JP2001279454A - Plasma enhanced chemical vapor deposition system with zigzag planar coiled electrode - Google Patents
Plasma enhanced chemical vapor deposition system with zigzag planar coiled electrodeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファスシリ
コン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、薄膜半導体、
光センサ、半導体保護膜等の各種電子デバイスに使用さ
れる大面積薄膜の製造に適したプラズマ化学蒸着装置
（以下、プラズマＣＶＤ装置と呼ぶ）に関するものであ
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an amorphous silicon solar cell, a microcrystalline silicon solar cell, a thin film semiconductor,
The present invention relates to a plasma chemical vapor deposition apparatus (hereinafter, referred to as a plasma CVD apparatus) suitable for manufacturing a large-area thin film used for various electronic devices such as an optical sensor and a semiconductor protective film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】大面積のアモルファスシリコン（以下、
ａ−Ｓｉという）、微結晶シリコン、多結晶シリコン等
の薄膜を製造するために用いられている従来技術には、
最も平凡ではあるが実用化実績豊富な放電用電極に平行
平板電極を用いる技術、特願平３−５３２９号公報など
に開示されている放電用電極に、ラダー型電極を用いる
技術、及び特願平２−１２３２００号公報などに開示さ
れている放電用電極にジグザグ状平面コイル型電極を用
いる技術などがある。2. Description of the Related Art A large-area amorphous silicon (hereinafter, referred to as "amorphous silicon")
a-Si), microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, etc.
The most common but practical technique of using parallel plate electrodes for discharge electrodes, the technique of using a ladder-type electrode for the discharge electrodes disclosed in Japanese Patent Application No. 3-5329, and the like. There is a technique using a zigzag planar coil electrode as a discharge electrode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-123200.
【０００３】ここでは従来技術を代表して上記特願平２
−１２３２００号公報などに開示された方法について図
６及び図９を参照して説明する。Here, as a representative of the prior art, Japanese Patent Application No.
The method disclosed in JP-A-123200 or the like will be described with reference to FIGS.
【０００４】図６に示すように、反応容器１内にはグロ
ー放電用プラズマを発生させるためのジグザグ状平面コ
イル型電極１１が配置されている。このジグザグ状平面
コイル型電極１１は、図７に示すように、１本の線材を
Ｕ字状に交互に折り曲げた構造を有している。ジグザグ
状平面コイル型電極１１の電力供給点１１ａ、１１ｂに
は、高周波電源１４から例えば１３．５６ＭＨｚの周波
数の電力がインピーダンスマッチング回路１２を介して
供給される。反応容器１の周囲には、コイル５が設けら
れており、交流電源６から交流電力が供給される。な
お、この電源は直流電源でもよい。通常、コイル５によ
り５０〜１２０ガウスの磁界が発生される。反応容器１
内には、図示しないボンベから反応ガス導入管７を通し
て、例えばモノシランガスが供給される。反応容器１内
のガスは、排気管８を通して真空ポンプ１０により排気
される。基板９は、ジグザグ状平面型コイル電極１１と
平行に設置され、図示しない基板ホルダに支持される。As shown in FIG. 6, a zigzag planar coil electrode 11 for generating glow discharge plasma is arranged in a reaction vessel 1. As shown in FIG. 7, the zigzag planar coil electrode 11 has a structure in which one wire is alternately bent in a U-shape. To the power supply points 11 a and 11 b of the zigzag planar coil electrode 11, for example, power having a frequency of 13.56 MHz is supplied from the high frequency power supply 14 via the impedance matching circuit 12. A coil 5 is provided around the reaction vessel 1, and AC power is supplied from an AC power supply 6. This power supply may be a DC power supply. Usually, the coil 5 generates a magnetic field of 50 to 120 Gauss. Reaction vessel 1
For example, a monosilane gas is supplied from a cylinder (not shown) through a reaction gas introduction pipe 7. The gas in the reaction vessel 1 is exhausted by a vacuum pump 10 through an exhaust pipe 8. The substrate 9 is installed in parallel with the zigzag planar coil electrode 11 and is supported by a substrate holder (not shown).
【０００５】この装置を用いて例えばａ−Ｓｉ膜を製膜
する場合は次のようにする。When an a-Si film is formed using this apparatus, for example, the following is performed.
【０００６】先ず、真空ポンプ１０を駆動して反応容器
１内を排気する。反応ガス導入管７を通して、例えばモ
ノシランガスを１００〜２００ｓｃｃｍ程度の流量で供
給し、反応容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒ
に保ち、高周波電源１４からインピーダンスマッチング
回路１２を介してジグザグ状平面コイル型電極１１に電
圧を印加すると、電極１１の周囲にグロー放電プラズマ
が発生する。モノシランガスがプラズマ化されると、そ
の中に存在するＳｉＨ3、ＳｉＨ2、ＳｉＨなどのラジカ
ルが拡散現象により拡散し、基板９の表面に吸着される
ことにより、ａ−Ｓｉ薄膜が形成される。なお、製膜条
件として反応ガスの混合比例えばＳｉＨ 4とＨ2の流量
比、圧力、基板温度、およびプラズマ発生電力等を適正
化することで、ａ−Ｓｉのみならず、微結晶Ｓｉ及び多
結晶Ｓｉを製膜できることは公知である。[0006] First, the vacuum pump 10 is driven to drive the reaction vessel.
The inside of 1 is exhausted. For example, through the reaction gas introduction pipe 7,
Silane gas is supplied at a flow rate of about 100 to 200 sccm.
And the pressure in the reaction vessel 1 is set to 0.05 to 0.5 Torr.
And impedance matching from high frequency power supply 14
The zigzag planar coil-type electrode 11 is
When a pressure is applied, a glow discharge plasma
Occurs. When the monosilane gas is turned into plasma, it
SiH existing inThree, SiHTwo, SiH etc.
Is diffused by the diffusion phenomenon and is adsorbed on the surface of the substrate 9.
Thus, an a-Si thin film is formed. In addition, film forming strip
As a matter of fact, the mixing ratio of the reaction gas, for example, FourAnd HTwoFlow rate
Appropriate ratio, pressure, substrate temperature, plasma generation power, etc.
The formation of not only a-Si but also microcrystalline Si and poly-Si
It is known that crystalline Si can be formed into a film.
【０００７】上記プラズマ発生の状態を保ちつつ、コイ
ル５及び交流電源６により発生する磁界を上記電極１１
で発生の電界に対し直交する方向に印加すると、変動磁
界により上記プラズマが揺動し、均一な膜厚分布で、か
つ、０．３〜０．５ｎｍ／秒という製膜速度で、基板９
の上にａ−Ｓｉ膜が堆積する。While maintaining the state of plasma generation, the magnetic field generated by the coil 5 and the AC power supply 6 is applied to the electrode 11.
When the plasma is applied in a direction perpendicular to the electric field generated in step (1), the plasma fluctuates due to the fluctuating magnetic field, and the substrate 9 has a uniform film thickness distribution and a film forming speed of 0.3 to 0.5 nm / sec.
A-Si film is deposited on the substrate.
【０００８】以上説明したように従来技術によれば、放
電用電極としてジグザグ状平面コイル型電極を用いるこ
とにより、電極近傍の電界強度が強くなり、かつ均一に
なったことから、高速で大面積のアモルファスシリコン
薄膜を製造することができる。As described above, according to the prior art, the use of a zigzag flat coil type electrode as the discharge electrode increases the electric field intensity near the electrode and makes it uniform, so that high speed and large area can be obtained. Can be manufactured.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では、上記放電用電極にジグザグ状平面コイル型電極
を用いる方式、放電用電極に平行平板電極を用いる方式
および放電用電極にラダー型電極を用いる方式等いずれ
の方式においても、次の（１），（２），（３）の問題
点がある。However, in the prior art, a zigzag flat coil type electrode is used as the discharge electrode, a parallel plate electrode is used as the discharge electrode, and a ladder type electrode is used as the discharge electrode. In any of the systems such as the system, there are the following problems (1), (2) and (3).
【００１０】（１）放電用電極にジグザグ状平面コイル
型電極を用いる方式では、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図
るために、電源周波数を現状の１３．５６ＭＨｚより、
３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚへ高くすると、該電極近傍
の電界分布の一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓ
ｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。(1) In the method using a zigzag flat coil type electrode as the discharge electrode, the power supply frequency is increased from the current 13.56 MHz in order to speed up the formation of the a-Si film.
When the frequency is increased from 30 MHz to 200 MHz, the uniformity of the electric field distribution near the electrode is lost, and as a result, a-S
The thickness distribution of the i-film becomes extremely poor.
【００１１】図８は、横軸にプラズマ電源から印加する
高周波の周波数（ＭＨｚ）、縦軸に平均膜厚からのずれ
量を示す膜厚分布（％）とした基板面積３０ｃｍ×３０
ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布との関係を示す
特性線図である。図８の特性線Ｃに示すように、周波数
が１３．５６ＭＨｚ以上になると膜厚分布の一様性を確
保することが困難であることが判明した。また、図示し
ていない他のデータの特性線図より膜厚分布の一様性
（±１０％以内）を確保できる基板の大きさ即ち面積は
５ｃｍ×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度であるこ
とが判明している。FIG. 8 shows a substrate area of 30 cm × 30 in which the horizontal axis represents the frequency (MHz) of the high frequency applied from the plasma power source and the vertical axis represents the film thickness distribution (%) indicating the deviation from the average film thickness.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a plasma power supply frequency in cm and a film thickness distribution. As shown by the characteristic line C in FIG. 8, it was found that it was difficult to ensure uniformity of the film thickness distribution when the frequency was 13.56 MHz or higher. Further, from the characteristic diagram of other data not shown, it was found that the size, that is, the area of the substrate capable of ensuring the uniformity of the film thickness distribution (within ± 10%) was about 5 cm × 5 cm to 20 cm × 20 cm. are doing.
【００１２】ジグザグ状平面コイル型電極を用いる従来
方式による電源の高高周波数化が困難な理由は次の通り
である。The reason why it is difficult to increase the frequency of a power supply by a conventional method using a zigzag planar coil electrode is as follows.
【００１３】図９に示すように、ジグザグ状平面コイル
型電極１１の構造に起因したインピーダンスの不均一性
が存在するために、プラズマ発光の強い部分２６が局部
のみに偏在する。例えば、該電極の電力供給ケーブルに
近く、かつ、周辺部に強いプラズマが発生し、中央部に
は発生しない。特に６０ＭＨｚ以上の高高周波数化に伴
ってその減少は顕著になる。As shown in FIG. 9, since there is non-uniformity of impedance due to the structure of the zigzag planar coil type electrode 11, a portion 26 where plasma emission is strong is localized only in a local portion. For example, strong plasma is generated near the power supply cable of the electrode and at the periphery, but not at the center. In particular, the decrease becomes remarkable as the frequency becomes higher than 60 MHz.
【００１４】従って、量産性向上や低コスト化に必要な
１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２ｍ級の大面積基板に関するプラ
ズマ電源の高周波数化による製膜速度の向上は非常に困
難で、不可能視されている。なお、ａ−Ｓｉの製膜速度
はプラズマ密度に依存し、そのプラズマ密度はプラズマ
発生用電源周波数にほぼ比例するので、関連技術分野の
学会においてもその応用研究が活発化しているが、大面
積化への成功例はまだない。Therefore, it is extremely difficult and impossible to improve the film forming speed by increasing the frequency of the plasma power supply for a large area substrate of 1 m × 1 m to 2 m × 2 m class necessary for mass productivity improvement and cost reduction. ing. Since the film formation rate of a-Si depends on the plasma density, and the plasma density is almost proportional to the power supply frequency for plasma generation, application research has been active in academic societies in related technical fields. There are no successful examples of this.
【００１５】（２）また、放電用電極に平行平板型電極
を用いる方式では、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図るた
め、電源周波数を現状の１３．５６ＭＨｚより、３０Ｍ
Ｈｚ乃至２００ＭＨｚへ高くすると、該電極近傍の電界
分布の一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓｉ膜の
膜厚分布が極端に悪くなる。図８の特性線Ｄに示すよう
に、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上になると膜厚分布の
一様性を確保することが困難であることが判明した。ま
た、図示していない他のデータの特性線図より膜厚分布
の一様性（±１０％以内）を確保できる基板の大きさ即
ち面積は５ｃｍ×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度
であることが判明している。(2) In the method using a parallel plate type electrode as the discharge electrode, the power supply frequency is increased from the current 13.56 MHz to 30 M in order to speed up the formation of the a-Si film.
When the frequency is increased from Hz to 200 MHz, the uniformity of the electric field distribution in the vicinity of the electrode deteriorates, and as a result, the film thickness distribution of the a-Si film becomes extremely poor. As shown by the characteristic line D in FIG. 8, it was found that it was difficult to ensure uniformity of the film thickness distribution when the frequency was 13.56 MHz or higher. Further, from the characteristic diagram of other data not shown, it was found that the size, that is, the area of the substrate capable of ensuring the uniformity of the film thickness distribution (within ± 10%) was about 5 cm × 5 cm to 20 cm × 20 cm. are doing.
【００１６】平行平板電極を用いる方式による高周波電
源の高周波数化が困難な理由は次の通りである。すなわ
ち、図１０（ａ）に示すように平行平板電極３２，３３
は、電極周辺部と中央部のインピーダンス特性が異なる
ため、電極３２，３３の周辺部に強いプラズマ３６が発
生するか、あるいは図１０（ｂ）に示すように電極３
２，３３の中央部のみに強いプラズマ３６が発生すると
いう現象があらわれる。The reason why it is difficult to increase the frequency of a high-frequency power supply using a system using parallel plate electrodes is as follows. That is, as shown in FIG.
In FIG. 10 (b), strong plasma 36 is generated around the electrodes 32 and 33 because the impedance characteristics of the central portion and the peripheral portion of the electrode are different.
A phenomenon occurs in which strong plasma 36 is generated only in the central portion of each of 2 and 33.
【００１７】従って、量産性向上や低コスト化に必要な
１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２ｍ級の大面積基板に関するプラ
ズマ電源の高周波数化による製膜速度の向上は非常に困
難で、不可能視されている。なお、ａ−Ｓｉの製膜速度
はプラズマ電源周波数にほぼ比例して増大するので、関
連技術分野の学会においてもその応用研究が活発化して
いるが、大面積化への成功例はまだない。Therefore, it is extremely difficult and impossible to improve the film forming speed by increasing the frequency of the plasma power supply for a large area substrate of 1 m × 1 m to 2 m × 2 m class required for mass productivity improvement and cost reduction. ing. Since the film formation rate of a-Si increases almost in proportion to the frequency of the plasma power supply, application research has been actively conducted at academic conferences in related technical fields, but there has been no successful example of increasing the area.
【００１８】（３）さらに、放電用電極にラダー型電極
を用いる方式では、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図るた
め、電源周波数を現状の１３．５６ＭＨｚより、３０Ｍ
Ｈｚ乃至２００ＭＨｚへ高くすると、該電極近傍の電界
分布の一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓｉ膜の
膜厚分布が極端に悪くなる。図８の特性線Ｅに示すよう
に、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上になると膜厚分布の
一様性を確保することが困難であることが判明した。ま
た、図示していない他のデータの特性線図より膜厚分布
の一様性（±１０％以内）を確保できる基板の大きさ即
ち面積は５ｃｍ×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度
であることが判明している。(3) In the method using a ladder-type electrode as the discharge electrode, the power supply frequency is increased from the current 13.56 MHz to 30 M in order to speed up the formation of the a-Si film.
When the frequency is increased from Hz to 200 MHz, the uniformity of the electric field distribution in the vicinity of the electrode deteriorates, and as a result, the film thickness distribution of the a-Si film becomes extremely poor. As shown by the characteristic line E in FIG. 8, it was found that it was difficult to ensure uniformity of the film thickness distribution when the frequency was 13.56 MHz or more. Further, from the characteristic diagram of other data not shown, it was found that the size, that is, the area of the substrate capable of ensuring the uniformity of the film thickness distribution (within ± 10%) was about 5 cm × 5 cm to 20 cm × 20 cm. are doing.
【００１９】該電極を用いる従来の方法による電源の高
周波数化が困難な理由は次の通りである。すなわち、図
１１に示すように、該電極の構造に起因したインピーダ
ンスの不均一性が存在するために、プラズマ発光の強い
部分４６が局部のみに偏在する。例えば該電極の周辺部
に強いプラズマが発生し中央部には発生しない。特に６
０ＭＨｚ以上の高周波数化に伴って、その現象は顕著に
なる。The reason why it is difficult to increase the frequency of the power supply by the conventional method using the electrodes is as follows. That is, as shown in FIG. 11, since there is non-uniformity of impedance due to the structure of the electrode, a portion 46 where plasma emission is strong is localized only in a local portion. For example, strong plasma is generated at the periphery of the electrode and not at the center. Especially 6
The phenomenon becomes remarkable as the frequency becomes higher than 0 MHz.
【００２０】従って、量産性向上や低コスト化に必要な
１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２ｍ級の大面積基板に関するプラ
ズマ電源の高周波数化による製膜速度の向上は非常に困
難で、不可能視されている。なお、ａ−Ｓｉの製膜速度
はプラズマ発生用電源周波数にほぼ比例して増大するの
で、関連技術分野の学会においてもその応用研究が活発
化しているが、大面積化への成功例はまだない。Therefore, it is extremely difficult and impossible to improve the film formation speed by increasing the frequency of the plasma power supply for a large area substrate of 1 m × 1 m to 2 m × 2 m required for mass productivity improvement and cost reduction. ing. Since the film formation rate of a-Si increases almost in proportion to the power supply frequency for plasma generation, application research has been actively conducted in academic societies in related technical fields, but there are still no successful examples of increasing the area. Absent.
【００２１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、従来と比べてサイズが格段に大きな基
板、例えば１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２ｍサイズ級の大面積
基板に対しても周波数の大きい超高周波（ＶＨＦ）を用
いて高速かつ膜厚均一性に優れた製膜を実現することが
できるジグザグ状平面コイル型電極を有するプラズマ化
学蒸着装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and is intended for a substrate having a much larger size than the conventional one, for example, a large area substrate of a size of 1 m × 1 m to 2 m × 2 m. It is an object of the present invention to provide a plasma chemical vapor deposition apparatus having a zigzag flat coil type electrode capable of realizing a film formation with high speed and excellent film thickness uniformity using a very high frequency (VHF) having a large value.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】本発明に係るジグザグ状
平面コイル型電極を有するプラズマ化学蒸着装置は、高
周波電源より電極に電力を供給し、該電極と被処理基板
との間に製膜用ガスの放電プラズマを生成させて被処理
基板上に製膜するプラズマ化学蒸着装置であって、前記
電極は、１本の線材をＵ字状に交互に折り曲げた平面形
コイルの形状を有し、前記平面形コイル形状の電極の一
方の折り曲げ部側に実質的に等ピッチ間隔に第１の超高
周波電源の出力回路に接続された複数の第１の電力供給
端が１つずつ取り付けられ、かつ、他方の折り曲げ部側
に実質的に等ピッチ間隔に前記第１の超高周波電源の出
力の周波数とほぼ同じ周波数の超高周波を発生し、前記
第１の超高周波電源とは独立の第２の超高周波電源の出
力回路に接続された複数の第２の電力供給端が１つずつ
取り付けられたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION A plasma chemical vapor deposition apparatus having a zigzag flat coil type electrode according to the present invention supplies power from a high frequency power supply to an electrode and forms a film between the electrode and a substrate to be processed. A plasma chemical vapor deposition apparatus for generating a discharge plasma of gas to form a film on a substrate to be processed, wherein the electrode has a shape of a planar coil obtained by alternately bending a single wire in a U-shape, A plurality of first power supply terminals connected to the output circuit of the first ultrahigh frequency power supply are attached one by one to the one bent portion side of the planar coil-shaped electrode at substantially equal pitch intervals, and A second high-frequency power source having a frequency substantially the same as the output frequency of the first ultrahigh-frequency power source is generated at substantially the same pitch interval on the other bent portion side, and a second frequency independent of the first ultrahigh-frequency power source is generated. Connected to the output circuit of the ultra-high frequency power supply A plurality of second power supply terminal, characterized in that the attached one by one.
【００２３】上記第１及び第２の超高周波電源は、３０
ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の周波数域の超高周波を電
極に印加することが好ましい。この場合にアモルファス
Ｓｉ系薄膜、微結晶Ｓｉ系薄膜および多結晶Ｓｉ系薄膜
のうちいずれかを製膜する。The first and second super-high frequency power supplies have a capacity of 30
It is preferable to apply an ultra-high frequency in a frequency range of not less than 200 MHz and not more than 200 MHz to the electrode. In this case, one of an amorphous Si-based thin film, a microcrystalline Si-based thin film, and a polycrystalline Si-based thin film is formed.
【００２４】さらに、上記第１の超高周波電源からの出
力を上記第１の電力供給端のそれぞれに分配する第１の
電力分配器と、上記第２の超高周波電源からの出力を上
記第２の電力供給端のそれぞれに分配する第２の電力分
配器と、を有するようにしてもよい。Further, a first power distributor for distributing an output from the first ultrahigh frequency power supply to each of the first power supply terminals, and an output from the second ultrahigh frequency power supply to the second power supply terminal. And a second power distributor that distributes power to each of the power supply terminals.
【００２５】さらに、同軸ケーブルを介して上記第１の
超高周波電源からの出力を上記第１の電力供給端のそれ
ぞれに分配する複数の第１のＴ型コネクタと、同軸ケー
ブルを介して上記第２の超高周波電源からの出力を上記
第２の電力供給端のそれぞれに分配する複数の第２のＴ
型コネクタと、を有するようにしてもよい。Further, a plurality of first T-type connectors for distributing the output from the first ultra-high frequency power supply to each of the first power supply terminals via a coaxial cable, and the first T-type connector via a coaxial cable. And a plurality of second Ts for distributing the output from the second high frequency power supply to each of the second power supply terminals.
And a type connector.
【００２６】本発明は、反応容器と、この反応容器に反
応ガスを供給する手段と、前記反応ガスを前記反応容器
内から排出する手段と、前記反応容器内に配置された放
電用ジグザグ状平面コイル型電極と、この放電用電極に
周波数３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚのグロー放電発生用
電力を供給する電源と、前記反応容器内に前記放電用電
極と離間して平行に配置され、被処理物を支持する加熱
用ヒータとを有し、前記電源から供給された電力により
グロー放電を発生し、前記被処理物表面上に非晶質薄膜
あるいは微結晶薄膜あるいは多結晶薄膜を形成するプラ
ズマ化学蒸着装置において、前記ジグザグ状平面コイル
型電極のＵ字部に前記周波数３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨ
ｚの電力を供給する電力供給端子を複数個設置し、前記
ジグザグ状平面コイル型電極の一方の端部に位置する相
隣り合う複数個の電力供給端子及び他方の端部に位置す
る相隣り合う複数個の電力供給端子にそれぞれ独立した
２台のＶＨＦ（Very High Frequency：３０ＭＨｚ乃至
２００ＭＨｚ）級電源からほぼ同一の周波数例えば５０
ＭＨｚと６０ＭＨｚ、あるいは５８ＭＨｚと６０ＭＨｚ
の電力を供給する。The present invention provides a reaction vessel, means for supplying a reaction gas to the reaction vessel, means for discharging the reaction gas from the inside of the reaction vessel, and a discharge zigzag plane disposed in the reaction vessel. A coil-type electrode, a power supply for supplying glow discharge generation power having a frequency of 30 MHz to 200 MHz to the discharge electrode, and a power source for disposing the glow discharge in the reaction vessel in parallel with the discharge electrode to support an object to be processed. A plasma chemical vapor deposition apparatus having a heater for heating, generating glow discharge by electric power supplied from the power supply, and forming an amorphous thin film, a microcrystalline thin film, or a polycrystalline thin film on the surface of the object to be processed; The frequency of 30 MHz to 200 MHz is applied to the U-shaped portion of the zigzag planar coil electrode.
A plurality of power supply terminals for supplying the power of z are provided, and a plurality of power supply terminals adjacent to each other located at one end of the zigzag planar coil type electrode and adjacent ones located at the other end thereof. Two or more independent VHF (Very High Frequency: 30 MHz to 200 MHz) class power supplies are connected to a plurality of power supply terminals, respectively.
MHz and 60MHz, or 58MHz and 60MHz
Supply power.
【００２７】また、ＶＨＦ級電源から前記２対の電力供
給端子への電力供給には、１対ごとにそれぞれインピー
ダンス整合器、電力分配器、及び真空用同軸ケーブルな
どを用いることができる。For power supply from the VHF class power supply to the two pairs of power supply terminals, an impedance matching unit, a power distributor, a vacuum coaxial cable, and the like can be used for each pair.
【００２８】また、電力分配器に代えて、Ｔ型コネクタ
で上記電力供給端子の個数に等しい数の同軸ケーブルを
分岐させるようにしてもよい。Further, instead of the power distributor, the number of coaxial cables equal to the number of the power supply terminals may be branched by a T-type connector.
【００２９】[0029]
【作用】本発明者らは、ジグザグ状平面コイル型電極の
端部に位置する相隣り合うＵ字状リターン部に電力供給
端子を、図３に１４４ａ乃至１４４ｈ、及び１４５ａ乃
至１４５ｈとして示しているように複数個設置し、一方
の端部に位置する電力供給端子群１４４ａ乃至１４４ｈ
のみに１台のＶＨＦ級電源より電力を供給し、大面積の
ガラス基板に非晶質シリコンの製膜を行った結果、図５
（ａ）に示すような膜厚分布すなわち電力供給端子側の
膜厚が厚く、電極の長さ方向（図３図示のＸ軸方向）に
いくに従って膜厚が薄くなるという知見を得た。また、
上記電力供給端子群１４４ａ乃至１４４ｈの対向した端
部の１４５ａ乃至１４５ｈのみに、１台のＶＨＦ級電源
より電力を供給し、非晶質シリコンの製膜を行った結
果、図５（ｂ）に示される膜厚分布すなわち図５（ａ）
と対称型の膜厚が得られるという知見を得た。The present inventors have shown the power supply terminals at adjacent U-shaped return portions located at the ends of the zigzag flat coil type electrodes as 144a to 144h and 145a to 145h in FIG. Power supply terminal groups 144a to 144h located at one end
Only one VHF class power supply was used to supply power to only a single glass substrate, and amorphous silicon was formed on a large-area glass substrate.
It has been found that the film thickness distribution as shown in (a), that is, the film thickness on the side of the power supply terminal is large, and the film thickness becomes thinner in the electrode length direction (the X-axis direction shown in FIG. 3). Also,
As a result of supplying power from one VHF-class power supply to only the opposite ends 145a to 145h of the power supply terminal groups 144a to 144h to form an amorphous silicon film, FIG. The film thickness distribution shown, that is, FIG.
And that a symmetrical film thickness can be obtained.
【００３０】さらに、上記２対の電力供給端子群１４４
ａ乃至１４４ｈ、及び１４５ａ乃至１４５ｈに、それぞ
れ独立した２台のＶＨＦ電源から別々に電力を供給し、
大面積のガラス基板に非晶質シリコンを製膜すると、図
５（ａ）（ｂ）が合成された形、すなわち、図５（ｃ）
に示すような均一性のある良好な膜厚分布が得られると
いう知見を得た。Further, the two pairs of power supply terminal groups 144
a to 144h and 145a to 145h are separately supplied with power from two independent VHF power supplies,
When an amorphous silicon film is formed on a large-sized glass substrate, FIGS. 5A and 5B are synthesized, that is, FIG.
It has been found that a good uniform film thickness distribution as shown in FIG.
【００３１】なお、上記２台のＶＨＦ電源が独立でない
場合、例えば１台のＶＨＦ電極により前記ジグザグ状平
面コイル型電極の電力供給端子１４４ａ乃至１４４ｈ及
び１４５ａ乃至１４５ｈに電力を供給して、大面積ガラ
ス基板に非晶質シリコンを製膜した場合、その膜厚分布
は図５（ｃ）のように、均一でなく、著しく悪い膜厚分
布となるという知見も得た。その理由は、互いに異なる
二方向よりＶＨＦ電力が供給されるので、前記電極で発
生する電界が互いに干渉を起こし、その結果、図５
（ａ），（ｂ），（ｃ）のような単純な形の膜厚分布が
形成されないからであると推察される。When the two VHF power supplies are not independent, for example, a single VHF electrode supplies power to the power supply terminals 144a to 144h and 145a to 145h of the zigzag planar coil type electrode to provide a large area. When amorphous silicon was formed on a glass substrate, it was also found that the film thickness distribution was not uniform as shown in FIG. The reason is that VHF power is supplied from two different directions, and the electric fields generated at the electrodes interfere with each other.
It is presumed that this is because a simple-shaped film thickness distribution as shown in (a), (b), and (c) is not formed.
【００３２】[0032]
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００３３】（実施例１）図１乃至図３を参照しながら
実施例１の装置について説明する。図中にて付番１３１
は反応容器である。この反応容器１３１内には、グロー
放電プラズマを発生させるためのステンレス鋼（ＳＵＳ
３０４）製のジグザグ状平面コイル型電極１３２と、被
処理基板としてのガラス基板９を支持するとともに該基
板９の温度を制御する基板加熱用ヒータ１３４が配置さ
れている。(Embodiment 1) The apparatus of Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. Numbering 131 in the figure
Is a reaction vessel. Inside the reaction vessel 131, stainless steel (SUS) for generating glow discharge plasma is used.
304), and a substrate heater 134 that supports the glass substrate 9 as a substrate to be processed and controls the temperature of the substrate 9.
【００３４】該電極１３２は、図１および図２に示すよ
うに、ヒータ１３４とほぼ平行に配置され、該電極１３
２の端部には図３に示すように、電力供給端子１４４ａ
乃至１４４ｈ及び１４５ａ乃至１４５ｈが配置されてい
る。また、該電力供給端子１４４ａ乃至１４４ｈには、
第１の超高周波電源１３６ａの電力が、第１のインピー
ダンス整合器１３５ａ、第１の電力分配器１６０ａ、同
軸ケーブル１４０ａ乃至１４０ｈ、電力導入端子１６１
ａ乃至１６１ｈ及び真空用同軸ケーブル１４３ａ乃至１
４３ｈを介して供給される。また、電極１３２の電力供
給端子１４５ａ乃至１４５ｈには、第２の超高周波電源
１３６ｂの電力が、第２のインピーダンス整合器１３５
ｂ、第２の電力分配器１６０ｂ、同軸ケーブル１４１ａ
乃至１４１ｈ、電力導入端子１６１ｉ乃至１６１ｑ及び
真空用同軸ケーブル１４３ｉ乃至１４３ｑを介して供給
される。The electrode 132 is disposed substantially parallel to the heater 134 as shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, the power supply terminal 144a
144h and 145a to 145h are arranged. In addition, the power supply terminals 144a to 144h include:
The power of the first ultrahigh-frequency power supply 136a is supplied to the first impedance matching unit 135a, the first power distributor 160a, the coaxial cables 140a to 140h, and the power introduction terminal 161.
a to 161h and the vacuum coaxial cable 143a to 143a
43h. Also, the power of the second ultrahigh frequency power supply 136b is supplied to the power supply terminals 145a to 145h of the electrode 132 by the second impedance matching device 135.
b, second power distributor 160b, coaxial cable 141a
To 141h, the power introduction terminals 161i to 161q, and the vacuum coaxial cables 143i to 143q.
【００３５】反応容器１３１内には、反応ガスを電極１
３２周辺に導入するためのガス吐出孔１３７ａを備えた
ガス導入管１３７が配置されている。In the reaction vessel 131, the reaction gas is supplied to the electrode 1.
A gas introduction pipe 137 having a gas discharge hole 137a for introducing gas into the vicinity of the gas inlet 32 is disposed.
【００３６】反応容器１３１には、反応容器１３１内の
反応ガス等のガスを排気する排気管１３８を介して真空
ポンプ１３９が接続されている。反応容器１３１内には
アースシールド１４０が配置されている。このアースシ
ールド１４０は、不必要な部分での放電を抑制し、か
つ、排気管１３８及び真空ポンプ１３９と組み合わせて
使用されることにより、ガス導入管１３７より導入され
たＳｉＨ4等反応ガスを放電用電極１３２でプラズマ化
した後、反応ガス及びその他生成物等を排気管１３８を
介して排出する機能を有している。なお、反応容器１３
１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニタされ、真
空ポンプ１３９の排気量を調整することにより制御され
ている。A vacuum pump 139 is connected to the reaction vessel 131 via an exhaust pipe 138 for exhausting a gas such as a reaction gas in the reaction vessel 131. An earth shield 140 is arranged in the reaction vessel 131. The earth shield 140 suppresses discharge in unnecessary parts and discharges a reactive gas such as SiH 4 introduced from the gas introduction pipe 137 by being used in combination with the exhaust pipe 138 and the vacuum pump 139. After it is turned into plasma by the use electrode 132, it has a function of discharging a reaction gas and other products through an exhaust pipe 138. The reaction vessel 13
The pressure in 1 is monitored by a pressure gauge (not shown) and controlled by adjusting the displacement of the vacuum pump 139.
【００３７】電極１３２で例えばＳｉＨ4プラズマを発
生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ3、Ｓｉ
Ｈ2、ＳｉＨなどのラジカルが拡散現象により拡散し、
基板１３３表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜あ
るいは微結晶Ｓｉ膜あるいは多結晶Ｓｉが堆積する。な
お、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉ及び多結晶Ｓｉは、製膜条
件の中の、ＳｉＨ4、Ｈ2の流量比、圧力、基板温度、及
びプラズマ発生用電力等を適正化することで製膜できる
公知の技術であるので、ここではＳｉＨ4ガスを用いた
ａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶
Ｓｉ及び多結晶Ｓｉを製膜することも可能である。When, for example, SiH 4 plasma is generated at the electrode 132, SiH 3 and Si existing in the plasma are generated.
Radicals such as H 2 and SiH are diffused by a diffusion phenomenon,
By being adsorbed on the surface of the substrate 133, an a-Si film, a microcrystalline Si film, or polycrystalline Si is deposited. The a-Si film, microcrystalline Si and polycrystalline Si are produced by optimizing the flow ratios of SiH 4 and H 2 , the pressure, the substrate temperature, the power for plasma generation, etc. in the film forming conditions. Since it is a known technique capable of forming a film, an a-Si film formation using SiH 4 gas will be described here as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and polycrystalline Si.
【００３８】次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用
いてａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。Next, a method for manufacturing an a-Si film using the plasma CVD apparatus having the above configuration will be described.
【００３９】先ず、真空ポンプ１３９を稼働させて、反
応容器１３１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7
Ｔｏｒｒとする。つづいて、反応ガス導入管１３７より
反応ガス、例えばＳｉＨ4ガスを１５００〜２０００ｓ
ｃｃｍ程度の流量で供給する。この後、反応容器１３１
内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保ちながら、第
１及び第２の超高周波電源１３６ａ、１３６ｂから第１
及び第２のインピーダンス整合器１３５ａ、１３５ｂ、
第１及び第２の電力分配器１６０ａ、１６０ｂ、同軸ケ
ーブル１４０ａ乃至１４０ｈ、１４１ａ乃至１４１ｈ、
電力導入端子１６１ａ乃至１６１ｑ、及び真空用同軸ケ
ーブル１４３ａ乃至１４３ｑを介して、電力供給端子１
４４ａ乃至１４４ｈ及び１４５ａ乃至１４５ｈに、例え
ば５８ＭＨｚおよび６０ＭＨｚの電力を供給する。その
結果、電極１３２の近傍にＳｉＨ 4のグロー放電プラズ
マが発生する。このプラズマは、ＳｉＨ4ガスを分解
し、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。First, the vacuum pump 139 is operated to
The inside of the reaction vessel 131 is evacuated, and the ultimate vacuum degree is 2-3 × 10-7
Torr. Then, from the reaction gas introduction pipe 137
Reactive gas, for example SiHFour1500 to 2000s of gas
Supply at a flow rate of about ccm. After this, the reaction vessel 131
While maintaining the internal pressure at 0.05 to 0.5 Torr,
The first and second ultra-high frequency power supplies 136a and 136b
And second impedance matching devices 135a, 135b,
First and second power distributors 160a and 160b, coaxial cables
Cables 140a to 140h, 141a to 141h,
Power introduction terminals 161a to 161q and vacuum coaxial cable
Power supply terminal 1 via cables 143a to 143q.
44a to 144h and 145a to 145h
For example, power of 58 MHz and 60 MHz is supplied. That
As a result, the SiH FourGlow discharge plasm
Ma occurs. This plasma is SiHFourDecompose gas
Then, an a-Si film is formed on the surface of the substrate 9.
【００４０】上記の例では、放電用電極１３３のサイズ
は、直径１０ｍｍ、長さ２１００ｍｍ、間隔（隣り合う
電極中心の間隔）２６ｍｍで８０本を用い、基板１３２
はサイズ２０００ｍｍ×２０００ｍｍ、厚さ５ｍｍで、
製膜温度は２００℃であった。In the above example, the size of the discharge electrodes 133 is 80 mm with a diameter of 10 mm, a length of 2100 mm, and an interval (interval between adjacent electrode centers) of 26 mm.
Is size 2000mm x 2000mm, thickness 5mm,
The film forming temperature was 200 ° C.
【００４１】実施例１の製膜試験結果の一例を、下記表
１に示す。An example of the results of the film forming test of Example 1 is shown in Table 1 below.
【００４２】[0042]
【表１】 [Table 1]
【００４３】このデータは、放電用電源を１台とし、例
えば図１及び図２の第１の超高周波電源１３６ａとし
て、その出力を第１及び第２インピーダンス整合器１３
５ａ、１３５ｂに入力し、そして、それぞれ、第１及び
第２の電力分配器１６０ａ、１６０ｂ、同軸ケーブル１
４０ａ乃至１４０ｈ、１４１ａ乃至１４１ｈ、電力導入
端子１６１ａ乃至１６１ｈ、１６１ｉ乃至１６１ｑ、真
空用同軸ケーブル１４３ａ〜１４３ｈ、１４３ｉ乃至１
４３ｑを介して、電極１３２の電力供給端子１４４ａ乃
至１４４ｈ、１４５ａ乃至１４５ｈに電力供給した場
合、並びに、図１及び図２に示した方式すなわち独立し
た２台の電源１３６ａ、１３６ｂを用いて、それぞれ周
波数５８ＭＨｚ及び６０ＭＨｚの電力を電力供給端子１
４４ａ乃至１４４ｈ及び１４５ａ乃至１４５ｈに供給し
た場合の比較データである。This data is based on the assumption that one power supply for discharging is used, for example, the first ultrahigh frequency power supply 136a shown in FIGS.
5a, 135b, and the first and second power distributors 160a, 160b, coaxial cable 1 respectively.
40a to 140h, 141a to 141h, power introduction terminals 161a to 161h, 161i to 161q, vacuum coaxial cables 143a to 143h, 143i to 1
When power is supplied to the power supply terminals 144a to 144h and 145a to 145h of the electrode 132 via the 43q, and using the method shown in FIGS. 1 and 2, that is, using two independent power supplies 136a and 136b, respectively. Power supply terminal 1 for power of 58 MHz and 60 MHz
This is comparison data in the case where the data is supplied to 44a to 144h and 145a to 145h.
【００４４】前者（比較例１）の場合、製膜速度２．０
ｎｍ／秒で、膜厚分布±６５％、後者（実施例１）の場
合、製膜速度２．０ｎｍ／秒で、膜厚分布±１０％を示
しており、膜厚分布が著しく良好である。In the case of the former (Comparative Example 1), a film forming speed of 2.0
In the case of the latter (Example 1), the film thickness distribution was ± 10% at a film formation rate of 2.0 nm / sec, and the film thickness distribution was extremely good. .
【００４５】また、上記２台の電源１３６ａ、１３６ｂ
の周波数は、両者がほぼ同じ例えば６０ＭＨｚの場合で
も、両者が例えば６０ＭＨｚ及び５０ＭＨｚと大幅に異
なる場合でも、膜厚分布は著しく良好であることが実験
で確認された。The two power supplies 136a, 136b
It was confirmed by experiments that the film thickness distribution was extremely good even when the frequency was substantially the same, for example, 60 MHz, or when both were significantly different from, for example, 60 MHz and 50 MHz.
【００４６】なお、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジス
タ及び感光ドラムなどの製造では、膜厚分布として±１
０％以内であれば性能上問題はない。In the production of a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums, etc., the film thickness distribution is ± 1.
If it is within 0%, there is no problem in performance.
【００４７】上記実施例１によれば、２台の電源１３６
ａ、１３６ｂの周波数は５８ＭＨｚ、６０ＭＨｚである
が、従来の装置及び方法に比べて著しく良好な膜厚分布
を得ることが可能になった。本実施例では電源周波数は
６０ＭＨｚ級であるが第１及び第２の電力分配器１６０
ａ、１６０ｂ及び第１及び第２のインピーダンス整合器
１３５ａ、１３５ｂ及び同軸ケーブルなどは８０ＭＨｚ
乃至２００ＭＨｚにも十分応用可能であるから、ａ−Ｓ
ｉ製膜も８０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚの周波数範囲で十
分に応用可能であるといえる。According to the first embodiment, the two power supplies 136
Although the frequencies of a and 136b are 58 MHz and 60 MHz, it is possible to obtain a significantly better film thickness distribution as compared with the conventional apparatus and method. In this embodiment, the power supply frequency is of the 60 MHz class, but the first and second power dividers 160
a, 160b, the first and second impedance matching devices 135a, 135b, and the coaxial cable are 80 MHz.
To 200 MHz, so a-S
It can be said that i-film formation can be sufficiently applied in the frequency range of 80 MHz to 200 MHz.
【００４８】一方、従来のプラズマ化学蒸着装置では、
３０ＭＨｚ以上での超高周波電源を用いると、膜厚分布
が著しく悪く、膜厚分布±１０％以内が得られる基板面
積は、５ｃｍ×５ｃｍ乃至３０ｃｍ×３０ｃｍ程度であ
り、それ以上は不可能視されていた。On the other hand, in a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus,
When an ultra-high frequency power supply of 30 MHz or more is used, the film thickness distribution is extremely poor, and the substrate area where the film thickness distribution can be obtained within ± 10% is about 5 cm × 5 cm to 30 cm × 30 cm. I was
【００４９】（実施例２）次に、図１乃至図４を参照し
ながら実施例２の装置について説明する。図１及び図２
に示す装置構成において、第１及び第２の電力分配器１
６０ａ、１６０ｂを図４に示すように、同軸ケーブル用
Ｔ型コネクタ１７１ａ乃至１７１ｇ及び１７２ａ乃至１
７２ｇに代えて、それぞれ同軸ケーブル１４０ａ乃至１
４０ｈ及び１４１ａ乃至１４１ｈなどを介して、電力供
給端子１４４ａ乃至１４４ｈ、１４５ａ乃至１４５ｈに
電力を供給する。(Embodiment 2) Next, an apparatus according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS. 1 and 2
In the device configuration shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the T-shaped connectors 60a and 160b are coaxial cable T-type connectors 171a to 171g and 172a to 171g.
72g instead of the coaxial cables 140a through 140a, respectively.
The power is supplied to the power supply terminals 144a to 144h and 145a to 145h via 40h and 141a to 141h.
【００５０】上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用いてａ
−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。Using the above-configured plasma CVD apparatus, a
A method for manufacturing a -Si film will be described.
【００５１】先ず、真空ポンプ１３９を稼働させて、反
応容器１３１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7
Ｔｏｒｒとする。次いで、反応ガス導入管１３７より反
応ガス、例えばＳｉＨ4ガスを１５００〜２０００ｓｃ
ｃｍ程度の流量で供給する。First, the inside of the reaction vessel 131 is evacuated by operating the vacuum pump 139, and the ultimate vacuum degree is set to 2-3 × 10 −7.
Torr. Next, a reaction gas, for example, SiH 4 gas is supplied from the reaction gas introduction pipe 137 to 1500 to 2000 sc.
The liquid is supplied at a flow rate of about cm.
【００５２】その後、反応容器１３１内の圧力を０．０
５〜０．５Ｔｏｒｒに保ちながら、第１及び第２の超高
周波電源１３６ａ、１３６ｂから第１及び第２のインピ
ーダンス整合器１３５ａ、１３５ｂ、Ｔ型コネクタ１７
１ａ乃至１７１ｇ及び１７２ａ乃至１７２ｇ、同軸ケー
ブル１４０ａ乃至１４０ｈ、１４１ａ乃至１４１ｈ、電
力導入端子１６１ａ乃至１６１ｑ、及び真空用同軸ケー
ブル１４３ａ乃至１４３ｑを介して、第１の電力供給端
子１４４ａ乃至１４４ｈには例えば周波数５８ＭＨｚの
超高周波パワーを供給し、第２の電力供給端子１４５ａ
乃至１４５ｈには例えば周波数６０ＭＨｚの超高周波パ
ワーをそれぞれ供給する。Thereafter, the pressure in the reaction vessel 131 is reduced to 0.0
While maintaining the pressure at 5 to 0.5 Torr, the first and second impedance matching devices 135a and 135b, the T-type connector 17 are connected to the first and second ultra-high frequency power supplies 136a and 136b.
1a to 171g and 172a to 172g, the coaxial cables 140a to 140h, 141a to 141h, the power introduction terminals 161a to 161q, and the first power supply terminals 144a to 144h via the vacuum coaxial cables 143a to 143q. A 58 MHz super high frequency power is supplied to the second power supply terminal 145a.
To 145h, for example, an ultrahigh frequency power of a frequency of 60 MHz is supplied.
【００５３】その結果、電極１３２の近傍にＳｉＨ4の
グロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、Ｓｉ
Ｈ4ガスを分解し、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成す
る。上記の例では、電極のサイズは、直径１０ｍｍ、長
さ２１００ｍｍ、間隔（隣り合う棒状電極中心の間隔）
２６ｍｍで８０本を用い、基板９はサイズ２０００ｍｍ
×２０００ｍｍ、厚さ５ｍｍで、製膜温度は２００℃で
あった。As a result, glow discharge plasma of SiH 4 is generated near the electrode 132. This plasma is Si
The H 4 gas is decomposed to form an a-Si film on the surface of the substrate 9. In the above example, the size of the electrode is 10 mm in diameter, 2100 mm in length, and the interval (the interval between the centers of adjacent rod-shaped electrodes).
80 mm 26 mm, substrate 9 2000 mm in size
× 2000 mm, thickness 5 mm, and film formation temperature was 200 ° C.
【００５４】実施例２の製膜試験結果の一例を、下記の
表２に示す。An example of the results of the film forming test of Example 2 is shown in Table 2 below.
【００５５】[0055]
【表２】 [Table 2]
【００５６】このデータは、放電用電源を１台とし、例
えば図４の第１の超高周波電源１３６ａとして、その出
力を第１及び第２インピーダンス整合器１３５ａ、１３
５ｂに入力し、そして、それぞれ、Ｔ型コネクタ１７１
ａ乃至１７１ｇ及び１７２ａ乃至１７２ｇ、同軸ケーブ
ル１４０ａ乃至１４０ｈ、１４１ａ乃至１４１ｈ、電力
導入端子１６１ａ乃至１６１ｈ、１６１ｉ乃至１６１
ｑ、真空用同軸ケーブル１４３ａ〜１４３ｈ、１４３ｉ
乃至１４３ｑを介して、電極１３２の電力供給端子１４
４ａ乃至１４４ｈ、１４５ａ乃至１４５ｈに電力供給し
た場合、並びに、図１及び図２に示した方法すなわち独
立した２台の電源１３６ａ、１３６ｂを用いて、それぞ
れ５８ＭＨｚ及び６０ＭＨｚの電力を電力供給端子１４
４ａ乃至１４４ｈ、１４５ａ乃至１４５ｈに供給した場
合のデータである。This data is based on the assumption that one power supply for discharging is used, for example, the first ultra-high frequency power supply 136a shown in FIG.
5b and, respectively, the T-connector 171
a to 171g and 172a to 172g, coaxial cables 140a to 140h, 141a to 141h, power introduction terminals 161a to 161h, 161i to 161
q, vacuum coaxial cables 143a to 143h, 143i
Through the power supply terminal 14 of the electrode 132
4a to 144h, 145a to 145h, and using the method shown in FIGS. 1 and 2, that is, using two independent power supplies 136a and 136b to supply power of 58 MHz and 60 MHz, respectively, to the power supply terminal 14.
4a to 144h and data when supplied to 145a to 145h.
【００５７】前者（比較例２）の場合、製膜速度２．５
ｎｍ／秒で、膜厚分布±７０％、後者（実施例２）の場
合、製膜速度２．５ｎｍ／秒で、膜厚分布±１２％を示
しており、膜厚分布が著しく良好である。In the case of the former (Comparative Example 2), the film forming speed was 2.5
In the case of the latter (Example 2), the film thickness distribution was ± 12% at a film formation rate of 2.5 nm / second, and the film thickness distribution was extremely good. .
【００５８】また、上記２台の電源１３６ａ、１３６ｂ
の周波数は、両者がほぼ同じ例えば６０ＭＨｚの場合で
も、両者が例えば６０ＭＨｚ及び５０ＭＨｚと大幅に異
なる場合でも、膜厚分布は著しく良好であることが実験
で確認された。The two power supplies 136a and 136b
It was confirmed by experiments that the film thickness distribution was extremely good even when the frequency was substantially the same, for example, 60 MHz, or when both were significantly different from, for example, 60 MHz and 50 MHz.
【００５９】なお、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジス
タ及び感光ドラムなどの製造では、膜厚分布としては±
１０％以内であれば性能上問題はない。In the manufacture of a-Si solar cells, thin film transistors, photosensitive drums, etc., the film thickness distribution is ±
If it is within 10%, there is no problem in performance.
【００６０】上記実施例２によれば、２台の電源１３６
ａ、１３６ｂの周波数は５８ＭＨｚ、６０ＭＨｚである
が、従来の装置及び方法に比べて著しく良好な膜厚分布
を得ることが可能になった。本実施例では電源周波数は
６０ＭＨｚ級であるが、Ｔ型コネクタ１７１ａ乃至１７
１ｇ、及び１７２ａ乃至１７２ｇ、第１及び第２のイン
ピーダンス整合器１３５ａ、１３５ｂ及び同軸ケーブル
などは８０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚにも十分応用可能で
あるから、ａ−Ｓｉ製膜も８０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ
の周波数範囲で十分に応用可能であるといえる。According to the second embodiment, the two power supplies 136
Although the frequencies of a and 136b are 58 MHz and 60 MHz, it is possible to obtain a significantly better film thickness distribution as compared with the conventional apparatus and method. In this embodiment, the power supply frequency is a 60 MHz class, but the T-type connectors 171a to 171a
1g, and 172a to 172g, the first and second impedance matching devices 135a and 135b, coaxial cables, and the like are sufficiently applicable to 80MHz to 200MHz. Therefore, the a-Si film is also 80MHz to 200MHz.
It can be said that the present invention can be sufficiently applied in the above frequency range.
【００６１】一方、従来のプラズマ化学蒸着装置では、
３０ＭＨｚ以上での超高周波電源を用いると、膜厚分布
が著しく悪く、膜厚分布±１０％以内が得られる基板面
積は、５ｃｍ×５ｃｍ乃至３０ｃｍ×３０ｃｍ程度であ
り、それ以上は不可能視されていた。On the other hand, in a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus,
When an ultra-high frequency power supply of 30 MHz or more is used, the film thickness distribution is extremely poor, and the substrate area where the film thickness distribution can be obtained within ± 10% is about 5 cm × 5 cm to 30 cm × 30 cm. I was
【００６２】[0062]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
放電用電極として、ジグザグ状平面コイル型電極を用
い、その端部のＵ字部に電力供給端子を配置し、一方の
端部に位置する相隣り合う複数個の電力供給端子及び他
方の端部に位置する相隣り合う複数個の電力供給端子に
それぞれ独立した２台の超高周波電源すなわちＶＨＦ
（３０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ）級の電源から、ほぼ同じ
周波数の電力を供給するようにしたことにより、従来技
術では不可能視されていた１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２ｍ級
の大面積基板へ著しく良好な膜厚分布でａ−Ｓｉや微結
晶Ｓｉ等を製膜可能なプラズマ化学蒸着装置を提供でき
るようになった。As described in detail above, according to the present invention,
As a discharge electrode, a zigzag planar coil type electrode is used, and a power supply terminal is arranged at a U-shaped portion of the end, a plurality of adjacent power supply terminals located at one end and the other end. Two ultra-high frequency power supplies, ie, VHF, respectively independent of a plurality of power supply terminals adjacent to each other.
By supplying power of almost the same frequency from a (30 MHz to 200 MHz) class power supply, a remarkably good film can be formed on a large area substrate of 1 m × 1 m to 2 m × 2 m class, which has been considered impossible in the prior art. A plasma chemical vapor deposition apparatus capable of forming a-Si, microcrystalline Si, or the like with a thickness distribution can be provided.
【００６３】上記の効果は、ａ−Ｓｉ薄膜応用に限ら
ず、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ級の高周波数電源を用
いるプラズマＣＶＤ技術が、微結晶Ｓｉ及び多結晶Ｓｉ
の製造方法としての用途があることから、太陽電池、薄
膜トランジスタ及び感光ドラム等の産業上の価値は著し
く大きい。The above effects are not limited to the application of the a-Si thin film, and the plasma CVD technique using a high frequency power supply of a 30 MHz to 200 MHz class can be applied to microcrystalline Si and polycrystalline Si.
The industrial value of solar cells, thin film transistors, photosensitive drums, and the like is remarkably large because of their use as a method for producing.
【図１】本発明の実施形態に係るジグザグ状平面コイル
型電極を有するプラズマ化学蒸着装置（装置Ａ）の概要
を示す構成ブロック図。FIG. 1 is a configuration block diagram showing an outline of a plasma chemical vapor deposition apparatus (apparatus A) having a zigzag planar coil electrode according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施形態に係るジグザグ状平面コイル
型電極を有するプラズマ化学蒸着装置を示すブロック斜
視図。FIG. 2 is a block perspective view showing a plasma chemical vapor deposition apparatus having a zigzag planar coil electrode according to an embodiment of the present invention.
【図３】実施形態のジグザグ状平面コイル型電極を示す
斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a zigzag planar coil electrode of the embodiment.
【図４】他の実施形態に係るジグザグ状平面コイル型電
極を有するプラズマ化学蒸着装置（装置Ｂ）の給電回路
を示すブロック斜視図。FIG. 4 is a block perspective view showing a power supply circuit of a plasma chemical vapor deposition apparatus (apparatus B) having a zigzag planar coil electrode according to another embodiment.
【図５】（ａ）は電極の一方側にＶＨＦ電力を供給した
ときの非結晶質シリコン膜の三次元膜厚分布図、（ｂ）
は電極の他方側にＶＨＦ電力を供給したときの非結晶質
シリコン膜の三次元膜厚分布図、（ｃ）は（ａ）と
（ｂ）を合成した非結晶質シリコン膜の三次元膜厚分布
図。FIG. 5A is a three-dimensional film thickness distribution diagram of an amorphous silicon film when VHF power is supplied to one side of an electrode, and FIG.
Is a three-dimensional film thickness distribution diagram of the amorphous silicon film when VHF power is supplied to the other side of the electrode, and (c) is a three-dimensional film thickness of the amorphous silicon film obtained by combining (a) and (b). Distribution map.
【図６】比較例装置を示すブロック断面図。FIG. 6 is a block sectional view showing a comparative example device.
【図７】比較例装置のジグザグ状平面コイル型電極を示
す平面図。FIG. 7 is a plan view showing a zigzag planar coil electrode of the comparative example device.
【図８】プラズマ電源周波数と膜厚分布との相関を示す
特性線図。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a correlation between a plasma power supply frequency and a film thickness distribution.
【図９】比較例の装置（装置Ｃ）を示すブロック断面
図。FIG. 9 is a block sectional view showing an apparatus (apparatus C) of a comparative example.
【図１０】（ａ）は比較例装置（装置Ｄ）の平行平板型
電極により生成されるプラズマ分布を示す模式図、
（ｂ）は比較例装置（装置Ｄ）の平行平板型電極により
生成される他のプラズマ分布を示す模式図。FIG. 10A is a schematic diagram showing a plasma distribution generated by a parallel plate electrode of a comparative example apparatus (apparatus D);
(B) is a schematic diagram showing another plasma distribution generated by the parallel plate type electrode of the comparative example device (device D).
【図１１】比較例の装置（装置Ｅ）を示す構成ブロック
図。FIG. 11 is a configuration block diagram showing an apparatus (apparatus E) of a comparative example.
９…基板、 １３１…反応器、 １３２…電極、 １３４…ヒータ、 １３５ａ，１３５ｂ…インピーダンス整合器、 １３６ａ，１３６ｂ…高周波電源、 １３７…反応ガス供給管、 １３８…排気管、 １３９…真空ポンプ、 １４０…アースシールド、 １４０ａ〜１４０ｈ，１４１ａ〜１４１ｈ…同軸ケーブ
ル、 １４４ａ〜１４４ｈ，１４５ａ〜１４５ｈ…電力供給端
（端子）、 １６０ａ，１６０ｂ…電力分配器、 １６１ａ〜１６１ｑ…端子、 １７１ａ〜１７１ｇ，１７２ａ〜１７２ｇ…Ｔ型コネク
タ。9: substrate, 131: reactor, 132: electrode, 134: heater, 135a, 135b: impedance matching device, 136a, 136b: high frequency power supply, 137: reaction gas supply pipe, 138: exhaust pipe, 139: vacuum pump, 140 ... Earth shield, 140a-140h, 141a-141h ... Coaxial cable, 144a-144h, 145a-145h ... Power supply end (terminal), 160a, 160b ... Power distributor, 161a-161q ... Terminal, 171a-171g, 172a- 172g ... T-type connector.
フロントページの続き (72)発明者 真島 浩 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山越 英男 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 BA30 BB03 BB04 FA04 JA18 KA15 LA15 LA16 5F045 AA08 AB03 AB04 AC01 AD06 AE17 AE19 AF07 BB02 BB09 EF03 EF08 EH04 EH06 EH11 EH19 EK07 Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Majima 5-717-1, Fukabori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Sanishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Hideo Yamakoshi 1-8-1, Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Fundamental Technology Laboratory F-term (reference) 4K030 BA30 BB03 BB04 FA04 JA18 KA15 LA15 LA16 5F045 AA08 AB03 AB04 AC01 AD06 AE17 AE19 AF07 BB02 BB09 EF03 EF08 EH04 EH06 EH11 EH19 EK07
Claims (5)
電極と被処理基板との間に製膜用ガスの放電プラズマを
生成させて被処理基板上に製膜するプラズマ化学蒸着装
置であって、 前記電極は、１本の線材をＵ字状に交互に折り曲げた平
面形コイルの形状を有し、前記平面形コイル形状の電極
の一方の折り曲げ部側に実質的に等ピッチ間隔に第１の
超高周波電源の出力回路に接続された複数の第１の電力
供給端が１つずつ取り付けられ、かつ、他方の折り曲げ
部側に実質的に等ピッチ間隔に前記第１の超高周波電源
の出力の周波数とほぼ同じ周波数の超高周波を発生し、
前記第１の超高周波電源とは独立の第２の超高周波電源
の出力回路に接続された複数の第２の電力供給端が１つ
ずつ取り付けられたことを特徴とするジグザグ状平面コ
イル型電極を有するプラズマ化学蒸着装置。1. A plasma chemical vapor deposition apparatus for supplying electric power to an electrode from a high-frequency power source, generating discharge plasma of a film forming gas between the electrode and a substrate to be processed, and forming a film on the substrate to be processed. The electrode has a planar coil shape obtained by alternately bending a single wire in a U-shape, and the first coil is formed on one of the bent portions of the planar coil-shaped electrode at substantially equal pitch intervals. A plurality of first power supply terminals connected to an output circuit of the first ultra-high frequency power supply are attached one by one, and the first ultra-high frequency power supply of the first ultra-high frequency power supply is arranged at substantially equal pitch intervals on the other bent portion side. Generates an ultra-high frequency that is almost the same as the output frequency,
A plurality of second power supply terminals connected to an output circuit of a second ultra-high frequency power supply independent of the first ultra-high frequency power supply are attached one by one, wherein a zigzag planar coil electrode is provided. A plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus.
０ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の周波数域の超高周波を
電極に印加することを特徴とする請求項１記載の装置。2. The power supply according to claim 1, wherein
2. The apparatus according to claim 1, wherein an ultra-high frequency in a frequency range from 0 MHz to 200 MHz is applied to the electrode.
薄膜および多結晶Ｓｉ系薄膜のうちいずれかを製膜する
ことを特徴とする請求項２記載の装置。3. The apparatus according to claim 2, wherein one of an amorphous Si-based thin film, a microcrystalline Si-based thin film, and a polycrystalline Si-based thin film is formed.
出力を上記第１の電力供給端のそれぞれに分配する第１
の電力分配器と、上記第２の超高周波電源からの出力を
上記第２の電力供給端のそれぞれに分配する第２の電力
分配器と、を有することを特徴とする請求項１記載の装
置。4. A first power supply for distributing an output from the first ultra-high frequency power supply to each of the first power supply terminals.
2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a power divider for distributing an output from the second ultra-high frequency power supply to each of the second power supply terminals. .
の超高周波電源からの出力を上記第１の電力供給端のそ
れぞれに分配する複数の第１のＴ型コネクタと、同軸ケ
ーブルを介して上記第２の超高周波電源からの出力を上
記第２の電力供給端のそれぞれに分配する複数の第２の
Ｔ型コネクタと、を有することを特徴とする請求項１記
載の装置。5. The method according to claim 1, further comprising the step of:
And a plurality of first T-type connectors for distributing the output from the ultra high frequency power supply to each of the first power supply terminals, and the output from the second ultra high frequency power supply to the second power supply through a coaxial cable. 2. The apparatus of claim 1 further comprising a plurality of second T-type connectors for distributing to each of the power supply ends.
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