JPH10219456A - 超短パルスパワー電源方式プラズマcvd装置 - Google Patents

超短パルスパワー電源方式プラズマcvd装置

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JPH10219456A
JPH10219456A JP9021128A JP2112897A JPH10219456A JP H10219456 A JPH10219456 A JP H10219456A JP 9021128 A JP9021128 A JP 9021128A JP 2112897 A JP2112897 A JP 2112897A JP H10219456 A JPH10219456 A JP H10219456A
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JP
Japan
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voltage
power supply
plasma cvd
constant line
plasma
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9021128A
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English (en)
Inventor
Keisuke Kawamura
啓介 川村
Masayoshi Murata
正義 村田
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な膜生成ができ且つ高速成膜ができるよ
うにする。 【解決手段】 真空反応容器7内には、電圧が印加され
ることによりプラズマ8を発生する電極5,16と膜生
成がされる基板6が備えられる。そして原料ガスGiが
プラズマ8に作用して生成されたラジカルが、基板6に
達して膜生成がされる。超短パルスパワー電源装置10
では、放電スイッチ14がOFFのときに高電圧充電器
11により分布定数線路13を充電し、充電電圧が所望
電圧に達したら放電スイッチ14をONし、給電線2,
3を介して超短パルス化したパルス高電圧を電極5,1
6に供給する。このように、電圧を超短パルス化するこ
とで、高速成膜,粉発生抑制ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超短パルスパワー
電源方式プラズマCVD装置に関し、例えば太陽電池モ
ジュール用a−Si膜成膜装置に適用して好適なもので
ある。また本発明は、大容量超短パルスパワー電源が必
要な液晶TFTディスプレイ、樹脂・ガラス・金属強化
及びコーティング膜等の成膜にも電源回路構成を変更す
ることによって適用可能である。
【0002】
【従来の技術】従来のプラズマCVD装置の構造を図7
に示す。図7において、一般的に出力周波数が13.5
6MHzとなっているRF(radio frequency:無線周波
数)電源1より、給電線2及び給電線3を通して真空反
応容器7に電力を投入する。成膜用の平板電極4と平板
電極5には、それぞれガスが流れる穴が開いており、こ
の平板電極4と平板電極5を平行に対極させ、その間に
基板6を設置する構造になっている。
【0003】真空反応容器7内の雰囲気はSiH4 気体
べースで約50mTorr 程度であり、平板電極4側から基
板6側に向かう方向にガス流れ9が常に流れている。平
板電極4,5間に高周波を印加することで平板電極4,
5間にプラズマ8を発生させ、H,SiH,SiH2
SiH3 ,SiH4 ラジカルを生成し、これらラジカル
が基板6上に達し、Si同士が結合し徐々に基板6上に
膜を生成している。なお図7において、Giは原料ガ
ス、Goは排ガスである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術では、高周波を用いているため常にプラズマ8が生成
されている。このため成膜速度を上げるためには、ガス
圧を上げ、投入電力を大きくする必要がある。このよう
に、ガス圧を上げ、投入電力を大きくすると、基板6以
外の場所、例えばプラズマ8中でSi結合が成長し、粉
末状のSi微粉粒子が発生し、このSi微粉粒子が基板
6の膜上に達して、基板6の膜上にSi微粉粒子が分布
した状態となり、膜質劣化につながっている。
【0005】本発明は、上記従来技術に鑑み、ガス圧を
上げ、投入電力を大きくしても粉末状のSi微粉粒子を
生成することなく良質な膜生成ができ、かつ、高速成膜
ができる超短パルスパワー電源方式プラズマCVD装置
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、高電圧電源よりエネルギーが供給され、プ
ラズマを発生する電極を持つ反応容器を有し、この反応
容器中を薄膜生成の原料ガスを流して成膜するプラズマ
CVD装置において、高電圧電源を超短パルス化するこ
とで高速成膜、粉発生抑制を図ることを特徴とする。
【0007】また本発明の構成は、電圧が印加されるこ
とによりプラズマを発生する電極を内包するとともに基
板が設置され、更に膜生成用のガスを電極側から基板側
に流している真空反応容器と、前記電極に電圧を印加す
る電源装置とからなるプラズマCVD装置において、前
記電源装置は、分布定数線路と、この分布定数線路に電
圧を充電する充電器と、投入状態と開放状態を交互に繰
り返しており、分布定数線路の充電電圧が予め設定した
所望電圧に達していないときには開放状態となって分布
定数線路への充電状態を保持し、前記充電電圧が前記所
望電圧になったら投入状態となって分布定数線路から前
記電極に向けてパルス高電圧を送る放電スイッチと、を
有することを特徴とする。
【0008】また本発明の構成は、前記分布定数線路
は、同軸ケーブルまたは平行平板であることを特徴とす
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態では、プラズ
マ発生用の高周波電源を1マイクロ秒以下のパルス高電
圧を用い、デューティ比が非常に小さい間欠プラズマを
生成し、これを成膜に用いる。
【0010】このような間欠プラズマを用いることで電
圧印加時間でプラズマを生成、休止時間に膜を生成する
ことができ、同じ投入電力に対して膜生成に有効なラデ
ィカル密度を高くすることが可能となるため、ガス圧を
上げ、投入電力を増加してもSi微粉粒子を生成するこ
となく膜生成が可能となり、かつ高速成膜化もあわせて
可能となる。
【0011】
【実施例】以下に本発明の実施例を、図面に基づき詳細
に説明する。
【0012】先ず初めに本発明の第1実施例を、図1及
び図2を参照して説明する。なお、図1は、本発明の第
1実施例である超短パルスパワー電源方式プラズマCV
D装置を示す構成図、図2は、その平板電極と線電極を
示す斜視図である。
【0013】第1実施例にかかる超短パルスパワー電源
方式プラズマCVD装置は、大きく分けると、超短パル
スパワー電源装置10(図1において破線で囲われた部
分)と、真空反応容器7内の製膜部から構成される。
【0014】このうち超短パルスパワー電源装置10
は、同軸ケーブル等よりなる分布定数線路13と、この
分布定数線路を充電する高電圧充電器11と、充電抵抗
12と、超短パルスパワー電源を供給する給電線2,3
と、給電線2,3にまたがるインダクタ15と、放電ス
イッチ14から構成される。
【0015】前記放電スイッチ14は、投入状態と開放
状態を交互に繰り返すスイッチであり、分布定数線路1
3の充電電圧が予め設定した所望電圧(Vo)に達して
いないときには開放状態となって分布定数線路13への
充電状態を保持し、前記充電電圧が前記所望電圧(V
o)になったら投入状態となって分布定数線路13から
電極5,16に向けてパルス高電圧を送る機能を有して
いる。
【0016】また、真空反応容器7内の製膜部は、平板
電極5と、線電極16と、基板6より構成される。な
お、平板電極5と線電極16は、図2に示すように複数
の平板電極5の間に線電極16を配置した配置状態で設
置されている。また平板電極5の形状は平面の板状であ
り、線電極16は線状の組み合わせであり、その組み合
わせ状態は実施例のものに限定されない。
【0017】なお図1において、8はプラズマ、9はガ
ス流れ、Giは原料ガス、Goは排ガスである。
【0018】ここで、上述した構成となっている第1実
施例の作用、効果を説明する。初期状態として放電スイ
ッチ14がOFFの状態(開放状態)で高電圧充電器1
1及び充電抵抗12を通して同軸ケーブル等の分布定数
線路13を充電する。充電電圧が所望の電圧Voに達す
ると放電スイッチ14がON(投入状態)となるように
同期を取ると、図3に示すような超短パルスパワー電源
の動作原理で、インダクタ15の間に極めてパルス幅の
短いナノ秒級のパルス高電圧が発生する。
【0019】前記超短パルスパワー電源の動作原理は次
の通りである。図3において同軸ケーブル(分布定数線
路13)に充電電圧Voで充電を完了した後の状態(図
3の(a)の状態)において、放電スイッチ14を入れ
ると、同軸ケーブル内に電圧の伝搬が右方向と左方向に
同時に始まる(図3の(b)の状態)。右方向に伝搬す
る電圧波は出力電圧Vo/2として得られ、左方向に伝
搬する電圧波は右側に反射される(図3の(c)(d)
の状態)。そのため電圧の出力時間は、図4に示すよう
に、電圧波の伝搬速度vと線路の長さLの比2L/vで
決まる。伝搬速度vは導体間の比誘電率εr に依存し、
光速をCとすると次式(1)となる。
【0020】
【数1】
【0021】つまり同軸ケーブル(分布定数線路13)
の長さ、誘電率及び充電電圧を変えることで、出力され
る電圧波のパルス幅、出力電圧をコントロールすること
ができる。
【0022】なお、インダクタ15に高周波電流が流れ
ず給電線2,3に電流が流れるようにするため、インダ
クタ15としてはミリヘンリー程度の大きなインダクタ
ンスを有するものを使用する。
【0023】上述した原理に基づき超短パルスパワー電
源装置10にて生成されたパルス高電圧が、真空反応容
器7内に設置した(内包した)プラズマ生成用電極であ
る平板電極5と線電極16に印加される。
【0024】なお、図1では、給電線2により線電極1
6に電圧印加をし、給電線3により平板電極5に電圧印
加をしているが、給電線と電極との接続関係を、逆の接
続とすることも可能である。
【0025】プラズマ8を発生させるための線電極16
と平板電極5の間に電圧が印加され、この電極5,16
間に、図5に示すように従来法と比較して高エネルギー
電子密度が高い(SiH4 解離エネルギー以上の電子)
の間欠プラズマ8が生成される。高エネルギー電子密度
が高いとそれだけSi膜生成可能な粒子数が多くなるた
め成膜速度が大きくなる。
【0026】ガス流れ9は常に、電極5,16側から基
板6側に向かう方向に流れているため、プラズマ8で生
成されたラディカルは基板6に到達する。このラディカ
ルが基板6上に堆積しSi膜を効率よくかつ高速に生成
する。しかも、超短パルスパワー電源装置10の出力電
圧、周波数を変えることでそれに適切なガス圧、ガス流
速に設定することが可能となり、さらに高速成膜化が可
能となる。
【0027】次に本発明の第2実施例である超短パルス
パワー電源方式プラズマCVD装置を図6を参照して説
明する。この第2実施例は、第1実施例における同軸ケ
ーブル等の分布定数線路13に換えて、平行平板型分布
定数線路17を用いた構成としたもので、その外の構成
は第1実施例と同じである。
【0028】上記構成の第2実施例では、平行平板型分
布定数線路17を採用したことにより、発生電圧,出力
時間を同軸ケーブル等の分布定数線路のときと同じにし
ても、電流容量の大きい超短パルスパワー電源装置10
を実現できる。このように第2実施例では、電流容量の
大きいパルス電圧を印加することができるので、第1実
施例に比べてプラズマ密度の高いプラズマ8を生成する
ことが可能となる。このことにより、基板6への製膜速
度も一段と向上する。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、1マイクロ秒以下のパ
ルス高電圧を用い、デューティ比が非常に小さい間欠プ
ラズマを生成しこれを成膜に用いることにより、電圧印
加時間でプラズマを生成し、休止時間に膜を生成するこ
とができ、同じ投入電力に対して膜生成に有効なラディ
カル密度を高くすることが可能となる。このため、ガス
圧を上げ、投入電力を増加しても、Si微粉粒子を生成
することなく良好な膜生成が可能となり、かつ高速成膜
化もあわせて可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかる超短パルスパワー
電源方式プラズマCVD装置を示す構成図。
【図2】第1実施例の平板電極と線電極を示す斜視図。
【図3】同軸ケーブル内の電圧波状態を示す波形図。
【図4】電源装置からの出力電圧波形を示す波形図。
【図5】従来法と本発明における電子密度を対比して示
す特性図。
【図6】本発明の第2実施例にかかる超短パルスパワー
電源方式プラズマCVD装置を示す構成図。
【図7】従来技術を示す構成図。
【符号の説明】
1 RF電源 2,3 給電線 4,5 平板電極 6 基板 7 真空反応容器 8 プラズマ 9 ガス流れ 10 超短パルスパワー電源装置 11 高電圧充電器 12 充電抵抗 13 分布定数線路 14 放電スイッチ 15 インダクタ 16 線電極 17 平行平板型分布定数線路 Gi 原料ガス Go 排ガス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高電圧電源よりエネルギーが供給され、
    プラズマを発生する電極を持つ反応容器を有し、この反
    応容器中を薄膜生成の原料ガスを流して成膜するプラズ
    マCVD装置において、 高電圧電源を超短パルス化することで高速成膜、粉発生
    抑制を図ることを特徴とした超短パルスパワー電源方式
    プラズマCVD装置。
  2. 【請求項2】 電圧が印加されることによりプラズマを
    発生する電極を内包するとともに基板が設置され、更に
    膜生成用のガスを電極側から基板側に流している真空反
    応容器と、 前記電極に電圧を印加する電源装置とからなるプラズマ
    CVD装置において、 前記電源装置は、分布定数線路と、この分布定数線路に
    電圧を充電する充電器と、投入状態と開放状態を交互に
    繰り返しており、分布定数線路の充電電圧が予め設定し
    た所望電圧に達していないときには開放状態となって分
    布定数線路への充電状態を保持し、前記充電電圧が前記
    所望電圧になったら投入状態となって分布定数線路から
    前記電極に向けてパルス高電圧を送る放電スイッチと、
    を有することを特徴とする超短パルスパワー電源方式プ
    ラズマCVD装置。
  3. 【請求項3】 前記分布定数線路は、同軸ケーブルまた
    は平行平板であることを特徴とする請求項1または請求
    項2の超短パルスパワー電源方式プラズマCVD装置。
JP9021128A 1997-02-04 1997-02-04 超短パルスパワー電源方式プラズマcvd装置 Withdrawn JPH10219456A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008026712A1 (fr) * 2006-08-29 2008-03-06 Ngk Insulators, Ltd. procédé de génération de plasma, procédé de gravure de film en matériau organique, procédé de génération ionique négatif et procédé de traitement par oxydation ou nitruration
JP2010541155A (ja) * 2007-10-01 2010-12-24 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 高圧電気接続線

Cited By (4)

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