JP3575013B1 - 高周波電力供給用同軸ケーブルと、該同軸ケーブルにより構成されるプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１ｍｘ１ｍ級大面積基板に対しても、真空容器内の一対の電極間にＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）のプラズマが再現性良く、均一に生成され、基板に対する均一なプラズマ表面処理が可能となる表面処理装置および表面処理方法を提供すること。
【解決手段】プラズマを利用して真空容器１内の一対の電極２，４の一方に配置される基板１３の表面を処理する表面処理装置および方法において、前記一対の電極２，４に高周波電源１５の出力を供給するために用いられる高周波電力供給用同軸ケーブル１９であって、同軸ケーブルの一方の端部から他方の端部の方向を見た外部導体の外側表面のインピーダンスを無限大とする構造をもつ同軸ケーブル、該同軸ケーブルにより構成されるプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマを利用して基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置および表面処理方法に関する。本発明は、特に、周波数３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚの高周波電力により生じさせた放電用ガスのグロー放電によって、プラズマを生成する反応性プラズマによる表面処理装置および表面処理方法に関する。

反応性プラズマを用いて基板の表面に各種処理を施し、各種電子デバイスを製作することは、ＬＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶デイスプレー）、アモルファスＳｉ系太陽電池、薄膜多結晶Ｓｉ系太陽電池、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の分野において既に実用化されている。また、ダイヤモンド薄膜および立方晶ボロンナイトライド（Ｃ−ＢＮ）等の超硬質膜製造分野においても実用化が進みつつある。

上記技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質およびコーテイング等多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に関する装置および方法には、大別すると２つの代表的技術がある。

第１の代表的技術は、例えば、特許文献１、２および非特許文献１、２に記載されているもので、プラズマ発生に非接地電極と接地電極から成る２枚の平行平板電極を一対として用いることを特徴とする。第２の代表的技術は、例えば、特許文献３および４に記載されているもので、プラズマ発生にラダー電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。

なお、上記文献記載の技術の特徴は概略次の通りである。特許文献１の技術では、非接地電極は、プラズマが生成される空間に対向した表面の周縁上の任意の二点のうちの最も距離の長い二点間の距離が高周波電力の波長の四分の一よりも長い形状で、かつ、電力供給点は均等な位置に複数設定されることを特徴としている。特許文献２の技術では、非接地電極の電力供給点の位置を、プラズマが生成される空間に接する第１の面と該第１の面の裏側である第２の面との境界の側面に位置することを特徴としている。特許文献３の技術では、非接地電極の形状が梯子型（ラダー型）であることを特徴としている。特許文献４の技術では、電極上のある１つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも１つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化することを特徴としている。非特許文献１の技術は、非接地電極のプラズマに接する面の裏側の面にＨ文字状の給電帯を設置し、該Ｈ文字状給電帯上に複数の給電点を設置したことを特徴としている。非特許文献２の技術は、非接地電極の給電点の反対側、即ち電力伝播方向に位置する該電極の端部にリアクタンス回路を設置し、電源と該一対の電極を結ぶ給電線および該電極に発生する定在波の腹の位置を制御することを特徴としている。

上記のように、従来技術にはいくつかのタイプがあるが、高密度プラズマの発生方法として注目されているＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）を用いた
大面積プラズマ技術の典型的な事例として、特許文献１および４記載のプラズマ表面処理装置および方法を、図８ないし図１４を参照して説明する。

（従来例１）
先ず、従来の第１の代表的技術として特許文献１記載の装置および方法について図８および図９を参照して説明する。図８は従来の第１の代表的技術に係わるプラズマ表面処理装置の構成図、図９は従来の第１の代表的技術に係わる電極と電力供給用同軸ケーブルとの接続部の構造を示す説明図である。図８に示すように、従来の第１の代表例は、真空容器１０１と、基板１１３が設置される接地電極１０４と、接地電極１０４に対面配置される非接地電極１０２と、これら電極に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを具備している。

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。

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。

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。

該非接地電極１０２の電力供給点１１４ａ、１１４ｂには、所定の高周波電力を発生させる高周波電源１１５の出力が、該出力を複数個に分配する電力分配器１９０と、第1および第２の整合器１１７ａ、１１７ｂと、第１、第２、第３および第４の同軸ケーブル１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄを介して供給される。該電極１０２と電力供給用同軸ケーブルの接続部の構造を図９に示す。図９において、電力供給点１１４ｂには、同軸ケーブル１１６ｄの芯線１２３が接続され、かつ、その近傍が絶縁環１２１で絶縁されている。そして、該同軸ケーブル１１６ｄの外部導体の端部は、接地導体１９６を介して真空容器１０１に接続されている。なお、図９の符番１０２，１０６は、それぞれ、非接地電極および絶縁物である。

プラズマを発生させる場合は高周波電源１１５の出力を所定の値に設定し、図示しない高周波電源に付属した進行波・反射波の検出器（モニター）を見ながら、第１および第２の整合器１１７ａ、１１７ｂを順次調整し、反射波がほぼ１〜１０％程度の状態を設定する。その結果、高周波電源の出力は、整合器１１７ａ，１１７ｂから下流側へそのほぼ９０〜９９％程度が供給される。

次に、図８および図９の装置を用いて、例えばアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）膜を製膜する場合について説明する。ゲートバルブ１９５を開にし、基板１１３を接地電極１０４に設置し、ゲートバルブ１９５を閉に戻す。真空ポンプ１１２を駆動して真空容器１０１内の圧力を１Ｅ−７Ｔｏｒｒ（１．３３Ｅ−５Ｐａ）程度まで排気する。基板１１３の温度を基板ヒータ１０３および基板ヒータ電源１９１を用いて所定の温度に設定する。放電用ガス導入管１０９を通して、例えばシランガスを所定量供給し、真空容器１０１内を０．０５ないし０．５Ｔｏｒｒ（６．６５ないし６６．５Ｐａ）に保ち、前記電力供給系を用いて一対の電極１０２，１０４に電力を供給する。これにより、非接地電極１０２と接地電極１０４の間にグロー放電プラズマが生成される。シランガスがプラズマ化されると、その中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等のラデイカルが拡散現象により拡散し、基板１１３の表面に吸着・堆積する。その結果、アモルファスＳｉ膜が形成される。

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。

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。

（従来例２）
次に、従来の第２の代表的技術として、特許文献４記載の従来技術を、図１０ないし図１４を参照して説明する。図１０は従来の第２の技術に係わる表面処理装置の概念図、図１１は図１０図示の装置に係わる給電系のブロック構成図、図１２は図１０図示の装置に係わる電極と電力供給用同軸ケーブルとの接続部の構造を示す説明図、図１３は従来の第２の代表的技術に係わる電圧波の説明図、図１４は従来の第２の代表的技術に係わる電圧の合成波の説明図である。図１０および図１１に示すように、従来の第２の代表的技術のプラズマ表面処理装置は、真空容器２０１と、基板２１３が設置される接地電極２０４と、接地電極２０４に対面配置されるラダー型構造の非接地電極２０２（ラダー電極と呼ぶ）と、これら電極間に高周波電力を供給する給電系、放電ガス供給系、および排気系とを備えている。

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。

基板２１３は接地電極２０４に保持され、図示しない内臓ヒータ２０３により所定の温度に加熱される。基板には、サイズ４６０ｍｍｘ４６０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度のガラスが用いられる。ラダー電極２０２は、サイズ例えば外寸法５２０ｍｍｘ５２０ｍｍ程度で、直径６ｍｍ程度の丸棒部材を等ピッチ間隔に梯子状に組み立て製作されている。該電極２０２への給電には図１１および図１２に示すように、４つの給電点２１４ａないし２１４ｄで、同軸ケーブル２１６ａ，２１６ｂ，２１６ｃ、２１６ｄと接続される。

給電系は、図１０および図１１に示すように、高周波発信器２３２、信号分配器２３３、フエーズシフター（位相シフター）２３４、一対の電力増幅器２３６ａ，２３６ｂ、一対の整合器２１７ａ、２１７ｂ、一対の電力分配器２４０ａ、２４０ｂおよびコンピユータ２３５などより構成される。信号分配器２３３の２つの出力の一方の電圧の位相は、コンピユータ２３５で駆動制御されるフエーズシフター２３４により、±１８０度の範囲で時間的に変化する。該位相変化のある信号は第２の電力増幅器２３６ｂで電力増幅され、第２の整合器２１７ｂおよび第２の電力分配器２４０ｂを介して、給電点２１４ｃ、２１４ｄに供給される。他方の出力は、第１の電力増幅器２３６ａ、第１の整合器２１７ａおよび第１の電力分配器２４０ａを介して、給電点２１４ａ、２１４ｂに供給される。

該ラダー電極２０２と電力供給用同軸ケーブルの接続部の構造を図１２に示す。図１２において、給電点２１４ａには、前記アースシールド２０８を貫通して設置されている同軸ケーブル２１６ａの芯線（内部導体）２２３が接続されている。該芯線２２３の周りは放電防止用絶縁環２３７で囲まれている。なお、該同軸ケーブルの外部導体はアースシールド２０８に取り付けリング２３９で接続され、その端部はカップリング２４１で整形されている。

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。

次に、図１０および図１１に図示の装置を用いて例えば微結晶Ｓｉ膜を製造する場合について説明する。図示しないゲートバルブより、基板２１３例えばサイズ４６０ｍｍｘ４６０ｍｍのガラスを接地電極２０４の上に設置して、ゲートバルブを閉める。続いて、前記従来例１と同様に、真空ポンプ２１２を駆動させ、所定の真空度まで真空引きする。基板２１３の温度を200℃に設定し、シランガスを５００ｓｃｃｍ、水素ガスを３、５００ｓｃｃｍ供給しつつ、圧力を０．１５Ｔｏｒｒ（２０Pa）に設定する。

そして、高周波発振器２３２の周波数を例えば６０MHzに設定する。フェーズシフター２３４により、信号分配器２３３の一方の出力信号（正弦波）の位相を時間的に三角波状に変調させる。この場合、ラダー電極２０２と接地電極２０４間の電界は、給電点２１４ａ、２１４ｂおよび２１４ｃ、２１４ｄに供給される電力の電圧の位相差が時間的に変化するので、それに対応して変化する。その様子を図１３に電圧の波として示している。

図１３において、ラダー電極２０２の長さ方向の位置をｘ、右方向（ｘの正方向）へ伝播する電圧波をＷ１（ｘ，ｔ）、左方向（ｘの負方向）へ伝播する電圧波をＷ２（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１（ｘ，ｔ）＝V0・ｓｉｎ（ωｔ＋２π／λ）．．．．．（１）
Ｗ２（ｘ，ｔ）＝V0・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−L0）/λ+Δθ｝．．．（２）
ただし、Ｖ０は電圧の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧の波長、ｔは時間、L0はラダー電極２０２の伝播方向の長さ、Δθは 位相差である。電圧の合成波W(ｘ、ｔ)は次式のようになる。
W（ｘ、ｔ）＝W1（ｘ、ｔ）+W2（ｘ、ｔ）＝２・V0ｃｏｓ｛2π（ｘ−L0/2)/λ−Δθ/2｝・ｓｉｎ｛ωｔ+（２πL0/λ+Δθ/2}．．．．（３）

上記（３）式で表せる合成波W(ｘ、ｔ)を概念的に図１４に示す。Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さはラダー電極の中央部（ｘ＝L0／２）が強く、両端では弱いことを示している。プラズマの強い部分は、Δθ＞０の場合、ラダー電極の右端部であり、Δθ＜０の場合、左端部であることを示している。即ち、前記フェーズシフター２３４を用いて、前記式（３）のΔθを−180度〜+１８０度の間で時間的に三角波状に変化させることにより、時間平均的に均一な強さのプラズマが生成される。その結果、プラズマの強さの不均一性が時間的に平均化されることにより、一様な膜厚分布の微結晶Ｓｉ膜が得られる。

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

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

上記のプラズマ表面処理技術、即ちプラズマ表面処理装置とプラズマ表面処理方法は、ＬＣＤ，ＬＳＩ，電子複写機および太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減および大面積壁掛けＴＶなど性能（仕様）の改善等に関する大面積・均一化および高速処理化のニーズが年々強まっている。

最近では、上記ニーズに対応するため、産業界のみならず、学会でも特に、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）技術およびプラズマエッチング技術ともに、高密度プラズマで、かつ低電子温度との特徴のあるＶＨＦ帯（３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ）の電源を用いたプラズマＣＶＤの大面積化・高速製膜化およびプラズマエッチングの大面積化・高速化に関する先端的研究開発が盛んになっている。しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在している。

（１）第１の課題は、プラズマ表面処理の大面積化（生産性向上および性能向上）である。プラズマ表面処理の装置および方法としては、前述のいくつかのタイプの技術が用いられている。従来のＶＨＦプラズマ技術により、例えばａ−Ｓｉ膜を製造する場合、再現性の確保を前提条件にすると、基板面積が５０ｃｍｘ５０ｃｍ程度に関しては、±１０%〜１５％程度の膜厚分布、１００ｃｍｘ１００ｃｍ程度に関しては、±１５〜２０%程度の膜厚分布になっている。

一般に、ＬＣＤ分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±５％程度、太陽電池分野では、膜厚分布は再現性を確保して、±１０％程度が実用化の一つの指標となっている。したがって、電源周波数がＶＨＦ領域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）でのプラズマ応用として期待されている１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にした製品製造には、従来技術は実用できないという問題がある。

（２）第２の課題は、表面処理の高速化（生産性向上）である。製品の品質の確保を前提にして、プラズマ表面処理技術の高速化を図るには、プラズマ発生の電源周波数を、３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯域まで高くすることが効果的であるいう考え方が一般的になっている。しかしながら、上記電源周波数をＶＨＦ帯域まで増加させると、膜厚分布が著しく悪くなるという問題が発生する。

その理由としては次のことが考えられる。特許文献１，２、４および非特許文献１、２に指摘されているように、電源高周波数がＶＨＦ帯域になると、その電波の波長と電力供給系の伝播路および電極上での伝播路の長さが略等しくなり、波の干渉現象（波の進行波と反射波が干渉する）が発生することから、プラズマ密度の空間的な均一性が確保できなくなると考えられる。また、別の理由として、ＶＨＦ特有の現象である表皮効果による電力伝播路でのインピーダンスの増大およびその不均一性に起因するものと考えられる。

本発明者は、最近、上記従来のＶＨＦプラズマによる大面積化・均一化・高速処理化の困難性に関する本質的な原因として、上記文献での指摘事項に加えて、次に示す電力供給系の構造上の問題が関係しているということを発見した。

具体的には、従来技術での図９及び図１２において、給電系の出力回路の構成部材の同軸ケーブルと電極との接続部は、互いに異なる構造の線路が接続された形になっている。即ち、同軸ケーブルは、内部導体（芯線）と外部導体の内面を往路・帰路とする伝送方式であるが、負荷である電極の構造は、同軸ケーブルと異なり、２本の平行線路に相当する構造である。その結果、その接続点では漏洩電流が発生する。この現象は電源周波数がＶＨＦ帯域になることにより、問題化されるものである。その様子を図６に示す。図６において、同軸ケーブル内部では、芯線と外部導体の内面を、振幅が等しく、位相が１８０度異なる電流Ｉが流れているが、該同軸ケーブルの端部からは前記Ｉと異なる電流Ｉ１，Ｉ２およびＩ３が流出している。該同軸ケーブルの内部と端部での電流が異なるのは、Ｉ３で表している電流で、これが問題の現象である。ここではＩ３を漏洩電流と呼ぶ。なお、図６では、同軸ケーブルの端部と一対の電極との接合部での高周波電力の電流のある瞬間を概念的に示しているが、交流現象なので、当然、図示されている電流の方向は時間的に変化する。

図６に示した漏洩電流の所在と概念を伝送回路の理論で具体的に考えると、次に示すようになる。図６において、同軸ケーブルの芯線と外部導体の内側に流れる電流をＩ、一対の電極の電力供給箇所と該同軸ケーブルとの接続線を流れる電流をＩ１，Ｉ２、該同軸ケーブルの外部導体の外側を流れる電流（ここでは、漏洩電流と呼ぶ）を、Ｉ３で表す。該同軸ケーブルの端部より見た一対の電極のインピーダンスは不平衡インピーダンスと平衡インピーダンスに分離できるものと考え、それぞれをＺａおよびＺｂで表す。さらに、図６の同軸ケーブルと電極の接続部を、不平衡伝送系モデル（両線の電位が等しく、アースを帰路とする伝送路）と平衡伝送系モデル（往路・帰路の電流の振幅が等しく、位相が１８０°異なる伝送路）に分解できると考え、それぞれのモデルを、図７（ａ）、（ｂ）のように表す。そして、図７（ａ），（ｂ）の各部の電圧、電流を、それぞれ、図７（ａ），（ｂ）に図示した記号で表す。

伝送回路の理論によれば、上記図６および図７において、接続線を流れる電流Ｉ１，Ｉ２，および漏洩電流Ｉ３は次式で表される。
Ｉ１＝Ｉａ／２―Ｉｂ ．．．．．（４）
Ｉ２＝Ｉａ／２＋Ｉｂ ．．．．．（５）
Ｉ２＋Ｉ３＝−Ｉ ．．．．．．．．．（６）
Ｉ３＝−Ｉａ ．．．．．．．．．（７）
不平衡伝送系のインピーダンスについては、次の関係がある。
Ｖａ／Ｉａ＝Ｚ３＋Ｚａ ．．．．（８）
ただし、Ｚ３は図７（ａ）において、同軸ケーブルの外部導体の端部外側より、右方を見たインピーダンスである。また、平衡伝送系のインピーダンスについては、次の関係がある。
Ｖｂ／Ｉｂ＝Ｚｂ .．．．．．．（９）
また、不平衡伝送系と平衡伝送系の電圧および電流の比に関して、次の関係がある。
Ｖａ／Ｖｂ＝−１／２ ．．．．（１０）
Ｉａ／Ｉｂ＝―Ｚｂ／{２（Ｚａ＋Ｚ３）} ．．．．（１１）

上記（１１）式の右辺において、一般に、不平衡インピーダンスＺａは、無限大の値でないので、インピーダンスＺ３が無限大の値でない限り、電流Ｉａは零にならない。即ち、漏洩電流Ｉ３が発生する。

従来のいくつかのタイプのプラズマ表面処理装置では、いずれも上記インピーダンスＺ３が無限大の値になるように製作されていない。したがって、従来技術では漏洩電流Ｉ３が発生するという問題を抱えている。即ち、図９および図１２に示される同軸ケーブルと一対の電極の電力供給箇所との接続部において、アース即ち真空容器内部の構造物が介在した漏洩電流の発生という現象が存在している。

この漏洩電流は、電力供給箇所近傍での不均一電界の原因であり、異常放電を起こす。この異常放電は、均一プラズマ生成の阻害要因であることから、極めて重大な問題である。

さらに、上記漏洩電流はアース即ち真空容器内部の構造物が介在した現象であるので、その構造物の個々の特徴に強い影響を受ける。したがって、従来技術でのプラズマ発生のための調整作業は、同軸ケーブルの接地の取り方の最適条件選定および再現性の評価などのために、多大の労力と時間を必要する。そして、生産装置などでは、装置のメンテナンス毎に、装置のアース条件が変化することから、再現性のある製品製造を行うことが困難となる場合がある。

以上詳説したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板、例えばサイズ１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマＣＶＤおよびプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、不可能視されている。このような状況のもと、応用物理学会および電気学会等関連学会において研究が活発化しているが、１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ利用の表面処理方法およびその装置の成功例は発表されていない。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来技術では困難視されている、例えば１ｍｘ１ｍ級の大面積基板に対してもＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数を用いて、高速かつ均一性に優れたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる高周波電力供給用同軸ケーブルであって、前記同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、波長短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ/4で、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該同軸ケーブルの端面を同一平面上に設置させ、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする。

同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項２記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルが請求項１に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成されていることを特徴とする。

同様に上記目的を達成する為に、本願の請求項３記載の発明は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルを請求項１に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルによって構成し、プラズマ表面処理を行うことを特徴とする。

請求項１の高周波電力供給用同軸ケーブルによれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ／４で、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該同軸ケーブルの端面を同一平面上に設置させ、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成であるので、前記一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性を改善できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。

請求項２のプラズマ表面処理装置によれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルが請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成されるので、前記一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性が改善できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。

請求項３のプラズマ表面処理方法によれば、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルを請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルによって構成し、プラズマ表面処理を行うので、前記一対の電極への電力供給部での漏洩電流を抑制でき、該一対の電極間のプラズマの均一性を改善できるので、従来困難視されていたＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の電源を用いる高密度プラズマの空間分布の均一化が可能となり、基板に対する均一な表面処理、即ち製膜速度およびエッチング速度の向上と均一性向上が再現性良く可能である。この効果は、ＬＳＩ，ＬＣＤ、複写機用感光体の産業のみならず、太陽電池業界での生産性向上に関する貢献度において著しく大きい。

本発明者は、従来技術に依然として存在するいくつかの問題の中で、一対の電極と高周波電源の出力を供給するための同軸ケーブルとの接続部に発生する漏洩電流に関する問題に着目し、鋭意、種々検討した結果、その解決方法および解決手段を創出することに成功した。そのアイデイアは、前記（１１）式の関係を活用したもので、同軸ケーブルの一方の端部より他方の端部の方向を見た外部導体の外部表面のインピーダンス（前記のＺ３）を無限大にする手段を講じることにより、問題となる漏洩電流を抜本的に抑制可能とするものである。

本発明の基本概念は、前記図６および図７にける不平衡系モデルでの電流Ｉａと平衡系モデルの電流Ｉｂの比を無限小に、少なくとも百分の一以下に、即ちＩａ／Ｉｂ＜１／１００に抑制するために、前記（１１）式の関係より、同軸ケーブルの該一対の電極側の端部の外部導体外表面での該同軸ケーブルの他方の端部の方向を見たインピーダンスＺ３が、前記一対の電極間の平衡インピーダンスＺｂより、無限に大きい値、少なくとも略１００倍以上大きい値とすることを特徴とする。なお、略１００倍という数値の根拠は、不平衡系モデルでの電流Ｉａを平衡系モデルでの電流Ｉｂの１％以下に抑制できれば、一対の電極間のプラズマ現象がＩａの影響を１％以下に抑えて、電流Ｉｂ依存で制御できると考えられるからである。上記基本概念を実現するための手段および方法の具体例として、以下に２つの実施例を示す。

本発明の一実施例に係わる高周波電力供給用同軸ケーブル、該同軸ケーブルにより構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法について、以下、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なａ―Ｓｉ薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の具体例の装置および方法に限定されるものではない。

実施例１の高周波電力供給用同軸ケーブル、該同軸ケーブルにより構成されたプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、以下、図１〜図４を参照して説明する。図１は実施例１に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図２は図１のプラズマ表面処理装置のブロック構成図、図３は実施例１に係わる高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例の構成を示す説明図、および図４は図１のプラズマ表面処理装置での高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例と一対の電極との接続部を示す説明図である。

先ず、装置の構成を説明する。図1および図２において、符番１は真空容器である。この真空容器１には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち第１の非接地電極２と図示しない基板ヒータ３を内臓した第２の非接地電極４が配置されている。該第２の非接地電極4は絶縁物支持材５ａ、５ｂで真空容器１に固着されている。前記第１の非接地電極２は、図示しない絶縁物６を介して真空容器１に固着されている。該第１の非接地電極２には直径２ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多数の小孔７が開口率４０％〜６０％で配置されている。該小孔は、後述の放電ガスを一対の電極２，４間に一様に流出さために設置されている。また、高密度プラズマの生成に効果のあるホローカソード放電を発生させる手段としても期待される。前記第１の非接地電極２の周りにはアースシールド８が配置されている。該アースシールド８は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ放電ガス供給管９ａ、９ｂより供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔１０および前記非接地電極２に配置されている多数の小孔７を介して、前記一対の電極２と４の間に均一に供給する機能を有している。また、前記アースシールド８は、排気管１１および図示しない真空ポンプ１２と組み合わせて使用されることのより、プラズマ生成空間でプラズマ化された使用済みの放電ガスを排出する機能を有している。

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。

符番１３は基板で、図示しないゲートバルブ３９の開閉操作により、第２の非接地電極４に設置される。そして、図示しない基板ヒータ３により所定の温度に加熱される。

図１および図２において、符番１５は高周波電源で、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の電力を発生する。その電力は第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、電流導入端子１８、高周波電力供給用同軸ケーブル１９および図示しない絶縁環２１ａ、２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１のおよび第２の給電線２３，２９を介して、一対の電極２，４の給電点１４ａ、１４ｂに供給される。

上記インピーダンスＺ３が無限大であるとの機能をもつ同軸ケーブルの具体的構造の一例として、高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例３２を図３に示す。図３の装置は、芯線２３ａ、外部導体２４および誘電体２５から構成の同軸ケーブル１６ｃの一方の端部の芯線６０と外部導体６１を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極２，４に接続される側の端部に円筒型導電体２６を被せた構造を有し、かつ、他方の端部の芯線２３ａと外部導体２４を出力部とする。該円筒型導電体２６は、形状が円筒で、一方の端面を開放し、他方の端面２７を外部導体２４に密着・接続したものである。その長さは前記高周波電源１５の出力電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の１、即ちλ／４である。その値は、例えば、誘電体がアルミナの同軸ケーブルを用い（波長短縮率：０．３４）、電源周波数：６０ＭＨｚの場合は、その電波の真空伝播中の波長は５ｍであるので、０．３４ｘ５ｍ／４＝０．４２５ｍである。なお、波長短縮率を考慮した波長λとは、同軸ケーブル内部を伝播する際の電波の波長で、波長短縮率即ち例えば、同軸ケーブルの誘電体がポリエチレンの場合、０．６７あるいは、アルミナの場合、０．３４と、真空中を伝播する場合の前記高周波電源出力周波数に対応の電波の波長の積を意味している。該円筒型導電体２６と前記外部導体２４との間隔は２ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。なお、この間隔の値は、該円筒型導電体２６の内面全体について一定となるのが望ましい。該円筒型導電体２６と上記外部導体２４の間には、絶縁環２８ａ、２８ｂが配置され、その間隔が一定に保持されている。前記外部導体２４の端部には、図３図示のように第２の給電線２９が接続され、芯線２３ａに接続された第１の給電線２３と組み合わせて上記給電点１４ａ、１４ｂへの電力供給に用いられる。該円筒型導電体の開放された端面と該同軸ケーブルの端面は同一平面上になるように設定する。

図３において、前記外部導体２４の端面の地点３０ａから前記円筒型導電体２６の一方の端面の地点３０ｂを経由して、他方の端面の地点３１の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点３０ａから地点３０ｂの長さが波長短縮率を考慮した波長λの四分の一即ちλ/４であるので、地点３０ａと地点３１間のインピーダンスは無限大である。なお、波長短縮率を考慮した波長λとは、同軸ケーブル内部を伝播する際の電波の波長で、波長短縮率即ち例えば、同軸ケーブルの誘電体がポリエチレンの場合、０．６７あるいは、アルミナの場合、０．３４と、真空中を伝播する場合の前記高周波電源出力周波数に対応の電波の波長の積を意味している。その結果、前記（１１）式の関係より、Ｚ３が無限大の場合、漏洩電流Ｉ３（即ちＩａ）は零となる。すなわち、前記外部導体２４の端面からの漏洩電流は発生しないということを示している。

図３に示した高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例３２を、図１および図２に示した実施例１に係わる表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図４に、図１および図２に示した一対の電極２，４と前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例３２を接続する配線状況を示している。プラズ生成空間に接する非接地電極２の内面（ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ）の小孔７部分に位置した給電点１４ａに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例３２の同軸ケーブルの芯線２３を接続する。また、前記接地電極４の内面の給電点１４ｂに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例３２のリード線２９を接続する。なお、前記芯線２３およびリード線２９には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環２１ａ，２１ｂが配置され、異常放電を抑制している。

次に、上記構成、即ち図１〜図４のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する方法を説明する。図１〜図４において、予め、基板１３を第２の非接地電極４の上に設置し、真空ポンプ１２を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管９ａ，９ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力を供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。

即ち、高周波電源１５の出力を例えば周波数６０ＭＨｚで、出力５００Ｗを第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、電流導入端子１８、高周波電力供給用同軸ケーブル１９の第１の具体例３２、および絶縁環２１ａ，２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線２３，２９を介して、給電点１４ａ、１４ｂに供給する。この場合、上記整合器１７を調整することにより、整合器１７の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。その結果、ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成される。

ここで、給電点１４ａ，１４ｂに供給される電力は、高周波電力供給用同軸ケーブル１９の第１の具体例３２の漏洩電流防止の機能により、漏洩電流の発生を抑制して、第１および第２の給電線２３，２９から一対の電極２，４に供給できる。したがって、前記給電点１４ａ，１４ｂ近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第１および第２の給電線２３，２９回りの絶縁環２１ａ，２１ｂの絶縁効果も、両者間での異常放電を抑制している。また、従来技術では、漏洩電流の発生の仕方が一対の電極２，４周辺のアース構造および配線状況に関係しているので、再現性の良いプラズマ生成は困難であるが、本実施例では漏洩電流が発生しないので、再現性の良いプラズマを生成できる。

上記工程において、ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３，ＳｉＨ２，ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板１３表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜が堆積する。なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。

上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ１２００ｍｍｘ３００ｍｍ（厚み４ｍｍ）程度のガラス基板１３に製膜速度１ｎｍ/ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。

製膜条件は次の通りである。
（製膜条件）
・放電ガス：ＳｉＨ４
・流量：５００ｓｃｃｍ
・圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：６０ＭＨｚ
・電力：５００Ｗ
・基板１３の温度：１８０℃

上記製膜条件でプラズマを生成すると、上記高周波電力供給用同軸ケーブルにより電力供給系と一対の電極２，４との接続部での漏洩電流の発生が抑制されるので、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて、再現性良く均一になる。その結果、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０以内で製膜が可能となる。

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。

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。

本発明の実施例２の高周波電力供給用同軸ケーブル、該同軸ケーブルにより構成されたプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１、図２、図４および図５を参照しながら説明する。図５は、実施例２に係わる高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０の構成を示す説明図である。

先ず、装置の構成について説明する。ただし、図１〜図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。実施例２の装置の構成は、実施例１の構成、即ち図１、図２および図４において、高周波電力供給用同軸ケーブル１９として用いられた高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例３２に代えて、図５に示す高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０を用いるもので、その他の装置構成要素はすべて同様である。それ故、高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０以外の装置の構成要素については図１、図２、および図４を参照することにし、ここでは説明を省略する。

図５において、芯線２３ａ、外部導体２４および誘電体２５から構成の同軸ケーブル１６ｃの一方の端部の芯線６０と外部導体６１を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部、すなわち前記一対の電極２，４に接続される側の端部に、両端解放の管型導電体２６ａと円筒型導電体２６ｂを被せた構造を有し、かつ、該端部の芯線２３ａと外部導体２４を出力部とする。該管型導電体２６ａと円筒型導電体２６ｂは、図５に示すように、内筒と外筒の関係にあり、該管型導電体２６ａの外面と円筒型導電体２６ｂの内面が電気的に短絡状態になっている。上記内筒と外筒の関係にある重ねあった部分の距離は後述の取り付けボルト４２ａ，４２ｂおよび４１ａ、４１ｂを用いて調整される。該管型導電体２６ａの一方の端面３１と該円筒型導電体２６ｂの端面２７の距離は、前記高周波電源１５の出力電力の波長短縮率を考慮した波長λの四分の１（即ちλ/4）である。その値は、例えば、誘電体がアルミナの同軸ケーブルを用い（波長短縮率：０．３４）、電源周波数：６０ＭＨｚの場合は、その電波の真空伝播中の波長は５ｍであるので、０．３４ｘ５ｍ／４＝０．４２５ｍである。前記管型導電体２６ａの内面と前記外部導体２４との間隔は２ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。なお、この間隔の値は、該円筒型導電体２６の内面全体について一定となるのが望ましい。該管型導電体２６ａと上記外部導体２４の間には、絶縁環２８ａ、２８ｂが配置され、その間隔が一定に保持されている。該円筒型導電体の開放された端面と該同軸ケーブルの端面は同一平面上になるように設定する。前記外部導体２４の端部には、図５図示のように第２の給電線２９が接続され、芯線２３ａに接続された第１の給電線２３と組み合わせて上記給電点１４ａ、１４ｂへの電力供給に用いられる。

図５において、前記外部導体２４の端面の地点３０ａから前記円筒型導電体２６ｂの端面の地点３０ｂを経由して、該管型導電体２６ａの端面の地点３１の方向へ漏洩電流が流れようとした場合、地点３０ａから地点３０ｂの長さが波長短縮率を考慮した波長λの四分の一、即ちλ／４であるので、地点３０ａと地点３１間のインピーダンスは無限大である。即ち、前記（１１）式のＺ３が無限大である。その結果、前記（１１）式の関係より、漏洩電流Ｉ３、即ちＩａは零である。これは、漏洩電流が発生しないことを意味している。

次に、図５に示した高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０を、図１および図２に示した表面処理装置の一構成として用いる場合について説明する。図４に、図１および図２に示した一対の電極２，４と前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の実施例３２を接続する配線状況を示したが、それと同様に高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０を用いる。プラズ生成空間に接する第１の非接地電極２の内面（ここでは該電極の対向電極側の面を内面と呼ぶ）の小孔７部分に位置した給電点１４ａに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の実施例４０の同軸ケーブルの芯線２３を接続する。また、前記第２の非接地電極４の内面の給電点１４ｂに、前記高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の実施例４０のリード線２９を接続する。なお、前記芯線２３およびリード線２９には図示しない例えば材料がアルミナの絶縁環２１ａ，２１ｂが配置され、異常放電を抑制している。

上記構成の表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用のａ−Ｓｉを製膜する方法を説明する。図１、図２、図４および図５において、予め、基板１３を第２の非接地電極４の上に設置し、真空ポンプ１２を稼動させ、真空容器1内の不純物ガス等を除去した後、放電ガス供給管９ａ，９ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、一対の電極２，４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を供給する。なお、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。

即ち、高周波電源１５の出力を例えば周波数７０ＭＨｚで、出力５００Ｗを第１の同軸ケーブル１６ａ、整合器１７、第２の同軸ケーブル１６ｂ、電流導入端子１８、高周波電力供給用同軸ケーブル１９の第２の具体例４０および絶縁環２１ａ，２１ｂでそれぞれ絶縁されている第１および第２の給電線２３，２９を介して、給電点１４ａ、１４ｂに供給する。この場合、上記整合器１７を調整することにより、整合器１７の上流側には上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。仮に、上記高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０の長さの調整が周波数７０ＭＨｚに整合していないことが原因で、該同軸ケーブル１９と一対の電極２，４の間で電流の漏洩が発生している場合、一旦、プラズマの生成を中断し、上記高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０の長さを調整することにより、再度プラズマを生成し、上記電力の反射が抑制されることを確認することができる。

なお、高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例４０には、高周波電源１５の周波数が若干変更された場合、その周波数に対応して、該同軸ケーブルの第２の具体例４０の長さを調整することにより対応できるというメリットがある。

ここで、給電点１４ａ，１４ｂに供給される電力は、上記高周波電力供給用同軸ケーブル１９の第２の具体例４０の長さ調整による漏洩電流抑制の効果を最大限に活用することにより電力の損失を最小限にして、第１および第２の給電線２３，２９から一対の電極２，４に供給できる。したがって、前記給電点１４ａ，１４ｂ近傍には局部放電など異常放電は発生しない。なお、前記第１および第２の給電線２３，２９回りの絶縁環２１ａ，２１ｂの絶縁効果も加わり、両者間での異常放電を抑制している。

ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３，ＳｉＨ２，ＳｉＨ等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板１３表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜が堆積する。なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。

上記の手順で製膜する場合の具体的条件を以下に説明する。サイズ１２００ｍｍｘ３００ｍｍ（厚み４ｍｍ）程度のガラス基板１３に製膜速度１ｎｍ/ｓ、膜厚分布±１０％のａ−Ｓｉを製膜することを実施する。

製膜条件は次の通りである。
（製膜条件）
・放電ガス：ＳｉＨ４
・流量：５００ｓｃｃｍ
・圧力：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）
・電源周波数：７０ＭＨｚ
・電力：５００Ｗ
・基板１３の温度：１８０℃

上記製膜条件でプラズマを生成すると、実施例１と同様に、上記高周波電力供給用同軸ケーブルにより電力供給系と一対の電極との接続部での漏洩電流の発生が抑制されるので、生成されるプラズマの密度の空間的分布は、従来に比べて再現性良く均一になる。その結果、製膜されるａ−Ｓｉの膜厚分布は従来に比べて、再現性良く均一になる。数値的にはａ−Ｓｉ膜厚分布が±１０以内で製膜が可能となる。

ただし、本実施例２では、実施例１の場合とは装置構成部材の高周波電力供給用同軸ケーブルの機能が異なり、対応波長に若干の調整機能があるので、高周波電源１５の周波数が若干変更された場合でも、別途新たに高周波電力供給用同軸ケーブルを設置することなく、その長さの調整で対応できるというメリットがある。

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。

また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造では、膜厚分布として±１０％以内であれば性能上問題はない。上記実施例によれば、７０ＭＨｚの電源周波数を用いても、従来の装置および方法に比べ著しく良好な膜厚分布を得ることが可能である。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。

実施例１に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。 実施例１に係わる図１のプラズマ表面処理装置のブロック図。 実施例１に係わる高周波電力供給用同軸ケーブル１９の第１の具体例の構成を示す説明図。 実施例１に係わる図１のプラズマ表面処理装置での高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例と一対の電極との接続部を示す説明図。 実施例２に係わる高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例の構成を示す説明図。 従来技術の問題である漏洩電流の所在と概念を示す説明図。 図６図示の漏洩電流を伝送回路理論のモデルとして示す説明図。 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８図示の装置に係わる電極と電力供給用同軸ケーブルとの接続部の構造を示す説明図。 従来の第２の代表的技術に係わるプラズマ表面処理装置の概念図。 図１０図示の装置に係わる給電系のブロック構成図。 図１０図示の装置に係わる電極と電力供給用同軸ケーブルとの接続部の構造を示す説明図。 従来の第２の代表的技術に係わる電圧波を示す説明図。 従来の第２の代表的技術に係わる電圧の合成波を示す説明図。

符号の説明

１．．．真空容器，
２．．．第１の非接地電極，
４．．．第２の非接地電極，
５ａ，５ｂ．．．絶縁物支持材，
７．．．小孔，
８．．．アースシールド，
９ａ，９ｂ．．．放電ガス供給管，
１０．．．整流孔，
１１．．．排気管，
１３．．．基板，
１４ａ，１４ｂ．．．給電点，
１５．．．高周波電源、
１６ａ，１６ｂ．．．第１および第２の同軸ケーブル、
１７．．．整合器、
１８．．．電流導入端子、
１９．．．高周波電力供給用同軸ケーブル、
２３．．．第１の給電線、
２３ａ．．．芯線、
２４．．．外部導体、
２５．．．誘電体、
２６．．．円筒型導電体、
２６ａ．．．管型導電体，
２６ｂ．．．円筒型導電体，
２７．．．端面，
２８ａ、２８ｂ．．．絶縁環，
２９．．．第２の給電線、
３２．．．高周波電力供給用同軸ケーブルの第１の具体例、
４０．．．高周波電力供給用同軸ケーブルの第２の具体例、
４１ａ、４１ｂ４２ａ，４２ｂ．．．取り付けボルト。

Claims (3)

1. 排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる高周波電力供給用同軸ケーブルであって、前記同軸ケーブルの一方の端部の芯線と外部導体を入力部とし、該同軸ケーブルの他方の端部に、両端開放の管型導電体と一方の端面を開放の円筒型導電体を被せ、該管型導電体の外面と該円筒型導電体の内面が密着し、該円筒型導電体の他方の端面は該同軸ケーブルの外部導体と密着し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該円筒型導電体の閉じた方の端面との距離が、波長短縮率を考慮した前記高周波電源出力の波長λの四分の一すなわちλ／４で、かつ、該管型導電体と該同軸ケーブルの外部導体間に絶縁環を設置し、かつ、該管型導電体の一方の端面と該同軸ケーブルの端面を同一平面上に設置させ、かつ、該同軸ケーブルの他方の端部の芯線と外部導体を出力部とするという構成を有することを特徴とする高周波電力供給用同軸ケーブル。
2. 排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルが請求項１に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成されていることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
3. 排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、基板がセットされる第１の電極と前記第１の電極に対向設置される第２の電極からなる一対の電極と、前記一対の電極に高周波電源出力の高周波電力を供給する高周波電力供給用同軸ケーブルにより構成の電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、前記高周波電力供給用同軸ケーブルを請求項１に記載の高周波電力供給用同軸ケーブルによって構成し、プラズマ表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。

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