JP3068604B2 - Plasma CVD equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマＣＶＤ（化
学蒸着）装置に関し、アモルファスシリコン太陽電池、
微結晶太陽電池、薄膜多結晶太陽電池、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
る薄膜の製造に適用されるプラズマＣＶＤ装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD (chemical vapor deposition) apparatus, and more particularly, to an amorphous silicon solar cell,
The present invention relates to a plasma CVD apparatus used for manufacturing thin films used for various electronic devices such as microcrystalline solar cells, thin-film polycrystalline solar cells, thin-film semiconductors, optical sensors, and semiconductor protective films.

【０００２】[0002]

【従来の技術】アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ
と記す）薄膜や微結晶薄膜や薄膜多結晶や窒化シリコン
（以下、ＳｉＮｘと記す）薄膜を製造するために、従来
より用いられているプラズマＣＶＤ装置の構成につい
て、２つの代表的例について説明する。即ち、放電発生
に用いる電極として、はしご型電極、即ちラダーアンテ
ナ電極あるいはラダーインダクタンス電極あるいははし
ご状平面形コイル電極とも呼ばれる電極を用いる方法、
及び平行平板電極を用いる方法について説明する。2. Description of the Related Art Amorphous silicon (hereinafter a-Si)
Two typical examples of the configuration of a plasma CVD apparatus conventionally used for producing a thin film, a microcrystalline thin film, a thin film polycrystal, and a silicon nitride (hereinafter, referred to as SiNx) thin film will be described. . That is, a method using a ladder-shaped electrode, that is, an electrode also called a ladder antenna electrode or a ladder inductance electrode or a ladder-shaped planar coil electrode, as an electrode used for generating discharge,
A method using parallel plate electrodes will be described.

【０００３】まず、はしご型電極を用いる方法について
は特開平４−２３６７８１号にはしご型電極として各種
形状の電極を用いたプラズマＣＶＤ装置が開示されてい
る。本方法の代表例について、図２１を用いて説明す
る。図中の付番１は反応容器であり、この反応容器１内
に放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３とが平行
に配置されている。前記放電用はしご型電極２には、高
周波電源４からインピーダンス整合器５を介して例えば
１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。前記放電
用はしご型電極２は、図２２に示すように一端がインピ
ーダンス整合器５を介して高周波電源４に接続されてお
り、他端はアース線７に接続され、反応容器１とともに
接地されている。First, as for a method using a ladder-type electrode, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-236781 discloses a plasma CVD apparatus using electrodes of various shapes as a ladder-type electrode. A representative example of this method will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 in the figure denotes a reaction vessel, in which a discharge ladder electrode 2 and a substrate heating heater 3 are arranged in parallel. The discharge ladder electrode 2 is supplied with, for example, 13.56 MHz high frequency power from a high frequency power supply 4 via an impedance matching device 5. The discharge ladder electrode 2 has one end connected to the high frequency power supply 4 via the impedance matching device 5 as shown in FIG. 22, the other end connected to the ground wire 7, and grounded together with the reaction vessel 1. I have.

【０００４】放電用はしご型電極２に供給された高周波
電力は、反応容器１とともに接地された基板加熱用ヒー
タ３と放電用はしご型電極２との間にグロー放電プラズ
マを発生させ、放電空間経由で反応容器１の壁へ、また
放電用はしご型電極２のアース線７を介してアースへ流
れる。なお、このアース線７には同軸ケーブルが用いら
れている。The high-frequency power supplied to the discharge ladder electrode 2 generates a glow discharge plasma between the substrate heating heater 3 and the discharge ladder electrode 2 which are grounded together with the reaction vessel 1, and passes through the discharge space. Flows to the wall of the reaction vessel 1 and to the ground via the ground wire 7 of the ladder electrode 2 for discharge. Note that a coaxial cable is used for the ground wire 7.

【０００５】前記反応容器１内には、図示しないボンベ
から反応ガス導入管８を通して、例えばモノシランと水
素との混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、
放電用はしご型電極２により発生したグロー放電プラズ
マにより分解され、基板加熱用ヒータ３上に保持され、
所定の温度に加熱された基板９上に堆積する。また、反
応容器１内のガスは、排気管１０を通して真空ポンプ１
１により排気される。In the reaction vessel 1, a mixed gas of, for example, monosilane and hydrogen is supplied from a cylinder (not shown) through a reaction gas introduction pipe 8. The supplied reaction gas is
Decomposed by the glow discharge plasma generated by the discharge ladder electrode 2 and held on the substrate heating heater 3;
It is deposited on the substrate 9 heated to a predetermined temperature. The gas in the reaction vessel 1 is passed through the exhaust pipe 10 to the vacuum pump 1.
1 to be exhausted.

【０００６】以下、上記装置を用いて薄膜を製造する場
合について説明する。まず、真空ポンプ１１を駆動して
反応容器１内を排気した後、反応ガス導入管８を通し
て、例えば、モノシランと水素との混合ガスを供給し、
反応容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保
つ。Hereinafter, a case where a thin film is manufactured using the above apparatus will be described. First, after the inside of the reaction vessel 1 is evacuated by driving the vacuum pump 11, a mixed gas of, for example, monosilane and hydrogen is supplied through the reaction gas introduction pipe 8,
The pressure in the reaction vessel 1 is maintained at 0.05 to 0.5 Torr.

【０００７】この状態で、高周波電源４から放電用はし
ご型電極２に高周波電力を印加すると、グロー放電プラ
ズマが発生する。反応ガスは、放電用はしご型電極２と
基板加熱用ヒータ３間に生じるグロー放電プラズマによ
って分解され、この結果ＳｉＨ₃ ，ＳｉＨ₂ などのＳｉ
を含むラジカルが発生し、基板９表面に付着してａ−Ｓ
ｉ薄膜が形成される。In this state, when high-frequency power is applied from the high-frequency power supply 4 to the discharge ladder electrode 2, glow discharge plasma is generated. The reaction gas is decomposed by a glow discharge plasma generated between the discharge ladder electrode 2 and the substrate heating heater 3, and as a result, Si gas such as SiH ₃ or SiH ₂ is formed.
Is generated and adheres to the surface of the substrate 9 to cause a-S
An i thin film is formed.

【０００８】次に、平行平板電極を用いる方法について
図２３を参照して説明する。図中の付番２１は反応容器
であり、この反応容器２１内に高周波電極２２と基板加
熱用ヒータ２３とが平行に配置されている。前記高周波
電極２２は、高周波電源２４からインピーダンス整合器
２５を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供
給される。基板加熱用ヒータ２３は、反応容器２１とと
もに接地され、接地電極となっている。従って、高周波
電極２２と基板加熱用ヒータ２３との間でグロー放電プ
ラズマが発生する。Next, a method using parallel plate electrodes will be described with reference to FIG. Reference numeral 21 in the drawing denotes a reaction vessel, in which a high-frequency electrode 22 and a substrate heating heater 23 are arranged in parallel. The high frequency electrode 22 is supplied with, for example, 13.56 MHz high frequency power from a high frequency power supply 24 via an impedance matching unit 25. The substrate heating heater 23 is grounded together with the reaction vessel 21 and serves as a ground electrode. Therefore, glow discharge plasma is generated between the high-frequency electrode 22 and the substrate heating heater 23.

【０００９】前記反応容器２１内には図示しないボンベ
から反応ガス導入管２６を通して例えばモノシランと水
素との混合ガスが供給される。反応容器２１内のガス
は、排気管２７を通して真空ポンプ２８により排気され
る。基板２９は、基板加熱用ヒータ２３上に保持され、
所定の温度に加熱される。A mixed gas of, for example, monosilane and hydrogen is supplied into the reaction vessel 21 through a reaction gas introduction pipe 26 from a cylinder (not shown). The gas in the reaction vessel 21 is exhausted by a vacuum pump 28 through an exhaust pipe 27. The substrate 29 is held on the substrate heating heater 23,
It is heated to a predetermined temperature.

【００１０】こうした装置を用いて、以下のようにして
薄膜を製造する。まず、真空ポンプ２８を駆動して反応
容器２１内を排気する。次に、反応ガス導入管２６を通
して例えばモノシランと水素との混合ガスを供給して反
応容器２１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保
ち、高周波電源２４から高周波電極２２に電圧を印加す
ると、グロー放電プラズマが発生する。Using such an apparatus, a thin film is manufactured as follows. First, the inside of the reaction vessel 21 is evacuated by driving the vacuum pump 28. Next, a mixed gas of, for example, monosilane and hydrogen is supplied through the reaction gas introduction pipe 26 to maintain the pressure in the reaction vessel 21 at 0.05 to 0.5 Torr, and a voltage is applied from the high frequency power supply 24 to the high frequency electrode 22. Then, glow discharge plasma is generated.

【００１１】反応ガス導入管２６から供給されたガスの
うち、モノシランガスは高周波電極２２〜基板加熱用ヒ
ータ２３間に生じるグロー放電プラズマによって分解さ
れる。この結果、ＳｉＨ₃ ，ＳｉＨ₂ 等のＳｉを含むラ
ジカルが発生し、基板２９表面に付着して、ａ−Ｓｉ薄
膜が形成される。Among the gases supplied from the reaction gas introduction pipe 26, the monosilane gas is decomposed by glow discharge plasma generated between the high-frequency electrode 22 and the heater 23 for heating the substrate. As a result, radicals containing Si, such as SiH ₃ and SiH _2, are generated and adhere to the surface of the substrate 29, forming an a-Si thin film.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術、即ちはしご型電極を用いる方法及び平行平板電極を
用いる方法は、いずれも次のような問題を有している。 （１）図２１において、はしご型電極２近傍に発生した
電界により反応ガス、例えばＳｉＨ₄ はＳｉ，ＳｉＨ，
ＳｉＨ₂ ，ＳｉＨ₃ ，Ｈ，Ｈ₂ 等に分解され、基板９の
表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ
膜形成の高速化を図るため、高周波電源の周波数を現状
の１３．５６ＭＨｚより、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ
の超高周波帯（ＶＨＦ帯：Very High Frequency ）へ高
くすると、はしご型電極近傍の電界分布が一様性がくず
れ、その結果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪
くなる，という問題がある。図２４は、基板面積３０ｃ
ｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布の関係
を示す。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乃至２０ｃｍ
×２０ｃｍ程度である。However, the prior arts, that is, the method using a ladder electrode and the method using a parallel plate electrode all have the following problems. (1) In FIG. 21, a reaction gas, for example, SiH ₄ is converted to Si, SiH, by an electric field generated near the ladder electrode 2.
It is decomposed into SiH ₂ , SiH ₃ , H, H _2, etc., and forms an a-Si film on the surface of the substrate 9. However, a-Si
In order to increase the film formation speed, the frequency of the high-frequency power source is increased from the current 13.56 MHz to 30 MHz to 200 MHz.
When the frequency is increased to a very high frequency band (VHF band: Very High Frequency), the uniformity of the electric field distribution near the ladder-shaped electrode is lost, and as a result, the thickness distribution of the a-Si film becomes extremely poor. There is. FIG. 24 shows a substrate area 30c.
The relationship between the plasma power supply frequency at mx 30 cm and the film thickness distribution is shown. The size, ie, the area, of the substrate that can ensure the uniformity of the film thickness distribution (within ± 10%) is 5 cm × 5 cm to 20 cm.
About 20 cm.

【００１３】はしご型電極を用いる方法による高周波電
源４の高周波数化が困難な理由は次の通りである。図２
５に示すように、はしご型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
強い部分が局部的になる。例えば、上記電極の周辺部に
強いプラズマが発生し、中央部には発生しない。特に６
０ＭＨｚ以上の超高周波数化に伴なってその減少は顕著
になる。The reason why it is difficult to increase the frequency of the high-frequency power supply 4 by using a ladder electrode is as follows. FIG.
As shown in FIG. 5, due to the non-uniformity of impedance caused by the structure of the ladder-shaped electrode, a portion where plasma emission is strong is localized. For example, strong plasma is generated at the periphery of the electrode, but not at the center. Especially 6
The decrease becomes remarkable as the frequency becomes higher than 0 MHz.

【００１４】従って、量産性向上や低コスト化に必要な
大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化による成
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の成膜速度はプラズマ電源周波数の２乗に
比例するので、関連技術分野の学会においても研究が活
発化されているが、大面積化（基板面積３０ｃｍ×３０
ｃｍ以上）への成功例はまだ得られてない。Therefore, it is very difficult and impossible to improve the film forming speed by increasing the frequency of the plasma power supply for a large-area substrate necessary for improving mass productivity and reducing costs. Since the deposition rate of a-Si is proportional to the square of the frequency of the plasma power supply, researches have been actively conducted by academic societies in related technical fields.
cm or more) has not yet been obtained.

【００１５】（２）図２３において、高周波電極２２と
基板加熱用ヒータ２３との間に発生する電界により、反
応ガス、例えばＳｉＨ₄ はＳｉ，ＳｉＨ，ＳｉＨ₂ ，Ｓ
ｉＨ ₃ ，Ｈ，Ｈ₂ 等に分解され、基板２９の表面にａ−
Ｓｉ膜を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高
速化を図るため、高周波電源２４の周波数を現状の１
３．５６ＭＨｚより、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚの超
高周波帯（ＶＨＦ帯：Very High Frequency ）へ高くす
ると、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３間に発生
する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、という問題があ
る。図２４は、基板面積３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズ
マ電源周波数と膜厚分布（平均膜厚からのずれ）の関係
を示す特性図である。膜厚分布の一様性（±１０％以
内）が確保できる基板の大きさ即ち面積は、５ｃｍ×５
ｃｍ乃至２０ｃｍ×２０ｃｍ程度である。(2) Referring to FIG.
Due to the electric field generated between the substrate and the heater 23,
Reaction gas, for example, SiH_FourIs Si, SiH, SiH_Two, S
iH _Three, H, H_TwoEtc., and a-
An Si film is formed. However, high a-Si film formation
In order to increase the speed, the frequency of the high frequency
More than 30MHz to 200MHz from 3.56MHz
Increase to high frequency band (VHF band: Very High Frequency)
Occurs between the high-frequency electrode 22 and the heater 23 for heating the substrate.
The uniformity of the resulting electric field distribution is lost.
The problem is that the film thickness distribution of the Si film becomes extremely poor.
You. FIG. 24 shows a plasm with a substrate area of 30 cm × 30 cm.
Relationship between power frequency and film thickness distribution (deviation from average film thickness)
FIG. Uniformity of film thickness distribution (± 10% or less
The size, that is, the area of the substrate that can secure (in) is 5 cm × 5
cm to 20 cm × 20 cm.

【００１６】平行平板電極を用いる方法による高周波電
源２４の超高周波数化が困難な理由は、次の通りであ
る。平行平板型電極は、電極周辺部と中央部の電気特性
が異なるため、図２６（Ａ）に示すように電極周辺部に
強いプラズマが発生するか、あるいは図２６（Ｂ）に示
すように中央部分のみに強いプラズマが発生するという
現実がある。The reason why it is difficult to increase the frequency of the high-frequency power supply 24 by using a method using parallel plate electrodes is as follows. Since the parallel plate type electrode has different electric characteristics between the electrode peripheral portion and the central portion, a strong plasma is generated at the electrode peripheral portion as shown in FIG. 26A, or the central plasma as shown in FIG. 26B. There is a reality that a strong plasma is generated only in a part.

【００１７】したがって、量産性向上や低コスト化に必
要な大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化によ
る成膜速度の向上は、非常に困難で、不可能視されてい
る。なお、ａ−Ｓｉの成膜速度はプラズマ電源周波数の
２乗に比例するので、関連技術分野の学会においても研
究が活発化しているが、大面積化（基板面積３０ｃｍ×
３０ｃｍ以上）への成功例はまだ得られてない。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 necessary for improving mass productivity and reducing costs. Since the film formation rate of a-Si is proportional to the square of the plasma power supply frequency, research has been actively conducted by academic societies in related technical fields.
(30cm or more) has not been obtained yet.

【００１８】また、図２１に示す如く、はしご型電極２
の接地線７を行うと、接地線７と電極２との接合点にお
けるプラズマが弱くなり、成膜速度が低下することが分
かった。Also, as shown in FIG.
It was found that when the ground line 7 was used, the plasma at the junction between the ground line 7 and the electrode 2 was weakened, and the deposition rate was reduced.

【００１９】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、放電用電極として、はしご型電極と電源を結ぶ
給電線に同軸ケーブルを用い、かつ前記はしご型電極を
接地線で接地しない構成にすることにより、成膜速度の
低下を防止し得るプラズマＣＶＤ装置を提供することを
目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and has a configuration in which a coaxial cable is used as a discharge electrode for a power supply line connecting a ladder-type electrode and a power source, and the ladder-type electrode is not grounded by a ground line. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma CVD apparatus capable of preventing a reduction in the film formation rate.

【００２０】また、本発明は、はしご型電極と同軸ケー
ブルとを結線する位置である給電点を前記平面形コイル
電極の周辺部又は内周部に位置し、かつその個数を少な
くとも４個以上とすることにより、従来と比べ良好な膜
厚分布が得られるプラズマＣＶＤ装置を提供することを
目的とする。The present invention also provides a feed point, which is a position for connecting the ladder-type electrode and the coaxial cable, at a peripheral portion or an inner peripheral portion of the planar coil electrode, and has at least four or more power supply points. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma CVD apparatus capable of obtaining a better film thickness distribution as compared with the related art.

【００２１】[0021]

【００２２】[0022]

【課題を解決するための手段】 前記目的を達成する本発
明の［請求項１］の発明は、反応容器と、この反応容器
に反応ガスを導入し、排出する手段と、前記反応容器内
から収容された放電用のはしご型電極すなわちラダーア
ンテナ型電極あるいははしご状平面形コイル電極と、こ
のはしご型電極にグロー放電発生用電力を供給する電源
とを有し、前記反応容器内に設置された基板表面に非晶
質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶を形成す
るプラズマＣＶＤ装置において 、前記はしご型電極と同
軸ケーブルとを結線する位置である給電点は、前記はし
ご型電極の周辺部に位置し、かつその個数は少なくとも
４個であることを特徴とする。ここで、給電点の位置
は、具体的には、はしご型電極の上辺，下辺，左辺，右
辺に２箇所以上、即ち例えば上辺，下辺それぞれに２箇
所づつ合計４箇所、あるいは左辺，右辺それぞれに４箇
所づつ合計８箇所とするのが好ましい。 In order to achieve the object of the present onset to achieve the above purpose
The invention of claim [1] provides a reaction vessel and the reaction vessel.
Means for introducing and discharging a reaction gas into the reaction vessel;
Ladder electrode for discharge housed from
An antenna-type electrode or a ladder-like planar coil electrode
Power supply for supplying power for glow discharge generation to ladder-type electrodes
Having an amorphous surface on the surface of the substrate installed in the reaction vessel.
To form porous thin films, microcrystalline thin films, or polycrystalline thin films
In the plasma CVD apparatus, a power supply point, which is a position for connecting the ladder-type electrode and the coaxial cable, is located at a peripheral portion of the ladder-type electrode, and the number thereof is at least four. Here, the position of the power supply point is, specifically, two or more locations on the upper, lower, left, and right sides of the ladder electrode, that is, for example, two locations on each of the upper and lower sides, for a total of four locations, or each of the left and right sides. It is preferable to make a total of eight locations for each four locations.

【００２３】［請求項２］の発明は、反応容器と、この
反応容器に反応ガスを導入し、排出する手段と、前記反
応容器内から収容された放電用のはしご型電極すなわち
ラダーアンテナ型電極あるいははしご状平面形コイル電
極と、このはしご型電極にグロー放電発生用電力を供給
する電源とを有し、前記反応容器内に設置された基板表
面に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶
を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記はしご型
電極と同軸ケーブルとを結線する位置である給電点は、
前記はしご型電極の周辺部の内側に位置し、かつその個
数は少なくとも４個であることを特徴とする。ここで、
給電点の位置は、具体的には、はしご型電極の周辺部の
内周中央側に、４箇所乃至８箇所とするのが好ましい。[0023] The invention of claim 2 provides a reaction container,
A means for introducing and discharging a reaction gas into a reaction vessel;
Ladder electrode for discharge housed from inside the reaction vessel,
Ladder antenna type electrode or ladder-shaped flat coil
Provides power for glow discharge generation to the pole and this ladder electrode
And a substrate table installed in the reaction vessel.
Amorphous thin film or microcrystalline thin film or polycrystalline thin film
In the plasma CVD apparatus for forming the above, the feeding point which is a position for connecting the ladder-type electrode and the coaxial cable,
The ladder-type electrode is located inside a peripheral portion of the ladder-type electrode, and the number thereof is at least four. here,
Specifically, the positions of the power supply points are preferably four to eight at the center of the inner periphery of the peripheral part of the ladder electrode.

【００２４】［請求項３］の発明は、請求項１又は２に
おいて、前記はしご型電極にグロー放電発生用電力を供
給する電源の周波数を３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚとし
たことを特徴とする。ここで、前記電源の周波数は３０
ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚとすることが好ましい。[0024] invention [Claim 3], according to claim 1 or 2, the frequency of the power supply for supplying power glow discharge generating the 30MHz to 200MHz on the ladder-type electrode
Characterized in that was. Here, the frequency of the power supply is 30
MHz to 150 MHz.

【００２５】［請求項４］の発明は、請求項３におい
て、前記はしご型電極にグロー放電発生用電力を供給す
る電源の周波数を８５ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚとし、か
つ線径が0.５〜５ｍｍのはしご型電極を用いるようにし
たことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect , a frequency of a power supply for supplying power for generating glow discharge to the ladder-shaped electrode is 85 MHz to 200 MHz, and a ladder having a wire diameter of 0.5 to 5 mm. It is characterized in that a mold electrode is used.

【００２６】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係るプ
ラズマＣＶＤ装置について図１及び図２を参照して説明
する。ここで、図１は同装置の全体図、図２は同装置の
一構成を示す放電用電極に高周波数電力を供給するため
の電気配線を示す説明図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A plasma CVD apparatus according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is an overall view of the device, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an electric wiring for supplying high-frequency power to a discharge electrode showing one configuration of the device.

【００２７】図中の付番３１は反応容器である。この反
応容器３１内には、グロー放電プラズマを発生させる為
のはしご型のＳＵＳ３０４製の放電用電極（はしご型電
極）３２と、被処理物としての基板３３を支持するとと
もに該基板３３の温度を制御する基板加熱用ヒータ３４
が配置されている。なお、前記放電用電極３２は外寸法
５７２ｍｍ×５７２ｍｍ、直径６ｍｍのＳＵＳ棒で製作
され、その中心間隔は２６ｍｍである。Reference numeral 31 in the drawing denotes a reaction vessel. In the reaction vessel 31, a ladder-type SUS304 discharge electrode (ladder-type electrode) 32 for generating glow discharge plasma and a substrate 33 as an object to be processed are supported, and the temperature of the substrate 33 is controlled. Substrate heating heater 34 to be controlled
Is arranged. The discharge electrode 32 is made of a SUS rod having an outer size of 572 mm × 572 mm and a diameter of 6 mm, and the center interval is 26 mm.

【００２８】前記放電用電極３２には、インピーダンス
整合器３５を介して高周波電源３６が接続されている。
前記高周波電源３６より放電用電極３２に、例えば周波
数１３．５６ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚの電力が供給され
る。前記反応容器３１内には、反応ガスを前記放電用電
極３２周辺に導入する反応ガス吐出孔３７ａを有した反
応ガス導入管３７が配置されている。前記反応容器３１
には、反応容器３１内の反応ガス等のガスを排気する排
気管３８を介して真空ポンプ３９が接続されている。A high frequency power supply 36 is connected to the discharge electrode 32 via an impedance matching device 35.
For example, electric power of a frequency of 13.56 MHz to 200 MHz is supplied to the discharge electrode 32 from the high frequency power supply 36. In the reaction vessel 31, a reaction gas introduction pipe 37 having a reaction gas discharge hole 37a for introducing a reaction gas around the discharge electrode 32 is arranged. The reaction vessel 31
Is connected to a vacuum pump 39 via an exhaust pipe 38 for exhausting a gas such as a reaction gas in the reaction vessel 31.

【００２９】前記反応容器３１内には、アースシールド
４０が配置されている。このアースシールド４０は、不
必要な部分での放電を抑制し、かつ、前記排気管３８及
び真空ポンプ３９と組合せて使用されることにより、上
記反応ガス導入管３７より導入されたＳｉＨ₄ 等の反応
ガスを放電用電極３２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３８を介して排出する機能を
有している。なお、反応容器３１内の圧力は、図示しな
い圧力計によりモニタされ、前記真空ポンプ３９の排気
量を調整することにより制御される。An earth shield 40 is provided in the reaction vessel 31. The earth shield 40 suppresses electric discharge in unnecessary portions, and is used in combination with the exhaust pipe 38 and the vacuum pump 39, so that SiH ₄ or the like introduced from the reaction gas introduction pipe 37 is used. After the reaction gas is turned into plasma by the discharge electrode 32, the reaction gas and other products are discharged through the exhaust pipe 38. The pressure in the reaction vessel 31 is monitored by a pressure gauge (not shown) and controlled by adjusting the displacement of the vacuum pump 39.

【００３０】図２に示すように、前記放電用電極３２の
上辺，下辺には、４個づつ電力供給端子４１，４２，４
３，４４，４５，４６，４７，４８が溶着されている。
前記放電用電極３２とインピーダンス整合器３５間に
は、４個の２ピンの電流導入端子４９，５０，５１，５
２が夫々配置されている。前記高周波電源３６より、例
えば周波数６０ＭＨｚあるいは８０ＭＨｚの電力を、イ
ンピーダンス整合器３５を介してかつ例えば８本の同軸
ケーブル６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，
６８、前記電流導入端子４９〜５２及び８本の真空用同
軸ケーブル５３，５４，５５，５６，５７，５８，５
９，６０により、前記電力供給端子４１〜４８へ供給す
るようになっている。ここで、前記電力供給端子は４個
以上とし、アース線は結線しない。As shown in FIG. 2, four power supply terminals 41, 42, 4 are provided on the upper and lower sides of the discharge electrode 32, respectively.
3, 44, 45, 46, 47 and 48 are welded.
Between the discharge electrode 32 and the impedance matching unit 35, four 2-pin current introduction terminals 49, 50, 51, 5
2 are arranged respectively. From the high-frequency power source 36, for example, power of a frequency of 60 MHz or 80 MHz is supplied via the impedance matching unit 35 and, for example, eight coaxial cables 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67,
68, the current introducing terminals 49 to 52 and eight vacuum coaxial cables 53, 54, 55, 56, 57, 58, 5
9, 60, the power is supplied to the power supply terminals 41 to 48. Here, the number of the power supply terminals is four or more, and the ground wire is not connected.

【００３１】図２に示したプラズマＣＶＤ装置に用いる
はしご型の放電用電極の他の形態の代表的なものを図３
〜図９に示すが、本発明は以下のものに何ら限定される
ものではない。図３〜図９に示すはしご型の放電用電極
は、夫々上記電力供給端子の位置と個数が異なるものを
示している。図３に示す放電用電極３２Ａは、上辺中央
と下辺中央の位置にそれぞれ１個、合計２個の電力供給
端子３２ａ，３２ｂが配置された構成となっている。図
４に示す放電用電極３２Ｂは、左辺と上辺の３等分の位
置にそれぞれ２個、合計４個の電力供給端子３２ａ，３
２ｂ，３２ｃ，３２ｄが配置された構成となっている。
図５に示す放電用電極３２Ｃは、上辺と下辺の３等分の
位置にそれぞれ２個、合計４個の電力供給端子３２ａ，
３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが配置された構成となってい
る。Another example of a ladder-type discharge electrode used in the plasma CVD apparatus shown in FIG. 2 is shown in FIG.
To FIG. 9, the present invention is not limited to the following. The ladder-shaped discharge electrodes shown in FIGS. 3 to 9 have different positions and numbers of the power supply terminals. The discharge electrode 32A shown in FIG. 3 has a configuration in which two power supply terminals 32a and 32b are arranged, one each at the center of the upper side and the center of the lower side. The discharge electrode 32B shown in FIG. 4 has two power supply terminals 32a, 3 at each of three equal positions on the left side and the upper side.
2b, 32c, and 32d are arranged.
The discharge electrode 32C shown in FIG. 5 has two power supply terminals 32a at three equal positions on the upper side and the lower side, for a total of four power supply terminals 32a,
32b, 32c, and 32d are arranged.

【００３２】図６に示す放電用電極３２Ｄは、４つのコ
ーナ部分に合計４個の電力供給端子３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄが配置された構成となっている。図７に示
す放電用電極３２Ｅは、４つのコーナ部分と上辺，下
辺，左辺，右辺の中央部にそれぞれ１個、合計８個の電
力供給端子３２ａ〜３２ｈが配置された構成となってい
る。図８に示す放電用電極３２Ｆは、４つのコーナ部分
と、左辺，右辺の３等分の位置にそれぞれ１個、合計８
個の電力供給端子３２ａ〜３２ｈが配置された構成とな
っている。図９に示す放電用電極３２Ｇは、４つのコー
ナ部分と、上辺，下辺の３等分の位置にそれぞれ１個、
合計８個の電力供給端子３２ａ〜３２ｈが配置された構
成となっている。The discharge electrode 32D shown in FIG. 6 has a total of four power supply terminals 32a, 32b, 3 at four corners.
2c and 32d are arranged. The discharge electrode 32 </ b> E shown in FIG. 7 has a configuration in which eight power supply terminals 32 a to 32 h are arranged, one each at four corners and at the center of the upper side, lower side, left side, and right side. The discharge electrode 32F shown in FIG. 8 has four corners and one at each of three equal positions on the left and right sides, for a total of 8 electrodes.
The power supply terminals 32a to 32h are arranged. The discharge electrode 32G shown in FIG. 9 has four corner portions and one at each of three equal positions on the upper side and the lower side.
The configuration is such that a total of eight power supply terminals 32a to 32h are arranged.

【００３３】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。ここ
で、放電用電極３２で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 ，ＳｉＨ₂ ，ＳｉＨ
等のラジカルが拡散現象により拡散し、基板３３表面に
吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜、あるいは微結晶Ｓ
ｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ
膜あるいは微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉは、成膜条件
の中のＳｉＨ₄ ，Ｈ₂ の流量比、圧力及びプラズマ発生
用電力を適正化することで成膜できることは公知の技術
であるので、ここではＳｉＨ₄ ガスを用いたａ−Ｓｉ成
膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉ及び薄
膜多結晶Ｓｉを成膜することも可能である。Next, a method for manufacturing an a-Si film using the plasma CVD apparatus having the above configuration will be described. Here, when SiH ₄ plasma is generated at the discharge electrode 32, SiH ₃ , SiH ₂ , SiH present in the plasma are generated.
And the like are diffused by a diffusion phenomenon and are adsorbed on the surface of the substrate 33, thereby forming an a-Si film or microcrystal S.
i or thin film polycrystalline Si is deposited. Note that a-Si
It is a known technique that the film or microcrystalline Si and the thin film polycrystalline Si can be formed by optimizing the flow ratio of SiH ₄ and H ₂ , the pressure and the power for plasma generation in the film forming conditions. Here, an a-Si film formation using SiH ₄ gas will be described as an example. Of course, it is also possible to form microcrystalline Si and thin-film polycrystalline Si.

【００３４】まず、図１に示す装置において、真空ポン
プ３９を稼働させて反応容器３１内を排気し、到達真空
度を２〜３×１０^-7Ｔｏｒｒとする。つづいて、反応ガ
ス導入管３７より反応ガス、例えばＳｉＨ₄ ガスを８０
〜２００ｃｃ／分程度の流量で供給する。この後、反応
容器３１内の圧力を０．０５〜０．１Ｔｏｒｒに保ちな
がら、高周波電源３６からインピーダンス整合器３５を
介して放電用電極３２に高周波電力を供給する。その結
果、放電用電極３２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、ＳｉＨ₄ ガスを分解
し、基板３３の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。但し、成
膜速度は高周波電源３６の周波数及び出力にも依存する
が、０．５〜３ｎｍ／ｓ程度である。First, in the apparatus shown in FIG. 1, the inside of the reaction vessel 31 is evacuated by operating the vacuum pump 39, and the ultimate vacuum degree is set to 2-3 × 10 ^-7 Torr. Subsequently, a reaction gas, for example, a SiH ₄ gas is supplied through a reaction gas introduction pipe 37 to 80.
It is supplied at a flow rate of about 200 cc / min. Thereafter, high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 36 to the discharge electrode 32 via the impedance matching device 35 while maintaining the pressure in the reaction vessel 31 at 0.05 to 0.1 Torr. As a result, glow discharge plasma of SiH ₄ is generated near the discharge electrode 32. This plasma decomposes the SiH ₄ gas to form an a-Si film on the surface of the substrate 33. However, the deposition rate depends on the frequency and output of the high frequency power supply 36, but is about 0.5 to 3 nm / s.

【００３５】図１０は、図３〜図９に示した放電用電極
３２を用いて高周波電源３６の周波数を６０ＭＨｚと
し、面積４０ｃｍ×５０ｃｍのガラス基板（商品名：コ
ーニング＃７０５９、コーニング社製造）にａ−Ｓｉ膜
を成膜した結果を示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ₄
ガス流量７００ｃｃ／分、圧力０．２Ｔｏｒｒ、高周波
電力５００Ｗであった。図１０により、電力供給端子の
個数が２個の場合膜厚分布は±２６％であるが、該個数
が４個の場合膜厚分布は±１４％、該個数が８個の場
合、膜厚分布±６％と著しく良好な結果を示している。FIG. 10 shows a glass substrate having an area of 40 cm × 50 cm (trade name: Corning # 7059, manufactured by Corning Incorporated) using the discharge electrode 32 shown in FIGS. Shows the result of forming the a-Si film. Here, the film formation conditions are SiH ₄
The gas flow rate was 700 cc / min, the pressure was 0.2 Torr, and the high frequency power was 500 W. According to FIG. 10, when the number of power supply terminals is two, the film thickness distribution is ± 26%. When the number of power supply terminals is four, the film thickness distribution is ± 14%. The distribution is ± 6%, which is a very good result.

【００３６】図１１は、図３〜図９に示した放電用電極
３２を用い、高周波電源３６の周波数を８０ＭＨｚと
し、面積４０ｃｍ×５０ｃｍのガラス基板（商品名：コ
ーニング＃７０５９、コーニング社製造）にａ−Ｓｉ膜
を成膜した結果の例を示している。ここで、成膜条件
は、ＳｉＨ₄ ガス流量７００ｃｃ／分、圧力０．２Ｔｏ
ｒｒ、高周波電力５００Ｗであった。図１１により、電
力供給端子の個数が２個の場合膜厚分布は±３０％であ
るが、該個数が４個の場合膜厚分布は±１８％、該個数
が８個の場合、膜厚分布±８％と著しく良好な結果を示
している。FIG. 11 shows a glass substrate having an area of 40 cm.times.50 cm (trade name: Corning # 7059, manufactured by Corning Incorporated) using the discharge electrode 32 shown in FIGS. 3 shows an example of the result of forming an a-Si film. Here, the film forming conditions are as follows: SiH ₄ gas flow rate 700 cc / min, pressure 0.2 To.
rr, high-frequency power 500 W. According to FIG. 11, when the number of power supply terminals is two, the film thickness distribution is ± 30%, but when the number is four, the film thickness distribution is ± 18%, and when the number is eight, the film thickness distribution is ± 30%. The distribution is ± 8%, which is a very good result.

【００３７】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。上記実施例によ
れば、放電用電極として用いるはしご型電極周辺部に電
力供給端子を合計４個以上、望ましくは８個以上設置す
ることにより、６０ＭＨｚ及び８０ＭＨｚを用いても、
従来の装置及び方法に比べ、著しく良好な膜厚分布を得
ることが可能になった。特に、高周波電源３６の周波数
が６０ＭＨｚの場合には、基板サイズ４０ｃｍ×５０ｃ
ｍにて、膜厚分布±１０％以内を実現できた。このこと
は、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆
動液晶ディスプレイ及びａ−Ｓｉ感光体等の製造分野で
の生産性向上及び低コスト化に係る工業的価値が著しく
大きいことを意味している。In the production 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. According to the above embodiment, a total of four or more, preferably eight or more power supply terminals are provided around the ladder-shaped electrode used as the discharge electrode, so that 60 MHz and 80 MHz are used.
As compared with the conventional apparatus and method, it is possible to obtain a significantly better film thickness distribution. In particular, when the frequency of the high frequency power supply 36 is 60 MHz, the substrate size is 40 cm × 50 c.
With m, a film thickness distribution within ± 10% was realized. This means that the industrial value related to improvement in productivity and cost reduction in the field of manufacturing a-Si solar cells, thin film transistor (TFT) driven liquid crystal displays, a-Si photoconductors, etc. is extremely large. .

【００３８】一方、従来のプラズマ蒸着装置では、３０
ＭＨｚ以上での高周波電源を用いると、膜厚分布が著し
く悪く、３０ｃｍ×３０ｃｍ乃至５０ｃｍ×５０ｃｍ程
度以上の大面積基板では実用化が困難であった。On the other hand, in a conventional plasma deposition apparatus, 30
When a high-frequency power supply of MHz or higher is used, the film thickness distribution is extremely poor, and it has been difficult to commercialize a large-area substrate of about 30 cm × 30 cm to 50 cm × 50 cm or more.

【００３９】次に、高周波電源の周波数をプラズマ密度
が一層高い１００ＭＨｚ以上の超高周波帯とした場合に
ついて、さらに、均一な膜が迅速に成膜できるはしご型
の放電電極について説明する。図３〜図９の放電電極の
ように電極の周辺部に給電点を設けた場合では、１００
ＭＨｚ以上での高周波電源を用いると、プラズマ密度は
良好なものの膜厚分布が悪くなるので、本発明では、放
電電極の周辺部の内側の中央部に給電点を設けて、これ
を解消することとした。これにより、３０ｃｍ×３０ｃ
ｍ乃至５０ｃｍ×５０ｃｍ程度以上の大面積基板でも良
好に成膜することができることとなる。Next, a description will be given of a ladder-type discharge electrode capable of rapidly forming a uniform film when the frequency of the high-frequency power supply is set to an ultra-high frequency band of 100 MHz or more where the plasma density is higher. In the case where the power supply point is provided in the peripheral portion of the electrode as in the discharge electrodes of FIGS.
When using a high-frequency power supply at MHz or higher, the plasma density is good, but the film thickness distribution deteriorates. Therefore, in the present invention, a power supply point is provided in the central portion inside the peripheral portion of the discharge electrode, and this is solved. And Thereby, 30cm x 30c
A film can be satisfactorily formed even on a large area substrate of about m to 50 cm × 50 cm or more.

【００４０】図２に示したプラズマＣＶＤ装置に用いる
放電用電極３２として、周辺部の内側に給電点を配した
はしご型の放電用電極の代表的なものを図１２及び図１
３に示すが、本発明は以下のものに何ら限定されるもの
ではない。図１２（Ａ）に示すはしご型の放電用電極
は、前述した図６に示す放電用電極３２Ｄの平面図であ
り、４つのコーナ部分に合計４個の電力供給端子３２
ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが配置された構成となって
いる。図１２（Ｂ）に示すはしご型の放電用電極１３２
Ａは、電極の周辺部の内側の中央部に合計４個の電力供
給端子１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄが矩形
状に配置された構成となっている。図１２（Ｃ）に示す
はしご型の放電用電極１３２Ｂは、電極の周辺部の内側
の中央部に合計４個の電力供給端子１３２ａ，１３２
ｂ，１３２ｃ，１３２ｄが配置され、さらに、端子１３
２ａと端子１３２ｃとの間に斜めに４個の端子１３２ｅ
〜１３２ｈが配置され、合計８個の電力供給端子を配し
た構成となっている。As a discharge electrode 32 used in the plasma CVD apparatus shown in FIG. 2, a typical ladder-type discharge electrode having a feeding point inside the peripheral portion is shown in FIGS.
3, the present invention is not limited to the following. The ladder-type discharge electrode shown in FIG. 12A is a plan view of the above-described discharge electrode 32D shown in FIG. 6, and four power supply terminals 32 are provided at four corners.
a, 32b, 32c, and 32d are arranged. A ladder-shaped discharge electrode 132 shown in FIG.
A has a configuration in which a total of four power supply terminals 132a, 132b, 132c, and 132d are arranged in a rectangular shape in the central portion inside the peripheral portion of the electrode. A ladder-shaped discharge electrode 132B shown in FIG. 12C has a total of four power supply terminals 132a and 132 at the center inside the periphery of the electrode.
b, 132c and 132d are arranged, and
Four terminals 132e obliquely between the terminal 2a and the terminal 132c.
~ 132h are arranged, and a total of eight power supply terminals are arranged.

【００４１】図１３（Ａ）に示すはしご型の放電用電極
１３２Ｃは、電極の周辺部の内側の中央部に斜めに合計
８個の電力供給端子１３２ａ〜１３２ｈが配置された構
成となっている。図１３（Ｂ）に示すはしご型の放電用
電極１３２Ｄは、電極の周辺部の内側の中央部に合計４
個の電力供給端子１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３
２ｄが矩形状に配置され、さらに、その内部に４個の端
子１３２ｅ〜１３２ｈが矩形状配置され、合計８個の電
力供給端子を配した構成となっている。図１３（Ｃ）に
示すはしご型の放電用電極１３２Ｅは、電極の周辺部の
内側の中央部に合計４個の電力供給端子１３２ａ，１３
２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄが矩形状に配置され、さら
に、端子１３２ａと端子１３２ｃとの間に斜めに６個の
端子１３２ｅ〜１３２ｊが配置され、合計１０個の電力
供給端子を配した構成となっている。なお、放電電極の
周辺部の内側に配置する端子の個数は少なくとも４個以
上とするのが好ましいが、あまり個数が多いと電力の分
割ロスがあり、好ましくなく、成膜する基板の大きさや
電極の線径及び間隔により適宜設定するようにすればよ
い。The ladder-shaped discharge electrode 132C shown in FIG. 13A has a configuration in which a total of eight power supply terminals 132a to 132h are arranged obliquely at the center inside the periphery of the electrode. . The ladder-shaped discharge electrode 132D shown in FIG. 13B has a total of 4 at the central portion inside the peripheral portion of the electrode.
Power supply terminals 132a, 132b, 132c, 13
2d is arranged in a rectangular shape, and further, four terminals 132e to 132h are arranged in a rectangular shape inside, and a total of eight power supply terminals are arranged. The ladder-shaped discharge electrode 132E shown in FIG. 13C has a total of four power supply terminals 132a, 132 at the center inside the periphery of the electrode.
2b, 132c, and 132d are arranged in a rectangular shape, and six terminals 132e to 132j are arranged obliquely between the terminal 132a and the terminal 132c, so that a total of ten power supply terminals are arranged. I have. It is preferable that the number of terminals disposed inside the peripheral portion of the discharge electrode is at least four or more. However, if the number is too large, there is a power division loss, which is not preferable. May be set as appropriate according to the wire diameter and interval.

【００４２】図１４に図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示した電
極を用いて、高周波電源の周波数を１２０ＭＨｚの超高
周波帯とした場合のプラズマ密度分布の相対値を図１５
〜図１７に示す。図１５は図１２（Ａ）の電極（四隅
（４点））であり、図１６は図１２（Ｂ）の電極（中央
（４点））であり、図１７は図１２（Ｃ）の電極（中央
（８点））のものであり、この結果をまとめ、プラズマ
密度の偏差値（平均値からのズレ）を求めた結果を図１
４示す。ここで、放電用電極３２を４０ｃｍ×４０ｃｍ
とし、基板（３０ｃｍ×３０ｃｍ）におけるプラズマ密
度分布の平均を求めた。FIG. 14 shows the relative values of the plasma density distribution when the frequency of the high-frequency power supply is set to a super-high frequency band of 120 MHz using the electrodes shown in FIGS. 12 (A) to 12 (C).
17 to FIG. 15 shows the electrode (four corners (four points)) in FIG. 12A, FIG. 16 shows the electrode (center (four points)) in FIG. 12B, and FIG. 17 shows the electrode in FIG. (Center (8 points)). The results are summarized, and the result of calculating the deviation value (deviation from the average value) of the plasma density is shown in FIG.
4 is shown. Here, the discharge electrode 32 is 40 cm × 40 cm.
The average of the plasma density distribution on the substrate (30 cm × 30 cm) was obtained.

【００４３】図１４の測定条件は、Ｈ₂ プラズマとし、
高周波電源の周波数を１２０ＭＨｚとし、面積３０ｃｍ
×３０ｃｍのガラス基板（商品名：コーニング＃７０５
９、コーニング社製造）にａ−Ｓｉ膜を成膜した結果を
示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ₄ ガス流量５０ｓｃ
ｃ／分、圧力５０ｍＴｏｒｒ、高周波電力１５０Ｗであ
った。図１４に示すように、図１２（Ｂ）及び図１２
（Ｃ）に示した構成の放電電極１３２Ａ及び１３２Ｂ
は、図１２（Ａ）に示した放電電極３２Ｄに比べて、周
波数を１２０ＭＨｚとした場合でも密度分布が極めて良
好であることが判明した。特に、８点とした図１２
（Ｃ）に示す放電電極１３２Ｂの密度分布が平坦性が良
好であった。この結果、放電電極の内側に少なくとも４
個以上の給電用の端子を配置することにより、高い超高
周波帯とした場合であっても均一な膜が迅速に成膜でき
ることが判明した。The measurement conditions in FIG. 14 are H ₂ plasma,
The frequency of the high frequency power supply is 120 MHz, and the area is 30 cm.
× 30 cm glass substrate (product name: Corning # 705)
9, manufactured by Corning Incorporated) shows the results of forming an a-Si film. Here, the film forming condition is a SiH ₄ gas flow rate of 50 sc.
c / min, pressure 50 mTorr, high frequency power 150 W. As shown in FIG. 14, FIG.
The discharge electrodes 132A and 132B having the configuration shown in FIG.
It was found that the density distribution was extremely good even when the frequency was set to 120 MHz, as compared with the discharge electrode 32D shown in FIG. In particular, FIG.
The density distribution of the discharge electrode 132B shown in (C) was good in flatness. As a result, at least 4
It has been found that by arranging more than one power supply terminal, a uniform film can be quickly formed even in a high ultrahigh frequency band.

【００４４】次に、高周波電源３６の周波数を１００Ｍ
Ｈｚ以上のプラズマ密度が高い超高周波帯とした場合に
ついて、さらに、均一な膜が迅速に成膜できるはしご型
の放電電極について説明する。図１２及び図１３の放電
電極では電極の周辺部に内側の中央部に給電点を設け
て、超高周波帯とした場合であっても良好な成膜ができ
ることを示したが、本発明では更に、放電電極の線径に
ついて細線化することによってもこれを解消することが
できたので、以下に説明する。Next, the frequency of the high frequency power supply 36 is set to 100 M
A description will be given of a ladder-type discharge electrode capable of rapidly forming a uniform film in the case of an ultrahigh frequency band having a high plasma density of not less than Hz. In the discharge electrodes of FIGS. 12 and 13, a feed point was provided in the center of the inner side of the periphery of the electrode, and it was shown that good film formation was possible even in the case of an ultra-high frequency band. This problem can be solved by reducing the wire diameter of the discharge electrode, which will be described below.

【００４５】図１８は図１２（Ｂ）の斜視図であるが、
本実施の形態ではその電極の断面形状を円形としその線
径を３ｍｍとしている。一般的な線径は前述した実施の
形態に示すように６ｍｍであるが、６ｍｍの場合では高
周波電源３６の周波数を８５ＭＨｚ以上とした場合に、
プラズマ密度分布が均一にならないという問題がある。FIG. 18 is a perspective view of FIG.
In the present embodiment, the electrode has a circular cross section and a wire diameter of 3 mm. The general wire diameter is 6 mm as described in the above-described embodiment, but in the case of 6 mm, when the frequency of the high-frequency power supply 36 is 85 MHz or more,
There is a problem that the plasma density distribution is not uniform.

【００４６】図１９ははしご型電極の線径（ｍｍ）とプ
ラズマ密度の偏差値との関係を示すものであり、電極の
線径を種々変化させ、高周波電源の周波数を１２０ＭＨ
ｚとした場合におけるプラズマ密度の偏差値である。こ
のため、図１９に示すように、その線径を0.５〜５ｍｍ
と細線化することにより、膜厚が均一で迅速な成膜を実
施することができることとした。FIG. 19 shows the relationship between the wire diameter (mm) of the ladder-type electrode and the deviation value of the plasma density. The wire diameter of the electrode is variously changed, and the frequency of the high frequency power supply is set to 120 MHz.
This is a deviation value of the plasma density when z is set. For this reason, as shown in FIG.
By thinning the film, a film having a uniform thickness can be formed quickly.

【００４７】図２０は、電極の断面形状が円形で線径が
３ｍｍの場合、電極の断面形状が円形で線径が６ｍｍの
場合、電極の断面形状が矩形で線径が３ｍｍの場合、電
極の断面形状が円形で線径が１２ｍｍの場合において、
それぞれ電極の中央に４点の端子を配した場合における
測定位置を変化させた密度分布の実測値を示す。図２０
の測定条件は、Ｈ₂ プラズマとし、高周波電源の周波数
を１２０ＭＨｚとし、面積３０ｃｍ×３０ｃｍのガラス
基板（商品名：コーニング＃７０５９、コーニング社製
造）にａ−Ｓｉ膜を成膜した結果を示す。ここで、成膜
条件は、ＳｉＨ₄ ガス流量５０ｓｃｃ／分、圧力５０ｍ
Ｔｏｒｒ、高周波電力１５０Ｗであった。なお、図中破
線方向において測定し、●は給電点を示す。FIG. 20 shows that the electrode has a circular cross section and a wire diameter of 3 mm, the electrode has a circular cross section and a wire diameter of 6 mm, and the electrode has a rectangular cross section and a wire diameter of 3 mm. When the cross-sectional shape is circular and the wire diameter is 12 mm,
The measured values of the density distribution at different measurement positions when four terminals are arranged at the center of each electrode are shown. FIG.
Are the results of forming an a-Si film on a glass substrate (trade name: Corning # 7059, manufactured by Corning Incorporated) having an area of 30 cm × 30 cm using H ₂ plasma at a frequency of a high frequency power supply of 120 MHz. Here, the film formation conditions are as follows: SiH ₄ gas flow rate 50 scc / min, pressure 50 m
Torr, high frequency power 150 W. In addition, it measured in the direction of a broken line in a figure, and ● shows a feeding point.

【００４８】この結果、線径が６ｍｍに比べて線径が５
ｍｍとした場合には、１０％の改善が認められた。な
お、線径は細いほど良好であることが判明したが、線径
が0.５ｍｍ未満の場合には、機械強度が弱体化すると共
に、さらなる分布の改善がみられなかった。As a result, the wire diameter was 5 mm compared to the wire diameter of 6 mm.
mm, a 10% improvement was observed. It was found that the finer the wire diameter, the better. However, when the wire diameter was less than 0.5 mm, the mechanical strength was weakened and no further improvement in the distribution was observed.

【００４９】よって、放電電極の線径は、機械強度及び
電力消費量とを勘案し、高周波電源の周波数を８５ＭＨ
ｚ以上の２００ＭＨｚにおいて、0.５ｍｍ〜５ｍｍとす
ることが好適である。この結果、放電電極の電極の線径
を0.５ｍｍ〜５ｍｍとすることにより、８５ＭＨｚ以上
の２００ＭＨｚの超高周波帯とした場合であっても、３
０ｃｍ×３０ｃｍ乃至６０ｃｍ×６０ｃｍ程度以上の大
面積基板でも良好にしかも迅速に成膜することができる
こととなった。Therefore, the wire diameter of the discharge electrode is set to 85 MHz in consideration of mechanical strength and power consumption.
At 200 MHz of z or more, it is preferable that the width be 0.5 mm to 5 mm. As a result, by setting the wire diameter of the discharge electrode to 0.5 mm to 5 mm, even when the ultra-high frequency band of 85 MHz or more and 200 MHz is used, 3
It has become possible to form a film satisfactorily and quickly even on a large area substrate of about 0 cm × 30 cm to about 60 cm × 60 cm or more.

【００５０】[0050]

【００５１】[0051]

【発明の効果】 以上詳述したように［請求項１］の発明
によれば、 はしご型電極と同軸ケーブルとを結線する位
置である給電点をはしご型電極の周辺部に位置し、かつ
その個数を少なくとも４個以上とすることにより、従来
と比べ良好な膜厚分布が得られるプラズマＣＶＤ装置を
提供できる。 As described in detail above, the invention of [Claim 1]
According to the present invention, the feeding point, which is the position connecting the ladder-type electrode and the coaxial cable, is located at the periphery of the ladder-type electrode, and the number thereof is at least four or more, so that a better film thickness than the conventional one can be obtained. A plasma CVD apparatus capable of obtaining a distribution can be provided.

【００５２】［請求項２］及び［請求項３］の発明によ
れば、前記はしご型電極と同軸ケーブルとを結線する位
置である給電点は、前記はしご型電極の周辺部の内側に
位置し、かつその個数は少なくとも４個とすることによ
り、超高周波とした場合においても良好な成膜が迅速に
得られる。According to the second and third aspects of the present invention, the feeding point, which is a position for connecting the ladder-type electrode and the coaxial cable, is located inside the peripheral portion of the ladder-type electrode. By setting the number to at least four, a good film can be quickly obtained even at an ultra-high frequency.

【００５３】［請求項４］の発明によれば、前記はしご
型電極にグロー放電発生用電力を供給する電源の周波数
を８５ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚとし、かつ線径が0.５〜
５ｍｍのはしご型電極を用いるようにしたので、さら
に、超高周波とした場合においても、均一で良好な成膜
が迅速に得られる。According to the invention of claim 4 , the frequency of the power supply for supplying the power for generating the glow discharge to the ladder electrode is 85 MHz to 200 MHz, and the wire diameter is 0.5 to 200 MHz.
Since a 5 mm ladder-type electrode is used, a uniform and good film can be obtained quickly even at an ultra-high frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施例１に係るプラズマＣＶＤ装置の
全体図である。FIG. 1 is an overall view of a plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図２】図１の装置の一構成を示す放電用電極に高周波
電力を供給するための電気配線を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing electric wiring for supplying high-frequency power to a discharge electrode showing one configuration of the apparatus of FIG. 1;

【図３】本発明に係る放電用電極で、上辺，下辺に１個
づつ電力供給端子が設けられた場合の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view in the case where a power supply terminal is provided on each of the upper side and the lower side in the discharge electrode according to the present invention.

【図４】本発明に係る放電用電極で、上辺，下辺にそれ
ぞれ２個づつ電力供給端子が設けられた場合の説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram in a case where two power supply terminals are provided on each of an upper side and a lower side in the discharge electrode according to the present invention.

【図５】本発明に係る放電用電極で、上辺，下辺にそれ
ぞれ２個づつ、合計４個電力供給端子が設けられた場合
の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram in a case where a total of four power supply terminals are provided, two on each of an upper side and a lower side, in the discharge electrode according to the present invention.

【図６】本発明に係る放電用電極で、コーナ部分に１個
づつ、合計４個電力供給端子が設けられた場合の説明図
である。FIG. 6 is an explanatory diagram in the case where a total of four power supply terminals are provided, one for each corner, in the discharge electrode according to the present invention.

【図７】本発明に係る放電用電極で、コーナ部分及び上
辺，下辺，左辺，右辺にそれぞれ１個づつ、合計８個電
力供給端子が設けられた場合の説明図である。FIG. 7 is an explanatory view of a case where a total of eight power supply terminals are provided in the discharge electrode according to the present invention, one for each of the corner portion and the upper, lower, left, and right sides.

【図８】本発明に係る放電用電極で、コーナ部分４個を
含み、左辺，右辺にそれぞれ４個づつ、合計８個電力供
給端子が設けられた場合の説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing a case where the discharge electrode according to the present invention includes four corner portions, and four power supply terminals are provided on the left and right sides, respectively, for a total of eight power supply terminals.

【図９】本発明に係る放電用電極で、コーナ部分４個を
含み、上辺，下辺にそれぞれ４個づつ、合計８個電力供
給端子が設けられた場合の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a discharge electrode according to the present invention in which four power supply terminals are provided, including four corner portions, four on each of the upper side and the lower side.

【図１０】周波数６０ＭＨｚ，電力５００Ｗの条件下で
の本発明装置を用いた場合の給電点と膜厚分布との関係
を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a feeding point and a film thickness distribution when the device of the present invention is used under the conditions of a frequency of 60 MHz and a power of 500 W.

【図１１】周波数８０ＭＨｚ，電力５００Ｗの条件下で
の本発明装置を用いた場合の給電点と膜厚分布との関係
を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a relationship between a feeding point and a film thickness distribution when the device of the present invention is used under the conditions of a frequency of 80 MHz and a power of 500 W.

【図１２】本発明に係る放電用電極で、四隅に４個の電
力供給端子が設けられた場合（Ａ）、中央に４個の電力
供給端子が設けられた場合（Ｂ）、中央に８個の電力供
給端子が設けられた場合（Ｃ）の説明図である。FIG. 12 shows a discharge electrode according to the present invention, in which four power supply terminals are provided at four corners (A), four power supply terminals are provided at the center (B), and eight at the center. It is explanatory drawing in case (C) when the electric power supply terminal is provided.

【図１３】本発明に係る放電用電極で、中央に斜めに８
個の電力供給端子が設けられた場合（Ａ）、中央に８個
の電力供給端子が設けられた場合（Ｂ）、中央に１０個
の電力供給端子が設けられた場合（Ｃ）の説明図であ
る。FIG. 13 shows a discharge electrode according to the present invention.
Explanatory drawing of a case where eight power supply terminals are provided (A), eight power supply terminals are provided at the center (B), and ten power supply terminals are provided at the center (C) It is.

【図１４】周波数１２０ＭＨｚの条件下での本発明装置
を用いた場合の給電位置とプラズマ密度分布との関係を
示す特性図である。FIG. 14 is a characteristic diagram showing a relationship between a power supply position and a plasma density distribution when the apparatus of the present invention is used under a condition of a frequency of 120 MHz.

【図１５】周波数１２０ＭＨｚの条件下での図１２
（Ａ）の電極を用いたプラズマ密度分布の図である。FIG. 15 shows a condition under a frequency of 120 MHz.
It is a figure of the plasma density distribution using the electrode of (A).

【図１６】周波数１２０ＭＨｚの条件下での図１２
（Ｂ）の電極を用いたプラズマ密度分布の図である。FIG. 16 shows a condition under a frequency of 120 MHz.
It is a figure of the plasma density distribution using the electrode of (B).

【図１７】周波数１２０ＭＨｚの条件下での図１２
（Ｃ）の電極を用いたプラズマ密度分布図である。FIG. 17 shows a condition under a frequency of 120 MHz.
It is a plasma density distribution figure using the electrode of (C).

【図１８】図１２（Ｂ）の電極（線径：３ｍｍ）の斜視
図である。FIG. 18 is a perspective view of the electrode (wire diameter: 3 mm) of FIG.

【図１９】周波数１２０ＭＨｚの条件下での本発明装置
を用いた場合の線径とプラズマ密度分布との関係を示す
特性図である。FIG. 19 is a characteristic diagram showing a relationship between a wire diameter and a plasma density distribution when the apparatus of the present invention is used under a condition of a frequency of 120 MHz.

【図２０】周波数１２０ＭＨｚの条件下での図１２
（Ｂ）の電極を用いた線径変化によるプラズマ密度分布
の実測図である。FIG. 20 shows a condition under a condition of a frequency of 120 MHz.
FIG. 9B is an actual measurement diagram of a plasma density distribution due to a change in wire diameter using the electrode of FIG.

【図２１】ラダーインダクタンス電極を用いた従来のプ
ラズマＣＶＤ装置の全体図である。FIG. 21 is an overall view of a conventional plasma CVD apparatus using a ladder inductance electrode.

【図２２】図２２の装置の一構成要素である放電用電極
に高周波電力を供給する電気配線の説明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram of electric wiring for supplying high-frequency power to a discharge electrode, which is one component of the device of FIG. 22.

【図２３】平行平板電極を用いた従来のプラズマＣＶＤ
装置の全体図である。FIG. 23 shows a conventional plasma CVD using parallel plate electrodes.
1 is an overall view of an apparatus.

【図２４】従来装置におけるプラズマ電源周波数の膜厚
分布との関係を示す特性図である。FIG. 24 is a characteristic diagram showing a relationship between a plasma power supply frequency and a film thickness distribution in a conventional apparatus.

【図２５】図２１の従来装置におけるインピーダンスの
不均一性を説明するための図である。FIG. 25 is a diagram for explaining non-uniformity of impedance in the conventional device of FIG. 21;

【図２６】図２３の従来装置における電極周辺部と中央
部分の電気特性の相違を説明するための図である。26 is a diagram for explaining a difference in electric characteristics between a peripheral portion and a central portion of an electrode in the conventional device of FIG. 23;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

３１ 反応容器 ３２ 放電用電極 ３２Ａ〜３２Ｇ 放電用電極 ３３ 基板 ３４ 基板放熱用ヒータ ３５ インピーダンス整合器 ３６ 高周波電源 ３７ 反応ガス導入管 ３８ 排気管 ３９ 真空ポンプ ４０ アースシールド ４１〜４８ 電力供給端子 ４９〜５２ 電力導入端子 ５３〜６０ 真空用同軸ケーブル ６１〜６８ 同軸ケーブル １３２Ａ〜１３２Ｅ 放電用電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 Reaction container 32 Discharge electrode 32A-32G Discharge electrode 33 Substrate 34 Substrate heat dissipation heater 35 Impedance matching device 36 High frequency power supply 37 Reaction gas introduction pipe 38 Exhaust pipe 39 Vacuum pump 40 Earth shield 41-48 Power supply terminal 49-52 Power introduction terminal 53-60 Coaxial cable for vacuum 61-68 Coaxial cable 132A-132E Electrode for discharge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 縄田 芳一 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 小川 和彦 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (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 吉田 博久 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 (56)参考文献 特開 平８−253864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−130277（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−263356（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−77144（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/50 H01L 21/31 H05H 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshikazu Nawata 1-1, Akunoura-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Shipyard (72) Inventor Kazuhiko Ogawa 1-1-1, Akunoura-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Nagasaki Shipyard (72) Inventor Hiroshi Majima 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki, Nagasaki Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Nagasaki Research Institute (72) Inventor Hirohisa Yoshida 5-717, Fukahori-cho, Nagasaki, Nagasaki Prefecture No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Laboratory (56) References JP-A-8-253864 (JP, A) JP-A-62-130277 (JP, A) JP-A-7-263356 (JP, A) JP Hei 6-77144 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) H01L 21/205 C23C 16/50 H01L 21/31 H05H 1/46

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 反応容器と、この反応容器に反応ガスを
導入し、排出する手段と、前記反応容器内から収容され
た放電用のはしご型電極すなわちラダーアンテナ型電極
あるいははしご状平面形コイル電極と、このはしご型電
極にグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、前
記反応容器内に設置された基板表面に非晶質薄膜あるい
は微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶を形成するプラズマＣ
ＶＤ装置において、前記はしご型電極と同軸ケーブルとを結線する位置であ
る給電点は、前記はしご型電極の周辺部に位置し、かつ
その個数は少なくとも４個であることを特徴とするプラ
ズマＣＶＤ装置。 1. A reaction vessel, means for introducing and discharging a reaction gas into and from the reaction vessel, and a ladder-type electrode for discharge, that is, a ladder antenna-type electrode or a ladder-like planar coil electrode housed from inside the reaction vessel. And a power source for supplying power for generating glow discharge to the ladder-type electrode, and a plasma C for forming an amorphous thin film, a microcrystalline thin film, or a thin film polycrystal on the surface of a substrate provided in the reaction vessel.
In the VD device, a position where the ladder-type electrode and the coaxial cable are connected.
Power supply point is located around the ladder-type electrode, and
The number is at least four.
Zuma CVD equipment. 【請求項２】 反応容器と、この反応容器に反応ガスを
導入し、排出する手段と、前記反応容器内から収容され
た放電用のはしご型電極すなわちラダーアンテナ型電極
あるいははしご状平面形コイル電極と、このはしご型電
極にグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、前
記反応容器内に設置された基板表面に非晶質薄膜あるい
は微結晶薄膜あるいは薄膜多結晶を形成するプラズマＣ
ＶＤ装置において、 前記はしご型電極と同軸ケーブルとを結線する位置であ
る給電点は、前記はしご型電極の周辺部の内側に位置
し、かつその個数は少なくとも４個であることを特徴と
するプラズマＣＶＤ装置。 2. A reaction vessel, and a reaction gas is supplied to the reaction vessel.
Means for introducing and discharging, housed from within the reaction vessel
Ladder type electrode for discharge, that is, ladder antenna type electrode
Alternatively, a ladder-shaped flat coil electrode and this ladder-shaped electrode
And a power supply for supplying power for generating glow discharge to the poles.
Amorphous thin film or substrate on the surface of the substrate installed in the reaction vessel
Is a plasma C forming a microcrystalline thin film or a thin film polycrystal.
In the VD device, a position where the ladder-type electrode and the coaxial cable are connected.
Feed point is located inside the periphery of the ladder electrode.
And the number is at least four.
Plasma CVD apparatus. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記はしご型電極にグロー放電発生用電力を供給する電
源の周波数を３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚとしたことを
特徴とするプラズマＣＶＤ装置。3. The method of claim 1 or 2, a plasma CVD apparatus, wherein a frequency of the power supply for supplying power for glow discharge generation in the ladder-type electrode was set to 30MHz to 200 MHz. 【請求項４】 請求項３において、 前記はしご型電極にグロー放電発生用電力を供給する電
源の周波数を８５ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚとし、かつ線
径が0.５〜５ｍｍのはしご型電極を用いるようにしたこ
とを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。4. The ladder-shaped electrode according to claim 3 , wherein a frequency of a power supply for supplying power for generating glow discharge to the ladder-shaped electrode is 85 MHz to 200 MHz, and a wire diameter is 0.5 to 5 mm. A plasma CVD apparatus characterized by the above-mentioned.