JP4022670B2 - 超高周波プラズマ発生用電極と、該電極により構成されたプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法 - Google Patents
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Description
第1の代表的技術は、例えば、特許文献1ないし3に記載されているもので、プラズマ発生に非接地電極と接地電極から成る2枚の平行平板電極を一対として用いることを特徴とする。第2の代表的技術は、例えば特許文献4及び5に記載されているもので、プラズマ発生に棒電極あるいはラダー型電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。第3の代表的技術は、例えば、特許文献6に記載されているもので、アンテナ方式であることを特徴とする。
特許文献2に記載の技術は、一対の電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する該電極の第1および第2の辺に、それぞれ、電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給点が設置され、かつ、該複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置が設置されるということを特徴としている。この技術では、該複数の電力供給点に対応したリアクタンス調整装置を制御することにより、反射波の位相を制御することにより、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動させることが可能である。
特許文献3に記載の技術は、一対の電極に複数の開口を設置し、該開口の縁にそれぞれ電力供給点を配置し、かつ、電力供給系より平衡不平衡変換装置及び平衡伝送路を介して電力を供給することを特徴としている。この技術では、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化することが可能である。
特許文献4に記載の技術は、一対の電極の電力供給点の反対側の先端部分に反射電力の位相を調整する位相調整回路が接続されるということを特徴としている。この技術では、該位相調整回路を制御することにより、反射波の位相の調整が可能で、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動することが可能である。
特許文献5に記載の技術は、電極上のある1つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも1つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化することを特徴としている。なお、この技術では、互いに向かい合った方向から供給される2つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献6に記載の技術は、電極が線状導体をその中央点を基準に平面内に含まれるように折り返して形成され、該中央点を給電点としたことが特徴である。なお、この電極の形状には、例えばU字型あるいはM字型がある。また、該U字型あるいはM字型電極がアンテナとなって供給電力が空間へ放射される。
(1)特許文献1記載の技術は、方形電極の互いに対向した2つの辺から供給される電力の電圧の位相差を時間的に、例えば数kHZの周波数で、鋸歯状に変化させることにより、一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を移動させ、時間平均的に見て均一化するものである。膜厚分布は、アモルファスSi製膜では、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10〜15%程度の膜厚分布が得られているが、100cmx100cm程度に関しては、±20以上と見られている。また、プラズマが例えば数kHzの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。なお、a−Si膜製膜では電源周波数が100kHz〜1MHz程度を境にして、低い周波数帯の場合では膜中水素の量が、高い周波数帯の場合に比べて著しく多くなるという研究成果がある。
(2)特許文献2記載の技術は、複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数100Pa〜数1000Paでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数100Pa以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
(3)特許文献3記載の技術は、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化するので、互いに隣接する開口の間隔を使用する電源周波数即ち波長に対応して選定することが必要である。すなわち、電源周波数が予め選定されることが必須条件で、かつ、プラズマ密度の強さに応じて伝播電力の波長が短縮するので、プラズマの均一性はプラズマ密度の強さに依存するという欠点がある。
(4)特許文献4記載の技術は、特許文献2記載の技術と同様に、電力供給点の反対側に、位相調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数100Pa〜数1000Paでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数100Pa程度以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
(5)特許文献5記載の技術は、特許文献1記載の技術と同様に、電極上のある1つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも1つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化するので、プロセス用VHFプラズマ表面処理装置及びVHFプラズマ表面処理方法としては、プラズマが例えば数kHzの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。また、膜厚分布は、アモルファスSi製膜では、基板面積が50cmx50cm程度に関しては、±10〜15%程度の膜厚分布が得られているが、100cmx100cm程度に関しては、±20以上と見られている。
(6)特許文献6記載の技術は、アンテナ方式即ち誘導結合型のプラズマ生成なので、圧力条件が数Pa以下という制約がある。すなわち、微結晶Si等のような圧力条件が数100Pa〜数1000Paである応用には無理があるという欠点がある。また、電極の周囲にある真空容器の形状や接地条件に影響を受けやすいで、製膜条件の適正条件の把握が困難と推測される。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極は平板型の形状を有し、前記第1の電極は、該第2の電極に平行な面内に含まれるように配置された棒状あるいは板状の形状を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を平板型の形状とし、前記第1の電極を1本の棒状導体を前記第2の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるU字型あるいははW字型の形状とする構造を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を円筒型の形状とし、前記第1の電極が、該第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように配置された棒状あるいはU字型形状あるいはW字型あるいは方形型の形状とする構造を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の電極を複数の開口を有する板状の導電体とし、かつ、前記基板が該一対の電極間の外に配置されるという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、方形あるいは円筒型の導電体をU字状あるいはW字状あるいはジグザグ状の形を有するスリットで2分割し、該2分割された導電体の一方を前記第1の電極とし、該2分割された導電体の他方を第2の電極とするという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極を複数の電極から構成し、該複数の電極は前記第2の電極に平行な面内に含まれるように配置されるということを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極の一部あるいは全部の表面は誘電体で覆われているという構成を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記給電点と前記インピーダンス整合器の接続部に平衡不平衡変換装置が挿入されるという構造を有することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の高周波電源の出力の周波数を、30MHzから300MHzのVHF帯に属していることを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び前記第2の高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Hwと周期T0の比Hw/H0を50%以下にすることを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第1の定在波の腹の位置と前記第2の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第2の定在波の腹の位置の距離を使用電力の波長λの四分の一、即ちλ/4に設定することを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第1の工程と、前記第2の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第2の工程と、該第1及び第2の工程でそれぞれに把握された第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のSi系膜を製膜する第3の工程から成ることを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、前記基板の表面に、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料及び結晶Si系材料のいずれかを形成するようにしたことを特徴としている。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を平板型の形状とし、前記第1の電極を、該第2の電極に平行な面内に含まれるように配置された棒状あるいは板状の形状を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが確実に実現可能である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を平板型の形状とし、前記第1の電極は1本の棒状導体を前記第2の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるU字型あるいははW字型の形状を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが確実に実現可能である。本発明には、一対の電極の一つの側面側からのVHF電力の供給が可能な手段を実現可能というメリットがある。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第2の電極を円筒型の形状とし、前記第1の電極は該第2の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように配置された棒状あるいはU字型形状あるいはW字型あるいは方形型の形状を有することを特徴とするので、前記基板の形状が円筒形の場合においても応用が可能で、かつ、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが可能である
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の電極を複数の開口を有する板状の導電体とし、かつ、前記基板が該一対の電極間の外に配置されるという構成を有することを特徴とするので、基板の厚みや材料の影響を受けず、また、該一対の電極間の距離を狭く設定できるので、高圧力条件でのプラズマ処理への応用が可能である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極をU字状あるいはW字状あるいはジグザグ状の形を有するスリットで2分割された方形平板の導体の一方とし、該2分割された方形平板の導体の他方を第2の電極とするという構成を有することを特徴とするので、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが確実に可能である。本発明には、一対の電極の一つの側面側からのVHF電力の供給が可能な手段を実現可能というメリットがある。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極を複数の電極とし、該複数の電極は前記第2の電極に平行な面内に含まれるように配置されるということを特徴とするので、基板の面積が1mx1mを超える大面積基板の場合にも対応可能であり、かつ、前記一対の電極間の電力の強さの分布をVHF固有の定在波に影響されることなく、一様な分布にすることが可能である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1の電極の一部あるいは全部の表面は誘電体で覆われているという構成を有することを特徴とするので、前記第1の電極が例えばU字型あるいはW字型の場合において、該電極の曲がり部分での電力損失を抑制可能である。その結果、一対の電極の一つの側面側からのVHF電力の供給が可能である。このことは、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている従来技術では不可能な装置断面での1側面からのVHF電力の供給を可能とし、応用価値は著しく高いものがある。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記給電点と前記インピーダンス整合器の接続部に平衡不平衡変換装置が挿入されることを特徴とするので、前記電力供給系の構成部材の同軸ケーブル端部の芯線と給電点の接合部近傍で発生の漏洩電流による電力損失及び異常放電の抑制が可能である。このことは、製品の低コスト化を担う量産装置としてのプラズマ表面処理装置への応用において、その効果は著しく大きい。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び第2の高周波電源の出力の周波数が30MHzから300MHzのVHF帯に属していることを特徴とするので、VHFプラズマの長所であるプラズマの高密度化が容易に実現可能である。
また、本発明の高周波プラズマ発生用電極は、前記第1及び前記第2の高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Hwと周期T0の比Hw/H0を50%以下にすることを特徴とするので、上記した本発明のいずれかの超高周波プラズマ発生用電極によって生成されるプラズマの強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、第1の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第1の定在波の腹の位置と前記第2の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第2の定在波の腹の位置の距離を使用電力の波長λの四分の一、即ちλ/4に設定することを特徴とするので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。このことは、VHF固有の定在波に影響されることなく、確実に均一な分布にすることが可能ということである。
また、本発明の高周波プラズマ表面処理方法は、内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第1の工程と、前記第2の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第2の工程と、該第1及び第2の工程でそれぞれに把握された第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のSi系膜を製膜する第3の工程から成ることを特徴とするので、該一対の電極間の電力の強さの分布は、時間的に分離された、すなわち互いに独立である2つの定在波の重ね合わせとなり、均一化が可能である。即ち、該一対の電極間に生成される電力の強さの分布は、正弦波状の分布ではなく一定の強さとなり、プラズマの均一化が可能である。このことは、VHF固有の定在波に影響されることなく、確実に均一な分布にすることが可能ということである。その結果、従来のVHFプラズマ表面処理方法では不可能視される波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした応用において、均一で高品質の確実なプラズマ処理が可能である。このことは、プラズマ表面処理技術分野における画期的ブレークスルーが実現されるという意味があり、産業上の効果は著しく大きい。
また、本発明の超高周波プラズマ表面処理方法は、前記基板の表面に、アモルファスSi系材料、微結晶Si系材料、多結晶Si系材料及び結晶Si系材料のいずれかを形成するようにしたことを特徴とするので、太陽電池及びTFT業界のみならず、LSI及び複写機用感光体の産業における生産性向上および製品コストの低減に関する超高周波プラズマの大面積・高速・均一な製品製造への応用が確実に実現可能であり、貢献度が著しく大きい。
本発明に関する実施例1の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図1ないし図8を参照して説明する。
放電ガス供給管8より供給されるSiH4等放電ガスを、整流孔7を介して、前記一対の電極2と4の間に均一に供給する機能を有している。供給されたSiH4等放電ガスは前記一対の電極2と4の間でプラズマ化された後、排気管9及び図示しない真空ポンプ10により、真空容器1の外へ排出される。
符番15は第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器で、周波数30MHz〜300MHz(VHF帯域)の任意の周波数、例えば60MHzの正弦波信号を発生し、かつ、該正弦波信号をパルス変調し、かつ、その2つの出力端子から出力される2つのパルス変調された正弦波信号の位相差を任意に設定することが可能である。
該位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器15に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15は、前述の同期信号伝送ケーブル100を介して、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28にパルス変調の同期信号を送信する。
該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点21に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変2出力の発信器15と第1の電力増幅器16との接続、第1の電力増幅器16と第1のインピーダンス整合器17との接続、第1のインピーダンス整合器17と第1の電流導入端子18との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第1の真空用同軸ケーブル19の外部導体は第2の電極4に接続される。
該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線及26を介して、第2の給電点27に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変2出力の発信器15と第2の電力増幅器22との接続、第2の電力増幅器22と第2のインピーダンス整合器23との接続、第2のインピーダンス整合器23と第2の電流導入端子24との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第2の真空用同軸ケーブル25の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
該位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器28に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。
該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線及33を介して、第1の給電点21に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第2の位相可変2出力の発信器28と第3の電力増幅器29との接続、第3の電力増幅器29と第3のインピーダンス整合器30との接続、第3のインピーダンス整合器30と第3の電流導入端子31との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第3の真空用同軸ケーブル32の外部導体は第2の電極4に接続される。
該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点27に供給される。この出力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第2の位相可変2出力の発信器28と第4の電力増幅器34との接続、第4の電力増幅器34と第4のインピーダンス整合器35との接続、第4のインピーダンス整合器35と第4の電流導入端子36との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。また、第4の真空用同軸ケーブル37の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第3及び第4の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
次に、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力、例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を100Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を100Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26を介して、第2の給電点に供給する。
この場合、前記第1のインピーダンス整合器17及び第2のインピーダンス整合器23を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器17、23の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
図5において、第1の給電点21から第2の給電点27の方向の距離をxとし、xの正方向へ伝播する電圧波をW11(x,t)、xの負方向へ伝播する電圧波、即ち第2の給電点27から第1の給電点21の方向へ伝播する電圧波をW21(x,t)とすると、次のように表現される。
W11(x、t)=V1・sin(ωt+2πx/λ)
W21(x、t)=V1・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}
ただし、V1は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、tは時間、L0は第1及び第2の給電点の間隔、Δθは第1の給電点21から供給される電力の電圧波と第2の給電点27から供給される電力の電圧波の位相差である。この2つの電圧波の合成波W1(x、t)は次式のようになる。
W1(x、t)=W11(x、t)+W21(x、t)
=2・V1cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(πL0/λ+Δθ/2)
上記合成波W1(x、t)を概念的に図6に示す。図6において、Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部(x=L0/2)が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ<0の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第1の電力供給系を用いて、前記第1及び第2の給電点21、27に供給される電力の電圧波を、それぞれ、W11(x、t)及びW21(x、t)と呼ぶ。また、その2つの電圧波の合成波を第1の定在波W1(x、t)と呼ぶ。
I1(x、t)∝cos2{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}
と表される。このI1(x、t)を概念的に、図7に示す。
図7は、VHFプラズマの生成上問題となる定在波の発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが0.9〜1.0の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−0.05〜+0.05λの範囲(即ち、膜厚が均一な範囲は長さ0.1λ)に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
また、前記第1の予備製膜工程にて取得した基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定することができる。
なお、ここでは、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布をI1(x、t)と呼ぶ。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を100Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33を介して、第1の給電点に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を100Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点に供給する。
この場合、前記第3のインピーダンス整合器30及び第4のインピーダンス整合器35を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器30、35の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
この場合も、前記第1の予備製膜工程と同様に、第2の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ2であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
図5において、第1の給電点21から第2の給電点27の方向の距離をxとし、xの正方向へ伝播する電圧波をW12(x,t)、xの負方向へ伝播する電圧波、即ち第2の給電点27から第1の給電点21の方向へ伝播する電圧波をW22(x,t)とすると、次のように表現される。
W12(x、t)=V2・sin(ωt+2πx/λ)
W22(x、t)=V2・sin{ωt−2π(x−L0)/λ+Δθ}
ただし、V2は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、tは時間、L0は第1及び第2の給電点の間隔、Δθは第1の給電点21から供給される電力の電圧波と第2の給電点27から供給される電力の電圧波の位相差である。電圧の合成波W2(x、t)は次式のようになる。
W2(x、t)=W12(x、t)+W22(x、t)
=2・V2cos{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}・sin{ωt+(πL0/λ+Δθ/2)
上記合成波W2(x、t)を概念的に図6に示す。図6において、Δθ=0の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部(x=L0/2)が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ>0の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ<0の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第2の電力供給系を用いて前記第1及び第2の給電点21、27に供給される電力の電圧波を、それぞれ、W12(x、t)及びW22(x、t)と呼ぶ。また、その2つの波の合成波を第2の定在波W2(x、t)と呼ぶ。
I2(x、t)∝cos2{2π(x−L0/2)/λ−Δθ/2}
と表される。このI2(x、t)を概念的に、図7に示す。
図7は、VHFプラズマの生成上問題となる定在波発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが0.9〜1.0の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−0.05〜+0.05λの範囲(即ち、膜厚が均一な範囲は長さ0.1λ)に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
なお、ここでは、第2の定在波W2(x、t)の強さの分布をI2(x、t)と呼ぶ。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、かつ、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給する。即ち、前記第1及び第2の給電点21,27に、前記電圧波W11(x、t)、電圧波W21(x、t)、W12(x、t)及びW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
該一対の電極2、4間の電力の強さの分布I(x、t)の均一化が可能である。即ち、膜厚分布として±10%以内を実現可能である。このことは、a−Si太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
本発明に関する実施例2の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図9及び図10を参照して説明する。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、該第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル44、45、第1の電流導入端子18、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49を介して、それぞれ第1の給電点21及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、該第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル50、51、第2の電流導入端子24、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55を介して、それぞれ第2の給電点27及び第2の電極4に接続される。
該位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子から出力される2つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Hw及び周期T0は、該位相可変2出力の発信器15に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15は、前述の同期信号伝送ケーブル100を介して、後述の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28にパルス変調の同期信号を送信する。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、該第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル56、57、第3の電流導入端子31、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61を介して、それぞれ第1の給電点21及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、該第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43の2つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている2本の同軸ケーブル62、63、第4の電流導入端子36、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67を介して、それぞれ、第2の給電点27及び第2の電極4に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
そして、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、第1の電流導入端子18、真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHz、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を100Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置40、第1の電流導入端子18、真空用同軸ケーブル46、47の芯線48、49を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を100Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置41、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル52、53の芯線54、55を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、第3の電流導入端子31、真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHz、パルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒の電力例えば合計で200Wを供給する。
即ち、該第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を100Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置42、第3の電流導入端子31、真空用同軸ケーブル58、59の芯線60、61を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を100Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4のLCブリッジ型平衡不平衡変換装置43、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル64、65の芯線66、67を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、かつ、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力100Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21,27に、前記電圧波W11(x、t)、電圧波W21(x、t)、W12(x、t)及びW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4、H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
本発明に関する実施例3の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図11ないし図13を参照して説明する。
電力供給点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第4の電力分配器73の一方の出力端子を介して、第5の電力分配器74の一方の出力端子、電流導入端子24a、真空用同軸ケーブル25aの芯線26aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第5の電力分配器74の他方の出力端子、電流導入端子24b、真空用同軸ケーブル25bの芯線26bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第4の電力分配器74の他方の出力端子を介して、第6の電力分配器75の一方の出力端子、電流導入端子24c、真空用同軸ケーブル25cの芯線26cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第6の電力分配器75の他方の出力端子、電流導入端子24d、真空用同軸ケーブル25dの芯線26dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、該W11(t)と同様のパルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
なお、給電点21a〜21dに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第7の電力分配器76から第1の給電点21a〜21dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第10の電力分配器79の一方の出力端子を介して、第11の電力分配器80、該第11の電力分配器80の一方の出力端子、電流導入端子36a、真空用同軸ケーブル37a及び接続線38aを介して給電点27aに接続されるとともに、該第11の電力分配器80の他方の出力端子、電流導入端子36b、真空用同軸ケーブル37b及び接続線38bを介して給電点27bに接続されるとともに、該第10の電力分配器79の他方の出力端子を介して、第12の電力分配器81の一方の出力端子、電流導入端子36c、真空用同軸ケーブル37c及び接続線38cを介して給電点27cに接続されるとともに、該第12の電力分配器81の他方の出力端子、電流導入端子36d、真空用同軸ケーブル37d及び接続線38dを介して給電点27dに接続される。
なお、給電点27a〜27bに供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第10の電力分配器79から第2の給電点27a〜27dまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
また、前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第3及び第4の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5~0.9程度である。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、第1及び第2の給電点21a〜21d、27a〜27dに高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で500Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29及び第2の電力増幅器34の出力をそれぞれ、周波数60MHzで250Wに設定して、第1の電極の両端部にそれぞれ供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ例えば電力500Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21a〜21b、27a〜27bに、それぞれ、電力250Wの電圧波W11(x、t)、電力250Wの電圧波W21(x、t)、電力250WのW12(x、t)及び電力250WのW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2a〜2d、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21a〜21dを向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2a〜2d、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
このことは、本発明によれば、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
基板サイズの幅は、前記棒電極の個数及び電力供給系の個数を増加することにより拡大できることは当然である。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
本発明に関する実施例4の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図14を参照して説明する。
具体的には、第1の電極2は、開口率50%以上、例えば55%程度で設置される直径3mmの孔を有する方形平板の導電体である。厚みは6mm程度、面積は1500mmx300mm程度である。第2の電極は、基板ヒータを内臓する方形平板の導電体である。その厚みは70mm程度で、面積は1500mmx500mm程度である。電極間隔は5〜50mm程度で任意に設定可能である。基板11には、厚み4mm程度の面積:1200mmx200mm程度のガラス基板が用いられる。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW11(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW21(t)のように、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された正弦波である。
また、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等を用いて、第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
なお、給電点21に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW12(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第3の電流導入端子31、第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して第2の給電点27に接続される。
なお、給電点27に供給される電力は、典型例として図3及び図4に示すW22(t)のように、パルス幅Hw、周期T0で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等を用いて、第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
そして、前記第2のパルス変調方式電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Hw=400μ秒及びパルス周期T0=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を前記第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備試験データで把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Tw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
本実施例では、電極間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板サイズ:1200mmx200mmでのアモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
本発明に関する実施例5の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図15及び図16を参照して説明する。
次に、前記第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26から成る第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18、第1の真空用同軸ケーブル19の芯線20を介して、第1の給電点21に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、第2の真空用同軸ケーブル25の芯線26を介して、第2の給電点27に供給する。
この場合、前記第1のインピーダンス整合器17及び第2のインピーダンス整合器23を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器17、23の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、それぞれW11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw=400μ秒、周期T0=1m秒でパルス変調された超高周波数、例えば60MHzの正弦波である。該パルス幅Tw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
そして、前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38から成る第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えば周波数60MHzの電力例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅=400μ秒、パルス周期=1m秒に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31、第3の真空用同軸ケーブル32の芯線33を介して、第1の給電点に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、第4の真空用同軸ケーブル37の芯線38を介して、第2の給電点に供給する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えばアモルファスSiが堆積する。
この場合も、前記第1の予備製膜工程と同様に、第2の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第2の給電点27の方向へ波長λの八分の一、即ちλ/8だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ2であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数60MHzの正弦波の位相差を第1の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1及び第2の給電点21及び27に、それぞれ、電力200Wの電圧波W11(x、t)と電力200Wの電圧波W12(x、t)及び電力200WのW21(x、t)と電力200WのW22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Tw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点をx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)∝cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)∝cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
このことは、本発明によれば、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のVHFプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはVHFプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
本発明に関する実施例6の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図17及び図18を参照して説明する。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の一方の出力端子は、第3の電力増幅器29、第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び第3の真空同軸ケーブル32の端部の芯線33を介して、第1の給電点21に接続される。該第3の真空同軸ケーブル32の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2の位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Hw=400μ秒、パルス周期T0=1m秒に設定し、第1の電力増幅器16の出力を200Wに設定して、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路である第1の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波W22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
したがって、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、該U字型電極2の中央点をx軸の原点とし、該原点からU字に沿った線分上において、第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第1の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板の面積:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、U字型の第1の電極2が1個であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該第1の電極の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
本発明に関する実施例7の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図19を参照して説明する。図19は実施例7に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
第19図図示の構成については、実施例1ないし実施例6に示した部材と同じ部材は同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、U字型電極2は直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の電極との間隔は、5〜50mm程度で任意に設定可能である。
本発明に関する実施例8の高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図20を参照して説明する。図20は実施例8に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
実施例8の装置は、図20に示すように、W字型第1電極のそれぞれの端部に、第1及び第2の給電点21、27を配置させ、該第1及び第2の給電点に前記第1及び第2の電力供給系の出力を供給するような構成を有している。
図20図示の構成については、前記実施例1ないし実施例7に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明を省略する。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
本発明に関する実施例9の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図21を参照して説明する。図21は実施例9に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
図21図示の構成については、実施例1ないし実施例8に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、W字型電極2は、直径5〜20mm程度のSUS棒材で構成し、第2の平板電極との間隔は5〜50mmで任意に設定可能である。
本発明に関する実施例10の超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置(プラズマCVD装置)およびプラズマ表面処理方法(プラズマCVD方法)について、図22を参照して説明する。
に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図22は実施例10に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
なお、該スリットの形状はW字状以外の、例えばU字状及びジグザグ状にしても良い。また、該導電体の形状は矩形平板のみならず、例えば基板の形状が円筒形の場合にはそれに対応して円筒形にすることができる。
符番2は第1の電極で、符番4は第2の電極である。該第1及び第2の電極のサイズは、例えば一対の外寸法で、1400mmx200mm程度である。符番21は第1の給電点、符番27は第2の給電点で、それぞれ、対向した形でW字状スリット91の端部に配置される。符番90は放電ガス通過孔で、該第1及び第2の電極に設置される。その孔の直径は1〜5mm程度で、開口率は50%程度以上が好ましい。
図22において、第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の一方の出力端子は、第1の電力増幅器16、第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び第1の真空同軸ケーブル19の端部の芯線20を介して、第1の給電点21に接続される。該第1の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力端子の他方の出力端子は、第2の電力増幅器22、第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24及び第2の真空同軸ケーブル25の端部の芯線26を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第1の電力増幅器16及び第2の電力増幅器22には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器16、22本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第1の位相可変2出力の発信器15の2つの出力をそれぞれ電力増幅器16、22等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第1の電力供給系と呼ぶ。
第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力端子の他方の出力端子は、第4の電力増幅器34、第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36及び第4の真空同軸ケーブル37の端部の芯線38を介して、第2の給電点27に接続される。該第2の真空同軸ケーブル19の端部の外部導体は第2の電極4に接続される。
なお、前記第3の電力増幅器29及び第4の電力増幅器34には、それぞれ出力値(進行波)のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第1及び第2の電力増幅器29、34本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力をそれぞれ電力増幅器29、34等により、それぞれ第1及び第2の給電点21、27に供給する電力供給系を第2の電力供給系と呼ぶ。
そして、前記第1の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第1の電力増幅器16の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第1のインピーダンス整合器17、第1の電流導入端子18及び真空用同軸ケーブル19を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第2の電力増幅器22の出力を例えば200Wに設定して、その出力を第2のインピーダンス整合器23、第2の電流導入端子24、真空用同軸ケーブル25を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W11(t)、W21(t)として示している。該W11(t)及びW21(t)は、それぞれ、パルス幅Hw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波である。該パルス幅Hw及び周期T0は、該第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15に付属の調整器により任意の値、例えばHw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W11(x、t)及びW21(x、t)、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
そして、前記第2の電力供給系を用いて、一対の電極2、4に超高周波電力を、例えば周波数70MHzの電力を、例えば合計で400Wを供給する。
即ち、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えばパルス変調された周波数70MHzの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第3の電力増幅器29の出力を200Wに設定して、その出力を第3のインピーダンス整合器30、第3の電流導入端子31及び真空用同軸ケーブル32を介して、第1の給電点21と第2の電極4間に供給するとともに、第4の電力増幅器34の出力を200Wに設定して、その出力を第4のインピーダンス整合器35、第4の電流導入端子36、真空用同軸ケーブル37を介して、第2の給電点27と第2の電極4間に供給する。
ここで、該第1及び第2の給電点21、27に給電される電力の典型例を、図3及び図4に、W12(t)、W22(t)として示している。該W12(t)及びW22(t)は、それぞれ、パルス幅Tw、周期T0でパルス変調された超高周波数、例えば70MHzの正弦波で、前記W11(t)及びW21(t)の立ち上がり時刻よりT0/2だけ遅れて立ち上がるような関係にある。該パルス幅Tw及び周期T0は、該第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28に付属の調整器により任意の値、例えばTw=400μ秒及び周期T0=1m秒に設定される。
この場合、給電点21及び27から供給され電力波は、その伝播路であるW字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体92により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波W12(x、t)及びW22(x、t)による前述の定在波が発生する。
その結果、前記SiH4ガスのプラズマが生成され、基板11に例えば
正弦的分布を持つアモルファスSiが堆積する。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ0に比べて短くなる。一般的にはSiH4ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ0との比λ/λ0は0.5〜0.9程度である。
次に、前記第1の電力供給系の構成部材の第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第1の予備試験データで把握したΔθ1に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW11(t)及びW21(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒に設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給するともとに、前記第2の電力供給系の構成部材の第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28の2つの出力、例えば周波数70MHzの正弦波の位相差を第2の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ2に設定し、そのパルス変調を図3及び図4に示すW12(t)及びW22(t)におけるパルス幅Hw及び周期T0を例えばHw=400μ秒及びT0=1m秒で、かつ、前記W11(t)及びW21(t)のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちT0/2遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第1及び第2の給電点21、27に、それぞれ例えば電力200Wを供給する。
即ち、前記第1の給電点21に、電力200Wの電圧波W11(x、t)及び電力200Wの電圧波W12(x、t)が、前記第2の給電点27に電力200WのW21(x、t)及び電力200Wの電圧波W22(x、t)が供給される。
ここで、第1の予備製膜工程及び第2の予備製膜工程でそれぞれ設定した第1のパルス変調方式位相可変2出力の発信器15及び第2のパルス変調方式位相可変2出力の発信器28のパルス幅Hwと周期T0の値を、例えば、Hw=400μ秒を1m秒などへ、T0=1m秒を5m秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
したがって、上記パルス変調の周期T0より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布は、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)と第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図8に示す。
ここで、基板の中央点、即ち該楔形90の頂点とスリットを結ぶラインをx軸の原点とし、該原点から第1の給電点21を向いた方向を正の方向とすると、第1の定在波W1(x、t)の強さの分布I1(x、t)は、
I1(x、t)=cos2{2πx/2+2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2+π/4}
第2の定在波W2(x、t)の強さの分布I2(x、t)は、
I2(x、t)=cos2{2πx/2−2π(λ/8)/λ}
=cos2{2πx/2−π/4}
一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、
I(x、t)
=cos2{2πx/2+π/4}+cos2{2πx/2−π/4}
=1
この結果は、該一対の電極2、4間に生成される電力の強さの分布I(x、t)は、x即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第1の電極の一つの辺の近傍のみからVHF電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の4辺の中の1辺のみを用いたVHFプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第1及び第2の電極の設置面と基板との間隔を5~40mm程度に設定することにより、ガラス基板サイズ:1200mmx200mm程度でのアモルファスSi製膜は、製膜速度1〜3nm/s程度で、膜厚分布は±10%以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、W字状スリット91を含む一対の電極2、4が1式であるので、基板サイズの幅は200mm程度に制約されるが、該W字状スリット91を含む一対の電極2、4の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
なお、微結晶Siあるいは薄膜多結晶Si等は、製膜条件の中のSiH4,H2の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±10%以内の製膜が可能である。
2...第1の電極、
3...図示しない基板ヒータ、
4...第2の電極、
5...絶縁物支持材、
6...ガス混合箱、
7...整流孔、
8...放電ガス供給管、
9...排気管、
10...図示しない真空ポンプ、
11...基板、
12...図示しないゲートバルブ、
15...第1のパルス変調方式位相可変2出力発信器、
16...第1の電力増幅器、
17...第1のインピーダンス整合器、
18...第1の電流導入端子、
19...第1の真空用同軸ケーブル、
20...第1の真空用同軸ケーブルの芯線、
21...第1の給電点、
100...同期信号伝送ケーブル、
22...第2の電力増幅器、
23...第2のインピーダンス整合器、
24...第2の電流導入端子、
25...第2の真空用同軸ケーブル、
26...第2の真空用同軸ケーブルの芯線、
27...第2の給電点、
28...第2のパルス変調方式位相可変2出力発信器、
29...第3の電力増幅器、
30...第3のインピーダンス整合器、
31...第3の電流導入端子、
32...第3の真空用同軸ケーブル、
33...第3の真空用同軸ケーブルの芯線、
34...第4の電力増幅器、
35...第4のインピーダンス整合器、
36...第4の電流導入端子、
37...第4の真空用同軸ケーブル、
38...第4の真空用同軸ケーブルの芯線。
Claims (2)
- 内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第1の定在波の腹の位置と前記第2の高周波電源の2つの出力により該一対の電極間に生成される第2の定在波の腹の位置の距離を使用電力の波長λの四分の一、即ちλ/4に設定することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
- 内部に基板がセットされる、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、プラズマを生成する第1及び第2の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第1の高周波電源及び該第1の高周波電源の2つの出力端子に接続された第1及び第2のインピーダンス整合器及び該第1の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、2出力でかつ該2出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第2の高周波電源及び該第2の高周波電源の2つの出力端子に接続された第3及び第4のインピーダンス整合器から成る電力供給系とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法であって、前記第1の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第1の工程と、前記第2の高周波電源の2つの出力の位相差と前記基板表面に製膜される正弦的な膜厚分布を有するSi系膜の膜厚が最大になる位置との関係を把握する第2の工程と、該第1及び第2の工程でそれぞれに把握された第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差と該膜厚が最大になる位置との関係より該第1及び第2の高周波電源の2つの出力の位相差を設定することにより、該基板に目的のSi系膜を製膜する第3の工程から成ることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
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