about 60 mm. Insulating rings 28a and 28b are arranged between the cylindrical conductor 26 and the outer conductor 24, and the interval between them is kept constant. The interval is not particularly limited as long as the insulation property can be ensured, but as a guide, it is about the interval between the pair of electrodes. As shown in FIG. 3, a lead wire 29 is connected to an end of the outer conductor 24, and is used in combination with the core wire 23 to supply power to the feeding points 14a and 14b.
[0059]
In FIG. 3, when a leakage current flows from the point 30a on the end face of the outer conductor 24 to the point 31 on one end face via the point 30b on the other end face of the cylindrical conductor 26, Since the length of the point 30a to the point 30b is equal to the product of the wavelength shortening rate (for example, when the dielectric is polyethylene: 0.67 and alumina: 0.34) and λ / 4, the point The impedance between 30a and point 31 is infinite. As a result, no current leaks from the end face of the outer conductor 24. In other words, there is an effect that current leakage and power reflection are suppressed at the connection between the unbalanced line and the balanced line.
[0060]
A case in which the first specific example 32 of the balance-unbalance conversion device illustrated in FIG. 3 is used as one configuration of the surface treatment device according to the first embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 4 shows a wiring state for connecting the pair of electrodes 2 and 4 shown in FIGS. 1 and 2 to the first specific example 32 of the balun. A feed point 14a located in the small hole 7 portion of the inner surface of the ungrounded electrode 2 which is in contact with the plasma generation space (here, the surface of the non-grounded electrode 2 on the side of the counter electrode is referred to as the inner surface). The core wire 23 of the coaxial cable of the specific example 32 is connected. The lead wire 29 of the first specific example 32 of the balun is connected to a feed point 14b on the inner surface of the ground electrode 4. The core wire 23 and the lead wire 29 are provided with, for example, insulating rings 21a and 21b made of alumina (not shown) to suppress abnormal discharge.
[0061]
Next, a method of forming a-Si for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above-described configuration will be described. 1 to 4, the substrate 13 is previously set on the second non-grounded electrode 4, the vacuum pump 12 is operated to remove the impurity gas and the like in the vacuum vessel 1, and then the discharge gas supply pipe 9a , 9b while supplying a SiH4 gas at a pressure of, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), and supplying a high-frequency power, for example, a power of a frequency of 60 MHz, between the pair of electrodes 2 and 4. The substrate temperature is kept in a range of 80 to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0062]
That is, the output of the high-frequency power supply 15 is, for example, 60 MHz, and the output of 500 W is applied to the first coaxial cable 16a, the matching unit 17, the second coaxial cable 16b, the current introducing terminal 18, the third coaxial cable 16c, the balanced-unbalanced converter. The power is supplied to power supply points 14a and 14b via a first specific example 32 of FIG. 19 and first and second power supply lines 23 and 29 insulated by insulating rings 21a and 21b, respectively. In this case, by adjusting the matching device 17, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the matching device 17. As a result, a plasma of SiH4 gas is generated.
[0063]
Here, the power supplied to the feeding points 14a and 14b is reduced by the leakage current prevention function of the first specific example 32 of the balun 19, thereby suppressing the generation of the leakage current, and Can be supplied between the pair of electrodes 2 and 4 from the power supply lines 23 and 29. Therefore, no abnormal discharge such as local discharge occurs near the feeding points 14a and 14b. The insulating effect of the insulating rings 21a, 21b around the first and second power supply lines 23, 29 also suppresses abnormal discharge between the two. Further, in the related art, since the generated leakage current is related to the grounding structure and the wiring state around the pair of electrodes, it is difficult to generate plasma with good reproducibility, but in the present embodiment, since no leakage current is generated, Plasma with good reproducibility can be generated.
[0064]
In the above process, when the SiH4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH3, SiH2, and SiH existing in the plasma are diffused by a diffusion phenomenon, and are adsorbed on the surface of the substrate 13, thereby forming an a-Si film. I do. It is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow ratio, pressure and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
[0065]
Specific conditions for forming a film by the above procedure will be described below. An a-Si film having a film forming speed of 1 nm / s and a film thickness distribution of ± 10% is formed on a glass substrate 13 having a size of about 1200 mm × 300 mm (thickness: 4 mm).
[0066]
The film forming conditions are as follows.
(Film formation conditions)
Discharge gas: SiH4
Flow rate: 500sccm
Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
Power frequency: 60 MHz
Power: 500W
Temperature of substrate 13: 200 ° C.
[0067]
When the plasma is generated under the above film forming conditions, the transmission characteristics at the connection between the power supply system and the pair of electrodes are matched by the above-mentioned equilibrium-unbalance converter, and the generation of leakage current is suppressed. The spatial distribution of the density is uniform with good reproducibility as compared with the prior art. As a result, the film thickness distribution of the formed a-Si becomes uniform with good reproducibility as compared with the related art. Numerically, a film can be formed when the a-Si film thickness distribution is within ± 10.
[0068]
In the present embodiment, the number of feed points is set to one (one pair) for each of the pair of electrodes 2 and 4, so that the substrate size is limited to about 1200 mm × 300 mm. However, if the number of feed points is increased, the width of the size is reduced. Naturally, it is scalable.
[0069]
In the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums, and the like, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above-described embodiment, even when a power supply frequency of 60 MHz is used, a significantly better film thickness distribution can be obtained as compared with the conventional apparatus and method. This means that the industrial value related to improvement in productivity and cost reduction in the field of manufacturing a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums and the like is extremely large.
[0070]
(Example 2)
Second Embodiment A plasma surface treatment apparatus and a plasma surface treatment method according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the device will be described. However, the same members as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The configuration of the apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, that is, in FIGS. 1, 2, and 4, in place of the first specific example 32 of the balun used as the balun 19. This uses the second specific example 40 of the balance / unbalance device shown in FIG. 5, and all other device components are the same. Therefore, the components of the device other than the second specific example 40 of the balun will be referred to FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4, and the description will be omitted here.
[0071]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a second specific example 40 of the balun, which replaces the first specific example 32 of the balun. In FIG. 5, a core wire and an external conductor at one end of the coaxial cable 16c composed of a core wire 23, an external conductor 24, and a dielectric 25 are used as input portions, and the other end of the coaxial cable, that is, the pair of electrodes is used. It has a structure in which a tubular conductor 26a and a cylindrical conductor 26b, both ends of which are open, are placed over the ends connected to the ends 2 and 4, and the core wire 23 and the external conductor 29 at the ends are connected to the output section. And As shown in FIG. 5, the tubular conductor 26a and the cylindrical conductor 26b are in a relationship of an inner cylinder and an outer cylinder, and the outer surface of the tubular conductor 26a and the inner surface of the cylindrical conductor 26b are electrically connected. Short-circuited. The distance between the overlapping portions in the relationship between the inner cylinder and the outer cylinder is adjusted by using mounting bolts 42a, 42b and 41a, 41b described later. The distance between one end face 31 of the tubular conductor 26a and the end face 27 of the cylindrical conductor 26b is a quarter of the wavelength λ of the output power of the high frequency power supply 15 (ie, λ / 4) and the coaxial cable. This is a value equal to the product of the wavelength shortening rate and. The distance between the inner surface of the tubular conductor 26a and the outer conductor 24 is about 2 mm to 60 mm. Insulating rings 28a and 28b are arranged between the tubular conductor 26a and the outer conductor 24, and the interval between them is kept constant. A lead wire 29 is connected to an end of the outer conductor 24, and is used for supplying power to the feeding points 14a and 14b in combination with the core wire 23 as described later.
[0072]
In FIG. 5, a leakage current may flow from the point 30a on the end face of the outer conductor 24 to the point 31 on the end face of the tubular conductor 26a via the point 30b on the end face of the cylindrical conductor 26b. In this case, the length of the point 30a to the point 30b is a value equal to the product of the wavelength shortening ratio (for example, when the dielectric is polyethylene: 0.67 and when the dielectric is alumina: 0.34) and λ / 4. Therefore, the impedance between the point 30a and the point 31 is infinite. As a result, no current leaks from the end face of the outer conductor 24. That is, at the connection between the unbalanced line and the balanced line, there is a function of suppressing current leakage and power reflection.
[0073]
Second Embodiment As a second embodiment, a case will be described in which the second specific example 40 of the balance-unbalance conversion device illustrated in FIG. 5 is used as one configuration of the surface treatment device illustrated in FIGS. 1 and 2. FIG. 4 shows a wiring state for connecting the pair of electrodes 2 and 4 shown in FIGS. 1 and 2 to the first embodiment 32 of the balanced-unbalanced conversion device. A second embodiment 40 of the device is used. A feed point 14a located in the small hole 7 portion of the inner surface of the first non-grounded electrode 2 (here, the surface of the first non-grounded electrode 2 facing the opposite electrode is referred to as the inner surface) in contact with the plasma generation space, The core wire 23 of the coaxial cable of the second embodiment 40 is connected. The lead wire 29 of the second embodiment 40 of the balun converter is connected to the feeding point 14b on the inner surface of the second ungrounded electrode 4. The core wire 23 and the lead wire 29 are provided with, for example, insulating rings 21a and 21b made of alumina (not shown) to suppress abnormal discharge.
[0074]
Next, a-Si for a-Si solar cells was manufactured using the surface treatment apparatus having the above-described configuration.
A method for forming a film will be described. 1, 2 and 5, the substrate 13 is previously set on the second non-grounded electrode 4, and the vacuum pump 12 is operated to remove impurity gas and the like in the vacuum vessel 1. While supplying SiH4 gas from the supply pipes 9a and 9b at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), high-frequency power, for example, power of a frequency of 70 MHz is supplied between the pair of electrodes 2 and 4. The substrate temperature is maintained in a range of 80 to 350 ° C., for example, 180 ° C.
[0075]
That is, the output of the high-frequency power supply 15 is, for example, 70 MHz, and the output of 500 W is applied to the first coaxial cable 16a, the matching unit 17, the second coaxial cable 16b, the current introducing terminal 18, the third coaxial cable 16c, the balanced-unbalanced converter. The power is supplied to the power supply points 14a and 14b via the first and second power supply lines 23 and 29 which are insulated by the 19 second specific example 40 and the insulating rings 21a and 21b, respectively. In this case, by adjusting the matching device 17, the reflected wave of the supplied power can be prevented from returning to the upstream side of the matching device 17. If the adjustment of the length of the second specific example 40 of the above-mentioned balance-unbalance converter is not matched to the frequency of 70 MHz, the current between the third coaxial cable 16c and the pair of electrodes 2 and 4 may be reduced. Is generated, the plasma generation is temporarily stopped, and the length of the second specific example 40 of the above-mentioned equilibrium-unbalance conversion device is adjusted to generate plasma again, and the above-mentioned power reflection occurs. Can be confirmed that was suppressed.
[0076]
In addition, the function of adjusting the length of the second specific example 40 of the above-mentioned balance-unbalance conversion device can be performed without installing a separate balance-unbalance conversion device when the frequency of the high-frequency power supply 15 is slightly changed. This has the advantage that the length can be adjusted.
[0077]
Here, the power supplied to the feeding points 14a and 14b reduces the power loss by maximizing the effect of the leakage current suppression by adjusting the length of the second specific example 40 of the balun 19. At a minimum, the power can be supplied to the pair of electrodes 2 and 4 from the first and second power supply lines 23 and 29. Therefore, no abnormal discharge such as local discharge occurs near the feeding points 14a and 14b. In addition, the insulating effect of the insulating rings 21a and 21b around the first and second power supply lines 23 and 29 is added, and the abnormal discharge between the two is suppressed.
[0078]
When the SiH4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH3, SiH2, and SiH existing in the plasma are diffused by a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 13, whereby an a-Si film is deposited. It is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow ratio, pressure and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
[0079]
Specific conditions for forming a film by the above procedure will be described below. An a-Si film having a film forming speed of 1 nm / s and a film thickness distribution of ± 10% is formed on a glass substrate 13 having a size of about 1200 mm × 300 mm (thickness: 4 mm).
[0080]
The film forming conditions are as follows.
(Film formation conditions)
Discharge gas: SiH4
Flow rate: 500sccm
Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
Power frequency: 70MHz
Power: 500W
Temperature of substrate 13: 200 ° C.
[0081]
When plasma is generated under the above-described film forming conditions, the transmission characteristics at the connection between the power supply system and the pair of electrodes are matched by the above-described equilibrium-unbalance converter, as in the first embodiment, and the generation of leakage current is suppressed. Therefore, the spatial distribution of the density of the generated plasma becomes uniform with good reproducibility as compared with the related art. As a result, the film thickness distribution of the formed a-Si becomes uniform with good reproducibility as compared with the related art. Numerically, a film can be formed when the a-Si film thickness distribution is within ± 10.
[0082]
However, in the second embodiment, since the function of the balance-unbalance conversion device of the device component is different from that of the first embodiment, and the corresponding wavelength has a slight adjustment function, the frequency of the high-frequency power supply 15 is slightly changed. Even in such a case, there is an advantage that the length can be adjusted without separately installing a new balance-unbalance converter.
[0083]
In the second embodiment, each of the pair of electrodes 2 and 4 has one power supply point (one pair). Therefore, the substrate size is limited to about 1200 mm × 300 mm. However, if the number of power supply points is increased, the width of the size is reduced. Is naturally scalable.
[0084]
In the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums, and the like, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above-described embodiment, even when a power supply frequency of 70 MHz is used, a significantly better film thickness distribution can be obtained as compared with the conventional apparatus and method. This means that the industrial value related to improvement in productivity and cost reduction in the field of manufacturing a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums and the like is extremely large.
[0085]
(Example 3)
Another device that may replace the first and second specific examples 32 and 40 of the balun converter 19 shown in FIGS. 4 and 5, that is, a third specific example 50 will be described below as a third example. I do. However, the same members as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The configuration of the device according to the third embodiment is the same as that of the first and second embodiments, that is, the configuration of the balance-unbalance converter used as the balance-unbalance converter 19 in FIGS. 1, 2, and 4. Instead of the first and second specific examples 32 and 40, a third specific example 50 of the balun converter shown in FIG. 6 is used, and all other device configurations are the same. Therefore, for the device components other than the third specific example 50 of the balun converter 19 and the implementation procedure, refer to the first and second embodiments.
[0086]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the configuration of the third specific example 50 of the balance-unbalance conversion device 19. In FIG. 6, the third specific example 50 has a structure in which a second coaxial cable 51 is added to the first coaxial cable 16c. That is, the outer conductors at both ends of the second coaxial cable 51 whose length is one half (ie, λ / 2) of the wavelength λ in consideration of the shortening rate are connected to the pair of electrodes 2 of the first coaxial cable 16c. It is configured to be connected to a short external conductor on the four side by using a conductive plate 52. The core wire 53a of the second coaxial cable 51 is connected to the core wire 23 of the first coaxial cable 16c using a first connector 54a. The core wire 53b of the second coaxial cable 51 is connected to the lead wire 29 using a second connector 54b. An insulating ring (not shown) is provided on the core wire 23 and the lead wire 29 of the first coaxial cable 16c and the core wires 53a and 53b of the second coaxial cable 51 for preventing discharge.
[0087]
When the output of the high-frequency power supply 15 is supplied from one end of the first coaxial cable 16c of the third specific example 50 of the balanced-to-unbalanced converter having the above configuration, similarly to the second and third embodiments, Since the length of the second coaxial cable 51 is one half of the wavelength in consideration of the shortening rate, the lead wire 29 and the core wire 23 are converted into electric power having a voltage / current phase difference of 180 degrees different from each other. . However, the voltage between the lead wire 29 and the core wire 23 is twice the voltage between the core wire of the coaxial cable 16c and the outer conductor. That is, the output impedance of the third specific example 50 of the balun converter is four times that of the coaxial cable 16c. Therefore, the specific example 50 can be effectively used when the impedance on the load side is larger than the impedance of the coaxial cable 16c.
[0088]
(Example 4)
Fourth Embodiment A fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the fourth embodiment, and FIG. 8 is an explanatory view of the concept of the power supply system of FIG. First, the configuration of the plasma surface treatment apparatus according to the fourth embodiment will be described. However, the same members as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0089]
In FIG. 7, reference numeral 61 denotes a VSWR meter for measuring a voltage standing wave ratio (abbreviated as VSWR). The VSWR meter measures the voltage of a traveling wave and a reflected wave propagating through a fourth coaxial cable 62 described later. The ratio between the maximum value and the minimum value of the voltage of the standing wave generated by the interference (here, this is expressed as S) is measured and displayed. Reference numeral 62 denotes a fourth coaxial cable, which outputs the output of the high-frequency power supply 15 transmitted from the second coaxial cable 16b via the VSWR meter 61 to the current introduction terminal 18, the third coaxial cable 16c, and the like. To the pair of electrodes 2 and 4.
[0090]
In FIG. 7, a pair of electrodes for converting a discharge gas into plasma, which will be described later, that is, a first non-ground electrode 2 and a second non-ground electrode 4 including a substrate heater 3 (not shown) are arranged in a vacuum vessel 1. I have. The second non-grounded electrode 4 is fixed to the vacuum vessel 1 with insulator support members 5a and 5b (not shown). The first non-ground electrode 2 is fixed to the vacuum vessel 1 via an insulator 6 (not shown). A large number of small holes 7 having a diameter of about 2 mm to 10 mm are arranged in the first non-ground electrode 2 at an aperture ratio of 40% to 60%. An earth shield 8 is arranged around the first non-ground electrode 2. The earth shield 8 suppresses discharge in unnecessary portions, and discharges the discharge gas such as SiH 4 supplied from the discharge gas supply pipes 9 a and 9 b to the rectification hole 10 and the non-ground electrode 2. Has a function of supplying uniformly between the pair of electrodes 2 and 4 through the small holes 7. The earth shield 8 is used in combination with the exhaust pipe 11 and a vacuum pump 12 (not shown), and thus has a function of discharging used discharge gas that has been turned into plasma in the plasma generation space.
[0091]
The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown) and automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjusting valve (not shown). In the case of this embodiment, when the discharge gas has a flow rate of about 500 sccm to 1,500 sccm, the pressure can be adjusted to about 0.01 Torr to 10 Torr (1.33 Pa to 1,330 Pa). The ultimate pressure of the vacuum in the vacuum vessel 1 is about 2 to 3E-7 Torr (2.66 to 3.99E-5 Pa).
[0092]
The substrate 13 is installed on the second non-grounded electrode 4 by opening and closing a gate valve 39 (not shown). Then, the substrate is heated to a predetermined temperature by a substrate heater 3 (not shown).
[0093]
The high-frequency power supply 15 generates power having a frequency of 30 MHz to 300 MHz (VHF band). The electric power is supplied to the first coaxial cable 16a, the matching unit 17, the second coaxial cable 16b, the VSWR meter 61, the fourth coaxial cable 62, the current introducing terminal 18, the third coaxial cable 16c, and the unbalance converter 19. The power is supplied to the power supply points 14a and 14b of the pair of electrodes 2 and 4 via first and second power supply lines 23 and 29, which are insulated by insulating rings 21a and 21b (not shown).
[0094]
As the unbalance converter 19, for example, the first specific example 32 of FIG. 3, the second specific example 40 of FIG. 5, and the third specific example 50 of FIG. Here, for example, the second specific example 40 is used.
[0095]
Here, features of the power supply system including the VSWR meter 61 will be described. High-frequency power supply 15, first coaxial cable 16a, matching device 17, second coaxial cable 16b, VSWR meter 61, fourth coaxial cable 62, current introduction terminal 18, third coaxial cable 16c, balanced-unbalanced converter A power supply system composed of first and second power supply lines 23 and 29 insulated by 19 and insulating rings 21a and 21b (not shown) is conceptually represented as shown in FIG. That is, the output power Pt1 of the high-frequency power supply 15 is supplied as a traveling wave Pf1 to the load 63 consuming the power, that is, the plasma generated between the pair of electrodes 2 and 4 via the matching unit 17 and the VSWR meter 61, Power Pl is consumed. First, while adjusting the reactance (L and C) of the matching device 17, the L and C are adjusted and set by a traveling wave / reflected wave monitor attached to the high frequency power supply 15 so that the reflected wave Pr1 becomes a minimum value. Next, the VSWR meter 61 measures and evaluates whether or not the power Pt2 transmitted from the matching device 17 to the load 63 is efficiently transmitted to the load 63. That is, the information regarding the maximum voltage and the minimum voltage of the standing wave generated by the traveling wave Pf2 from the matching device 17 to the load 63 and the reflected wave Pr2 from the load 63 toward the matching device 17 is represented by S (ie, VSWR). Read with the value of If S = about 3 or more, for example, adjustment of the length of the second specific example 40 of the balance-unbalance converter 19 of the power supply system component, or adjustment of the length of the current introduction terminal 18 and the third coaxial The tightening condition of the nut at the connection portion with the cable 16c is adjusted. If there is no change in the value of S in the above adjustment, the lengths and specifications of the second, third, and fourth coaxial cables are changed and replaced. In general, if there is no abnormality in the joint portion of the coaxial cable, S is about S = 3 or less. In addition, the fact that the standing wave of the power supply line of the power supply system can be controlled based on the S value measured by the VSWR meter can be said to be a revolutionary means and method not found in the prior art.
[0096]
Further, instead of the VSWR meter 61, a power detector similar to a traveling wave / reflected wave power detector using a directional coupler attached to the high frequency power supply 15 may be used.
[0097]
Next, a method of forming a-Si for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above-described configuration will be described. In FIG. 7, after the substrate 13 is previously set on the second non-grounded electrode 4 and the vacuum pump 12 is operated to remove impurity gases and the like in the vacuum vessel 1, the discharge gas supply pipes 9a and 9b are used. While supplying SiH4 gas at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), high-frequency power, for example, power of a frequency of 60 MHz is supplied between the pair of electrodes 2 and 4. The substrate temperature is kept in a range of 80 to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0098]
That is, the output of the high-frequency power supply 15 is, for example, 60 MHz, and the output of 500 W is supplied to the first coaxial cable 16a, the matching unit 17, the second coaxial cable 16b, the VSWR meter 61, the fourth coaxial cable 62, the current introducing terminal 18, 3 via the coaxial cable 16c, the second specific example 40 of the balance-unbalance converter 19, and the first and second feeder lines 23 and 29 insulated by insulating rings 21a and 21b, respectively. , 14b. In this case, by adjusting the matching device 17, the reflected wave of the supply power can be adjusted to be about 1 to 10% of the traveling wave power on the upstream side of the matching device 17. Further, S = 1 to about 3 can be adjusted and set by the measurement of the VSWR meter and the adjustment of the balance-unbalance converter 19 and the like. As a result, the output of the high-frequency power supply can be efficiently supplied to the load 63, so that the reflected wave Pr2 from the load 63 including the power supply line is suppressed. As a result, the uniformity of the SiH4 gas plasma generated between the pair of electrodes 2 and 4 is improved. Since the characteristic impedance of the power supply system and the impedance of the load 63 are not generally the same, it is natural that the reflected wave Pr2 cannot be completely suppressed.
[0099]
As described above, the power supplied to the feeding points 14a and 14b is reduced by the leakage current suppression function of the second specific example 40 of the balun 19 to minimize the power loss and to reduce the power loss to the first level. And the second feeder lines 23 and 29 can supply power between the pair of electrodes 2 and 4 in the same manner as in the first to third embodiments. The second specific example 40 of the unbalance device 19 can be adjusted, and there is a merit that its function can be further enhanced.
[0100]
When the SiH4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH3, SiH2, and SiH existing in the plasma are diffused by a diffusion phenomenon, and are adsorbed on the surface of the substrate 13, whereby an a-Si film is deposited. It is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow ratio, pressure and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
[0101]
Specific conditions for forming a film by the above procedure will be described below. An a-Si film having a film forming speed of about 0.3 nm / s and a film thickness distribution of about ± 10% is formed on a glass substrate 13 having a size of about 1200 mm × 300 mm (thickness: 4 mm).
[0102]
The film forming conditions are as follows.
(Film formation conditions)
Discharge gas: SiH4
Flow rate: 500sccm
Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
Power frequency: 60MHz-80MHz
Power: 200W
Temperature of substrate 13: 200 ° C.
[0103]
When the plasma is generated under the above film forming conditions, the transmission characteristics at the connection between the power supply system and the pair of electrodes are matched by the above-mentioned balun, and the leakage current is reduced. Although the occurrence is suppressed, the magnitude of the reflected wave can be measured numerically by using the above-mentioned standing wave detecting device when executing the matching operation. As a result, compared to the first, second, and third embodiments, it is possible to reliably suppress the leakage current and the reflected wave. Therefore, the spatial distribution of the density of the generated plasma becomes significantly more uniform than before. As a result, the film thickness distribution of the formed a-Si becomes uniform with good reproducibility as compared with the related art. Numerically, it is possible to form a film with an a-Si film thickness distribution within ± 10.
[0104]
In this embodiment, the power is set to 200 W in consideration of using a commercially available VSWR meter. In addition, since each of the pair of electrodes 2 and 4 has one power supply point (a pair), the substrate size is limited to about 1,200 mm × 300 mm. However, the width of the size can be increased by increasing the number of power supply points. Some things are natural.
[0105]
In the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums and the like, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above-described embodiment, even when a power supply frequency of about 60 MHz to 80 MHz is used, a significantly better film thickness distribution can be obtained as compared with the conventional apparatus and method. This means that the industrial value related to improvement in productivity and cost reduction in the field of manufacturing a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums and the like is extremely large.
[0106]
(Example 5)
Fifth Embodiment A fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is an explanatory view showing the entire plasma surface treatment apparatus according to the fifth embodiment, and FIG. 10 is an explanatory view of the concept of the power supply system in FIG. First, the configuration of the plasma surface treatment apparatus according to the fifth embodiment will be described. However, the same members as those in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
The configurational feature of the fifth embodiment is that the device configuration of the fourth embodiment is different from the device configuration of the fourth embodiment in that the reactance adjustment has a function of adjusting the impedance on the downstream side (in the transmission direction of the power output) as viewed from the balun converter 19. The system 70 is added.
[0107]
9 and 10, a reactance adjustment system 70 includes a reactance adjustment device 71 (this impedance is represented by Zc) inserted in parallel with the impedance Zp of the plasma generated between the pair of electrodes 2 and 4, and a fifth Coaxial cable 77, current introduction terminal 76, sixth coaxial cable 75, second balanced-unbalanced converter 74, and third and fourth power supply lines 72 insulated by insulating rings 78a and 78b. , 73. By the reactance adjusting system 70, the plasma between the pair of electrodes 2 and 4, which is the load of the high-frequency power supply 15, and the combined impedance Z11 of the reactance adjusting system 70 are represented by the following relationship: Zll = Zp · Zc / (Zp + Zc) The adjustment is performed using the reactance adjusting device 71.
[0108]
In FIG. 9 and FIG. 10, the vacuum vessel 1 has a pair of electrodes for converting a discharge gas, which will be described later, into plasma, that is, a first non-ground electrode 2 and a second non-ground electrode 4 including a substrate heater 3 (not shown). Are located. The second non-grounded electrode 4 is fixed to the vacuum vessel 1 with insulator support members 5a and 5b (not shown). The first non-ground electrode 2 is fixed to the vacuum vessel 1 via an insulator 6 (not shown). A large number of small holes 7 having a diameter of about 2 mm to 10 mm are arranged in the first non-ground electrode 2 at an aperture ratio of 40% to 60%. An earth shield 8 is arranged around the first non-ground electrode 2. The earth shield 8 suppresses discharge in unnecessary portions, and discharges the discharge gas such as SiH 4 supplied from the discharge gas supply pipes 9 a and 9 b to the rectification hole 10 and the non-ground electrode 2. Has a function of supplying uniformly between the pair of electrodes 2 and 4 through the small holes 7. The earth shield 8 is used in combination with the exhaust pipe 11 and a vacuum pump 12 (not shown), and thus has a function of discharging used discharge gas that has been turned into plasma in the plasma generation space.
[0109]
The pressure in the vacuum vessel 1 is monitored by a pressure gauge (not shown) and automatically adjusted and set to a predetermined value by a pressure adjusting valve (not shown). In the case of this embodiment, when the discharge gas has a flow rate of about 500 sccm to 1,500 sccm, the pressure can be adjusted to about 0.01 Torr to 10 Torr (1.33 Pa to 1,330 Pa). The ultimate pressure of the vacuum in the vacuum vessel 1 is about 2 to 3E-7 Torr (2.66 to 3.99E-5 Pa).
[0110]
The substrate 13 is installed on the second non-grounded electrode 4 by opening and closing a gate valve 39 (not shown). Then, the substrate is heated to a predetermined temperature by a substrate heater 3 (not shown).
[0111]
The high-frequency power supply 15 generates power having a frequency of 30 MHz to 300 MHz (VHF band). The electric power is supplied to the first coaxial cable 16a, the matching unit 17, the second coaxial cable 16b, the VSWR meter 61, the fourth coaxial cable 62, the current introducing terminal 18, the third coaxial cable 16c, and the unbalance converter 19. The power is supplied to the power supply points 14a and 14b of the pair of electrodes 2 and 4 via first and second power supply lines 23 and 29, which are insulated by insulating rings 21a and 21b (not shown). As the unbalance converter 19, for example, the first specific example 32 of FIG. 3, the second specific example 40 of FIG. 5, and the third specific example 50 of FIG. Here, for example, the second specific example 40 is used.
[0112]
In the above configuration, it is conceivable that the balance-unbalance converter 19 is omitted, the impedance of the load is adjusted by the reactance adjustment circuit 71, and the VSWR meter 61 is used for the adjustment.
[0113]
Next, a method of forming a-Si for an a-Si solar cell using the plasma surface treatment apparatus having the above-described configuration will be described. In FIG. 9, after the substrate 13 is previously set on the second non-grounded electrode 4 and the vacuum pump 12 is operated to remove impurity gas and the like in the vacuum vessel 1, the discharge gas supply pipes 9a and 9b are used. While supplying SiH4 gas at, for example, 500 sccm and a pressure of 0.5 Torr (66.5 Pa), high-frequency power, for example, power of a frequency of 60 MHz is supplied between the pair of electrodes 2 and 4. The substrate temperature is kept in a range of 80 to 350 ° C., for example, 200 ° C.
[0114]
That is, the output of the high-frequency power supply 15 is, for example, 60 MHz, and the output of 200 W is supplied to the first coaxial cable 16a, the matching unit 17, the second coaxial cable 16b, the VSWR meter 61, the fourth coaxial cable 62, the current introducing terminal 18, 3 via the coaxial cable 16c, the second specific example 40 of the balance-unbalance converter 19, and the first and second feeder lines 23 and 29 insulated by insulating rings 21a and 21b, respectively. , 14b. In this case, first, the fifth coaxial cable 77 and the current introduction terminal 76 are not connected, and the matching device 17 is adjusted, so that the reflected wave of the supplied power to the upstream side of the matching device 17 becomes The output is adjusted to be about 1 to 10% of the output (traveling wave power) of the high frequency power supply 15. Further, adjustment and setting are performed by measuring the VSWR meter and adjusting the balance-unbalance conversion device 19 and the like so that S = 1 to 3 or so. In addition, the fact that the standing wave of the power supply line of the power supply system can be controlled based on the S value measured by the VSWR meter can be said to be a revolutionary means and method not found in the prior art. Next, the fifth coaxial cable 77 is connected to the current introduction terminal 76, and the impedance Zc is adjusted by using a reactance adjuster 71 added in parallel to the pair of electrodes 2 and 4, that is, by adjusting Zc. Zll, that is, Zll = Zp · Zc / (Zp + Zc) is adjusted. As a result, Z11 can be matched as much as possible to the value of the characteristic impedance of the line of the power supply system. This means that the law of maximum supply power has been realized, and as a result, reflected waves from plasma generated between the pair of electrodes 2 and 4 are significantly reduced.
[0115]
With the above-described device configuration, it is possible to realize that the characteristic impedance of the line of the power supply system and the impedance of the load are substantially equal (the law of the maximum supply power), so that the output of the high-frequency power supply can efficiently output the load 63. Can be supplied to This means that the loss of the supplied power is significantly suppressed as compared with the related art.
[0116]
When the SiH4 gas is turned into plasma, radicals such as SiH3, SiH2, and SiH existing in the plasma are diffused by a diffusion phenomenon, and are adsorbed on the surface of the substrate 13, whereby an a-Si film is deposited. It is a known technique that microcrystalline Si or thin-film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow ratio, pressure and power of SiH4 and H2 in the film forming conditions.
[0117]
Specific conditions for forming a film by the above procedure will be described below. An a-Si film having a film forming speed of about 0.3 nm / s and a film thickness distribution of about ± 10% is formed on a glass substrate 13 having a size of about 1200 mm × 300 mm (thickness: 4 mm).
[0118]
The film forming conditions are as follows.
(Film formation conditions)
Discharge gas: SiH4
Flow rate: 500sccm
Pressure: 0.5 Torr (66.5 Pa)
Power frequency: 60MHz-80MHz
Power: 200W
Temperature of substrate 13: 200 ° C.
[0119]
When the plasma is generated under the film forming conditions, the transmission characteristics at the connection between the power supply system and the pair of electrodes are matched by the standing wave detector and the balance-unbalance converter, as in the fourth embodiment, The generation of a leakage current is suppressed, and the addition of the reactance adjusting device makes it possible to control the load, that is, the generated impedance of the plasma and the combined impedance of the reactance adjusting device. As a result, it is possible to suppress the leakage current and realize the law of the maximum supply power. Therefore, the loss of the supplied power is suppressed, and the spatial distribution of the density of the generated plasma is significantly uniform as compared with the related art. As a result, the film thickness distribution of a-Si to be formed is significantly uniform as compared with the related art. Numerically, it is possible to form a film with an a-Si film thickness distribution within ± 10.
[0120]
In this embodiment, the power is set to 200 W in consideration of using a commercially available VSWR meter. In addition, since each of the pair of electrodes 2 and 4 has one power supply point (a pair), the substrate size is limited to the above-described 1200 mm × 300 mm, but the width of the size can be increased by increasing the number of power supply points. Is a matter of course.
[0121]
In the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums and the like, there is no problem in performance as long as the film thickness distribution is within ± 10%. According to the above-described embodiment, even when a power supply frequency of about 60 MHz to 80 MHz is used, a significantly better film thickness distribution can be obtained as compared with the conventional apparatus and method. This means that the industrial value related to improvement in productivity and cost reduction in the field of manufacturing a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums and the like is extremely large.
[0122]
【The invention's effect】
As described above, according to the plasma surface treatment apparatus of claim 1, the leakage current can be suppressed by inserting the balanced-unbalanced converter into the connection between the power supply system and the pair of electrodes. The spatial distribution of high-density plasma using a power source in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult, can be made uniform, and uniform surface treatment of the substrate, that is, improvement in film formation rate and etching rate and improvement in uniformity can be achieved. It is possible with good reproducibility. This effect has a remarkable contribution to productivity improvement not only in the industries of photoconductors for LSIs, LCDs and copiers but also in the solar cell industry.
[0123]
According to the plasma surface treatment apparatus of the second aspect, the equilibrium-unbalance conversion device is inserted into the connection between the power supply system and the pair of electrodes, and the standing wave detection device matches the components of the power supply system. By inserting between the electrode and the pair of electrodes, the leakage current can be suppressed, and the standing wave can be detected and controlled, respectively, so that the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult in the past, can be used. The spatial distribution of high-density plasma using a power supply can be made uniform with good reproducibility, and uniform surface treatment of the substrate, that is, improvement in film formation rate and etching rate and improvement in uniformity can be made with good reproducibility. This effect has a remarkable contribution to productivity improvement not only in the industries of photoconductors for LSIs, LCDs and copiers but also in the solar cell industry.
[0124]
According to the plasma surface treatment apparatus of the third aspect, the equilibrium-unbalance converter is inserted into the connection between the power supply system and the pair of electrodes, and the standing wave detection device matches the components of the power supply system. Inserted between the vessel and the pair of electrodes, and the reactance adjusting device is added in parallel to the pair of electrodes, so that the leakage current can be suppressed, and the standing wave can be detected and controlled. In addition, since the impedance of the load of the power supply system can be adjusted, the spatial distribution of the high-density plasma using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been considered difficult in the past, is made uniform, and the output power of the power supply system Loss can be suppressed. That is, it is possible to reduce the power consumption and to perform uniform surface treatment on the substrate, that is, to improve the film formation rate and the etching rate and to improve the uniformity with good reproducibility. This effect greatly contributes to the low cost and the improvement of productivity not only in the industries of photoconductors for LSIs, LCDs and copiers, but also in the solar cell industry.
[0125]
Claims 4 to 6 are the above claims. 2 and 3 It has high value as a reliable means of realizing.
[0126]
According to the plasma surface treatment method of the present invention, the leakage current can be suppressed by matching the transmission characteristics of the connection with the balance-unbalance converter inserted into the connection between the power supply system and the pair of electrodes. Therefore, the spatial distribution of high-density plasma using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been considered difficult in the past, can be made uniform with good reproducibility, and uniform surface treatment on the substrate, that is, the film forming speed and etching speed can be reduced. And uniformity can be improved. This effect greatly contributes to the low cost and the improvement of productivity not only in the industries of photoconductors for LSIs, LCDs and copiers, but also in the solar cell industry.
[0127]
According to the plasma surface treatment method of claim 8, the transmission characteristics of the connection part are matched by the balance-unbalance conversion device inserted into the connection part between the power supply system and the pair of electrodes, and By controlling the magnitude of the reflected wave from the pair of electrodes by a standing wave detector inserted between the matching device of the constituent member and the pair of electrodes, leakage of the generated waves to the connection portions is controlled. Since the current can be suppressed and the reflected wave can be suppressed, the spatial distribution of the high-density plasma using the power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult in the past, can be made uniform with good reproducibility. Uniform surface treatment, that is, improvement in film formation rate and etching rate and improvement in uniformity are possible. This effect has a remarkable contribution to productivity improvement not only in the industries of photoconductors for LSIs, LCDs and copiers but also in the solar cell industry.
[0128]
According to the plasma surface treatment method of the ninth aspect, the transmission characteristics of the connection part are matched by the balance-unbalance conversion device inserted into the connection part between the power supply system and the pair of electrodes, and A standing wave detecting device inserted between the matching device of the constituent member and the pair of electrodes controls the magnitude of the reflected wave from the pair of electrodes, and is added in parallel to the pair of electrodes. By controlling the reactance of the reactance adjusting device, it is possible to suppress the leakage current generated at the connection portion, suppress the reflected wave, and match the impedance of the power supply system with the impedance of the load. It is possible to equalize the spatial distribution of high-density plasma using a power supply in the VHF band (30 MHz to 300 MHz), which has been regarded as difficult in the past, and to suppress the loss of output power of the power supply system. That is, it is possible to reduce the power consumption and to perform uniform surface treatment on the substrate, that is, to improve the film formation rate and the etching rate and to improve the uniformity with good reproducibility. This effect greatly contributes to the low cost and the improvement of productivity not only in the industries of photoconductors for LSIs, LCDs and copiers, but also in the solar cell industry.
[0129]
The surface treatment method of the tenth aspect has a high value as a reliable method for realizing the seventh and ninth aspects.
[0130]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire plasma surface treatment apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a power supply system in the plasma surface treatment apparatus of FIG. 1 according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view showing a first specific example of a balance-unbalance converter 19, which is one configuration of the plasma surface treatment apparatus of FIG. 1 according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view showing a first specific example of the equilibrium-unbalance converter 19 in the plasma surface treatment apparatus of FIG. 1 according to the first embodiment and a connection portion between a pair of electrodes.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of a second specific example of the balun converter 19 according to the second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a third specific example of the balanced-unbalanced converter according to the third embodiment.
FIG. 7 is an explanatory view showing the whole plasma surface treatment apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a concept of a power supply system according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory view showing the whole plasma surface treatment apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a concept of a power supply system according to a fifth embodiment.
FIG. 11 is a configuration diagram of a plasma surface treatment apparatus according to a first representative technique of the related art.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing power supply points to electrodes according to the first typical conventional technique.
FIG. 13 is a conceptual diagram of a plasma surface treatment apparatus according to a second conventional technique.
FIG. 14 is a block diagram of a power supply system according to the apparatus shown in FIG. 13;
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a power supply point to an electrode according to the apparatus shown in FIG. 13;
FIG. 16 is an explanatory diagram of a voltage wave according to the second conventional technique.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a composite wave of voltages according to the second conventional technique.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a concept of a leakage current generated between lines having different structures according to a problem of the related art.
FIG. 19 is an explanatory diagram of a traveling-wave / reflected-wave detecting device attached to a high-frequency power supply according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1. . . Vacuum vessel 2,
2. . . A first ungrounded electrode,
4. . . A second ungrounded electrode,
5a, 5b. . . Insulation support,
7. . . Stoma,
8. . . Earth shield,
9a, 9b. . . Discharge gas supply pipe,
10. . . Straightening hole,
11. . . Exhaust pipe,
13. . . substrate,
14a, 14b. . . Feeding point,
15. . . High frequency power supply,
16a, 16b, 16c. . . First, second and third coaxial cables;
17. . . Matching device,
18. . . Current introduction terminal,
19. . . Balance-unbalance converter,
23. . . A first feed line,
23a. . . Core wire,
24. . . Outer conductor,
25. . . Dielectric,
26. . . Cylindrical conductor,
26a. . . Tubular conductor,
26b. . . Cylindrical conductor,
27. . . End face,
28a, 28b. . . Insulating ring,
29. . . A second feed line,
32. . . A first specific example of the unbalanced conversion device,
40. . . A second specific example of the unbalanced conversion device,
41a, 41b42a, 42b. . . Mounting bolt,
50. . . A third specific example of the unbalanced conversion device,
51. . . coaxial cable,
52. . . Conductive plate,
53a, 53b. . . Core wire,
54a, 54b. . . First and second connectors,
61. . . VSWR meter,
62. . . A fourth coaxial cable,
70. . . Reactance adjustment system,
71. . . Reactance adjuster,
72, 73. . . Third and fourth power supply lines,
74. . . A second balun converter,
76. . . Current input terminal.