高周波プラズマ発生装置と、該高周波プラズマ発生装置により構成された表面処理装置及び表面処理方法

【課題】
ＶＨＦプラズマの表面処理への応用において、一対の電極間に発生の定在波を均一化することにより、プラズマの強さの分布を一様化し、その結果、大面積・均一の超高周波プラズマ表面処理が可能な表面処理装置および表面処理方法を提供すること。
【解決手段】
一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの給電点に時間的に分離されたパルス電力を供給し、該一対の電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつそれらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする高周波プラズマ発生装置及び方法。

【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、電子温度が低く、かつ、高密度のプラズマ生成が可能という特徴をもつ超高周波プラズマ、すなわち周波数がＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚないし３００ＭＨｚ）の高周波電力により生成するプラズマによる表面処理装置および表面処理方法に関する。
【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】
上記技術分野は、薄膜形成、エッチング、表面改質およびコーテイング等多岐に亘るが、いずれも反応性プラズマの化学的および物理的作用を活用したものである。上記反応性プラズマの生成に関する装置および方法には、大別すると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ないし３に記載されているもので、プラズマ発生に非接地電極と接地電極から成る２枚の平行平板電極を一対として用いることを特徴とする。第２の代表的技術は、例えば特許文献４及び５に記載されているもので、プラズマ発生に棒電極あるいはラダー型電極と平板電極を一対として用いることを特徴とする。第３の代表的技術は、例えば、特許文献６に記載されているもので、アンテナ方式であることを特徴とする。
【０００４】
また、電力損失防止及び電極間以外で発生の不必要なプラズマの発生を抑制する技術として、平衡不平衡変換装置を用いる技術が、例えば特許文献２及び３に記載されている。
【０００５】
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、一対の電極は方形の形状を有し、かつ、互いに直交する方向に位置する該電極の第１および第２の辺に、それぞれ、電力供給系の出力回路に接続された複数の電力供給点が設置され、かつ、該複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置が設置されるということを特徴としている。この技術では、該複数の電力供給点に対応したリアクタンス調整装置を制御することにより、反射波の位相を制御することにより、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動させることが可能である。
特許文献３に記載の技術は、一対の電極に複数の開口を設置し、該開口の縁にそれぞれ電力供給点を配置し、かつ、電力供給系より平衡不平衡変換装置及び平衡伝送路を介して電力を供給することを特徴としている。この技術では、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化することが可能である。
特許文献４に記載の技術は、一対の電極の電力供給点の反対側の先端部分に反射電力の位相を調整する位相調整回路が接続されるということを特徴としている。この技術では、該位相調整回路を制御することにより、反射波の位相の調整が可能で、該供給電力の進行波と反射波を干渉させて定在波を生成することが可能で、かつ、該定在波の腹の位置を移動することが可能である。
特許文献５に記載の技術は、電極上のある１つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも１つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化することを特徴としている。なお、この技術では、互いに向かい合った方向から供給される２つの電力の進行波を干渉させて定在波を生成させ、該定在波の腹の位置を時間的に変化させることが可能である。
特許文献６に記載の技術は、電極が線状導体をその中央点を基準に平面内に含まれるように折り返して形成され、該中央点を給電点としたことが特徴である。なお、この電極の形状には、例えばＵ字型あるいはＭ字型がある。また、該Ｕ字型あるいはＭ字型電極がアンテナとなって供給電力が空間へ放射される。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１２９７７（第２頁、第１図、第１０−１１図）
【特許文献２】特許第３５７５０１４号（第１−３頁、第６−１０図）
【特許文献３】特開２００４−２３５６７３（第２―３頁、第９−１１図）
【特許文献４】特開平１１−２４３０６２（第１頁、第１図、第７図）
【特許文献５】特許第３３１６４９０号（第１頁、第１図、第８図）
【特許文献６】特開２０００−３４５３５１（第２頁、第１図、第５図、第７図）
【０００８】
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のプラズマ表面処理技術、即ちプラズマ表面処理装置とプラズマ表面処理方法は、ＬＣＤ，ＬＳＩ，電子複写機および太陽電池等の産業分野のいずれにおいても、生産性向上に伴う製品コストの低減および大面積壁掛けＴＶなど性能（仕様）の改善等に関する大面積・均一化および高速処理化のニーズが年々強まっている。特に、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、なお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。
【００１０】
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。
【００１１】
第１の課題は、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。
【００１２】
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１〜６にあるアイデイア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、プラズマが例えば数ｋＨｚの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。なお、ａ−Ｓｉ膜製膜では電源周波数が１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度を境にして、低い周波数帯の場合では膜中水素の量が、高い周波数帯の場合に比べて著しく多くなるという研究成果がある。
（２）特許文献２記載の技術は、複数の電力供給点の反対側に、それぞれ、複数の該電力供給箇点に対応したリアクタンス調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数１００Ｐａ以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
（３）特許文献３記載の技術は、互いに隣接する開口より給電された電力が進行波とその反射波の関係となって生成する定在波を重ねあわせることにより、電極間のプラズマの強さの空間的分布を一様化するので、互いに隣接する開口の間隔を使用する電源周波数即ち波長に対応して選定することが必要である。すなわち、電源周波数が予め選定されることが必須条件で、かつ、プラズマ密度の強さに応じて伝播電力の波長が短縮するので、プラズマの均一性はプラズマ密度の強さに依存するという欠点がある。
（４）特許文献４記載の技術は、特許文献２記載の技術と同様に、電力供給点の反対側に、位相調整装置を設置し、電力の反射波の位相を制御するので、電力の吸収率が高い条件、例えば圧力が数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａでのプラズマ生成では反射波の強さが弱くなり、反射波の制御が無理となる。すなわち、プラズマ生成の圧力が数１００Ｐａ程度以下との条件の場合でないと応用できないという欠点がある。
（５）特許文献５記載の技術は、特許文献１記載の技術と同様に、電極上のある１つの給電点に供給される電力の電圧と他の少なくとも１つの給電点に供給される前記電力の電圧の位相差を時間的に変化させることにより、一対の電極間の電界分布を平均化し、結果として、プラズマの強さの空間的分布を一様化するので、プロセス用ＶＨＦプラズマ表面処理装置及びＶＨＦプラズマ表面処理方法としては、プラズマが例えば数ｋＨｚの周波数で変動するので、高品質膜製造や高品質エッチング加工等には適しないという欠点がある。また、膜厚分布は、アモルファスＳｉ製膜では、基板面積が５０ｃｍｘ５０ｃｍ程度に関しては、±１０〜１５％程度の膜厚分布が得られているが、１００ｃｍｘ１００ｃｍ程度に関しては、±２０以上と見られている。
（６）特許文献６記載の技術は、アンテナ方式即ち誘導結合型のプラズマ生成なので、圧力条件が数Ｐａ以下という制約がある。すなわち、微結晶Ｓｉ等のような圧力条件が数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａである応用には無理があるという欠点がある。また、電極の周囲にある真空容器の形状や接地条件に影響を受けやすいで、製膜条件の適正条件の把握が困難と推測される。
【００１３】
更に、第２の課題として、量産装置への応用性の高いＶＨＦプラズマ発生用電極の技術開発がある。一般に、高生産性プロセスでの生産装置の基本ラインは、インライン型装置、マルチチャンバー型装置及びロール・ツー・ロール型装置の３つの方式があるが、これらの装置では基板搬送装置との兼ね合いから、プラズマ処理室内の一対の電極と給電ケーブルを接続する場合、例えば該一対の電極形状が矩形の場合、周囲４辺の中の１辺のみを用いて両者が接続できる手段が求められる。しかしながら、従来のＶＨＦプラズマ技術では、このニーズに対応できないという問題がある。なお、前記の特許文献１~６記載の技術で、このニーズに対応可能な技術は、特許文献６記載の技術のみである。しかしながら、この技術は、前述の通り、圧力条件が数Ｐａ以下という制約があるため、実用価値が低いと見られている。
【００１４】
以上説明したように、従来技術では、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板、例えばサイズ１ｍｘ１ｍ級大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマＣＶＤおよびプラズマエッチング等の応用は、依然として困難で、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、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・均一化が可能な表面処理装置及びその方法の成功例は発表されていない。
【００１５】
言い換えれば、現在、ＶＨＦプラズマ分野が抱える具体的技術課題は、第１に、一対の電極間に発生の定在波を抑制可能な大面積・均一化技術の創出、第２に、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段の創出である。
【００１６】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するために必要な、定在波の影響を根本的に抑制し、プラズマ表面処理の高速化・大面積化・均一化が可能で、かつ、基板搬送装置の設置に制約を与えることが少ない給電手段を実現可能なアイデイアを創出し、該アイデイアを実現するための超高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するため、高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法を、次のように構成したことを特徴とする。
【００１８】
即ち、本願の請求項１記載の発明は、高周波プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置であって、一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの給電点に時間的に分離されたパルス電力を供給し、該一対の電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつそれらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする。
また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の高周波プラズマ発生装置において、前記一対の電極間に発生の複数の定在波の腹の位置を制御する手段を有することを特徴とする。
また、本願の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは２において、任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波電源と、該第１の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波電源とを具備し、前記電極に配置された少なくとも２つの給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１の高周波電源の２つの出力端子のいずれか一方と前記第２の高周波電源の２つの出力端子のいずれか一方が接続され、他方の給電点に前記第１の高周波電源の他方の出力端子と前記第２の高周波電源の他方の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする。
また、本願の請求項４記載の発明は、請求項１〜３において、前記第１及び第２の高周波電源の出力端子に電力分配器が接続されるという構成を有することを特徴とする。
また、本願の請求項５記載の発明は、請求項１〜４において、前記給電点に平衡不平衡変換装置が接続されることを特徴とする。
また、本願の請求項６記載の発明は、請求項１〜５において、前記高周波電源の出力の周波数は、３０ＭＨｚから３００ＭＨｚのＶＨＦ帯に属していることを特徴とする。
また、本願の請求項７記載の発明は、請求項１〜６において、前記高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｈ０を５０％以下にすることを特徴とする。
【００１９】
また、本願の請求項８記載の発明は、プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置から構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本願の請求項９記載の発明は、プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項１０記載の発明は、請求項９において、前記一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点に配置された給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第２の高周波電源のそれぞれの２つの出力端子のいずれか一方をそれぞれ、一つずつ接続し、かつ、他方の給電点に前記第１及び第２の高周波電源の他方の出力端子をそれぞれ、一つずつ接続すると共に、該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力を該第１の高周波電源の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力されるパルス変調された電力と該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力されるパルス変調された電力の該少なくとも２つの給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力により形成される第１の定在波と該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの０．２２〜０．２８倍、好ましくは０．２５倍、即ち０．２２〜０．２８λ、好ましくはλ／４に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする。
また、本願の請求項１１記載の発明は、請求項９あるいは１０において、前記基板の表面に、アモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを形成するようにしたことを特徴とする。
また、本願の請求項１２記載の発明は、請求項９あるいは１０において、前記基板の表面に固着したアモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかの材料をエッチング加工するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１〜２の高周波プラズマ発生装置によれば、高周波プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理する高周波プラズマ表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布を均一に制御することが可能である。即ち、従来の装置では該一対の電極間の電力の強さの分布を制御することは不可能視されているが、それが可能である。その結果、従来の装置では不可能視されている大面積基板を対象にした高周波プラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、高周波プラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項３の高周波プラズマ発生装置によれば、請求項１〜２に記載の高周波プラズマ発生装置を応用する具体的装置が提供され、大面積でかつ均一で、かつ高密度のプラズマを確実に生成可能である。産業界における応用上の価値が著しく高い。
請求項４〜７の高周波プラズマ発生装置は、それぞれ、上記請求項１〜３に記載のプラズマ発生装置を実現する確実な手段であり、その産業界における応用上の価値は著しく高い。即ち、請求項４のプラズマ発生装置は、大面積基板に対応可能な大面積電極への多点給電への応用において、実用価値が高い。また、請求項５のプラズマ発生装置は、同軸ケーブルを用いて高周波電力を電極へ供給する際に発生する同軸ケーブル端部での漏洩電流の防止が可能である。その結果、高周波プラズマ発生装置内部での異常放電の抑制及び電力損失防止が図られる。また、請求項６のプラズマ発生装置は、放電周波数がＶＨＦ帯域であるので、プラズマ応用で必要な、低電子温度で高密度のプラズマの生成が可能である。その結果、プラズマＣＶＤ及びエッチングでの応用における価値は著しく高い。また、請求項７のプラズマ発生装置は、請求項１~３に記載のプラズマ発生装置を確実に実現可能であり、その産業界における応用上の価値は著しく高い。
【００２２】
請求項８のプラズマ表面処理装置によれば、発振周波数がＶＨＦ帯に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御が可能である。その結果、従来の装置では困難視されている大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、ＶＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
【００２３】
請求項９のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御が可能である。その結果、従来の方法では困難視されている大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、ＶＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な方法の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項１０のプラズマ表面処理方法は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、大面積プラズマの一様化に不可欠な一対の電極間の電力の強さの分布の均一化制御を確実に実現することが可能である。その結果、従来の方法では困難視されている大面積基板を対象にしたＶＨＦプラズマによる大面積で、かつ均一なプラズマ表面処理が可能になる。即ち、ＶＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積でかつ均一のプラズマ処理化を実現可能な方法の提供が可能である。その効果は、産業上、著しく大きい価値がある。
請求項１１のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、基板の表面に、アモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを、大面積で、かつ均一に形成することが可能である。その結果、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それぞれの分野における製品の生産性の抜本的向上が実現される。したがって、その効果は、著しく大きい価値がある。
請求項１２のプラズマ表面処理方法によれば、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、基板の表面に固着のアモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを、大面積で、かつ均一にエッチングすることが可能である。その結果、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それぞれの分野における製品の生産性の抜本的向上が実現される。したがって、その効果は、著しく大きい価値がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の一形態に係わる高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成されたプラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、プラズマ表面処理装置およびプラズマ表面処理方法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なａ―Ｓｉ薄膜を製作する装置および方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置及び方法に限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１）
本発明に関する実施例１の高周波プラズマ発生用電極と該電極により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１ないし図８を参照して説明する。
【００２６】
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の第１及び第２の電極への給電部の説明図、図３は図１図示の第１及び第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器から出力されるパルス変調された出力の典型例を示す説明図、図４は図１図示の第１及び第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器から出力されるパルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図、図５は一対の電極間に発生の電圧波の伝播を示す説明図、図６は一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図、図７は一対の電極間に発生の定在波の強さ（振幅の２乗の値）の分布を示す説明図及び図８は一対の電極間に発生の２つの定在波の強さを示す説明図である。
【００２７】
先ず、装置の構成を説明する。図１及び図２において、符番１は真空容器である。この真空容器１には、後述の放電ガスをプラズマ化する一対の電極、即ち非接地の１本の棒から成る第１の電極２と図示しない基板ヒータ３を内臓した接地された平板状の第２の電極４が配置されている。該第１の電極２は、絶縁物支持材５及びガス混合箱６を介して真空容器１に固着されている。該ガス混合箱６は
放電ガス供給管８より供給されるＳｉＨ４等放電ガスを、整流孔７を介して、前記一対の電極２と４の間に均一に供給する機能を有している。供給されたＳｉＨ４等放電ガスは前記一対の電極２と４の間でプラズマ化された後、排気管９及び図示しない真空ポンプ１０により、真空容器１の外へ排出される。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
電極へ高周波電力を給電する位置である給電点の一つは、前記１本の棒から成る第１の電極２の一方の端部とし、これを第１の給電点２１とする。また、該給電点２１に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置である該電極の他方の端部を第２の給電点２７とする。
【００３１】
符番１００は同期信号伝送ケーブルで、後述の第１のパルス変調方式位相可変２出力発信器１５の出力のパルス変調波形信号を同期信号として、後述の第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器２８に伝送する。
符番１５は第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器で、周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の任意の周波数、例えば６０ＭＨｚの正弦波信号を発生し、かつ、該正弦波信号をパルス変調し、かつ、その２つの出力端子から出力される２つのパルス変調された正弦波信号の位相差を任意に設定することが可能である。
該位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子から出力される２つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０は、該位相可変２出力の発信器１５に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５は、前述の同期信号伝送ケーブル１００を介して、後述の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８にパルス変調の同期信号を送信する。
該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の一方の出力は、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０を介して、第１の給電点２１に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変２出力の発信器１５と第１の電力増幅器１６との接続、第１の電力増幅器１６と第１のインピーダンス整合器１７との接続、第１のインピーダンス整合器１７と第１の電流導入端子１８との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第１の真空用同軸ケーブル１９の外部導体は第２の電極４に接続される。
該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の他方の出力は、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線及２６を介して、第２の給電点２７に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２１（ｔ）のように、該Ｗ１１（ｔ）と同様のパルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
なお、位相可変２出力の発信器１５と第２の電力増幅器２２との接続、第２の電力増幅器２２と第２のインピーダンス整合器２３との接続、第２のインピーダンス整合器２３と第２の電流導入端子２４との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第２の真空用同軸ケーブル２５の外部導体は第２の電極４に接続される。
前記第１の電力増幅器１６及び第２の電力増幅器２２には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器１６、２２本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【００３２】
符番２８は、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器で、２つの出力端子から位相の異なる周波数３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の任意の周波数、例えば６０ＭＨｚの正弦波信号を発生し、かつ、該２つの正弦波信号を、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５から同期信号伝送ケーブル１００を介して受信した同期信号を用いることにより、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５のパルス変調信号に同期してパルス変調された信号を出力する。
該位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子から出力される２つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０は、該位相可変２出力の発信器２８に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。
該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の一方の出力は、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線及３３を介して、第１の給電点２１に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第２の位相可変２出力の発信器２８と第３の電力増幅器２９との接続、第３の電力増幅器２９と第３のインピーダンス整合器３０との接続、第３のインピーダンス整合器３０と第３の電流導入端子３１との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。そして、第３の真空用同軸ケーブル３２の外部導体は第２の電極４に接続される。
該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の他方の出力は、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８を介して、第２の給電点２７に供給される。この出力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
なお、第２の位相可変２出力の発信器２８と第４の電力増幅器３４との接続、第４の電力増幅器３４と第４のインピーダンス整合器３５との接続、第４のインピーダンス整合器３５と第４の電流導入端子３６との接続は、いずれも同軸ケーブルが用いられる。また、第４の真空用同軸ケーブル３７の外部導体は第２の電極４に接続される。
前記第３の電力増幅器２９及び第４の電力増幅器３４には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第３及び第４の電力増幅器２９、３４本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
【００３３】
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を製膜する方法を説明する。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の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、本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。
【００３４】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、図１及び図２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１０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８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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６から成る第１の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒の電力、例えば合計で２００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０を介して、第１の給電点に供給するとともに、第２の電力増幅器２２の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６を介して、第２の給電点に供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１７及び第２のインピーダンス整合器２３を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器１７、２３の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにすることができる。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００３５】
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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【００３６】
ところで、上記第１及び第２の給電点２１及び２７からパルス状に供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに電極間を伝播していくので、すなわち、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５及び図６を用いて説明する。
図５において、第１の給電点２１から第２の給電点２７の方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１１（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２７から第１の給電点２１の方向へ伝播する電圧波をＷ２１（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２１（ｘ、ｔ）＝Ｖ１・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝
ただし、Ｖ１は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、ｔは時間、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、Δθは第１の給電点２１から供給される電力の電圧波と第２の給電点２７から供給される電力の電圧波の位相差である。この２つの電圧波の合成波Ｗ１（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ１（ｘ、ｔ）＝Ｗ１１（ｘ、ｔ）＋Ｗ２１（ｘ、ｔ）
＝２・Ｖ１ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ１（ｘ、ｔ）を概念的に図６に示す。図６において、Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ＞０の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ＜０の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第１の電力供給系を用いて、前記第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧波を、それぞれ、Ｗ１１（ｘ、ｔ）及びＷ２１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。また、その２つの電圧波の合成波を第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００３７】
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さＩ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ^２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ１（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。
図７は、ＶＨＦプラズマの生成上問題となる定在波の発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが０．９〜１．０の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−０．０５〜＋０．０５λの範囲（即ち、膜厚が均一な範囲は長さ０．１λ）に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
また、前記第１の予備製膜工程にて取得した基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１の位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定することができる。
なお、ここでは、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布をＩ１（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００３８】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図１及び図２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１０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８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。
そして、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線３３、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８から成る第２の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒の電力例えば合計で２００Ｗを供給する。
即ち、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第３の電力増幅器２９の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線３３を介して、第１の給電点に供給するとともに、第４の電力増幅器３４の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８を介して、第２の給電点に供給する。
この場合、前記第３のインピーダンス整合器３０及び第４のインピーダンス整合器３５を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器３０、３５の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００３９】
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。該基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布には、前述の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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。
この場合も、前記第１の予備製膜工程と同様に、第２の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ２であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【００４０】
第２の予備製膜工程において、上記第１及び第２の給電点２１及び２７からパルス状に供給される電力の電圧波は、同一電源から発振され、互いに電極間を伝播していくので、すなわち、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５及び図６に示す。
図５において、第１の給電点２１から第２の給電点２７の方向の距離をｘとし、ｘの正方向へ伝播する電圧波をＷ１２（ｘ，ｔ）、ｘの負方向へ伝播する電圧波、即ち第２の給電点２７から第１の給電点２１の方向へ伝播する電圧波をＷ２２（ｘ，ｔ）とすると、次のように表現される。
Ｗ１２（ｘ、ｔ）＝Ｖ２・ｓｉｎ（ωｔ＋２πｘ／λ）
Ｗ２２（ｘ、ｔ）＝Ｖ２・ｓｉｎ｛ωｔ−２π（ｘ−Ｌ０）／λ＋Δθ｝
ただし、Ｖ２は電圧波の振幅、ωは電圧の角周波数、λは電圧波の波長、ｔは時間、Ｌ０は第１及び第２の給電点の間隔、Δθは第１の給電点２１から供給される電力の電圧波と第２の給電点２７から供給される電力の電圧波の位相差である。電圧の合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）は次式のようになる。
Ｗ２（ｘ、ｔ）＝Ｗ１２（ｘ、ｔ）＋Ｗ２２（ｘ、ｔ）
＝２・Ｖ２ｃｏｓ｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝・ｓｉｎ｛ωｔ＋（πＬ０／λ＋Δθ／２）
上記合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）を概念的に図６に示す。図６において、Δθ＝０の場合、生成されるプラズマの強さは給電点間の中央部（ｘ＝Ｌ０／２）が強く、該中央部から離れるにしたがって弱くなることを示している。Δθ＞０の場合、プラズマの強い部分が一方の給電点側へ移動し、Δθ＜０の場合、他方の給電点側へ移動することを示している。
なお、ここでは、前記第２の電力供給系を用いて前記第１及び第２の給電点２１、２７に供給される電力の電圧波を、それぞれ、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。また、その２つの波の合成波を第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００４１】
ところで、一対の電極間の電力の強さは、電圧の合成波Ｗ２（ｘ、ｔ）の振幅値の二乗に比例する。即ち、電力の強さＩ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ^２｛２π（ｘ−Ｌ０／２）／λ−Δθ／２｝
と表される。このＩ２（ｘ、ｔ）を概念的に、図７に示す。
図７は、ＶＨＦプラズマの生成上問題となる定在波発生により、一対の電極間でのプラズマの一様性は、例えば強さが０．９〜１．０の範囲であるすると、電力伝播方向の距離で、−０．０５〜＋０．０５λの範囲（即ち、膜厚が均一な範囲は長さ０．１λ）に限られるということを示している。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
なお、ここでは、第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布をＩ２（ｘ、ｔ）と呼ぶ。
【００４２】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図１及び図２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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば３００ｓｃｃｍ、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の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数６０ＭＨｚの正弦波の位相差を第１の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力１００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えば周波数６０ＭＨｚの正弦波の位相差を第２の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ２に設定し、かつ、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力１００Ｗを供給する。即ち、前記第１及び第２の給電点２１，２７に、前記電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）、電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｈｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【００４３】
一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
【００４４】
また、この結果は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２５倍、即ち０．２５λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、ＵＨＦプラズマ及びＵＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２２〜０．２８倍、即ち０．２２〜０．２８λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±２０％以下であることを示している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２３８〜０．２６３倍、即ち０．２３８〜０．２６３λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±１０％以下であることを示している。
【００４５】
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、一対の電極２，４間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【００４６】
本実施例では、第１の電極２が一本の棒であるので、基板サイズは上記１２００ｍｍｘ１００ｍｍ程度に制約されるが、第１の電極２である棒電極の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然のことである。
【００４７】
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では不可能であった
該一対の電極２、４間の電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）の均一化が可能である。即ち、膜厚分布として±１０％以内を実現可能である。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタおよび感光ドラム等の製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００４８】
（実施例２）
本発明に関する実施例２の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図９及び図１０を参照して説明する。
【００４９】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１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及び第２の電極への給電部の説明図である。
【００５０】
最初に、装置の概念を説明する。装置の構成は、全体的には実施例１での図１及び図２の場合と同じであるが、図１及び図２に図示の装置構成において、第１のインピーダンス整合器１７と第１の給電点２１の間、第２のインピーダンス整合器２３と第２の給電点２７の間、第３のインピーダンス整合器３０と第１の給電点２１の間及び第４のインピーダンス整合器３５と第２の給電点２７の間に、それぞれＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置及び平衡伝送回路から成る平衡不平衡変換装置が挿入されていることが特徴である。
【００５１】
図９及び図１０において、電極へ高周波電力を給電する位置である給電点の一つは、第１の電極２の一方の端部とし、これを第１の給電点２１とする。また、該給電点２１に対して高周波電力波の伝播上での対向点となる関係にある位置である該電極の他方の端部を第２の給電点２７とする。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の一方の出力端子は、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０、該第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０の２つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている２本の同軸ケーブル４４、４５、第１の電流導入端子１８、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル４６、４７の芯線４８、４９を介して、それぞれ第１の給電点２１及び第２の電極４に接続される。
なお、給電点２１に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の他方の出力端子は、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４１、該第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４１の２つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている２本の同軸ケーブル５０、５１、第２の電流導入端子２４、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル５２、５３の芯線５４、５５を介して、それぞれ第２の給電点２７及び第２の電極４に接続される。
該位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子から出力される２つの正弦波信号の位相差及びパルス変調のパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０は、該位相可変２出力の発信器１５に付属の位相差調整器及びパルス変調の調整器で、それぞれ任意の値に設定できる。また、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５は、前述の同期信号伝送ケーブル１００を介して、後述の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８にパルス変調の同期信号を送信する。
なお、給電点２７に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２１（ｔ）のように、該Ｗ１１（ｔ）と同様のパルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
【００５２】
図９及び図１０において、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８は、同期信号ケーブル１００を介して伝送される第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５のパルス変調波形の同期信号を用いて、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の出力のパルス変調波形に同期したパルス変調の電力を出力する。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の一方の出力端子は、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４２、該第３のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４２の２つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている２本の同軸ケーブル５６、５７、第３の電流導入端子３１、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル５８、５９の芯線６０、６１を介して、それぞれ第１の給電点２１及び第２の電極４に接続される。
なお、給電点２１に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の他方の出力端子は、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４３、該第４のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４３の２つの出力端子に接続され、かつ外部導体同士が短絡されている２本の同軸ケーブル６２、６３、第４の電流導入端子３６、両端部の外部導体が短絡されている真空用同軸ケーブル６４、６５の芯線６６、６７を介して、それぞれ、第２の給電点２７及び第２の電極４に接続される。
なお、給電点２７に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
【００５３】
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を製膜する方法を説明する。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の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、本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。
【００５４】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図９及び図１０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１０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８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。
そして、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０、第１の電流導入端子１８、真空用同軸ケーブル４６、４７の芯線４８、４９、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４１、第２の電流導入端子２４、真空用同軸ケーブル５２、５３の芯線５４、５５から成る第１の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚ、パルス変調のパルス幅Ｈｗ＝４００μ秒及びパルス周期Ｔ０＝１ｍ秒の電力例えば合計で２００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器１７、第１のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４０、第１の電流導入端子１８、真空用同軸ケーブル４６、４７の芯線４８、４９を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第２の電力増幅器２２の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器２３、第２のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４１、第２の電流導入端子２４、真空用同軸ケーブル５２、５３の芯線５４、５５を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００５５】
前記の要領で、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、前述の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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【００５６】
次に、第２の予備試験であるが、図９及び図１０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１０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８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。
そして、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４２、第３の電流導入端子３１、真空用同軸ケーブル５８、５９の芯線６０、６１、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４３、第４の電流導入端子３６、真空用同軸ケーブル６４、６５の芯線６６、６７から成る第２の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒の電力例えば合計で２００Ｗを供給する。
即ち、該第２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第３の電力増幅器２９の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器３０、第３のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４２、第３の電流導入端子３１、真空用同軸ケーブル５８、５９の芯線６０、６１を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第４の電力増幅器３４の出力を１００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器３５、第４のＬＣブリッジ型平衡不平衡変換装置４３、第４の電流導入端子３６、真空用同軸ケーブル６４、６５の芯線６６、６７を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００５７】
前記の要領で、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、前述の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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ２であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【００５８】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図９及び図１０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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば３００ｓｃｃｍ、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の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を第１の予備試験データで把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力１００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を第２の予備試験データで把握したΔθ２に設定し、かつ、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力１００Ｗを供給する。
即ち、前記第１及び第２の給電点２１，２７に、前記電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）、電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｈｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【００５９】
前記一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは時間的に分離されているので、干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
【００６０】
また、この結果は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２５倍、即ち０．２５λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、ＵＨＦプラズマ及びＵＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２２〜０．２８倍、即ち０．２２〜０．２８λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±２０％以下であることを示している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２３８〜０．２６３倍、即ち０．２３８〜０．２６３λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±１０％以下であることを示している。
【００６１】
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、一対の電極２、４間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
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プラズマ及びＵＨＦプラズマ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。
【００６２】
前記実施例１の装置構成の場合、プラズマの一様化の実現を阻害する要因の一つである給電点２１，２７近傍で発生の漏洩電流が問題となるが、本実施例においては、給電点２１、２７と第１、第２、第３及び第４のインピーダンス整合器１７、２３、３０、３５の間に、それぞれ挿入された平衡不平衡変換装置と平衡伝送路の機能により該漏洩電流の発生が抑制されるので、堆積膜の一様化が、実施例１の場合より、より一層確実に実現可能である。
【００６３】
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、一対の電極２、４間の電力の分布が、上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、本発明の装置及び方法では、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合においても、一様な膜厚分布の形成が可能であることを示している。即ち、従来のＶＨＦプラズマ表面処理装置及び方法では不可能視されている波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした場合でも、本発明は一様な膜厚分布の形成が実現可能であるということを意味している。
したがって、上記のことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、その実用価値は著しく大きいものがある。
なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４、Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術である。
【００６４】
（実施例３）
本発明に関する実施例３の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１１ないし図１３を参照して説明する。
【００６５】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例１及び実施例２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１１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。図１２及び図１３は、それぞれ図１１図示のプラズマ表面処理装置に用いられる第１及び第２の電力供給系の配線図である。
【００６６】
最初に、装置の概念を説明する。本装置は図１１に示すように、第１の電極として、複数の棒状電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを用いていること、その両端部に、それぞれ電力供給点２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ及び２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄが配置されて、該両端部の電力供給点に、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５を発振源とする第１の電力供給系及び該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５からの同期信号を用いて発振する第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８を発振源とする第２の電力供給系より、それぞれ、電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）及びＷ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）が供給される構成を有することを特徴とする。
【００６７】
図１１及び図１２において、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の一方の出力端子は、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電力分配器７０の一方の出力端子を介して、第２の電力分配器７１、該第２の電力分配器７１の一方の出力端子、電流導入端子１８ａ、真空用同軸ケーブル１９ａの芯線２０ａを介して給電点２１ａに接続されるとともに、該第２の電力分配器７１の他方の出力端子を介して、電流導入端子１８ｂ、真空用同軸ケーブル１９ｂの芯線２０ｂを介して給電点２１ｂに接続されるとともに、該第１の電力分配器７０の他方の出力端子を介して、第３の電力分配器７２の一方の出力端子、電流導入端子１８ｃ、真空用同軸ケーブル１９ｃの芯線２０ｃを介して給電点２１ｃに接続されるとともに、該第３の電力分配器７２の他方の出力端子、電流導入端子１８ｄ、真空用同軸ケーブル１９ｄの芯線２０ｄを介して給電点２１ｄに接続される。
電力供給点２１ａ〜２１ｄに供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の他方の出力端子は、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第４の電力分配器７３の一方の出力端子を介して、第５の電力分配器７４の一方の出力端子、電流導入端子２４ａ、真空用同軸ケーブル２５ａの芯線２６ａを介して給電点２７ａに接続されるとともに、該第５の電力分配器７４の他方の出力端子、電流導入端子２４ｂ、真空用同軸ケーブル２５ｂの芯線２６ｂを介して給電点２７ｂに接続されるとともに、該第４の電力分配器７４の他方の出力端子を介して、第６の電力分配器７５の一方の出力端子、電流導入端子２４ｃ、真空用同軸ケーブル２５ｃの芯線２６ｃを介して給電点２７ｃに接続されるとともに、該第６の電力分配器７５の他方の出力端子、電流導入端子２４ｄ、真空用同軸ケーブル２５ｄの芯線２６ｄを介して給電点２７ｄに接続される。
なお、給電点２７ａ〜２７ｂに供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２１（ｔ）のように、該Ｗ１１（ｔ）と同様のパルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
なお、前記第１の電力増幅器１６及び第２の電力増幅器２２には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器１６、２２本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第１の位相可変２出力の発信器１５の２つの出力をそれぞれ電力増幅器１６、２２等を用いて、第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｄ、２７ａ〜２７ｄに供給する電力供給系を第１の電力供給系と呼ぶ。
【００６８】
そして、図１１及び図１３において、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の一方の出力端子は、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第７の電力分配器７６の一方の出力端子を介して、第８の電力分配器７７、該第８の電力分配器７７の一方の出力端子、電流導入端子３１ａ、真空用同軸ケーブル３２の芯線３３ａを介して給電点２１ａに接続されるとともに、該第８の電力分配器７７の他方の出力端子を介して、電流導入端子３１ｂ、真空用同軸ケーブル３２ｂの芯線３３ｂを介して給電点２１ｂに接続されるとともに、該第７の電力分配器７６の他方の出力端子を介して、第９の電力分配器７８の一方の出力端子、電流導入端子３１ｃ、真空用同軸ケーブル３２ｃの芯線３３ｃを介して給電点２１ｃに接続されるとともに、該第９の電力分配器７８の他方の出力端子、電流導入端子３２ｄ、真空用同軸ケーブル３２ｄの芯線３３ｄを介して給電点２１ｄに接続される。
なお、給電点２１ａ〜２１ｄに供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第７の電力分配器７６から第１の給電点２１ａ〜２１ｄまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の他方の出力端子は、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第１０の電力分配器７９の一方の出力端子を介して、第１１の電力分配器８０、該第１１の電力分配器８０の一方の出力端子、電流導入端子３６ａ、真空用同軸ケーブル３７ａ及び接続線３８ａを介して給電点２７ａに接続されるとともに、該第１１の電力分配器８０の他方の出力端子、電流導入端子３６ｂ、真空用同軸ケーブル３７ｂ及び接続線３８ｂを介して給電点２７ｂに接続されるとともに、該第１０の電力分配器７９の他方の出力端子を介して、第１２の電力分配器８１の一方の出力端子、電流導入端子３６ｃ、真空用同軸ケーブル３７ｃ及び接続線３８ｃを介して給電点２７ｃに接続されるとともに、該第１２の電力分配器８１の他方の出力端子、電流導入端子３６ｄ、真空用同軸ケーブル３７ｄ及び接続線３８ｄを介して給電点２７ｄに接続される。
なお、給電点２７ａ〜２７ｂに供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
また、第１０の電力分配器７９から第２の給電点２７ａ〜２７ｄまでの電力波の伝播路の長さが同じになるように、分岐されたそれぞれの同軸ケーブル線路は、構造、材質及び長さを等しくしている。
また、前記第３の電力増幅器２９及び第４の電力増幅器３４には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第３及び第４の電力増幅器２９、３４本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力をそれぞれ電力増幅器２９、３４等を用いて、第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｄ、２７ａ〜２７ｄに供給する電力供給系を第２の電力供給系と呼ぶ。
【００６９】
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膜を製造する方法を説明する。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の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、本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。
【００７０】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図１１及び図１２において、予め、図示しない基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第１の電力供給系を用いて、第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｄ、２７ａ〜２７ｄに高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力例えば合計で５００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒及び周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６及び第２の電力増幅器２２の出力をそれぞれ、周波数６０ＭＨｚで２５０Ｗに設定して、第１の電極の両端部にそれぞれ供給する。
ここで、該第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｄ、２７ａ〜２７ｄに給電される電力の典型例を、図３及び図４に、Ｗ１１（ｔ）、Ｗ２１（ｔ）として示している。該Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）は、それぞれ、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された超高周波数、例えば６０ＭＨｚの正弦波である。該パルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０は、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５に付属の調整器により任意の値、例えばＨｗ＝４００μ秒及び周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定される。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００７１】
前記の要領で、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、前述の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の位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１の位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第１の給電点２１ａ〜２１ｄの方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５~０．９程度である。
【００７２】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図１１及び図１３において、予め、図示しない基板１１を第２の電極４の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０を稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、図示しない放電ガス供給管８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第２の電力供給系を用いて、第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｄ、２７ａ〜２７ｄに高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力例えば合計で５００Ｗを供給する。
即ち、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒及びパルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第３の電力増幅器２９及び第２の電力増幅器３４の出力をそれぞれ、周波数６０ＭＨｚで２５０Ｗに設定して、第１の電極の両端部にそれぞれ供給する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００７３】
前記の要領で、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、前述の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の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ２であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【００７４】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図９ないし図１１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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば８００ｓｃｃｍ、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の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数６０ＭＨｚの正弦波の位相差を第１の予備試験データで把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｂ、２７ａ〜２７ｂに、それぞれ例えば電力５００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えば周波数６０ＭＨｚの正弦波の位相差を第２の予備試験データで把握したΔθ２に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｂ、２７ａ〜２７ｂに、それぞれ例えば電力５００Ｗを供給する。
即ち、前記第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｂ、２７ａ〜２７ｂに、それぞれ、電力２５０Ｗの電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）、電力２５０Ｗの電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）、電力２５０ＷのＷ１２（ｘ、ｔ）及び電力２５０ＷのＷ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｈｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【００７５】
前記一対の電極２ａ〜２ｄ、４間に、前記第１及び第２の給電点２１ａ〜２１ｂ、２７ａ〜２７ｂを介して４つの電圧波からなる電力が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２ａ〜２ｄ、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１ａ〜２１ｄを向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２ａ〜２ｄ、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
【００７６】
また、この結果は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２５倍、即ち０．２５λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、ＵＨＦプラズマ及びＵＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２２〜０．２８倍、即ち０．２２〜０．２８λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±２０％以下であることを示している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２３８〜０．２６３倍、即ち０．２３８〜０．２６３λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±１０％以下であることを示している。
【００７７】
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、一対の電極２、４間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
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プラズマ及びＵＨＦプラズマ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。
【００７８】
本実施例では、第１の電極に用いられる棒電極のサイズを、直径５〜２０ｍｍ程度で、間隔を５〜３０ｍｍ、長さを１４００ｍｍ〜１８００ｍｍ程度とし、第１の棒電極と第２の平板電極（接地電極）の距離を５〜４０ｍｍ程度に設定することにより、アモルファスＳｉ膜は、製膜速度１〜３ｎｍ／ｓ程度で、膜厚分布は±１０％以内の製膜が可能である。
基板サイズの幅は、前記棒電極の個数及び電力供給系の個数を増加することにより拡大できることは当然である。
なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±１０％以内の製膜が可能である。
【００７９】
本実施例では、実施例２で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。
【００８０】
（実施例４）
本発明に関する実施例４の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１４を参照して説明する。
【００８１】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例１ないし実施例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１４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である。
【００８２】
最初に、装置の概念を説明する。装置の特徴は、第１の電極に方形平板を用いる構成であることである。
具体的には、第１の電極２は、開口率５０％以上、例えば５５％程度で設置される直径３ｍｍの孔を有する方形平板の導電体である。厚みは６ｍｍ程度、面積は１５００ｍｍｘ３００ｍｍ程度である。第２の電極は、基板ヒータを内臓する方形平板の導電体である。その厚みは７０ｍｍ程度で、面積は１５００ｍｍｘ５００ｍｍ程度である。電極間隔は５〜５０ｍｍ程度で任意に設定可能である。基板１１には、厚み４ｍｍ程度の面積：１２００ｍｍｘ２００ｍｍ程度のガラス基板が用いられる。
【００８３】
図１４において、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の一方の出力端子は、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８及び第１の真空同軸ケーブル１９の端部の芯線２０を介して、第１の給電点２１に接続される。該第１の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
なお、給電点２１に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の他方の出力端子は、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４及び第２の真空同軸ケーブル２５の端部の芯線２６を介して、第２の給電点２７に接続される。該第２の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
なお、給電点２７に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２１（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された正弦波である。
また、前記第１の電力増幅器１６及び第２の電力増幅器２２には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器１６、２２本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力をそれぞれ電力増幅器１６、２２等を用いて、第１及び第２の給電点２１、２７に供給する電力供給系を第１の電力供給系と呼ぶ。
【００８４】
また、図１４において、同期信号伝送ケーブル１００を介して伝送される第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５のパルス変調信号に同期したパルス変調が可能な第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の一方の出力端子は、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空同軸ケーブル３２の端部の芯線３３を介して第１の給電点２１に接続される。
なお、給電点２１に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
第２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の他方の出力端子は、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第３の電流導入端子３１、第４の真空同軸ケーブル３７の端部の芯線３８を介して第２の給電点２７に接続される。
なお、給電点２７に供給される電力は、典型例として図３及び図４に示すＷ２２（ｔ）のように、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるパルス変調された正弦波である。
前記第３の電力増幅器２９及び第４の電力増幅器３４には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該反射波による該第１及び第２の電力増幅器２９、３４本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力をそれぞれ電力増幅器２９、３４等を用いて、第１及び第２の給電点２１、２７に供給する電力供給系を第２の電力供給系と呼ぶ。
【００８５】
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膜を製造する方法を説明する。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の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、本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。
【００８６】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図１２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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第１の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を、例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Ｈｗ＝４００μ秒及びパルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８及び真空用同軸ケーブル１９を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第２の電力増幅器２２の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、真空用同軸ケーブル２５を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００８７】
前記の要領で、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、前述の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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極２の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【００８８】
次に、第２の予備試験であるが、図１２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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第２のパルス変調方式電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を、例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調をパルス幅Ｈｗ＝４００μ秒及びパルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第３の電力増幅器２９の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１及び真空用同軸ケーブル３２を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第４の電力増幅器３４の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、真空用同軸ケーブル３７を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【００８９】
前記の要領で、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、前述の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２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ２であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【００９０】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図１４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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を前記第１の予備試験データで把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を第２の予備試験データで把握したΔθ２に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給する。
即ち、前記第１の給電点２１に、電力２００Ｗの電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）及び電力２００Ｗの電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）が、前記第２の給電点２７に電力２００ＷのＷ２１（ｘ、ｔ）及び電力２００Ｗの２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｔｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【００９１】
前記一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
【００９２】
また、この結果は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２５倍、即ち０．２５λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、ＵＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２２〜０．２８倍、即ち０．２２〜０．２８λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±２０％以下であることを示している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２３８〜０．２６３倍、即ち０．２３８〜０．２６３λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±１０％以下であることを示している。
【００９３】
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、一対の電極２、４間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
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。
【００９４】
本実施例では、電極間隔を５~４０ｍｍ程度に設定することにより、ガラス基板サイズ：１２００ｍｍｘ２００ｍｍでのアモルファスＳｉ膜は、製膜速度１〜３ｎｍ／ｓ程度で、膜厚分布は±１０％以内の製膜が可能である。
なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±１０％以内の製膜が可能である。
【００９５】
本実施例では、実施例２で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。
【００９６】
（実施例５）
本発明に関する実施例５の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１５及び図１６を参照して説明する。
【００９７】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例１ないし実施例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全体を示す概略図、図１６は図１５図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の断面図である。
【００９８】
最初に、装置の概念を説明する。装置の構成は、全体的には実施例１での図１及び図２の場合と同じであるが、基板１１が設置される場所が異なることが特徴である。即ち、図１５及び図１６に示すように、一対の電極２、４に複数の開口を設置することにより、その開口を介して該電極間で発生のプラズマ中のラデイカル種をその外部へ拡散させるのである。この構成の特徴は、基板１１の設置場所が一対の電極２、４の間ではなく、電極間の外であることである。このことは、プラズマ生成時の製膜条件が基板の厚みと材質に影響されずに選べることが可能であるとの意味をもつ。特に、プラズマ生成時の圧力条件が、数１００Ｐａ〜数１０００Ｐａ（数Ｔｏｒｒ〜数１０Ｔｏｒｒ）と高い場合でも、基板の影響を受けることなく、一対の電極２４の間隔を、１０〜１５ｍｍと狭く設定できることが可能である。これは、従来の構成では出来ない特徴である。
【００９９】
図１６において、符番１０９は基板支持材で、図示しない基板ヒータ３を内臓している。第１及び第２の電極２、４は、方形平板状の形状で直径３ｍｍ程度の孔が開口率５５％程度で設置されている。その厚みは６ｍｍ程度、面積は１５００ｍｍｘ３００ｍｍ程度である。給電点２１は、該方形平板電極の一つの辺の中央に、給電点２７は対向する辺の中央に設置される。電極２、４の間隔は５〜５０ｍｍ程度で任意に設定可能である。基板１１には、厚み４ｍｍ程度、面積：１４００ｍｍｘ２００ｍｍのガラス基板が用いられる。放電用のガスは放電ガス供給管８から、ガス混合箱６の整流孔７を介して供給される。
【０１００】
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膜を製造する方法を説明する。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の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第１の予備製膜工程は、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、本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。
【０１０１】
先ず、第１の第１の予備製膜工程であるが、図１５及び図１６において、予め、基板１１を基板支持材１０９の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６から成る第１の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８、第１の真空用同軸ケーブル１９の芯線２０を介して、第１の給電点２１に供給するとともに、第２の電力増幅器２２の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、第２の真空用同軸ケーブル２５の芯線２６を介して、第２の給電点２７に供給する。
この場合、前記第１のインピーダンス整合器１７及び第２のインピーダンス整合器２３を調整することにより、それぞれのインピーダンス整合器１７、２３の上流側に上記供給電力の反射波が戻らないようにできる。
ここで、該第１及び第２の給電点２１、２７に給電される電力の典型例を、図３及び図４に、それぞれＷ１１（ｔ）、Ｗ２１（ｔ）として示している。該Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）は、それぞれ、パルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、周期Ｔ０＝１ｍ秒でパルス変調された超高周波数、例えば６０ＭＨｚの正弦波である。該パルス幅Ｔｗ及び周期Ｔ０は、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５に付属の調整器により任意の値、例えばＴｗ＝４００μ秒及び周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定される。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０１０２】
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、前述の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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板１１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、基板１１の中央点から第１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【０１０３】
次に、第２の予備製膜工程であるが、図１５及び図１６において、予め、基板１１を基板支持材１０９の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線３３、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８から成る第２の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えば周波数６０ＭＨｚの電力例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅＝４００μ秒、パルス周期＝１ｍ秒に設定し、第３の電力増幅器２９の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１、第３の真空用同軸ケーブル３２の芯線３３を介して、第１の給電点に供給するとともに、第４の電力増幅器３４の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、第４の真空用同軸ケーブル３７の芯線３８を介して、第２の給電点に供給する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えばアモルファスＳｉが堆積する。
【０１０４】
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。該基板１１に堆積された例えばアモルファスＳｉの膜厚分布には、前述の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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、第１の電極の長さ方向において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。
この場合も、前記第１の予備製膜工程と同様に、第２の電力供給系を用いた場合において、基板の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係を示すデータにより、膜厚分布の最大厚みの位置を例えば、基板の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は例えばΔθ２であるということが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【０１０５】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図１５及び図６において、予め、基板１１を基板支持材１０９の上に設置し、図示しない真空ポンプ１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数６０ＭＨｚの正弦波の位相差を第１の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を第２の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ２に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給する。
即ち、前記第１及び第２の給電点２１及び２７に、それぞれ、電力２００Ｗの電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と電力２００Ｗの電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）及び電力２００ＷのＷ２１（ｘ、ｔ）と電力２００ＷのＷ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｔｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【０１０６】
一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは、時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点をｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
【０１０７】
この結果は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２５倍、即ち０．２５λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、ＵＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２２〜０．２８倍、即ち０．２２〜０．２８λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±２０％以下であることを示している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２３８〜０．２６３倍、即ち０．２３８〜０．２６３λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±１０％以下であることを示している。
【０１０８】
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、一対の電極２、４間の電力の分布が、上述の通り一様であるので、その堆積膜は一様になる。
このことは、波長λの二分の一を越えるサイズの基板を対象にした従来の
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プラズマ及びＵＨＦプラズマ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。
【０１０９】
本実施例では、第１の電極２の給電点が対向する辺の中央部に１点ずつであるので、基板サイズは上記１４００ｍｍｘ２００ｍｍ程度に制約されるが、該電極の幅を増大し、該給電点の個数を増加することにより、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。ただし、この場合、隣り合う給電点の間隔は１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度が好ましい。
【０１１０】
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、例えば±１０％以内の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。
【０１１１】
（実施例６）
本発明に関する実施例６の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１７及び図１８を参照して説明する。
【０１１２】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、実施例１ないし実施例５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１７は実施例６に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図、図１８は図１７図示のプラズマ表面処理装置の電力供給系配線図を示す説明図である。
【０１１３】
最初に、装置の概念を説明する。装置構成の特徴は、非接地の第１の電極に設置される第１及び第２の給電点が矩形平板型接地電極である第２の電極４の４辺の中の１辺の近傍に配置されることである。また、第１の電極の形状が１本の棒状導体を前記第１の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるＵ字型の形状を有していることである。そして、好ましくはＵ字状の棒の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ／２の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該Ｕ字型電極の曲がり部分はアルミナ等の誘電体で被覆されていることである。
【０１１４】
具体的には、第１の電極２は、直径５〜２０ｍｍ程度のＳＵＳ棒材で構成されるＵ字型電極を用いる。該Ｕ字の直線部の長さは１４００ｍｍ程度、該直線状棒体の間隔は１０〜４０ｍｍ程度である。Ｕ字型電極と第２の平板電極の間隔は５〜５０ｍｍ程度で任意に設定可能である。基板１１には、厚み４ｍｍ程度のガラス基板面積１２００ｍｍｘ２００ｍｍ程度のガラス基板が用いられる。
【０１１５】
次に装置の構成を説明する。図１７及び図１８において、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の一方の出力端子は、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８及び第１の真空同軸ケーブル１９の端部の芯線２０を介して、第１の給電点２１に接続される。該第１の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の他方の出力端子は、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４及び第２の真空同軸ケーブル２５の端部の芯線２６を介して、第２の給電点２７に接続される。該第２の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
なお、前記第１の電力増幅器１６及び第２の電力増幅器２２には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器１６、２２本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力をそれぞれ電力増幅器１６、２２等により、それぞれ第１及び第２の給電点２１、２７に供給する電力供給系を第１の電力供給系と呼ぶ。
【０１１６】
図１７及び図１８において、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８は、同期信号ケーブル１００を介して伝送される第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５のパルス変調波形の同期信号を用いて、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の出力のパルス変調波形に同期したパルス変調の電力を出力する。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の一方の出力端子は、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１及び第３の真空同軸ケーブル３２の端部の芯線３３を介して、第１の給電点２１に接続される。該第３の真空同軸ケーブル３２の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の他方の出力端子は、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６及び第４の真空同軸ケーブル３７の端部の芯線３８を介して、第２の給電点２７に接続される。該第２の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
前記第３の電力増幅器２９及び第４の電力増幅器３４には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器２９、３４本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力をそれぞれ電力増幅器２９、３４等により、それぞれ第１及び第２の給電点２１、２７に供給する電力供給系を第２の電力供給系と呼ぶ。
【０１１７】
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膜を製造する方法を説明する。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の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、本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。
【０１１８】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図１７及び図１８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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第１の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数７０ＭＨｚの電力を、例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を例えば２００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８及び真空用同軸ケーブル１９を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第２の電力増幅器２２の出力を例えば２００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、真空用同軸ケーブル２５を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
この場合、給電点２１及び２７から供給され電力波は、その伝播路である第１の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜９２により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波Ｗ１１（ｘ、ｔ）及びＷ２１（ｘ、ｔ）、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えば正弦的分布を持つアモルファスＳｉが堆積する。
【０１１９】
前記の要領で、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、前述の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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、該Ｕ字型電極２の棒のＵ字に沿った線分上において、該Ｕ字型電極２の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該Ｕ字型電極２の中央点から第１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【０１２０】
次に、第２の予備試験であるが、図１７及び図１８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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第２の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に高周波電力を、例えばパルス変調された周波数７０ＭＨｚの電力を、例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差を、例えば零に、パルス変調のパルス幅Ｈｗ＝４００μ秒、パルス周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を２００Ｗに設定して、第３の電力増幅器２９の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１及び真空用同軸ケーブル３２を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第４の電力増幅器３４の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、真空用同軸ケーブル３７を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
この場合、給電点２１及び２７から供給され電力波は、その伝播路である第１の電極の形状が中間点で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体膜９２により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）による前述の定在波が発生する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えば正弦的分布を持つアモルファスＳｉが堆積する。
【０１２１】
前記の要領で、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、前述のように、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２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、該Ｕ字型電極２の棒のＵ字に沿った線分上において、該Ｕ字型電極２の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該Ｕ字型電極２の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ２であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【０１２２】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図１７及び図１８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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を第１の予備試験データで把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を第２の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ２に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給する。
即ち、前記第１の給電点２１に、電力２００Ｗの電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）及び電力２００Ｗの電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）が、前記第２の給電点２７に電力２００ＷのＷ２１（ｘ、ｔ）及び電力２００Ｗの電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｈｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【０１２３】
前記一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは時間的に分離されているので干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、該Ｕ字型電極２の中央点をｘ軸の原点とし、該原点からＵ字に沿った線分上において、第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝
第１の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
【０１２４】
また、この結果は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２５倍、即ち０．２５λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、ＶＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２２〜０．２８倍、即ち０．２２〜０．２８λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±２０％以下であることを示している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２３８〜０．２６３倍、即ち０．２３８〜０．２６３λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±１０％以下であることを示している。
【０１２５】
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、一対の電極２、４間の電力の強さの分布が上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。このことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第１の電極の一つの辺の近傍のみからＶＨＦ電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の４辺の中の１辺のみを用いたＶＨＦプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第１及び第２の電極の間隔を５~４０ｍｍ程度に設定することにより、ガラス基板の面積：１２００ｍｍｘ２００ｍｍ程度でのアモルファスＳｉ膜は、製膜速度１〜３ｎｍ／ｓ程度で、膜厚分布は±１０％以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、Ｕ字型の第１の電極２が１個であるので、基板サイズの幅は２００ｍｍ程度に制約されるが、該第１の電極の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±１０％以内の製膜が可能である。
【０１２６】
本実施例では、実施例２で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いれば、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。
【０１２７】
（実施例７）
本発明に関する実施例７の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図１９を参照して説明する。図１９は実施例７に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
【０１２８】
本装置の特徴は、図１９に示すように、実施例６で説明したＵ字型第１電極を複数個、例えば２個を第２の電極に平行な面内に含まれるように設置し、該複数のＵ字型第１電極のそれぞれの端部に第１及び第２の給電点を配置させて、かつ、それぞれの該Ｕ字型第１電極の第１及び第２の給電点に、前記第１及び第２の電力供給系の出力を供給するような構成を有することである。
第１９図図示の構成については、実施例１ないし実施例６に示した部材と同じ部材は同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、Ｕ字型電極２は直径５〜２０ｍｍ程度のＳＵＳ棒材で構成し、第２の電極との間隔は、５〜５０ｍｍ程度で任意に設定可能である。
【０１２９】
（実施例８）
本発明に関する実施例８の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図２０を参照して説明する。図２０は実施例８に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
【０１３０】
本装置の特徴は、非接地の第１の電極に配置される第１及び第２の給電点２１、２７が、第２の電極４である矩形平板型接地電極の４辺の中の１辺の近傍に配置されていること及び第１の電極の形状が１本の棒状導体を前記第１の電極に平行な面内に含まれるように折り返して形成されるＷ字型の形状を有し、かつ、好ましくは、Ｗ字の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ／２の整数倍であるようにした構成を有することである。また、該Ｗ字型電極の曲がり部分をアルミナ等の誘電体で被覆されていることが特徴である。
実施例８の装置は、図２０に示すように、Ｗ字型第１電極のそれぞれの端部に、第１及び第２の給電点２１、２７を配置させ、該第１及び第２の給電点に前記第１及び第２の電力供給系の出力を供給するような構成を有している。
図２０図示の構成については、前記実施例１ないし実施例７に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明を省略する。
なお、Ｗ字型電極２は、直径５〜２０ｍｍ程度のＳＵＳ棒材で構成し、第２の平板電極との間隔は５〜５０ｍｍで任意に設定可能である。
【０１３１】
（実施例９）
本発明に関する実施例９の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図２１を参照して説明する。図２１は実施例９に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
【０１３２】
本実施例の装置は、円筒形の基板を対象にしたプラズマ表面処理装置に用いられる超高周波プラズマ発生用電極であり、その構成は、図２１に示すように、実施例８で説明したＷ字型の第１電極を複数個、例えば２個を円筒形状を有する第２の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に含まれるように設置し、該複数のＷ字型第１電極のそれぞれの端部に第１及び第２の給電点２１、２７を配置させて、かつ、それぞれの該Ｗ字型第１電極の第１及び第２の給電点２１、２７に、前記第１及び第２の電力供給系の出力を供給するような構成を有することである。そして、好ましくは、それぞれのＷ字型電極の全長は使用電力の波長λの二分の一、即ちλ／２の整数倍であるようにした構成を有することである。
図２１図示の構成については、実施例１ないし実施例８に示した部材と同じ部材で構成され、同符番を付しているので、説明は省略する。
なお、Ｗ字型電極２は、直径５〜２０ｍｍ程度のＳＵＳ棒材で構成し、第２の平板電極との間隔は５〜５０ｍｍで任意に設定可能である。
【０１３３】
（実施例１０）
本発明に関する実施例１０の高周波プラズマ発生装置と該高周波プラズマ発生装置により構成のプラズマ表面処理装置（プラズマＣＶＤ装置）およびプラズマ表面処理方法（プラズマＣＶＤ方法）について、図２２を参照して説明する。
【０１３４】
先ず、装置の構成について説明する。ただし、前記実施例１ないし実施例９
に示した部材と同じ部材は同符番を付して説明を省略する。図２２は実施例１０に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図である。
【０１３５】
最初に、装置の概念を説明する。装置構成の特徴は、矩形平板の導電体をＷ字状のスリットで２分割し、その一方の導体を第１の電極とし、他方を第２の電極とし、かつ、該Ｗ字状スリットの端部に給電点を配置させるという構造を有することである。
なお、該スリットの形状はＷ字状以外の、例えばＵ字状及びジグザグ状にしても良い。また、該導電体の形状は矩形平板のみならず、例えば基板の形状が円筒形の場合にはそれに対応して円筒形にすることができる。
【０１３６】
次に装置の構成を説明する。図２２において、符番９１はスリットである。ここでは、Ｗ字状のスリットを用いている。該スリットの幅は、２ｍｍ〜５０ｍｍ程度、ここでは後述の圧力条件：０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）を考慮して、例えば８ｍｍにする。
符番２は第１の電極で、符番４は第２の電極である。該第１及び第２の電極のサイズは、例えば一対の外寸法で、１４００ｍｍｘ２００ｍｍ程度である。符番２１は第１の給電点、符番２７は第２の給電点で、それぞれ、対向した形でＷ字状スリット９１の端部に配置される。符番９０は放電ガス通過孔で、該第１及び第２の電極に設置される。その孔の直径は１〜５ｍｍ程度で、開口率は５０％程度以上が好ましい。
図２２において、第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の一方の出力端子は、第１の電力増幅器１６、第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８及び第１の真空同軸ケーブル１９の端部の芯線２０を介して、第１の給電点２１に接続される。該第１の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力端子の他方の出力端子は、第２の電力増幅器２２、第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４及び第２の真空同軸ケーブル２５の端部の芯線２６を介して、第２の給電点２７に接続される。該第２の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
なお、前記第１の電力増幅器１６及び第２の電力増幅器２２には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器１６、２２本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第１の位相可変２出力の発信器１５の２つの出力をそれぞれ電力増幅器１６、２２等により、それぞれ第１及び第２の給電点２１、２７に供給する電力供給系を第１の電力供給系と呼ぶ。
【０１３７】
図２２において、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の一方の出力端子は、第３の電力増幅器２９、第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１及び第３の真空同軸ケーブル３２の端部の芯線３３を介して、第１の給電点２１に接続される。該第３の真空同軸ケーブル３２の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力端子の他方の出力端子は、第４の電力増幅器３４、第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６及び第４の真空同軸ケーブル３７の端部の芯線３８を介して、第２の給電点２７に接続される。該第２の真空同軸ケーブル１９の端部の外部導体は第２の電極４に接続される。
なお、前記第３の電力増幅器２９及び第４の電力増幅器３４には、それぞれ出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該該反射波による該第１及び第２の電力増幅器２９、３４本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
ここで、第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力をそれぞれ電力増幅器２９、３４等により、それぞれ第１及び第２の給電点２１、２７に供給する電力供給系を第２の電力供給系と呼ぶ。
【０１３８】
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膜を製造する方法を説明する。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の予備製膜工程と本製膜工程が必要である。第１の予備製膜工程は、前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、第２の予備製膜工程は、前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の設定値を把握するために、本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。
【０１３９】
先ず、第１の予備製膜工程であるが、図２２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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第１の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に超高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を、例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えばパルス変調された周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第１の電力増幅器１６の出力を例えば２００Ｗに設定して、その出力を第１のインピーダンス整合器１７、第１の電流導入端子１８及び真空用同軸ケーブル１９を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第２の電力増幅器２２の出力を例えば２００Ｗに設定して、その出力を第２のインピーダンス整合器２３、第２の電流導入端子２４、真空用同軸ケーブル２５を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
ここで、該第１及び第２の給電点２１、２７に給電される電力の典型例を、図３及び図４に、Ｗ１１（ｔ）、Ｗ２１（ｔ）として示している。該Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）は、それぞれ、パルス幅Ｈｗ、周期Ｔ０でパルス変調された超高周波数、例えば７０ＭＨｚの正弦波である。該パルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０は、該第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５に付属の調整器により任意の値、例えばＨｗ＝４００μ秒及び周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定される。
この場合、給電点２１及び２７から供給され電力波は、その伝播路であるＷ字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体９２により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波Ｗ１１（ｘ、ｔ）及びＷ２１（ｘ、ｔ）、による前述の定在波が発生する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に正弦的分布を持つアモルファスＳｉが堆積する。
【０１４０】
前記の要領で、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、前述の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のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、Ｗ字状スリット９１の長さ方向において、該Ｗ字状スリット９１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、該Ｗ字状スリット９１の中央点から第１の給電点２１の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ１であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【０１４１】
次に、第２の予備試験であるが、図２２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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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。
そして、前記第２の電力供給系を用いて、一対の電極２、４に超高周波電力を、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を、例えば合計で４００Ｗを供給する。
即ち、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えばパルス変調された周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を、例えば零に設定し、第３の電力増幅器２９の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第３のインピーダンス整合器３０、第３の電流導入端子３１及び真空用同軸ケーブル３２を介して、第１の給電点２１と第２の電極４間に供給するとともに、第４の電力増幅器３４の出力を２００Ｗに設定して、その出力を第４のインピーダンス整合器３５、第４の電流導入端子３６、真空用同軸ケーブル３７を介して、第２の給電点２７と第２の電極４間に供給する。
ここで、該第１及び第２の給電点２１、２７に給電される電力の典型例を、図３及び図４に、Ｗ１２（ｔ）、Ｗ２２（ｔ）として示している。該Ｗ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）は、それぞれ、パルス幅Ｔｗ、周期Ｔ０でパルス変調された超高周波数、例えば７０ＭＨｚの正弦波で、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）の立ち上がり時刻よりＴ０／２だけ遅れて立ち上がるような関係にある。該パルス幅Ｔｗ及び周期Ｔ０は、該第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８に付属の調整器により任意の値、例えばＴｗ＝４００μ秒及び周期Ｔ０＝１ｍ秒に設定される。
この場合、給電点２１及び２７から供給され電力波は、その伝播路であるＷ字状スリットが途中で折れ曲がっているので、若干影響を受けて減衰はするが、該折れ曲り部分に被覆されている誘電体９２により、その領域での電力損失が抑制される。その結果、その伝播路にて電力波Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）による前述の定在波が発生する。
その結果、前記ＳｉＨ４ガスのプラズマが生成され、基板１１に例えば
正弦的分布を持つアモルファスＳｉが堆積する。
【０１４２】
前記の要領で、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、前述の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２の位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差をパラメータに繰り返し実施する。そして、Ｗ字状スリット９１の長さ方向において、Ｗ字状スリット９１の中央点から正弦的な膜厚分布の最大厚みの位置までの距離と前記第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力の位相差の関係をデータとして把握する。例えば、Ｗ字状スリット９１の中央点から第２の給電点２７の方向へ波長λの八分の一、即ちλ／８だけ離れた位置に設定するための位相差は、例えばΔθ２であるいうことが把握される。
ただし、その波長λは、真空中での電磁波の波長ではなく、上記製膜条件での波長λであり、真空中での電磁波の波長λ_０に比べて短くなる。一般的にはＳｉＨ４ガスのプラズマでは、プラズマ中での波長λと真空中での波長λ_０との比λ／λ_０は０．５〜０．９程度である。
【０１４３】
さて、前記第１および第２の予備製膜工程の結果を受けて、本製膜工程に入る。先ず、図２２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１０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８からＳｉＨ４ガスを、例えば５００ｓｃｃｍ、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の電力供給系の構成部材の第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を第１の予備試験データで把握したΔθ１に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒に設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給するともとに、前記第２の電力供給系の構成部材の第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８の２つの出力、例えば周波数７０ＭＨｚの正弦波の位相差を第２の予備製膜工程のデータとして把握したΔθ２に設定し、そのパルス変調を図３及び図４に示すＷ１２（ｔ）及びＷ２２（ｔ）におけるパルス幅Ｈｗ及び周期Ｔ０を例えばＨｗ＝４００μ秒及びＴ０＝１ｍ秒で、かつ、前記Ｗ１１（ｔ）及びＷ２１（ｔ）のパルス変調のパルス立ち上がり時間より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がるように設定し、第１及び第２の給電点２１、２７に、それぞれ例えば電力２００Ｗを供給する。
即ち、前記第１の給電点２１に、電力２００Ｗの電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）及び電力２００Ｗの電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）が、前記第２の給電点２７に電力２００ＷのＷ２１（ｘ、ｔ）及び電力２００Ｗの電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）が供給される。
ここで、第１の予備製膜工程及び第２の予備製膜工程でそれぞれ設定した第１のパルス変調方式位相可変２出力の発信器１５及び第２のパルス変調方式位相可変２出力の発信器２８のパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の値を、例えば、Ｈｗ＝４００μ秒を１ｍ秒などへ、Ｔ０＝１ｍ秒を５ｍ秒などへ変更して、いくつかの製膜データを比較することができる。
【０１４４】
前記一対の電極２、４間に４つの電圧波が供給されると、前述のように、Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ２１（ｘ、ｔ）は干渉して第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）を形成し、Ｗ１２（ｘ、ｔ）とＷ２２（ｘ、ｔ）は干渉して第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）を形成する。ただし、Ｗ１１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）とは時間的に分離されているので、干渉しない。また、同様に、Ｗ２１（ｘ、ｔ）は、Ｗ１２（ｘ、ｔ）及びＷ２２（ｘ、ｔ）と干渉しない。
したがって、上記パルス変調の周期Ｔ０より大幅に長い数秒以上の一般的な製膜時間で考えれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布は、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）と第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）の重ね合わせた形となる。その様子を概念的に図８に示す。
ここで、基板の中央点、即ち該楔形９０の頂点とスリットを結ぶラインをｘ軸の原点とし、該原点から第１の給電点２１を向いた方向を正の方向とすると、第１の定在波Ｗ１（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ１（ｘ、ｔ）は、
Ｉ１（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝
第２の定在波Ｗ２（ｘ、ｔ）の強さの分布Ｉ２（ｘ、ｔ）は、
Ｉ２（ｘ、ｔ）＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−２π（λ／８）／λ｝
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、
Ｉ（ｘ、ｔ）
＝ｃｏｓ^２｛２πｘ／２＋π／４｝＋ｃｏｓ^２｛２πｘ／２−π／４｝
＝１
この結果は、該一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、ｘ即ち電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。
【０１４５】
また、この結果は、発振周波数がＶＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、前記基板の表面の法線方向と実質的に同じ方向の電界を有する電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えることにより、プラズマの一様化に不可欠な電極間の電力の強さの分布の制御が可能であるとの意味がある。
さらに、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２５倍、即ち０．２５λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、電力の伝播方向の位置に依存しないで一定の値であり、均一であるということを示している。このことは、ＵＨＦプラズマの応用分野においての重要課題である大面積・均一のプラズマ処理化を実現可能な装置の提供ができるという意味で画期的発見であるということを意味している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２２〜０．２８倍、即ち０．２２〜０．２８λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±２０％以下であることを示している。
また、上記第１及び第２の定在波のそれぞれの腹の位置の間の距離が、使用する電磁波のプラズマ中の波長λの０．２３８〜０．２６３倍、即ち０．２３８〜０．２６３λであれば、一対の電極２、４間に生成される電力の強さの分布Ｉ（ｘ、ｔ）は、±１０％以下であることを示している。
【０１４６】
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、一対の電極２、４間の電力の強さの分布が上述の通り、時間平均的に一様であるので、その堆積膜は一様になる。このことはＶＨＦプラズマの応用分野においては画期的な発見であり、実用価値は著しく大きい。
即ち、インライン型やマルチチャンバー形やロール・ツー・ロール型のプラズマ表面処理装置の高生産性化のためのプラズマ発生装置の改善において求められている矩形型の第１の電極の一つの辺の近傍のみからＶＨＦ電力を供給する手段
に関する一つの新規手段として実現が可能である。このことは、該プラズマ表面処理装置本体の断面を、その基板搬送方向に直交する断面で見た場合、その断面が例えば矩形状の断面であれば、該矩形断面の４辺の中の１辺のみを用いたＶＨＦプラズマ生成用の新規給電手段が実現可能である。
本実施例では、第１及び第２の電極の設置面と基板との間隔を５~４０ｍｍ程度に設定することにより、ガラス基板サイズ：１２００ｍｍｘ２００ｍｍ程度でのアモルファスＳｉ製膜は、製膜速度１〜３ｎｍ／ｓ程度で、膜厚分布は±１０％以内の製膜が可能である。
また、本実施例では、Ｗ字状スリット９１を含む一対の電極２、４が１式であるので、基板サイズの幅は２００ｍｍ程度に制約されるが、該Ｗ字状スリット９１を含む一対の電極２、４の個数を増加すれば基板サイズの幅は拡大可能であることは当然なことである。
なお、微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉ等は、製膜条件の中のＳｉＨ４，Ｈ２の流量比、圧力および電力を適正化することで製膜できることは公知の技術であり、膜厚分布±１０％以内の製膜が可能である。
【０１４７】
本実施例では、実施例２で用いられた平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を使用していないが、該平衡不平衡変換装置と平衡伝送路を用いることにより、上記プラズマの一様化は、より確実になることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】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１図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の電極への給電部の説明図。
【図３】図１図示の第１及び第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器から出力されるパルス変調された出力の典型例を示す説明図。
【図４】図１図示の第１及び第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器から出力されるパルス変調された正弦波信号の典型例を示す説明図。
【図５】一対の電極間に発生の電圧波の伝播を示す説明図。
【図６】一対の電極間に発生の電圧の定在波の腹の位置を示す説明図。
【図７】一対の電極間に発生の定在波の強さ（振幅の２乗の値）の分布を示す説明図。
【図８】一対の電極間に発生の２つの定在波の強さを示す説明図。
【図９】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９図示のプラズマ表面処理装置の第１及び第２の電極への給電部の説明図。
【図１１】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１２】図１１図示のプラズマ表面処理装置に用いられる第１の電力供給系の配線図。
【図１３】図１１図示のプラズマ表面処理装置に用いられる第２の電力供給系の配線図。
【図１４】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１５】実施例５に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図１６】図１５図示のプラズマ表面処理装置の真空容器内部の断面図。
【図１７】実施例６に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図１８】図１７図示のプラズマ表面処理装置の電力供給系配線図を示す説明図。
【図１９】実施例７に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図２０】実施例８に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図２１】実施例９に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【図２２】実施例１０に係わるプラズマ表面処理装置の全体を示す概略図。
【符号の説明】
【０１４９】
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、
５．．．絶縁物支持材、
６．．．ガス混合箱、
７．．．整流孔、
８．．．放電ガス供給管、
９．．．排気管、
１０．．．図示しない真空ポンプ、
１１．．．基板、
１２．．．図示しないゲートバルブ、
１５．．．第１のパルス変調方式位相可変２出力発信器、
１６．．．第１の電力増幅器、
１７．．．第１のインピーダンス整合器、
１８．．．第１の電流導入端子、
１９．．．第１の真空用同軸ケーブル、
２０．．．第１の真空用同軸ケーブルの芯線、
２１．．．第１の給電点、
１００．．．同期信号伝送ケーブル、
２２．．．第２の電力増幅器、
２３．．．第２のインピーダンス整合器、
２４．．．第２の電流導入端子、
２５．．．第２の真空用同軸ケーブル、
２６．．．第２の真空用同軸ケーブルの芯線、
２７．．．第２の給電点、
２８．．．第２のパルス変調方式位相可変２出力発信器、
２９．．．第３の電力増幅器、
３０．．．第３のインピーダンス整合器、
３１．．．第３の電流導入端子、
３２．．．第３の真空用同軸ケーブル、
３３．．．第３の真空用同軸ケーブルの芯線、
３４．．．第４の電力増幅器、
３５．．．第４のインピーダンス整合器、
３６．．．第４の電流導入端子、
３７．．．第４の真空用同軸ケーブル、
３８．．．第４の真空用同軸ケーブルの芯線。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置であって、一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの給電点に時間的に分離されたパルス電力を供給し、該一対の電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつそれらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記一対の電極間に発生の複数の定在波の腹の位置を制御する手段を有することを特徴とする請求項１記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項３】
任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波電源と、該第１の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、２出力でかつ該２出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波電源とを具備し、前記電極に配置された少なくとも２つの給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１の高周波電源の２つの出力端子のいずれか一方と前記第２の高周波電源の２つの出力端子のいずれか一方が接続され、他方の給電点に前記第１の高周波電源の他方の出力端子と前記第２の高周波電源の他方の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の高周波電源の出力端子に電力分配器が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項５】
前記給電点に平衡不平衡変換装置が接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項６】
前記高周波電源の出力の周波数は、３０ＭＨｚから３００ＭＨｚのＶＨＦ帯に属していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項７】
前記高周波電源の出力のパルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｈ０を５０％以下にすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項８】
プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置から構成されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項９】
プラズマを利用して真空容器内に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項１〜７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて前記基板の表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項１０】
前記一対の電極における電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点に配置された給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第２の高周波電源のそれぞれの２つの出力端子のいずれか一方をそれぞれ、一つずつ接続し、かつ、他方の給電点に前記第１及び第２の高周波電源の他方の出力端子をそれぞれ、一つずつ接続すると共に、該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力を該第１の高周波電源の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力されるパルス変調された電力と該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力されるパルス変調された電力の該少なくとも２つの給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力により形成される第１の定在波と該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該第１の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第２の高周波電源の２つの出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの０．２２〜０．２８倍、好ましくは０．２５倍、即ち０．２２〜０．２８λ、好ましくはλ／４に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とする請求項８あるいは９のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項１１】
前記基板の表面に、アモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを形成するようにしたことを特徴とする請求項９あるいは１０のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項１２】
前記基板の表面に固着したアモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかの材料をエッチング加工するようにしたことを特徴とする請求項９あるいは１０のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法。

【図１】