JP2000031073A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

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JP2000031073A JP11046504A JP4650499A JP2000031073A JP 2000031073 A JP2000031073 A JP 2000031073A JP 11046504 A JP11046504 A JP 11046504A JP 4650499 A JP4650499 A JP 4650499A JP 2000031073 A JP2000031073 A JP 2000031073A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積にプラズマ処理を行う装置及び方法に
おいて、高速処理が可能なＶＨＦ周波数のプラズマ処理
法を導入しようとした場合の、高周波電力が歪んで高調
波を生じ易く、入射、反射電力が正確に読めない、マッ
チングが正確に合わせられないという問題を解決し、再
現性良く、大面積にわたって均一に、高速で処理しうる
高周波プラズマ処理装置及び方法を提供することができ
る。 【解決手段】 真空容器１０３内に原料ガスを導入し、
高周波電力を供給して、真空容器１０３内の基板１０７
上にプラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する堆積膜形
成装置において、高周波電力の基本発振周波数がＶＨＦ
周波数であり、高周波電源１０２の入射電力及び反射電
力の電力検出回路１１１に、基本発振周波数を透過し、
高調波成分をカットするローパスフィルター１２０を挿
入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマによって
処理を行う処理装置及び処理方法に関し、例えば薄膜太
陽電池に用いることのできるアモルファスシリコン、ア
モルファスシリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シ
リコン、微結晶シリコン等の非単結晶シリコン系半導体
の堆積膜をプラズマを利用して基板上に形成、あるい
は、プラズマを利用したエッチング、アニーリング、ア
ッシングに用いられるプラズマ処理装置及びプラズマ処
理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】非単結晶半導体の中でもアモルファスシ
リコンは、プラズマＣＶＤ法によって大面積の半導体膜
を形成することができ、結晶シリコンや多結晶シリコン
と比較して大面積の半導体デバイスを比較的容易に形成
することができる。
【０００３】そのため、アモルファスシリコン膜は、大
きな面積を必要とする半導体デバイス、具体的には、太
陽電池、複写機の感光ドラム、ファクシミリのイメージ
センサー、液晶ディスプレー用の薄膜トランジスタ等に
多く用いられている。
【０００４】これらのデバイスは、ＬＳＩやＣＣＤ等の
結晶半導体からなるデバイスと比較し、１つのデバイス
の面積が大きく、例えば、太陽電池の場合、変換効率が
１０％ならば、一般家庭の電力を賄う約３ｋＷの出力を
得るには１家庭当り約３０平方メートルもの面積が必要
とされ、１つの太陽電池素子もかなり大きな面積にな
る。そのため、大面積に高速で堆積膜が形成できる技術
が望まれている。
【０００５】アモルファスシリコン膜を形成するには、
一般にＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等のＳｉを含有する原料ガス
を高周波放電によって分解してプラズマ状態にし、該プ
ラズマ中に置かれた基板上に成膜するプラズマＣＶＤ法
によっている。
【０００６】プラズマＣＶＤ法によってアモルファスシ
リコン膜を成膜する場合、従来、ＲＦ周波数（１３．５
６ＭＨｚ近傍）の高周波が一般的に用いられてきた。
【０００７】しかし、近年、ＶＨＦ周波数を用いたプラ
ズマＣＶＤが注目されている。例えば、Ａｍｏｒｐｈｏ
ｕｓ・Ｓｉｌｉｃｏｎ・Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９
２，ｐ１５〜ｐ２６（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ・Ｒｅｓｅａ
ｒｃｈ・Ｓｏｃｉｅｔｙ・Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ・Ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ・Ｖｏｌｕｍｅ・２５８）には放電周
波数を１３．５６ＭＨｚのＲＦからＶＨＦ周波数にする
ことによって、成膜速度を格段に高めることができ、高
速で良好な堆積膜を形成可能になると報告されている。
【０００８】ところが、本発明者らがかかるＶＨＦ周波
数のプラズマＣＶＤ法によって、大面積に堆積膜を形成
しようとしたところ、以下のような点に気をつけるべき
であることがわかった。
【０００９】すなわち、従来の一般的なＲＦ周波数のプ
ラズマＣＶＤ法で大面積に堆積膜を形成する場合に用い
る平行平板型の放電電極をＶＨＦ周波数に用いようとす
ると、放電電極の面積が小さいうちはＲＦ周波数と同様
に放電できても、大面積に均一なプラズマを得ようとし
て放電電極の面積を大きくすると、放電電極のインピー
ダンスが大きくなり、整合回路でマッチングがとれず、
有効に電力を投入できないと分かった。
【００１０】これに対しては、大面積に均一なプラズマ
を得ようとする場合、放電電極の形態としては、平板で
はなく、一般に直棒状あるいは放射状あるいは櫛形状等
の表面積の少ない棒状の形態とすれば都合が良い。とこ
ろが、この場合は、放電電極のインピーダンスがかなり
小さくなるために整合回路から放電電極までの間の浮遊
容量の影響を大きく受けるようになり、整合回路から先
で高周波の波形が歪みやすくて高調波を生じやすくなっ
た。そして、高周波の波形が歪んで高調波を生じると、
投入電力が正確に読みとれなくなるとともに、マッチン
グも正確に合わせられなくなり、高周波の投入電力の再
現性が著しく低下するという問題があった。
【００１１】図２に示したプラズマ処理装置の一例とし
てプラズマＣＶＤ法を利用した堆積膜形成装置を用いて
簡単に説明する。
【００１２】図２に示される堆積膜形成装置は、大きく
わけてプラズマ処理部（ここでは堆積部）１０１と高周
波電源部１０２を有している。プラズマ処理部１０１は
内部に放電室１０４を有する真空容器を備え、該放電室
１０４は放電室１０４内に所望のガスと導入するための
ガス導入管１０６と放電室１０４内を排気するための排
気管１０５が夫々接続されている。プラズマ処理される
（ここでは堆積膜が堆積される）基体１０７は放電室１
０４内に設けられた基体載置部に載置される。また、基
体１０７を必要に応じて所望の温度に加熱又は保持する
ためのヒーター１０８が適宜設けられる。
【００１３】放電室１０４内で放電を生起させるための
高周波電力を供給するため、真空容器１０３に設けられ
た高周波電力導入部１２２を介してアンテナ１０９が放
電室１０４内に設けられる。該アンテナ１０９は高周波
電源１０２に電気的に接続される。
【００１４】高周波電源１０２は高周波を発振し、反射
波を吸収する高周波電源回路部１１０と高周波電力の入
射、反射を検出回路部１１１と整合回路１１２とに大き
く分けることができる。
【００１５】高周波電源回路部１１０は高周波発振回路
１１３とサーキュレーター１１４、反射波吸収負荷１１
５とを有し、電力検出回路１１１は方向性結合器１１６
とそれに接続された検波器１１７、アンプ１１８、メー
ター１１９を入射電力用と反射電力用に２組有してい
る。
【００１６】方向性結合器１１６からの高周波電力（進
行波）は高周波ケーブル１２１を通って整合回路１１２
を介してインピーダンス調整されアンテナ１０９に接続
される。アンテナ１０９からの反射波は進行波と経路を
順に伝って方向性結合器１１６に到達する。
【００１７】すなわち、図２に示すようなプラズマＣＶ
Ｄ法による堆積膜形成装置においては、高周波の投入電
力は一般に高周波電源１０２に設けた電力検出回路１１
１によって入射電力、反射電力を読みとるが、常時電力
を監視する方向性結合器１１６を用いた透過型の電力検
出回路１１１では基本発振周波数に対してのみ正しい値
を示すように較正されている。そのため、整合回路１１
２から先で高周波の波形が歪み、高調波を生じると、高
調波を多く含んだ反射波が高周波電源１０２の電力検出
回路１１１に戻ってくるため、入射、反射電力が正確に
読めなくなり、マッチングも正確に合わせることができ
ない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、導入
される高周波電力が歪んで高調波を生じ易く、入射、反
射電力が正確に読めない、マッチングが正確に合わせら
れないという問題を解決し、再現性良く、大面積にわた
って均一にプラズマ処理（例えば堆積膜の形成エッチン
グ）を行うことのできるプラズマ処理装置及びプラズマ
処理方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器内に
高周波電力を投入して、プラズマを生起させ、該プラズ
マにより処理を行うプラズマ処理装置において、高周波
電力の基本発振周波数がＶＨＦ周波数であり、高周波電
源の入射電力及び／又は反射電力検出回路に、基本発振
周波数を透過し、その高調波成分をカットするローパス
フィルターを挿入したことを特徴としている。
【００２０】また、本発明では上記プラズマ処理装置に
おいて、更に、高周波電源の入射電力及び／又は反射電
力検出回路が、少なくとも高周波電源の出力段に設けた
方向性結合器と方向性結合器に接続された検波器を有
し、高周波フィルターが方向性結合器と検波器の間に挿
入されることを特徴としている。
【００２１】また、本発明では上記プラズマ処理装置に
おいて、更に、放電電極が棒状電極であることを特徴と
している。
【００２２】また、本発明のプラズマ処理方法では、真
空容器内に高周波電力を投入して、プラズマを生起さ
せ、該プラズマにより処理を行う処理方法において、高
周波電力の基本発振周波数がＶＨＦ周波数であり、該基
本発振周波数を透過し、その高調波成分をカットするロ
ーパスフィルターを介して基本発振周波数を検知するこ
とを特徴としている。
【００２３】また、本発明では、上記プラズマ処理方法
において、更に、前記検知した値に基づいて負荷と電源
の整合を制御することを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を詳細に説明する。
【００２５】図１に本発明のプラズマ処理装置の一例と
してプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の例の模式
的構成図を示す。
【００２６】図１に示した装置において、図２と同じ番
号で示したものは同じものを示しており、堆積膜形成装
置は大きくプラズマ処理部１０１と高周波電源部１０２
を有する。
【００２７】プラズマ処理部１０１は真空容器１０３内
部に放電室１０４が設けられ、放電室１０４には排気装
置（不図示）に接続された排気管１０５と、堆積膜の原
料ガス（エッチングの場合はエッチングガス，希釈ガス
の導入も可）を導入するガス導入管１０６と、堆積膜を
堆積する基板１０７と、基板１０７を加熱するヒーター
１０８と、高周波電力を放射するアンテナ１０９が設け
られ、加熱された基板１０７上にプラズマＣＶＤ法によ
り堆積膜を形成できる。
【００２８】一方、高周波電源部１０２は、高周波を発
振し、反射波を吸収する高周波電源回路１１０と、入
射、反射電力を検出する電力検出回路１１１と、プラズ
マＣＶＤ装置１０１の負荷との間のインピーダンスマッ
チングを行う整合回路１１２と、高周波ケーブル１２１
とを有する。
【００２９】高周波電源回路１１０は高周波発振回路１
１３と、サーキュレーター１１４、反射波吸収負荷１１
５からなり、電力検出回路１１１は、方向性結合器１１
６と、検波器１１７と、アンプ１１８と、メーター１１
９と、ローパスフィルター１２０からなり、ローパスフ
ィルター１２０は方向性結合器１１６と検波器１１７と
の間に挿入されている。ローパスフィルター１２０の有
無が図２の装置との大きな違いである。
【００３０】本発明の装置においては、高周波電源回路
１１０と整合回路１１２の間に挿入される電力検出回路
１１１に、基本発振周波数を通過させ、その高調波成分
をカットするローパスフィルター１２０を挿入してある
ので、整合回路１１２からプラズマＣＶＤ装置１０１の
間で高周波電力の波形が歪んで基本発振周波数の高調波
が生じ、電力検出回路１１１に反射波として返ってきて
も、その影響を受けることなく基本発振周波数の入射、
反射電力のみを検出できる。
【００３１】そのため、反射波の高調波成分によって投
入電力が正確に読みとれなくなる、あるいは、マッチン
グも正確に合わせられなくなる等の問題が解消され、高
周波の投入電力の再現性が著しく向上する。
【００３２】以下では、本発明に係る実施態様例に関し
て説明する。
【００３３】＜ローパスフィルター１２０＞本発明の装
置において好適に用いられるローパスフィルターとして
は、高周波電源の基本発振周波数に対して十分透過し、
その２倍波、３倍波等の高調波に対しては十分カットす
る様な透過特性を有するものが用いられる。
【００３４】たとえば、基本発振周波数が１００ＭＨｚ
の場合、１００ＭＨｚに対しては９０％以上透過し、そ
の高調波である２００ＭＨｚや３００ＭＨｚに対しては
透過を１０％以下に抑制するようなものが好ましい。
【００３５】ローパスフィルターの構造としては、高周
波用のフィルタ回路を用いることができ、ＬやＣの組み
合わせによって周波数透過特性をもたせた高周波回路で
もよい。
【００３６】また、本発明において、ローパスフィルタ
ーとは、一定周波数以上の高周波の透過を阻止する機能
を有するフィルターのことで、一定周波数帯域を選択的
に透過するいわゆるバンドパスフィルターも範疇に含ん
でいる。
【００３７】具体的にはＬ型、Ｔ型、π型等のはしご形
構造、あるいは格子形構造の回路や水晶フィルター等を
用いることができる。
【００３８】尚、フィルターの挿入によって、基本発振
周波数の高周波も僅かながら透過率が下がるため、かか
る電力計の電力較正はローパスフィルターを入れた状態
で行なうのが望ましい。
【００３９】以下に本発明において好ましいローパスフ
ィルターの一例を具体的に説明する。
【００４０】図３、図４はインダクタンスＬと静電容量
Ｃにより構成されるローパスフィルターの一例を示す概
略的回路である。
【００４１】図３及び図４では、方向性結合器が図中左
側に、検波器側が図中右側になる。図３では電源ライン
側にインダクタンスＬ1が挿入され、その検波器側で静
電容量Ｃ1が電源ラインとアースラインに接続されてい
る。
【００４２】図４では、図３に示したようなインダクタ
ンスＬと静電容量Ｃの組みを２つと電源ライン側に更に
インダクタンスＬと静電容量Ｃを並列に挿入している。
【００４３】各図におけるインダクタンスＬと静電容量
Ｃの関係は図示したとおりであるが、それらＬ1，Ｃ1，
ｍは以下の関係式を夫々満足している。
【００４４】
【数１】
【００４５】ここでｆｃは遮断周波数、ｆ∞は発振周波
数、Ｒは公称インピーダンスである。
【００４６】Ｌ1、Ｃ1、ｍは使用する高周波の周波数、
透過させたい周波数帯に応じて先に説明した所望の条件
を満たすように適宜選択すれば良い。
【００４７】例えば、図３の構成の回路であれば図５の
ような、図４の構成の回路であれば図６のような周波数
に対する減衰量特性を得ることができる。
【００４８】また、図７は水晶フィルターによるローパ
スフィルターの例である。図において、８０１は水晶、
８０２はコンデンサである。
【００４９】本回路を使用する高周波の周波数、透過さ
せたい周波数帯に応じて適宜設計すれば良い。
【００５０】例えば図８のような周波数に対する減衰量
特性を得ることができる。
【００５１】本発明においてはローパスフィルターを設
置する位置は重要である。本発明のローパスフィルター
は検波器へ入る高周波を効果的に除去できるのであれ
ば、何れの場所においてもある程度の効果を得ることが
できるが、以下に理由により方向性結合器と検波器の間
に設けることが特に効果的である。
【００５２】高周波のカットという目的のためだけであ
るならば、電源と負荷との間にローパスフィルターを設
けることも可能であるが、この場合、高周波の検波器へ
入る経路としては主に、電源側から負荷（放電電極）
側へ向かう途中で方向性結合器により検波器へ導かれる
経路と、負荷（放電電極）側から電源側へ向かう途中
で方向性結合器により検波器へ導かれる経路とが考えら
れる。
【００５３】従って少なくとも電源と負荷との間でか
つ、電源と検波器の間及び負荷（放電電極）と検波器の
間の２箇所にローパスフィルターを設ける必要がある。
電源と負荷の間に流れる高周波電流はプラズマ処理を行
うだけの電力が必要であるため、方向性結合器を介して
検波器へ向かう電流と比較すると非常に大きな電流が流
れている。従って、電源と負荷の間に設けるローパスフ
ィルターは大電流に対応したものとする必要がある。そ
の結果、ローパスフィルター自体が大型化し、装置の
設計の自由度を制限し、同時に装置コストを上昇させ
る、ローパスフィルター自体である程度電力が損失さ
れるので、特にローパスフィルターが複数であると電源
からの電力が有効に負荷に伝達されないという不都合が
生じる場合がある。この傾向は大電力になるほど顕著で
ある。
【００５４】従って本発明の効果をより高めるためには
方向性結合器と検波器の間に設けることが好ましい。
【００５５】＜高周波電力＞本発明において用いられる
高周波電力は、基本発振周波数がＶＨＦ周波数の高周波
電力である。
【００５６】本発明においてＶＨＦ周波数としては、従
来、一般的に用いられている１３．５６ＭＨｚ等のＲＦ
周波数よりも高く、２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波周波
数よりも低い周波数範囲を指し、凡そ２０ＭＨｚ乃至５
００ＭＨｚの周波数範囲である。
【００５７】その範囲の中でも、プラズマ密度を高め、
堆積速度の向上を望む場合には比較的高い周波数領域を
選択し、大面積の均一性を望む場合には、より波長が長
く大面積での均一性が高い、比較的低い周波数領域を選
択する。
【００５８】＜プラズマ処理部１１０＞本発明におい
て、プラズマを生起することによってプラズマ処理する
プラズマ処理装置としては、先述したとおり堆積膜形成
装置が知られており、例えばこのような装置では真空排
気手段を有する真空容器１０３に堆積膜の原料ガスを導
入しつつ、ＶＨＦ領域の高周波を投入し、真空容器１０
３に配置した基体１０７表面に堆積膜を形成することが
できる。
【００５９】たとえば、アモルファスシリコン膜を堆積
させるには、少なくともＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等の原料ガ
スと必要に応じて適度のＨ2等の希釈ガスを、真空ポン
プによって排気した減圧可能な真空容器１０３内に導入
し、ＶＨＦ電力をアンテナ１０９等の電力放射手段から
該真空容器１０３内に投入し、原料ガスを放電分解し、
１５０〜３５０℃程度の範囲内に温度制御したガラス、
金属等の基板１０７表面に堆積膜を形成する。
【００６０】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用
いられ、具体的には例えば、ＳｉＨ4，Ｓｉ2Ｈ6，Ｓｉ
Ｆ4，ＳｉＦＨ3，ＳｉＦ2Ｈ2，ＳｉＦ3Ｈ，Ｓｉ3Ｈ8，
ＳｉＤ4，ＳｉＨＤ3，ＳｉＨ2Ｄ2，ＳｉＨ3Ｄ，ＳｉＦ
Ｄ3，ＳｉＦ2Ｄ2，Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3，（ＳｉＦ2）5，（Ｓｉ
Ｆ2）6，（ＳｉＦ2）4，Ｓｉ2Ｆ6，Ｓｉ3Ｆ8，Ｓｉ2Ｈ2
Ｆ4，Ｓｉ2Ｈ3Ｆ3，ＳｉＣｌ4，（ＳｉＣｌ2）5，Ｓｉ
Ｂｒ4，（ＳｉＢｒ2）5，Ｓｉ2Ｃｌ6，ＳｉＨＣｌ3，Ｓ
ｉＨ2Ｂｒ2，ＳｉＨ2Ｃｌ2，Ｓｉ2Ｃｌ3Ｆ3などのガス
状態のまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。
尚、ここで、Ｄは重水素を表す。
【００６１】また、非単結晶シリコンゲルマニウムを堆
積する場合に導入する原料ガスとして、具体的にゲルマ
ニウム原子を含有するガス化し得る化合物としては、Ｇ
ｅＨ4，ＧｅＤ4，ＧｅＦ4，ＧｅＦＨ3，ＧｅＦ2Ｈ2，Ｇ
ｅＦ3Ｈ，ＧｅＨＤ3，ＧｅＨ2Ｄ2，ＧｅＨ3Ｄ，Ｇｅ2Ｈ
6，Ｇｅ2Ｄ6等が挙げられる。
【００６２】また、非単結晶炭化シリコンを堆積する場
合に導入する原料ガスとして、具体的に炭素原子を含有
するガス化し得る化合物としては、ＣＨ4，ＣＤ4，Ｃn
Ｈ2n+2（ｎは整数），ＣnＨ2n（ｎは整数），Ｃ2Ｈ2，
Ｃ6Ｈ6，ＣＯ2，ＣＯ等が挙げられる。
【００６３】また、価電子制御するためにｐ型層または
ｎ型層に導入される物質としては周期率表第ＩＩＩ族原
子及び第Ｖ族原子が挙げられる。
【００６４】第ＩＩＩ族原子導入用の出発物質として有
効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導
入用としては、Ｂ2Ｈ6等の水素化ホウ素、ＢＦ3，ＢＣ
ｌ3等のハロゲン化ホウ素等を挙げることができる。
【００６５】第Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としてＰＨ3
等の水素化燐、ＰＦ3等のハロゲン化燐が挙げられる。
このほかＡｓＨ3等も挙げることができる。
【００６６】また、前記ガス化し得る化合物をＨ2，Ｈ
ｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ等のガスで適宜希釈して成
膜室に導入しても良い。
【００６７】放電電極の形態としては特に限定されない
が、棒状、具体的には直棒状、放射状、櫛形状等の平板
ではなく表面積の少ない形態のものが好ましい。
【００６８】
【実施例】以下、本発明の堆積膜形成装置の実施例を示
すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定される
ものではない。
【００６９】本発明の装置の基本構成としては図１に示
したものを用いた。このような本発明の装置を組み込ん
だ図９に示すロールツーロール方式の連続堆積膜形成装
置を使って、帯状基板を連続的に搬送させながら６つの
高周波プラズマ放電室を通過させ、基板上に２層タンデ
ム太陽電池用の６層からなる非単結晶シリコン半導体積
層膜を連続的に製造した。
【００７０】図９において、長尺の帯状基板３０１は巻
き出し室３０２でコイル状に巻かれた状態から引き出さ
れ、プラズマ放電室３０３〜３０８を順次通過して、巻
き取り機構（不図示）を備えた巻き取り室３０９でコイ
ル状に巻き取られる。巻き出し室３０１、各プラズマ放
電室３０３〜３０８、巻き取り室３０９は各々隣合うチ
ャンバーとガスゲート３１０によって接続されている。
【００７１】帯状基板３０１を通過させるガスゲート３
１０には、それぞれその基板搬送方向の中央部近傍にゲ
ートガス導入管３１１が設けられ、Ｈ2，Ｈｅ等のガス
が導入されることで、ガスゲート中央から隣合うチャン
バーへのガスの流れが形成され、隣り合うチャンバーの
原料ガスの混入を防ぎ、原料ガスを分離する。
【００７２】各プラズマ放電室３０３〜３０８には、ガ
ス導入管３１２、排気管３１３、放電電極３１４、基板
加熱ヒータ３１５が設けられ、移動する帯状基板３０１
の表面に半導体膜が積層される。
【００７３】図９の本発明の装置を組み込んだ装置にお
いて、プラズマ放電室３０３〜３０８のうち、プラズマ
放電室３０４および３０７が本発明の堆積膜形成装置
で、高周波放電周波数は１０５ＭＨｚであり、プラズマ
放電室３０４ではアモルファスシリコンゲルマニウム
が、プラズマ放電室３０７ではアモルファスシリコンが
堆積される。その他のプラズマ放電室３０３、３０５、
３０６、３０８の高周波放電周波数は１３．５６ＭＨｚ
である。
【００７４】また、放電周波数が１０５ＭＨｚのプラズ
マ放電室３０４および３０７において、高周波電力は放
電室内に設けたアンテナ状の放電電極３１４から放射さ
れる。また、プラズマ放電室３０４及び３０７の放電室
内にはアンテナ状の放電電極３１４とは別にバイアス電
極３１６が設けられ、直流電源３１７から直流電圧が印
加される。
【００７５】（実施例１）この実施例では、図１に示し
た構成の本発明の装置を組み込んだ図９に示す構成の装
置を用いて、ステンレス基板上に６層のシリコン系非単
結晶膜からなるｎｉｐｎｉｐ構造の２層タンデム型太陽
電池を製造した。
【００７６】図９の成膜室の内、３０４、３０７が１０
５ＭＨｚのＶＨＦ周波数の高周波でプラズマＣＶＤを行
なう成膜室であり、図１に示したように高周波電源１０
２の電力検出回路１１１にＬ，Ｃからなり、１６０ＭＨ
ｚ以下の周波数を９０％以上透過し、３１０ＭＨｚ以上
の周波数を１０％以下にカットする図３に示される回路
構成を有するローパスフィルター１２０を入射、反射電
力検出回路１１１に挿入した。
【００７７】図９に示した装置において、先ず、長さ５
００ｍ、幅３５６ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍのステンレス
（ＳＵＳ４３０−ＢＡ）の帯状基板３０１を、巻き出し
室３０２のコイル状に巻かれたボビンからガスゲート３
１０を介してプラズマ放電室３０３〜３０８を通し、巻
き取り室３０９のボビンにコイル状に巻き取られるよう
にセットし、張力印加機構（不図示）により弛みなく張
られるようにした。
【００７８】次に、各真空容器３０２乃至３０９内を各
室の排気手段により１Ｐａ以下に一度真空排気した。
【００７９】引き続き排気を行いながら、各プラズマ放
電室のガス供給手段（不図示）に接続されたガス導入管
３１２からＨｅガスを各１００ｓｃｃｍ導入し、排気管
３１３の排気弁（不図示）の開度を調整することで各真
空容器の内圧を１００Ｐａに維持した。
【００８０】この状態で、巻き取り室３０９のボビンに
接続された基板搬送機構（不図示）により、帯状基板が
毎分６００ｍｍの移動速度で連続的に移動するようにし
た。
【００８１】次いで、各プラズマ放電室に設けた基板加
熱ヒータ３１５および基板温度モニタ（不図示）によ
り、各プラズマ放電室内で移動する帯状基板３０１が所
定の温度になるように加熱制御した。
【００８２】各プラズマ放電室内で基板３０１が均一に
加熱されたら、引き続き加熱しつつ、Ｈｅガスの導入を
停止し、ガス導入管３１２へのガスＳｉＨ4を含み原料
ガスに切り替えた。
【００８３】また、各ガスゲート１１０には、ガス供給
手段（不図示）に接続されたゲートガス導入管３１１か
ら原料ガス分離用のガスとしてＨ2を各１０００ｓｃｃ
ｍ導入した。
【００８４】次に、各プラズマ放電室の放電電極３１４
に高周波電源から高周波電力を供給し、各グロー放電室
にグロー放電を発生させ、原料ガスをプラズマ分解し
て、連続的に移動する帯状基板３０１上にシリコン系非
単結晶膜の堆積膜を堆積させ、シリコン系非単結晶半導
体からなる２層ランデム構造の太陽電池の半導体膜を形
成した。
【００８５】尚、プラズマ放電室３０４、３０７の放電
周波数は１０５ＭＨｚで放電電極は棒状、プラズマ放電
室３０３、３０５、３０６、３０８の放電周波数は１
３．５６ＭＨｚで放電電極は平板状であった。
【００８６】更に、プラズマ放電室３０４のバイアス電
極にはアース電位の帯状基板に対し正の向きに直流電圧
３００Ｖを印加し、プラズマ放電室３０７のバイアス電
極にはアース電位の帯状基板に対し正の向きに直流電圧
１００Ｖを印加した。
【００８７】各プラズマ放電室の成膜条件を表１に示
す。
【００８８】
【表１】
【００８９】このような膜堆積を帯状基板の長さ４００
ｍにわたって連続的に行った後、各プラズマ放電室への
放電電力の供給と、原料ガスの導入と、帯状基板の加熱
とを停止し、各室内を十分にパージし、帯状基板と装置
内部を充分冷却した後、装置を大気開放し、半導体積層
膜が形成されて巻き取り室のボビンに巻き取られた帯状
基板を取り出した。
【００９０】堆積膜形成の間、放電室３０４、３０７に
おいて電力計の入射電力の表示値は±５％以内に安定し
ており、反射電力の表示値は入射電力量の３％以下で安
定していた。
【００９１】また、整合回路１１２でのマッチングは容
易で、マッチング状態も安定していた。
【００９２】また、ローパスフィルター１２０を挿入し
てマッチングをとった状態で、電力検出回路１１１の方
向性結合器１１６の入射側出力をスペクトラムアナライ
ザで観測したところ、フィルター１２０の前では第２高
調波、第３高調波が基本波の１５％、１０％含有されて
いた。しかし、フィルター１２０の後では第２高調波、
第３高調波は基本波の１％以下に低減されていた。
【００９３】更に、取り出した帯状基板を連続モジュー
ル化装置によって連続的に加工し、半導体積層膜の上
に、透明電極として全面に６０ｎｍのＩＴＯ薄膜を形成
し、集電電極として一定間隔に細線状のＡｇ電極を形成
し、３５ｃｍ角のｎｉｐｎｉｐ構造の２層タンデム型太
陽電池モジュールを連続的に作成した。
【００９４】そして、作成した太陽電池モジュールにつ
いて、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の疑似太陽光
照射下にて特性評価を行った。
【００９５】特性評価の結果、作成した太陽電池モジュ
ールの光電変換効率は、１ロール４００ｍの長さの中で
±３％以内に安定していた。
【００９６】更に、同様にして１ロール５００ｍのＳＵ
Ｓ基板上に各４００ｍの長さに太陽電池モジュールを１
０ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電
変換効率の平均値を比較したところ±３％以内に安定し
ていた。
【００９７】（比較例１）比較のため、放電室３０４、
３０７の高周波電源の電力検出回路にローパスフィルタ
ーを挿入しない図２に示すものに代えて実施例１と同様
に２層タンデム型太陽電池モジュールを連続的に作成し
た。
【００９８】その結果、堆積膜形成の間、放電室３０
４、３０７において電力計の入射電力の表示値は±１５
％の範囲で安定せず、反射電力の表示値も入射電力量の
１５％以上と大きく、安定しなかった。
【００９９】また、整合回路１１２でのマッチングは反
射が小さくなるポイントを探すことが難しく、成膜中に
マッチング状態も安定していなかった。
【０１００】反射が最も小さくなるようにマッチング調
整をした状態で、電力検出回路１１２の方向性結合器１
１６の入射側出力をスペクトラムアナライザで観測した
ところ、第２高調波、第３高調波が基本波の３０％、２
０％含有されていることが観測された。
【０１０１】特性評価の結果、作成した太陽電池モジュ
ールの光電変換効率は、１ロール４００ｍの長さの中で
±２０％の範囲でばらついていた。
【０１０２】更に、同様にして１ロール５００ｍのＳＵ
Ｓ基板上に各４００ｍの長さに太陽電池モジュールを１
０ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電
変換効率の平均値を比較したところ±２５％と特性再現
性が低かった。
【０１０３】（実施例２）放電室３０４、３０７におけ
る放電周波数を、２０ＭＨｚに変え、ローパスフィルタ
ー１２０を図７に示した回路構成として、２５ＭＨｚ以
下の周波数を９０％以上透過させ、３５ＭＨｚ以上の周
波数を１０％以下にカットするものに変えた以外は実施
例１と同様にして、３５ｃｍ角のｎｉｐｎｉｐ構造の２
層タンデム型太陽電池モジュールを連続的に作成した。
【０１０４】堆積膜形成の間、放電室３０４、３０７に
おいて電力計の入射電力の表示値は±３％以内に安定し
ており、反射電力の表示値は入射電力量の２％以下で安
定していた。
【０１０５】また、整合回路１１２でのマッチングは容
易で、マッチング状態も安定していた。
【０１０６】ローパスフィルター１２０を挿入してマッ
チングをとった状態で、電力検出回路１１１の方向性結
合器１１６の入射側出力をスペクトラムアナライザで観
測したところ、フィルター１２０の前では第２高調波、
第３高調波が基本波の１０％、５％含有されていた。し
かし、フィルター１２０の後では第２高調波、第３高調
波は基本波の０．５％以下に低減されていた。
【０１０７】そして、作成した太陽電池モジュールにつ
いて、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の疑似太陽光
照射下にて特性評価を行った。
【０１０８】特性評価の結果、作成した太陽電池モジュ
ールの光電変換効率は、１ロール４００ｍの長さの中で
±２％以内に安定していた。
【０１０９】更に、同様にして１ロール５００ｍのＳＵ
Ｓ基板上に各４００ｍの長さに太陽電池モジュールを１
０ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電
変換効率の平均値を比較したところ±２％以内に安定し
ていた。
【０１１０】（実施例３）放電室３０４、３０７におけ
る放電周波数を、４５ＭＨｚに変え、ローパスフィルタ
ー１２０を図４に示される回路構成のものを用い、５５
０ＭＨｚ以下の周波数を９０％以上透過させ、６００Ｍ
Ｈｚ以上の周波数を１０％以下にカットするものに変え
た以外は実施例１と同様にして、３５ｃｍ角のｎｉｐｎ
ｉｐ構造の２層タンデム型太陽電池モジュールを連続的
に作成した。
【０１１１】堆積膜形成の間、放電室３０４、３０７に
おいて電力計の入射電力の表示値は±５％以内に安定し
ており、反射電力の表示値は入射電力量の３％以下で安
定していた。
【０１１２】また、整合回路１１２でのマッチングは容
易で、マッチング状態も安定していた。
【０１１３】ローパスフィルター１２０を挿入してマッ
チングをとった状態で、電力検出回路１１１の方向性結
合器１１６の入射側出力をスペクトラムアナライザで観
測したところ、フィルター１２０の前では第２高調波、
第３高調波が基本波の１５％、８％含有されていた。し
かし、フィルター１２０の後では第２高調波、第３高調
波は基本波の１％以下に低減されていた。
【０１１４】そして、作成した太陽電池モジュールにつ
いて、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）の疑似太陽光
照射下にて特性評価を行った。
【０１１５】特性評価の結果、作成した太陽電池モジュ
ールの光電変換効率は、１ロール４００ｍの長さの中で
±３％以内に安定していた。
【０１１６】更に、同様にして１ロール５００ｍのＳＵ
Ｓ基板上に各４００ｍの長さに太陽電池モジュールを１
０ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電
変換効率の平均値を比較したところ±３％以内に安定し
ていた。
【０１１７】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、従来の大面積にプラズマ処理を行う装置及び方法に
おいて、高速処理が可能なＶＨＦ周波数のプラズマ処理
法を導入しようとした場合の、高周波電力が歪んで高調
波を生じ易く、入射、反射電力が正確に読めない、マッ
チングが正確に合わせられないという問題を解決し、再
現性良く、大面積にわたって均一に、高速で処理しうる
高周波プラズマ処理装置及び方法を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置の構成の一例を説明するため
の概略的構成図である。
【図２】プラズマ処理装置の構成の一例を説明するため
の概略的構成図である。
【図３】ローパスフィルターの一例を説明するための概
略的回路図である。
【図４】ローパスフィルターの一例を説明するための概
略的回路図である。
【図５】図３のローパスフィルターによる減衰特性の一
例を示す特性図である。
【図６】図４のローパスフィルターによる減衰特性の一
例を示す特性図である。
【図７】ローパスフィルターの一例を説明するための概
略的回路図である。
【図８】図７のローパスフィルターによる減衰特性の一
例を示す特性図である。
【図９】プラズマ処理装置を有するロール・ツー・ロー
ル方式の堆積膜形成装置の一例を示す概略的構成図であ
る。
【符号の説明】
１０１ プラズマ処理部 １０２ 高周波電源 １０３ 真空容器 １０４ 放電室 １０５ 排気管 １０６ ガス導入管 １０７ 基板 １０８ ヒーター １０９ アンテナ １１０ 高周波電源回路 １１１ 電力検出回路 １１２ 整合回路 １１３ 高周波発振回路 １１４ サーキュレーター １１５ 反射波吸収負荷 １１６ 方向性結合器 １１７ 検波器 １１８ アンプ １１９ メーター １２０ ローパスフィルター ３０１ 帯状基板 ３０２ 巻き出し室 ３０３〜３０８ プラズマ放電室 ３０９ 巻き取り室 ３１０ ガスゲート ３１１ ゲートガス導入管 ３１２ ガス導入管 ３１３ 排気管 ３１４ 放電電極 ３１５ 基板加熱ヒータ ３１６ バイアス電極 ３１７ 直流電源 ８０１ 水晶 ８０２ コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ Ｈ０５Ｈ 1/46 31/04 Ｖ (72)発明者 岡部 正太郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 幸田 勇蔵 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 澤山 忠志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金井 正博 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空容器内に高周波電力を投入して、プ
    ラズマを生起させ、該プラズマにより処理を行うプラズ
    マ処理装置において、 高周波電力の基本発振周波数がＶＨＦ周波数であり、高
    周波電源の入射電力及び／又は反射電力検出回路に、基
    本発振周波数を透過し、その高調波成分をカットするロ
    ーパスフィルターを挿入したことを特徴とするプラズマ
    処理装置。
  2. 【請求項２】 高周波電源の入射電力及び／又は反射電
    力検出回路が、少なくとも高周波電源の出力段に設けた
    方向性結合器と該方向性結合器に接続された検波器から
    なり、ローパスフィルターが方向性結合器と検波器の間
    に挿入されることを特徴とする請求項１に記載のプラズ
    マ処理装置。
  3. 【請求項３】 放電電極が棒状電極であることを特徴と
    する請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項４】 真空容器内に高周波電力を投入して、プ
    ラズマを生起させ、該プラズマにより処理を行うプラズ
    マ処理方法において、 高周波電力の基本発振周波数がＶＨＦ周波数であり、該
    基本発振周波数を透過し、その高調波成分をカットする
    ローパスフィルターを介して基本発振周波数を検知する
    ことを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
  5. 【請求項５】 前記検知した値に基づいて負荷と電源の
    整合を制御することを含むことを特徴とする請求項４に
    記載のプラズマ処理方法。
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