JP2000235953A

JP2000235953A - プラズマ処理による堆積膜形成装置

Info

Publication number: JP2000235953A
Application number: JP11036277A
Authority: JP
Inventors: Koji Teranishi; 康治寺西; Satoshi Takagi; 智高木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、複数の大面積の基体上に安定的に堆
積膜を形成でき、放電が安定し、膜厚が極めて均一で且
つ高品質な堆積膜を高速度で安定に形成し、効率よく半
導体デバイスを形成することができるプラズマ処理によ
る堆積膜形成装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明は、減圧可能な反応容器内に高周波
電力によりプラズマを生成するための棒状若しくは板状
の導電性のプラズマ発生用の高周波電極を有し、前記高
周波電極に３０ＭＨｚ以上６００ＭＨｚ以下の高周波電
力を印加してプラズマを生起させ、そのプラズマ処理に
より被成膜処理基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装
置において、上記高周波電極が複数本の高周波電極から
なり、これらの電極に同一電源より電力を分割して供給
する構成を備え、該高周波電力の分割点と前記複数本の
高周波電極間のそれぞれに高圧コンデンサが設置されて
いることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理によ
る堆積膜形成装置に係り、特に半導体デバイスとしての
電子写真用感光体デバイス、画像入力用ラインセンサ
ー、撮像デバイス、光起力デバイス等に有用な結晶質ま
たは非単結晶質の機能性堆積膜を好適に形成し得るプラ
ズマＣＶＤ装置、或いは半導体デバイスや光学素子とし
ての絶縁膜、金属配線等を好適に形成し得るスパッタ装
置、或いは半導体デバイス等のエッチング装置等のプラ
ズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体等で使用されているプラズマ処理
にはそれぞれの用途に応じて様々な方法がある。例え
ば、プラズマＣＶＤ法を用いた酸化膜、窒化膜及びアモ
ルファスシリコン系の半導体膜等の成膜、スパッタリン
グ法を用いた金属配線膜等の成膜、またはエッチングに
よる微細加工技術等、様々にプラズマの特徴を活用した
装置、方法が使用されている。更に、近年、膜質及び処
理能力向上に対する要望も強くなっており様々な工夫も
検討されている。特に高周波電力を用いたプラズマプロ
セスは、放電の安定性や酸化膜や窒化膜の絶縁性の材料
にも適用できる等の利点から幅広く使用されている。

【０００３】従来、プラズマＣＶＤ等のプラズマプロセ
スに用いられる放電用高周波電源の発振周波数は１３．
５６ＭＨｚが一般的である。堆積膜形成に一般的に用い
られているプラズマＣＶＤ装置の一例を図８に示す。

【０００４】図８は、従来のプラズマ発生用高周波電極
及び該高周波電極を用いたプラズマＣＶＤ法の一例で、
この平行平板型の装置を用いた方法について図８を参照
しながら説明する。反応容器１００に絶縁性の高周波電
極支持台１１４を介して高周波電極１０２が配置されて
いる。高周波電極１０２は、対向電極と平行に配された
平板であり、この電極間の静電容量で決まる電界により
プラズマを発生させる。プラズマが発生すると、実質的
に導電体であるプラズマと、プラズマと両電極や反応容
器壁との間の等価的に主にコンデンサとして働くシース
が電極間に発生してプラズマ発生前とは大きくインピー
ダンスが異なる場合が多い。高周波電極１０２の回りに
は、高周波電極１０２の側部と反応容器１００との間で
放電が発生しないようにアースシールド１０１が配置さ
れている。高周波電極１０２には整合回路１０４と高周
波電力供給線を介して高周波電源１０５が接続されてい
る。高周波電極１０２と平行に配された基体ホルダー１
１２の対向電極側にはプラズマＣＶＤを行うための平板
状の被成膜基体１０３が配置され、被処理基体１０３
は、ヒーター１１１である基体温度制御手段により所望
する温度に保たれる。この装置を使用した場合のプラズ
マＣＶＤは以下のように行われる。反応容器１００を真
空排気手段１０６によって高真空まで排気した後、ガス
供給手段１０７によって反応ガスを反応容器内に導入
し、所定の圧力に維持する。高周波電源１０５より高周
波電力を高周波電極１０２に供給して高周波電極１０２
と対向電極との間にプラズマを発生させる。この方法に
より、反応ガスがプラズマにより分解、励起され被成膜
基体１０３上に堆積膜を形成する。高周波電力として
は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を用いるのが一般的
であるが、放電周波数が１３．５６ＭＨｚの場合、放電
条件の制御が比較的容易であり、得られる膜の膜質が優
れているといった利点を有するが、ガスの利用効率が低
く、堆積膜の形成速度が比較的小さいといった問題があ
る。こうした問題に鑑みて、周波数が２５〜１５０ＭＨ
ｚ程度の高周波を用いたプラズマＣＶＤ法についての検
討がなされている。

【０００５】ところで、近年、平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置を用い１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源を用
いたプラズマＣＶＤ法の報告（ＰｌａｓｍａＣｈｅｍ
ｉｓｔｒｙａｎｄＰｌａｓｍａＰｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ，Ｖｏｌ７，Ｎｏ３，（１９８７）ｐ２６７−
２７３）があり、放電周波数を従来の１３．５６ＭＨｚ
より高くする事で、つまりは、周波数を２５ＭＨｚ〜１
５０ＭＨｚの範囲で変化させてａ−Ｓｉ膜の形成を行
い、７０ＭＨｚの周波数を用いた場合、膜堆積速度が、
２．１ｎｍ／ｓと最も大きくなり、これは、上記の１
３．５６ＭＨｚの高周波電力を用いたプラズマＣＶＤ法
の場合の５〜８倍程度の形成速度であること、及び得ら
れたａ−Ｓｉ膜の欠陥密度、光バンドギャップ及び導電
率は、励起周波数によってあまり影響をうけないことが
記されている。またこの放電周波数を高くする報告はス
パッタリング等にもなされ、近年広く検討されている。

【０００６】上記従来例は平板状の基体を処理するのに
適したプラズマＣＶＤ装置の例であるが、複数の円筒状
基体上に堆積膜を形成するのに適したプラズマＣＶＤ装
置の一例が、特開昭６０−１８６８４９号公報（以下、
「文献２」という。）に記載されている。文献２には、
周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波エネルギー源を用い
たプラズマＣＶＤ装置及び無線周波エネルギー（高周波
電力）源を用いたプラズマＣＶＤ装置が開示されてい
る。文献２の高周波電力源を用いたＲＦプラズマＣＶＤ
装置を説明する。プラズマＣＶＤ装置は、文献２に記載
されているＲＦプラズマＣＶＤ装置に基づいたプラズマ
ＣＶＤ装置である。反応容器内には、６個の基体ホルダ
ーが同心円状に所定の間隔で配されている。また円筒状
基体は、基体ホルダー上に配されている。それぞれの基
体ホルダーの内部にはヒーターが設けられていて円筒状
基体を内側より加熱できるようにされている。また、そ
れぞれの基体ホルダーは、モーターに連結したシャフト
に接続しており、回転できるようにされている。高周波
電極は、プラズマ生起領域の中心に位置してある。高周
波電極は、整合回路を介して高周波電源に接続されてい
る。排気パイプは、真空ポンプを備えた排気機構に連通
している。原料ガス供給系は、ガスボンベ、マスフロー
コントローラ、バルブ等で構成されている。原料ガス供
給系は、ガス供給パイプを介して複数のガス放出孔を備
えたガス放出パイプに接続される。この装置を使用した
場合のプラズマＣＶＤは以下のように行われる。反応容
器を排気機構によって高真空まで排気した後、ガス供給
手段からガス供給パイプ及びガス放出パイプを介して原
料ガスを反応容器内に導入し、所定の圧力に維持する。
こうしたところで、高周波電源より高周波電力を整合回
路を介して高周波電極に供給して高周波電極と円筒状基
体との間にプラズマを発生させる。こうすることによ
り、原料ガスがプラズマにより分解、励起され円筒状基
体上に堆積膜が形成される。このプラズマＣＶＤ装置を
使用すれば、放電空間が円筒状基体で取り囲まれている
ので高い利用効率で原料ガスを使用できるという利点が
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
の文献１に記載の平行平板型装置での周波数２５〜１５
０ＭＨｚの高周波電力による成膜は実験室規模のもので
あり、大面積の膜の形成においてこうした効果が期待で
きるか否かについて全く触れるところはない。一般に、
励起周波数が高くなるにしたがって、高周波電極上の定
在波の影響が顕著になり、特に平板電極では２次元の複
雑な定在波が生じてくる。この為、大面積の膜を均一に
形成することが困難になることが予想される。また、従
来例の文献２に記載の円筒状基体の表面全面に堆積膜を
形成する場合には、円筒状基体を回転させる必要があ
り、回転させることによって実質的な堆積速度が上述し
た平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を使用した場合の約
１／３〜１／５に低下するという問題がある。即ち、放
電空間が円筒状基体で取り囲まれているため、円筒状基
体が高周波電極と正対する位置では平行平板型のプラズ
マＣＶＤ装置と同程度の堆積速度で堆積膜が形成される
が、放電空間に接していない位置ではほとんど堆積膜は
形成されないためである。文献２においては、高周波電
力の具体的な周波数については言及がなされていない。

【０００８】そこで、本発明は、上記した従来のものに
おける課題を解決し、複数の大面積の基体上に安定的に
堆積膜を形成でき、放電が安定し、膜厚が極めて均一で
且つ高品質な堆積膜を高速度で安定に形成し、効率よく
半導体デバイスを形成することができるプラズマ処理に
よる堆積膜形成装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、プラズマ処理による堆積膜形成装置をつぎ
のように構成したことを特徴とするものである。すなわ
ち、本発明のプラズマ処理による堆積膜形成装置は、減
圧可能な反応容器内に高周波電力によりプラズマを生成
するための棒状若しくは板状の導電性のプラズマ発生用
の高周波電極を有し、前記高周波電極に３０ＭＨｚ以上
６００ＭＨｚ以下の高周波電力を印加してプラズマを生
起させ、そのプラズマ処理により被成膜処理基体上に堆
積膜を形成する堆積膜形成装置において、上記高周波電
極が複数本の高周波電極からなり、これらの電極に同一
電源より電力を分割して供給する構成を備え、該高周波
電力の分割点と前記複数本の高周波電極間のそれぞれに
高圧コンデンサが設置されていることを特徴としてい
る。また、本発明のプラズマ処理による堆積膜形成装置
は、前記高周波電極の１個当たりの表面積が、被成膜処
理基体１個当たりの表面積と等しいか、もしくは小さい
ことを特徴としている。また、本発明のプラズマ処理に
よる堆積膜形成装置は、前記高周波電極が、誘電体部材
でカバーされていることを特徴としている。また、本発
明のプラズマ処理による堆積膜形成装置は、前記被成膜
処理基体が、複数本の被成膜処理基体からなることを特
徴としている。また、本発明のプラズマ処理による堆積
膜形成装置は、前記高周波電力の周波数が、３０〜６０
０ＭＨｚの範囲にあることを特徴としている。また、本
発明のプラズマ処理による堆積膜形成装置は、前記円筒
状基体が回転自在に構成され、該円筒状基体を回転させ
ながら該円筒状基体上に堆積膜を形成することを特徴と
している。また、本発明のプラズマ処理による堆積膜形
成装置は、反応容器が円筒状であり、複数本の高周波電
極および被成膜処理基体が同心円上に配列されてなるこ
とを特徴としている。また、本発明のプラズマ処理によ
る堆積膜形成装置は、前記基体が平板状基体であり、該
平板状基体に対して平行に単数または複数の高周波電極
を配列し、該高周波電極と該平板状基体との間にプラズ
マを発生させて該平板状基体の表面上に堆積膜を形成す
る構成を備えてなることを特徴としている。また、本発
明のプラズマ処理による堆積膜形成装置は、前記基体が
成膜時に保持ロールより送り出され、巻き取りロールに
より巻き取られるシート状基体であり、該シート状基体
に対して平行に単数または複数の高周波電極を配列し、
該高周波電極と該シート状基体との間にプラズマを発生
させて該シート状基体の表面上に堆積膜を形成する構成
を備えてなることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、本発明を完成するに至った経緯から説明する。本
発明者らは鋭意検討を行った結果、高周波電力の周波数
を３０ＭＨｚ以上にすると、気相反応が起こりにくい高
真空領域での放電が可能となり、非常に優れた膜特性を
得ることができ、堆積速度も１３．５６ＭＨｚの場合に
比ベて向上するが、まだ高真空領域での放電の安定性に
問題があったり膜質と堆積速度の分布は悪化する知見を
得た。そこで、本発明者らは、高周波電力の周波数を３
０ＭＨｚ以上にすると、高真空領域での放電が可能にな
るが安定性にまだ問題があること、偏在的に膜質の悪化
や堆積速度の低下が発生する原因を解明すべく鋭意検討
を行った。まず本発明者らは、高真空領域での放電の安
定性は、放電前後のインピーダンス変化が大きすぎるこ
とが問題であると推定した。高真空領域での放電では、
比較的簡単な低真空領域と比較して放電を生起する電圧
も維持する電圧も高い。高周波放電の場合、通常定電力
のグロー放電であり、一定パワーを整合回路を介して放
電負荷にあったインピーダンス変換を行って放電を維持
している。この場合例えば極端な例で、瞬時のアーク放
電が発生した場合インピーダンスが瞬間的に小さくな
り、低電圧大電流放電になりグロー放電が維持できなく
なり放電が消失してしまう。この時、放電前後のインピ
ーダンス変化が大きすぎると整合回路によるインピーダ
ンスの変換がうまくいかずこのまま放電は消失したまま
となるからである。

【００１１】次に本発明者らは、高周波電力の周波数を
３０ＭＨｚ以上にすると偏在的に膜質が悪化する原因を
解明すべく鋭意検討を行った。その結果、プラズマ電位
分布と偏在的な膜質悪化に強い相関があることが判明し
た。即ち、円筒状基体の軸方向に亘ってラングミュアプ
ローブ法によりプラズマ電位を測定したところ、偏在的
に膜質が悪化する位置に対応する箇所においてプラズマ
電位の低下が見られた。これらの検討結果から、膜質分
布及び堆積速度分布の悪化は、高周波電極上に発生する
定在波および高周波電極上での高周波電力の減衰に起因
するものと推察された。一般に、高周波電極と対向電極
間に高周波電力を印加することによってプラズマを生成
する場合、電極に印加した高周波電力の周波数と電極の
大きさとの関係から電極上に無視できない定在波が発生
する場合がある。即ち、高周波電力の周波数が高くなる
場合や高周波電極の面積が大きくなる場合に定在波が発
生し易くなり、この定在波が大きいと、高周波電極内で
の電界分布が悪くなり、電極間のプラズマ密度、プラズ
マ電位、電子温度などのプラズマ分布が乱れ、プラズマ
ＣＶＤの成膜品質に悪影響を及ぼす。

【００１２】上述した実験においては、高周波電極の先
端で高周波電極上に反射波が発生し、入射波との干渉に
より３０ＭＨｚ以上の周波数において膜質、堆積速度に
影響を与える定在波が発生したものと考えられる。特
に、定在波の節の位置では電界が弱くなり、偏在的なプ
ラズマ電位の低下を引き起こして偏在的に膜質が悪化し
たものと考えられる。また、高周波電力の周波数が高く
なればなるほど、高周波電力のプラズマヘの吸収が多く
なり、高周波電極への高周波電力の給電点から離れるに
つれて高周波電力の減衰が大きくなり、堆積速度分布に
悪影響を及ぼす。また、４００ＭＨｚ〜６００ＭＨｚの
周波数においては、高周波電力が給電点から減衰しつつ
も、複数の位置に定在波の節が発生したものと考えられ
る。また、同一電源より電力を分割して供給する場合に
は、各高周波電極に均等に電力を供給しないと、各基体
間でのムラを生じる。

【００１３】本発明は、以上の検討結果を基礎として完
成するに至ったものである。以下、図面を参照しなが
ら、本発明のプラズマを用いた堆積膜形成装置について
説明する。図６および図７の装置において、高周波電源
１０５で発生した高周波電力は整合回路１０４を介して
高周波電極１０２に供給される。高周波電極１０２は、
単純な棒状のアンテナ形状のものであり、通常、高周波
電極１０２そのものは表皮抵抗（Ｒ）とインダクタンス
（Ｌ）の直列インピーダンスで記述される。高周波電極
１０２に対向する基体１０３は端部において接地されて
いるが十分インダクタンスを有しており、同様に表皮抵
抗（Ｒ）とインダクタンス（Ｌ）の直列インピーダンス
（Ｒ＋ｊωＬ）で記述される。プラズマが生起していな
い場合、高周波電極１０２と基体１０３の間にはその位
置関係及び形状によって決まる静電容量（Ｃ）を持つ。
高周波電極１０２と基体１０３の間の静電容量（Ｃ）に
よって高周波電極１０２に流れる高周波電流は決まって
くる為、高周波電極１０２と基体１０３との位置関係及
び形状によってプラズマの生起しやすさは大きく影響を
受け、僅かな位置関係の変化でも最適化の為の調整が必
要になってくる。一方、一旦プラズマが生起するとプラ
ズマは抵抗を持つ導電体となり、高周波電極１０２及び
基体１０３とプラズマとの間のイオンシースは静電容量
となる。静電容量は面積及び媒体の誘電率が同じ場合、
導電体間の距離と反比例するが、イオンシースの厚み
は、高周波電極１０２−基体間１０３の距離に比べてか
なり薄くその静電容量は大きい。この為、プラズマ生起
前後での高周波電極１０２−基体１０３間のインピーダ
ンスの変化が大きく整合回路１０５の調整がかなり難し
く、プラズマの生起も難しくなってくる。また、僅かな
プラズマの変化に対してもインピーダンス変化が大きく
自動整合回路などを用いても整合が間に合わなくなり、
最悪の場合プラズマが消えてしまう。また、放電が生起
されていても、複数本の基体１０３に堆積した膜の膜厚
が、ひどいときで、各基体間でのばらつきが大きく、安
定生産ができないことがある。これは、高周波電力が、
各々の高周波電極１０２に均等に供給されていないため
であると考えられる。

【００１４】一方、本発明の高周波電力分割部後で高周
波電極１０２の電力供給点前に高圧コンデンサ１１３を
介した図１〜図４の装置では、高周波電力を分割するた
め、伝搬経路の高周波のＬ成分がおおきくなり、そのた
め整合が合わない状態を高圧コンデンサ１１３を用いる
ことでキャンセルさせるため安定な放電が形成され、安
定的に堆積膜を形成できる。また、カソード１０２先端
からの高周波電力の反射波をも制御できるため、高周波
電力を均等に高周波電極１０２に供給することが可能と
なる。さらに、本発明において、誘電体カバー１０９に
使用する誘電体材料は任意の公知のものを選択できる
が、誘電損の小さい材料が好ましく、誘電正接が０．０
１以下であるものが好ましく、より好ましくは０．００
１以下がよい。高分子誘電体材料ではポリ四フッ化エチ
レン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化エチレン
プロピレン、ポリイミドなどが好ましく、ガラス材料で
は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスなどが好ましく、磁
器材料では窒化ホウ素、窒化シリコン、窒化アルミニウ
ム、などや酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化
ケイ素などの元素酸化物の中の単数または複数の元素酸
化物を主成分とする磁器が好ましい。

【００１５】本発明において、高周波電極１０２の形状
は円柱状、円筒状、多角柱状などの棒状のもの、長板状
のものが好ましい。本発明において、高周波電源１０５
の周波数は好ましくは３０〜６００ＭＨｚ、更に好適に
は６０〜３００ＭＨｚの範囲とするのが望ましい。本発
明のプラズマＣＶＤ装置を使用するに際して、使用する
ガスについては、形成する堆積膜の種類に応じて公知の
成膜に寄与する原料ガスを適宜選択使用される。例え
ば、ａ−Ｓｉ系の堆積膜を形成する場合であれば、シラ
ン、ジシラン、高ジシラン等あるいはそれらの混合ガス
が好ましい原料ガスとして挙げらる。他の堆積膜を形成
する場合であれば、例えば、ゲルマン、メタン、エチレ
ン等の原料ガスまたはそれらの混合ガスが挙げられる。
いずれの場合にあっても、成膜用の原料ガスはキャリア
ーガスと共に反応容器内に導入することができる。キャ
リアーガスとしては、水素ガス、及びアルゴンガス、ヘ
リウムガス等の不活性ガスを挙げることができる。

【００１６】堆積膜のバンドギヤップを調整する等の特
性改善用ガスを使用することもできる。そうしたガスと
しては、例えば、窒素、アンモニア等の窒素原子を含む
ガス、酸素、酸化窒素、酸化二窒素等の酸素原子を含む
ガス、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパ
ン等の炭化水素ガス、四フッ化珪素、六フッ化二珪素、
四フッ化ゲルマニウム等のガス状フッ素化合物またはこ
れらの混合ガス等が挙げられる。形成される堆積膜をド
ーピングするについてドーパントガスを使用することも
できる。そうしたドーピングガスとしては、例えば、ガ
ス状のジボラン、フッ化ホウ素、ホスフィン、フッ化リ
ン等が挙げられる。堆積膜形成時の基体温度は、適宜設
定できるが、アモルファスシリコン系の堆積膜を形成す
る場合には、好ましくは６０℃〜４００℃、より好まし
くは１００℃〜３５０℃とするのが望ましい。また、以
下の様な手段は、平行平板型の装置においても利用可能
であり、しかも用意に適用できる。以下、具体的な実施
例と比較例をあげて本発明をさらに詳しく説明するが、
本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるもので
はない。［実施例１］本発明の図３に示したプラズマＣＶＤ装置
は、真空排気手段１０６で反応容器１００内を排気し、
加熱用ヒーター１１１で所定の温度まで被処理基体を加
熱した後、反応容器１００内に複数本の高周波電極１０
２を有し、高周波電源１０５より発せられた、高周波電
力を整合回路１０４を介して、前記高周波電極１０２に
供給し、原料ガス供給手段１０７より供給される原料ガ
スをプラズマ化して、被処理基体１０３上に堆積膜を形
成させた。高周波電極１０２は、アルミナセラミックス
製の誘電体カバー１０９を覆ったものとし、他の成膜条
件は表１に示すような条件で、円筒状基体１０３上及び
電気特性評価基板上にアモルファスシリコン膜を形成し
た。尚電力分割点後で且つ高周波電極給電点前には、高
圧コンデンサ１１３を設置してある。図１、図２の装置
および上記条件をもとに＃７０５９硝子基板上に堆積さ
せたアモルファスシリコン膜の膜質及び膜質分布、堆積
速度分布を評価をした。５０ｍＴｏｒｒ、２５ｍＴｏｒ
ｒ、５ｍＴｏｒｒの圧力条件で成膜した。

【００１８】３０ＭＨｚの周波数を持つ高周波電力によ
る試料においては、５０ｍＴｏｒｒの圧力条件で成膜し
たものは全ての試料において光感度が８×１０³〜２×
１０⁴の範囲にあり実用上問題なしであった。堆積速度
分布は８％であった。２５ｍＴｏｒｒの圧力条件で成膜
したものは全ての試料において光感度が１×１０⁴〜３
×１０⁴の範囲にあり良好な膜特性であった。堆積速度
分布は８％であった。また、５ｍＴｏｒｒの圧力条件で
は放電を生起させることができなかった。６０ＭＨｚ〜
３００ＭＨｚの周波数を持つ高周波電力による試料にお
いては、５０ｍＴｏｒｒの圧力条件で成膜したものは全
ての試料において光感度が１×１０ ⁴〜３×１０⁴の範囲
にあり良好な膜特性であった。堆積速度分布は４〜６％
であった。２５ｍＴｏｒｒの圧力条件で成膜したものは
全ての試料において光感度が４×１０⁴〜８×１０⁴であ
り良好な膜特性であった。堆積速度分布は４〜６％であ
った。５ｍＴｏｒｒの圧力条件で成膜したものはすべて
の試料において光感度が１×１０⁵〜５×１０⁵であり非
常に優れた膜特性であった。堆積速度分布は５％であっ
た。

【００１９】４００ＭＨｚ〜６００ＭＨｚの周波数を持
つ高周波電力による試料においては、５０ｍＴｏｒｒの
圧力条件で成膜したものは全ての試料において光感度が
７×１０³〜１×１０⁴の範囲にあり実用上問題なしの膜
特性であった。堆積速度分布は６〜９％であった。２５
ｍＴｏｒｒの圧力条件で成膜したものは全ての試料にお
いて光感度が１×１０⁴〜３×１０⁴であり良好な膜特性
であった。堆積速度分布は６〜９％であった。５ｍＴｏ
ｒｒの圧力条件で成膜したものはすべての試料において
光感度が５×１０⁴〜８×１０⁴であり良好な膜特性であ
った。堆積速度分布は６〜８％であった。また、すべて
の条件において、シリンダー間の膜厚の分布にムラは、
生じなかった。つまり放電空間内に均一なプラズマが生
起していたことを意味している。‐

【００２０】

【表１】［実施例２］本発明の図１および図２の複数本の高周波
電極および被成膜処理基体を有するプラズマ処理装置に
おいて、電力分割点後で高周波電力給電点前に高圧コン
デンサ１１３を設置したものにおいて、アモルファスシ
リコン膜を実施例１と同様、表１の条件で堆積させた。
比較のため、高圧コンデンサ１１３を有しない図７の装
置においても同様の条件でアモルファスシリコン膜を堆
積させた。高圧コンデンサ１１３を有しない場合、整合
があわず、放電が安定しないことがあった。また、放電
が安定していても複数本の被処理基体に堆積膜を形成し
た場合、それぞれの被処理基体間で大きな膜厚ムラを生
じており、ひどいポイントで約２５％の膜厚ムラを生じ
ていた。電力が均等に高周波電極に供給されていないと
考えられる状況であった。

【００２１】しかし、高圧コンデンサ１１３を電力分割
点後で高周波電極１０２の電力給電点前にそれぞれの電
極に設置することで、Ｌ成分がキャンセルでき、整合が
安定して取れ、その結果、安定な放電が得られ、それぞ
れの被処理基体間の膜厚ムラも３％ほどであり、各高周
波電極１０２に均等に電力が分割されていると考えられ
る。得られた堆積膜は、実用上問題ないレベルであっ
た。上記の装置を用いて堆積させたアモルファスシリコ
ンは、実用上問題がない、高品質な堆積膜であった。ま
た、周波数を１００ＭＨｚの高周波電源１０５を用い、
表１の条件で放電実験も行った。本実験例では、正号回
路と負荷（高周波電極）の間のリアクタンスＬを１１
１．１３ｎＨとし、設置する高圧コンデンサの容量を換
えて、放電の安定性を確認した。結果を表２に示す。表
２の結果より、整合回路と負荷との間に適正容量のコン
デンサを設置することで、Ｌ成分がキャンセルされ、安
定放電が可能になる。

【００２２】

【表２】［実施例３］実施例２に記載の装置で以下に示す方法に
より堆積膜を形成した。

【００２３】電子写真感光体は、直径１０８ｍｍ、長さ
３５８ｍｍ、厚さ５ｍｍの６本のＡｌ製円筒状基体を反
応容器内に配置して、放電周波数を１００ＭＨｚとし
て、表３に示した条件で電荷注入阻止層、光導電層及び
表面保護層をこの順序で形成した。アモルファスシリコ
ン膜を形成した円筒状基体６本の内１本の軸方向に約２
０ｍｍおきに線を引き、周方向に約３２ｍｍおきに線を
引いた場合の交点１８０箇所について渦電流式膜厚計を
使用して膜厚を測定し各測定箇所における堆積速度を算
出し、得られた値の平均値を平均堆積速度とした。得ら
れた平均堆積速度は４．０ｎｍ／ｓであり、従来例に記
述した装置に比べ格段に堆積速度が速くなり生産性が向
上した。軸方向の堆積速度分布は、軸方向１列の測定点
９箇所における堆積速度の最大値と最小値との差を求
め、該差を１８箇所の平均堆積速度で割り、１列あたり
の堆積速度分布を求めた。結果、軸方向の膜厚ムラは４
％ほどであり、また周方向も７％ほどであった。

【００２４】また、同一条件でさらに堆積膜を形成し、
電子写真感光体の帯電能、画像濃度、画像欠陥について
評価した。その結果、いずれの電子写真感光体もこれら
の評価項目について電子写真感光体全面に亘って非常に
優れた結果を示し、電子写真特性に優れたものであるこ
とが判った。また、堆積した膜の膜厚分布を測定したと
ころ１０％ほどであり、電子写真感光体デバイスや画像
入力用ラインセンサ等の実用に十分耐えうるものであっ
た。

【００２５】

【表３】［実施例４］図４に示した本発明の装置を用い、縦４０
０ｍｍ、横４００ｍｍ、厚さ１ｍｍの＃７０５９ガラス
製の平板状基体１０３を反応容器に配置して成膜を行っ
た。図４に示すように５本の高周波電極を反応容器に配
置した。高周波電源の周波数は１５０ＭＨｚのものを用
い、表３に示す成膜条件で平板状基体上にアモルファス
シリコン膜を形成し、以下の手順で堆積速度及び堆速度
分布を評価した。実験１で用いた渦電流式膜厚計を使用
して膜厚を測定し各測定箇所における堆積速度を算出
し、得られた値の平均値を平均堆積速度とした。得られ
た平均堆積速度は４．６ｎｍ／ｓであった。堆積速度分
布は、堆積速度の最大値と最小値との差を求め、該差を
平均堆積速度で割り堆積速度分布として１００分率で表
した。得られた堆積速度分布は１３％であり、電子写真
感光体デバイスおよび画像入力用ラインセンサ等に十分
耐え得るものであった。

【００２６】［実施例５］図４に示した平行平板型の装
置を用い、図５のステンレス製のシート状基体を反応容
器に配置して巻き取りロールに巻き取りながら成膜を行
った。高周波電極は、５本の高周波電極を反応容器に配
置した。高周波電源の周波数は１５０ＭＨｚのものを用
い、表１に示す成膜条件でシート状基体上にアモルファ
スシリコン膜を形成し、長さ５００ｍｍのシート状基体
を切り出して実施例４と同様の手順で堆積速度及び堆速
度分布を評価した。得られた平均堆積速度は４．６ｎｍ
／ｓであり、堆積速度分布は１６％であり従来例に比べ
格段に堆積速度が速くなり生産性が良くなるばかりでな
く均一性も格段に良くなった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
種々の形状の大面積基体、即ち、円筒状基体、平板状基
体、シート状基体などに膜厚が極めて均一で且つ均質膜
質である高品質な堆積膜を高速度で形成でき、また、安
定放電が可能となり、多数の基体を同時に生産しても各
基体にムラの殆どでない堆積膜を形成することができ
る。したがって、本発明によれば大面積高品質の半導体
デバイスを効率的に作製することができ、特に、電子写
真特性に優れた大面積堆積膜を安定して量産することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置で被成膜処理基体
および高周波電極が同心円状に配置され、且つ高圧コン
デンサが設置されている装置の１例を示す縦断面図であ
る。

【図２】本発明のプラズマＣＶＤ装置で複数本の被成膜
処理基体および高周波電極が同心円状に配置され、且つ
高圧コンテンサが設置されている装置の１例を示す横断
面図である。

【図３】本発明のプラズマＣＶＤ装置で被処理基体およ
び複数本のカソード電極が存在し、且つ高圧コンデンサ
が設置されている装置の１例を示す縦断面図である。

【図４】本発明の高圧コンデンサが設置されているプラ
ズマＣＶＤ装置で平行平板型装置の１例を示す模式図で
ある。

【図５】ロール状の被成膜処理基体の模式図である。

【図６】本発明のプラズマＣＶＤ装置との比較のため、
高圧コンデンサをはずした状態のプラズマＣＶＤ装置の
横断面模式構成図である。

【図７】本発明のプラズマＣＶＤ装置との比較のため、
高圧コンデンサをはずした状態のプラズマＣＶＤ装置の
縦断面模式構成図である。

【図８】従来のプラズマＣＶＤ装置の模式構成図であ
る。

【符号の説明】

１００：反応容器１０１：アースシールド１０２：カソード電極（高周波用電極）１０３：被処理基体１０４：整合回路１０５：高周波電源１０６：真空排気手段１０７：ガス供給手段１０８：モーター１０９：誘電体部材１１０：原料ガス供給管１１１：ヒーター１１２：基体ホルダー１１３：高圧コンデンサ１１４：絶縁性の高周波電極支持台１１５：シート状ロール

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧可能な反応容器内に高周波電力により
プラズマを生成するための棒状若しくは板状の導電性の
プラズマ発生用の高周波電極を有し、前記高周波電極に
３０ＭＨｚ以上６００ＭＨｚ以下の高周波電力を印加し
てプラズマを生起させ、そのプラズマ処理により被成膜
処理基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置におい
て、上記高周波電極が複数本の高周波電極からなり、これら
の電極に同一電源より電力を分割して供給する構成を備
え、該高周波電力の分割点と前記複数本の高周波電極間
のそれぞれに高圧コンデンサが設置されていることを特
徴とする堆積膜形成装置。
【請求項２】前記高周波電極の１個当たりの表面積が、
被成膜処理基体１個当たりの表面積と等しいか、もしく
は小さいことを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成
装置。
【請求項３】前記高周波電極が、誘電体部材でカバーさ
れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の堆積膜形成装置。
【請求項４】前記被成膜処理基体が、複数本の被成膜処
理基体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の堆積膜形成装置。
【請求項５】前記高周波電力の周波数が、３０〜６００
ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の堆積膜形成装置。
【請求項６】前記円筒状基体が回転自在に構成され、該
円筒状基体を回転させながら該円筒状基体上に堆積膜を
形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
に記載の堆積膜形成装置。
【請求項７】反応容器が円筒状であり、複数本の高周波
電極および被成膜処理基体が同心円上に配列されてなる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の
堆積膜形成装置。
【請求項８】前記基体が平板状基体であり、該平板状基
体に対して平行に単数または複数の高周波電極を配列
し、該高周波電極と該平板状基体との間にプラズマを発
生させて該平板状基体の表面上に堆積膜を形成する構成
を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１項に記載の堆積膜形成装置。
【請求項９】前記基体が成膜時に保持ロールより送り出
され、巻き取りロールにより巻き取られるシート状基体
であり、該シート状基体に対して平行に単数または複数
の高周波電極を配列し、該高周波電極と該シート状基体
との間にプラズマを発生させて該シート状基体の表面上
に堆積膜を形成する構成を備えてなることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の堆積膜形成装置。