プラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置
【課題】
プラズマＣＶＤ及びプラズマエッチングの分野において、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化、プラズマ励起電力の増大化及び使用電源の複数化等に伴う問題として、インピーダンス整合の調整不適合及び電力電送線路の破損等が注目されている。これは製品の歩留まり及び生産設備の稼働率を左右する問題であり、早期の解決が求められている。
【解決手段】
インピーダンスの整合器と放電電極の給電点の間に３端子サーキュレータを配置し、この３端子サーキュレータを介して前記給電点に電力を供給するとともに、前記放電電極からの反射波を前記３端子サーキュレータに接続された無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法及びその装置。
プラズマＣＶＤ及びプラズマエッチングの分野において、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化、プラズマ励起電力の増大化及び使用電源の複数化等に伴う問題として、インピーダンス整合の調整不適合及び電力電送線路の破損等が注目されている。これは製品の歩留まり及び生産設備の稼働率を左右する問題であり、早期の解決が求められている。
【解決手段】
インピーダンスの整合器と放電電極の給電点の間に３端子サーキュレータを配置し、この３端子サーキュレータを介して前記給電点に電力を供給するとともに、前記放電電極からの反射波を前記３端子サーキュレータに接続された無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法及びその装置。
【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プラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置に関する。特に、薄膜太陽電池、薄膜トランジスタ、電子写真用感光体及び半導体デバイ等に用いられる薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法及びプラズマＣＶＤ装置、並びに各種電子デバイスの微細加工に用いられるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池の発電膜であるアモルファスＳｉ膜及び微結晶Ｓｉ膜、並びに液晶デイスプレイの等薄膜トランジスタ等の絶縁性薄膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等）の形成に用いられるプラズマＣＶＤ装置の応用分野では、製造する製品の生産コストを低減するために、製膜の高速化及び基板サイズの大面積化（１ｍｘ１ｍを超える面積）が求められている。このニーズに対応するために、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化（周波数帯域３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、プラズマ励起電力の増大化、及び使用電源の複数化等に関する技術開発が行われている。
また、多結晶シリコン太陽電池の反射膜及びパッシベーション膜等に用いられる窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜等の形成に用いられるプラズマＣＶＤ装置の応用分野においても、同様のニーズに対応するために、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化（周波数帯域３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、プラズマ励起電力の増大化、及び使用電源の複数化等に関する技術開発が行われている。
【０００３】
上記技術開発において、近年、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化（周波数帯域３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、プラズマ励起電力の増大化、及び使用電源の複数化等に伴う問題として、
以下に示す特許文献１ないし５にも指摘されているように、インピーダンス整合の調整不適合及び電力伝送線路の破損（焼損）等に関わる問題が注目されている。
なお、この問題は、従来のプラズマ生成源の電極の構造が主として平行平板電極であり、その電極には、例えば非特許文献３に記載されているように多大な電力損失が生じるという問題が依然として残っている中で、例えば非特許文献２に記載されているような大電力を必要とする高品質微結晶シリコン系膜の応用が実用化され、その需要が増大していることから、重要視されるようになった。
【０００４】
特許文献１には、ＶＨＦプラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する高周波破損の問題についての指摘がある。
製膜対象の基板サイズが大きくなるにつれて、プラズマを生成するための電力量が増大し、電極の端部で反射される反射波の電力が大きくなり、その影響が無視できなくなる。
特に、高周波電源からの高周波電力を電極に供給する電送線路の特性インピーダンスと電極のインピーダンスとの間で整合が取れない場合には、電極端部で反射された入射電力が直接、高周波電源に戻り、高周波電源が破損することが有る。例えば、１ｍｘ１ｍ以上の面積の基板に製膜を施すには、２０ＫＷ以上の高周波電力を電極に入射させることが必要であり、電極の電力入射端において４０％が反射される場合、８ＫＷが高周波電源に戻ってくることになり、高周波電源の故障原因となる。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
真空室と、前記真空室の内部に設置される共通グランド上に載置され、基板に対向するように配設される電極と、前記電極に対して前記基板と反対方向に配設され、前記共通グランドと電気的に接続される防着板と、前記電極に規定の電圧周波数を有する高周波電力を供給し、前記電極における前記高周波電力の電圧位相を変化させるための移相部を備えた高周波電源と、前記電極の端部それぞれを前記真空室の外部に配置されている前記高周波電源に接続し、前記高周波電源から出力される前記高周波電力を前記電極の前記端部それぞれに伝送するための伝送線路と、前記伝送線路それぞれに直列に接続され、前記高周波電源と前記電極とのインピーダンスを整合するための整合器と、前記電極に接続されて、前記電極のインピーダンスの値を調整するための電極インピーダンス調整部と、を具備し、前記電極インピーダンス調整部は、前記電極と前記防着板とを並列に接続する、複数のインダクタ、またはコンデンサであり、前記インダクタ、またはコンデンサは、前記防着板に電気的に接続される導電性部材であるアースバーを介して前記防着板に接続される真空処理装置。
【０００５】
特許文献２には、ＶＨＦプラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する高周波破損の問題についての指摘がある。
放電電極の互いに対向した端部のそれぞれの位置に給電点を設け、その給電点に同軸直管型の電送線路及び整合器を介して高周波電源の出力を供給するようにした構成を有するＶＨＦプラズマＣＶＤ装置において、大面積の基板に製膜を行う場合、放電電極への電力を大量に供給する必要がある。
このような装置において、電送線路の特性インピーダンスと放電電極のインピーダンスの間で整合が取れない場合、放電電極で反射された反射電力により高周波電源の破損が起こることがある。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
高周波電力によりプラズマを形成し、該プラズマにより基板を処理する基板処理装置であって、規定の周波数を有する高周波電力を出力する高周波電源と、前記基板を支持する対向電極と、前記高周波からの高周波電力が供給される給電点を両端部にそれぞれ有し、該高周波電力により前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、前記放電電極と前記高周波電源とを電気的に接続し、前記高周波電源から出力される高周波電力を前記放電電極の前記各給電点にそれぞれ電送する電送線路と、前記伝送線路に接続され、前記高周波電と前記放電電極とのインピーダンスを整合させる整合器と、前記伝送線路における前記整合器と前記放電電極の各給電都の間にそれぞれ接続点を設け、該接続点間を電気的に接続する第１のループ回路と、前記第１のループ回路に接続された第１のインピーダンス素子と、前記電送線路の前記接続点と前記放電電極との間に接続された第２のインピーダンス素子と、を備えた基板処理装置。
【０００６】
特許文献３には、複数の高周波電源を有するスパッタ用のプラズマ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する基板バイアスの管理不完全化の問題についての指摘がある。
スパッタ電極と基板電極を有するプラズマスパッタ装置において、例えば、２つの高周波電源、即ち第１及び第２の高周波電源を有し、それぞれの出力をそれぞれの整合器、即ち第１の整合器及び第２の整合器を介して該スパッタ電極及び基板電極に供給する場合、次の問題が起こる。
例えば、第２の高周波電源の出力を第２の整合器を介して基板電極に供給するに際し、インピーダンスの整合を取る場合、第１の高周波電源の出力が第１の整合器を介してスパッタ電極に供給された電力の誘導を受け、第２の高周波電源の出力の反射波と上記第１の高周波電源の出力の誘導に起因する干渉波との区別ができないので、第２の整合器によるインピーダンス整合が正しく出来ない、という課題がある。
上記の例では、基板電極に関するインピーダンス整合は、第２の整合器を調整し、反射波が最小となった時に最も正しく整合したことになるが、その整合調整に際し、複数電源からの出力の区別ができないことから、正しい整合ができない、という問題がある。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
基板電極と対向電極との両電極にそれぞれ高周波エネルギを供給するか、もしくは前記両電極の少なくとも一方を複数の電極に分割し、その分割された各電極にそれぞれ高周波エネルギを供給して、プラズマを発生させ、前記基板電極上もしくはその近傍に配置された基板に表面にプラズマ処理を施す方法において、前記各電極に供給する高周波エネルギとしてそれぞれ互いに出力周波数の異なる高周波エネルギを供給し、かつ前記高周波エネルギを供給した電極からの反射波出力を検出して前記電極と高周波電源とのインピーダンス整合を図る手段を配設するとともに前記反射波出力の検出は他極に供給された前記周波数の異なる高周波エネルギの誘導からの干渉波出力を除去し自極に対応する高周波電源から直接供給された特定周波数の高周波エネルギに基づく反射波出力のみを選択的に検出して前記インピーダンス整合を図るようにしたことを特徴とするプラズマ処置方法。
【０００７】
特許文献４には、複数の高周波電源を有するプラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因するプラズマ生成の不安定化の問題についての指摘がある。
ＶＨＦ帯の高周波電力を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤ法において、複数の異なる周波数の電力を反応容器中に同時に供給する場合、複数の高周波電力が干渉し、従来のインピーダンス調整法ではその干渉の影響で正確なインピーダンス調整が出来ない場合がある。
例えば、第１の高周波電力と、第２の高周波電力を同時に反応容器に供給する場合、第１の高周波電力は反応容器中を伝搬して第２の高周波電力供給系に入り込んでしまう。その結果、第２の高周波電力供給系では本来存在しないはずの第１の高周波電力が反射波として存在するかのような状態となってしまい、パワーメータや位相検出器、インピーダンス検出器の出力が整合状態を正確に反映しなくなってしまう場合がある。第１の高周波電力系においても、これと同様の現象が生じ、整合状態が正確に把握できない状態になってしまう場合がある。
その結果、真の整合ポイントとは大きく異なったインピーダンスの整合が行われ、プラズマの不安定さを引き起こす場合が生じる、という課題がある。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
周波数の異なる複数の高周波電力を反応容器に導入し、該反応容器中で原料ガスを分解することにより、前記反応容器中に設置した被処理物に処理を施すプラズマ処理方法において、少なくとも１つの高周波電力は高周波電源から出力された後、３ポート・サーキュレータ、整合器をこの順番で介した後、高周波電極から反応容器中に導入され、前記３ポート・サーキュレーターと前記高周波電源の間に設けられた入射電力検出手段から出力される信号、及び、前記３ポート・サーキュレーターの反射電力出力ポートと前記反射電力出力ポートに接続された無反射終端との間に設けられた反射電力検出手段から出力される信号とに基づいて前記整合器におけるインピーダンス調整を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【０００８】
特許文献５には、プラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する高周波破損の問題についての指摘がある。
１つの放電用電極に複数の、例えば、２つの高周波電源が接続される構成のプラズマＣＶＤ装置において、一方の高周波電源からの電力が放電電極を介して他方の高周波電源に逆流・干渉する。その結果、それぞれの干渉波が２つの高周波電源に互いに侵入し、最悪の場合、それら高周波電源が損傷する恐れがある。
また、高周波電源が相互に干渉するため、それぞれの高周波電源に接続されている整合器の調整に際し、それぞれの整合条件を変化させてしまい、互いに適正な整合が行えなかった。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
反応容器内に配置された放電用電極へ給電を行う複数の高周波電源と、前記放電用電極と前記高周波電源間に配置された、反射電力を分離処理する逆流防止回路とを具備したことを特徴とする高周波プラズマ生成装置。
前記逆流防止回路は、高周波電源からの電力を分岐するサーキュレータと、このサーキュレータに電気的接続されて電力を測定する方向性結合器と、前記サーキュレータに電気的に接続されて電力を消費する負荷とを具備することを特徴とする、上記高周波プラズマ生成装置。
前記放電用電極と逆流防止回路間に整合器を配置し、逆流防止回路で処理する反射電力値が極大となるように制御することを特徴とする高周波プラズマ生成装置。
前記逆流防止回路で処理する反射電力値をモニターし、この反射電力値を基に前記整合器の条件を制御することを特徴とする高周波プラズマ生成装置。
【０００９】
次に、上記問題の関連技術に関わる非特許文献１ないし３に記載の事項を以下に列記する。
【００１０】
非特許文献１には、平行平板電極を用いたプラズマＣＶＤにより得られる膜の均一性に関する理論的及び実験的研究結果が示されている。膜の均一性は、使用する電源周波数に依存し、次式に従うことが記載されている。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
この式は、膜の均一性は、使用される電力のプラズマ中での波長に依存することを示している。
例えば周波数が６０ＭＨｚ（真空中の波長λ０＝５ｍ）、プラズマ中での波長短縮率λ／λ０が０．６５の場合、ｃｏｓ２（２πｘ／λ）の平坦部は基板中央点近傍のλ／８の範囲であるとすると、直径４０ｃｍ程度の面積に亘ってほぼ均一な膜が得られる、という意味である。
したがって、プラズマ励起にＶＨＦ（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）帯域の周波数を用いると、波長が短くなるので、基板サイズが１ｍｘ１ｍ程度以上になれば、一般に、膜の均一化は出来ない、と言える。
【００１１】
非特許文献２には、平行平板電極を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤにより、集積化タンデム型薄膜太陽電池用の結晶質ｉ層膜の高品質、高速製膜に関する技術が示されている。即ち、ＶＨＦプラズマＣＶＤによる高品質の微結晶シリコンの製膜では大電力の供給が必要である、ということが記載されている。
実験条件として、平行平板電極のサイズ：直径１０ｃｍ、原料ガス：高水素希釈ＳｉＨ４、圧力：２〜４Ｔｏｒｒ（１３３〜５３２Ｐａ）、基板温度：２５０℃、電源周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合、２．５４Ｗ／ｃｍ２、２．５ｎｍ／ｓの場合、３．４Ｗ／ｃｍ２とすることにより、高品質の微結晶Ｓｉが得られることが示されている。
また、１．７〜２．５ｎｍ／ｓという高速製膜条件においても、周波数６０ＭＨｚのＶＨＦプラズマＣＶＤを用いることにより、高品質の微結晶Ｓｉが得られることが示されている。
上記の製膜速度と投入電力のデータによれば、投入電力は、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合、２．５４Ｗ／ｃｍ２であり、２．５ｎｍ／ｓの場合、３．４Ｗ／ｃｍ２である。これは、平行平板電極を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤ装置により高品質の結晶質ｉ層膜を製造するには、非常に大きい電力が必要である、ということを示している。例えば、基板面積が１１０ｃｍｘ１４０ｃｍ（１５４００ｃｍ２）の場合には、単純に比例計算すれば、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合は３９．１ＫＷの大電力が必要で、２．５ｎｍ／ｓの場合は５２．４ＫＷが必要であることを意味している。
【００１２】
非特許文献３には、平行平板電極を用いたプラズマ生成における電力消費に関する研究結果が示されている。
即ち、直径３０ｃｍの真空容器に設置された平行平板電極（サイズ：直径１５ｃｍ、電極間隔：５ｃｍ）に１３．５６ＭＨｚの電力を、インピーダンス整合器を介して投入して、Ｎ２プラズマの生成実験が行われ、投入された電力の消費量が測定され、そのデータが示されている。
具体的データとして、電源出力（３００Ｗ）の約５２％が平行平板電極間で消費され、残り４８％はそれ以外の場所で消費（インピーダンス整合器１２％、伝送回路２４％、電極と真空容器内壁間などでの無効プラズマ生成１２％）される、ということが示されている。
上記データによれば、平行平板電極を用いたＲＦプラズマＣＶＤ装置では、電源から投入された電力の有効消費量は約５２％、即ち、目的とする電極間で消費されるのは電源出力の約５２％である、ということを意味している。
したがって、平行平板電極を用いたプラズマ生成装置では、投入された電力の約５０％は目的のプラズマ生成以外で消費されている、と言える。
【００１３】
【特許文献１】特許第４７８６２８９号（図１〜図５、図８）
【特許文献２】特開２０１１−１７０７６（図３〜図８）
【特許文献３】特公平７−１００８３（図１、図２、図４、図６、図７）
【特許文献４】特開２００４−１５６０５９（図１〜図７）
【特許文献５】特開２００２−１１０５６６（図１、図３）
【００１４】
【非特許文献１】Ａ．Ｐｅｒｒｅｔ、Ｐ．Ｃｈａｂｅｒｔ、Ｊ．Ｐ．Ｂｏｏｔｈ、Ｊ．Ｊｏｌｌｙ、Ｊ．Ｇｕｉｌｌｏｎ ａｎｄ Ｐｈ．Ａｕｖｒａｙ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．２（１４ Ｊｕｌｙ ２００３）、２４３−２４５．
【非特許文献２】Ｍ．Ｋｏｎｄｏ、Ｍ．Ｆｕｋａｗａ、Ｌ．Ｇｕｏ、Ａ．Ｍａｔｓｕｄａ：Ｈｉｇｈ ｒａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ ２６６−２６９（２０００）、８４−８９．
【非特許文献３】Ｊ．Ａ．Ｂａｇｇｅｒｍａｎ、Ｒ．Ｊ．Ｖｉｓｓｅｒ、ａｎｄ Ｅ．Ｊ．Ｈ．Ｃｏｌｌａｒｔ：Ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｎ２ ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｖｏｌ．７６、Ｎｏ．２、１５ Ｊｕｌｙ １９９４、７３８−７４６．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記特許文献１〜５において、従来のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置が有する課題がいろいろと指摘されているが、依然として解決されていない状況にある。
この課題の所在を明確にするために、上記課題、即ち、生産設備の稼働率低下及び製品の歩留まりの低下の原因である高周波固有の定在波の発生による電力供給系の破損（焼損）問題、並びに複数の整合器を有するプラズマ表面処理装置における整合の不適合問題について、以下に、具体的に説明する。
【００１６】
先ず、高周波固有の定在波の発生に関する問題について説明する。
図７ないし図９に、従来のプラズマ表面処理装置の代表例として、平行平板電極を有するプラズマＣＶＤ装置の説明図を示す。図７は従来の平行平板電極を有するプラズマＣＶＤ装置の構成図、図８はインピーダンスの整合方法を説明するための、高周波電源と整合器と電極との関係を示すブロック図、図９は従来装置に用いられる整合器の構成図である。
【００１７】
図７ないし図９において、反応容器１０１にはプラズマを発生させるためのガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４を有する第１の電極１０２と基板１０４を載置する電気的に接地された第２の電極１０３が平行に設置されている。第１及び第２の電極１０２、１０３には、高周波電源１０５、同軸ケーブル１０７、整合器１０６、同軸ケーブル１０８、電流導入端子１１１、真空用同軸管１１２及び給電点１１３からなる電力供給系から、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの電力が供給される。
【００１８】
ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４には、ガス供給源１０９及びガス導入管１１０から成るガス供給系から、例えばシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の混合ガスが供給され、該ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４からその混合ガスが噴出する。噴出した混合ガスは、図示しない真空ポンプにより、排気管１１５ａ、１１５ｂを介して排気される。基板１０３は第２の電極１０３に内蔵された電気ヒータ（図示しない）により所定の温度に加熱される。
【００１９】
図７の装置を用いて基板１０３の表面に、例えば微結晶シリコン薄膜を形成する場合、ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４からシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の混合ガスを噴出させ、第１の電極と第２の電極間に、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの電力を供給する。該電力により該一対の電極間に強い電界が発生する。
強い電界が発生すると、その電界により加速された電子がシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の分子に衝突し、電離作用が発生する。ガス分子が電離すると、グロー放電即ちプラズマが発生する。プラズマが発生すると、プラズマ中の電子及びイオン等がシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の分子に衝突し、それを解離・分解させるので、種々のプラスイオン及びマイナスイオンの他に、化学的に活性で、電気的には中性の種々のラジカルが発生する。この場合、ラジカルとしては、例えば、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｈ等が発生する。そして、ラジカルは、プラズマの中から基板表面まで拡散現象で移動し、基板の面上に堆積する。その結果、基板上に微結晶シリコンが形成される。
【００２０】
製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、図７の装置を用いる場合、非特許文献１に記載のように、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
この式は、膜の均一性は、使用される電力のプラズマ中での波長に依存することを示している。例えば周波数が６０ＭＨｚ（真空中の波長λ０＝５ｍ）、プラズマ中での波長短縮率λ／λ０が０．６５の場合、ｃｏｓ２（２πｘ／λ）の平坦部は基板中央点近傍のλ／８の範囲であるとすると、直径４０ｃｍ程度の面積に亘ってほぼ均一な膜が得られる、という意味である。
【００２１】
高周波電源１０５は、一般的なプラズマ表面処理装置の場合、図８に示すように、発振器１２６、電力増幅器１２５、サーキュレータ１２３、反射波吸収負荷１２４、方向性結合器１２０、進行波検出器１２１、反射波検出器１２２から構成される。
高周波電源１０５の出力である進行波Ｗ（０）は、進行波検出器１２１により検出され、その値が表示される。また、高周波電源に戻ってくる反射波Ｗ（１１０）は、反射波検出器１２２により検出され、その値が表示される。
高周波電源１０５、同軸ケーブル１０７、整合器１０６及び同軸ケーブル１０８等からなる電力供給系を用いて電極の給電点１１３に電力を供給するに際し、整合器１０６を用い、電力供給の電送線路のインピーダンスと電力を消費する側の回路、即ち放電電極のインピーダンスの整合を図る。
【００２２】
上記整合器１０６は、一般に、インダクタと可変コンダクターで構成される。その一例を図９に示す。
なお、後述のインピーダンスの整合の調整方法では、図９のインダクタＬと可変コンダクターＣ１、Ｃ２を調整することにより、電力供給の電送線路と電極のインピーダンスの整合を図る。
【００２３】
インピーダンスの整合調整は次のように行う。図７ないし図９において、先ず、電力増幅器１２５の出力を進行波検出器１２１で検出する。これを、例えば進行波Ｗ（０）とする。次に、整合器１０６を通りぬけて上流側に戻ってくる反射波を反射波検出器１２２で検出する。これを、例えば反射波Ｗ（１１０）とする。次に、整合器１０６のインダクタＬとコンダクターＣ１、Ｃ２を調整し、反射波Ｗ（１１０）が発生しないようにする。
【００２４】
通常のプラズマＣＶＤ装置では、一般に整合器１０６の出力Ｗ（１）が供給されると、一対の電極側から反射波Ｗ（１１）が戻り、整合器１０６を通り、反射波Ｗ（１１０）が高周波電源内部に侵入する。反射波Ｗ（１１０）は、高周波電源１０５の構成部品である方向性結合器１２０、反射検出器１２２で検出され、表示される。
反射波Ｗ（１１０）はサーキュレータ１２３で反射波吸収負荷１２４に電送される。反射波吸収負荷１２４に電送された電力は吸収されて、消滅する。
【００２５】
整合器１０６を調整するに際し、高周波電源１０５の反射波Ｗ（１１０）がゼロにならない場合は、一般に、反射波Ｗ（１１０）が最小の値になるように、調整する。例えば、反射波Ｗ（１１０）の値が進行波Ｗ（０）の１０％程度以下に設定される。
この場合、給電点１１３と整合器１０６の間、あるいは高周波電源１０５の間に、進行波Ｗ（０）と反射波Ｗ（１１０）で定在波が発生する。定在波の腹の位置では電圧が最大になり、絶縁破壊あるいは放電がおこることがある。その結果、焼損に到る。
【００２６】
また、上記定在波による焼損問題は、基板面積が１ｍｘ１ｍを超える大面積の基板を対象にしたプラズマＣＶＤ装置で、頻繁に発生する。大面積の基板を対象にすると、一般に供給電力が大電力になるので、上記反射波の電力が増大し、電力供給系の構成部材である高周波電源、整合器及び同軸ケーブル等のいずれかに焼損（破損）が発生する頻度が高くなる。
例えば、特許文献１及び２に記載されているように、供給電力が数１０ＫＷ級になり反射波が供給電力の１０〜４０％級になると、電力供給系の構成部材である高周波電源、整合器及び同軸ケーブル等のいずれかに焼損（破損）が発生する。
その結果、装置の修理及びメインテナンスを頻繁に行うことが必要となり、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく低下する、という課題がある。
【００２７】
次に、複数の整合器を有するプラズマ表面処理装置において整合を取る際に発生する問題について、図１０を参照して説明する。
なお、図１０は複数の給電点を有する放電電極に高周波電源の出力が供給される場合の課題を説明するためのブロック図である。
図１０に示す構成を有する装置では、高周波電源１０５の２つの出力は、それぞれ、放電電極１０２の互いに対向する位置に設置された給電点１１３ａ、１１３ｂにそれぞれの整合器１０６ａ、１０６ｂを介して供給される。
図１０において、実線の矢印は、高周波電源の２つの出力の一方の出力に関する進行波及び反射波を示し、点線の矢印は、他方の出力に関する進行波及び反射波を示す。
図１０において、インピーダンスの整合は、次のように行なわれる。高周波電源１０５の一方の出力Ｗａ（０）を同軸ケーブル１０７ａを介して、整合器１０６ａに入力し、その出力の進行波Ｗａ（１）を放電電極の給電点１１３ａへ供給する。進行波Ｗａ（１）が給電点１１３ａに供給されると、給電点１１３ａあるいはその近傍から反射波Ｗａ（１１）が戻ってくる。
インピーダンスの整合の際、反射波Ｗａ（１１）が進行波Ｗａ（１）に比べて十分に小さい値になるように、整合器１０６ａが調整される。
他方、高周波電源１０５の他方の出力Ｗｂ（０）を同軸ケーブル１０７ｂを介して整合器１０６ｂに入力し、その出力の進行波Ｗｂ（１）を放電電極の給電点１１３ｂへ供給する。そうすると、給電点１１３ｂあるいはその近傍から反射波Ｗｂ（１１）が戻ってくる。
インピーダンスの整合の際、その反射波Ｗｂ（１１）が進行波Ｗｂ（１）に比べて十分に小さい値になるように、整合器１０６ｂが調整される。
【００２８】
ところが、高周波電源の２つの出力を上記２つの整合器１０６ａ及び１０６ｂを同時に使って一対の電極の給電点に供給すると、図１０に示すように、整合器１０６ａから供給された進行波Ｗａ（１）の一部分が一対の電極を通り、給電点１１３ｂから整合器１０６ｂ側に侵入する。その進入波Ｗａ（１２）は、整合器１０６ｂでは反射波Ｗｂ（１１）と同様の方向に入るので、整合器１０６ｂは反射波の値として、Ｗｂ（１１）＋Ｗａ（１２）を認識する。整合器１０６ｂは、Ｗｂ（１１）＋Ｗａ（１２）が最小値となるように、調整される。
その結果、真の整合ポイントとは大きく異なったインピーダンスの整合が行われ、プラズマの不安定さを引き起こすことが多々ある。即ち、本来のインピーダンス整合の状態が得られない、という問題が起こる。
同様に、図１０に示すように、整合器１０６ｂから供給された進行波Ｗｂ（１）の一部分が放電電極を通り、給電点１１３ａから整合器１０６ａ側に侵入する。その進入波Ｗｂ（１２）は、整合器１０６ａでは反射波Ｗａ（１１）と同様の方向に入るので、整合器１０６ａにＷａ（１１）＋Ｗｂ（１２）の反射波として認識される。整合器１０６ａは、Ｗａ（１１）＋Ｗｂ（１２）が最小値となるように、調整される。
その結果、真の整合ポイントとは大きく異なったインピーダンスの整合が行われ、プラズマの不安定さを引き起こすことが多々ある。即ち、本来のインピーダンス整合の状態が得られない、という問題が起こる。
【００２９】
したがって、単一の高周波電源の出力を分岐して複数の給電点に供給するという構成を有するプラズマ表面処理装置では、プラズマの安定した生成あるいは制御が困難となる。その結果、プラズマ生成状況が不安定になる。そのため、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく低下する、という課題がある。
また、複数の高周波電源の出力を放電電極に供給するという構成を有するプラズマ表面処理装置においても、上記と同様に、プラズマの安定した生成あるいは制御が困難である。その結果、プラズマ生成状況が不安定になる。そのため、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく低下する、という課題がある。
【００３０】
上述の通り、従来のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置には、大別して、２つの課題が有る。
第１の課題は、電力供給線路での定在波の発生に起因する装置の破損（焼損）問題に起因する生産設備の稼働率及び製品の歩留まりの著しい低下、という課題がある。
例えば、図７及び図８に示すような装置構成において、高周波電源１０５の出力が整合器１０６を介して給電点１１３に供給される場合、供給電力の一部分が給電点１１３あるいはその近傍で反射し、整合器１０６の方へ戻ってくるが、この反射波が定在波を発生する。
定在波が発生しても、供給電力が小さい場合は焼損問題を起こすことにならないが、大電力が供給されると、整合器１０６と給電点１１３の間で進行波と反射波が干渉して定在波を発生し、振幅が最大となる位置にはジュール熱が発生する。あるいは、絶縁破壊及び放電がおこる。その結果、電力供給系を構成する高周波電源、同軸ケーブル及び整合器のいずれかが破損（焼損）する、という問題が起こる。
【００３１】
第２の課題は、複数の高周波電源が用いられる場合及び一対の電極に複数の電力供給点が設置される場合、インピーダンスの整合が取れないという問題が起こる。即ち、インピーダンス整合の不適合の問題である。これにより、プラズマの安定した生成あるいは制御が困難となる。その結果、製品の歩留まりが著しく低下する。
この問題は、特許文献１、２及び５に記載のプラズマ表面処理装置、即ち、一対の電極の互いに対向する位置に給電点を設置し、それぞれの給電点にそれぞれの整合器を介して、高周波電源からの電力を供給するという構成を有する場合に起こる。
また、同様に、特許文献３及び特許文献４に記載のプラズマ表面処理装置、即ち、複数の高周波電源のそれぞれの出力をそれぞれの整合器を介して電極に供給する場合にも起こる。
【００３２】
本発明は、上記課題の解決を目的とするものである。即ち、従来のプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法が有するインピーダンス整合の調整不適合及び電力伝送線路の破損（焼損）等に関わる問題を解消することが可能なプラズマ表面処理及びプラズマ表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、上記の課題を解決可能なアイデイアを見出した。
【００３４】
本願に係る第１の発明のプラズマ表面処理方法は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、
前記整合器と前記一対の電極の間に３端子サーキュレータを配置し、該３端子サーキュレータを介して該一対の電極に電力を供給するとともに、該一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該３端子サーキュレータに接続された無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とする。
【００３５】
なお、上記無反射終端器は、反射波吸収負荷と呼ばれることもある。無反射終端器は入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。
【００３６】
本願に係る第２の発明のプラズマ表面処理方法は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記整合器と前記一対の電極の間に配置し、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器を接続し、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極を接続して前記高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を前記無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とする。
【００３７】
本願に係る第３の発明のプラズマ表面処理方法は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記一対の電極と前記複数の整合器との間にそれぞれに配置し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子と前記複数の整合器を個別に接続し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子と前記一対の電極を個別に接続して前記複数の高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とする。
【００３８】
本願に係る第４の発明のプラズマ表面処理方法は、上記本願に係る第１から第３までのいずれか１つの発明のプラズマ表面処理方法において、前記反応容器にプラズマ発光状況が観測される観測窓を設置し、その観測窓から観測されるプラズマ発光のスペクトルを測定するプラズマ発光スペクトル分析器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、前記観測窓から観測されるプラズマの発光スペクトルの中から選定される任意の波長の光の強さが最大となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにしたことを特徴とする。
【００３９】
本願に係る第５の発明のプラズマ表面処理方法は、上記本願に係る第１から第３までのいずれか１つの発明のプラズマ表面処理方法において、前記３端子サーキュレータと前記無反射終端器の間に方向性結合器を配置し、該方向性結合器を介して前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を検知する電力検出器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、該電力検出器で検出される電力値が最小となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにしたことを特徴とする。
【００４０】
本願に係る第６の発明のプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、
前記整合器と前記一対の電極の給電点の間に３端子サーキュレータを配置し、かつ、該３端子サーキュレータに前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を消費させる無反射終端器を接続したことを特徴とする。
【００４１】
本願に係る第７の発明のプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが、前記整合器と前記一対の電極の間に配置され、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器が接続され、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器が接続されるという構造を有することを特徴とする。
【００４２】
本願に係る第８の発明のプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが前記一対の電極と前記複数の整合器の間にそれぞれに配置され、前記複数の整合器にそれぞれに該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子が個別に接続され、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子に前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器が接続されるという構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、従来のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置が有する課題、即ち、電力供給線路での定在波の発生に起因する装置の破損（焼損）による生産設備の稼働率低下及び製品の歩留まりの低下、並びに複数の高周波電源が用いられる場合及び一対の電極に複数の電力供給点が設置される場合に起こるインピーダンス整合の不適合による生産設備の稼働率低下及び製品の歩留まりの低下等の課題が解消される。
本発明によれば、電力供給線路での定在波の生成要因である一対の電極からの反射波を無反射終端器で消滅することが可能となる。また、複数の高周波電源を用いる場合及び複数の給電点を有する場合のインピーダンス整合での干渉波（反射波と同じ方向に伝播してくる電力）を無反射終端器で消滅することが可能となる。したがって、従来の装置での課題が解消される。
これにより、従来の方法及び装置では困難視されているプラズマの安定した生成及び制御が可能となる。その結果、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく向上する。
特に、半導体や電子デバイス等の分野における大面積基板を対象にした高速、高品質シリコン系膜製造での生産性向上及び製造コストの低減に寄与できる効果は著しく大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
【図３】図３は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である
【図４】図４は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
【図５】図５は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である
【図６】図６は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
【図７】図７は従来の平行平板電極を有するプラズマＣＶＤ装置の構成図である。
【図８】図８はインピーダンスの整合方法を説明するための、高周波電源と整合器と電極との関係を示すブロック図である。
【図９】図９は従来装置に用いられる整合器の構成図である。
【図１０】図１０は複数の給電点を有する放電電極に高周波電源の出力が供給される場合の課題を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施例での説明では、プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン膜の製造方法の一例として、シリコン系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に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
先ず、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法を図１及び図２を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。図２は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
なお、本実施例ではプラズマを利用した製膜装置、即ち、プラズマＣＶＤ装置を説明しているので、放電用ガスにシラン（ＳｉＨ４）及び水素（Ｈ２）を用いているが、プラズマを利用したエッチング装置、即ち、プラズマエッチング装置の場合には、放電用ガスにエッチング用ガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）などが用いられる。また、プラズマによるスパッタ装置の場合には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２などが用いられる。
【００４７】
先ず、装置の構成を、図１及び図２を参照して説明する。
符番１は反応容器である。この反応容器１には、後述の放電用ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち非接地の第１の電極２と図示しない基板ヒータを内臓した接地された第２の電極３が配置されている。
符番２は第１の電極で、絶縁物で製作された支持手段１７を介して反応容器１に固着されている。なお、ここでは、第１の電極２を放電電極と呼ぶこともある。第１の電極２は、内部に放電用ガス噴出孔１４を有し、その形状は、例えば、箱形で、その材料はアルミニウム、アルミニウム系合金、あるいはＳＵＳ等の金属で、例えばアルミニウムである。サイズは、例えば、外寸法で、長さ１．２ｍｘ幅１．２ｍｘ高さ８ｃｍとする。なお、図示しない冷媒を通すパイプを内蔵しており、第１の電極２の温度を制御することが可能である。
符番３は第２の電極で、図示しない基板ヒータを内臓し、その上に設置される基板４の温度を１００〜３５０℃の範囲で、任意の温度に設定可能である。なお、第２の電極３は基板ヒータの他に、冷媒を通すパイプを内蔵しており、第２の電極３の温度を制御することが可能である。また、第２の電極３の形状は、例えば、矩形で、その材料は金属で、第１の電極２に平行に対向して設置される。その具体的なサイズは、例えば、外寸法で、長さ約１．３ｍｘ幅約１．３ｍｘ高さ約８ｃｍとする。
符番４は基板である。基板４は、図示しない基板搬入搬出装置で、第２の電極３に設置され、また、取り出される。ここでは、この基板４に微結晶シリコン膜が形成される。
符番１７は第１の電極２の支持手段で、材料は絶縁物、例えばセラミックである。第１の電極２を反応容器１に固定する。また、第１の電極２と反応容器１とを電気的に絶縁する。
【００４８】
第１及び第２の電極２、３の間隔は、図示しない第２の電極３の移動手段で上下に作動させることにより、予め、任意に設定可能であり、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で、例えば１０ｍｍに設定される。
【００４９】
符番９は、放電用ガス供給源であり、放電用ガスを供給する。ここでは、放電用ガスとして、シランガスＳｉＨ４と水素Ｈ２の混合ガスを、後述のガス供給管１０、絶縁性真空フランジ１８、放電用ガス噴出孔１４を介して、第１及び第２の電極２、３間に供給する。そのガスの流量は、放電用ガス供給源９に付属する流量計で制御される。
また、放電用ガス供給源９は、その出口の圧力を、１〜１０Ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば３．５Ｋｇ／ｃｍ２に設定する。また、そのガスの流量は、２〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で設定される。
符番１０は放電用ガス供給管である。放電用ガス供給源９から供給される放電用ガスを、絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。
符番１８は絶縁性真空用フランジである。絶縁性真空用フランジ１８は、気密性と電気的絶縁性を有し、放電用ガス供給管１０から供給される放電用ガスを放電用ガス噴出孔１４に送出する。
【００５０】
符番１４は放電用ガス噴出孔である。放電用ガス噴出孔１４は、直径約０．４〜１．０ｍｍ、例えば直径約０．５ｍｍで、多数個が設置される。噴出した放電用ガスは、排気管１５ａ、１５ｂから図示しない真空ポンプにより反応容器１の外部へ排出される。
符番１５ａ、１５ｂは排気管である。排気管１５ａ、１５ｂは図示しない真空ポンプと組み合わせて用いられ、反応容器１内のガスを排出する。
【００５１】
反応容器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、ここでは、放電用ガスが流量２〜２０ＳＬＭの範囲で、圧力１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度に調整できる。
なお、放電用ガスを供給しない場合、反応容器１の真空到達圧力は２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ（２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ）程度である。
【００５２】
符番５は高周波電源である。高周波電源５は、周波数１０〜１００ＭＨｚの任意の周波数の正弦波の信号を発生し、電力増幅して、出力する。高周波電源５には、図示しない出力値（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、その反射波による電力増幅器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。
符番７、符番８ａ、符番８ｂ、符番５１は同軸ケーブルで、高周波数の電力を電送することができる。
符番６は整合器である。整合器６の内部には、図９に示されるように、インダクタと可変コンダクターが配置されている。整合器６は、同軸ケーブル７を介して入力された高周波電源５の出力を、同軸ケーブル８ａ、後述の３端子サーキュレータ５０、同軸ケーブル８ｂ、後述の電流導入端子１１、後述の同軸型電力供給棒１２及び給電点１３から成る電力供給線路を介して、第１及び第２の電極２、３に供給する。そして、その一対の電極２、３のインピーダンスと電力供給線路のインピーダンスの整合を取ることができる。なお、整合を取ることについては、以下に詳しく説明する。
【００５３】
符番５０は３端子サーキュレータで、第１、第２及び第３の端子を有する。そして、第１の端子から入力された電力は矢印（図１を参照）の方向に沿って第２の端子に出力される。第２の端子から入力された電力は矢印（図１を参照）の方向に沿って第３の端子に出力される。第３の端子からの入力された電力は矢印（図１を参照）の方向に沿って第１の端子に出力される。なお、３端子サーキュレータ５０として、電力用途の市販品を用いることができる。
符番５２は無反射終端器である。反射波吸収負荷と呼ばれることもある。無反射終端器５２は入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。なお、無反射終端は純抵抗Ｒのみで構成する。なお、純抵抗Ｒの値は同軸ケーブルのインピーダンスを考慮し、調整する。
符番１１は電流導入端子で、反応容器１の気密を保持して、同軸ケーブル８ｂと同軸型電力供給棒１２を接続する。
符番１２は同軸型電力供給棒である。同軸型電力供給棒１２は電流導入端子１１を介して供給された同軸ケーブル８ｂからの電力を給電点１３に電送する。
符番１３は給電点である。給電点１３は電極２と同軸型電力供給棒１２との接続点であり、高周波電源５の出力が供給される。なお、高周波電源５の出力が給電点１３に給電されると、一対の電極２、３の間に、プラズマが生成される。
【００５４】
ここで、３端子サーキュレータ５０及び無反射終端器５２の機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図１及び図２において、３端子サーキュレータ５０の第１の端子に入力された電力Ｗ（１）は第２の端子からＷ（１）として出力され、電流導入端子１１、同軸型電力供給棒１２を介して給電点１３に供給される。そうすると、給電点１３及びその近傍で反射波Ｗ（１１）が発生する。その反射波Ｗ（１１）は同軸ケーブル８ｂを逆流し、３端子サーキュレータ５０の第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１を介して無反射終端器５２に入力される。無反射終端器５２に入力された反射波Ｗ（１１）は無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗ（１１）は消滅する。
したがって、３端子サーキュレータ５０から整合器６へ伝搬する電力は無い。これは、３端子サーキュレータ５０から上流側の電力電送線路において定在波が発生しない、ということを意味する。
また、給電点１３と３端子サーキュレータ５０間には定在波が発生しない条件が整う。これは、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間に定在波が発生しない、ということを意味する。
【００５５】
符番５３は観測窓である。観測窓５３は反応容器１内部のプラズマ生成状況を観測する窓で石英ガラスが用いられる。石英ガラスは気密性を保つように取り付けられる。また、放電用ガスのプラズマからの汚れを防ぐために、シャッター機構を有する。
符番５４は光検出器である。光検出器５４はプラズマから発せられる光を検出し、その信号を後述のプラズマ発光スペクトル分析器５５に送信する。
符番５５はプラズマ発光スペクトル分析器で、光検出器５４から送信されたプラズマ発光のスペクトルを分析し、表示する。
放電用ガスが、例えば、ＳｉＨ４やＨ２を含む場合は、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）あるいは６５６ｎｍ（Ｈα線）を検出し、表示する。また、放電用ガスが、例えば、Ｎ２やＯ２を含む場合は、３３７ｎｍ（Ｎ２発光）あるいは１８５〜２１０ｎｍ（Ｏ２発光）を検出し、表示する。
放電用ガスが、例えば、塩素（Ｃｌ２）や六フッ化硫黄（ＳＦ６）、を含む場合は、７２６ｎｍ（Ｃｌ発光）あるいは６２４ｎｍ（Ｆ発光）を検出し、表示する。
【００５６】
次に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。なお、図１及び図２を参照する。
【００５７】
図１において、予め、基板４を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、反応容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、放電用ガス供給源９から放電用ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを、放電用ガス供給管１０及び絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。混合ガスのシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合比は、例えば、１対１０とし、混合ガスの流量を、５〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば１０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板４のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
【００５８】
インピーダンスの整合を取る際は、観測窓５３から光検出器５４及び プラズマ発光スペクトル分析器５５を用いてプラズマ発光の強さを見ながら、即ち、観測窓５３から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、例えば４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
【００５９】
高周波電源５の周波数を選定し、例えば１３．５６ＭＨｚとし、その出力を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を整合器６、同軸ケーブル８ａ、３端子サーキュレータ５０、同軸ケーブル８ｂ、電流導入端子１１及び 同軸型電力供給棒１２を介して、給電点１３に供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。観測窓から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値になると、整合が取れたと考える。
次に、高周波電源５の出力を所要の数値、例えば２０ＫＷに設定し、その出力で、再度、観測窓から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
【００６０】
この状態において、整合が完全でなければ給電点１３及びその近傍で発生する反射波Ｗ（１１）が逆流してくるが、この反射波Ｗ（１１）は、上述したように、３端子サーキュレータ５０から無反射終端器５２に伝播し、その内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗ（１１）は消滅する。
即ち、図１及び図２において、３端子サーキュレータ５０の第１の端子に入力された電力Ｗ（１）は第２の端子からＷ（１）として出力され、電流導入端子１１、同軸型電力供給棒１２を介して給電点１３に供給される。そうすると、給電点１３及びその近傍で反射波Ｗ（１１）が発生する。その反射波Ｗ（１１）は同軸ケーブル８ｂを逆流し、３端子サーキュレータ５０の第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１を介して無反射終端器５２に入力される。無反射終端器５２に入力された反射波Ｗ（１１）は無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗ（１１）は消滅する。
なお、無反射終端器５２で反射波Ｗ（１１２）が発生することがあるが、反射波Ｗ（１１）に比べて著しく小さい。
【００６１】
したがって、反射波Ｗ（１１）は３端子サーキュレータ５０の上流側に位置する同軸ケーブル８ａに戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、３端子サーキュレータ５０より上流側の電力電送線路には反射波が戻らないので、従来の装置で起こる整合器あるいは高周波電源等の焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、３端子サーキュレータ５０の上流側では発生しない。
また、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間にも、定在波が発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、３端子サーキュレータ５０の破損（焼損）の問題はないと、考えられる。
【００６２】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板４に微結晶シリコン膜が堆積する。なお、シランガスの他に大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
基板４に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の測定には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを求めて、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義し、評価される。
【００６３】
上述の装置構成（図１、図２）において、３端子サーキュレータ５０と電流導入端子１１の間に同軸ケーブル８ｂを配置しているが、この同軸ケーブル８ｂを用いないで、３端子サーキュレータ５０を電流導入端子１１に直接、接続しても良い。
この場合は、電力電送線路の中の接続点が減るので、電力電送の損失が減少する。また、給電点１３と整合器６の出力端子の間の距離が短縮し、その距離が高周波電力の波長の四分の一以下であれば、定在波発生の抑制という効果が期待される。
【００６４】
（実施例２）
本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びその装置を用いたシリコン系膜の製造方法を、図３及び図４を参照して説明する。
図３は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。図４は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
なお、本実施例ではプラズマを利用した製膜装置、即ち、プラズマＣＶＤ装置を説明しているので、放電用ガスにシラン（ＳｉＨ４）及び水素（Ｈ２）を用いているが、プラズマを利用したエッチング装置、即ち、プラズマエッチング装置の場合には、放電用ガスにエッチング用ガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）などが用いられる。また、プラズマによるスパッタ装置の場合には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２などが用いられる。
【００６５】
先ず、電力供給系の構成を、図３及び図４を参照して説明する。
符番５は高周波電源である。高周波電源５は、周波数１０〜１００ＭＨｚの任意の周波数の正弦波の信号を発生し、電力増幅して、出力する。高周波電源５には、図示しない出力値（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、その反射波による電力増幅器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。
符番７ａ、７ｂ、８ａａ、８ａｂ、８ｂａ、８ｂｂ、５１ａ、５１ｂは同軸ケーブルで、高周波数の電力を電送することができる。
符番６ａは第１の整合器である。第１の整合器６ａの内部には、インダクタと可変コンダクターが配置されている。第１の整合器６ａは、同軸ケーブル７ａを介して入力された高周波電源５の出力を、同軸ケーブル８ａａ、後述の第１の３端子サーキュレータ５０ａ、同軸ケーブル８ｂａ、後述の第１の電流導入端子１１ａ、後述の第１の同軸型電力供給棒１２ａ及び第１の給電点１３ａから成る第１の電力供給線路を介して、第１及び第２の電極２、３に電力を供給する。そして、第１の整合器はその一対の電極２、３のインピーダンスと第１の電力供給線路のインピーダンスの整合を図ることができる。
【００６６】
符番５０ａは第１の３端子サーキュレータで、第１、第２及び第３の端子を有する。そして、第１の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第２の端子に出力される。第２の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第３の端子に出力される。第３の端子からの入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第１の端子に出力される。なお、第１の３端子サーキュレータ５０ａとして、電力用途の市販品を用いることができる。
符番５２ａは第１の無反射終端器である。第１の無反射終端器５２ａは入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。なお、第１の無反射終端は純抵抗Ｒのみで構成する。また、純抵抗Ｒの値は同軸ケーブルのインピーダンスを考慮し、調整する。
符番１１ａは第１の電流導入端子で、反応容器１の気密を保持して、同軸ケーブル８ｂａと第１の同軸型電力供給棒１２ａを接続する。
符番１２ａは第１の同軸型電力供給棒である。第１の同軸型電力供給棒１２ａは第１の電流導入端子１１ａを介して供給された同軸ケーブル８ｂａからの電力を給電点１３ａに電送する。
符番１３ａは第１の給電点である。第１の給電点１３ａは、電極２の端部に後述の第２の給電点１３ｂと対向して設置され、電極２と第１の同軸型電力供給棒１２ａとの接続点であり、高周波電源の出力が供給される。なお、高周波電源の出力電力が第１の給電点１３ａに給電されると、一対の電極２、３の間に、電界が発生し、プラズマが生成される。
【００６７】
ここで、第１の３端子サーキュレータ５０ａ及び第１の無反射終端器５２ａの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図３及び図４において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３ａに供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
【００６８】
他方、後述するように、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。これは、反射波Ｗａ（１１）と同じ方向に伝搬する電力である。
第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
したがって、３端子サーキュレータ５０ａから整合器６ａへ伝搬する電力は無い。これは、３端子サーキュレータ５０ａから上流側の電力電送線路において定在波が発生しない、ということを意味する。
また、給電点１３と３端子サーキュレータ５０間には定在波が発生しない条件が整う。これは、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間に定在波が発生しない、ということを意味する。
【００６９】
符番６ｂは第２の整合器である。第２の整合器６ｂの内部には、インダクタと可変コンダクターが配置されている。第２の整合器６ｂは、同軸ケーブル７ｂを介して入力された高周波電源５の出力を、同軸ケーブル８ａｂ、後述の３端子サーキュレータ５０ｂ、同軸ケーブル８ｂｂ、後述の第２の電流導入端子１１ｂ、後述の第２の同軸型電力供給棒１２ｂ及び第２の給電点１３ｂから成る第２の電力供給線路を介して、第１及び第２の電極２、３に供給する。そして、その一対の電極２、３のインピーダンスと第２の電力供給線路のインピーダンスの整合を図ることができる。
【００７０】
符番５０ｂは第２の３端子サーキュレータで、第１、第２及び第３の端子を有する。そして、第１の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第２の端子に出力される。第２の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第３の端子に出力される。第３の端子からの入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第１の端子に出力される。なお、第２の３端子サーキュレータ５０ｂとして、電力用途の市販品を用いることができる。
符番５２ｂは第２の無反射終端器である。第２の無反射終端器５２ｂは入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。なお、第２の無反射終端は純抵抗Ｒのみで構成する。なお、純抵抗Ｒの値は同軸ケーブルのインピーダンスを考慮し、調整する。
符番１１ｂは第２の電流導入端子で、反応容器１の気密を保持して、同軸ケーブル８ｂｂと第２の同軸型電力供給棒１２ｂを接続する。
符番１２ｂは第２の同軸型電力供給棒である。第２の同軸型電力供給棒１２ｂは第２の電流導入端子１１ｂを介して供給された同軸ケーブル８ｂｂからの電力を第２の給電点１３ｂに電送する。
符番１３ｂは第２の給電点である。第２の給電点１３ｂは、第１の給電点１３ａと対向して設置され、電極２と第２の同軸型電力供給棒１２ｂとの接続点であり、高周波電源の出力が供給される。なお、高周波電源の出力電力が第２の給電点１３ｂに給電されると、一対の電極２、３の間に電界が発生し、プラズマが生成される。
【００７１】
ここで、第２の３端子サーキュレータ５０ｂ及び第２の無反射終端器５２ｂの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図３及び図４において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
したがって、３端子サーキュレータ５０ｂから整合器６ｂへ伝搬する電力は無い。これは、３端子サーキュレータ５０ｂから上流側の電力電送線路において定在波が発生しない、ということを意味する。
また、給電点１３と３端子サーキュレータ５０間には定在波が発生しない条件が整う。これは、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間に定在波が発生しない、ということを意味する。
【００７２】
他方、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。その電力をＷａ（１２）とする。これは、反射波Ｗｂ（１１）と同じ方向に伝播する電力である。
第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００７３】
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００７４】
その結果、上記第１の電力供給線路及び第２の電力供給線路での電力の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側に上記Ｗａ（１２）及びＷｂ（１２）が伝播しないので、従来の装置で起こるような焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、３端子サーキュレータ５０の破損（焼損）の問題はないと、
考えられる。
【００７５】
次に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。なお、図３及び図４参照する。
【００７６】
図３及び図４において、予め、基板４を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、反応容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、放電用ガス供給源９から放電用ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを、放電用ガス供給管１０及び絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。混合ガスのシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合比は、例えば、１対１０とし、混合ガスの流量を、５〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば１０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板４のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
【００７７】
次に、高周波電源の周波数を選定し、例えば１３．５６ＭＨｚとし、２つの出力の一方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を整合器６ａに供給し、同軸ケーブル８ａａ、第１の３端子サーキュレータ５０ａ、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ及び第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して、第１の給電点１３ａに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。インピーダンスの整合は観測窓５３から光検出器５４及びプラズマ発光スペクトル分析器５５を用いてプラズマ発光の強さを見ながら、調整する。即ち、観測窓５３から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、例えば４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００７８】
次に、高周波電源の２つの出力の他方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を第２の整合器６ｂに供給し、同軸ケーブル８ａｂ、第２の３端子サーキュレータ５０ｂ、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ及び第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して、第２の給電点１３ｂに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。インピーダンスの整合は観測窓５３から光検出器５４及びプラズマ発光スペクトル分析器５５を用いてプラズマ発光の強さを見ながら、調整する。即ち、観測窓５３から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、例えば４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００７９】
次に、上記高周波電源の２つの出力を同時に、第１及び第２の整合器６ａ、６ｂに供給し、その出力を所要電力に、例えば２０ＫＷに設定する。
【００８０】
この状態において、整合が完全でなければ第１及び第２の給電点１３ａ、１３ｂ及びその近傍で発生する反射波が、それぞれに逆流してくるが、この反射波は、上述の第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ、第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂにより吸収される。その結果、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流には流れない。
即ち、図３及び図４において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３に供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）第１の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００８１】
他方、図３及び図４において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
また、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷａ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００８２】
したがって、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側に上記供給電力の反射波及び反射波Ｗｂ（１１）と同じ方向に伝播する電力（干渉波）は戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側の電力電送線路には反射波及び干渉波が戻らないので、従来の装置で起こる焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１の３端子サーキュレータ５０ａと給電点１３ａ近傍の間に発生しない。第２の３端子サーキュレータ５０ｂと給電点１３ｂ近傍の間に発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの破損（焼損）の問題はないと、考えられる。
【００８３】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板４に微結晶シリコン膜が堆積する。なお、シランガスの他に大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
基板４に堆積された微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の測定には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを求めて、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義し、評価される。
【００８４】
上述の装置構成（図３、図４）において、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ及び電流導入端子１１ａ、１１ｂの間にそれぞれ、同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを配置しているが、この同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを用いないで、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂを電流導入端子１１ａ、１１ｂに直接、接続しても良い。
この場合は、電力電送線路の中の接続点が減るので、電力電送の損失が減少する。また、給電点１３ａ、１３ｂと整合器６ａ、６ｂの出力端子のそれぞれの間の距離が短縮し、その距離が高周波電力の波長の四分の一以下であれば、定在波発生の抑制という効果が期待される。
【００８５】
（実施例３）
本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びその装置を用いたシリコン系膜の製造方法を、図５及び図６を参照して説明する。なお、図１〜図４で説明した同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図５は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。図６は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
なお、本実施例ではプラズマを利用した製膜装置、即ち、プラズマＣＶＤ装置を説明しているので、放電用ガスにシラン（ＳｉＨ４）及び水素（Ｈ２）を用いているが、プラズマを利用したエッチング装置、即ち、プラズマエッチング装置の場合には、放電用ガスにエッチング用ガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）などが用いられる。また、プラズマによるスパッタ装置の場合には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２などが用いられる。
【００８６】
先ず、電力供給系の構成を、図５及び図６を参照して説明する。
符番５３ａは第１の方向性結合器である。第１の方向性結合器５３ａは、同軸ケーブル５１ａ内を、第１の３端子サーキュレータ５０ａから第１の無反射終端５２ａへ伝播する電力を検知し、その信号を後述の第１の電力検知器５４ａに送信する。
符番５４ａは第１の電力検知器である。第１の電力検知器５４ａは、第１の方向性結合器５３ａから送信された電気信号を受信し、その受信信号を電力値に変換して、その値を表示する。
符番５３ｂは第２の方向性結合器である。第２の方向性結合器５３ｂは、同軸ケーブル５１ｂ内を、第２の３端子サーキュレータ５０ｂから第２の無反射終端５２ｂへ伝播する電力を検知し、その信号を後述の第２の電力検知器５４ｂに送信する。
符番５４ｂは第２の電力検知器である。第２の電力検知器５４ｂは、第２の方向性結合器５３ｂから送信された電気信号を受信し、その受信信号を電力値に変換して、その値を表示する。
【００８７】
第１の３端子サーキュレータ５０ａ及び第１の無反射終端器５２ａの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図５及び図６において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３ａに供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。
第１の無反射終端器５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
同軸ケーブル５１ａ内を第１の３端子サーキュレータ５０ａの第３の端子から第１の無反射終端器５２ａの方向へ伝播する電力は、第１の方向性結合器５３ａと第１の電力検知器５４ａにより検知され、その値が表示される。
【００８８】
第２の３端子サーキュレータ５０ｂ及び第２の無反射終端器５２ｂの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図５及び図６において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
同軸ケーブル５１ｂ内を第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第３の端子から第２の無反射終端器５２ｂの方向へ伝播する電力は、第２の方向性結合器５３ｂと第２の電力検知器５４ｂにより検知され、その値が表示される。
【００８９】
他方、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。その電力をＷａ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００９０】
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００９１】
その結果、上記第１の電力供給線路及び第２の電力供給線路での電力の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側に上記Ｗａ（１２）及びＷｂ（１２）が伝播しないので、従来の装置で起こるような焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１の３端子サーキュレータ５０ａと給電点１３ａ近傍の間に発生しない。第２の３端子サーキュレータ５０ｂと給電点１３ｂ近傍の間に発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、３端子サーキュレータ５０の破損（焼損）の問題はないと、
考えられる。
【００９２】
次に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。なお、図５及び図６を参照する。
【００９３】
図５及び図６において、予め、基板４を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、反応容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、放電用ガス供給源９から放電用ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを、放電用ガス供給管１０及び絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。混合ガスのシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合比は、例えば、１対１０とし、混合ガスの流量を、５〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば１０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板４のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
【００９４】
次に、高周波電源の周波数を選定し、例えば１３．５６ＭＨｚとし、２つの出力の一方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を整合器６ａに供給し、同軸ケーブル８ａａ、第１の３端子サーキュレータ５０ａ、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ及び第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して、第１の給電点１３ａに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。即ち、インピーダンスの整合は、第１の方向性結合器５３ａと第１の電力検知器５４ａにより検知されて表示される同軸ケーブル５１ａ内を第１の３端子サーキュレータ５０ａの第３の端子から第１の無反射終端５２ａの方向へ伝播する電力の値が、最小値となるように、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、第１の電力検知器５４ａの値が最小値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００９５】
次に、高周波電源の２つの出力の他方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を第２の整合器６ｂに供給し、同軸ケーブル８ａｂ、第２の３端子サーキュレータ５０ｂ、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ及び第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して、第２の給電点１３ｂに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。即ち、インピーダンスの整合は、第２の方向性結合器５３ｂと第２の電力検知器５４ｂにより検知されて表示される同軸ケーブル５１ｂ内を第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第３の端子から第２の無反射終端器５２ｂの方向へ伝播する電力の値が、最小値となるように、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、第２の電力検知器５４ｂの値が最小値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００９６】
次に、上記高周波電源の２つの出力を同時、第１及び第２の整合器６ａ、６ｂに供給し、その出力を所要電力に、例えば２０ＫＷに設定する。
【００９７】
この状態において、整合が完全でなければ第１及び第２の給電点１３ａ、１３ｂ及びその近傍で発生する反射波が、それぞれに逆流してくるが、この反射波は、上述の第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ、第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂにより吸収される。その結果、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流には流れない。
即ち、図５及び図６において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３に供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）第１の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００９８】
他方、図５及び図６において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
また、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷａ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００９９】
したがって、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側に上記供給電力の反射波及び干渉波は戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側の電力電送線路には反射波及び干渉波（該反射波と同じ方向に伝播する電力）が戻らないので、従来の装置で起こる焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１の３端子サーキュレータ５０ａと給電点１３ａ近傍の間に発生しない。第２の３端子サーキュレータ５０ｂと給電点１３ｂ近傍の間に発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの破損（焼損）の問題はないと、考えられる。
【０１００】
また、インピーダンスの整合において、第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂのそれぞれのリアクタンス（ＬとＣ）を調整は、時間をずらして別々に行うので、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）の影響はない。
第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂを同時に用いる場合、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）は第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、それぞれの干渉波の影響はない。
【０１０１】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板４に微結晶シリコン膜が堆積する。なお、シランガスの他に大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
基板４に堆積された微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の測定には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを求めて、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義し、評価される。
【０１０２】
上述のように、実施例３によれば、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側に上記供給電力の反射波及び干渉波は戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側の電力電送線路には反射波及び干渉波が戻らないので、従来の装置で起こる焼損（破損）問題は発生しない。
また、インピーダンスの整合において、第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂのそれぞれのリアクタンス（ＬとＣ）を調整は、時間をずらして別々に行うので、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）の影響はない。第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂを同時に用いる場合においても、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）は第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、それぞれの干渉波の影響はない。
したがって、本実施例では、従来の技術では問題視される電力供給線路での定在波の発生に起因する装置の破損（焼損）問題及びインピーダンス整合の不適合の問題は、解消される。
【０１０３】
上述の装置構成（図５、図６）において、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ及び電流導入端子１１ａ、１１ｂの間にそれぞれ、同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを配置しているが、この同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを用いないで、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂを電流導入端子１１ａ、１１ｂに直接、接続しても良い。
この場合は、電力電送線路の中の接続点が減るので、電力電送の損失が減少する。また、給電点１３ａ、１３ｂと整合器６ａ、６ｂの出力端子のそれぞれの間の距離が短縮し、その距離が高周波電力の波長の四分の一以下であれば、定在波発生の抑制という効果が期待される。
【符号の説明】
【０１０４】
１・・・反応容器、
２・・・第１の電極、
３・・・第２の電極、
４・・・基板、
５・・・高周波電源、
６、６ａ、６ｂ・・・整合器
７、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、８ａａ、８ａｂ、８ｂａ、８ｂｂ、５１・・・同軸ケーブル
９・・・放電用ガス供給源、
１０・・・放電用ガス供給管、
１１、１１ａ、１１ｂ・・・電流導入端子、
１２、１２ａ、１２ｂ・・・同軸型電力供給棒、
１３、１３ａ、１３ｂ・・・給電点、
１４・・・放電用ガス噴出孔、
５０、５０ａ、５０ｂ・・・３端子サーキュレータ、
５２、５２ａ、５２ｂ・・・無反射終端器、
５３ａ、５３ｂ・・・方向性結合器、
５４・・・光検出器
５４ａ、５４ｂ・・・電力検知器、
５５・・・プラズマ発光スペクトル分析器。
【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プラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置に関する。特に、薄膜太陽電池、薄膜トランジスタ、電子写真用感光体及び半導体デバイ等に用いられる薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法及びプラズマＣＶＤ装置、並びに各種電子デバイスの微細加工に用いられるプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池の発電膜であるアモルファスＳｉ膜及び微結晶Ｓｉ膜、並びに液晶デイスプレイの等薄膜トランジスタ等の絶縁性薄膜（窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等）の形成に用いられるプラズマＣＶＤ装置の応用分野では、製造する製品の生産コストを低減するために、製膜の高速化及び基板サイズの大面積化（１ｍｘ１ｍを超える面積）が求められている。このニーズに対応するために、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化（周波数帯域３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、プラズマ励起電力の増大化、及び使用電源の複数化等に関する技術開発が行われている。
また、多結晶シリコン太陽電池の反射膜及びパッシベーション膜等に用いられる窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜等の形成に用いられるプラズマＣＶＤ装置の応用分野においても、同様のニーズに対応するために、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化（周波数帯域３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、プラズマ励起電力の増大化、及び使用電源の複数化等に関する技術開発が行われている。
【０００３】
上記技術開発において、近年、プラズマ励起周波数のＶＨＦ化（周波数帯域３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）、プラズマ励起電力の増大化、及び使用電源の複数化等に伴う問題として、
以下に示す特許文献１ないし５にも指摘されているように、インピーダンス整合の調整不適合及び電力伝送線路の破損（焼損）等に関わる問題が注目されている。
なお、この問題は、従来のプラズマ生成源の電極の構造が主として平行平板電極であり、その電極には、例えば非特許文献３に記載されているように多大な電力損失が生じるという問題が依然として残っている中で、例えば非特許文献２に記載されているような大電力を必要とする高品質微結晶シリコン系膜の応用が実用化され、その需要が増大していることから、重要視されるようになった。
【０００４】
特許文献１には、ＶＨＦプラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する高周波破損の問題についての指摘がある。
製膜対象の基板サイズが大きくなるにつれて、プラズマを生成するための電力量が増大し、電極の端部で反射される反射波の電力が大きくなり、その影響が無視できなくなる。
特に、高周波電源からの高周波電力を電極に供給する電送線路の特性インピーダンスと電極のインピーダンスとの間で整合が取れない場合には、電極端部で反射された入射電力が直接、高周波電源に戻り、高周波電源が破損することが有る。例えば、１ｍｘ１ｍ以上の面積の基板に製膜を施すには、２０ＫＷ以上の高周波電力を電極に入射させることが必要であり、電極の電力入射端において４０％が反射される場合、８ＫＷが高周波電源に戻ってくることになり、高周波電源の故障原因となる。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
真空室と、前記真空室の内部に設置される共通グランド上に載置され、基板に対向するように配設される電極と、前記電極に対して前記基板と反対方向に配設され、前記共通グランドと電気的に接続される防着板と、前記電極に規定の電圧周波数を有する高周波電力を供給し、前記電極における前記高周波電力の電圧位相を変化させるための移相部を備えた高周波電源と、前記電極の端部それぞれを前記真空室の外部に配置されている前記高周波電源に接続し、前記高周波電源から出力される前記高周波電力を前記電極の前記端部それぞれに伝送するための伝送線路と、前記伝送線路それぞれに直列に接続され、前記高周波電源と前記電極とのインピーダンスを整合するための整合器と、前記電極に接続されて、前記電極のインピーダンスの値を調整するための電極インピーダンス調整部と、を具備し、前記電極インピーダンス調整部は、前記電極と前記防着板とを並列に接続する、複数のインダクタ、またはコンデンサであり、前記インダクタ、またはコンデンサは、前記防着板に電気的に接続される導電性部材であるアースバーを介して前記防着板に接続される真空処理装置。
【０００５】
特許文献２には、ＶＨＦプラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する高周波破損の問題についての指摘がある。
放電電極の互いに対向した端部のそれぞれの位置に給電点を設け、その給電点に同軸直管型の電送線路及び整合器を介して高周波電源の出力を供給するようにした構成を有するＶＨＦプラズマＣＶＤ装置において、大面積の基板に製膜を行う場合、放電電極への電力を大量に供給する必要がある。
このような装置において、電送線路の特性インピーダンスと放電電極のインピーダンスの間で整合が取れない場合、放電電極で反射された反射電力により高周波電源の破損が起こることがある。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
高周波電力によりプラズマを形成し、該プラズマにより基板を処理する基板処理装置であって、規定の周波数を有する高周波電力を出力する高周波電源と、前記基板を支持する対向電極と、前記高周波からの高周波電力が供給される給電点を両端部にそれぞれ有し、該高周波電力により前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、前記放電電極と前記高周波電源とを電気的に接続し、前記高周波電源から出力される高周波電力を前記放電電極の前記各給電点にそれぞれ電送する電送線路と、前記伝送線路に接続され、前記高周波電と前記放電電極とのインピーダンスを整合させる整合器と、前記伝送線路における前記整合器と前記放電電極の各給電都の間にそれぞれ接続点を設け、該接続点間を電気的に接続する第１のループ回路と、前記第１のループ回路に接続された第１のインピーダンス素子と、前記電送線路の前記接続点と前記放電電極との間に接続された第２のインピーダンス素子と、を備えた基板処理装置。
【０００６】
特許文献３には、複数の高周波電源を有するスパッタ用のプラズマ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する基板バイアスの管理不完全化の問題についての指摘がある。
スパッタ電極と基板電極を有するプラズマスパッタ装置において、例えば、２つの高周波電源、即ち第１及び第２の高周波電源を有し、それぞれの出力をそれぞれの整合器、即ち第１の整合器及び第２の整合器を介して該スパッタ電極及び基板電極に供給する場合、次の問題が起こる。
例えば、第２の高周波電源の出力を第２の整合器を介して基板電極に供給するに際し、インピーダンスの整合を取る場合、第１の高周波電源の出力が第１の整合器を介してスパッタ電極に供給された電力の誘導を受け、第２の高周波電源の出力の反射波と上記第１の高周波電源の出力の誘導に起因する干渉波との区別ができないので、第２の整合器によるインピーダンス整合が正しく出来ない、という課題がある。
上記の例では、基板電極に関するインピーダンス整合は、第２の整合器を調整し、反射波が最小となった時に最も正しく整合したことになるが、その整合調整に際し、複数電源からの出力の区別ができないことから、正しい整合ができない、という問題がある。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
基板電極と対向電極との両電極にそれぞれ高周波エネルギを供給するか、もしくは前記両電極の少なくとも一方を複数の電極に分割し、その分割された各電極にそれぞれ高周波エネルギを供給して、プラズマを発生させ、前記基板電極上もしくはその近傍に配置された基板に表面にプラズマ処理を施す方法において、前記各電極に供給する高周波エネルギとしてそれぞれ互いに出力周波数の異なる高周波エネルギを供給し、かつ前記高周波エネルギを供給した電極からの反射波出力を検出して前記電極と高周波電源とのインピーダンス整合を図る手段を配設するとともに前記反射波出力の検出は他極に供給された前記周波数の異なる高周波エネルギの誘導からの干渉波出力を除去し自極に対応する高周波電源から直接供給された特定周波数の高周波エネルギに基づく反射波出力のみを選択的に検出して前記インピーダンス整合を図るようにしたことを特徴とするプラズマ処置方法。
【０００７】
特許文献４には、複数の高周波電源を有するプラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因するプラズマ生成の不安定化の問題についての指摘がある。
ＶＨＦ帯の高周波電力を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤ法において、複数の異なる周波数の電力を反応容器中に同時に供給する場合、複数の高周波電力が干渉し、従来のインピーダンス調整法ではその干渉の影響で正確なインピーダンス調整が出来ない場合がある。
例えば、第１の高周波電力と、第２の高周波電力を同時に反応容器に供給する場合、第１の高周波電力は反応容器中を伝搬して第２の高周波電力供給系に入り込んでしまう。その結果、第２の高周波電力供給系では本来存在しないはずの第１の高周波電力が反射波として存在するかのような状態となってしまい、パワーメータや位相検出器、インピーダンス検出器の出力が整合状態を正確に反映しなくなってしまう場合がある。第１の高周波電力系においても、これと同様の現象が生じ、整合状態が正確に把握できない状態になってしまう場合がある。
その結果、真の整合ポイントとは大きく異なったインピーダンスの整合が行われ、プラズマの不安定さを引き起こす場合が生じる、という課題がある。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
周波数の異なる複数の高周波電力を反応容器に導入し、該反応容器中で原料ガスを分解することにより、前記反応容器中に設置した被処理物に処理を施すプラズマ処理方法において、少なくとも１つの高周波電力は高周波電源から出力された後、３ポート・サーキュレータ、整合器をこの順番で介した後、高周波電極から反応容器中に導入され、前記３ポート・サーキュレーターと前記高周波電源の間に設けられた入射電力検出手段から出力される信号、及び、前記３ポート・サーキュレーターの反射電力出力ポートと前記反射電力出力ポートに接続された無反射終端との間に設けられた反射電力検出手段から出力される信号とに基づいて前記整合器におけるインピーダンス調整を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【０００８】
特許文献５には、プラズマＣＶＤ装置に関わる課題及びその解決手段について、次のような記載がある。即ち、インピーダンス整合の調整不適合に起因する高周波破損の問題についての指摘がある。
１つの放電用電極に複数の、例えば、２つの高周波電源が接続される構成のプラズマＣＶＤ装置において、一方の高周波電源からの電力が放電電極を介して他方の高周波電源に逆流・干渉する。その結果、それぞれの干渉波が２つの高周波電源に互いに侵入し、最悪の場合、それら高周波電源が損傷する恐れがある。
また、高周波電源が相互に干渉するため、それぞれの高周波電源に接続されている整合器の調整に際し、それぞれの整合条件を変化させてしまい、互いに適正な整合が行えなかった。
そして、上記課題を解決する技術として次のことが記載されている。
反応容器内に配置された放電用電極へ給電を行う複数の高周波電源と、前記放電用電極と前記高周波電源間に配置された、反射電力を分離処理する逆流防止回路とを具備したことを特徴とする高周波プラズマ生成装置。
前記逆流防止回路は、高周波電源からの電力を分岐するサーキュレータと、このサーキュレータに電気的接続されて電力を測定する方向性結合器と、前記サーキュレータに電気的に接続されて電力を消費する負荷とを具備することを特徴とする、上記高周波プラズマ生成装置。
前記放電用電極と逆流防止回路間に整合器を配置し、逆流防止回路で処理する反射電力値が極大となるように制御することを特徴とする高周波プラズマ生成装置。
前記逆流防止回路で処理する反射電力値をモニターし、この反射電力値を基に前記整合器の条件を制御することを特徴とする高周波プラズマ生成装置。
【０００９】
次に、上記問題の関連技術に関わる非特許文献１ないし３に記載の事項を以下に列記する。
【００１０】
非特許文献１には、平行平板電極を用いたプラズマＣＶＤにより得られる膜の均一性に関する理論的及び実験的研究結果が示されている。膜の均一性は、使用する電源周波数に依存し、次式に従うことが記載されている。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
この式は、膜の均一性は、使用される電力のプラズマ中での波長に依存することを示している。
例えば周波数が６０ＭＨｚ（真空中の波長λ０＝５ｍ）、プラズマ中での波長短縮率λ／λ０が０．６５の場合、ｃｏｓ２（２πｘ／λ）の平坦部は基板中央点近傍のλ／８の範囲であるとすると、直径４０ｃｍ程度の面積に亘ってほぼ均一な膜が得られる、という意味である。
したがって、プラズマ励起にＶＨＦ（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）帯域の周波数を用いると、波長が短くなるので、基板サイズが１ｍｘ１ｍ程度以上になれば、一般に、膜の均一化は出来ない、と言える。
【００１１】
非特許文献２には、平行平板電極を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤにより、集積化タンデム型薄膜太陽電池用の結晶質ｉ層膜の高品質、高速製膜に関する技術が示されている。即ち、ＶＨＦプラズマＣＶＤによる高品質の微結晶シリコンの製膜では大電力の供給が必要である、ということが記載されている。
実験条件として、平行平板電極のサイズ：直径１０ｃｍ、原料ガス：高水素希釈ＳｉＨ４、圧力：２〜４Ｔｏｒｒ（１３３〜５３２Ｐａ）、基板温度：２５０℃、電源周波数：６０ＭＨｚ、投入電力：製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合、２．５４Ｗ／ｃｍ２、２．５ｎｍ／ｓの場合、３．４Ｗ／ｃｍ２とすることにより、高品質の微結晶Ｓｉが得られることが示されている。
また、１．７〜２．５ｎｍ／ｓという高速製膜条件においても、周波数６０ＭＨｚのＶＨＦプラズマＣＶＤを用いることにより、高品質の微結晶Ｓｉが得られることが示されている。
上記の製膜速度と投入電力のデータによれば、投入電力は、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合、２．５４Ｗ／ｃｍ２であり、２．５ｎｍ／ｓの場合、３．４Ｗ／ｃｍ２である。これは、平行平板電極を用いたＶＨＦプラズマＣＶＤ装置により高品質の結晶質ｉ層膜を製造するには、非常に大きい電力が必要である、ということを示している。例えば、基板面積が１１０ｃｍｘ１４０ｃｍ（１５４００ｃｍ２）の場合には、単純に比例計算すれば、製膜速度１．７ｎｍ／ｓの場合は３９．１ＫＷの大電力が必要で、２．５ｎｍ／ｓの場合は５２．４ＫＷが必要であることを意味している。
【００１２】
非特許文献３には、平行平板電極を用いたプラズマ生成における電力消費に関する研究結果が示されている。
即ち、直径３０ｃｍの真空容器に設置された平行平板電極（サイズ：直径１５ｃｍ、電極間隔：５ｃｍ）に１３．５６ＭＨｚの電力を、インピーダンス整合器を介して投入して、Ｎ２プラズマの生成実験が行われ、投入された電力の消費量が測定され、そのデータが示されている。
具体的データとして、電源出力（３００Ｗ）の約５２％が平行平板電極間で消費され、残り４８％はそれ以外の場所で消費（インピーダンス整合器１２％、伝送回路２４％、電極と真空容器内壁間などでの無効プラズマ生成１２％）される、ということが示されている。
上記データによれば、平行平板電極を用いたＲＦプラズマＣＶＤ装置では、電源から投入された電力の有効消費量は約５２％、即ち、目的とする電極間で消費されるのは電源出力の約５２％である、ということを意味している。
したがって、平行平板電極を用いたプラズマ生成装置では、投入された電力の約５０％は目的のプラズマ生成以外で消費されている、と言える。
【００１３】
【特許文献１】特許第４７８６２８９号（図１〜図５、図８）
【特許文献２】特開２０１１−１７０７６（図３〜図８）
【特許文献３】特公平７−１００８３（図１、図２、図４、図６、図７）
【特許文献４】特開２００４−１５６０５９（図１〜図７）
【特許文献５】特開２００２−１１０５６６（図１、図３）
【００１４】
【非特許文献１】Ａ．Ｐｅｒｒｅｔ、Ｐ．Ｃｈａｂｅｒｔ、Ｊ．Ｐ．Ｂｏｏｔｈ、Ｊ．Ｊｏｌｌｙ、Ｊ．Ｇｕｉｌｌｏｎ ａｎｄ Ｐｈ．Ａｕｖｒａｙ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．２（１４ Ｊｕｌｙ ２００３）、２４３−２４５．
【非特許文献２】Ｍ．Ｋｏｎｄｏ、Ｍ．Ｆｕｋａｗａ、Ｌ．Ｇｕｏ、Ａ．Ｍａｔｓｕｄａ：Ｈｉｇｈ ｒａｔｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ ２６６−２６９（２０００）、８４−８９．
【非特許文献３】Ｊ．Ａ．Ｂａｇｇｅｒｍａｎ、Ｒ．Ｊ．Ｖｉｓｓｅｒ、ａｎｄ Ｅ．Ｊ．Ｈ．Ｃｏｌｌａｒｔ：Ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｎ２ ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｖｏｌ．７６、Ｎｏ．２、１５ Ｊｕｌｙ １９９４、７３８−７４６．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記特許文献１〜５において、従来のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置が有する課題がいろいろと指摘されているが、依然として解決されていない状況にある。
この課題の所在を明確にするために、上記課題、即ち、生産設備の稼働率低下及び製品の歩留まりの低下の原因である高周波固有の定在波の発生による電力供給系の破損（焼損）問題、並びに複数の整合器を有するプラズマ表面処理装置における整合の不適合問題について、以下に、具体的に説明する。
【００１６】
先ず、高周波固有の定在波の発生に関する問題について説明する。
図７ないし図９に、従来のプラズマ表面処理装置の代表例として、平行平板電極を有するプラズマＣＶＤ装置の説明図を示す。図７は従来の平行平板電極を有するプラズマＣＶＤ装置の構成図、図８はインピーダンスの整合方法を説明するための、高周波電源と整合器と電極との関係を示すブロック図、図９は従来装置に用いられる整合器の構成図である。
【００１７】
図７ないし図９において、反応容器１０１にはプラズマを発生させるためのガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４を有する第１の電極１０２と基板１０４を載置する電気的に接地された第２の電極１０３が平行に設置されている。第１及び第２の電極１０２、１０３には、高周波電源１０５、同軸ケーブル１０７、整合器１０６、同軸ケーブル１０８、電流導入端子１１１、真空用同軸管１１２及び給電点１１３からなる電力供給系から、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの電力が供給される。
【００１８】
ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４には、ガス供給源１０９及びガス導入管１１０から成るガス供給系から、例えばシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の混合ガスが供給され、該ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４からその混合ガスが噴出する。噴出した混合ガスは、図示しない真空ポンプにより、排気管１１５ａ、１１５ｂを介して排気される。基板１０３は第２の電極１０３に内蔵された電気ヒータ（図示しない）により所定の温度に加熱される。
【００１９】
図７の装置を用いて基板１０３の表面に、例えば微結晶シリコン薄膜を形成する場合、ガスシャワー孔（ガス噴出孔）１１４からシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の混合ガスを噴出させ、第１の電極と第２の電極間に、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの電力を供給する。該電力により該一対の電極間に強い電界が発生する。
強い電界が発生すると、その電界により加速された電子がシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の分子に衝突し、電離作用が発生する。ガス分子が電離すると、グロー放電即ちプラズマが発生する。プラズマが発生すると、プラズマ中の電子及びイオン等がシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）の分子に衝突し、それを解離・分解させるので、種々のプラスイオン及びマイナスイオンの他に、化学的に活性で、電気的には中性の種々のラジカルが発生する。この場合、ラジカルとしては、例えば、ＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｈ等が発生する。そして、ラジカルは、プラズマの中から基板表面まで拡散現象で移動し、基板の面上に堆積する。その結果、基板上に微結晶シリコンが形成される。
【００２０】
製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、図７の装置を用いる場合、非特許文献１に記載のように、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
この式は、膜の均一性は、使用される電力のプラズマ中での波長に依存することを示している。例えば周波数が６０ＭＨｚ（真空中の波長λ０＝５ｍ）、プラズマ中での波長短縮率λ／λ０が０．６５の場合、ｃｏｓ２（２πｘ／λ）の平坦部は基板中央点近傍のλ／８の範囲であるとすると、直径４０ｃｍ程度の面積に亘ってほぼ均一な膜が得られる、という意味である。
【００２１】
高周波電源１０５は、一般的なプラズマ表面処理装置の場合、図８に示すように、発振器１２６、電力増幅器１２５、サーキュレータ１２３、反射波吸収負荷１２４、方向性結合器１２０、進行波検出器１２１、反射波検出器１２２から構成される。
高周波電源１０５の出力である進行波Ｗ（０）は、進行波検出器１２１により検出され、その値が表示される。また、高周波電源に戻ってくる反射波Ｗ（１１０）は、反射波検出器１２２により検出され、その値が表示される。
高周波電源１０５、同軸ケーブル１０７、整合器１０６及び同軸ケーブル１０８等からなる電力供給系を用いて電極の給電点１１３に電力を供給するに際し、整合器１０６を用い、電力供給の電送線路のインピーダンスと電力を消費する側の回路、即ち放電電極のインピーダンスの整合を図る。
【００２２】
上記整合器１０６は、一般に、インダクタと可変コンダクターで構成される。その一例を図９に示す。
なお、後述のインピーダンスの整合の調整方法では、図９のインダクタＬと可変コンダクターＣ１、Ｃ２を調整することにより、電力供給の電送線路と電極のインピーダンスの整合を図る。
【００２３】
インピーダンスの整合調整は次のように行う。図７ないし図９において、先ず、電力増幅器１２５の出力を進行波検出器１２１で検出する。これを、例えば進行波Ｗ（０）とする。次に、整合器１０６を通りぬけて上流側に戻ってくる反射波を反射波検出器１２２で検出する。これを、例えば反射波Ｗ（１１０）とする。次に、整合器１０６のインダクタＬとコンダクターＣ１、Ｃ２を調整し、反射波Ｗ（１１０）が発生しないようにする。
【００２４】
通常のプラズマＣＶＤ装置では、一般に整合器１０６の出力Ｗ（１）が供給されると、一対の電極側から反射波Ｗ（１１）が戻り、整合器１０６を通り、反射波Ｗ（１１０）が高周波電源内部に侵入する。反射波Ｗ（１１０）は、高周波電源１０５の構成部品である方向性結合器１２０、反射検出器１２２で検出され、表示される。
反射波Ｗ（１１０）はサーキュレータ１２３で反射波吸収負荷１２４に電送される。反射波吸収負荷１２４に電送された電力は吸収されて、消滅する。
【００２５】
整合器１０６を調整するに際し、高周波電源１０５の反射波Ｗ（１１０）がゼロにならない場合は、一般に、反射波Ｗ（１１０）が最小の値になるように、調整する。例えば、反射波Ｗ（１１０）の値が進行波Ｗ（０）の１０％程度以下に設定される。
この場合、給電点１１３と整合器１０６の間、あるいは高周波電源１０５の間に、進行波Ｗ（０）と反射波Ｗ（１１０）で定在波が発生する。定在波の腹の位置では電圧が最大になり、絶縁破壊あるいは放電がおこることがある。その結果、焼損に到る。
【００２６】
また、上記定在波による焼損問題は、基板面積が１ｍｘ１ｍを超える大面積の基板を対象にしたプラズマＣＶＤ装置で、頻繁に発生する。大面積の基板を対象にすると、一般に供給電力が大電力になるので、上記反射波の電力が増大し、電力供給系の構成部材である高周波電源、整合器及び同軸ケーブル等のいずれかに焼損（破損）が発生する頻度が高くなる。
例えば、特許文献１及び２に記載されているように、供給電力が数１０ＫＷ級になり反射波が供給電力の１０〜４０％級になると、電力供給系の構成部材である高周波電源、整合器及び同軸ケーブル等のいずれかに焼損（破損）が発生する。
その結果、装置の修理及びメインテナンスを頻繁に行うことが必要となり、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく低下する、という課題がある。
【００２７】
次に、複数の整合器を有するプラズマ表面処理装置において整合を取る際に発生する問題について、図１０を参照して説明する。
なお、図１０は複数の給電点を有する放電電極に高周波電源の出力が供給される場合の課題を説明するためのブロック図である。
図１０に示す構成を有する装置では、高周波電源１０５の２つの出力は、それぞれ、放電電極１０２の互いに対向する位置に設置された給電点１１３ａ、１１３ｂにそれぞれの整合器１０６ａ、１０６ｂを介して供給される。
図１０において、実線の矢印は、高周波電源の２つの出力の一方の出力に関する進行波及び反射波を示し、点線の矢印は、他方の出力に関する進行波及び反射波を示す。
図１０において、インピーダンスの整合は、次のように行なわれる。高周波電源１０５の一方の出力Ｗａ（０）を同軸ケーブル１０７ａを介して、整合器１０６ａに入力し、その出力の進行波Ｗａ（１）を放電電極の給電点１１３ａへ供給する。進行波Ｗａ（１）が給電点１１３ａに供給されると、給電点１１３ａあるいはその近傍から反射波Ｗａ（１１）が戻ってくる。
インピーダンスの整合の際、反射波Ｗａ（１１）が進行波Ｗａ（１）に比べて十分に小さい値になるように、整合器１０６ａが調整される。
他方、高周波電源１０５の他方の出力Ｗｂ（０）を同軸ケーブル１０７ｂを介して整合器１０６ｂに入力し、その出力の進行波Ｗｂ（１）を放電電極の給電点１１３ｂへ供給する。そうすると、給電点１１３ｂあるいはその近傍から反射波Ｗｂ（１１）が戻ってくる。
インピーダンスの整合の際、その反射波Ｗｂ（１１）が進行波Ｗｂ（１）に比べて十分に小さい値になるように、整合器１０６ｂが調整される。
【００２８】
ところが、高周波電源の２つの出力を上記２つの整合器１０６ａ及び１０６ｂを同時に使って一対の電極の給電点に供給すると、図１０に示すように、整合器１０６ａから供給された進行波Ｗａ（１）の一部分が一対の電極を通り、給電点１１３ｂから整合器１０６ｂ側に侵入する。その進入波Ｗａ（１２）は、整合器１０６ｂでは反射波Ｗｂ（１１）と同様の方向に入るので、整合器１０６ｂは反射波の値として、Ｗｂ（１１）＋Ｗａ（１２）を認識する。整合器１０６ｂは、Ｗｂ（１１）＋Ｗａ（１２）が最小値となるように、調整される。
その結果、真の整合ポイントとは大きく異なったインピーダンスの整合が行われ、プラズマの不安定さを引き起こすことが多々ある。即ち、本来のインピーダンス整合の状態が得られない、という問題が起こる。
同様に、図１０に示すように、整合器１０６ｂから供給された進行波Ｗｂ（１）の一部分が放電電極を通り、給電点１１３ａから整合器１０６ａ側に侵入する。その進入波Ｗｂ（１２）は、整合器１０６ａでは反射波Ｗａ（１１）と同様の方向に入るので、整合器１０６ａにＷａ（１１）＋Ｗｂ（１２）の反射波として認識される。整合器１０６ａは、Ｗａ（１１）＋Ｗｂ（１２）が最小値となるように、調整される。
その結果、真の整合ポイントとは大きく異なったインピーダンスの整合が行われ、プラズマの不安定さを引き起こすことが多々ある。即ち、本来のインピーダンス整合の状態が得られない、という問題が起こる。
【００２９】
したがって、単一の高周波電源の出力を分岐して複数の給電点に供給するという構成を有するプラズマ表面処理装置では、プラズマの安定した生成あるいは制御が困難となる。その結果、プラズマ生成状況が不安定になる。そのため、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく低下する、という課題がある。
また、複数の高周波電源の出力を放電電極に供給するという構成を有するプラズマ表面処理装置においても、上記と同様に、プラズマの安定した生成あるいは制御が困難である。その結果、プラズマ生成状況が不安定になる。そのため、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく低下する、という課題がある。
【００３０】
上述の通り、従来のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置には、大別して、２つの課題が有る。
第１の課題は、電力供給線路での定在波の発生に起因する装置の破損（焼損）問題に起因する生産設備の稼働率及び製品の歩留まりの著しい低下、という課題がある。
例えば、図７及び図８に示すような装置構成において、高周波電源１０５の出力が整合器１０６を介して給電点１１３に供給される場合、供給電力の一部分が給電点１１３あるいはその近傍で反射し、整合器１０６の方へ戻ってくるが、この反射波が定在波を発生する。
定在波が発生しても、供給電力が小さい場合は焼損問題を起こすことにならないが、大電力が供給されると、整合器１０６と給電点１１３の間で進行波と反射波が干渉して定在波を発生し、振幅が最大となる位置にはジュール熱が発生する。あるいは、絶縁破壊及び放電がおこる。その結果、電力供給系を構成する高周波電源、同軸ケーブル及び整合器のいずれかが破損（焼損）する、という問題が起こる。
【００３１】
第２の課題は、複数の高周波電源が用いられる場合及び一対の電極に複数の電力供給点が設置される場合、インピーダンスの整合が取れないという問題が起こる。即ち、インピーダンス整合の不適合の問題である。これにより、プラズマの安定した生成あるいは制御が困難となる。その結果、製品の歩留まりが著しく低下する。
この問題は、特許文献１、２及び５に記載のプラズマ表面処理装置、即ち、一対の電極の互いに対向する位置に給電点を設置し、それぞれの給電点にそれぞれの整合器を介して、高周波電源からの電力を供給するという構成を有する場合に起こる。
また、同様に、特許文献３及び特許文献４に記載のプラズマ表面処理装置、即ち、複数の高周波電源のそれぞれの出力をそれぞれの整合器を介して電極に供給する場合にも起こる。
【００３２】
本発明は、上記課題の解決を目的とするものである。即ち、従来のプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法が有するインピーダンス整合の調整不適合及び電力伝送線路の破損（焼損）等に関わる問題を解消することが可能なプラズマ表面処理及びプラズマ表面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、上記の課題を解決可能なアイデイアを見出した。
【００３４】
本願に係る第１の発明のプラズマ表面処理方法は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、
前記整合器と前記一対の電極の間に３端子サーキュレータを配置し、該３端子サーキュレータを介して該一対の電極に電力を供給するとともに、該一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該３端子サーキュレータに接続された無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とする。
【００３５】
なお、上記無反射終端器は、反射波吸収負荷と呼ばれることもある。無反射終端器は入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。
【００３６】
本願に係る第２の発明のプラズマ表面処理方法は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記整合器と前記一対の電極の間に配置し、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器を接続し、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極を接続して前記高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を前記無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とする。
【００３７】
本願に係る第３の発明のプラズマ表面処理方法は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記一対の電極と前記複数の整合器との間にそれぞれに配置し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子と前記複数の整合器を個別に接続し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子と前記一対の電極を個別に接続して前記複数の高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とする。
【００３８】
本願に係る第４の発明のプラズマ表面処理方法は、上記本願に係る第１から第３までのいずれか１つの発明のプラズマ表面処理方法において、前記反応容器にプラズマ発光状況が観測される観測窓を設置し、その観測窓から観測されるプラズマ発光のスペクトルを測定するプラズマ発光スペクトル分析器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、前記観測窓から観測されるプラズマの発光スペクトルの中から選定される任意の波長の光の強さが最大となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにしたことを特徴とする。
【００３９】
本願に係る第５の発明のプラズマ表面処理方法は、上記本願に係る第１から第３までのいずれか１つの発明のプラズマ表面処理方法において、前記３端子サーキュレータと前記無反射終端器の間に方向性結合器を配置し、該方向性結合器を介して前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を検知する電力検出器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、該電力検出器で検出される電力値が最小となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにしたことを特徴とする。
【００４０】
本願に係る第６の発明のプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、
前記整合器と前記一対の電極の給電点の間に３端子サーキュレータを配置し、かつ、該３端子サーキュレータに前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を消費させる無反射終端器を接続したことを特徴とする。
【００４１】
本願に係る第７の発明のプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが、前記整合器と前記一対の電極の間に配置され、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器が接続され、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器が接続されるという構造を有することを特徴とする。
【００４２】
本願に係る第８の発明のプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが前記一対の電極と前記複数の整合器の間にそれぞれに配置され、前記複数の整合器にそれぞれに該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子が個別に接続され、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子に前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器が接続されるという構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、従来のプラズマ表面処理方法及びプラズマ表面処理装置が有する課題、即ち、電力供給線路での定在波の発生に起因する装置の破損（焼損）による生産設備の稼働率低下及び製品の歩留まりの低下、並びに複数の高周波電源が用いられる場合及び一対の電極に複数の電力供給点が設置される場合に起こるインピーダンス整合の不適合による生産設備の稼働率低下及び製品の歩留まりの低下等の課題が解消される。
本発明によれば、電力供給線路での定在波の生成要因である一対の電極からの反射波を無反射終端器で消滅することが可能となる。また、複数の高周波電源を用いる場合及び複数の給電点を有する場合のインピーダンス整合での干渉波（反射波と同じ方向に伝播してくる電力）を無反射終端器で消滅することが可能となる。したがって、従来の装置での課題が解消される。
これにより、従来の方法及び装置では困難視されているプラズマの安定した生成及び制御が可能となる。その結果、生産設備の稼働率及び製品の歩留まりが著しく向上する。
特に、半導体や電子デバイス等の分野における大面積基板を対象にした高速、高品質シリコン系膜製造での生産性向上及び製造コストの低減に寄与できる効果は著しく大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
【図３】図３は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である
【図４】図４は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
【図５】図５は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である
【図６】図６は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
【図７】図７は従来の平行平板電極を有するプラズマＣＶＤ装置の構成図である。
【図８】図８はインピーダンスの整合方法を説明するための、高周波電源と整合器と電極との関係を示すブロック図である。
【図９】図９は従来装置に用いられる整合器の構成図である。
【図１０】図１０は複数の給電点を有する放電電極に高周波電源の出力が供給される場合の課題を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施例での説明では、プラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン膜の製造方法の一例として、シリコン系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に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
先ず、本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置を用いたシリコン系膜の製造方法を図１及び図２を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。図２は本発明の第１の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
なお、本実施例ではプラズマを利用した製膜装置、即ち、プラズマＣＶＤ装置を説明しているので、放電用ガスにシラン（ＳｉＨ４）及び水素（Ｈ２）を用いているが、プラズマを利用したエッチング装置、即ち、プラズマエッチング装置の場合には、放電用ガスにエッチング用ガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）などが用いられる。また、プラズマによるスパッタ装置の場合には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２などが用いられる。
【００４７】
先ず、装置の構成を、図１及び図２を参照して説明する。
符番１は反応容器である。この反応容器１には、後述の放電用ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち非接地の第１の電極２と図示しない基板ヒータを内臓した接地された第２の電極３が配置されている。
符番２は第１の電極で、絶縁物で製作された支持手段１７を介して反応容器１に固着されている。なお、ここでは、第１の電極２を放電電極と呼ぶこともある。第１の電極２は、内部に放電用ガス噴出孔１４を有し、その形状は、例えば、箱形で、その材料はアルミニウム、アルミニウム系合金、あるいはＳＵＳ等の金属で、例えばアルミニウムである。サイズは、例えば、外寸法で、長さ１．２ｍｘ幅１．２ｍｘ高さ８ｃｍとする。なお、図示しない冷媒を通すパイプを内蔵しており、第１の電極２の温度を制御することが可能である。
符番３は第２の電極で、図示しない基板ヒータを内臓し、その上に設置される基板４の温度を１００〜３５０℃の範囲で、任意の温度に設定可能である。なお、第２の電極３は基板ヒータの他に、冷媒を通すパイプを内蔵しており、第２の電極３の温度を制御することが可能である。また、第２の電極３の形状は、例えば、矩形で、その材料は金属で、第１の電極２に平行に対向して設置される。その具体的なサイズは、例えば、外寸法で、長さ約１．３ｍｘ幅約１．３ｍｘ高さ約８ｃｍとする。
符番４は基板である。基板４は、図示しない基板搬入搬出装置で、第２の電極３に設置され、また、取り出される。ここでは、この基板４に微結晶シリコン膜が形成される。
符番１７は第１の電極２の支持手段で、材料は絶縁物、例えばセラミックである。第１の電極２を反応容器１に固定する。また、第１の電極２と反応容器１とを電気的に絶縁する。
【００４８】
第１及び第２の電極２、３の間隔は、図示しない第２の電極３の移動手段で上下に作動させることにより、予め、任意に設定可能であり、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で、例えば１０ｍｍに設定される。
【００４９】
符番９は、放電用ガス供給源であり、放電用ガスを供給する。ここでは、放電用ガスとして、シランガスＳｉＨ４と水素Ｈ２の混合ガスを、後述のガス供給管１０、絶縁性真空フランジ１８、放電用ガス噴出孔１４を介して、第１及び第２の電極２、３間に供給する。そのガスの流量は、放電用ガス供給源９に付属する流量計で制御される。
また、放電用ガス供給源９は、その出口の圧力を、１〜１０Ｋｇ／ｃｍ２程度の範囲で調整できる。ここでは、例えば３．５Ｋｇ／ｃｍ２に設定する。また、そのガスの流量は、２〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で設定される。
符番１０は放電用ガス供給管である。放電用ガス供給源９から供給される放電用ガスを、絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。
符番１８は絶縁性真空用フランジである。絶縁性真空用フランジ１８は、気密性と電気的絶縁性を有し、放電用ガス供給管１０から供給される放電用ガスを放電用ガス噴出孔１４に送出する。
【００５０】
符番１４は放電用ガス噴出孔である。放電用ガス噴出孔１４は、直径約０．４〜１．０ｍｍ、例えば直径約０．５ｍｍで、多数個が設置される。噴出した放電用ガスは、排気管１５ａ、１５ｂから図示しない真空ポンプにより反応容器１の外部へ排出される。
符番１５ａ、１５ｂは排気管である。排気管１５ａ、１５ｂは図示しない真空ポンプと組み合わせて用いられ、反応容器１内のガスを排出する。
【００５１】
反応容器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、ここでは、放電用ガスが流量２〜２０ＳＬＭの範囲で、圧力１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度に調整できる。
なお、放電用ガスを供給しない場合、反応容器１の真空到達圧力は２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ（２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ）程度である。
【００５２】
符番５は高周波電源である。高周波電源５は、周波数１０〜１００ＭＨｚの任意の周波数の正弦波の信号を発生し、電力増幅して、出力する。高周波電源５には、図示しない出力値（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、その反射波による電力増幅器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。
符番７、符番８ａ、符番８ｂ、符番５１は同軸ケーブルで、高周波数の電力を電送することができる。
符番６は整合器である。整合器６の内部には、図９に示されるように、インダクタと可変コンダクターが配置されている。整合器６は、同軸ケーブル７を介して入力された高周波電源５の出力を、同軸ケーブル８ａ、後述の３端子サーキュレータ５０、同軸ケーブル８ｂ、後述の電流導入端子１１、後述の同軸型電力供給棒１２及び給電点１３から成る電力供給線路を介して、第１及び第２の電極２、３に供給する。そして、その一対の電極２、３のインピーダンスと電力供給線路のインピーダンスの整合を取ることができる。なお、整合を取ることについては、以下に詳しく説明する。
【００５３】
符番５０は３端子サーキュレータで、第１、第２及び第３の端子を有する。そして、第１の端子から入力された電力は矢印（図１を参照）の方向に沿って第２の端子に出力される。第２の端子から入力された電力は矢印（図１を参照）の方向に沿って第３の端子に出力される。第３の端子からの入力された電力は矢印（図１を参照）の方向に沿って第１の端子に出力される。なお、３端子サーキュレータ５０として、電力用途の市販品を用いることができる。
符番５２は無反射終端器である。反射波吸収負荷と呼ばれることもある。無反射終端器５２は入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。なお、無反射終端は純抵抗Ｒのみで構成する。なお、純抵抗Ｒの値は同軸ケーブルのインピーダンスを考慮し、調整する。
符番１１は電流導入端子で、反応容器１の気密を保持して、同軸ケーブル８ｂと同軸型電力供給棒１２を接続する。
符番１２は同軸型電力供給棒である。同軸型電力供給棒１２は電流導入端子１１を介して供給された同軸ケーブル８ｂからの電力を給電点１３に電送する。
符番１３は給電点である。給電点１３は電極２と同軸型電力供給棒１２との接続点であり、高周波電源５の出力が供給される。なお、高周波電源５の出力が給電点１３に給電されると、一対の電極２、３の間に、プラズマが生成される。
【００５４】
ここで、３端子サーキュレータ５０及び無反射終端器５２の機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図１及び図２において、３端子サーキュレータ５０の第１の端子に入力された電力Ｗ（１）は第２の端子からＷ（１）として出力され、電流導入端子１１、同軸型電力供給棒１２を介して給電点１３に供給される。そうすると、給電点１３及びその近傍で反射波Ｗ（１１）が発生する。その反射波Ｗ（１１）は同軸ケーブル８ｂを逆流し、３端子サーキュレータ５０の第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１を介して無反射終端器５２に入力される。無反射終端器５２に入力された反射波Ｗ（１１）は無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗ（１１）は消滅する。
したがって、３端子サーキュレータ５０から整合器６へ伝搬する電力は無い。これは、３端子サーキュレータ５０から上流側の電力電送線路において定在波が発生しない、ということを意味する。
また、給電点１３と３端子サーキュレータ５０間には定在波が発生しない条件が整う。これは、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間に定在波が発生しない、ということを意味する。
【００５５】
符番５３は観測窓である。観測窓５３は反応容器１内部のプラズマ生成状況を観測する窓で石英ガラスが用いられる。石英ガラスは気密性を保つように取り付けられる。また、放電用ガスのプラズマからの汚れを防ぐために、シャッター機構を有する。
符番５４は光検出器である。光検出器５４はプラズマから発せられる光を検出し、その信号を後述のプラズマ発光スペクトル分析器５５に送信する。
符番５５はプラズマ発光スペクトル分析器で、光検出器５４から送信されたプラズマ発光のスペクトルを分析し、表示する。
放電用ガスが、例えば、ＳｉＨ４やＨ２を含む場合は、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）あるいは６５６ｎｍ（Ｈα線）を検出し、表示する。また、放電用ガスが、例えば、Ｎ２やＯ２を含む場合は、３３７ｎｍ（Ｎ２発光）あるいは１８５〜２１０ｎｍ（Ｏ２発光）を検出し、表示する。
放電用ガスが、例えば、塩素（Ｃｌ２）や六フッ化硫黄（ＳＦ６）、を含む場合は、７２６ｎｍ（Ｃｌ発光）あるいは６２４ｎｍ（Ｆ発光）を検出し、表示する。
【００５６】
次に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。なお、図１及び図２を参照する。
【００５７】
図１において、予め、基板４を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、反応容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、放電用ガス供給源９から放電用ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを、放電用ガス供給管１０及び絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。混合ガスのシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合比は、例えば、１対１０とし、混合ガスの流量を、５〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば１０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板４のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
【００５８】
インピーダンスの整合を取る際は、観測窓５３から光検出器５４及び プラズマ発光スペクトル分析器５５を用いてプラズマ発光の強さを見ながら、即ち、観測窓５３から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、例えば４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
【００５９】
高周波電源５の周波数を選定し、例えば１３．５６ＭＨｚとし、その出力を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を整合器６、同軸ケーブル８ａ、３端子サーキュレータ５０、同軸ケーブル８ｂ、電流導入端子１１及び 同軸型電力供給棒１２を介して、給電点１３に供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。観測窓から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値になると、整合が取れたと考える。
次に、高周波電源５の出力を所要の数値、例えば２０ＫＷに設定し、その出力で、再度、観測窓から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、整合器６のリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
【００６０】
この状態において、整合が完全でなければ給電点１３及びその近傍で発生する反射波Ｗ（１１）が逆流してくるが、この反射波Ｗ（１１）は、上述したように、３端子サーキュレータ５０から無反射終端器５２に伝播し、その内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗ（１１）は消滅する。
即ち、図１及び図２において、３端子サーキュレータ５０の第１の端子に入力された電力Ｗ（１）は第２の端子からＷ（１）として出力され、電流導入端子１１、同軸型電力供給棒１２を介して給電点１３に供給される。そうすると、給電点１３及びその近傍で反射波Ｗ（１１）が発生する。その反射波Ｗ（１１）は同軸ケーブル８ｂを逆流し、３端子サーキュレータ５０の第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１を介して無反射終端器５２に入力される。無反射終端器５２に入力された反射波Ｗ（１１）は無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗ（１１）は消滅する。
なお、無反射終端器５２で反射波Ｗ（１１２）が発生することがあるが、反射波Ｗ（１１）に比べて著しく小さい。
【００６１】
したがって、反射波Ｗ（１１）は３端子サーキュレータ５０の上流側に位置する同軸ケーブル８ａに戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、３端子サーキュレータ５０より上流側の電力電送線路には反射波が戻らないので、従来の装置で起こる整合器あるいは高周波電源等の焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、３端子サーキュレータ５０の上流側では発生しない。
また、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間にも、定在波が発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、３端子サーキュレータ５０の破損（焼損）の問題はないと、考えられる。
【００６２】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板４に微結晶シリコン膜が堆積する。なお、シランガスの他に大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
基板４に堆積されたｉ型微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の測定には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを求めて、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義し、評価される。
【００６３】
上述の装置構成（図１、図２）において、３端子サーキュレータ５０と電流導入端子１１の間に同軸ケーブル８ｂを配置しているが、この同軸ケーブル８ｂを用いないで、３端子サーキュレータ５０を電流導入端子１１に直接、接続しても良い。
この場合は、電力電送線路の中の接続点が減るので、電力電送の損失が減少する。また、給電点１３と整合器６の出力端子の間の距離が短縮し、その距離が高周波電力の波長の四分の一以下であれば、定在波発生の抑制という効果が期待される。
【００６４】
（実施例２）
本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びその装置を用いたシリコン系膜の製造方法を、図３及び図４を参照して説明する。
図３は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。図４は本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
なお、本実施例ではプラズマを利用した製膜装置、即ち、プラズマＣＶＤ装置を説明しているので、放電用ガスにシラン（ＳｉＨ４）及び水素（Ｈ２）を用いているが、プラズマを利用したエッチング装置、即ち、プラズマエッチング装置の場合には、放電用ガスにエッチング用ガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）などが用いられる。また、プラズマによるスパッタ装置の場合には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２などが用いられる。
【００６５】
先ず、電力供給系の構成を、図３及び図４を参照して説明する。
符番５は高周波電源である。高周波電源５は、周波数１０〜１００ＭＨｚの任意の周波数の正弦波の信号を発生し、電力増幅して、出力する。高周波電源５には、図示しない出力値（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、その反射波による電力増幅器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。
符番７ａ、７ｂ、８ａａ、８ａｂ、８ｂａ、８ｂｂ、５１ａ、５１ｂは同軸ケーブルで、高周波数の電力を電送することができる。
符番６ａは第１の整合器である。第１の整合器６ａの内部には、インダクタと可変コンダクターが配置されている。第１の整合器６ａは、同軸ケーブル７ａを介して入力された高周波電源５の出力を、同軸ケーブル８ａａ、後述の第１の３端子サーキュレータ５０ａ、同軸ケーブル８ｂａ、後述の第１の電流導入端子１１ａ、後述の第１の同軸型電力供給棒１２ａ及び第１の給電点１３ａから成る第１の電力供給線路を介して、第１及び第２の電極２、３に電力を供給する。そして、第１の整合器はその一対の電極２、３のインピーダンスと第１の電力供給線路のインピーダンスの整合を図ることができる。
【００６６】
符番５０ａは第１の３端子サーキュレータで、第１、第２及び第３の端子を有する。そして、第１の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第２の端子に出力される。第２の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第３の端子に出力される。第３の端子からの入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第１の端子に出力される。なお、第１の３端子サーキュレータ５０ａとして、電力用途の市販品を用いることができる。
符番５２ａは第１の無反射終端器である。第１の無反射終端器５２ａは入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。なお、第１の無反射終端は純抵抗Ｒのみで構成する。また、純抵抗Ｒの値は同軸ケーブルのインピーダンスを考慮し、調整する。
符番１１ａは第１の電流導入端子で、反応容器１の気密を保持して、同軸ケーブル８ｂａと第１の同軸型電力供給棒１２ａを接続する。
符番１２ａは第１の同軸型電力供給棒である。第１の同軸型電力供給棒１２ａは第１の電流導入端子１１ａを介して供給された同軸ケーブル８ｂａからの電力を給電点１３ａに電送する。
符番１３ａは第１の給電点である。第１の給電点１３ａは、電極２の端部に後述の第２の給電点１３ｂと対向して設置され、電極２と第１の同軸型電力供給棒１２ａとの接続点であり、高周波電源の出力が供給される。なお、高周波電源の出力電力が第１の給電点１３ａに給電されると、一対の電極２、３の間に、電界が発生し、プラズマが生成される。
【００６７】
ここで、第１の３端子サーキュレータ５０ａ及び第１の無反射終端器５２ａの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図３及び図４において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３ａに供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
【００６８】
他方、後述するように、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。これは、反射波Ｗａ（１１）と同じ方向に伝搬する電力である。
第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
したがって、３端子サーキュレータ５０ａから整合器６ａへ伝搬する電力は無い。これは、３端子サーキュレータ５０ａから上流側の電力電送線路において定在波が発生しない、ということを意味する。
また、給電点１３と３端子サーキュレータ５０間には定在波が発生しない条件が整う。これは、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間に定在波が発生しない、ということを意味する。
【００６９】
符番６ｂは第２の整合器である。第２の整合器６ｂの内部には、インダクタと可変コンダクターが配置されている。第２の整合器６ｂは、同軸ケーブル７ｂを介して入力された高周波電源５の出力を、同軸ケーブル８ａｂ、後述の３端子サーキュレータ５０ｂ、同軸ケーブル８ｂｂ、後述の第２の電流導入端子１１ｂ、後述の第２の同軸型電力供給棒１２ｂ及び第２の給電点１３ｂから成る第２の電力供給線路を介して、第１及び第２の電極２、３に供給する。そして、その一対の電極２、３のインピーダンスと第２の電力供給線路のインピーダンスの整合を図ることができる。
【００７０】
符番５０ｂは第２の３端子サーキュレータで、第１、第２及び第３の端子を有する。そして、第１の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第２の端子に出力される。第２の端子から入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第３の端子に出力される。第３の端子からの入力された電力は矢印（図３、図４を参照）の方向に沿って第１の端子に出力される。なお、第２の３端子サーキュレータ５０ｂとして、電力用途の市販品を用いることができる。
符番５２ｂは第２の無反射終端器である。第２の無反射終端器５２ｂは入力された電力の反射を抑制し、その電力を電気抵抗で消費し、吸収するものである。なお、第２の無反射終端は純抵抗Ｒのみで構成する。なお、純抵抗Ｒの値は同軸ケーブルのインピーダンスを考慮し、調整する。
符番１１ｂは第２の電流導入端子で、反応容器１の気密を保持して、同軸ケーブル８ｂｂと第２の同軸型電力供給棒１２ｂを接続する。
符番１２ｂは第２の同軸型電力供給棒である。第２の同軸型電力供給棒１２ｂは第２の電流導入端子１１ｂを介して供給された同軸ケーブル８ｂｂからの電力を第２の給電点１３ｂに電送する。
符番１３ｂは第２の給電点である。第２の給電点１３ｂは、第１の給電点１３ａと対向して設置され、電極２と第２の同軸型電力供給棒１２ｂとの接続点であり、高周波電源の出力が供給される。なお、高周波電源の出力電力が第２の給電点１３ｂに給電されると、一対の電極２、３の間に電界が発生し、プラズマが生成される。
【００７１】
ここで、第２の３端子サーキュレータ５０ｂ及び第２の無反射終端器５２ｂの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図３及び図４において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
したがって、３端子サーキュレータ５０ｂから整合器６ｂへ伝搬する電力は無い。これは、３端子サーキュレータ５０ｂから上流側の電力電送線路において定在波が発生しない、ということを意味する。
また、給電点１３と３端子サーキュレータ５０間には定在波が発生しない条件が整う。これは、３端子サーキュレータ５０と給電点１３との間に定在波が発生しない、ということを意味する。
【００７２】
他方、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。その電力をＷａ（１２）とする。これは、反射波Ｗｂ（１１）と同じ方向に伝播する電力である。
第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００７３】
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００７４】
その結果、上記第１の電力供給線路及び第２の電力供給線路での電力の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側に上記Ｗａ（１２）及びＷｂ（１２）が伝播しないので、従来の装置で起こるような焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、３端子サーキュレータ５０の破損（焼損）の問題はないと、
考えられる。
【００７５】
次に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。なお、図３及び図４参照する。
【００７６】
図３及び図４において、予め、基板４を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、反応容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、放電用ガス供給源９から放電用ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを、放電用ガス供給管１０及び絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。混合ガスのシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合比は、例えば、１対１０とし、混合ガスの流量を、５〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば１０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板４のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
【００７７】
次に、高周波電源の周波数を選定し、例えば１３．５６ＭＨｚとし、２つの出力の一方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を整合器６ａに供給し、同軸ケーブル８ａａ、第１の３端子サーキュレータ５０ａ、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ及び第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して、第１の給電点１３ａに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。インピーダンスの整合は観測窓５３から光検出器５４及びプラズマ発光スペクトル分析器５５を用いてプラズマ発光の強さを見ながら、調整する。即ち、観測窓５３から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、例えば４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００７８】
次に、高周波電源の２つの出力の他方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を第２の整合器６ｂに供給し、同軸ケーブル８ａｂ、第２の３端子サーキュレータ５０ｂ、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ及び第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して、第２の給電点１３ｂに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。インピーダンスの整合は観測窓５３から光検出器５４及びプラズマ発光スペクトル分析器５５を用いてプラズマ発光の強さを見ながら、調整する。即ち、観測窓５３から検出されるプラズマの発光スペクトルを観測しながら、例えば４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値を持つように、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、４１４ｎｍ（ＳｉＨ発光）のピーク値が最大値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００７９】
次に、上記高周波電源の２つの出力を同時に、第１及び第２の整合器６ａ、６ｂに供給し、その出力を所要電力に、例えば２０ＫＷに設定する。
【００８０】
この状態において、整合が完全でなければ第１及び第２の給電点１３ａ、１３ｂ及びその近傍で発生する反射波が、それぞれに逆流してくるが、この反射波は、上述の第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ、第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂにより吸収される。その結果、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流には流れない。
即ち、図３及び図４において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３に供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）第１の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００８１】
他方、図３及び図４において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
また、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷａ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００８２】
したがって、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側に上記供給電力の反射波及び反射波Ｗｂ（１１）と同じ方向に伝播する電力（干渉波）は戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側の電力電送線路には反射波及び干渉波が戻らないので、従来の装置で起こる焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１の３端子サーキュレータ５０ａと給電点１３ａ近傍の間に発生しない。第２の３端子サーキュレータ５０ｂと給電点１３ｂ近傍の間に発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの破損（焼損）の問題はないと、考えられる。
【００８３】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板４に微結晶シリコン膜が堆積する。なお、シランガスの他に大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
基板４に堆積された微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の測定には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを求めて、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義し、評価される。
【００８４】
上述の装置構成（図３、図４）において、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ及び電流導入端子１１ａ、１１ｂの間にそれぞれ、同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを配置しているが、この同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを用いないで、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂを電流導入端子１１ａ、１１ｂに直接、接続しても良い。
この場合は、電力電送線路の中の接続点が減るので、電力電送の損失が減少する。また、給電点１３ａ、１３ｂと整合器６ａ、６ｂの出力端子のそれぞれの間の距離が短縮し、その距離が高周波電力の波長の四分の一以下であれば、定在波発生の抑制という効果が期待される。
【００８５】
（実施例３）
本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置及びその装置を用いたシリコン系膜の製造方法を、図５及び図６を参照して説明する。なお、図１〜図４で説明した同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図５は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式的な説明図である。図６は本発明の第３の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の電力供給系のブロック図である。
なお、本実施例ではプラズマを利用した製膜装置、即ち、プラズマＣＶＤ装置を説明しているので、放電用ガスにシラン（ＳｉＨ４）及び水素（Ｈ２）を用いているが、プラズマを利用したエッチング装置、即ち、プラズマエッチング装置の場合には、放電用ガスにエッチング用ガス、例えば、塩素（Ｃｌ２）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）などが用いられる。また、プラズマによるスパッタ装置の場合には、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２などが用いられる。
【００８６】
先ず、電力供給系の構成を、図５及び図６を参照して説明する。
符番５３ａは第１の方向性結合器である。第１の方向性結合器５３ａは、同軸ケーブル５１ａ内を、第１の３端子サーキュレータ５０ａから第１の無反射終端５２ａへ伝播する電力を検知し、その信号を後述の第１の電力検知器５４ａに送信する。
符番５４ａは第１の電力検知器である。第１の電力検知器５４ａは、第１の方向性結合器５３ａから送信された電気信号を受信し、その受信信号を電力値に変換して、その値を表示する。
符番５３ｂは第２の方向性結合器である。第２の方向性結合器５３ｂは、同軸ケーブル５１ｂ内を、第２の３端子サーキュレータ５０ｂから第２の無反射終端５２ｂへ伝播する電力を検知し、その信号を後述の第２の電力検知器５４ｂに送信する。
符番５４ｂは第２の電力検知器である。第２の電力検知器５４ｂは、第２の方向性結合器５３ｂから送信された電気信号を受信し、その受信信号を電力値に変換して、その値を表示する。
【００８７】
第１の３端子サーキュレータ５０ａ及び第１の無反射終端器５２ａの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図５及び図６において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３ａに供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。
第１の無反射終端器５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
同軸ケーブル５１ａ内を第１の３端子サーキュレータ５０ａの第３の端子から第１の無反射終端器５２ａの方向へ伝播する電力は、第１の方向性結合器５３ａと第１の電力検知器５４ａにより検知され、その値が表示される。
【００８８】
第２の３端子サーキュレータ５０ｂ及び第２の無反射終端器５２ｂの機能及び電力電送線路での役割を説明する。
図５及び図６において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
同軸ケーブル５１ｂ内を第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第３の端子から第２の無反射終端器５２ｂの方向へ伝播する電力は、第２の方向性結合器５３ｂと第２の電力検知器５４ｂにより検知され、その値が表示される。
【００８９】
他方、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。その電力をＷａ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００９０】
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００９１】
その結果、上記第１の電力供給線路及び第２の電力供給線路での電力の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側に上記Ｗａ（１２）及びＷｂ（１２）が伝播しないので、従来の装置で起こるような焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１の３端子サーキュレータ５０ａと給電点１３ａ近傍の間に発生しない。第２の３端子サーキュレータ５０ｂと給電点１３ｂ近傍の間に発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、３端子サーキュレータ５０の破損（焼損）の問題はないと、
考えられる。
【００９２】
次に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、微結晶シリコン膜を製膜する方法を説明する。なお、図５及び図６を参照する。
【００９３】
図５及び図６において、予め、基板４を第２の電極３の上に設置し、図示しない真空ポンプを稼動させ、反応容器１内の空気及び不純物ガス等を除去した後、放電用ガス供給源９から放電用ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを、放電用ガス供給管１０及び絶縁性真空用フランジ１８を介して放電用ガス噴出孔１４に供給する。混合ガスのシランガス（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合比は、例えば、１対１０とし、混合ガスの流量を、５〜２０ＳＬＭ（標準状態換算でのガス流量：Ｌ／分）の範囲で、例えば１０ＳＬＭを供給しつつ、圧力を５３３．２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）に維持する。基板温度は１００〜３５０℃の範囲、例えば２２０℃に保持する。
なお、基板４のサイズは、第１の電極２のサイズに合わせて、長さ１ｍｘ幅１ｍ（厚み４ｍｍ）とする。
【００９４】
次に、高周波電源の周波数を選定し、例えば１３．５６ＭＨｚとし、２つの出力の一方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を整合器６ａに供給し、同軸ケーブル８ａａ、第１の３端子サーキュレータ５０ａ、同軸ケーブル８ｂａ、第１の電流導入端子１１ａ及び第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して、第１の給電点１３ａに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。即ち、インピーダンスの整合は、第１の方向性結合器５３ａと第１の電力検知器５４ａにより検知されて表示される同軸ケーブル５１ａ内を第１の３端子サーキュレータ５０ａの第３の端子から第１の無反射終端５２ａの方向へ伝播する電力の値が、最小値となるように、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第１の整合器６ａのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、第１の電力検知器５４ａの値が最小値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００９５】
次に、高周波電源の２つの出力の他方を所要電力の１０％〜３０％、例えば２ＫＷとし、その電力を第２の整合器６ｂに供給し、同軸ケーブル８ａｂ、第２の３端子サーキュレータ５０ｂ、同軸ケーブル８ｂｂ、第２の電流導入端子１１ｂ及び第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して、第２の給電点１３ｂに供給する。
そして、インピーダンスの整合は次のように行う。即ち、インピーダンスの整合は、第２の方向性結合器５３ｂと第２の電力検知器５４ｂにより検知されて表示される同軸ケーブル５１ｂ内を第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第３の端子から第２の無反射終端器５２ｂの方向へ伝播する電力の値が、最小値となるように、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整する。
ここでは、供給された２ＫＷの電力値一定において、第２の整合器６ｂのリアクタンス（ＬとＣ）を調整により、第２の電力検知器５４ｂの値が最小値になると、整合が取れたと考える。そして、上記高周波電源の出力を一旦、ゼロに戻す。
【００９６】
次に、上記高周波電源の２つの出力を同時、第１及び第２の整合器６ａ、６ｂに供給し、その出力を所要電力に、例えば２０ＫＷに設定する。
【００９７】
この状態において、整合が完全でなければ第１及び第２の給電点１３ａ、１３ｂ及びその近傍で発生する反射波が、それぞれに逆流してくるが、この反射波は、上述の第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ、第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂにより吸収される。その結果、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流には流れない。
即ち、図５及び図６において、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第１の端子に入力された電力Ｗａ（１）は第２の端子からＷａ（１）として出力され、第１の電流導入端子１１ａ、第１の同軸型電力供給棒１２ａを介して第１の給電点１３に供給される。そうすると、第１の給電点１３ａ及びその近傍で反射波Ｗａ（１１）が発生する。その反射波Ｗａ（１１）は同軸ケーブル８ｂａを逆流し、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗａ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された反射波Ｗａ（１１）第１の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗａ（１１）は消滅する。
また、上記第２の給電点１３ｂに入射した電力Ｗｂ（１）の一部分は、電極間を通過して第１の電流導入端子１１ａ、同軸ケーブル８ｂａを介して、第１の３端子サーキュレータ５０ａの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷｂ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗｂ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ａを介して第１の無反射終端器５２ａに入力される。第１の無反射終端器５２ａに入力された電力Ｗｂ（１２）は第１の無反射終端器５２ａ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗｂ（１２）は消滅する。
【００９８】
他方、図５及び図６において、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第１の端子に入力された電力Ｗｂ（１）は第２の端子からＷｂ（１）として出力され、第２の電流導入端子１１ｂ、第２の同軸型電力供給棒１２ｂを介して第２の給電点１３ｂに供給される。そうすると、第２の給電点１３ｂ及びその近傍で反射波Ｗｂ（１１）が発生する。その反射波Ｗｂ（１１）は同軸ケーブル８ｂｂを逆流し、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に入射する。第２の端子に入射した反射波Ｗｂ（１１）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された反射波Ｗｂ（１１）は第２の無反射終端器５２内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、反射波Ｗｂ（１１）は消滅する。
また、上記第１の給電点１３ａに入射した電力Ｗａ（１）の一部分は、電極間を通過して第２の電流導入端子１１ｂ、同軸ケーブル８ｂｂを介して、第２の３端子サーキュレータ５０ｂの第２の端子に干渉波として、入射する。その電力をＷａ（１２）とする。第２の端子に入射した電力Ｗａ（１２）は第３の端子から出力されて、同軸ケーブル５１ｂを介して第２の無反射終端器５２ｂに入力される。第２の無反射終端器５２ｂに入力された電力Ｗａ（１２）は第２の無反射終端器５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、電力Ｗａ（１２）は消滅する。
【００９９】
したがって、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側に上記供給電力の反射波及び干渉波は戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側の電力電送線路には反射波及び干渉波（該反射波と同じ方向に伝播する電力）が戻らないので、従来の装置で起こる焼損（破損）問題は発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側では発生しない。
また、従来装置で問題となる定在波は、第１の３端子サーキュレータ５０ａと給電点１３ａ近傍の間に発生しない。第２の３端子サーキュレータ５０ｂと給電点１３ｂ近傍の間に発生しない。
なお、既に実用化され、市販されている電力用途の３端子サーキュレータは空冷あるいは水冷機能を有しているので、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの破損（焼損）の問題はないと、考えられる。
【０１００】
また、インピーダンスの整合において、第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂのそれぞれのリアクタンス（ＬとＣ）を調整は、時間をずらして別々に行うので、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）の影響はない。
第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂを同時に用いる場合、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）は第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、それぞれの干渉波の影響はない。
【０１０１】
上記の条件で、１０〜２０分程度の時間、プラズマを生成すると、基板４に微結晶シリコン膜が堆積する。なお、シランガスの他に大量の水素ガスが供給されるので、得られる膜はアモルファスＳｉではなく、微結晶膜になる。
基板４に堆積された微結晶シリコン膜の膜厚分布は、正弦的な分布となる。即ち、製膜されたシリコン系薄膜の膜厚分布は、概略、次式で表わされる。
Ｉ（ｘ）＝ｃｏｓ２（２πｘ／λ）
ただし、Ｉ（ｘ）は膜の厚み、ｘは基板中央からその周辺方向への距離、λは使用電力の波長（プラズマ中での波長）である。
結晶化率の測定には、ラマンスペクトル分析器を用い、膜中の結晶Ｓｉピーク（５１７ｃｍ−１）ＩｃとアモルファスＳｉピーク（４７０〜４８０ｃｍ−１）Ｉａを求めて、結晶化率（％）＝１００ｘＩｃ／（Ｉａ＋Ｉｃ）と定義し、評価される。
【０１０２】
上述のように、実施例３によれば、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂの上流側に上記供給電力の反射波及び干渉波は戻らない。その結果、電力供給の流れで見て、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂより上流側の電力電送線路には反射波及び干渉波が戻らないので、従来の装置で起こる焼損（破損）問題は発生しない。
また、インピーダンスの整合において、第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂのそれぞれのリアクタンス（ＬとＣ）を調整は、時間をずらして別々に行うので、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）の影響はない。第１の整合器６ａ及び第２の整合器６ｂを同時に用いる場合においても、それぞれの干渉波、即ち、上記のＷｂ（１１）及びＷａ（１２）は第１及び第２の無反射終端器５２ａ、５２ｂ内部の電気抵抗で消費、吸収される。その結果、それぞれの干渉波の影響はない。
したがって、本実施例では、従来の技術では問題視される電力供給線路での定在波の発生に起因する装置の破損（焼損）問題及びインピーダンス整合の不適合の問題は、解消される。
【０１０３】
上述の装置構成（図５、図６）において、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂ及び電流導入端子１１ａ、１１ｂの間にそれぞれ、同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを配置しているが、この同軸ケーブル８ｂａ、８ｂｂを用いないで、第１及び第２の３端子サーキュレータ５０ａ、５０ｂを電流導入端子１１ａ、１１ｂに直接、接続しても良い。
この場合は、電力電送線路の中の接続点が減るので、電力電送の損失が減少する。また、給電点１３ａ、１３ｂと整合器６ａ、６ｂの出力端子のそれぞれの間の距離が短縮し、その距離が高周波電力の波長の四分の一以下であれば、定在波発生の抑制という効果が期待される。
【符号の説明】
【０１０４】
１・・・反応容器、
２・・・第１の電極、
３・・・第２の電極、
４・・・基板、
５・・・高周波電源、
６、６ａ、６ｂ・・・整合器
７、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、８ａａ、８ａｂ、８ｂａ、８ｂｂ、５１・・・同軸ケーブル
９・・・放電用ガス供給源、
１０・・・放電用ガス供給管、
１１、１１ａ、１１ｂ・・・電流導入端子、
１２、１２ａ、１２ｂ・・・同軸型電力供給棒、
１３、１３ａ、１３ｂ・・・給電点、
１４・・・放電用ガス噴出孔、
５０、５０ａ、５０ｂ・・・３端子サーキュレータ、
５２、５２ａ、５２ｂ・・・無反射終端器、
５３ａ、５３ｂ・・・方向性結合器、
５４・・・光検出器
５４ａ、５４ｂ・・・電力検知器、
５５・・・プラズマ発光スペクトル分析器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、
前記整合器と前記一対の電極の間に３端子サーキュレータを配置し、該３端子サーキュレータを介して該一対の電極に電力を供給するとともに、該一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該３端子サーキュレータに接続された無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記整合器と前記一対の電極の間に配置し、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器を接続し、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極を接続して前記高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を前記無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項３】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記一対の電極と前記複数の整合器との間にそれぞれに配置し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子と前記複数の整合器を個別に接続し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子と前記一対の電極を個別に接続して前記複数の高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該無反射終端器で消費させるようにした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から３までのいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、
前記反応容器にプラズマ発光状況が観測される観測窓を設置し、その観測窓から観測されるプラズマ発光のスペクトルを測定するプラズマ発光スペクトル分析器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、前記観測窓から観測されるプラズマの発光スペクトルの中から選定される任意の波長の光の強さが最大となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにした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から３までのいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、
前記３端子サーキュレータと前記無反射終端器の間に方向性結合器を配置し、該方向性結合器を介して前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を検知する電力検出器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、該電力検出器で検出される電力値が最小となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項６】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、
前記整合器と前記一対の電極の給電点の間に３端子サーキュレータを配置し、かつ、該３端子サーキュレータに前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を消費させる無反射終端器を接続したことを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項７】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが、前記整合器と前記一対の電極の間に配置され、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器が接続され、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器が接続されるという構造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８】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが前記一対の電極と前記複数の整合器の間にそれぞれに配置され、前記複数の整合器にそれぞれに該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子が個別に接続され、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子に前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器が接続されるという構造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】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、
前記整合器と前記一対の電極の間に３端子サーキュレータを配置し、該３端子サーキュレータを介して該一対の電極に電力を供給するとともに、該一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該３端子サーキュレータに接続された無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記整合器と前記一対の電極の間に配置し、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器を接続し、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極を接続して前記高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を前記無反射終端器で消費させるようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項３】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータを、前記一対の電極と前記複数の整合器との間にそれぞれに配置し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子と前記複数の整合器を個別に接続し、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子と前記一対の電極を個別に接続して前記複数の高周波電源の出力を前記一対の電極に供給するとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器を接続して前記一対の電極から伝播する反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を該無反射終端器で消費させるようにした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から３までのいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、
前記反応容器にプラズマ発光状況が観測される観測窓を設置し、その観測窓から観測されるプラズマ発光のスペクトルを測定するプラズマ発光スペクトル分析器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、前記観測窓から観測されるプラズマの発光スペクトルの中から選定される任意の波長の光の強さが最大となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにした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から３までのいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法において、
前記３端子サーキュレータと前記無反射終端器の間に方向性結合器を配置し、該方向性結合器を介して前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を検知する電力検出器を設置するとともに、前記高周波電源と前記一対の電極のインピーダンスの整合を取るに際し、該電力検出器で検出される電力値が最小となるように、前記整合器のリアクタンスを調整するようにしたことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項６】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、
前記整合器と前記一対の電極の給電点の間に３端子サーキュレータを配置し、かつ、該３端子サーキュレータに前記一対の電極からの反射波あるいは該反射波と同じ方向に伝播する電力を消費させる無反射終端器を接続したことを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項７】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する高周波電源と、該高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスを整合する整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが、前記整合器と前記一対の電極の間に配置され、該３端子サーキュレータの第１の端子と前記整合器が接続され、該３端子サーキュレータの第２の端子と前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータの第３の端子に無反射終端器が接続されるという構造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８】
排気系を備えた反応容器と、該反応容器に放電用ガスを供給する放電用ガス供給装置と、非接地の第１の電極と該第１の電極に対向して設置され、基板が載置される第２の電極からなる一対の電極と、該一対の電極に高周波電力を供給する複数の高周波電源と、該複数の高周波電源と該一対の電極とのインピーダンスをそれぞれに整合する複数の整合器と、を具備し、生成されたプラズマを利用して基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、第１、第２及び第３の端子を有し、第１の端子に入力した電力を第２の端子から出力し、第２の端子に入力した電力を第３の端子から出力し、第３の端子に入力した電力を第１の端子から出力する３端子サーキュレータが前記一対の電極と前記複数の整合器の間にそれぞれに配置され、前記複数の整合器にそれぞれに該３端子サーキュレータのそれぞれの第１の端子が個別に接続され、該３端子サーキュレータのそれぞれの第２の端子に前記一対の電極が接続されるとともに、該３端子サーキュレータのそれぞれの第３の端子に個別に無反射終端器が接続されるという構造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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２４１８４（Ｐ２０１２−１２４１８４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【公開請求】
【出願番号】特願２０１２−７３８３１（Ｐ２０１２−７３８３１）
【出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【出願人】（３０３０３４９０８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７３８３１（Ｐ２０１２−７３８３１）
【出願日】平成２４年３月２８日（２０１２．３．２８）
【出願人】（３０３０３４９０８）
【Ｆターム（参考）】
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