DE3508466C2

DE3508466C2 - Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung

Info

Publication number: DE3508466C2
Application number: DE3508466A
Authority: DE
Inventors: Shaw Nara Ehara; Takashi Tenri Nara Hayakawa; Yoshimi Nara Kojima; Toshiro Matsuyama; Shiro Kashihara Nara Narikawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1985-03-09
Publication date: 1986-09-25
Also published as: JPS60191269A; DE3508466A1; GB2157324B; GB2157324A; GB8506478D0; US4615299A

Abstract

Ein Plasma-Aufdampfgerät (CVD) mit Kapazitätskopplung zur Durchführung einer Dampfdeposition auf einer Trommel (1) besteht aus einem luftdichten Kammergehäuse (13) aus elektrisch leitendem Material, einer in dem Kammergehäuse (13) angeordneten Aufnahmeeinrichtung (25) für die Trommel, wobei die Aufnahmeeinrichtung in bezug auf das Kammergehäuse (13) elektrisch isoliert ist, sowie aus einer Hochfrequenz-Stromquelle (16) zur Versorgung der Trommel (1) mit Hochfrequenzstrom. Das Kammergehäuse (13) ist geerdet, so daß das Plasma zwischen der Trommel und der Innenwand des Kammergehäuses (13) erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung für Fotorezeptortrommeln zum Einsatz in Fotokopiergeräten gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Das Erzeugen einer fotoempfindlichen Schicht aus amorphem Silizium auf einer Platte oder Trommel wird üblicherweise durch Verwendung von Monosilangas (SiH₄) oder Disilangas (Si₂H₆) über eine plasma-CVD-Methode (chemical vapor deposition) durchgeführt. Zur Erzeugung des Plasmas wird bei der Plasma-CVD-Methode eine Hochfrequenz-Stromversorgung benötigt. Eine derartige Versorgung erfolgt über Kapazitätsoder Induktivitätskopplung. Aus dem Gesichtspunkt der Massenerzeugung des Fotorezeptorteils wird die Anwendung der Kapazitätskopplung eher als geeignet angesehen als die Induktivitätskopplung.

Eine bekannte Hochirequenzplasma-CVD-Vorrichtung (US-PS 44 18 645) dient zum Ablagern von filmartigen Schichten, insbesondere auf zylindrisch gestalteten Fotorezeptortrommeln. Eine derartige Vorrichtung weist ein luftdichtes Kammergehäuse auf, das geerdet ist. Innerhalb des Kammergehäuses befindet sich eine Trommelhalterung sowie eine erste mit dem Kammergehäuse verbundene und somit auch geerdete Elektrode und eine zweite aus zylindrisch mit gleichem Abstand voneinander angeordneten Stäben bestehende zweite Elektrode. Die zweite Elektrode ist mit einer rohrförmigen Antriebswelle verbunden, die im Gehäuse isoliert gelagert ist und sich durch das Kammergehäuse nach außen erstreckt, wo sie mit einem Antriebsmotor verbunden ist Die Antriebswelle weist einen Drehübertrager auf, der einen Hochfrequenzstrom von einer Hochfrequenzstromquelle 80 auf die Antriebswelle überträgt. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß innerhalb des Kammergehäuses zwei voneinander isolierte Elektroden angeordnet sind und das Kammervolumen dadurch vergrößert wird. Dies führt einerseits zu einem in Anbetracht der Massenherstellung von Fotorezeptortrommeln erheblichen Mehrverbrauch an Reaktionsgas und andererseits zu einer unerwünscht voluminösen Vorrichtung.

Ein Plasma-CVD-Gerät mit Kapazitätskopplung gemäß einer Broschüre, die bei einem Vortrag verteilt worden ist der im Rahmen der japanischen Elektrofotografie-Gesellschaft in Osaka am 24. November 1983 gehalten wurde, ist in F i g. 1 und 2 dargestellt und dient dazu, eine fotoempfindliche Schicht auf einer Oberfläche einer Trommel 1 aufzubringen. Das dargestellte Gerät weist eine zylindrische Kammer 3 aus Metall und eine in dem Kammergehäuse 3 vorgesehene zylindrisehe Elektrode 2 auf. Geeignete Leitungen P\ und P2 sind mit dem Kammergehäuse verbunden, um so das Kammergehäuse zu evakuieren bzw. auch mit einer geeigneten .Menge von Monosilan- oder Disilangas zu versorgen.

Die Elektrode 2 ist mit einer Hochfrequenz-Stromversorgung 6 über eine geeignete Anpassungeinheit 5 des Kapazitätstyps verbunden. Eine Anpassungseinheit ist beispielsweise in dem Aufsatz: »Experimental and design information for calculating impedance matching networks for use in RF sputtering and plasma chemistry«, in »Vacuum«, Band 29, Nr. 10, veröffentlicht.

Wenn der Hochfrequenzstrom zugeführt wird, erstreckt sich das Plasma nicht nur zwischen der Elektrode 2 und der Trommel 1, sondern auch zwischen der Elektrode 2 und der inneren Wand des Kammergehäuses 3.

Eine Verbesserung des Plasma-CVD-Gerätes gemäß der erwähnten Broschüre ist in F i g. 3 dargestellt, in der eine zylindrische Abschirmung 4 um die Elektrode herum mit einem Abstand von einigen Millimetern zwischen der Elektrode 2 und der Abschirmung 4 angeordnet ist. Das elektrische Potential der Abschirmung 4 ist auf das gleiche Potential wie das des Kammergehäuses 3 gesetzt und deshalb wird kein Plasma zwischen der Elektrode 2 und der inneren Wand des Kammergehäuses 3 erzeugt. Bei dem Plasma-CVD-Gerät wird das Kammergehäuse evakuiert und eine bestimmte Reaktionsgasmenge in das Kammergehäuse eingelassen. Daher ist das Volumen des Kammergehäuses ein sehr wichtiger Faktor zur Bestimmung der notwendigen Gasmenge für den Reaktionsprozeß. In jedem der zuvor beschriebenen Geräte ist jedoch die Elektrode 2 unabhängig in dem Kammergehäuse 3 angeordnet und daher ist das Kammervolumen viel größer als es notwendig wäre, um Plasma zu erzeugen. Auf diese Weise wird mehr Reaktionsgas als notwendig in das Kammergehäuse eingefüllt.

Um die zuvor beschriebenen Nachteile zu vermeiden, wurde versucht, die Elektrode 2 und die Abschirmung 4 zu entfernen und anstelle dessen eine Elektrode an der Innenwand des Kammergehäuses 3 vorzusehen; somit wird das Kammergehäuse selbst mit dem Hochfrequenzstrom versorgt. Dies wirft jedoch ein weiteres zu

lösendes Problem auf, nämlich, daß das Kammergehäuse 3 elektrisch isoliert werden muß. Letztlich ist es notwendig, das Kammergehäuse 3 elektrisch zu isolieren und außerdem geeignete Isoliermittel in jeder Leitung PX und P2 vorzusehen, um so die vollständige Isolierung der mit Hochfrequenzstrom versorgten Kammer zu bewerkstelligen. Darüber hinaus is! es aus Sicherheitsgründen notwendig, eine geeignete Isolierung vorzusehen, um so zu verhindern, daß irgendeine Person mit dem Kammergehäuse in Berührung kommt, während sie in Betrieb ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung zu schaffen, die eine Beschichtung von Fotorezeptortrommeln mit einem geringen Reaktionsgasverbrauch und mit geringem Platzbedarf ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die erste Elektrode von dem Kammergehäuse und die zweite tlektrode von der Fotorezeptortrommel gebildet ist.

Die erfindungsgemäße Hochfrequenzptasma-CVD-Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, die Größe des Kammergehäuses zu reduzieren, indem eine Elektrode im Inneren des Kammergehäuses eingespart wird, wobei das Kammergehäuse die geerdete erste Elektrode und die zu beschichtende Fotorezeptortrommel die zweite mit dem Hochfrequenzstrom beaufschlagte Elektrode bildet. Das Plasma bildet sich aufgrund des elektrischen Hochfrequenzfeldes direkt zwischen der Fotorezeptortrommel und dem Kammergehäuse. Durch den Wegfall einer Elektrode kann die Vorrichtung baulich kompakter ausgeführt werden, so daß das Kammervolumen und damit der Reaktionsgasverbrauch verringert ist

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Plasma-CVD-Gerät nach dem Stand der Technik,

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt gemäß F i g. 2 eines anderen Ausführungsbeispiels aus dem Stand der Technik,

Fig.4 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Plasma-CVD-Gerätes,

F i g. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in F i g. 4,

F i g. 6 eine graphische Darstellung des Verlaufs des elektrischen Potentials zwischen der Tromme' und dem Kammergehäuse und

F i g. 7 das Schaltbild einer Anpassungseinheit.

Bezugnehmend auf die F i g. 4 und 5 weist ein Plasma-CVD-Gerät des Kapazitätskopplungstyps eine zylindrische Kammer 13 aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Metall, auf. Das KammergehäuLe 13 ist mit der Erdung verbunden. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, ist das obere Ende des Kammergehäuses 13 luftdicht mit einem oberen Deckel 14 abgedichtet, der abnehmbar ist, um eine Trommel 1 in das Kammergehäuse einzuführen oder aus dem Kammergehäuse 13 herauszunehmen. Eine Leitung P2 geht von dem Deckel 14 aus und dient zur Zufuhr eines Reaktionsgases in das Kammergehäuse 13. Das untere Ende des Kammergehäuses 13 ist mit einer Bodenwand versehen, die eine Leitung P\ zum Evakuieren des Kammergehäuses und eine zentrale öffnung zum Einsetzen eines Lagers 20 und eines elektrischen Isolierteils um das Lager 20 herum aufweist. Auf diese Weise ist das Lager 20 elektrisch von dem Kammergehäuse 13 isoliert. Eine Welle aus elektrisch leitendem Material dreht sich in dem Lager 20.

Das Lager 20 und die mit ihm verbundenen Teile sind luftdicht abgedichtet, um das Evakuieren des Kammergehäuses 13 zu ermöglichen.

Das obere Ende der Welle 25 erstreckt sich in das Innere des Kammergehäuses 13, um so die Trommel 1 starr abzustützen, und das untere Ende der Welle 25 erstreckt sich aus dem Kammergehäuse 13 nach außen und ist mit einer Kupplung 23 verbunden, die wiederum über eine Welle 24 und Zahnrädern 18a und 18£> mit einem Motor 17 verbunden ist. Die Kupplung 23 dient dazu, die Wellen 25 und 24 elektrisch zu isolieren.

Auf dem mittleren Teil der Welle 25 ist ein Kollektorring bzw. Schleifring 22 zur elektrischen Verbindung der Welle 25 mit einer Anpassungseinheit 15. Die Anpassungseinheit 15 weist einen mit einer Hochfrequenz-Leistungsquelle 16 verbundenen Eingang 15a und einen mit dem Schleifring 22 verbundenen Ausgang 15f> auf.

Zwischen dem Eingang 15a und dem Ausgang 156 ist eine Serienschaltung aus einem Kondensator CX und einer Spule L 1 geschaltet und der Eingang 15a ist mit der Erdung über den Kondensator C 2 verbunden, wodurch ein Oszillator-Schwingkreis gebildet ist. Entsprechend ist die Trommel 1 mit der Hochf^equenz-Leistungsquelle 16 durch die Kapazitätskopplung derart verbunden, daß die Impedanz der Hochfrequenz-Leistungsquelle der Impedanz der zwischen der Trommel 1 und dem Kammergehäuse 13 definierten Plasma-Entladungsschaltung entspricht. Der Kondensator Cl ist auch zum Abgleich der Resonanzfrequenz vorgesehen.

Im Betrieb wird das Kammergehäuse 13 über die Leitung Fl evakuiert und über die Leitung P 2 mit dem Reaktionsgas gefüllt. Dann wird ein Hochfrequenzstrom über die Anpassungseinheit 15 dem Schleifring 22 und die Welle 25 aus der Stromquelle 16 der Trommel 1 zugeführt. Auf diese Weise ist das elektrische Potential der Trommel 1 im Vergleich mit dem Erdpotential an dem Kammergehäuse sehr hoch. Zwischen der Trommel 1 und dem Kammergehäuse 13 wird daher ein elektrisches Hochfrequenzfeld erzeugt, was zu einer Ionisation des Reaktionsgases und der Erzeugung von Plasmazur Durchführung der plasmachemischen Abscheidung führt.

Bei dem beschriebenen Plasma-CVD-Gerät kann, da die zylindrische Elektrode eliminiert ist, die Größe des Kammergehäuses reduziert werden. Darüber hinaus ist es wegen der oben beschriebenen Anordnung, bei der das Kammergehäuse geerdet ist, nicht notwendig, das Kammergehäuse 13 elektrisch zu isolieren. Daher entstehen nicht die in Verbindung mit der Isolation des Kammergehäuses auftretenden Probleme.

In F i g. 6 ist der Verlauf des elektrischen Feldes zwischen der Trommel 1 und dem Kammergehäuse 13 dargestellt. Da die Trommel 1 über den Kondensator C1 mit der Hochfrequenz-Stromquelle verbunden ist, ist die Trommel 1 hinsichtlich des Gleichstroms elektrisch isoliert. Wenn das Plasma erzeugt wird, werden Elektronen und positive Ionen im Raum zwischen der Trommel 1 und dem Kammergehäuse 13 wechselweise aufeinanderfolgend zur Trommel 1 nach jeder halben Periode des Hochfrequenzstromes gebildet. Da jedoch die Masse eines positiven Ions viel größer als die eines Elektrons ist, ist die Beweglichkeit des positiven Ions viel kleiner als die des Elektrons. Daher verharren die positiven Ionen im Raum zwischen der Trommel 1 und dem Kammergehäuse 13 und die Elektronen sammeln sich in der Trommel 1 und im Kondensator Cl. Wenn daher

der Fluß positiver Ionen und Elektronen in die Trommel 1 und den Kondensator Ci hinsichtlich ihrer Anzahl ausgeglichen ist, kann der Verlauf des elektrischen Potentials zwischen der Trommel 1 und dem Kammergehäuse 13 durch die in F i g. 6 gezeigte Kurve Cangegeben werden, worin eine gestrichelte Linie D das Null-Niveau darstellt. Da der Gradient des elektrischen Potentials in der Nähe der Trommeloberfläche sehr steil ist, zieht die Trommel 1 die positiven Ionen mit großer Kraft an. Die positiven Ionen treffen daher unter den Bedingungen zur Bildung der amorphen Siliziumschicht mit hoher Auftreffenergie auf die Trommeloberfläche auf und schädigen die amorphe Siliziumschicht.

Um dies zu verbessern, ist, wie in F i g. 7 gezeigt, eine Spule L 2 zwischen dem Ausgang 156 der Anpassungseinheit 15 und der Erde geschaltet- Wenn dies geschehen ist, können die in der Trommel 1 und dem Kondensator C1 angehäuften Elektronen über die Spule L 2 zur Erde abgeführt werden. Entsprechend kann der Gradient des elektrischen Potentials in der Nähe der Trommeloberfläche gegenüber dem vorherigen verringert werden, wodurch verhindert wird, daß die positiven Ionen mit einer hohen Auftreffenergie auf die Trommeloberfläche aufschlagen. Auf diese Weise kann auf der Trommeloberfläche eine sehr glatte amorphe Siliziumschicht erzeugt werden. Die Induktanz der Spule L 2 sollte sehr hoch gewählt werden, um den Anpassungszustand der Anpassungseinheit 15 nicht zu beeinflussen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung zum Beschichten von Fotorezeptortrommeln, mit einem luftdichten geerdeten Kammergehäuse, einer im Inneren des Kammergehäuses befindlichen drehbaren Trommel, deren Antriebswelle in dem Kammergehäuse isoliert gelagert und außerhalb des Kammergehäuses mit einem Motor verbunden ist, einer Hochfrequenz-Stromquelle, die über einen Schleifring einen Hochfrequenz-Strom auf die Antriebswelle überträgt, und einer ersten im Inneren des Kammergehäuses angeordneten geerdeten Elektrode sowie einer zweiten Elektrode, die elektrisch mit der Antriebswelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flektrode von dem Kammergehäuse (13) unH die zweite Elektrode von der Fotorezeptortrommel (1) gebildet ist

2. Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochfrequenz-Stromquelle (16) und dem Schleifring (22) eine einen Oszillatorschwingkreis enthaltene Anpassungseinheit (15) geschaltet ist

3. Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (25) und der Erdung ein induktives Element (Z. 2) geschaltet ist.

4. Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des induktiven Elementes (L 2) so hoch ist, daß der Anpassungszustand der Anpassungseinheit (15) nicht beeinflußt ist.

5. Hochfrequenzplasma-CVD-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (17) über ein elektrisch isolierendes Element (23) mit der Antriebswelle (25) verbunden ist.