プラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置
【課題】
高周波プラズマによる大面積・均一化処理における問題要因である定在波の影響を抑制し、大面積・均一化処理が可能なプラズマ表面処理方法及び表面処理装置を提供すること。
【解決手段】
非接地電極の裏面に、波長の四分の一の間隔に複数の給電点を配置し、該複数の給電点に互いに独立した関係にある複数の高周波電源から出力される電力を供給し、互いに独立した複数の定在波を発生させることにより、該電極間の電力分布を一様化するプラズマ表面処理方法及び装置。
高周波プラズマによる大面積・均一化処理における問題要因である定在波の影響を抑制し、大面積・均一化処理が可能なプラズマ表面処理方法及び表面処理装置を提供すること。
【解決手段】
非接地電極の裏面に、波長の四分の一の間隔に複数の給電点を配置し、該複数の給電点に互いに独立した関係にある複数の高周波電源から出力される電力を供給し、互いに独立した複数の定在波を発生させることにより、該電極間の電力分布を一様化するプラズマ表面処理方法及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及び表面処理方法に関する。本発明は、特に、メートル級サイズの大面積基板を対象にした表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）用ＴＦＴ（薄膜トランジスター）、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】
また、最近、薄膜太陽電池の本格的実用化普及を目指した低コスト化及び生産性向上に必要な大面積太陽電池製造用プラズマＣＶＤ装置や高画質で大面積の液晶デイスプレーの低コスト化に必要な大面積薄膜トランジスター（ＴＦＴ）製造用プラズマＣＶＤ装置が、特に注目されている。
【０００４】
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、電極構造の形状で大別すると３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及び非特許文献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２及び３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４に記載されているもので、電極がアンテナ方式であることを特徴とする。
【０００５】
プラズマの大面積、均一化の方法及び手段で大別すると、第１の代表的技術は、例えば、特許文献１、３に記載されているもので、電極上の少なくとも２つの給電点へ給電する電力の電圧の位相差を時間的に変化させ、電極の電圧分布における定在波を揺動することにより、その発生の影響を抑制することを特徴とする。
第２の代表的技術は、特許文献５に記載されているもので、電極に、腹の位置が異なる２つの定在波を時間的にずらせて発生させ、それを重畳させることにより、均一な電圧分布が得られるということを特徴とする。
第３の代表的技術は、特許文献６に記載されているもので、電極に、互いに独立の関係にあり、かつ腹の位置が異なる２つの定在波を同時に発生させ、それを重畳させることにより、均一な電圧分布が得られるということを特徴とする。
【０００６】
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に記載の技術は、非接地電極を方形電極とし、該方形電極の第１の辺の側面に複数の第１の電力供給点を配置し、該第１の辺と対向する第２の辺の側面に複数の第２の電力供給点を配置し、かつ、該複数の第１の給電点に供給される電力の電圧と該複数の第２の電力供給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に伝播するように供給される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２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３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４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。
特許文献５に記載の技術は、電極の両端に対向して配置された第１の給電点及び第２の給電点に、それぞれに第１の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給し、かつ、該第１の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力と時間帯を異ならせて、第２の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給することにより、即ち第１の高周波電源から出力されるパルス電力と第２の高周波電源から出力されるパルス電力を時間的に交互に供給することにより、腹の位置が異なり、かつ発生時間帯が異なる２つの定在波を発させ、それらを重畳することにより、電極の電圧分布を均一にすることを可能としている。
特許文献６に記載の技術は、電極の両端に対向して配置された第１の給電点及び第２の給電点に、互いに独立の関係にある位相可変２出力の第１及び第２の高周波電源から出力される高周波電力を同時に供給し、かつ、該第１の高周波電源から出力された２つの電力の電圧の位相差を所定の値に設定して、該第２の高周波電源から出力された２つの電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給することにより、腹の位置が異なり、かつ互いに独立の関係にある２つの定在波を発生させ、重畳することにより、電極の電圧分布を均一にすることが可能としている。
【０００７】
非特許文献１に記載の技術は、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に記載の技術は、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コイルを設置し、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ずらすことを特徴としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１２９７７（第２頁、第１図、第１０−１１図）
【特許文献２】特開平１１−２４３０６２（第２頁、第１図、第７〜８図）
【特許文献３】特許第３３１６４９０号（第１頁、第１図、第８図）
【特許文献４】特開２０００−３４５３５１（第２頁、第１図、第５図、第７図）
【特許文献５】特開２００５−１２３１９９（第２〜４頁、第１図、第２図、第６図）
【特許文献６】特開２００５−１２３２０３（第２〜４頁、第１図、第２図、第８図）
【０００９】
【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.
【非特許文献２】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
特に、最近はエネルギー資源問題や地球環境問題に対応した新エネルギー源として実用化普及の加速化が期待されている薄膜シリコン系太陽電池の分野では、これまで以上により一層の生産コストの低減が社会的ニーズとして求められている。
【００１１】
上記ニーズに対応するため、最近では、一つの技術傾向として、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、高性能化と高速処理化が可能（低電子温度で高密度のプラズマが生成可能）という特徴のあるＶＨＦ帯（３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ）の電源を用いたプラズマＣＶＤ技術の実用化研究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、上記ニーズの分野では齟齬をきたしている。
【００１２】
上記技術分野における課題は、ＶＨＦプラズマを用いた表面処理の高速化・大面積・均一化（生産性向上および性能向上）が可能な高生産性プロセス用ＶＨＦプラズマ表面処理装置及びＶＨＦプラズマ表面処理方法に係わる技術のブレークスルーである。
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。しかしながら、１９８７年世界初の試みとして登場したＶＨＦプラズマの高速化・大面積・均一化に関する技術はあまり進展が見られない状況にある。
従来のＶＨＦプラズマ技術では、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、±２０〜４０％程度の膜厚分布であり、上記指標をクリアできないという問題がある。
【００１３】
膜厚分布の不均一性の直接的原因としてはプラズマ密度の不均一性があり、プラズマ密度の不均一性の原因には、上記ＶＨＦ固有の問題である波の干渉現象に起因する定在波の発生がある。この定在波の問題は電磁波の伝播に伴う基本的な現象であるため、従来、抜本的解決手段がなく、次善の策として、前記特許文献１〜４にある技術が実用化されつつある。しかしながら、いずれの技術も次に述べるような問題がある。すなわち、この定在波の問題を抜本的に解決できていない。
（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、技術改善が困難で±２０％程度が限界と見られている。
（２）特許文献２記載の技術は、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。
（３）特許文献３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ものである。本技術のデータとして、膜厚分布は、アモルファスＳｉ製膜では、基板面積が１４０ｃｍｘ１１０ｃｍ程度に関し、製膜速度１．７ｎｓで±１８％程度が報告されている。しかしながら、技術改善が困難で±１８％程度が限界と見られている。
（４）特許文献４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。
（５）特許文献５記載の技術は、上記特許文献１、３に記載の技術を改善できる可能性のある技術である。しかしながら、まだ、基礎的な研究開発段階にある技術である。
（６）特許文献６記載の技術は、上記特許文献１、３に記載の技術を改善できる可能性のある技術である。しかしながら、まだ、基礎的な研究開発段階にある技術である。
【００１４】
以上説明したように、従来技術では、生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（周波数３０−３００ＭＨｚ）プラズマＣＶＤおよびＶＨＦプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、困難視されている。
即ち、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化等の課題に対応する為、一つの技術トレンドとして、ＶＨＦプラズマ技術が注目され、その実用化応用の開発研究が実施されているが、電極に発生の定在波に起因する技術的困難性のため、１ｍｘ１ｍ級を越える大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ利用の高速化・大面積化・均一化が可能で、かつ再現性のある性能をもつ表面処理装置及びその方法の成功例は、まだ無い。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、プラズマＣＶＤによる大面積基板への製膜やプラズマによる大面積基板のエッチング処理などに対応可能なプラズマ表面処理方法およびプラズマ表面処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係わるプラズマ表面処理方法は、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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられるプラズマ表面処理方法であって、前記電力供給系から前記電極への電力供給箇所即ち給電点を、前記非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、前記電力供給系からの電力がプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個配置し、該複数の給電点に個々に、互いに独立した関係にある高周波電源から出力される電力を供給し、前記電極間に複数の、空間的、時間的に変動しない互いに独立した関係にある電力の定在波を発生させることにより該電極間の電力分布を一様化することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明においては、前記複数の高周波電源の出力電力の電圧の位相を、個々に、別々のランダム位相変調器を用いてランダムに変調させ、該複数の高周波電源の出力電力間の相互の干渉性を低減することを特徴とする。
なお、ここでは、ランダム位相変調器として、該高周波電源の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と乱数発生器、白色雑音発生器あるいはコンピユータ利用の乱数信号発生器を組み合わせた装置を用いる。
【００１８】
また、本発明においては、前記高周波電源に、発振器とランダム位相変調器と増幅器から構成される高周波電源を用いることを特徴とする。
なお、ここでは、発振器の出力信号のランダム位相変調には、その共振回路の容量を外部信号で制御する手段を用いる。その外部信号発生器、即ちランダムランダム位相変調器には、乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）がある。
【００１９】
また、本発明においては、前記非接地電極を平板型の電極として、該非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で、複数個の給電点を配置させることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明においては、前記非接地電極を平板型の電極として、該電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させ、かつ、該複数個の個々の給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明においては、前記非接地電極に矩形状の平板型の電極を用い、該電極の対向する２側面に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板を接続することにより、前記電力供給系から前記給電点へ供給される電力の該給電点から該導体板方向の伝播路を介した該一対の電極間への伝播を遮断することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明においては、前記非接地電極を平板の矩形の電極とし、その辺の長さを前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値にすることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明においては、前記非接地電極の互いに対向する側面に複数の給電点を配置させることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明においては、前記高周波電源の出力の周波数は、１３、５６ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＨＦ帯域ないしＶＨＦ帯域に属していることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係わるプラズマ表面処理装置は、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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、発生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であって、前記高周波電源は、発振器とランダム位相変調器と電力増幅器から成り、複数の給電点が前記非接地電極の裏面、即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、あるいは、該非接地電極の側面に配置されるという構成を有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記複数の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記複数の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるとともに、該給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記非接地電極に、矩形状の平板型の電極が用いられるとともに、該電極の対向する２辺に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板が接続されるという構成を有することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記非接地電極を、平板の矩形の電極とし、かつ、その辺の長さが前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値であるという構成を有することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記非接地電極が矩形平板の電極であり、該電極の側面に複数の給電点が配置されるという構成を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、大面積基板を対象にした大面積、均一のプラズマＣＶＤによる高速製膜、及びプラズマによる高速エッチング処理が可能である。電源周波数がＶＨＦ帯域においても、一対の電極間の電力の強さの分布を均一化することが可能であるので、従来技術では困難視されるプラズマ密度及びラデイカル密度を均一化できる大面積のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置が提供される。特に、大面積のプラズマ表面処理が求められる薄膜太陽電池、液晶デイスプレー、ＬＳＩ及び電子複写機等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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の一形態に係わるプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置の一例として、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及び方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置及び方法に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
本発明に関する実施例１のプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、図１ないし図８を参照して説明する。
【００３４】
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図示のプラズマ表面処理装置に用いられる給電点の配置の説明図、図３は図１図示のプラズマ表面処理装置で生成されるプラズマの領域を示す説明図、図４は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第１の給電点から供給される電力の伝播路の説明図、図５は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第２の給電点から供給される電力の伝播路の説明図、図６は一対の電極間を正方向及び逆方向に伝播する電力波の説明図、図７は一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を示す説明図、図８は一対の電極間に発生の第１及び第２の定在波の強さの分布を示す説明図である。
【００３５】
先ず、装置の構成を説明する。図１〜３において、符番１は真空容器である。この真空容器１には、非接地の第１の平板型電極２と図示しない基板ヒータ３を内臓した接地された第２の平板型電極４が配置されている。
該第１の平板型電極２は内部が空洞で、ガスシャワー孔７が配置されており、その空洞には絶縁部材５ａ、５ｂで電気絶縁されたガス導入管６ａ、６ｂから放電ガス、例えばシランガスが供給される。該第１の平板型電極２は、図示しない絶縁物支持材で固着されている。
なお、該ガスシャワー孔７は、放電ガスを前記一対の電極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９ａ、９ｂ及び図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂにより、真空容器１の外へ排出される。
該第１の平板型電極２の辺の長さは、後述の第１及び第２の高周波電源１７、２７の出力電力がプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値にする。なお、プラズマ内を伝播中の波長は、放電ガスの種類、プラズマ密度等に依存するが、シランガスを用いたアモルファスシリコン製膜の一般的条件では真空中における波長の約０．６倍である。例えば、周波数６０ＭＨｚの電磁波の真空中における波長は５ｍであるので、プラズマ内を伝播中の波長の四分の一の奇数倍に等しい値は１．２５ｍｘ０．６ｘ奇数倍＝０．７５ｍｘ奇数倍である。
ここでは、該第１の平板型電極２のサイズは、長さ３．７５ｍｘ幅０．７５ｍｘ厚み０．２ｍとする。
【００３６】
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〜１３３０Ｐａ）程度に調整できる。真空容器１の真空到達圧力は２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ）程度である。
【００３７】
符番１１は基板で、図示しないゲートバルブ１２の開閉操作により、第２の平板型電極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。
【００３８】
図１〜図３において、後述の電力供給系から前記一対の電力２、４へ高周波電力を給電する位置である給電点は、電極２の裏側に複数個設置する。
ここでは、図２及び図３に示すように、該電極２の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、該電極２の一つの辺に平行な一直線上に、複数個の給電点、例えば第１及び第２の給電点２２、３２を配置させる。その間隔は、後述の電力供給系から供給される電力のプラズマ中での波長の四分の一の奇数倍になるように推測して設定する。なお、プラズマ中での波長が既知の場合は、推測でなく、データベースでの数値が選定可能である。
複数の給電点の設定は、例えば給電数が２点の場合、図３に示すように、第１の給電点２２及び第２の給電点３２を設置する。その間隔は、第１及び第２の電力供給系の周波数を予め定めておき、例えば６０ＭＨｚと定め、その周波数でのプラズマ中伝播時における波長の四分の一の奇数倍、例えば、真空中での四分の一波長（１．２５ｍ）と波長短縮率（例えば、シランガスのプラズマでは、真空中の波長の０．６倍に短縮する）の積の５倍、即ち１．２５ｍｘ０．６ｘ５＝３．７５ｍとする。
なお、一般的に一対の電極２、４間で生成されるプラズマ中での波長λは、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。プラズマ生成条件で異なるが、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０．６程度である。もしも、プラズマ中での波長λが不明な場合は、予め、実験にてデータを取れば良い。
【００３９】
符番１５は第１の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第１のランダム位相変調器で、ランダムに変調される。
符番１６は第１のランダム位相変調器で、第１の発信器１５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第１及び第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
また、発振器の出力信号のランダム位相変調には、その共振回路の容量を外部信号で制御する手段を用いる。その外部信号の発生器、即ちランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、本実施例では、説明を省くが、上記ランダム位相変調器の別の手段として、該発信器１５の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と乱数発生器、白色雑音発生器あるいはコンピユータ利用の乱数信号発生器を組み合わせた装置を用いることができる。
符番１７は第１の増幅器で、第１の発信器１５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第１のインピーダンス整合器１８へ伝送する。符番２０は第１の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル１９と真空容器内に設置の第１の給電線２１を接続し、該第１の給電線２１を介して前記第１のインピーダンス整合器１８の出力を第１の給電点２２に伝送する。符番２１は第１の給電線で、第１のインピーダンス整合器１８の出力を第１の給電点２２へ伝送する。
なお、第１の給電線２１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器１６及び第１の増幅器１７から構成される第１の高周波電源と第１のインピーダンス整合器１８から成る電力供給系を第１の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第１の電力増幅器１７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電力増幅器１７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。
第１の給電点２２に供給された前記第１のインピーダンス整合器１８の出力は、図２及び図４に示すように、真空容器１の壁と第１の平板型電極２の裏面及び側面の空間を電磁波として伝播する（詳しくは、電磁波のポインテイングベクトル即ち電場と磁場のベクトル積として流れていく）。そして、第１の平板型電極２と第２の平板型電極４の間を伝播していく。
図４において、第１の給電点２２から供給された電力の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における伝播は、例えば左回りに伝播していく電力波２３と、右回りに伝播していく電力波２４に分かれて伝播していく。その様子を概念的に、図４及び図６に示す。
なお、同一電源から供給された前記２つの電力波２３、２４は、後述するように、干渉現象により定在波を発生する。
【００４０】
第１の給電点２２から供給される電力の第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分に直交する方向への伝播は、図２に示すように、左回りの伝播路３５及び右回りの伝播路３６がある。この場合も、２つの伝播路３５、３６を伝播する電力は、後述するように、干渉現象により定在波を発生する。
【００４１】
符番２５は第２の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第２のランダム位相変調器２６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、前述の第１の電力供給系及び後述の第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番２６は第２のランダム位相変調器で、第２の発信器２５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第１及び第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
また、発振器の出力信号のランダム位相変調には、その共振回路の容量を外部信号で制御する手段を用いる。その外部信号の発生器、即ちランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、本実施例では、説明を省くが、上記ランダム位相変調器の別の手段として、該発信器１５の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と乱数発生器、白色雑音発生器あるいはコンピユータ利用の乱数信号発生器を組み合わせた装置を用いることができる。
符番２７は第２の増幅器で、第２の発信器２５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第２のインピーダンス整合器２８へ伝送する。符番３０は第２の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル２９と真空容器１内に設置の第２の給電線３１を接続し、該第２の給電線３１を介して前記第２のインピーダンス整合器２８の出力を第２の給電点３２に伝送する。符番３１は第２の給電線で、第２のインピーダンス整合器２８の出力を第２の給電点３２へ伝送する。
第２の給電線３２には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
なお、ここでは、第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６及び第２の増幅器２７から構成される第２の高周波電源と第２のインピーダンス整合器２８から成る電力供給系を第２の電力供給系と呼ぶ。
前記第２の電力増幅器２７には、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、該該反射波による第２の電力増幅器２７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。
【００４２】
ここで、第２の給電点３２に供給された前記第２のインピーダンス整合器２８の出力は、図５に示すように、真空容器１の壁と第１の平板型電極２の裏面及び側面の空間を電磁波として伝播する（詳しくは、電磁波のポインテイングベクトル即ち電場と磁場のベクトル積として流れていく）。そして、第１の平板型電極２と第２の平板型電極４の間を伝播していく。図５において、第２の給電点３２から供給された電力の第１及び第２の給電点を結ぶ方向での伝播は、例えば左回りに伝播していく電力波３３と、右回りに伝播していく電力波３４に分かれて伝播していく。その様子を概念的に、図５及び図６に示す。
なお、同一電源から供給された前記２つの電力波３３、３４は、後述するように、干渉現象により定在波を発生する。
【００４３】
第２の給電点３２から供給される電力の第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分に直交する方向への伝播は、前述の第１の給電点から該直交方向への伝播３５、３６と同様である。したがって、同様に、定在波を発生する。
【００４４】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と、製膜工程の３つの工程が必要である。
第１の予備製膜工程では、前記第１の給電点２２を介して第１の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１への製膜する場合に発生する第１の定在波の空間的周期、即ち、隣り合う腹と腹の間隔と該第１の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
第２の予備製膜工程では、前記第２の給電点３２を介して第２の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１へ製膜する場合に発生する第２の定在波の空間的周期、即ち、隣り合う腹と腹の間隔と該第２の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【００４５】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図１〜図３において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１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５００Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８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１８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。
【００４６】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１の発信器１５の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力５００Ｗにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１の電極２の長さ方向において、基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の隣り合う最大厚み間の距離と出力の周波数の関係をデータとして把握する。例えば、周波数５６ＭＨｚで距離１．６２ｍ、５８ＭＨｚで距離１．５５ｍ、６０ＭＨｚで距離１．５ｍ、６２ＭＨｚで距離１．４５ｍ、６４ＭＨｚで距離１．４１ｍ、６６ＭＨｚで距離１．３６ｍが得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、実測された該波長の四分の一の値が０．７５ｍに近い値を示す周波数を採用すれば良い。
【００４７】
ところで、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、同一電源から発振され、図４及び図６に示したように、互いに電極間を伝播していき、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図４、図６及び図７を用いて説明する。
図４及び図６において、第１の給電点２２から左回り方向への伝播路の距離をｘ（第１の給電点２２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ１１（ｘ，ｔ）とする。第１の給電点２２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ２１（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は第１のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ１（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋Φ１（ｔ）−Φ１（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。これは、図４において、第１の給電点２２から左回りの伝播路において、第１の給電点２２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
【００４８】
図７において、定在波の隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第１の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第１の定在波と呼ぶ。
【００４９】
他方、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。
図２において、第１の給電点２２から左回り方向への伝播路の距離をｙ（第１の給電点２２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｙの正方向）を伝播する電圧波をＷ３１（ｙ、ｔ）とする。第１の給電点２２から右回り方向への伝播路（ｙの負方向）を伝播する電圧波をＷ３２（ｙ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ３１（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ３２（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は第１のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｍ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ１（ｙ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ３（ｙ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ＋Φ１（ｔ）−Φ１（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
このＩ３（ｙ、ｔ）は、図７図示の定在波の強さの分布と同様である。これは、定在波の強さの分布は、（ｙ−Ｍ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。即ち、図２において、第１の給電点２２から左回りの伝播路３５において、第１の給電点２２から左回りでＭ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
なお、上記Ｉ３（ｙ、ｔ）を、第３の定在波と呼ぶ。
【００５０】
次に、第２の予備製膜工程であるが、第１の予備製膜工程と同様に、図１〜図３において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第２のインピーダンス整合器２８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１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、周波数を第１の予備製膜工程で選定された６０ＭＨｚに設定し、その電力を第１の予備製膜工程と同じの５００Ｗとする。
この場合、前記第２のインピーダンス整合器２８を調整することにより、該インピーダンス整合器２８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。
【００５１】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。
前記第１の予備製膜工程で選定された条件、即ち、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、周波数６０ＭＨｚ、電力５００Ｗにおいて、アモルファスシリコンを製膜する。
この場合は、第１の予備製膜工程で得られたデータと同様のものが得られる。
確認のため、定在波の腹と腹の間隔を測定する。即ち、１周期＝１．５ｍの定在波の形をしたアモルファスシリコン膜が得られることを確認する。
【００５２】
ところで、上記第２の給電点３２から供給される電力の第１及び第２の給電点を結ぶ方向への伝播は、電力波は、図５に示したように、電極間を伝播していき、両者は互いに向かい合った方向から伝播し重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図５、図６及び図７を用いて説明する。
図５において、第２の給電点３２から左回り方向への伝播路の距離をｘ（第２の給電点３２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）とする。第２の給電点３２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は第２のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第２の給電点３２から右回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ２（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２＋Φ２（ｔ）−Φ２（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。また、これは、図５において、第２の給電点３２から左回りの伝播路において、第２の給電点３２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
【００５３】
図７図示の定在波において、隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第２の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【００５４】
他方、上記第２の給電点３２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。それは図２図示の第１の給電点の場合と同様である。
左回り方向への伝播路（ｙの正方向）を伝播する電圧波をＷ４１（ｙ、ｔ）とする。第２の給電点３２から右回り方向への伝播路（ｙの負方向）を伝播する電圧波をＷ４２（ｙ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ４１（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ４２（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は第２のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｍ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ２（ｙ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ４（ｙ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ＋Φ２（ｔ）−Φ２（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
このＩ４（ｙ、ｔ）は、図７図示の定在波の強さの分布と同様である。これは、定在波の強さの分布は、（ｙ−Ｍ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。また、これは、図２において、第２の給電点３２から左回りの伝播路において、第２の給電点３２から左回りでＭ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
なお、上記Ｉ４（ｙ、ｔ）を、第４の定在波と呼ぶ。
【００５５】
さて、次に第３の工程である製膜工程を行う。第３の工程である製膜工程では、前記第１の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第１の電力供給系から第１の給電点２２に電力を供給し、かつ、同時に、第２の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第２の電力供給系から第２の給電点３２に電力を供給する。
そうすると、前記第１の定在波と、第２の定在波と、第３の定在波と、第４の定在波が同時に生成される。
第１の給電点２２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ方向へ伝播する２つの波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
及び、第２の給電点３２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ方向へ伝播する２つの波Ｗ２１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
が、前記第１の電極２と第２の電極４の間で、重なりあう。また、同時に、
第１の給電点２２から第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へ伝播する２つの波Ｗ３１（ｙ、ｔ）とＷ３２（ｙ、ｔ）、即ち、
Ｗ３１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ３２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
及び、第２の給電点３２から第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へ伝播する２つの波Ｗ４１（ｙ、ｔ）とＷ４２（ｙ、ｔ）、即ち、
Ｗ４１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ４２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
その結果、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）は干渉して、第１の定在波を発生する。Ｗ２１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して、第２の定在波を発生する。Ｗ３１（ｘ、ｔ）とＷ３２（ｘ、ｔ）は干渉して、第３の定在波を発生する。Ｗ４１（ｘ、ｔ）とＷ４２（ｘ、ｔ）は干渉して、第４の定在波を発生する。
ただし、上記Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、及びＷ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は、それぞれの発生源が異なり、かつ、位相が時間的にランダム変調されているので、互いに独立した関係にある。したがって、それらは干渉しないので、定在波を形成できない。また、ｘ方向及びｙ方向に伝播する波は、直交関係にあるので、干渉しない。
上記の定在波は次に示す数式で表される性質を有する。
第１の定在波の分布は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
第２の定在波は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝、
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
第３の定在波は、
Ｉ３（ｙ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
第４の定在波は、
Ｉ４（ｙ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
で表される。
【００５６】
ところで、本実施例では、第１及び第２の給電点は図３図示のように配置されているので、前記第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生の第１及び第２の定在波Ｉ１（ｘ、ｔ）、Ｉ２（ｘ、ｔ）は図３図示の４０の領域に存在する。また、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向に発生の第３及び第４の定在波Ｉ３（ｙ、ｔ）、Ｉ４（ｙ、ｔ）は、図３図示の４１、４２の領域に存在する。
ここで、上記第１及び第２の定在波と、上記第３及び第４の定在波が空間的に分離されている領域が存在する。それは、図３図示の４３の領域である。この領域では、上記第１の定在波及び第２の定在波が重なり合って一様な強さの分布を形成する。その結果を図９に示す。
【００５７】
上記の通り、第３及び第４の定在波が、上記第１及び第２の定在波と空間的に分離されている領域では、上記第１の定在波及び第２の定在波が重なり合って一様な強さの分布を形成する。それを数式で示すと次の通りである。ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
Ｉ１（ｘ、ｔ）＋Ｉ２（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝１
なお、第１及び第２の給電点の間隔を、予め、プラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍に設定しておけば、図８に示すように、２つの定在波は重なり合って、一定の強さになることが判る。
また、製膜試験の結果を見て、第１の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）と第２の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）の間隔が、プラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一に等しくない場合、それを所要の値に調整する手段として、第１及び第２の電力供給系の周波数を選定することが重要である。
【００５８】
一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。このことは、電力の強さの分布が均一化されるということは、膜厚み分布が均一化されるということである。
また、電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ＳｉＨ、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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【００５９】
本実施例では、給電点の個数が２個であるので、基板サイズは幅４００ｍｍ程度ｘ長さ２０００ｍｍ程度に制約されるが、給電点の個数を幅方向に２個以上に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のことである。
なお、本実施例に示したプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）及びプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）においては、電極の長さを基板の長さより、一回り長く設定する必要がある。これは、装置が大型化になる要因になるので、一つの短所である。
【００６０】
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。
【００６１】
（実施例２）
本発明に関する実施例２のプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、図９〜図１１を参照して説明する。
【００６２】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１で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９は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図１０は図９図示のプラズマ表面処理装置の第１の電極の付属部材である非接地の導体板の構成を示す説明図、図１１は図９図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点の配置及び電力の伝播方向を示す説明図である。
【００６３】
先ず、装置の構成を説明する。図９〜図１１において、符番２００ａは第１の非接地の導体板で、前記真空容器１に後述の第１の絶縁材２０１ａを介して固着され、かつ、前記第１の平板型電極２の側面における第１及び第２の給電点２２と３２を結ぶ線分に平行な２つの側面の一方に固着される。符番２０１ａは第１の絶縁材で、前記第１の非接地の導体板２００ａを、真空容器１に固着し、電気的に絶縁するとともに、該真空容器１の気密を保持する。符番２０２ａは第１の開口で、非接地の導体板２００ａと真空容器１の内壁との間での放電を抑制する。
符番２００ｂは第２の非接地の導体板で、前記真空容器１に後述の第２の絶縁物２０１ｂを介して固着され、かつ、前記第１の平板型電極２の側面における第１及び第２の給電点２２と３２を結ぶ線分に平行な２つの側面の他方に固着される。符番２０１ｂは第２の絶縁材で、前記第１の非接地の導体板２００ｂを真空容器１に固着し、電気的に絶縁するとともに、該真空容器１の気密を保持する。符番２０２ｂは第２の開口で、非接地の導体板２００ｂと真空容器１の内壁との間での放電を抑制する。
なお、上記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂは、図９及び図１０図示のように、該接地板の一方の端部は真空容器１を貫通して、大気側の真空容器１の面に、それぞれ、第１及び第２の絶縁材２０１ａ、２０１ｂを介して固着される。その他方の端部は第１の平板型電極２の両側の面に、それぞれ固着される。したがって、後述の第１及び第２の給電点２２、３２から供給される電力が、該第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂを乗り越えて、伝播することは出来ない。即ち、第１及び第２の給電点２２、３２から供給される電力の該第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ方向に直交する方向から、一対の電極２、４間への伝播は抑制される。
【００６４】
本実施例における第１の平板型電極２のサイズは次のように設定する。該第１の平板型電極２の辺の長さは、第１及び第２の高周波電源１７、２７の出力電力が一対の電極２、４間に生成されるプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値にする。ここでは、該第１の平板型電極２のサイズを、例えば、長さ２．２５ｍ（０．７５ｍｘ３）ｘ幅０．７５ｍｘ厚み０．２ｍとする。
なお、プラズマ内を伝播する際の波長は、放電ガスの種類、プラズマ密度等に依存するが、シランガスを用いたアモルファスシリコン製膜の一般的条件では真空中における波長の約０．６倍である。例えば、周波数６０ＭＨｚの電磁波の真空中における波長は５ｍであるので、プラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値は１．２５ｍｘ０．６ｘ奇数倍＝０．７５ｍｘ奇数倍である。
【００６５】
給電点は、実施例１と同様に、該電極２の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、該電極２の一つの辺に平行な一直線上に、複数個の給電点、例えば、図１１に示すように第１及び第２の給電点２２、３２を配置させる。その間隔は、後述の電力供給系から供給される電力のプラズマ中での波長の四分の一の奇数倍になるように推測して設定する。なお、プラズマ中での波長が既知の場合は、推測でなく、データベースでの数値が選定可能である。
ここでは、第１及び第２の給電点２２、３２を、図１１に示すように、該電極の長さ方向の一方の端部から三分の一の地点２２及び該端部から三分の二の地点３２に設定する。 即ち、第１の給電点２２及び第２の給電点３２間隔は０．７５ｍである。
【００６６】
図１１において、前記第１及び第２の電力供給系から、それぞれ第１及び第２の給電点２２、３２へ供給される電力は、前記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、図１１図示のように、該２つの給電点を結ぶ方向ｘの正と負の方向に伝播する。 該２つの給電点を結ぶｘ方向に直交するｙ方向には、第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂがあるので、電力波は伝播できない。即ち、該ｙ方向から、一対の電極２、４のプラズマ生成空間への電力投入は出来ない。
したがって、一対の電極２、４間への電力供給は、該２つの給電点を結ぶ方向ｘの正と負の方向からの伝播路に限定される。
このことは、後述するように、一様な定在波発生が容易に可能となるということを意味している。
【００６７】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と、製膜工程の３つの工程が必要である。
第１の予備製膜工程では、前記第１の給電点２２を介して第１の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１への製膜する場合に発生する第１の定在波の空間的周期、即ち隣り合う腹と腹の間隔と該第１の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
第２の予備製膜工程では、前記第２の給電点３２を介して第２の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１へ製膜する場合に発生する第２の定在波の空間的周期、即ち隣り合う腹と腹の間隔と該第２の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【００６８】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図９において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１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５００Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８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１８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。
【００６９】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１の発信器１５の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力５００Ｗにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１の電極２の長さ方向において、基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の隣り合う最大厚み間の距離と出力の周波数の関係をデータとして把握する。例えば、周波数５６ＭＨｚで距離１．６１ｍ、５８ＭＨｚで距離１．５５ｍ、６０ＭＨｚで距離１．５ｍ、６２ＭＨｚで距離１．４５ｍ、６４ＭＨｚで距離１．４１ｍ、６６ＭＨｚで距離１．３６ｍが得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、実測された該波長の四分の一の値が０．７５ｍに近い値を示す周波数を採用すれば良い。
【００７０】
ところで、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、実施例１で説明したように、同一電源から発振された電力が互いに異なる伝播路を伝播して、一対の電極２、４間で互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり場合、干渉現象が発生する。その様子については、実施例１での説明事項を参照することにし、ここでは省略する。
前記第１の給電系から第１の給電点２２に、周波数６０ＭＨｚの電力が供給されると、次に示すような正弦状の厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が製膜される。
図１１において、第１の給電点２２から右回り方向への伝播路の距離をｘ（第１の給電点２２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ１１（ｘ，ｔ）とする。第１の給電点２２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ１２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は第１のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ１（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋Φ１（ｔ）−Φ１（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。これは、第１の給電点２２から図１１に示した左回りの伝播路において、第１の給電点２２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
【００７１】
図７において、定在波の隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第１の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第１の定在波と呼ぶ。
【００７２】
他方、一般的には、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。しかしながら、本実施例の場合、第１及び第２非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、その方向への電力の伝播はない。
したがって、実施例１で示した第３の定在波は存在しない。
【００７３】
次に、第２の予備製膜工程であるが、第１の予備製膜工程と同様に、図９において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第１のインピーダンス整合器２８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１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、周波数を第１の予備製膜工程で選定された６０ＭＨｚに設定し、その電力を第１の予備製膜工程と同じの５００Ｗとする。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器２８を調整することにより、インピーダンス整合器２８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。
【００７４】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。
前記第１の予備製膜工程で選定された条件、即ち、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、周波数６０ＭＨｚ、電力５００Ｗにおいて、アモルファスシリコンを製膜する。
この場合は、第１の予備製膜工程で得られたデータと同様のものが得られる。
確認のため、定在波の腹と腹の間隔を測定する。即ち、１周期が０．７５ｍｘ２＝１．５ｍの定在波の形をしたアモルファスシリコン膜が得られることを確認する。
【００７５】
ところで、上記第２の給電点３２から供給される電力の電力波は、実施例１で説明したように、同一電源から発振された電力が互いに異なる伝播路を伝播して、一対の電極２、４間で互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり場合、干渉現象が発生する。その様子については、実施例１での説明事項を参照することにし、ここでは省略する。
前記第１の給電系から第２の給電点３２に、周波数６０ＭＨｚの電力が供給されると、次に示すような正弦状の厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が製膜される。
図１１において、第２の給電点３２から右回り方向への伝播路の距離をｘ（第２の給電点３２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）とする。第２の給電点３２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は第２のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第２の給電点３２から右回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ２（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２＋Φ２（ｔ）−Φ２（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。また、これは、図１１において、第２の給電点３２から左回りの伝播路において、第２の給電点３２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
【００７６】
図７図示の定在波において、隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第２の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【００７７】
他方、一般的には、上記第２の給電点３２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。しかしながら、本実施例の場合、第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、その方向への電力の伝播はない。
したがって、実施例１で示したような第４の定在波は存在しない。
【００７８】
さて、次に第３の工程である製膜工程を行う。第３の工程である製膜工程では、前記第１の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第１の電力供給系から第１の給電点２２に電力を供給し、かつ、同時に、第２の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第２の電力供給系から第２の給電点３２に電力を供給する。
そうすると、前記第１の定在波と、第２の定在波が同時に生成される。
第１の給電点２２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分での正と負の方向へ伝播する２つの波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
及び、第２の給電点３２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分でのせいと負の方向へ伝播する２つの波Ｗ２１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
が、前記第１の電極２と第２の電極４の間で、重なりあう。
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
即ち、上記の定在波は次に示す数式で表される性質を有する。第１の定在波の分布は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
第２の定在波は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
で表される。ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
【００７９】
上記の第１及び第２の定在波は、一対の電極２、４の間で重なり合うので、その結果、以下に示すような一様な強さの電力分布が形成される。数式で示すと次の通りである。
Ｉ１（ｘ、ｔ）＋Ｉ２（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝１
なお、本実施例では、第１及び第２の給電点の間隔を、予め、周波数６０ＭＨｚでのシランガスプラズマにおけるプラズマ中を伝播する際の波長である０．７５ｍに等しい値に設定しているので、一様な分布の膜が得られる。
結果的に、一様な分布を持つアモルファスシリコン膜が得られない場合は、第１の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）と第２の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）の間隔が、プラズマ中を伝播する電力の波長の四分の一に等しくなるように、第１及び第２の電力供給系の周波数を選定することを試み、繰り返して、予備製膜試験を行えば良い。
【００８０】
さて、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さとプラズマの強さは比例関係にある。即ち、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。電力の強さの分布が均一化されるということは、応用上重要であるプラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【００８１】
また、本実施例では、給電点の個数が２個であるので、基板サイズは幅４００ｍｍ程度ｘ長さ２０００ｍｍ程度に制約されるが、給電点の個数を幅方向に２個以上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のことである。
なお、本実施例に示したプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）及びプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）では、第１の平板型電極２のサイズが実施例１の場合よりも、小さいサイズ、即ち、長さ２．２５ｍ（０．７５ｍｘ３）ｘ幅０．７５ｍｘ厚み０．２ｍとして、同様の基板サイズに製膜試験が行うことが可能である。その理由は、前記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂを設置したことにより、上記第３及び第４の定在波の発生を防止したことによる。
【００８２】
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。
（実施例３）
本発明に関する実施例３のプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、図１２を参照して説明する。
【００８３】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１及び実施例２で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１２は実施例３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。
【００８４】
先ず、装置の構成を説明する。図１２において、符番１０５は第１の分配器で、第１のインピーダンス整合器１８の出力を２つに分けて、それぞれを、同軸ケーブル１０６、１０７を介して、第１ａの電流導入端子２０ａ及び第１ｂの電流導入端子２０ｂに伝送する。
第１ａの電流導入端子２０ａは、第１の分配器１０５から伝送された電力を、第１ａの給電線２１ａを介して第１ａの給電点２２ａに伝送する。第１ｂの電流導入端子２０ｂは、第１の分配器１０５から伝送された電力を、第１ｂの給電線２１ｂを介して第１ｂの給電点２２ｂに伝送する。
【００８５】
符番１０８は第２の分配器で、第２のインピーダンス整合器２８の出力を２つに分けて、それぞれを、同軸ケーブル１１０、１１１を介して、第２ａの電流導入端子３０ａ及び第２ｂの電流導入端子３０ｂに伝送する。
第２ａの電流導入端子３０ａは、第２の分配器１０８から伝送された電力を、第２ａの給電線３１ａを介して第２ａの給電点３２ａに伝送する。第２ｂの電流導入端子３０ｂは、第２の分配器１０５から伝送された電力を、第２ｂの給電線３１ｂを介して第２ｂの給電点３２ｂに伝送する。
【００８６】
本実施例における第１の平板型電極２のサイズは次のように設定する。該第１の平板型電極２の辺の長さは、第１及び第２の高周波電源１７、２７の出力電力が一対の電極２、４間に生成されるプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値にする。
なお、プラズマ内を伝播する際の波長は、放電ガスの種類、プラズマ密度等に依存するが、シランガスを用いたアモルファスシリコン製膜の一般的条件では真空中における波長の約０．６倍である。例えば、周波数６０ＭＨｚの電磁波の真空中における波長は５ｍであるので、プラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値は１．２５ｍｘ０．６ｘ奇数倍＝０．７５ｍｘ奇数倍である。
ここでは、該第１の平板型電極２のサイズを、例えば、長さ２．２５ｍ（０．７５ｍｘ３）ｘ幅１．５ｍ（０．７５ｍｘ２）ｘ厚み０．２ｍとする。
【００８７】
給電点は、実施例２と同様に、該電極２の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、該電極２の一つの辺に平行な一直線上に、複数個の給電点、例えば、図１２に示すように第１ａ、第１ｂ、第２ａ及び第２ｂの給電点２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂを配置させる。その間隔は、後述の電力供給系から供給される電力のプラズマ中での波長の四分の一の奇数倍になるように推測して設定する。なお、プラズマ中での波長が既知の場合は、推測でなく、データベースでの数値が選定可能である。
ここでは、第１ａ及び第２ａの給電点２２ａ、３２ａを、図１２に示すように、該電極の長さ方向の一方の端部から三分の一の地点２２ａ及び該端部から三分の二の地点３２ａに設定する。即ち、第１ａの給電点２２ａ及び第２ａの給電点３２ａの間隔は０．７５ｍである。
【００８８】
図１２において、前記第１及び第２の電力供給系から、第１ａ、第１ｂ、第２ａ及び第２ｂの給電点２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂを介して供給される電力は、前記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、図１２図示のｘの正と負の方向に伝播する。 該２つの給電点を結ぶｘ方向に直交するｙ方向には、第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂがあるので、電力波は伝播できない。即ち、該ｙ方向から、一対の電極２、４のプラズマ生成空間への電力投入は出来ない。
【００８９】
上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、例えば、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造方法についてであるが、前述の実施例２の場合と同様であるので、説明を省略する。
（実施例４）
【００９０】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１〜３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１３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概略図、図１４は図１３図示のプラズマ表面処理装置の第１〜第４の給電点の説明図である。
【００９１】
最初に、装置全体の構成を説明する。装置構成は、実施例１の場合と同様であるが、実施例１と異なる点は、前記電極の裏面に、一直線上に前記高周波電源の出力電力がプラズマ中を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させ、かつ、該複数個の個々の給電点から該直線に垂直方向に、前記高周波電源の出力電力のプラズマ中を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させていることである。
ここでは、間隔を該波長の四分の一とし、給電点の数を４個とする。
【００９２】
図１３及び図１４において、符番４５は第３の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第３のランダム位相変調器４６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番４６は第３のランダム位相変調器で、第３の発信器４５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
符番４７は第３の増幅器で、第３の発信器４５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第３のインピーダンス整合器４８へ伝送する。符番５０は第３の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル４９と真空容器内に設置の第３の給電線５１を接続し、該第３の給電線５１を介して前記第３のインピーダンス整合器４８の出力を第３の給電点５２に伝送する。符番５１は第３の給電線で、第３のインピーダンス整合器４８の出力を第３の給電点５２へ伝送する。
なお、第３の給電線５１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第３の発信器４５、第３のランダム位相変調器４６及び第３の増幅器４７から構成される第３の高周波電源と第３のインピーダンス整合器４８から成る電力供給系を第３の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第３の電力増幅器４７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の電力増幅器４７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。
【００９３】
図１３及び図１４において、符番５５は第４の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第４のランダム位相変調器５６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番５６は第４のランダム位相変調器で、第４の発信器５５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
符番５７は第４の増幅器で、第４の発信器５５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第４のインピーダンス整合器５８へ伝送する。符番６０は第４の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル５９と真空容器内に設置の第４の給電線６１を接続し、該第４の給電線６１を介して前記第４のインピーダンス整合器５８の出力を第４の給電点６２に伝送する。符番６１は第４の給電線で、第４のインピーダンス整合器５８の出力を第４の給電点６２へ伝送する。
なお、第４の給電線６１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第４の発信器５５、第４のランダム位相変調器５６及び第４の増幅器５７から構成される第４の高周波電源と第４のインピーダンス整合器５８から成る電力供給系を第４の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第４の電力増幅器５７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４の電力増幅器５７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。
【００９４】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。
【００９５】
先ず、第１の予備試験として、以下に示す電力供給系の調整を行う。
図１３において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【００９６】
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１から成る第１の電力供給系を用いて、第１の給電点２２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【００９７】
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第２のインピーダンス整合器８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１から成る第２の電力供給系を用いて、第２の給電点３２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第２のインピーダンス整合器２８を調整することにより、該インピーダンス整合器２８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。
【００９８】
次に、前記第３の発信器４５、第３のランダム位相変調器４６、第３の電力増幅器４７、第３のインピーダンス整合器４８、第３の電流導入端子５０、第３の給電線５１から成る第３の電力供給系を用いて、第３の給電点５２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第３のインピーダンス整合器４８を調整することにより、該インピーダンス整合器４８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。
【００９９】
次に、前記第４の発信器５５、第４のランダム位相変調器５６、第４の電力増幅器５７、第４のインピーダンス整合器５８、第４の電流導入端子６０、第４の給電線６１から成る第４の電力供給系を用いて、第４の給電点６２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第４のインピーダンス整合器５８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【０１００】
ここで、前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の出力２５０Ｗを、一旦、ゼロとする。そして、上記放電ガスの供給を、一旦、ゼロにする。その後、真空容器１を大気に戻して、上記基板を取り出す。
【０１０１】
次に、第２の予備試験として、以下に示す製膜試験を行う。
図１３において、再度、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【０１０２】
次に、前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の周波数を６０ＭＨｚとし、出力をそれぞれ、２５０Ｗに設定する。合計で１ＫＷである。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。
【０１０３】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力合計１ＫＷにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１及び第２の給電点を結ぶ方向、及び第１及び第３の給電点を結ぶ方向において、基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の厚みの分布にバラツキがあるか、否かを調査する。そのバラツキと出力の周波数の関係をデータとして把握する。
例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±１５％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６０ＭＨｚの場合、±５％、周波数６２ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１５％が得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、上記のようなデータでなく、例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±２０％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１５％、周波数６０ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６２ＭＨｚの場合、±５％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１０％のようなデータになる。この場合は、アモルファスシリコン膜の厚み分布バラツキが最も少ない周波数を採用すれば良い。
【０１０４】
ところで、上記データは以下に示すような定在波が重なりあって、結果として、一様な膜厚み分布となるのである。
図１３において、上記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の出力が第１、第２、第３及び第４の給電点２２、３２、５２、６２を介して供給されると、以下に示すように、実施例１で説明した定在波と同様なものが発生する。
図１４において、第１の給電点２２から第２の給電点３２の方向をｘ方向とする。第１の給電点２２から第３の給電点５２の方向をｙ方向とする。
ｘ方向の定在波は、第１及び第２の給電点２２、３２から供給された電力の干渉と、第３及び第４の給電点５２、６２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第１及び第２の給電点２２、３２の間隔、及び第３及び第４の給電点５２、６２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
他方、ｙ方向の定在波は、第１及び第３の給電点２２、５２から供給された電力の干渉と、第２及び第４の給電点３２、６２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第１及び第３の給電点２２、５２の間隔、及び第２及び第４の給電点３２、６２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
上記ｘ方向及びｙ方向において、それぞれ、電力の強さの分布が一様な強さであれば、ｘｙ面としての電力の強さの分布は一様な強さになる。
【０１０５】
さて、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０１０６】
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。
（実施例５）
【０１０７】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１〜実施例４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１５は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の一対の電極及び第１〜第８の給電点の説明図である。
【０１０８】
最初に、装置全体の構成を説明する。装置構成は、実施例４の場合と同様であるが、実施例４と異なる点は、前記電極の側面に、前記高周波電源の出力電力がプラズマ中を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させていることである。
ここでは、間隔を該波長の四分の三とし、給電点の数を８個とする。
【０１０９】
図１５において、符番７２は第５の給電点、符番７０は第５の電流導入端子である。
図示しない符番６５は第５の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は図示しない第５のランダム位相変調器６６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番６６は第５のランダム位相変調器で、第５の発信器６５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番６７は第５の増幅器で、第５の発信器６５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第５のインピーダンス整合器６８へ伝送する。符番７０は第５の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル６９と真空容器内に設置の第５の給電線７１を接続し、該第５の給電線７１を介して前記第５のインピーダンス整合器６８の出力を第５の給電点７２に伝送する。図示しない符番７１は第５の給電線で、第５のインピーダンス整合器６８の出力を第５の給電点７２へ伝送する。
なお、第５の給電線７１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第５の発信器６５、第５のランダム位相変調器６６及び第５の増幅器６７から構成される第５の高周波電源と第５のインピーダンス整合器６８から成る電力供給系を第５の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第３の電力増幅器４７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の電力増幅器４７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。
【０１１０】
図１５において、符番８２は第６の給電点、符番８０は第６の電流導入端子である。
図示しない符番７５は第６の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第６のランダム位相変調器７６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番７６は第６のランダム位相変調器で、第６の発信器７５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番７７は第６の増幅器で、第６の発信器７５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第６のインピーダンス整合器７８へ伝送する。符番８０は第６の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル７９と真空容器内に設置の第６の給電線８１を接続し、該第６の給電線８１を介して前記第６のインピーダンス整合器７８の出力を第６の給電点８２に伝送する。符番８１は第６の給電線で、第６のインピーダンス整合器７８の出力を第６の給電点８２へ伝送する。
なお、第６の給電線８１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第６の発信器７５、第６のランダム位相変調器７６及び第６の増幅器７７から構成される第６の高周波電源と第６のインピーダンス整合器７８から成る電力供給系を第６の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第６の電力増幅器７７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６の電力増幅器７７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。
【０１１１】
図１５において、符番９２は第７の給電点、符番９０は第７の電流導入端子である。
図示しない符番８５は第７の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は図示しない第７のランダム位相変調器８６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番８６は第７のランダム位相変調器で、第７の発信器８５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番８７は第７の増幅器で、第７の発信器８５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第７のインピーダンス整合器８８へ伝送する。符番９０は第７の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル８９と真空容器内に設置の第７の給電線９１を接続し、該第７の給電線９１を介して前記第７のインピーダンス整合器８８の出力を第７の給電点９２に伝送する。符番９１は第７の給電線で、第７のインピーダンス整合器８８の出力を第７の給電点９２へ伝送する。
なお、第７の給電線９１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第７の発信器８５、第７のランダム位相変調器８６及び第７の増幅器８７から構成される第７の高周波電源と第７のインピーダンス整合器８８から成る電力供給系を第７の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第７の電力増幅器８７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７の電力増幅器８７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。
【０１１２】
図１５において、符番１０２は第８の給電点、符番１００は第８の電流導入端子である。
図示しない符番９５は第８の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は図示しない第８のランダム位相変調器９６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番９６は第８のランダム位相変調器で、第８の発信器９５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番９７は第８の増幅器で、第８の発信器９５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第８のインピーダンス整合器９８へ伝送する。符番１００は第８の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル９９と真空容器内に設置の第８の給電線１０１を接続し、該第８の給電線１０１を介して前記第８のインピーダンス整合器９８の出力を第８の給電点１０２に伝送する。符番１０１は第８の給電線で、第８のインピーダンス整合器９８の出力を第８の給電点１０２へ伝送する。
なお、第８の給電線１０１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第８の発信器９５、第８のランダム位相変調器９６及び第８の増幅器９７から構成される第８の高周波電源と第８のインピーダンス整合器９８から成る電力供給系を第８の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第８の電力増幅器９７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８の電力増幅器９７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。
【０１１３】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。
【０１１４】
先ず、第１の予備試験として、以下に示す電力供給系の調整を行う。
図１５において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【０１１５】
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１から成る第１の電力供給系を用いて、第１の給電点２２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【０１１６】
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第２のインピーダンス整合器２８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１から成る第２の電力供給系を用いて、第２の給電点３２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第２のインピーダンス整合器２８を調整することにより、該インピーダンス整合器２８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。
【０１１７】
次に、前記第３の発信器４５、第３のランダム位相変調器４６、第３の電力増幅器４７、第３のインピーダンス整合器４８、第３の電流導入端子５０、第３の給電線５１から成る第３の電力供給系を用いて、第３の給電点５２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第３のインピーダンス整合器４８を調整することにより、該インピーダンス整合器４８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。
【０１１８】
次に、前記第４の発信器５５、第４のランダム位相変調器５６、第４の電力増幅器５７、第４のインピーダンス整合器５８、第４の電流導入端子６０、第４の給電線６１から成る第４の電力供給系を用いて、第４の給電点６２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第４のインピーダンス整合器５８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【０１１９】
次に、前記第５の発信器６５、第５のランダム位相変調器６６、第５の電力増幅器６７、第５のインピーダンス整合器６８、第５の電流導入端子７０、第５の給電線７１から成る第５の電力供給系を用いて、第５の給電点７２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器６８を調整することにより、該インピーダンス整合器６８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。
【０１２０】
次に、前記第６の発信器７５、第６のランダム位相変調器７６、第６の電力増幅器７７、第６のインピーダンス整合器７８、第６の電流導入端子８０、第６の給電線８１から成る第６の電力供給系を用いて、第６の給電点８２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第６のインピーダンス整合器７８を調整することにより、該インピーダンス整合器７８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。
【０１２１】
次に、前記第７の発信器８５、第７のランダム位相変調器８６、第７の電力増幅器８７、第７のインピーダンス整合器８８、第７の電流導入端子９０、第７の給電線９１から成る第７の電力供給系を用いて、第７の給電点９２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第７のインピーダンス整合器８８を調整することにより、該インピーダンス整合器８８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。
【０１２２】
次に、前記第８の発信器９５、第８のランダム位相変調器９６、第８の電力増幅器９７、第８のインピーダンス整合器９８、第８の電流導入端子１００、第８の給電線１０１から成る第８の電力供給系を用いて、第８の給電点１０２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第８のインピーダンス整合器９８を調整することにより、該インピーダンス整合器９８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。
【０１２３】
ここで、前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の電力供給系の出力２５０Ｗを、一旦、ゼロとする。そして、上記放電ガスの供給を、一旦、ゼロにする。その後、真空容器１を大気に戻して、上記基板を取り出す。
【０１２４】
次に、第２の予備試験として、以下に示す製膜試験を行う。図１５において、再度、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【０１２５】
次に、前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の電力供給系の周波数を６０ＭＨｚとし、出力をそれぞれ、２５０Ｗに設定する。合計で２ＫＷである。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。
【０１２６】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力合計２ＫＷにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１及び第２の給電点を結ぶ方向、及び第１及び第３の給電点を結ぶ方向において、
基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の厚みの分布にバラツキがあるか、否かを調査する。そのバラツキと出力の周波数の関係をデータとして把握する。 例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±１５％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６０ＭＨｚの場合、±５％、周波数６２ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１５％が得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、上記のようなデータでなく、例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±２０％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１５％、周波数６０ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６２ＭＨｚの場合、±５％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１０％のようなデータになる。この場合は、アモルファスシリコン膜の厚み分布バラツキが最も少ない周波数を採用すれば良い。
【０１２７】
ところで、上記データは以下に示すような定在波が重なりあって、結果として、一様な膜厚み分布となるのである。
図１４において、上記前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の電力供給系の出力が第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点２２、３２、５２、６２、７２、８２、９２、１０２を介して供給されると、以下に示すように、実施例３で説明した定在波と同様なものが発生する。
図１５において、第１の給電点２２から第２の給電点３２の方向をｘ方向とする。第１の給電点２２から第３の給電点５２の方向をｙ方向とする。
ｘ方向の定在波は、第５及び第６の給電点７２、８２から供給された電力の干渉と、第７及び第８の給電点９２、１０２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第５及び第６の給電点７２、８２の間隔、及び第７及び第８の給電点９２、１０２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
他方、ｙ方向の定在波は、第１及び第３の給電点２２、５２から供給された電力の干渉と、第２及び第４の給電点３２、６２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第１及び第３の給電点２２、５２の間隔、及び第２及び第４の給電点３２、６２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
上記ｘ方向及びｙ方向において、それぞれ、電力の強さの分布が一様な強さであれば、ｘｙ面としての電力の強さの分布は一様な強さになる。
【０１２８】
さて、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０１２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】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】図２は図１図示のプラズマ表面処理装置に用いられる給電点の配置の説明図。
【図３】図３は図１図示のプラズマ表面処理装置で生成されるプラズマの領域を示す説明図。
【図４】図４は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第１の給電点から供給される電力の伝播路の説明図。
【図５】図５は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第２の給電点から供給される電力の伝播路の説明図。
【図６】図６は一対の電極間を正方向及び逆方向に伝播する電力波の説明図
【図７】図７は一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を示す説明図。
【図８】図８は一対の電極間に発生の第１及び第２の定在波の強さの分布を示す説明図。
【図９】図９は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図１０】図１０は図９図示のプラズマ表面処理装置の構成部材である第１の電極の付属部材である非接地の導体板の構成を示す説明図。
【図１１】図１１は図９図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点の配置及び電力の伝播方向を示す説明図。
【図１２】図１２は実施例３に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図１３】図１３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概略図。
【図１４】図１４は図１３図示のプラズマ表面処理装置の第１〜第４の給電点の説明図。
【図１５】図１５は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の一対の電極及び第１〜第８の給電点の説明図。
【符号の説明】
【０１３１】
１・・・真空容器、
２・・・第１の電極、
３・・・図示しない基板ヒータ、
４・・・第２の電極、
５ａ、５ｂ・・・絶縁部材、
６ａ、６ｂ・・・ガス導入菅、
７・・・ガスシャワー孔、
９ａ、９ｂ・・・排気管、
１０ａ、１０ｂ・・・図示しない真空ポンプ、
１１・・・基板、
１５・・・第１の発信器、
１６・・・第１のランダム位相変調器、
１７・・・第１の増幅器、
１８・・・第１の電流導入端子、
１９・・・同軸ケーブル、
２０・・・第１の電流導入端子、
２１・・・第１の給電線、
２２・・・第１の給電点、
２５・・・第２の発信器、
２６・・・第２のランダム位相変調器、
２７・・・第２の増幅器、
２８・・・第２のインピーダンス整合器２８、
２９・・・同軸ケーブル２９、
３０・・・第２の電流導入端子、
３１・・・第２の給電線、
３２・・・第２の給電点、
２００ａ・・・第１の非接地の導体板、
２００ｂ・・・第２の非接地の導体板、
２０１ａ・・・第１の絶縁材、
２０１ｂ・・・第２の絶縁材、
２０２ａ・・・第１の開口、
２０２ｂ・・・第２の開口。
【技術分野】
【０００１】
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及び表面処理方法に関する。本発明は、特に、メートル級サイズの大面積基板を対象にした表面処理装置および表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）用ＴＦＴ（薄膜トランジスター）、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】
また、最近、薄膜太陽電池の本格的実用化普及を目指した低コスト化及び生産性向上に必要な大面積太陽電池製造用プラズマＣＶＤ装置や高画質で大面積の液晶デイスプレーの低コスト化に必要な大面積薄膜トランジスター（ＴＦＴ）製造用プラズマＣＶＤ装置が、特に注目されている。
【０００４】
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、電極構造の形状で大別すると３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及び非特許文献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２及び３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４に記載されているもので、電極がアンテナ方式であることを特徴とする。
【０００５】
プラズマの大面積、均一化の方法及び手段で大別すると、第１の代表的技術は、例えば、特許文献１、３に記載されているもので、電極上の少なくとも２つの給電点へ給電する電力の電圧の位相差を時間的に変化させ、電極の電圧分布における定在波を揺動することにより、その発生の影響を抑制することを特徴とする。
第２の代表的技術は、特許文献５に記載されているもので、電極に、腹の位置が異なる２つの定在波を時間的にずらせて発生させ、それを重畳させることにより、均一な電圧分布が得られるということを特徴とする。
第３の代表的技術は、特許文献６に記載されているもので、電極に、互いに独立の関係にあり、かつ腹の位置が異なる２つの定在波を同時に発生させ、それを重畳させることにより、均一な電圧分布が得られるということを特徴とする。
【０００６】
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に記載の技術は、非接地電極を方形電極とし、該方形電極の第１の辺の側面に複数の第１の電力供給点を配置し、該第１の辺と対向する第２の辺の側面に複数の第２の電力供給点を配置し、かつ、該複数の第１の給電点に供給される電力の電圧と該複数の第２の電力供給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に伝播するように供給される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２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３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４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。
特許文献５に記載の技術は、電極の両端に対向して配置された第１の給電点及び第２の給電点に、それぞれに第１の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給し、かつ、該第１の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力と時間帯を異ならせて、第２の高周波電源から出力された２つのパルス変調正弦波電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給することにより、即ち第１の高周波電源から出力されるパルス電力と第２の高周波電源から出力されるパルス電力を時間的に交互に供給することにより、腹の位置が異なり、かつ発生時間帯が異なる２つの定在波を発させ、それらを重畳することにより、電極の電圧分布を均一にすることを可能としている。
特許文献６に記載の技術は、電極の両端に対向して配置された第１の給電点及び第２の給電点に、互いに独立の関係にある位相可変２出力の第１及び第２の高周波電源から出力される高周波電力を同時に供給し、かつ、該第１の高周波電源から出力された２つの電力の電圧の位相差を所定の値に設定して、該第２の高周波電源から出力された２つの電力の電圧の位相差を所定の値に設定して供給することにより、腹の位置が異なり、かつ互いに独立の関係にある２つの定在波を発生させ、重畳することにより、電極の電圧分布を均一にすることが可能としている。
【０００７】
非特許文献１に記載の技術は、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に記載の技術は、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コイルを設置し、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ずらすことを特徴としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１２９７７（第２頁、第１図、第１０−１１図）
【特許文献２】特開平１１−２４３０６２（第２頁、第１図、第７〜８図）
【特許文献３】特許第３３１６４９０号（第１頁、第１図、第８図）
【特許文献４】特開２０００−３４５３５１（第２頁、第１図、第５図、第７図）
【特許文献５】特開２００５−１２３１９９（第２〜４頁、第１図、第２図、第６図）
【特許文献６】特開２００５−１２３２０３（第２〜４頁、第１図、第２図、第８図）
【０００９】
【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.
【非特許文献２】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
特に、最近はエネルギー資源問題や地球環境問題に対応した新エネルギー源として実用化普及の加速化が期待されている薄膜シリコン系太陽電池の分野では、これまで以上により一層の生産コストの低減が社会的ニーズとして求められている。
【００１１】
上記ニーズに対応するため、最近では、一つの技術傾向として、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、高性能化と高速処理化が可能（低電子温度で高密度のプラズマが生成可能）という特徴のあるＶＨＦ帯（３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ）の電源を用いたプラズマＣＶＤ技術の実用化研究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、上記ニーズの分野では齟齬をきたしている。
【００１２】
上記技術分野における課題は、ＶＨＦプラズマを用いた表面処理の高速化・大面積・均一化（生産性向上および性能向上）が可能な高生産性プロセス用ＶＨＦプラズマ表面処理装置及びＶＨＦプラズマ表面処理方法に係わる技術のブレークスルーである。
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。しかしながら、１９８７年世界初の試みとして登場したＶＨＦプラズマの高速化・大面積・均一化に関する技術はあまり進展が見られない状況にある。
従来のＶＨＦプラズマ技術では、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、±２０〜４０％程度の膜厚分布であり、上記指標をクリアできないという問題がある。
【００１３】
膜厚分布の不均一性の直接的原因としてはプラズマ密度の不均一性があり、プラズマ密度の不均一性の原因には、上記ＶＨＦ固有の問題である波の干渉現象に起因する定在波の発生がある。この定在波の問題は電磁波の伝播に伴う基本的な現象であるため、従来、抜本的解決手段がなく、次善の策として、前記特許文献１〜４にある技術が実用化されつつある。しかしながら、いずれの技術も次に述べるような問題がある。すなわち、この定在波の問題を抜本的に解決できていない。
（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、技術改善が困難で±２０％程度が限界と見られている。
（２）特許文献２記載の技術は、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。
（３）特許文献３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ものである。本技術のデータとして、膜厚分布は、アモルファスＳｉ製膜では、基板面積が１４０ｃｍｘ１１０ｃｍ程度に関し、製膜速度１．７ｎｓで±１８％程度が報告されている。しかしながら、技術改善が困難で±１８％程度が限界と見られている。
（４）特許文献４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。
（５）特許文献５記載の技術は、上記特許文献１、３に記載の技術を改善できる可能性のある技術である。しかしながら、まだ、基礎的な研究開発段階にある技術である。
（６）特許文献６記載の技術は、上記特許文献１、３に記載の技術を改善できる可能性のある技術である。しかしながら、まだ、基礎的な研究開発段階にある技術である。
【００１４】
以上説明したように、従来技術では、生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（周波数３０−３００ＭＨｚ）プラズマＣＶＤおよびＶＨＦプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、困難視されている。
即ち、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化等の課題に対応する為、一つの技術トレンドとして、ＶＨＦプラズマ技術が注目され、その実用化応用の開発研究が実施されているが、電極に発生の定在波に起因する技術的困難性のため、１ｍｘ１ｍ級を越える大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマ利用の高速化・大面積化・均一化が可能で、かつ再現性のある性能をもつ表面処理装置及びその方法の成功例は、まだ無い。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、プラズマＣＶＤによる大面積基板への製膜やプラズマによる大面積基板のエッチング処理などに対応可能なプラズマ表面処理方法およびプラズマ表面処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係わるプラズマ表面処理方法は、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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられるプラズマ表面処理方法であって、前記電力供給系から前記電極への電力供給箇所即ち給電点を、前記非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、前記電力供給系からの電力がプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個配置し、該複数の給電点に個々に、互いに独立した関係にある高周波電源から出力される電力を供給し、前記電極間に複数の、空間的、時間的に変動しない互いに独立した関係にある電力の定在波を発生させることにより該電極間の電力分布を一様化することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明においては、前記複数の高周波電源の出力電力の電圧の位相を、個々に、別々のランダム位相変調器を用いてランダムに変調させ、該複数の高周波電源の出力電力間の相互の干渉性を低減することを特徴とする。
なお、ここでは、ランダム位相変調器として、該高周波電源の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と乱数発生器、白色雑音発生器あるいはコンピユータ利用の乱数信号発生器を組み合わせた装置を用いる。
【００１８】
また、本発明においては、前記高周波電源に、発振器とランダム位相変調器と増幅器から構成される高周波電源を用いることを特徴とする。
なお、ここでは、発振器の出力信号のランダム位相変調には、その共振回路の容量を外部信号で制御する手段を用いる。その外部信号発生器、即ちランダムランダム位相変調器には、乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）がある。
【００１９】
また、本発明においては、前記非接地電極を平板型の電極として、該非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で、複数個の給電点を配置させることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明においては、前記非接地電極を平板型の電極として、該電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させ、かつ、該複数個の個々の給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明においては、前記非接地電極に矩形状の平板型の電極を用い、該電極の対向する２側面に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板を接続することにより、前記電力供給系から前記給電点へ供給される電力の該給電点から該導体板方向の伝播路を介した該一対の電極間への伝播を遮断することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明においては、前記非接地電極を平板の矩形の電極とし、その辺の長さを前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値にすることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明においては、前記非接地電極の互いに対向する側面に複数の給電点を配置させることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明においては、前記高周波電源の出力の周波数は、１３、５６ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＨＦ帯域ないしＶＨＦ帯域に属していることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係わるプラズマ表面処理装置は、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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、発生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であって、前記高周波電源は、発振器とランダム位相変調器と電力増幅器から成り、複数の給電点が前記非接地電極の裏面、即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、あるいは、該非接地電極の側面に配置されるという構成を有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記複数の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記複数の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるとともに、該給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記非接地電極に、矩形状の平板型の電極が用いられるとともに、該電極の対向する２辺に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板が接続されるという構成を有することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記非接地電極を、平板の矩形の電極とし、かつ、その辺の長さが前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値であるという構成を有することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明のプラズマ表面処理装置においては、前記非接地電極が矩形平板の電極であり、該電極の側面に複数の給電点が配置されるという構成を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、大面積基板を対象にした大面積、均一のプラズマＣＶＤによる高速製膜、及びプラズマによる高速エッチング処理が可能である。電源周波数がＶＨＦ帯域においても、一対の電極間の電力の強さの分布を均一化することが可能であるので、従来技術では困難視されるプラズマ密度及びラデイカル密度を均一化できる大面積のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置が提供される。特に、大面積のプラズマ表面処理が求められる薄膜太陽電池、液晶デイスプレー、ＬＳＩ及び電子複写機等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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の一形態に係わるプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置の一例として、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及び方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置及び方法に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
本発明に関する実施例１のプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、図１ないし図８を参照して説明する。
【００３４】
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図示のプラズマ表面処理装置に用いられる給電点の配置の説明図、図３は図１図示のプラズマ表面処理装置で生成されるプラズマの領域を示す説明図、図４は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第１の給電点から供給される電力の伝播路の説明図、図５は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第２の給電点から供給される電力の伝播路の説明図、図６は一対の電極間を正方向及び逆方向に伝播する電力波の説明図、図７は一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を示す説明図、図８は一対の電極間に発生の第１及び第２の定在波の強さの分布を示す説明図である。
【００３５】
先ず、装置の構成を説明する。図１〜３において、符番１は真空容器である。この真空容器１には、非接地の第１の平板型電極２と図示しない基板ヒータ３を内臓した接地された第２の平板型電極４が配置されている。
該第１の平板型電極２は内部が空洞で、ガスシャワー孔７が配置されており、その空洞には絶縁部材５ａ、５ｂで電気絶縁されたガス導入管６ａ、６ｂから放電ガス、例えばシランガスが供給される。該第１の平板型電極２は、図示しない絶縁物支持材で固着されている。
なお、該ガスシャワー孔７は、放電ガスを前記一対の電極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９ａ、９ｂ及び図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂにより、真空容器１の外へ排出される。
該第１の平板型電極２の辺の長さは、後述の第１及び第２の高周波電源１７、２７の出力電力がプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値にする。なお、プラズマ内を伝播中の波長は、放電ガスの種類、プラズマ密度等に依存するが、シランガスを用いたアモルファスシリコン製膜の一般的条件では真空中における波長の約０．６倍である。例えば、周波数６０ＭＨｚの電磁波の真空中における波長は５ｍであるので、プラズマ内を伝播中の波長の四分の一の奇数倍に等しい値は１．２５ｍｘ０．６ｘ奇数倍＝０．７５ｍｘ奇数倍である。
ここでは、該第１の平板型電極２のサイズは、長さ３．７５ｍｘ幅０．７５ｍｘ厚み０．２ｍとする。
【００３６】
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〜１３３０Ｐａ）程度に調整できる。真空容器１の真空到達圧力は２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ）程度である。
【００３７】
符番１１は基板で、図示しないゲートバルブ１２の開閉操作により、第２の平板型電極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。
【００３８】
図１〜図３において、後述の電力供給系から前記一対の電力２、４へ高周波電力を給電する位置である給電点は、電極２の裏側に複数個設置する。
ここでは、図２及び図３に示すように、該電極２の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、該電極２の一つの辺に平行な一直線上に、複数個の給電点、例えば第１及び第２の給電点２２、３２を配置させる。その間隔は、後述の電力供給系から供給される電力のプラズマ中での波長の四分の一の奇数倍になるように推測して設定する。なお、プラズマ中での波長が既知の場合は、推測でなく、データベースでの数値が選定可能である。
複数の給電点の設定は、例えば給電数が２点の場合、図３に示すように、第１の給電点２２及び第２の給電点３２を設置する。その間隔は、第１及び第２の電力供給系の周波数を予め定めておき、例えば６０ＭＨｚと定め、その周波数でのプラズマ中伝播時における波長の四分の一の奇数倍、例えば、真空中での四分の一波長（１．２５ｍ）と波長短縮率（例えば、シランガスのプラズマでは、真空中の波長の０．６倍に短縮する）の積の５倍、即ち１．２５ｍｘ０．６ｘ５＝３．７５ｍとする。
なお、一般的に一対の電極２、４間で生成されるプラズマ中での波長λは、真空中での電磁波の波長λ０に比べて短くなる。プラズマ生成条件で異なるが、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０．６程度である。もしも、プラズマ中での波長λが不明な場合は、予め、実験にてデータを取れば良い。
【００３９】
符番１５は第１の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第１のランダム位相変調器で、ランダムに変調される。
符番１６は第１のランダム位相変調器で、第１の発信器１５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第１及び第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
また、発振器の出力信号のランダム位相変調には、その共振回路の容量を外部信号で制御する手段を用いる。その外部信号の発生器、即ちランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、本実施例では、説明を省くが、上記ランダム位相変調器の別の手段として、該発信器１５の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と乱数発生器、白色雑音発生器あるいはコンピユータ利用の乱数信号発生器を組み合わせた装置を用いることができる。
符番１７は第１の増幅器で、第１の発信器１５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第１のインピーダンス整合器１８へ伝送する。符番２０は第１の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル１９と真空容器内に設置の第１の給電線２１を接続し、該第１の給電線２１を介して前記第１のインピーダンス整合器１８の出力を第１の給電点２２に伝送する。符番２１は第１の給電線で、第１のインピーダンス整合器１８の出力を第１の給電点２２へ伝送する。
なお、第１の給電線２１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器１６及び第１の増幅器１７から構成される第１の高周波電源と第１のインピーダンス整合器１８から成る電力供給系を第１の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第１の電力増幅器１７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電力増幅器１７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。
第１の給電点２２に供給された前記第１のインピーダンス整合器１８の出力は、図２及び図４に示すように、真空容器１の壁と第１の平板型電極２の裏面及び側面の空間を電磁波として伝播する（詳しくは、電磁波のポインテイングベクトル即ち電場と磁場のベクトル積として流れていく）。そして、第１の平板型電極２と第２の平板型電極４の間を伝播していく。
図４において、第１の給電点２２から供給された電力の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における伝播は、例えば左回りに伝播していく電力波２３と、右回りに伝播していく電力波２４に分かれて伝播していく。その様子を概念的に、図４及び図６に示す。
なお、同一電源から供給された前記２つの電力波２３、２４は、後述するように、干渉現象により定在波を発生する。
【００４０】
第１の給電点２２から供給される電力の第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分に直交する方向への伝播は、図２に示すように、左回りの伝播路３５及び右回りの伝播路３６がある。この場合も、２つの伝播路３５、３６を伝播する電力は、後述するように、干渉現象により定在波を発生する。
【００４１】
符番２５は第２の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第２のランダム位相変調器２６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、前述の第１の電力供給系及び後述の第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番２６は第２のランダム位相変調器で、第２の発信器２５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の第１及び第２の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
また、発振器の出力信号のランダム位相変調には、その共振回路の容量を外部信号で制御する手段を用いる。その外部信号の発生器、即ちランダム位相変調器には、一般に、通信工学や機械振動工学等でも用いられている乱数発生器、白色雑音発生器及びコンピユータ利用の乱数信号発生器（予め入力された乱数表に基ずいて電圧信号を発生する）があるが、ここでは、白色雑音発生器を用いる。
また、本実施例では、説明を省くが、上記ランダム位相変調器の別の手段として、該発信器１５の出力をアナログ電圧制御型移相器（フェーズシフター）と乱数発生器、白色雑音発生器あるいはコンピユータ利用の乱数信号発生器を組み合わせた装置を用いることができる。
符番２７は第２の増幅器で、第２の発信器２５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第２のインピーダンス整合器２８へ伝送する。符番３０は第２の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル２９と真空容器１内に設置の第２の給電線３１を接続し、該第２の給電線３１を介して前記第２のインピーダンス整合器２８の出力を第２の給電点３２に伝送する。符番３１は第２の給電線で、第２のインピーダンス整合器２８の出力を第２の給電点３２へ伝送する。
第２の給電線３２には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
なお、ここでは、第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６及び第２の増幅器２７から構成される第２の高周波電源と第２のインピーダンス整合器２８から成る電力供給系を第２の電力供給系と呼ぶ。
前記第２の電力増幅器２７には、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、該該反射波による第２の電力増幅器２７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。
【００４２】
ここで、第２の給電点３２に供給された前記第２のインピーダンス整合器２８の出力は、図５に示すように、真空容器１の壁と第１の平板型電極２の裏面及び側面の空間を電磁波として伝播する（詳しくは、電磁波のポインテイングベクトル即ち電場と磁場のベクトル積として流れていく）。そして、第１の平板型電極２と第２の平板型電極４の間を伝播していく。図５において、第２の給電点３２から供給された電力の第１及び第２の給電点を結ぶ方向での伝播は、例えば左回りに伝播していく電力波３３と、右回りに伝播していく電力波３４に分かれて伝播していく。その様子を概念的に、図５及び図６に示す。
なお、同一電源から供給された前記２つの電力波３３、３４は、後述するように、干渉現象により定在波を発生する。
【００４３】
第２の給電点３２から供給される電力の第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分に直交する方向への伝播は、前述の第１の給電点から該直交方向への伝播３５、３６と同様である。したがって、同様に、定在波を発生する。
【００４４】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と、製膜工程の３つの工程が必要である。
第１の予備製膜工程では、前記第１の給電点２２を介して第１の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１への製膜する場合に発生する第１の定在波の空間的周期、即ち、隣り合う腹と腹の間隔と該第１の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
第２の予備製膜工程では、前記第２の給電点３２を介して第２の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１へ製膜する場合に発生する第２の定在波の空間的周期、即ち、隣り合う腹と腹の間隔と該第２の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【００４５】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図１〜図３において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１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５００Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８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１８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。
【００４６】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１の発信器１５の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力５００Ｗにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１の電極２の長さ方向において、基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の隣り合う最大厚み間の距離と出力の周波数の関係をデータとして把握する。例えば、周波数５６ＭＨｚで距離１．６２ｍ、５８ＭＨｚで距離１．５５ｍ、６０ＭＨｚで距離１．５ｍ、６２ＭＨｚで距離１．４５ｍ、６４ＭＨｚで距離１．４１ｍ、６６ＭＨｚで距離１．３６ｍが得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、実測された該波長の四分の一の値が０．７５ｍに近い値を示す周波数を採用すれば良い。
【００４７】
ところで、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、同一電源から発振され、図４及び図６に示したように、互いに電極間を伝播していき、両者は互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図４、図６及び図７を用いて説明する。
図４及び図６において、第１の給電点２２から左回り方向への伝播路の距離をｘ（第１の給電点２２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ１１（ｘ，ｔ）とする。第１の給電点２２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ２１（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は第１のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ１（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋Φ１（ｔ）−Φ１（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。これは、図４において、第１の給電点２２から左回りの伝播路において、第１の給電点２２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
【００４８】
図７において、定在波の隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第１の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第１の定在波と呼ぶ。
【００４９】
他方、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。
図２において、第１の給電点２２から左回り方向への伝播路の距離をｙ（第１の給電点２２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｙの正方向）を伝播する電圧波をＷ３１（ｙ、ｔ）とする。第１の給電点２２から右回り方向への伝播路（ｙの負方向）を伝播する電圧波をＷ３２（ｙ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ３１（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ３２（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は第１のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｍ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ１（ｙ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ３（ｙ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ＋Φ１（ｔ）−Φ１（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
このＩ３（ｙ、ｔ）は、図７図示の定在波の強さの分布と同様である。これは、定在波の強さの分布は、（ｙ−Ｍ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。即ち、図２において、第１の給電点２２から左回りの伝播路３５において、第１の給電点２２から左回りでＭ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
なお、上記Ｉ３（ｙ、ｔ）を、第３の定在波と呼ぶ。
【００５０】
次に、第２の予備製膜工程であるが、第１の予備製膜工程と同様に、図１〜図３において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第２のインピーダンス整合器２８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１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、周波数を第１の予備製膜工程で選定された６０ＭＨｚに設定し、その電力を第１の予備製膜工程と同じの５００Ｗとする。
この場合、前記第２のインピーダンス整合器２８を調整することにより、該インピーダンス整合器２８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。
【００５１】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。
前記第１の予備製膜工程で選定された条件、即ち、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、周波数６０ＭＨｚ、電力５００Ｗにおいて、アモルファスシリコンを製膜する。
この場合は、第１の予備製膜工程で得られたデータと同様のものが得られる。
確認のため、定在波の腹と腹の間隔を測定する。即ち、１周期＝１．５ｍの定在波の形をしたアモルファスシリコン膜が得られることを確認する。
【００５２】
ところで、上記第２の給電点３２から供給される電力の第１及び第２の給電点を結ぶ方向への伝播は、電力波は、図５に示したように、電極間を伝播していき、両者は互いに向かい合った方向から伝播し重なり合うので、干渉現象が発生する。その様子を、図５、図６及び図７を用いて説明する。
図５において、第２の給電点３２から左回り方向への伝播路の距離をｘ（第２の給電点３２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）とする。第２の給電点３２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は第２のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第２の給電点３２から右回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ２（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２＋Φ２（ｔ）−Φ２（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。また、これは、図５において、第２の給電点３２から左回りの伝播路において、第２の給電点３２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
【００５３】
図７図示の定在波において、隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第２の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【００５４】
他方、上記第２の給電点３２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。それは図２図示の第１の給電点の場合と同様である。
左回り方向への伝播路（ｙの正方向）を伝播する電圧波をＷ４１（ｙ、ｔ）とする。第２の給電点３２から右回り方向への伝播路（ｙの負方向）を伝播する電圧波をＷ４２（ｙ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ４１（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ４２（ｙ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は第２のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｍ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ２（ｙ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ４（ｙ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ＋Φ２（ｔ）−Φ２（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
このＩ４（ｙ、ｔ）は、図７図示の定在波の強さの分布と同様である。これは、定在波の強さの分布は、（ｙ−Ｍ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。また、これは、図２において、第２の給電点３２から左回りの伝播路において、第２の給電点３２から左回りでＭ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
なお、上記Ｉ４（ｙ、ｔ）を、第４の定在波と呼ぶ。
【００５５】
さて、次に第３の工程である製膜工程を行う。第３の工程である製膜工程では、前記第１の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第１の電力供給系から第１の給電点２２に電力を供給し、かつ、同時に、第２の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第２の電力供給系から第２の給電点３２に電力を供給する。
そうすると、前記第１の定在波と、第２の定在波と、第３の定在波と、第４の定在波が同時に生成される。
第１の給電点２２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ方向へ伝播する２つの波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
及び、第２の給電点３２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ方向へ伝播する２つの波Ｗ２１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
が、前記第１の電極２と第２の電極４の間で、重なりあう。また、同時に、
第１の給電点２２から第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へ伝播する２つの波Ｗ３１（ｙ、ｔ）とＷ３２（ｙ、ｔ）、即ち、
Ｗ３１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ３２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
及び、第２の給電点３２から第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へ伝播する２つの波Ｗ４１（ｙ、ｔ）とＷ４２（ｙ、ｔ）、即ち、
Ｗ４１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｙ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ４２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｙ−Ｍ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
その結果、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）は干渉して、第１の定在波を発生する。Ｗ２１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して、第２の定在波を発生する。Ｗ３１（ｘ、ｔ）とＷ３２（ｘ、ｔ）は干渉して、第３の定在波を発生する。Ｗ４１（ｘ、ｔ）とＷ４２（ｘ、ｔ）は干渉して、第４の定在波を発生する。
ただし、上記Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）、及びＷ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は、それぞれの発生源が異なり、かつ、位相が時間的にランダム変調されているので、互いに独立した関係にある。したがって、それらは干渉しないので、定在波を形成できない。また、ｘ方向及びｙ方向に伝播する波は、直交関係にあるので、干渉しない。
上記の定在波は次に示す数式で表される性質を有する。
第１の定在波の分布は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
第２の定在波は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝、
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
第３の定在波は、
Ｉ３（ｙ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
第４の定在波は、
Ｉ４（ｙ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｙ−Ｍ０／２）／λ｝
で表される。
【００５６】
ところで、本実施例では、第１及び第２の給電点は図３図示のように配置されているので、前記第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生の第１及び第２の定在波Ｉ１（ｘ、ｔ）、Ｉ２（ｘ、ｔ）は図３図示の４０の領域に存在する。また、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向に発生の第３及び第４の定在波Ｉ３（ｙ、ｔ）、Ｉ４（ｙ、ｔ）は、図３図示の４１、４２の領域に存在する。
ここで、上記第１及び第２の定在波と、上記第３及び第４の定在波が空間的に分離されている領域が存在する。それは、図３図示の４３の領域である。この領域では、上記第１の定在波及び第２の定在波が重なり合って一様な強さの分布を形成する。その結果を図９に示す。
【００５７】
上記の通り、第３及び第４の定在波が、上記第１及び第２の定在波と空間的に分離されている領域では、上記第１の定在波及び第２の定在波が重なり合って一様な強さの分布を形成する。それを数式で示すと次の通りである。ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
Ｉ１（ｘ、ｔ）＋Ｉ２（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝１
なお、第１及び第２の給電点の間隔を、予め、プラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍に設定しておけば、図８に示すように、２つの定在波は重なり合って、一定の強さになることが判る。
また、製膜試験の結果を見て、第１の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）と第２の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）の間隔が、プラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一に等しくない場合、それを所要の値に調整する手段として、第１及び第２の電力供給系の周波数を選定することが重要である。
【００５８】
一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。このことは、電力の強さの分布が均一化されるということは、膜厚み分布が均一化されるということである。
また、電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ＳｉＨ、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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【００５９】
本実施例では、給電点の個数が２個であるので、基板サイズは幅４００ｍｍ程度ｘ長さ２０００ｍｍ程度に制約されるが、給電点の個数を幅方向に２個以上に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のことである。
なお、本実施例に示したプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）及びプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）においては、電極の長さを基板の長さより、一回り長く設定する必要がある。これは、装置が大型化になる要因になるので、一つの短所である。
【００６０】
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。
【００６１】
（実施例２）
本発明に関する実施例２のプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、図９〜図１１を参照して説明する。
【００６２】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１で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９は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図１０は図９図示のプラズマ表面処理装置の第１の電極の付属部材である非接地の導体板の構成を示す説明図、図１１は図９図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点の配置及び電力の伝播方向を示す説明図である。
【００６３】
先ず、装置の構成を説明する。図９〜図１１において、符番２００ａは第１の非接地の導体板で、前記真空容器１に後述の第１の絶縁材２０１ａを介して固着され、かつ、前記第１の平板型電極２の側面における第１及び第２の給電点２２と３２を結ぶ線分に平行な２つの側面の一方に固着される。符番２０１ａは第１の絶縁材で、前記第１の非接地の導体板２００ａを、真空容器１に固着し、電気的に絶縁するとともに、該真空容器１の気密を保持する。符番２０２ａは第１の開口で、非接地の導体板２００ａと真空容器１の内壁との間での放電を抑制する。
符番２００ｂは第２の非接地の導体板で、前記真空容器１に後述の第２の絶縁物２０１ｂを介して固着され、かつ、前記第１の平板型電極２の側面における第１及び第２の給電点２２と３２を結ぶ線分に平行な２つの側面の他方に固着される。符番２０１ｂは第２の絶縁材で、前記第１の非接地の導体板２００ｂを真空容器１に固着し、電気的に絶縁するとともに、該真空容器１の気密を保持する。符番２０２ｂは第２の開口で、非接地の導体板２００ｂと真空容器１の内壁との間での放電を抑制する。
なお、上記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂは、図９及び図１０図示のように、該接地板の一方の端部は真空容器１を貫通して、大気側の真空容器１の面に、それぞれ、第１及び第２の絶縁材２０１ａ、２０１ｂを介して固着される。その他方の端部は第１の平板型電極２の両側の面に、それぞれ固着される。したがって、後述の第１及び第２の給電点２２、３２から供給される電力が、該第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂを乗り越えて、伝播することは出来ない。即ち、第１及び第２の給電点２２、３２から供給される電力の該第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ方向に直交する方向から、一対の電極２、４間への伝播は抑制される。
【００６４】
本実施例における第１の平板型電極２のサイズは次のように設定する。該第１の平板型電極２の辺の長さは、第１及び第２の高周波電源１７、２７の出力電力が一対の電極２、４間に生成されるプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値にする。ここでは、該第１の平板型電極２のサイズを、例えば、長さ２．２５ｍ（０．７５ｍｘ３）ｘ幅０．７５ｍｘ厚み０．２ｍとする。
なお、プラズマ内を伝播する際の波長は、放電ガスの種類、プラズマ密度等に依存するが、シランガスを用いたアモルファスシリコン製膜の一般的条件では真空中における波長の約０．６倍である。例えば、周波数６０ＭＨｚの電磁波の真空中における波長は５ｍであるので、プラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値は１．２５ｍｘ０．６ｘ奇数倍＝０．７５ｍｘ奇数倍である。
【００６５】
給電点は、実施例１と同様に、該電極２の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、該電極２の一つの辺に平行な一直線上に、複数個の給電点、例えば、図１１に示すように第１及び第２の給電点２２、３２を配置させる。その間隔は、後述の電力供給系から供給される電力のプラズマ中での波長の四分の一の奇数倍になるように推測して設定する。なお、プラズマ中での波長が既知の場合は、推測でなく、データベースでの数値が選定可能である。
ここでは、第１及び第２の給電点２２、３２を、図１１に示すように、該電極の長さ方向の一方の端部から三分の一の地点２２及び該端部から三分の二の地点３２に設定する。 即ち、第１の給電点２２及び第２の給電点３２間隔は０．７５ｍである。
【００６６】
図１１において、前記第１及び第２の電力供給系から、それぞれ第１及び第２の給電点２２、３２へ供給される電力は、前記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、図１１図示のように、該２つの給電点を結ぶ方向ｘの正と負の方向に伝播する。 該２つの給電点を結ぶｘ方向に直交するｙ方向には、第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂがあるので、電力波は伝播できない。即ち、該ｙ方向から、一対の電極２、４のプラズマ生成空間への電力投入は出来ない。
したがって、一対の電極２、４間への電力供給は、該２つの給電点を結ぶ方向ｘの正と負の方向からの伝播路に限定される。
このことは、後述するように、一様な定在波発生が容易に可能となるということを意味している。
【００６７】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。なお、本発明の実施あるいは応用では、手順として、第１及び第２の予備製膜工程と、製膜工程の３つの工程が必要である。
第１の予備製膜工程では、前記第１の給電点２２を介して第１の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１への製膜する場合に発生する第１の定在波の空間的周期、即ち隣り合う腹と腹の間隔と該第１の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
第２の予備製膜工程では、前記第２の給電点３２を介して第２の電力供給系から供給する電力を用いて基板１１へ製膜する場合に発生する第２の定在波の空間的周期、即ち隣り合う腹と腹の間隔と該第２の電力供給系の周波数との関係をデータとして把握する。
製膜工程は目的とするアモルファスＳｉの製造のために実施される。
【００６８】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図９において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１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５００Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８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１８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。
【００６９】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を第１の発信器１５の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力５００Ｗにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１の電極２の長さ方向において、基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の隣り合う最大厚み間の距離と出力の周波数の関係をデータとして把握する。例えば、周波数５６ＭＨｚで距離１．６１ｍ、５８ＭＨｚで距離１．５５ｍ、６０ＭＨｚで距離１．５ｍ、６２ＭＨｚで距離１．４５ｍ、６４ＭＨｚで距離１．４１ｍ、６６ＭＨｚで距離１．３６ｍが得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、実測された該波長の四分の一の値が０．７５ｍに近い値を示す周波数を採用すれば良い。
【００７０】
ところで、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、実施例１で説明したように、同一電源から発振された電力が互いに異なる伝播路を伝播して、一対の電極２、４間で互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり場合、干渉現象が発生する。その様子については、実施例１での説明事項を参照することにし、ここでは省略する。
前記第１の給電系から第１の給電点２２に、周波数６０ＭＨｚの電力が供給されると、次に示すような正弦状の厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が製膜される。
図１１において、第１の給電点２２から右回り方向への伝播路の距離をｘ（第１の給電点２２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ１１（ｘ，ｔ）とする。第１の給電点２２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ１２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ１（ｔ）は第１のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第１の給電点２２から左回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ１（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ＋Φ１（ｔ）−Φ１（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。これは、第１の給電点２２から図１１に示した左回りの伝播路において、第１の給電点２２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
【００７１】
図７において、定在波の隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第１の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第１の定在波と呼ぶ。
【００７２】
他方、一般的には、上記第１の給電点２２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。しかしながら、本実施例の場合、第１及び第２非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、その方向への電力の伝播はない。
したがって、実施例１で示した第３の定在波は存在しない。
【００７３】
次に、第２の予備製膜工程であるが、第１の予備製膜工程と同様に、図９において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第１のインピーダンス整合器２８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１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、周波数を第１の予備製膜工程で選定された６０ＭＨｚに設定し、その電力を第１の予備製膜工程と同じの５００Ｗとする。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器２８を調整することにより、インピーダンス整合器２８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。
【００７４】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。
前記第１の予備製膜工程で選定された条件、即ち、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、周波数６０ＭＨｚ、電力５００Ｗにおいて、アモルファスシリコンを製膜する。
この場合は、第１の予備製膜工程で得られたデータと同様のものが得られる。
確認のため、定在波の腹と腹の間隔を測定する。即ち、１周期が０．７５ｍｘ２＝１．５ｍの定在波の形をしたアモルファスシリコン膜が得られることを確認する。
【００７５】
ところで、上記第２の給電点３２から供給される電力の電力波は、実施例１で説明したように、同一電源から発振された電力が互いに異なる伝播路を伝播して、一対の電極２、４間で互いに向かい合った方向から伝播しあって重なり場合、干渉現象が発生する。その様子については、実施例１での説明事項を参照することにし、ここでは省略する。
前記第１の給電系から第２の給電点３２に、周波数６０ＭＨｚの電力が供給されると、次に示すような正弦状の厚み分布を持つアモルファスシリコン膜が製膜される。
図１１において、第２の給電点３２から右回り方向への伝播路の距離をｘ（第２の給電点３２を原点）とし、その方向を正に取る。左回り方向への伝播路（ｘの正方向）を伝播する電圧波をＷ２１（ｘ、ｔ）とする。第２の給電点３２から右回り方向への伝播路（ｘの負方向）を伝播する電圧波をＷ２２（ｘ、ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
ただし、Ｖ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、Φ２（ｔ）は第２のランダム変調器で変調された時間的にランダムに変動する位相、Ｌ０は第２の給電点３２から右回りで１周した分の距離である。
この２つの電圧波の合成波の強さの分布、即ち、定在波の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｉ２（ｘ、ｔ）
∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２＋Φ２（ｔ）−Φ２（ｔ）｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。これは、定在波の強さの分布は、（ｘ−Ｌ０／２）のみに依存して、ＣＯＳ二乗則に従うことを示している。また、これは、図１１において、第２の給電点３２から左回りの伝播路において、第２の給電点３２から左回りでＬ０／２の距離に、定在波の腹が発生することを意味している。
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
【００７６】
図７図示の定在波において、隣り合う腹と腹の間隔は、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する電力の波長の二分の一である。
なお、ここでは、第２の電力供給系で生成され、かつ、第１及び第２の給電点を結ぶ方向に発生する定在波を第２の定在波と呼ぶ。
【００７７】
他方、一般的には、上記第２の給電点３２から供給される電力の電力波は、第１及び第２の給電点を結ぶ線分に直交する方向へも伝播する。しかしながら、本実施例の場合、第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、その方向への電力の伝播はない。
したがって、実施例１で示したような第４の定在波は存在しない。
【００７８】
さて、次に第３の工程である製膜工程を行う。第３の工程である製膜工程では、前記第１の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第１の電力供給系から第１の給電点２２に電力を供給し、かつ、同時に、第２の予備製膜工程で行ったプラズマ生成条件で、第２の電力供給系から第２の給電点３２に電力を供給する。
そうすると、前記第１の定在波と、第２の定在波が同時に生成される。
第１の給電点２２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分での正と負の方向へ伝播する２つの波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ１（ｔ）｝
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ１（ｔ）｝
及び、第２の給電点３２から第１及び第２の給電点２２、３２を結ぶ線分でのせいと負の方向へ伝播する２つの波Ｗ２１（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）、即ち、
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋Φ２（ｔ）｝
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Φ２（ｔ）｝
が、前記第１の電極２と第２の電極４の間で、重なりあう。
ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
即ち、上記の定在波は次に示す数式で表される性質を有する。第１の定在波の分布は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
第２の定在波は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
で表される。ただし、第１の定在波と第２の定在波は、図８に示すように、腹の位置が波長の四分の一だけ、ずれている。
【００７９】
上記の第１及び第２の定在波は、一対の電極２、４の間で重なり合うので、その結果、以下に示すような一様な強さの電力分布が形成される。数式で示すと次の通りである。
Ｉ１（ｘ、ｔ）＋Ｉ２（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−π／２｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝ｓｉｎ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝＋ｃｏｓ２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ｝
＝１
なお、本実施例では、第１及び第２の給電点の間隔を、予め、周波数６０ＭＨｚでのシランガスプラズマにおけるプラズマ中を伝播する際の波長である０．７５ｍに等しい値に設定しているので、一様な分布の膜が得られる。
結果的に、一様な分布を持つアモルファスシリコン膜が得られない場合は、第１の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）と第２の定在波の腹（膜厚みが最大である位置）の間隔が、プラズマ中を伝播する電力の波長の四分の一に等しくなるように、第１及び第２の電力供給系の周波数を選定することを試み、繰り返して、予備製膜試験を行えば良い。
【００８０】
さて、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さとプラズマの強さは比例関係にある。即ち、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。電力の強さの分布が均一化されるということは、応用上重要であるプラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【００８１】
また、本実施例では、給電点の個数が２個であるので、基板サイズは幅４００ｍｍ程度ｘ長さ２０００ｍｍ程度に制約されるが、給電点の個数を幅方向に２個以上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のことである。
なお、本実施例に示したプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）及びプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）では、第１の平板型電極２のサイズが実施例１の場合よりも、小さいサイズ、即ち、長さ２．２５ｍ（０．７５ｍｘ３）ｘ幅０．７５ｍｘ厚み０．２ｍとして、同様の基板サイズに製膜試験が行うことが可能である。その理由は、前記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂを設置したことにより、上記第３及び第４の定在波の発生を防止したことによる。
【００８２】
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。
（実施例３）
本発明に関する実施例３のプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）及びプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）について、図１２を参照して説明する。
【００８３】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１及び実施例２で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１２は実施例３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。
【００８４】
先ず、装置の構成を説明する。図１２において、符番１０５は第１の分配器で、第１のインピーダンス整合器１８の出力を２つに分けて、それぞれを、同軸ケーブル１０６、１０７を介して、第１ａの電流導入端子２０ａ及び第１ｂの電流導入端子２０ｂに伝送する。
第１ａの電流導入端子２０ａは、第１の分配器１０５から伝送された電力を、第１ａの給電線２１ａを介して第１ａの給電点２２ａに伝送する。第１ｂの電流導入端子２０ｂは、第１の分配器１０５から伝送された電力を、第１ｂの給電線２１ｂを介して第１ｂの給電点２２ｂに伝送する。
【００８５】
符番１０８は第２の分配器で、第２のインピーダンス整合器２８の出力を２つに分けて、それぞれを、同軸ケーブル１１０、１１１を介して、第２ａの電流導入端子３０ａ及び第２ｂの電流導入端子３０ｂに伝送する。
第２ａの電流導入端子３０ａは、第２の分配器１０８から伝送された電力を、第２ａの給電線３１ａを介して第２ａの給電点３２ａに伝送する。第２ｂの電流導入端子３０ｂは、第２の分配器１０５から伝送された電力を、第２ｂの給電線３１ｂを介して第２ｂの給電点３２ｂに伝送する。
【００８６】
本実施例における第１の平板型電極２のサイズは次のように設定する。該第１の平板型電極２の辺の長さは、第１及び第２の高周波電源１７、２７の出力電力が一対の電極２、４間に生成されるプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値にする。
なお、プラズマ内を伝播する際の波長は、放電ガスの種類、プラズマ密度等に依存するが、シランガスを用いたアモルファスシリコン製膜の一般的条件では真空中における波長の約０．６倍である。例えば、周波数６０ＭＨｚの電磁波の真空中における波長は５ｍであるので、プラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい値は１．２５ｍｘ０．６ｘ奇数倍＝０．７５ｍｘ奇数倍である。
ここでは、該第１の平板型電極２のサイズを、例えば、長さ２．２５ｍ（０．７５ｍｘ３）ｘ幅１．５ｍ（０．７５ｍｘ２）ｘ厚み０．２ｍとする。
【００８７】
給電点は、実施例２と同様に、該電極２の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、該電極２の一つの辺に平行な一直線上に、複数個の給電点、例えば、図１２に示すように第１ａ、第１ｂ、第２ａ及び第２ｂの給電点２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂを配置させる。その間隔は、後述の電力供給系から供給される電力のプラズマ中での波長の四分の一の奇数倍になるように推測して設定する。なお、プラズマ中での波長が既知の場合は、推測でなく、データベースでの数値が選定可能である。
ここでは、第１ａ及び第２ａの給電点２２ａ、３２ａを、図１２に示すように、該電極の長さ方向の一方の端部から三分の一の地点２２ａ及び該端部から三分の二の地点３２ａに設定する。即ち、第１ａの給電点２２ａ及び第２ａの給電点３２ａの間隔は０．７５ｍである。
【００８８】
図１２において、前記第１及び第２の電力供給系から、第１ａ、第１ｂ、第２ａ及び第２ｂの給電点２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂを介して供給される電力は、前記第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂの設置により、図１２図示のｘの正と負の方向に伝播する。 該２つの給電点を結ぶｘ方向に直交するｙ方向には、第１及び第２の非接地の導体板２００ａ、２００ｂがあるので、電力波は伝播できない。即ち、該ｙ方向から、一対の電極２、４のプラズマ生成空間への電力投入は出来ない。
【００８９】
上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、例えば、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造方法についてであるが、前述の実施例２の場合と同様であるので、説明を省略する。
（実施例４）
【００９０】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１〜３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１３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概略図、図１４は図１３図示のプラズマ表面処理装置の第１〜第４の給電点の説明図である。
【００９１】
最初に、装置全体の構成を説明する。装置構成は、実施例１の場合と同様であるが、実施例１と異なる点は、前記電極の裏面に、一直線上に前記高周波電源の出力電力がプラズマ中を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させ、かつ、該複数個の個々の給電点から該直線に垂直方向に、前記高周波電源の出力電力のプラズマ中を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させていることである。
ここでは、間隔を該波長の四分の一とし、給電点の数を４個とする。
【００９２】
図１３及び図１４において、符番４５は第３の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第３のランダム位相変調器４６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番４６は第３のランダム位相変調器で、第３の発信器４５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
符番４７は第３の増幅器で、第３の発信器４５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第３のインピーダンス整合器４８へ伝送する。符番５０は第３の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル４９と真空容器内に設置の第３の給電線５１を接続し、該第３の給電線５１を介して前記第３のインピーダンス整合器４８の出力を第３の給電点５２に伝送する。符番５１は第３の給電線で、第３のインピーダンス整合器４８の出力を第３の給電点５２へ伝送する。
なお、第３の給電線５１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第３の発信器４５、第３のランダム位相変調器４６及び第３の増幅器４７から構成される第３の高周波電源と第３のインピーダンス整合器４８から成る電力供給系を第３の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第３の電力増幅器４７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の電力増幅器４７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。
【００９３】
図１３及び図１４において、符番５５は第４の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第４のランダム位相変調器５６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
符番５６は第４のランダム位相変調器で、第４の発信器５５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
符番５７は第４の増幅器で、第４の発信器５５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第４のインピーダンス整合器５８へ伝送する。符番６０は第４の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル５９と真空容器内に設置の第４の給電線６１を接続し、該第４の給電線６１を介して前記第４のインピーダンス整合器５８の出力を第４の給電点６２に伝送する。符番６１は第４の給電線で、第４のインピーダンス整合器５８の出力を第４の給電点６２へ伝送する。
なお、第４の給電線６１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第４の発信器５５、第４のランダム位相変調器５６及び第４の増幅器５７から構成される第４の高周波電源と第４のインピーダンス整合器５８から成る電力供給系を第４の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第４の電力増幅器５７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４の電力増幅器５７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。
【００９４】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。
【００９５】
先ず、第１の予備試験として、以下に示す電力供給系の調整を行う。
図１３において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【００９６】
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１から成る第１の電力供給系を用いて、第１の給電点２２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【００９７】
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第２のインピーダンス整合器８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１から成る第２の電力供給系を用いて、第２の給電点３２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第２のインピーダンス整合器２８を調整することにより、該インピーダンス整合器２８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。
【００９８】
次に、前記第３の発信器４５、第３のランダム位相変調器４６、第３の電力増幅器４７、第３のインピーダンス整合器４８、第３の電流導入端子５０、第３の給電線５１から成る第３の電力供給系を用いて、第３の給電点５２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第３のインピーダンス整合器４８を調整することにより、該インピーダンス整合器４８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。
【００９９】
次に、前記第４の発信器５５、第４のランダム位相変調器５６、第４の電力増幅器５７、第４のインピーダンス整合器５８、第４の電流導入端子６０、第４の給電線６１から成る第４の電力供給系を用いて、第４の給電点６２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第４のインピーダンス整合器５８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【０１００】
ここで、前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の出力２５０Ｗを、一旦、ゼロとする。そして、上記放電ガスの供給を、一旦、ゼロにする。その後、真空容器１を大気に戻して、上記基板を取り出す。
【０１０１】
次に、第２の予備試験として、以下に示す製膜試験を行う。
図１３において、再度、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【０１０２】
次に、前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の周波数を６０ＭＨｚとし、出力をそれぞれ、２５０Ｗに設定する。合計で１ＫＷである。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。
【０１０３】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力合計１ＫＷにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１及び第２の給電点を結ぶ方向、及び第１及び第３の給電点を結ぶ方向において、基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の厚みの分布にバラツキがあるか、否かを調査する。そのバラツキと出力の周波数の関係をデータとして把握する。
例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±１５％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６０ＭＨｚの場合、±５％、周波数６２ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１５％が得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、上記のようなデータでなく、例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±２０％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１５％、周波数６０ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６２ＭＨｚの場合、±５％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１０％のようなデータになる。この場合は、アモルファスシリコン膜の厚み分布バラツキが最も少ない周波数を採用すれば良い。
【０１０４】
ところで、上記データは以下に示すような定在波が重なりあって、結果として、一様な膜厚み分布となるのである。
図１３において、上記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の出力が第１、第２、第３及び第４の給電点２２、３２、５２、６２を介して供給されると、以下に示すように、実施例１で説明した定在波と同様なものが発生する。
図１４において、第１の給電点２２から第２の給電点３２の方向をｘ方向とする。第１の給電点２２から第３の給電点５２の方向をｙ方向とする。
ｘ方向の定在波は、第１及び第２の給電点２２、３２から供給された電力の干渉と、第３及び第４の給電点５２、６２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第１及び第２の給電点２２、３２の間隔、及び第３及び第４の給電点５２、６２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
他方、ｙ方向の定在波は、第１及び第３の給電点２２、５２から供給された電力の干渉と、第２及び第４の給電点３２、６２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第１及び第３の給電点２２、５２の間隔、及び第２及び第４の給電点３２、６２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
上記ｘ方向及びｙ方向において、それぞれ、電力の強さの分布が一様な強さであれば、ｘｙ面としての電力の強さの分布は一様な強さになる。
【０１０５】
さて、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０１０６】
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。
（実施例５）
【０１０７】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１〜実施例４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１５は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の一対の電極及び第１〜第８の給電点の説明図である。
【０１０８】
最初に、装置全体の構成を説明する。装置構成は、実施例４の場合と同様であるが、実施例４と異なる点は、前記電極の側面に、前記高周波電源の出力電力がプラズマ中を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させていることである。
ここでは、間隔を該波長の四分の三とし、給電点の数を８個とする。
【０１０９】
図１５において、符番７２は第５の給電点、符番７０は第５の電流導入端子である。
図示しない符番６５は第５の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は図示しない第５のランダム位相変調器６６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番６６は第５のランダム位相変調器で、第５の発信器６５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番６７は第５の増幅器で、第５の発信器６５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第５のインピーダンス整合器６８へ伝送する。符番７０は第５の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル６９と真空容器内に設置の第５の給電線７１を接続し、該第５の給電線７１を介して前記第５のインピーダンス整合器６８の出力を第５の給電点７２に伝送する。図示しない符番７１は第５の給電線で、第５のインピーダンス整合器６８の出力を第５の給電点７２へ伝送する。
なお、第５の給電線７１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第５の発信器６５、第５のランダム位相変調器６６及び第５の増幅器６７から構成される第５の高周波電源と第５のインピーダンス整合器６８から成る電力供給系を第５の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第３の電力増幅器４７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の電力増幅器４７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。
【０１１０】
図１５において、符番８２は第６の給電点、符番８０は第６の電流導入端子である。
図示しない符番７５は第６の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は第６のランダム位相変調器７６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番７６は第６のランダム位相変調器で、第６の発信器７５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番７７は第６の増幅器で、第６の発信器７５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第６のインピーダンス整合器７８へ伝送する。符番８０は第６の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル７９と真空容器内に設置の第６の給電線８１を接続し、該第６の給電線８１を介して前記第６のインピーダンス整合器７８の出力を第６の給電点８２に伝送する。符番８１は第６の給電線で、第６のインピーダンス整合器７８の出力を第６の給電点８２へ伝送する。
なお、第６の給電線８１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第６の発信器７５、第６のランダム位相変調器７６及び第６の増幅器７７から構成される第６の高周波電源と第６のインピーダンス整合器７８から成る電力供給系を第６の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第６の電力増幅器７７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６の電力増幅器７７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。
【０１１１】
図１５において、符番９２は第７の給電点、符番９０は第７の電流導入端子である。
図示しない符番８５は第７の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は図示しない第７のランダム位相変調器８６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番８６は第７のランダム位相変調器で、第７の発信器８５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番８７は第７の増幅器で、第７の発信器８５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第７のインピーダンス整合器８８へ伝送する。符番９０は第７の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル８９と真空容器内に設置の第７の給電線９１を接続し、該第７の給電線９１を介して前記第７のインピーダンス整合器８８の出力を第７の給電点９２に伝送する。符番９１は第７の給電線で、第７のインピーダンス整合器８８の出力を第７の給電点９２へ伝送する。
なお、第７の給電線９１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第７の発信器８５、第７のランダム位相変調器８６及び第７の増幅器８７から構成される第７の高周波電源と第７のインピーダンス整合器８８から成る電力供給系を第７の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第７の電力増幅器８７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７の電力増幅器８７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。
【０１１２】
図１５において、符番１０２は第８の給電点、符番１００は第８の電流導入端子である。
図示しない符番９５は第８の発信器で、周波数１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ（ＶＨ帯域）ないし３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生し、かつ、その正弦波信号の位相は図示しない第８のランダム位相変調器９６で、ランダムに変調される。なお、後述するように、該正弦波信号の位相をランダムに変調することにより、後述の他の電力供給系の出力間の相互の干渉性を低減することが可能である。
図示しない符番９６は第８のランダム位相変調器で、第８の発信器９５の正弦波信号の位相をランダムに変調する機能がある。
図示しない符番９７は第８の増幅器で、第８の発信器９５から送信されるランダム位相変調された正弦波信号の電力を増幅して、同軸ケーブルを介して第８のインピーダンス整合器９８へ伝送する。符番１００は第８の電流導入端子で、大気側の同軸ケーブル９９と真空容器内に設置の第８の給電線１０１を接続し、該第８の給電線１０１を介して前記第８のインピーダンス整合器９８の出力を第８の給電点１０２に伝送する。符番１０１は第８の給電線で、第８のインピーダンス整合器９８の出力を第８の給電点１０２へ伝送する。
なお、第８の給電線１０１には、図示しない管状の絶縁材を取り付けて、その近傍での異常放電を抑制している。
ここでは、第８の発信器９５、第８のランダム位相変調器９６及び第８の増幅器９７から構成される第８の高周波電源と第８のインピーダンス整合器９８から成る電力供給系を第８の電力供給系と呼ぶ。
なお、前記第８の電力増幅器９７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８の電力増幅器９７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。
【０１１３】
次に、上記構成のプラズマ表面処理装置を用いて、ａ−Ｓｉ太陽電池用アモルファスＳｉ製造装置用のＳｉＨ４ガスのプラズマ発生装置及び方法を説明する。
【０１１４】
先ず、第１の予備試験として、以下に示す電力供給系の調整を行う。
図１５において、予め、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【０１１５】
次に、前記第１の発信器１５、第１のランダム位相変調器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２０、第１の給電線２１から成る第１の電力供給系を用いて、第１の給電点２２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【０１１６】
次に、前記第２の発信器２５、第２のランダム位相変調器２６、第２の電力増幅器２７、第２のインピーダンス整合器２８、第２の電流導入端子３０、第２の給電線３１から成る第２の電力供給系を用いて、第２の給電点３２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第２のインピーダンス整合器２８を調整することにより、該インピーダンス整合器２８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。
【０１１７】
次に、前記第３の発信器４５、第３のランダム位相変調器４６、第３の電力増幅器４７、第３のインピーダンス整合器４８、第３の電流導入端子５０、第３の給電線５１から成る第３の電力供給系を用いて、第３の給電点５２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第３のインピーダンス整合器４８を調整することにより、該インピーダンス整合器４８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。
【０１１８】
次に、前記第４の発信器５５、第４のランダム位相変調器５６、第４の電力増幅器５７、第４のインピーダンス整合器５８、第４の電流導入端子６０、第４の給電線６１から成る第４の電力供給系を用いて、第４の給電点６２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第４のインピーダンス整合器５８を調整することにより、該インピーダンス整合器１８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。
【０１１９】
次に、前記第５の発信器６５、第５のランダム位相変調器６６、第５の電力増幅器６７、第５のインピーダンス整合器６８、第５の電流導入端子７０、第５の給電線７１から成る第５の電力供給系を用いて、第５の給電点７２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器６８を調整することにより、該インピーダンス整合器６８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。
【０１２０】
次に、前記第６の発信器７５、第６のランダム位相変調器７６、第６の電力増幅器７７、第６のインピーダンス整合器７８、第６の電流導入端子８０、第６の給電線８１から成る第６の電力供給系を用いて、第６の給電点８２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第６のインピーダンス整合器７８を調整することにより、該インピーダンス整合器７８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。
【０１２１】
次に、前記第７の発信器８５、第７のランダム位相変調器８６、第７の電力増幅器８７、第７のインピーダンス整合器８８、第７の電流導入端子９０、第７の給電線９１から成る第７の電力供給系を用いて、第７の給電点９２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第７のインピーダンス整合器８８を調整することにより、該インピーダンス整合器８８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。
【０１２２】
次に、前記第８の発信器９５、第８のランダム位相変調器９６、第８の電力増幅器９７、第８のインピーダンス整合器９８、第８の電流導入端子１００、第８の給電線１０１から成る第８の電力供給系を用いて、第８の給電点１０２を介して一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力、例えば２５０Ｗを供給する。
この場合、前記第８のインピーダンス整合器９８を調整することにより、該インピーダンス整合器９８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。
【０１２３】
ここで、前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の電力供給系の出力２５０Ｗを、一旦、ゼロとする。そして、上記放電ガスの供給を、一旦、ゼロにする。その後、真空容器１を大気に戻して、上記基板を取り出す。
【０１２４】
次に、第２の予備試験として、以下に示す製膜試験を行う。図１５において、再度、基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０ａ、１０ｂ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６ａ、６ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば２５０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。
【０１２５】
次に、前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の電力供給系の周波数を６０ＭＨｚとし、出力をそれぞれ、２５０Ｗに設定する。合計で２ＫＷである。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。
【０１２６】
前記要領で、製膜時間を例えば１０〜２０分間にして、前記基板１１にアモルファスＳｉ膜を形成させる。 製膜後、真空容器１から前記基板１１を取り出して、該アモルファスＳｉ膜の膜厚み分布を評価する。基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布は、後述するように、ＶＨＦプラズマ固有の現象である定在波の発生により、正弦的な分布となる。このような、製膜試験を前記第１、第２、第３及び第４の電力供給系の周波数をパラメータに実施する。
例えば、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）、電力合計２ＫＷにおいて、周波数５６、５８、６０、６２、６４、６６ＭＨｚのデータを取得する。そして、第１及び第２の給電点を結ぶ方向、及び第１及び第３の給電点を結ぶ方向において、
基板１１に製膜されたアモルファスシリコン膜の厚みの分布にバラツキがあるか、否かを調査する。そのバラツキと出力の周波数の関係をデータとして把握する。 例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±１５％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６０ＭＨｚの場合、±５％、周波数６２ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１５％が得られる。
もしも、前記第１及び第２の給電点間隔の設定の用いたプラズマ伝播時の波長の推定が、上記実測値と異なる場合は、上記のようなデータでなく、例えば、周波数５６ＭＨｚの場合、±２０％、周波数５８ＭＨｚの場合、±１５％、周波数６０ＭＨｚの場合、±１０％、周波数６２ＭＨｚの場合、±５％、周波数６４ＭＨｚの場合、±１０％のようなデータになる。この場合は、アモルファスシリコン膜の厚み分布バラツキが最も少ない周波数を採用すれば良い。
【０１２７】
ところで、上記データは以下に示すような定在波が重なりあって、結果として、一様な膜厚み分布となるのである。
図１４において、上記前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の電力供給系の出力が第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点２２、３２、５２、６２、７２、８２、９２、１０２を介して供給されると、以下に示すように、実施例３で説明した定在波と同様なものが発生する。
図１５において、第１の給電点２２から第２の給電点３２の方向をｘ方向とする。第１の給電点２２から第３の給電点５２の方向をｙ方向とする。
ｘ方向の定在波は、第５及び第６の給電点７２、８２から供給された電力の干渉と、第７及び第８の給電点９２、１０２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第５及び第６の給電点７２、８２の間隔、及び第７及び第８の給電点９２、１０２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
他方、ｙ方向の定在波は、第１及び第３の給電点２２、５２から供給された電力の干渉と、第２及び第４の給電点３２、６２から供給された電力の干渉により、実施例１で説明した図８図示の第１及び第２の定在波が発生する。したがって、第１及び第３の給電点２２、５２の間隔、及び第２及び第４の給電点３２、６２の間隔が、それぞれ、上記条件で生成されたプラズマ中を伝播する際の電力の波長の四分の一の奇数倍であれば、上記第１及び第２の定在波の合成された強さは一様になる。
上記ｘ方向及びｙ方向において、それぞれ、電力の強さの分布が一様な強さであれば、ｘｙ面としての電力の強さの分布は一様な強さになる。
【０１２８】
さて、一般的に、一対の電極２、４間の電力の強さの分布とプラズマの強さの分布は比例関係にある。他方、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１１の表面に吸着されることによりａ−Ｓｉ膜が堆積するが、プラズマの強さの分布と膜厚みの分布は比例関係にある。電力の強さの分布が均一化されるということは、プラズマ密度及びラデイカル密度が大面積に亘って均一化されるという意味である。
したがって、一対の電極２、４間の電力の強さが上述の通り一様である場合は、その堆積膜の分布は一様になる。その結果、膜厚みのバラツキは一様になる。実用上必要な膜厚みのバラツキは５〜１０％であるので、それを達成することは容易に可能である。
このことは、波長λの四分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の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。
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ので、上記アモルファスシリコン膜の製膜と同様に可能であることは、当然のことである。
【０１２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】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】図２は図１図示のプラズマ表面処理装置に用いられる給電点の配置の説明図。
【図３】図３は図１図示のプラズマ表面処理装置で生成されるプラズマの領域を示す説明図。
【図４】図４は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第１の給電点から供給される電力の伝播路の説明図。
【図５】図５は図１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点を結ぶ方向における第２の給電点から供給される電力の伝播路の説明図。
【図６】図６は一対の電極間を正方向及び逆方向に伝播する電力波の説明図
【図７】図７は一対の電極間に発生の定在波の腹の位置を示す説明図。
【図８】図８は一対の電極間に発生の第１及び第２の定在波の強さの分布を示す説明図。
【図９】図９は実施例２に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図１０】図１０は図９図示のプラズマ表面処理装置の構成部材である第１の電極の付属部材である非接地の導体板の構成を示す説明図。
【図１１】図１１は図９図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の給電点の配置及び電力の伝播方向を示す説明図。
【図１２】図１２は実施例３に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図１３】図１３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概略図。
【図１４】図１４は図１３図示のプラズマ表面処理装置の第１〜第４の給電点の説明図。
【図１５】図１５は実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の一対の電極及び第１〜第８の給電点の説明図。
【符号の説明】
【０１３１】
１・・・真空容器、
２・・・第１の電極、
３・・・図示しない基板ヒータ、
４・・・第２の電極、
５ａ、５ｂ・・・絶縁部材、
６ａ、６ｂ・・・ガス導入菅、
７・・・ガスシャワー孔、
９ａ、９ｂ・・・排気管、
１０ａ、１０ｂ・・・図示しない真空ポンプ、
１１・・・基板、
１５・・・第１の発信器、
１６・・・第１のランダム位相変調器、
１７・・・第１の増幅器、
１８・・・第１の電流導入端子、
１９・・・同軸ケーブル、
２０・・・第１の電流導入端子、
２１・・・第１の給電線、
２２・・・第１の給電点、
２５・・・第２の発信器、
２６・・・第２のランダム位相変調器、
２７・・・第２の増幅器、
２８・・・第２のインピーダンス整合器２８、
２９・・・同軸ケーブル２９、
３０・・・第２の電流導入端子、
３１・・・第２の給電線、
３２・・・第２の給電点、
２００ａ・・・第１の非接地の導体板、
２００ｂ・・・第２の非接地の導体板、
２０１ａ・・・第１の絶縁材、
２０１ｂ・・・第２の絶縁材、
２０２ａ・・・第１の開口、
２０２ｂ・・・第２の開口。
【特許請求の範囲】
【請求項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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられるプラズマ表面処理方法であって、前記電力供給系から前記電極への電力供給箇所即ち給電点を、前記非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、前記電力供給系からの電力がプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個配置し、該複数の給電点に個々に、互いに独立した関係にある高周波電源から出力される電力を供給し、前記電極間に複数の、空間的、時間的に変動しない互いに独立した関係にある電力の定在波を発生させることにより該電極間の電力分布を一様化することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ表面処理方法において、前記複数の高周波電源の出力電力の電圧の位相を、個々に、別々のランダム位相変調器を用いてランダムに変調させ、該複数の高周波電源の出力電力間の相互の干渉性を低減することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記高周波電源に、発振器とランダム位相変調器と増幅器から構成される高周波電源を用いることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極を平板型の電極として、該非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で、複数個の給電点を配置させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極を平板型の電極として、該電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させ、かつ、該複数個の個々の給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極に矩形状の平板型の電極を用い、該電極の対向する２側面に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板を接続することにより、前記電力供給系から前記給電点へ供給される電力の該給電点から該導体板方向の伝播路を介した該一対の電極間への伝播を遮断することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極を平板の矩形の電極とし、その辺の長さを前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値にすることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極の互いに対向する側面に複数の給電点を配置させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記高周波電源の出力の周波数は、１３、５６ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＨＦ帯域ないしＶＨＦ帯域に属していることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項１０】
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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、発生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であって、前記高周波電源は、発振器とランダム位相変調器と電力増幅器から成り、かつ、複数個の給電点が前記非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、あるいは、該非接地電極の側面に配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプラズマ表面処理装置において、前記複数個の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のプラズマ表面処理装置において、前記複数個の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるとともに、該給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理装置において、前記非接地電極に、矩形状の平板型の電極が用いられるとともに、該電極の対向する２辺に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板が接続されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理装置において、前記非接地電極を、平板の矩形の電極とし、かつ、その辺の長さが前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値であるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１５】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理装置において、前記非接地電極が矩形平板の電極であり、該電極の側面に複数の給電点が配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、生成したプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられるプラズマ表面処理方法であって、前記電力供給系から前記電極への電力供給箇所即ち給電点を、前記非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、前記電力供給系からの電力がプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個配置し、該複数の給電点に個々に、互いに独立した関係にある高周波電源から出力される電力を供給し、前記電極間に複数の、空間的、時間的に変動しない互いに独立した関係にある電力の定在波を発生させることにより該電極間の電力分布を一様化することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ表面処理方法において、前記複数の高周波電源の出力電力の電圧の位相を、個々に、別々のランダム位相変調器を用いてランダムに変調させ、該複数の高周波電源の出力電力間の相互の干渉性を低減することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記高周波電源に、発振器とランダム位相変調器と増幅器から構成される高周波電源を用いることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極を平板型の電極として、該非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で、複数個の給電点を配置させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極を平板型の電極として、該電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させ、かつ、該複数個の個々の給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で複数個の給電点を配置させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極に矩形状の平板型の電極を用い、該電極の対向する２側面に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板を接続することにより、前記電力供給系から前記給電点へ供給される電力の該給電点から該導体板方向の伝播路を介した該一対の電極間への伝播を遮断することを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極を平板の矩形の電極とし、その辺の長さを前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値にすることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ表面処理方法において、前記非接地電極の互いに対向する側面に複数の給電点を配置させることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、前記高周波電源の出力の周波数は、１３、５６ＭＨｚ〜３００ＭＨｚのＨＦ帯域ないしＶＨＦ帯域に属していることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項１０】
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、非接地電極と接地電極から成る一対の電極と、高周波電源及びインピーダンス整合器から成る電力供給系と、プラズマ処理すべき基板を配置する基板保持手段とを具備し、発生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であって、前記高周波電源は、発振器とランダム位相変調器と電力増幅器から成り、かつ、複数個の給電点が前記非接地電極の裏面即ちプラズマを生成する空間から見て裏側の面に、あるいは、該非接地電極の側面に配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプラズマ表面処理装置において、前記複数個の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のプラズマ表面処理装置において、前記複数個の給電点は該非接地電極の裏側の面に、一直線上に前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるとともに、該給電点から該直線に直交する方向に、前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の奇数倍に等しい間隔で配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理装置において、前記非接地電極に、矩形状の平板型の電極が用いられるとともに、該電極の対向する２辺に、前記真空容器の壁を貫通して設置され、かつ該真空容器と電気的に絶縁された導体板が接続されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理装置において、前記非接地電極を、平板の矩形の電極とし、かつ、その辺の長さが前記高周波電源の出力のプラズマ内を伝播する際の波長の四分の一の整数倍に等しい値であるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１５】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理装置において、前記非接地電極が矩形平板の電極であり、該電極の側面に複数の給電点が配置されるという構成を有することを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−３３２７０４（Ｐ２００６−３３２７０４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【公開請求】
【出願番号】特願２００６−２２３９８５（Ｐ２００６−２２３９８５）
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（３０３０３４９０８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２３９８５（Ｐ２００６−２２３９８５）
【出願日】平成１８年８月２１日（２００６．８．２１）
【出願人】（３０３０３４９０８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]