JP2001023909A

JP2001023909A - 機能性堆積膜の製造方法及び該機能性堆積膜の製造装置

Info

Publication number: JP2001023909A
Application number: JP11196093A
Authority: JP
Inventors: Makoto Aoki; 誠青木; Hiroaki Niino; 博明新納; Satoshi Furushima; 聡古島; Nobufumi Tsuchida; 伸史土田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-01-26
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: JP3848018B2

Abstract

(57)【要約】【課題】堆積膜の特性むらを抑制する。【解決手段】堆積膜製造装置１０は、反応容器９内
に、堆積膜の形成される基板８が載置される、アースに
接続されたアース電極７と、外部の高周波電源５から高
周波電力が印加される、アース電極７に対向して配置さ
れたカソード６とを有し、外部から堆積膜の原料となる
ガスを反応容器９内に導入する、複数のガス管からなる
第１のガス供給経路１と、第２のガス供給経路２とが配
設されている。第１のガス供給経路１と第２のガス供給
経路２とには、それぞれ、第１のガス流量制御部１ａと
第２のガス流量制御部２ａとが配設されており、それぞ
れ独立してガス流量に「ゆらぎ」を与えながら、ガス流
量を制御する。また、反応容器９内を所望の真空圧とす
るため、不図示の排気装置が反応容器９に接続されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイス、電
子写真用感光体デバイス、画像入力用ラインセンサ、撮
像デバイス、光起電力デバイスなどに有用な結晶質、非
単結晶質の機能性堆積膜を良好に形成し得るプラズマＣ
ＶＤ法を利用した機能性堆積膜の製造方法及び該機能性
堆積膜の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体などで使用されているプラズマ処
理装置はそれぞれの用途に応じてさまざまな方法があ
る。特に酸化膜、窒化膜やアモルファスシリコン系の半
導体膜などの機能性堆積膜の形成には、その制御性の高
さ、堆積膜の物性値の良好さ等からプラズマＣＶＤ法が
広く用いられている。例えば、直流又は高周波（ＲＦ，
ＶＨＦ）又はマイクロ波を用い、堆積膜の原料となるガ
スをグロー放電等によって分解し、ガラス、石英、耐熱
性合成樹脂フィルム、ステンレス、アルミニウム等の基
体上に薄膜状の堆積膜を形成する方法は、電子写真用ア
モルファスシリコン光受容部材の形成方法等において実
用化され、そのための装置も各種提案されている。

【０００３】近年、半導体デバイスの大面積化が進み、
大面積における均一性の向上、低コスト化が大きな課題
となっている。

【０００４】従来のプラズマ処理装置では、膜厚や特性
の均一性を高めるためにガスの分布を均一化することに
主眼を置いて開発が進められてきた。例えば、平行平板
型のプラズマＣＶＤ装置では、電極を兼ねるガス供給手
段をシャワーヘッド構造とし、ガスを基板表面に均一に
供給したり、電子写真感光体の製造装置における円筒型
同軸構造のプラズマＣＶＤ装置では、特開昭５９−２１
３４３９号公報に開示されているように電極を兼ねた壁
面放出型のガス供給手段が採用されている。

【０００５】これらによって膜厚や特性の均一性を向上
させることはできたが、ガスが直接基板方向に吹き付け
られる構造であるため、ガスの流れに乗ってダストや粉
状の気相反応生成物等が基板表面に付着しやすく、半球
状又は突起状の異常成長（以後、球状突起と称する）が
発現してしまう場合があった。これに対し、例えば特開
平１０−１６８５７３号公報には、ガス供給手段として
複数のガス導入管（以後、ガス管と称する）をカソード
と基板との間に配し、ガス管の左右からガスを吐出させ
る際に、基板面と平行あるいは若干カソード方向よりの
角度に吐出させることで、ダスト等が基板面に到達する
のを防止する方法が開示されている。また、円筒形の堆
積膜製造装置を用いた場合には、周方向の膜厚や特性の
均一性を更に高めるために、基体を回転させながら堆積
膜を形成する方法も用いられている。

【０００６】その他にも、厳密にはプラズマＣＶＤ装置
ではないが、例えば特開平９−２０２９６７号公報に
は、スパッタ装置において複数のガスノズルから交互に
ガスを供給することで、ターゲットの侵食むら、膜の特
性むらを防止する方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような改良が
行われた結果、膜の特性向上と均一性向上の両立を図る
ことが可能になってきた。しかし、近年の機能性デバイ
スの高密度化や高集積化、画像デバイスではさらなる高
精細化が進み、微小な膜厚むらや特性むらを低減する必
要性が高まってきている。例えば電子写真感光体では、
写真等の複写時やフルカラーの複写時において、ハーフ
トーン画像を要求される場合も多く、このような際には
微小な特性むらが大きな問題となって来る。この様な理
由から、堆積膜の膜厚や特性に対して更なる均一性が求
められるようになってきた。

【０００８】また、基体あるいは基板を回転させること
によって周方向の堆積膜の特性むらを抑制する方法が用
いられることがある。この方法はむらを抑制するために
は非常に効果的であるが、装置が複雑化することで装置
コストが増大するばかりか、回転部を真空封止する必要
があるため、回転軸付近からリークが発生する恐れが常
にある。そのためメンテナンスコストや管理コストも無
視できない。

【０００９】一方、堆積膜製造装置内のガスの流れに注
目すると、従来技術の多くはガスの流れが定常的であ
り、部分的にガスの滞留が生じる場合がある。図１３に
従来の一例である堆積膜製造装置内に生じたガスの滞留
を説明する図を示す。

【００１０】堆積膜製造装置２１０は、反応容器２０９
内に、堆積膜の形成される基板２０８が載置されるアー
ス電極２０７と、アース電極２０７に対向して配置され
たカソード２０６とを有するとともに、ガスを供給する
ためのガス管からなるガス供給経路２０１が配設されて
いる。また、反応容器２０９内を所望の真空圧とするた
め、不図示の排気装置が反応容器２０９に接続されてい
る。

【００１１】次に、堆積膜の形成手順の概略を説明す
る。

【００１２】まず、基板２０８をアース電極２０７上に
載置した後、反応容器２０９内の圧力を所望の真空圧ま
で下げるために排気装置により排気を行う。次に、ガス
供給経路２０１から原料となるガスを反応容器２０９内
に供給する。この際、ガスは、ガス供給経路２０１のガ
ス管より、カソード２０６方向に向かって吐出される。
次に、外部の高周波電源２０５からカソード２０６に高
周波電力を印加することでカソード２０６とアース電極
２０７との間にプラズマを生起させる。これにより、基
板２０８上に堆積膜が生成される。

【００１３】この堆積膜製造装置２１０は、ガス流量は
基本的にガス供給経路２０１は定常である。また、ガス
管はカソード６側に吐出するように管理されているが、
ガス管２０３ａに管理時のばらつきが生じていると仮定
する。すると、管理不備のガス管２０３ａと隣のガス管
２０３ｂとのちょうど中間部分の空間にガスの滞留２０
４が生じてしまう。このように滞留が生じた状態で一定
流量のガスを定常的に流し続けたうえで、高周波電源２
０５から高周波電力を印加し、カソード２０６とアース
電極２０７との間にプラズマを生起させて膜堆積を行っ
た場合、滞留２０４に対応する基板２０８の表面に形成
された堆積膜には特性むらが発生すると考えられる。従
来の堆積膜製造装置２１０では、このような滞留の発生
を抑制するため、ガス吐出方向の管理やガス管２０３
ａ、２０３ｂの精度管理を行うことが要求されていた。

【００１４】一方、このような問題を回避するために、
例えば前述した特開平９−２０２９６７号公報などの技
術も考えられるが、プラズマＣＶＤにおいては放電の変
動が大きすぎ、堆積膜の特性むらが拡大するばかりか、
堆積膜全体の平均的特性が大きく変わってしまう。ま
た、ガス流量の変化が大きすぎるために、堆積膜製造装
置内部で発生する粉体が舞い上がりやすく、球状突起が
発生しやすい。

【００１５】そこで本発明は、機能性堆積膜の特性むら
が抑制される機能性堆積膜の製造方法及び該機能性堆積
膜の製造装置を提供することを第１の目的とする。

【００１６】また、滞留の抑制に関する精度管理の低減
された機能性堆積膜の製造方法及び該機能性堆積膜の製
造装置を提供することを第２の目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の機能性堆積膜の製造方法は、機能性堆積膜
を形成すべき基体が内部に載置される真空容器内に、前
記機能性堆積膜の原料となるガスをガス供給経路から供
給するガス供給工程と、前記真空容器内でプラズマを発
生させるプラズマ発生工程とを含む機能性堆積膜の製造
方法において、前記ガス供給工程は、複数系統の前記ガ
ス供給経路から前記ガスを供給するものであるととも
に、前記各ガス供給経路からのガス流量を一定とする一
定供給工程と、前記各ガス供給経路からのガス流量の総
和が、前記一定供給工程のガス流量の総和と略同一とな
るように、ガス流量を前記一定供給工程のガス流量に対
して変化させる変動供給工程とを含む。

【００１８】上記の通りの本発明の機能性堆積膜の製造
方法は、ガスの供給が、ガス流量を独立して制御する複
数のガス供給経路によりなされ、かつ、ガス供給工程
が、各ガス流量を時間的に、所望の一定量で供給する一
定供給工程だけでなく、各ガス流量を一定供給工程に対
して変動させる変動供給工程とを含むため、各ガスの供
給に際して「ゆらぎ」が発生し、これにより、真空容器
内でのガスの滞留が抑制される。また、変動供給工程に
おける各ガス供給経路から供給されるガスのガス流量の
総和が、一定供給工程の各ガス供給経路からのガス流量
の総和と略同一であるため、所望の機能性堆積膜の形成
に必要なガス流量が確保される。なお、ここで言う変動
供給工程は、ガス流量がステップ状に変化するものでも
よいし、あるいは以下に説明するように、正弦波状、三
角波状のように、時間的に連続して変化するものであっ
てもよい。

【００１９】本発明の機能性堆積膜の製造方法の変動供
給工程は、ガス流量を時間的に連続して変化させる工程
を含むものであってもよいし、一定供給工程と、変動供
給工程とが交互に繰り返されてもよい。

【００２０】また、変動供給工程におけるガス流量のピ
ーク値と、一定供給工程におけるガス流量との差分が、
一定供給工程におけるガス流量の５％以上６０％以下で
あってもよいし、変動供給工程に要する時間が、一定供
給工程に要する時間の１％以上３０％以下であってもよ
いし、変動供給工程と一定供給工程とが周期的に繰り返
され、かつ、その周期が、ｓ＝ｐＶ／ｆｓ：真空容器内でのガスの平均滞在時間Ｖ：真空容器内の内容積ｐ：プラズマ発生工程時の圧力ｆ：真空容器内に供給されるガス流量で表される平均滞在時間ｓの０．５倍以上１００倍以下
であってもよい。

【００２１】さらに、ガス供給工程は、各ガスを基体の
表面に平行な仮想の平面に対して±２０度の範囲で、複
数のガス供給経路からガスを吐出させることで真空容器
内に各ガスを供給する工程を含むものであってもよい。

【００２２】本発明の機能性堆積膜の製造装置は、機能
性堆積膜を形成すべき基体が内部に載置される真空容器
と、前記機能性堆積膜の原料となるガスを供給するガス
供給手段と、前記真空容器内でプラズマを発生させるプ
ラズマ手段とを有する機能性堆積膜の製造装置におい
て、前記ガス供給手段は、少なくとも１つのガス源及び
前記ガス源からのガスを前記真空容器内に供給する複数
のガス供給経路からなり、前記各ガス供給手段からのガ
ス流量を一定とする一定供給時間と、前記各ガス供給手
段からのガス流量の総和が、前記一定供給時間の前記ガ
ス流量の総和と略同一となるように、ガス流量を前記一
定供給時間のガス流量に対して変化させる変動供給時間
とからなるガス流量変化パターンにより、前記各ガス供
給手段の各ガス流量を制御する複数のガス流量制御手段
を有する。

【００２３】なお、ここで言う変動供給時間は、ガス流
量がステップ状に変化させるものでもよいし、あるいは
以下に説明するように、正弦波状、三角波状のように、
時間的に連続して変化させるものであってもよい。

【００２４】本発明の機能性堆積膜の製造装置に用いら
れるガスは、複数の種類のガスからなる混合ガスであっ
てもよいし、各ガス流量制御手段は、変動供給時間では
ガス流量を時間的に連続して変化させるものであっても
よいし、各ガス流量制御手段によるガス流量変化パター
ンは、一定供給時間と、変動供給時間とが交互に繰り返
されるものであってもよい。

【００２５】また、変動供給時間におけるガス流量のピ
ーク値と、一定供給時間におけるガス流量との差分が、
一定供給時間におけるガス流量の５％以上６０％以下で
あってもよいし、変動供給時間が、一定供給時間の１％
以上３０％以下であってもよいし、変動供給時間と一定
供給時間とが周期的に繰り返され、かつ、その周期がｓ＝ｐＶ／ｆｓ：真空容器内でのガスの平均滞在時間Ｖ：真空容器内の内容積ｐ：プラズマの発生時の圧力ｆ：真空容器内に供給されるガス流量で表される平均滞在時間ｓの０．５倍以上１００倍以下
であってもよい。

【００２６】さらに、ガス供給手段は、ガスを真空容器
内に吐出する吐出孔が基体の表面に平行な仮想の平面に
対して±２０度の範囲で形成された複数のガス管からな
るものであってもよい。

【００２７】次に、上記の諸問題を解決するに至った経
緯を説明する。

【００２８】本発明者らは、まず定常的なガスの流れを
分析し、球状突起を抑えながら、堆積膜の膜厚や特性を
更に均一化できないか試みた。例えばガスの供給手段と
してシャワーヘッドや壁面放出型に替えて、球状突起の
発生を抑える効果の高いガス管を採用し、かつ、ガスの
吐出方向を様々に変えてガスの分布の均一化を検討し
た。ガス管の本数、ガスの吐出方向、ガス吐出孔の数を
増やすなどの対策を行うことでガス分布が均一化し、膜
厚や特性の均一性は向上した。しかし、ガス管の吐出方
向はガス管を設置する際に厳密に管理しなければなら
ず、ガス管の数や吐出方向が多くなればなるほど管理が
煩雑になってしまう。また、大面積になった場合にはガ
ス管の長さが長くなり、ガス管の歪みやたわみが無視で
きなくなる場合が生ずることが判った。これらを放置す
ると予期せぬ部位にガスの滞留が発生することがあり、
特性むらや球状突起が発生してしまう場合があった。

【００２９】そこで、ガスの滞留に着目し、ガスの流れ
をなるべく均一に保ったまま、ガスの滞留を防止できな
いかと考えた。本発明者らは、まずガス供給手段を複数
のグループに分け、それぞれのグループにあらかじめ混
合したガスを分配し、それぞれ独立に流量を制御できる
ようにした。次にそれぞれのグループで、基本的には定
常的なガスの流れを実現した上で、ガスの流れに若干の
「ゆらぎ」を与えることにした。この「ゆらぎ」量を適
切に選択することによって、ガス管の精度管理や設置時
の管理をこれまでのように厳密に行わなくても、堆積膜
の膜厚のむらや特性のむらが飛躍的に減少することが見
出された。

【００３０】この理由としては、以下のように考えられ
る。

【００３１】定常的なガスの吐出方法では、ＣＶＤ装置
内でのガスの流れも定常的になり、特定の場所にガス分
布のむらが生じてしまうと考えられる。そのガス分布む
らは前述したようにガスの吐出方法を工夫することでか
なりのレベルで抑えることが可能であるが、ガス供給手
段のばらつき、管理上のばらつきによってそのバランス
が微妙に変化してしまう。その際に発生するガスの滞留
は、非常に小さなものであっても、微小な均一性が要求
される堆積膜の場合には無視できなくなってしまう。こ
のような微妙な滞留によるガス分布のむらの蓄積によっ
て、堆積膜の膜厚むらや特性むらが発生すると考えられ
る。

【００３２】そこで前述したようにガス流に適度な「ゆ
らぎ」を与え、また「ゆらぎ」が十分に緩和する程度に
ガス流量を一定とする時間を設け、両者のバランスをと
ることで、上記のような微妙なばらつきによる不必要な
滞留を実質的になくすことが可能になり、堆積膜の特性
むらが減少したと考えられる。加えて、これまで要求さ
れてきたガス吐出方向の管理やガス管の精度管理が大幅
に緩和され、それらに係ってきた管理コストを大幅に抑
えることが可能になった。

【００３３】また、仮にガス管の管理を厳密に行うこと
だけで、前述の不必要な滞留を抑えようとした場合、堆
積膜の種類や形成条件を変更する度に反応容器内のガス
の分布が変わってしまうため、その都度管理項目を見直
したり、ガス吐出孔の配置や角度を最適化しなければな
らず、開発に関するコストや期間の点で不利であった。
これに対し、本発明の方法は、大掛かりな設備を必要と
せず、ガス流のみを変化させるだけであり、変化パター
ンを多様に変化させて最適化することにより、様々な堆
積膜、様々な形成条件、あるいは様々な形状を持つ装置
に応用が可能である。また、堆積膜に求められる特性や
むら形状に応じて適切、かつ、柔軟に対応可能である。
加えて、費用対効果が高く、結果的に生産コストを下げ
ることも可能である。

【００３４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態の一
例である堆積膜製造装置１０の概略構成図を示す。

【００３５】堆積膜製造装置１０は、反応容器９内に、
堆積膜の形成される基板８が載置されるアース電極７
と、アース電極７に対向して配置されたカソード６とを
有し、ガス供給手段４ａ、４ｂからのガスを反応容器９
内に供給する第１のガス供給経路１と、第２のガス供給
経路２とが配設されている。複数のガス管からなる第１
のガス供給経路１と第２のガス供給経路２とには、それ
ぞれ、第１のガス流量制御部１ａと第２のガス流量制御
部２ａとが配設されており、それぞれ独立してガス流量
を制御する。また、反応容器９内を所望の真空圧とする
ため、不図示の排気装置が反応容器９に接続されてい
る。

【００３６】次に、堆積膜の形成手順の概略を説明す
る。

【００３７】まず、基板８をアース電極７上に載置した
後、反応容器９内の圧力を所望の真空圧まで下げるため
に排気装置により排気を行う。次に、第１のガス供給経
路１及び第２のガス供給経路２からガスを供給する。こ
の際、ガスは、第１のガス供給経路１のガス管３ａ及び
第２のガス供給経路２のガス管３ｂより、カソード６方
向に向かって吐出される。ガス管３ａ及びガス管３ｂは
図１の奥行き方向に水平に延びた管であり、これらの管
にはカソード６方向に向かってガスが吐出される複数の
孔が並列に形成されている。次に、外部の高周波電源５
からカソード６に高周波電力を印加することでカソード
６とアース電極７との間にプラズマを生起させる。これ
により、基板８上に堆積膜が生成される。

【００３８】以上のようにして、基板８に堆積膜を形成
する際、第１のガス供給経路１及び第２のガス供給経路
２から供給されるガスのガス流量変化パターンは、第１
のガス流量制御部１ａと第２のガス流量制御部２ａとに
より、図２に示すように、矩形波状に変化させる時間Ｔ
２と、ガス流量を一定とする時間Ｔ１とを周期Ｔで周期
的に変動させている。

【００３９】図２において、上図は第１のガス供給経路
１から供給されるガスのガス流量変化パターンを、ま
た、下図は第２のガス供給経路２から供給されるガスの
ガス流量変化パターンをそれぞれ示している。図２中の
縦軸の１００％とは、規定された時間内で、ガス流量を
時間変動させず一定量で供給した場合の、堆積膜形成に
必要とされるガスの総量を満足するためのガス流量を意
味している。また、この１００％からの変動分を、増加
した場合は＋Ａ％、減少した場合は−Ａ％として示して
いる。また、周期Ｔにおいて、時間Ｔ１はガス流量を１
００％で一定とし、時間Ｔ２ではそれぞれ、ガス流量が
１００％から±Ａ％だけ変動させている。また、時間Ｔ
２の前半は第１のガス供給経路１から供給されるガスの
ガス流量を＋Ａ％だけ増加させた分、第２のガス供給経
路２から供給されるガスのガス流量を−Ａ％だけ減少さ
せ、後半は第１のガス供給経路１から供給されるガスの
ガス流量を−Ａ％だけ減少させた分、第２のガス供給経
路２から供給されるガスのガス流量を＋Ａ％だけ増加さ
せることで、各ガス管からのガス流量は常に１００％を
保持するようにしている。

【００４０】なお、この微妙な「ゆらぎ」に関しては、
ガス流量変化分Δｆ（ピーク位置での流量と、一定部分
の流量との差分であり、図２においては±Ａ％）や、ガ
ス流量が一定の時間Ｔ１、変化する時間Ｔ２及び周期Ｔ
を適切に選び、プラズマが不必要に大きく変動しないよ
うに組み合わせを注意すれば、個別には如何なる範囲で
も本実施形態の効果が得られるが、望ましくは、個別の
値に関して以下のような範囲が好ましい。

【００４１】ガス流量変化分Δｆに関しては、時間Ｔ１
におけるガス流量を１００％として、これに対して５％
〜６０％の範囲内の値となることが望ましい。この範囲
内が望ましいのは、ガス流量変化分Δｆが大きすぎる
と、ガス流の変化が大きくなりすぎることでガスの変化
に対応するプラズマ分布の変化が大きくなりすぎて、か
えって堆積膜の特性むらを増大させてしまう恐れがある
ためであり、また、逆にガス流量変化分Δｆが小さすぎ
るとガス流の「ゆらぎ」による滞留の除去効果がなくな
ってしまう場合があることによるものである。

【００４２】時間Ｔ１と時間Ｔ２との時間比に関して
は、時間Ｔ１、時間Ｔ２を用いて表される時間比Ｔ２／
Ｔ１が、１％〜３０％の範囲内の値となることが望まし
い。この範囲内が望ましいのは、時間比Ｔ２／Ｔ１が１
％より小さい場合には、滞留したガスの影響が除かれな
いために、全て一定のガス流量にて堆積膜を形成した場
合と顕著な差が現われにくくなる場合があることと、時
間比Ｔ２／Ｔ１が３０％より大きい場合には、ガス流の
変化が大きく、それに伴ってプラズマが大きく変動して
しまい、堆積膜の特性が低下してしまう場合があること
によるものである。

【００４３】周期Ｔに関しては、堆積膜製造装置１０内
での平均の滞在時間、即ちガス供給手段４ａ、４ｂから
排気手段に至るまでに反応容器９内にとどまる時間を基
準に考える。この平均滞在時間ｓ［ｓｅｃ］は、プラズ
マ処理装置の内容積をＶ［ｍ ³］、反応時の圧力をｐ
［ａｔｍ］、混合ガスの合計流量をｆ［ｍ³／ｓｅｃ］
として、ｓ＝ｐＶ／ｆで表すことができる。この平均滞在時間ｓを基準とした
時、１周期Ｔは、ｓの０．５倍〜１００倍の範囲内の値
となることが望ましい。この範囲内が望ましいのは、
０．５倍未満にすると、常にガス流量が変化している状
態に近くなるため、プラズマが不安定になりやすい場合
があることと、１００倍より大きくすると、ガスの「ゆ
らぎ」によって不必要な滞留を払拭しても、流量が一定
の時間Ｔ１が長すぎるために、結果的に一定流量で形成
した場合との顕著な差が現れにくくなる場合があること
によるものである。

【００４４】以上、図２に示した矩形波状のガス流量変
化パターンを基に説明してきたが、これ以外のガス流量
変化パターン例として、図３（ａ）〜図３（ｃ）に別の
ガス流量変化パターンを示す。

【００４５】なお、図（ａ）〜図３（ｃ）中の各記号の
意味は、すでに上述しているため説明を省略する。

【００４６】図３（ａ）は、時間Ｔ２におけるガス流量
を正弦波状に変化させる例を示したものである。なお、
時間Ｔ２における第１のガス供給経路１と、第２のガス
供給経路２との正弦波の位相は逆転している。この様な
変化パターンは、ガス流量の変化がなだらかであるた
め、比較的振幅が大きい場合でもプラズマを乱しにくい
ため、より好ましい。

【００４７】図３（ｂ）は時間Ｔ２内には周期性がない
が、時間Ｔ１と合わせることで周期性をもたせたパルス
波状のガス流量変化パターンを示したものである。この
場合、周期Ｔを隔てた次の時間Ｔ２’の各位相は時間Ｔ
２とは逆であり、時間Ｔ１と時間Ｔ２による周期Ｔと、
時間Ｔ１と時間Ｔ２’による周期Ｔとが順に繰り返され
るものである。

【００４８】また、図１に示した本実施形態の堆積膜製
造装置１０は、一例としてガスの供給経路が２経路のも
のを用いて説明したが、３経路以上であってもよく、こ
のような場合のガス流量変化パターンを図３（ｃ）に示
す。なお、図３（ｃ）は、堆積膜製造装置１０がガスの
供給経路が第１のガス供給経路１と第２のガス供給経路
２とに加え、不図示の第３のガス流量制御部を備えた、
不図示の第３のガス供給経路を有する、ガスの供給経路
が３経路の場合の各ガス流量変化パターンの一例を示し
たものである。このように各時間における合計流量が常
に一定であるように変化させることができれば、３経路
以上の場合でも応用可能である。また、このように３経
路以上の構成とする場合、各供給経路を交互にあるいは
順番に配置するのが望ましい。

【００４９】この他、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示した
ガス流量変化パターンにおける変動が周期性を持ち、各
供給経路の流量が相補的に変化することで、堆積膜製造
装置に流れ込む全ガス流量が一定となるように設定され
ており、望ましくは各供給経路が交互ないしは順番に配
置されていれば、例えば三角波状など、如何なるガス流
量変化パターンでもよい。

【００５０】以上説明したように本実施形態によれば、
堆積膜を形成する際、第１のガス流量制御部１ａと第２
のガス流量制御部２ａとにより、第１のガス供給経路１
及び第２のガス供給経路２からの供給されるガスのガス
流量に、ガス流量変化分Δｆと、時間比Ｔ２／Ｔ１と、
周期Ｔとを所望の範囲内に設定し「ゆらぎ」を与えるこ
とで、ガスの滞留を防止できる。これにより、実質的に
特性むらのない堆積膜を形成できる。また、ガスの滞留
の抑制を第１のガス供給経路１及び第２のガス供給経路
２の機械的特性の精度管理によらず、各ガスの供給に際
する「ゆらぎ」により行うため、精度管理の低減がなさ
れる。（第２の実施形態）次に図４（ａ）及び図４（ｂ）に本
発明の第２の実施形態の堆積膜製造装置１００の反応容
器１１１の上面断面図及び堆積膜製造装置１００の概略
構成図を示す。

【００５１】本実施形態の堆積膜製造装置１００は、電
子写真装置に用いられる電子写真感光体となる円筒形の
円筒状基体１１２に堆積膜を形成するのに好適な円筒型
同軸構造のプラズマＣＶＤ法を用いたものの一例であ
る。

【００５２】堆積膜製造装置１００は、円筒形状で、内
周縁部に複数の第１のガス管１１４ａと第２のガス管１
１４ｂとが周方向に沿って交互に配され、中央部に円筒
状基体１１２が載置される反応容器１１１を有する堆積
膜形成部１９７と、反応容器１１１に、ガス供給源１９
６からのガス流量を制御しながらガスの供給を行うガス
供給部２００と、ガス供給部２００及び反応容器１１１
内を減圧するための不図示の排気装置を含む排気部１９
８と、反応容器１１１内でグロー放電を行わせるための
高周波電源部１９９とにより概略構成される。

【００５３】まず、堆積膜形成部１９７の構成に関して
詳細に説明する。

【００５４】カソード電極を兼ねる反応容器１１１内に
は、各４本ずつの第１のガス管１１４ａと第２のガス管
１１４ｂとが、１本おきに交互に反応容器１１１の内周
に沿って設けられている。また、中央部に載置される円
筒形状の円筒状基体１１２を円筒内周側から加熱する基
体加熱用ヒータ１１３が設けられている。

【００５５】ここで、第１のガス管１１４ａと第２のガ
ス管１１４ｂからのガスの吐出に関して説明しておく。

【００５６】第１のガス管１１４ａと第２のガス管１１
４ｂとには、多数の吐出孔が形成されており、これらの
吐出孔からガスが反応容器１１１内に放出される。この
際、ガスの吐出方向はいかなる方向であっても本発明の
効果が得られるが、より好ましくは、図４（ａ）の拡大
図にあるようにガスの吐出方向を円筒状基体１１２の表
面の接線に対して平行（で表す方向）、ないしはその
角度から±２０度の範囲に設定したほうが、特性むらや
球状突起を更に抑える効果があるため、望ましい。±２
０度の範囲を超え、特に円筒状基体１１２方向の場合に
はシャワーヘッド型や壁面放出型と同様にガスが円筒状
基体１１２に直接当りやすくなるため、ダストや粉状の
気相反応生成物が円筒状基体１１２に付着しやすくなる
場合がある。

【００５７】ガスの吐出方向は１方向あるいは２方向
（双方向）が好適であり、ガスの分布に注意すればそれ
以上の多数の方向に吐出させてもよい。例えば１方向の
場合には、一例として上面から見て時計周りに１方向に
吹き出させるグループと、反時計周りに吐出させるグル
ープとを混在させる。通常は例えば時計周りにガスを一
定に流し、ガス流量変化時に反時計周りのガスを少量吐
出させることでガスの定常的な流れに「ゆらぎ」を発生
させることができる。２方向の場合には、一例として図
４（ａ）の拡大図にあるように円筒状基体１１２の表面
の接線に対して平行方向（で表す方向）でもよく、平
行方向から角度を持たせたもの（で表す方向）でもよ
い。ガスの流れに「ゆらぎ」を与えたことに加え、図４
（ａ）の拡大図に示すように、ガスを吐出させることで
隣接するガス管からのガス同士がぶつかりあって拡散し
やすくなり、不必要な滞留を抑えながらガス分布の均一
化を更に促進させることが可能となる。

【００５８】次に、ガス供給部２００の構成に関して詳
細に説明する。

【００５９】ガス供給部２００は、ＳｉＨ₄、ＧｅＨ₄、
Ｈ₂、ＣＨ₄、Ｂ₂Ｈ₆、ＰＨ₃等の各原料ガスのボンベ２
１、２２、２３、２４、ボンベ用バルブ３１、３２、３
３、３４、圧力調整器６１、６２、６３、６４及び流入
バルブ４１、４２、４３、４４を備えるガス供給源１９
６と、マスフローコントローラ１１、１２、１３、１４
と、流出バルブ５１、５２、５３、５４と、補助バルブ
６０と、マスフローコントローラ７１、７２、７３とを
有する。

【００６０】なお、図４（ｂ）では、４本のボンベ２
１、２２、２３、２４からガスが供給される４系統のみ
を図示しているが、３系統以下であってもよいし、５系
統以上であってもよい。

【００６１】各圧力調整器６１、６２、６３、６４は、
各ボンベ用バルブ３１、３２、３３、３４を介して供給
される各ボンベ２１、２２、２３、２４からのガスの圧
力を調整するものである。

【００６２】各マスフローコントローラ１１、１２、１
３、１４は、各ガスが各流入バルブ４１、４２、４３、
４４を介して流入される、圧力調整された各ガスのガス
流量の測定及び調整を行うものである。

【００６３】流出バルブ５１、５２、５３、５４は、流
量及び圧力の調整された各ガスのうち、必要なガスを下
流の補助バルブ６０へと供給するためのバルブである。

【００６４】マスフローコントローラ７１は、ガスの供
給が４系統から１系統にまとめられた後、補助バルブ６
０を介して供給される、各ボンベからのガスからなる混
合ガスのガス流量の測定及び調整を行うものである。

【００６５】マスフローコントローラ７２、７３は、マ
スフローコントローラ７１からの混合ガスを２系統に分
けた下流に設置されており、それぞれが独立して、２系
統に分けられた混合ガスのガス流量を測定するとともに
第１の実施形態で示したようなガス流量変化パターンに
より「ゆらぎ」を与えながら、反応容器１１１に混合ガ
スを供給するものである。なお、これらマスフローコン
トローラ７２、７３の制御は不図示のコンピュータ等に
よりなされる。

【００６６】なお、図４（ｂ）に示すガス供給部２００
のような構成以外にも例えば矩形波状の流量変化であれ
ば、電磁弁やニードルバルブを多数組み合わせること
で、あらかじめ設定されたガス流量変化パターンを実現
することは可能であるが、例えば第１の実施形態で示し
た図３（ａ）のような正弦波状のガス流量変化パターン
等を実現するにはマスフローコントローラを用いる方が
好ましい。また、図４（ｂ）では、単独のガス供給源１
９６をマスフローコントローラ７２、７３において分岐
してから反応容器１１１に混合ガスを供給しているが、
複数のガスの供給源を用いてそれぞれ独立してガス流量
を制御し、反応容器１１１に混合ガスを供給するもので
あってもよい。

【００６７】次に、排気部１９８に関して説明する。

【００６８】排気部１９８は、ガス供給部２００及び反
応容器１１１内を減圧するための、例えば真空ポンプ等
の不図示の排気装置と、反応容器１１１と排気装置との
間に設けられたメイン排気バルブ１１８と、反応容器１
１１内の真空圧を測定するための真空計１１９と、反応
容器リークバルブ１１７とを有する。

【００６９】次に、高周波電源部１９９に関して説明す
る。

【００７０】高周波電源部１９９は、ＲＦ電源１１６
と、高周波マッチングボックス１１５とを有する。本実
施形態では、ＲＦ電源１１６は周波数１３．５６［ＭＨ
ｚ］の所望のＲＦ電力を発生する。このＲＦ電力は、高
周波マッチングボックス１１５を介して、反応容器１１
１内に供給されグロー放電を生起させる。

【００７１】次に、本実施形態の堆積膜製造装置１００
を用いた堆積膜の形成手順について、以下に説明する。

【００７２】まず、カソード電極を兼ねる反応容器１１
１内に円筒状基体１１２を設置し、例えば真空ポンプ等
の不図示の排気装置により反応容器１１１内を排気す
る。続いて、基体加熱用ヒータ１１３により円筒状基体
１１２の温度を２００℃ないし３５０℃の所定の温度に
制御する。

【００７３】次にメイン排気バルブ１１８を開いて反応
容器１１１及びガス供給部２００内部を排気する。真空
計１１９の読みが約１×１０^-2［Ｐａ］になった時点で
補助バルブ６０を閉じる。

【００７４】その後、ボンベ２１、２２、２３、２４の
各ボンベ用バルブ３１、３２、３３、３４を開き、各圧
力調整器６１、６２、６３、６４により各ガス圧を２
［ｋｇ／ｃｍ²］に調整する。次に、各流入バルブ４
１、４２、４３、４４を徐々に開けて、各ガスを各マス
フローコントローラ１１、１２、１３、１４内に導入す
る。

【００７５】以上のようにして膜堆積形成の準備が完了
した後、以下の手順で各層の形成を行う。

【００７６】円筒状基体１１２が所定の温度になったと
ころで各流出バルブ５１、５２、５３、５４のうちの所
望のものおよび補助バルブ６０を開き、マスフローコン
トローラ７１を用いて徐々にガスを流していく。その
際、マスフローコントローラ７１により実測されたガス
流量の半分ずつをそれぞれ２つのマスフローコントロー
ラ７２、７３に分配し、それぞれ、第１のガス管１１４
ａ及び第２のガス管１１４ｂを介して反応容器１１１内
にガスを供給する。次に各マスフローコントローラ１
１、１２、１３、１４によって各ガスが所定の混合比、
ガス流量になるように調整する。その際、反応容器１１
１内の圧力が１．５×１０²［Ｐａ］以下の所定の圧力
になるように真空計１１９を見ながらメイン排気バルブ
１１８の開口を調整する。なお、第１のガス管１１４ａ
及び第２のガス管１１４ｂから供給されるガスのガス流
量は第１の実施形態及び本実施形態で説明した「ゆら
ぎ」をマスフローコントローラ７２、７３により与えな
がら供給する。内圧が安定したところで、周波数１３．
５６［ＭＨｚ］のＲＦ電源１１６を所望の電力に設定し
て、高周波マッチングボックス１１５を通じて反応容器
１１１内にＲＦ電力を与え、グロー放電を生起させる。
この放電エネルギーによって反応容器１１１内に供給さ
れたガスが分解され、円筒状基体１１２上に所定の機能
性堆積膜が形成されることとなる。所望の膜厚の堆積膜
の形成が行われた後、ＲＦ電力の供給を止め、流出バル
ブを閉じて反応容器へのガスの流入を止め、堆積膜の形
成を終える。同様の操作を複数回繰り返せば、多層構造
の機能性堆積膜の形成も可能である。

【００７７】さらに、上述のガスの種類および各バルブ
の操作は各々の膜、各々の層の形成条件にしたがって変
更が加えられることは言うまでもない。

【００７８】以上説明したように本実施形態によれば、
堆積膜を形成する際、ガス流量に「ゆらぎ」を与えるこ
とで、ガスの滞留を防止できる。これにより、本実施形
態も第１の実施形態と同様に、実質的に特性むらのない
堆積膜を形成できる。また、ガスの滞留の発達の抑制を
第１のガス管１１４ａと第２のガス管１１４ｂの機械的
特性の精度管理によらず、各ガスの供給に際する「ゆら
ぎ」により行うため、精度管理の低減がなされる。

【００７９】なお、本発明は、第１及び第２の実施形態
を例として説明してきたが、これらになんら限定される
ものではない。また、以下に第１及び第２の実施形態の
実施例を示すが、本発明はこれらによって何ら限定され
るものでもない。

【００８０】

【実施例】まず、本発明の第１の実施形態についての実
施例に関して、以下に説明する。（第１の実施例）本実施例では、堆積膜の製造装置とし
て、図１に示した第１の実施形態の平行平板型の堆積膜
製造装置１０を用い、３種類のａ−Ｓｉ：Ｈ堆積膜を基
板８に形成した。

【００８１】カソード６とアース電極７との電極間距離
は５［ｃｍ］であり、第１のガス供給経路１と第２のガ
ス供給経路２ガスとには、それぞれ、ガス管３ａ、３ｂ
が基板８と平行な方向に形成されている。よって、ガス
の吐出方向は基板８と平行な方向に吐出される。

【００８２】また、基板８としては、１２インチＳｉウ
エハと、１２インチ四方のガラス板を用い、プラズマ形
成用電力として不図示の電源から１３．５６［ＭＨｚ］
の高周波を与えた。

【００８３】なお、堆積膜製造装置１０の詳細の説明に
関しては、すでに上述したため省略する。

【００８４】次に、本実施例の堆積膜の形成条件を表１
に示す。

【００８５】

【表１】この時の圧力、ガス流量から換算すると、ガスの平均滞
在時間は約０．４秒程度であった。

【００８６】本実施例では、図５（ａ）〜図５（ｃ）に
示すような３通りのガス流量変化パターンにより３種類
のサンプルを作製した。

【００８７】サンプルは、図５（ａ）に示すように、
ガス流量が一定の時間と、この一定の時間のガス流量に
対して矩形波状にガス流量が変化する時間とを有する、
いわゆるガスに「ゆらぎ」を与えるものであり、周期Ｔ
として４秒、Ｔ２として０．４秒として堆積膜を形成し
たものである。なお、ガス流量変化分Δｆは、時間Ｔ１
における流量の２０％とした。

【００８８】サンプルはサンプルに対する比較用の
サンプルであり、図５（ｂ）に示すように、ガス流量を
一定とし堆積膜を形成したものである。

【００８９】サンプルもサンプルに対する比較用の
サンプルであり、図５（ｃ）に示すように、Ｔ＝Ｔ２＝
０．４秒とし、ガス流量が一定の時間がないものとして
堆積膜を形成したものである。なお、ガス流量変化分Δ
ｆは、サンプルの時間Ｔ２におけるガス流量変化分Δ
ｆと同じ２０％とした。

【００９０】また、サンプルではガス流量変化分Δｆ
を時間Ｔ１における流量の２０％とし、サンプルで
は、サンプルのＴ２におけるガス流量変化と同じにな
るようにした。

【００９１】作製した各サンプルについて、結合状態を
ウエハ上で、膜厚、導電率をガラス上で、以下に示す測
定ポイントにおいて測定し、そのばらつきを評価した。
測定ポイントは、第１のガス供給経路１と第２のガス供
給経路２直下の点を８ヶ所と、第１のガス供給経路１と
第２のガス供給経路２の間の点を８ヶ所との、計１６ヶ
所とした。

【００９２】まず、測定ポイントを中心として１ｃｍ角
の領域を切り出し、紫外・可視光吸収分光計を用いて膜
厚を測定した。次に赤外吸収分光にてＳｉＨとＳｉＨ₂
に起因するピークをそれぞれ求め、両者の面積比（Ｓｉ
Ｈ₂／ＳｉＨ）を計算した。最後にガラス基板上の堆積
膜に櫛形電極を真空蒸着法により形成し、堆積膜の導電
率を測定した。

【００９３】本実施例の測定結果を表２に示す。

【００９４】

【表２】なお、表１は、膜厚、ＳｉＨ₂／ＳｉＨ比、暗導電率の
測定結果に関して、１６ヶ所のデータからばらつきを評
価した後、標準偏差を計算し、ガス流量を一定としたサ
ンプルの標準偏差の値を１とした相対値で表してい
る。

【００９５】膜厚のばらつきの少なさに関しては、ガス
流量が変化する時間Ｔ２をもつガス流量変化パターンを
用いたサンプル及びサンプルの結果が良好であっ
た。

【００９６】ＳｉＨ₂／ＳｉＨ比、暗導電率の標準偏差
に関しては、サンプルが最も良好で、サンプルが最
も悪かった。これは、サンプルの方法が供給するガス
に適度な「ゆらぎ」を与えているのに対し、サンプル
ではガスの流れを乱しすぎており、その差が暗導電率の
むらとして現れていると考えられる。

【００９７】以上の結果から、供給するガスに適度な
「ゆらぎ」を持たせ、かつ、複数のグループで相補的に
ガス流量を変化させる機能性堆積膜の製造方法により、
堆積膜の特性むらが改善することが分かった。その際に
はガス流量を常に変化させるだけでは本発明の効果が得
られず、ガス流量を一定とする時間とガス流量を変化さ
せる時間の双方が必要不可欠であるとともに両者のバラ
ンスを取ることで初めて本発明の効果が得られることが
判明した。

【００９８】（第２の実施例）本実施例では、堆積膜を
形成する装置として第１の実施例で示した堆積膜製造装
置１０を用いた。また、第１の実施例で説明した基板８
と同等の１２インチＳｉウエハ及び１２インチ四方ガラ
ス基板上に表１で示す条件にてａ−Ｓｉ：Ｈ堆積膜を形
成した。

【００９９】ガス流量変化パターンとして、図６に示す
ように「ゆらぎ」となるところに正弦波状のガス流量の
変化を与え、ガス流量変化分Δｆを、時間Ｔ１における
流量の１％、５％、３０％、６０％、８０％とする５種
類のガス流量変化パターンにて行った。周期Ｔは８秒、
時間Ｔ２は２秒とした。また、比較としてガス流量を一
定としたサンプルも同様に形成した。

【０１００】得られたサンプルについて、膜厚、ＳｉＨ
₂／ＳｉＨ比、導電率を第１の実施例と同様の１６ヵ所
の測定ポイントにおいて求め、各測定値のばらつきを評
価した。

【０１０１】本実施例の測定結果を表３に示す。

【０１０２】

【表３】なお、表３はガス流量を一定としたサンプルによる標準
偏差を１とし、相対評価で表している。

【０１０３】ガス流量変化分Δｆが１％のものに関して
は、ガス流量を一定としたものに比べて効果は見られる
ものの、その違いは僅差であったのに対し、ガス流量変
化分Δｆが５％〜６０％の範囲においては、膜厚、Ｓｉ
Ｈ₂／ＳｉＨ比、導電率の全てに関して顕著な改善効果
が見られた。一方、ガス流量変化分Δｆを８０％とした
場合、膜厚、ＳｉＨ₂／ＳｉＨ比、導電率のばらつき改
善は見られたものの、一定流量の際の値に近づいてしま
った。この結果から、ガス流量変化分Δｆが５％〜６０
％の範囲において、本発明の効果が最大限に得られるこ
とが確かめられた。

【０１０４】（第３の実施例）本実施例でも、堆積膜を
形成する装置として第１の実施例で示した堆積膜製造装
置１０を用いた。また、第１の実施例で説明した基板８
と同等の１２インチＳｉウエハ及び１２インチ四方ガラ
ス基板上に表１で示す条件にてａ−Ｓｉ：Ｈ堆積膜を形
成した。

【０１０５】ガス流量変化パターンとして、図７に示す
ように「ゆらぎ」となるところにパルス状のガス流量の
変化を与え、時間Ｔ２の時間Ｔ１に対する時間比Ｔ２／
Ｔ１が、０．５％、１％、１５％、３０％、４０％とす
る５種類のガス流量変化パターンにて堆積膜の製造を行
った。ガス流量変化分Δｆに関しては３０％とし、周期
Ｔを１０秒とした。また、比較としてガス流量を一定と
したサンプルも同様に形成した。

【０１０６】得られたサンプルについて、膜厚、ＳｉＨ
₂／ＳｉＨ比、導電率を第１の実施例と同様の１６ヶ所
の測定ポイントにおいて求め、各測定値のばらつきを評
価した。

【０１０７】本実施例の測定結果を表４に示す。

【０１０８】

【表４】なお、表４はガス流量を一定としたサンプルによる標準
偏差を１とし、相対評価で表している。

【０１０９】時間比Ｔ２／Ｔ１が０．５％のものに関し
ては、ガス流量を一定としたものに比べて効果は見られ
るものの、その違いは少なかった。これは流量を変化さ
せる時間が短すぎたためにガスが追従せず、ガスの「ゆ
らぎ」の効果が充分に発揮されなかったためと考えられ
る。それに対し、時間比Ｔ２／Ｔ１が１％〜３０％の範
囲においては、膜厚、ＳｉＨ₂／ＳｉＨ比、導電率の全
てに関して顕著な改善効果が見られた。また、ガス流量
変化分Δｆが４０％の割合でガス流量を変化させた場合
と比べても、時間比Ｔ２／Ｔ１が１〜３０％の結果は、
膜厚、ＳｉＨ₂／ＳｉＨ比、暗導電率の全てにおいて標
準偏差が良好であることがわかった。この結果から、時
間比Ｔ２／Ｔ１が１％〜３０％の範囲において、本発明
の効果が最大限に得られることが確かめられた。

【０１１０】（第４の実施例）本実施例でも、堆積膜を
形成する装置として第１の実施例で示した堆積膜製造装
置１０を用いた。また、第１の実施例で説明した基板８
と同等の１２インチＳｉウエハ及び１２インチ四方ガラ
ス基板上に表１で示す条件にてａ−Ｓｉ：Ｈ堆積膜を形
成した。

【０１１１】ガス流量変化パターンとして、図８に示す
ように「ゆらぎ」となるところに矩形波状のガス流量の
変化を与え、ガスの反応容器内における平均滞在時間ｓ
［ｓｅｃ］を基準として、周期Ｔを平均滞在時間ｓの
０．５、１、１０、１００、２００倍とする６種類のガ
ス流量変化パターンにて堆積膜の製造を行った。ガス流
量変化分Δｆに関しては４０％とし、時間比Ｔ２／Ｔ１
を２０％とした。また、比較としてガス流量を一定とし
たサンプルも同様に形成した。

【０１１２】得られたサンプルについて、膜厚、ＳｉＨ
₂／ＳｉＨ比、導電率を第１の実施例と同様の１６ヶ所
の測定ポイントにおいて求め、各測定値のばらつきを評
価した。

【０１１３】本実施例の測定結果を表５に示す。

【０１１４】

【表５】なお、表５は、ガス流量を一定としたサンプルによる標
準偏差を１とし、相対評価で表している。

【０１１５】周期Ｔが平均滞在時間ｓの０．５倍から１
００倍までの範囲においては、膜厚、ＳｉＨ₂／ＳｉＨ
比、導電率の全てに関して顕著な効果が見られた。一
方、周期Ｔが平均滞在時間ｓの２００倍の周期でガスを
変化させた場合、効果は見られるものの、膜厚、ＳｉＨ
₂／ＳｉＨ比、暗導電率とも一定流量の際の値に近づい
てしまった。この原因としては次のように考えられる。
周期Ｔが平均滞在時間ｓの２００倍では、一定流量の時
間Ｔ１が平均滞在時間に比べて十分に長く、一定流量の
寄与が大きくなってしまう場合があるために最適な効果
が得られなかったと考えられる。この結果から、本発明
のガス流量変化に際し、周期Ｔが平均滞在時間ｓの０．
５倍〜１００倍の範囲において、本発明の効果が最大限
に得られることが確かめられた。

【０１１６】（第５の実施例）本実施例でも、堆積膜を
形成する装置として、第１の実施例で示した堆積膜製造
装置１０と基本的に同等のものを用いた。すなわち、第
１の実施例で用いた堆積膜製造装置１０でのガス管３
ａ、３ｂの吐出孔の方向は、基板８と平行な方向に形成
されていたのに対し、本実施例では、後述するように、
ガス管３ａ、３ｂの吐出孔の方向の角度を変化させて、
堆積膜を形成するものであるが、それ以外は全て第１の
実施例で用いた堆積膜製造装置１０と同じである。

【０１１７】堆積膜を形成する基板は、第１の実施例で
説明した基板８と同等であり、１２インチＳｉウエハ及
び１２インチ四方ガラス基板上に表１で示す条件にてａ
−Ｓｉ：Ｈ堆積膜を形成した。

【０１１８】使用する第１のガス供給経路１と第２のガ
ス供給経路２としては図９（ａ）〜図９（ｆ）に示すよ
うに、ガスの吐出方向に関して、基板と平行な面に対し
てカソード側に１０度、２０度、３０度と変化させたも
の（図９（ａ）〜図９（ｃ））と、基板側に角度を持た
せたもの（図９（ｄ）〜図９（ｆ））との計６種類を用
いた。ガス流量変化パターンとしては、周期Ｔとして６
秒、時間Ｔ２として１秒、ガス流量変化分Δｆを３５％
とした。また比較のために、一定流量による堆積膜製造
に関しても行った。

【０１１９】得られたサンプルについて、膜厚、ＳｉＨ
₂／ＳｉＨ比、導電率を第１の実施例と同様の１６ヶ所
の測定ポイントにおいて求め、各測定値のばらつきを評
価した。また本実験例では上記の検討に加え、球状突起
の数を顕微鏡写真から見積もり、ガス流量を一定とした
サンプルによる球状突起数と比較し、相対値で示した。

【０１２０】本実施例の測定結果を表６に示す。

【０１２１】

【表６】なお、表６は、ガス流量を一定としたサンプルによる標
準偏差を１とし、相対評価で表した。

【０１２２】全てのサンプルにおいて、ガス流量が一定
のサンプルに比べてばらつきが少ないという結果が得ら
れたが、球状突起の数に関しては、３０度のものがガス
流量が一定のものとほとんど変わらなかったのに対し、
１０、２０度のものに関しては球状突起の数が減少して
いた。

【０１２３】この結果から、ガス吐出方向の基板面に平
行な面に対する角度が、±２０度の範囲にある場合に、
本発明の効果が最大限に得られることが確かめられた。

【０１２４】以上、本発明の第１の実施形態の実施例と
して第１ないし第５の実施例について説明してきたが、
以下に、本発明の第２の実施形態の実施例に関して説明
する。

【０１２５】（第６の実施例）第１ないし第５の実施例
では平行平板型の堆積膜製造装置を用いたが、本実施例
では、円筒形同軸型のプラズマＣＶＤ装置を用いて基体
に堆積膜を形成し、以下に示す試験を行い、形成された
堆積膜の評価を行った。

【０１２６】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に本実施例
で用いた堆積膜製造装置４００の反応容器４１１の上面
断面図及び堆積膜製造装置４００の概略構成図及びを示
す。堆積膜製造装置４００は、円筒形状で、内周に各３
本ずつの第１のガス管４１４ａ、第２のガス管４１４ｂ
及び第３のガス管４１４ｃが１本ごとに交互に配され
（計９本）、中央部に直径８０ｍｍの鏡面加工を施した
アルミニウムシリンダである円筒状基体４１２が載置さ
れる反応容器４１１を有する。また、ガス供給源４９６
から第１ないし第３のガス管４１４ａ、４１４ｂ、４１
４ｃへのガス流量を独立に制御しながら供給する第１の
ガス管用マスフローコントローラ４２１ａ、第２のガス
管用マスフローコントローラ４２１ｂ及び第３のガス管
用マスフローコントローラ４１１ｃとを有し、さらに、
反応容器４１１内を減圧するための不図示の排気装置
と、反応容器４１１内でグロー放電を行わせるための高
周波電源部４９９と有する。また、第１ないし第３のガ
ス管４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃからのガスの吐出方
向は、円筒状基体４１２の表面の接線に平行な平面から
２０度反応容器４１１の壁面側に角度が付けられてお
り、左右２方向にガスの吐出がなされる。

【０１２７】各ガス管から供給されるガスのガス流量変
化パターンを、図１１に示す。堆積膜製造装置４００に
おける反応容器４１１内のガスの平均滞留時間ｓは、本
実施例の内部のガス圧力、ガス流量では約１秒程度であ
ることから、周期Ｔとしては２０秒、時間Ｔ２としては
３秒とした。またガス流量は時間Ｔ１においては全ガス
流量を３等分したガス流量とし、ガス流量変化分Δｆに
関しては２５％とした。

【０１２８】表７に本実施例における電子写真感光体の
作製条件を示す。

【０１２９】

【表７】なお、表７に示すように、SiH₄及びCH₄の流量は、表面
層の形成時に時間的に変化させた。

【０１３０】以上、表７に示す条件により作製された感
光体の膜厚を測定したところ、同一装置でガス流量を一
定としたものに比べ、均一性の向上が見られた。次に、
この感光体を実験用に改造した電子写真装置（キヤノン
製ＮＰ−６５５０）にセットして、電位特性の評価を行
ったところ、感度の周方向むら、帯電能の周方向むらと
も良好で、一定のガス流量で作製した感光体に比べてむ
らが減少していた。

【０１３１】また、作製した感光体を正帯電して画像評
価をした。画像欠陥の有無について、全面黒、全面白、
全面ハーフトーンの複写原稿を用い、画像を詳細に調べ
たが、画像欠陥は全く見られなかった。

【０１３２】（第７の実施例）本実施例では、堆積膜の
製造装置として、円筒形同軸型のプラズマＣＶＤ装置で
ある図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した第２の実施形態
の堆積膜製造装置１００を用いて、基体に堆積膜を形成
し、以下に示す試験を行い、形成された堆積膜の評価を
行った。

【０１３３】上述の第６の実施例で用いた堆積膜製造装
置４００では各ガス管が各３本ずつの３つのグループに
分けられ、計９本のガス管によりガスが供給されていた
のに対し、本実施例の堆積膜製造装置１００は、各４本
ずつの第１のガス管１１４ａと、第２のガス管１１４ｂ
とが１本ごと交互に配された（計８本）ものが用いられ
た。また、これに伴い、ガス供給源１９６からのガスの
ガス流量を独立に制御しながら第１及び第２のガス管１
１４ａ、１１４ｂへのガスの供給を行うマスフローコン
トローラも第１のガス管用マスフローコントローラ１２
１ａと第２のガス管用マスフローコントローラ１２１ｂ
との２つが用いられた。また、第１及び第２のガス管１
１４ａ、１１４ｂ、からのガスの吐出方向は、円筒状基
体１１２の表面の接線に平行な平面から１０度反応容器
１１１の壁面側に角度が付けられており、左右２方向に
ガスの吐出がなされる。

【０１３４】なお、堆積膜製造装置１００の詳細の説明
に関しては、すでに上述したため省略する。

【０１３５】以上のような構成の堆積膜製造装置１００
に、直径１０８ｍｍの鏡面加工を施したアルミニウムシ
リンダからなる円筒状基体１１２をセットし、その表面
に電荷注入阻止層、光導電層、表面層からなる電子写真
感光体を作製した。光導電層を２つに分離し、主に電荷
発生をさせる領域と、主に電荷輸送を担う領域を設ける
ことで機能分離型の感光体を完成させた。

【０１３６】次に、本実施例におけるガス流量変化パタ
ーンを図１２に示す。堆積膜製造装置１００におけるガ
スの平均滞留時間ｓは、本実施例の内部のガス圧力、ガ
ス流量では約１秒程度であることから、周期Ｔとしては
１５秒、時間Ｔ２としては２秒とした。またガス流量は
時間Ｔ１においては全ガス流量を２等分したガス流量と
し、ガス流量変化分Δｆに関しては２０％とした。

【０１３７】表８に本実施例における電子写真感光体の
作製条件を示す。

【０１３８】

【表８】なお、表８に示すように、SiH₄及びCH₄の流量は、表面
層の形成時に時間的に変化させた。

【０１３９】以上、表８に示した条件により作製された
感光体の膜厚を測定したところ、同一の装置によりガス
の供給を一定流量としたものに比べ、均一性の向上が見
られた。次に、この感光体を実験用に改造した電子写真
装置（キヤノン製ＮＰ−６０８５を基に、像露光を波長
６８０ｎｍの半導体レーザで行うように改造したもの）
にセットして、電位特性の評価を行った。レーザによる
露光を行う複写機においては、特に明電位の感度のむ
ら、ハーフトーン電位むらについて低く抑える必要があ
るが、本実施例で作製した感光体は一定流量で作製した
感光体に比べてむらが減少し、極めて良好な結果が得ら
れた。

【０１４０】また、作製した感光体を正帯電して画像評
価をした。画像欠陥の有無について、全面黒、全面白、
全面ハーフトーンの複写原稿を用い、画像を詳細に調べ
たが、画像欠陥は全く見られなかった。

【０１４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ス供給工程が、ガス流量を独立して制御する複数のガス
供給経路によりなされ、かつ、時間的に変動させる変動
供給工程とを含むため、各ガスの供給に際して「ゆら
ぎ」が発生し、これにより、真空容器内のガスの滞留の
発達を抑制することができる。よって、滞留による影響
を受けることなく、特性むらの抑制された機能性堆積膜
が製造されることとなる。また、変動供給工程における
各ガス供給経路から供給されるガスのガス流量の総和
が、一定供給工程のガス流量の総和と略同一であるた
め、所望の機能性堆積膜の形成に必要なガス流量が確保
される。

【０１４２】さらに、ガスの滞留の発達の抑制をガス供
給手段の機械的特性の精度管理によらず、各ガスの供給
に際する「ゆらぎ」により行うため、精度管理の低減が
なされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の一例である堆積膜製
造装置の概略構成図である。

【図２】矩形波状のガス流量変化パターンを説明するグ
ラフである。

【図３】別のガス流量変化パターンを説明するグラフで
ある。

【図４】本発明の第２の実施形態の一例である堆積膜製
造装置の上面断面図及び概略構成図である。

【図５】本発明の第１の実施例で用いた各ガス供給経路
から供給されるガスのガス流量変化パターンを示すグラ
フである。

【図６】本発明の第２の実施例で用いた各ガス供給経路
から供給されるガスのガス流量変化パターンを示すグラ
フである。

【図７】本発明の第３の実施例で用いた各ガス供給経路
から供給されるガスのガス流量変化パターンを示すグラ
フである。

【図８】本発明の第４の実施例で用いた各ガス供給経路
から供給されるガスのガス流量変化パターンを示すグラ
フである。

【図９】本発明の第５の実施例で試された、各ガス管か
らのガスの吐出方向を示す模式図である。

【図１０】本発明の第６の実施例で用いた堆積膜製造装
置の上面断面図及び概略構成図である。

【図１１】本発明の第６の実施例で用いた各ガス管から
供給されるガスのガス流量変化パターンを示すグラフで
ある。

【図１２】本発明の第７の実施例で用いた各ガス管から
供給されるガスのガス流量変化パターンを示すグラフで
ある。

【図１３】従来の一例である堆積膜製造装置内に生じた
ガスの滞留を説明する図である。

【符号の説明】

１第１のガス供給経路１ａ第１のガス流量制御部２第２のガス供給経路２ａ第２のガス流量制御部３ａ、３ｂガス管４ａ、４ｂガス供給手段５高周波電源６カソード７アース電極８基板９反応容器１０堆積膜製造装置１１、１２、１３、１４、７１、７２、７３マスフ
ローコントローラ２１、２２、２３、２４ボンベ３１、３２、３３、３４ボンベ用バルブ４１、４２、４３、４４流入バルブ５１、５２、５３、５４流出バルブ６０補助バルブ６１、６２、６３、６４圧力調整器１００、４００堆積装置１１１、４１１反応容器１１２、４１２円筒状基体１１３基体加熱用ヒータ１１４ａ、４１４ａ第１のガス管１１４ｂ、４１４ｂ第２のガス管４１４ｃ第３のガス管１１５マッチングボックス１１６高周波電源１１７反応容器リークバルブ１１８メイン排気バルブ１１９真空計１９７堆積膜形成部１９８排気部１９９、４９９高周波電源部２００ガス供給部４２１ａ第１のマスフローコントローラ４２１ｂ第２のマスフローコントローラ４２１ｃ第３のマスフローコントローラ４９６ガス供給源

フロントページの続き (72)発明者古島聡東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者土田伸史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA30 CA04 CA06 EA01 FA01 FA03 JA05 JA06 JA11 KA41 LA15 LA16 LA17 5F045 AA08 AB04 AC01 AC17 AC19 CA16 DA65 DP03 EE04 EE12 EE17 EH14 EH15 GB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機能性堆積膜を形成すべき基体が内部に
載置される真空容器内に、前記機能性堆積膜の原料とな
るガスをガス供給経路から供給するガス供給工程と、前
記真空容器内でプラズマを発生させるプラズマ発生工程
とを含む機能性堆積膜の製造方法において、前記ガス供給工程は、複数系統の前記ガス供給経路から
前記ガスを供給するものであるとともに、前記各ガス供給経路からのガス流量を一定とする一定供
給工程と、前記各ガス供給経路からのガス流量の総和が、前記一定
供給工程のガス流量の総和と略同一となるように、ガス
流量を前記一定供給工程のガス流量に対して変化させる
変動供給工程とを含むことを特徴とする機能性堆積膜の
製造方法。
【請求項２】前記変動供給工程は、前記ガス流量を時
間的に連続して変化させる工程を含む請求項１に記載の
機能性堆積膜の製造方法。
【請求項３】前記一定供給工程と、前記変動供給工程
とが交互に繰り返される請求項１または２に記載の機能
性堆積膜の製造方法。
【請求項４】前記変動供給工程におけるガス流量のピ
ーク値と、前記一定供給工程におけるガス流量との差分
が、前記一定供給工程におけるガス流量の５％以上６０
％以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
機能性堆積膜の製造方法。
【請求項５】前記変動供給工程に要する時間が、前記
一定供給工程に要する時間の１％以上３０％以下である
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の機能性堆積膜
の製造方法。
【請求項６】前記変動供給工程と前記一定供給工程と
が周期的に繰り返され、かつ、その周期が、ｓ＝ｐＶ／ｆｓ：真空容器内でのガスの平均滞在時間Ｖ：真空容器内の内容積ｐ：プラズマ発生工程時の圧力ｆ：真空容器内に供給されるガス流量で表される前記平均滞在時間ｓの０．５倍以上１００倍
以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の機
能性堆積膜の製造方法。
【請求項７】前記ガス供給工程は、前記各ガスを前記
基体の表面に平行な仮想の平面に対して±２０度の範囲
で、前記複数のガス供給経路から前記ガスを吐出させる
ことで前記真空容器内に前記各ガスを供給する工程を含
む請求項１ないし６のいずれか１項に記載の機能性堆積
膜の製造方法。
【請求項８】機能性堆積膜を形成すべき基体が内部に
載置される真空容器内に、前記機能性堆積膜の原料とな
るガスをガス供給経路から供給するガス供給工程と、前
記真空容器内でプラズマを発生させるプラズマ発生工程
とを含む機能性堆積膜の製造方法において、前記ガス供給工程は、複数系統の前記ガス供給経路から
前記ガスを供給するものであるとともに、前記各ガス供給経路からのガス流量を所望量で一定とす
る一定供給工程と、前記各ガス供給経路からのガス流量の総和が、前記一定
供給工程の前記各ガス供給経路からのガス流量の総和と
略同一となるように、前記各ガス供給経路からのガス流
量を前記一定供給工程の前記各ガス供給経路からのガス
流量に対して変化させる変動供給工程とを含むことを特
徴とする機能性堆積膜の製造方法。
【請求項９】機能性堆積膜を形成すべき基体が内部に
載置される真空容器と、前記機能性堆積膜の原料となる
ガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器内でプラ
ズマを発生させるプラズマ手段とを有する機能性堆積膜
の製造装置において、前記ガス供給手段は、少なくとも１つのガス源及び前記
ガス源からのガスを前記真空容器内に供給する複数のガ
ス供給経路からなり、前記各ガス供給手段からのガス流量を一定とする一定供
給時間と、前記各ガス供給手段からのガス流量の総和
が、前記一定供給時間の前記ガス流量の総和と略同一と
なるように、ガス流量を前記一定供給時間のガス流量に
対して変化させる変動供給時間とからなるガス流量変化
パターンにより、前記各ガス供給手段の各ガス流量を制
御する複数のガス流量制御手段を有することを特徴とす
る機能性堆積膜の製造装置。
【請求項１０】前記ガスは、複数の種類のガスからな
る混合ガスである請求項９に記載の機能性堆積膜の製造
装置。
【請求項１１】前記各ガス流量制御手段は、前記変動
供給時間では前記ガス流量を時間的に連続して変化させ
る請求項９または１０に記載の機能性堆積膜の製造装
置。
【請求項１２】前記各ガス流量制御手段によるガス流
量変化パターンは、前記一定供給時間と、前記変動供給
時間とが交互に繰り返されるものである請求項９ないし
１１のいずれか１項に記載の機能性堆積膜の製造装置。
【請求項１３】前記変動供給時間におけるガス流量の
ピーク値と、前記一定供給時間におけるガス流量との差
分が、前記一定供給時間におけるガス流量の５％以上６
０％以下である請求項９ないし１２のいずれか１項に記
載の機能性堆積膜の製造装置。
【請求項１４】前記変動供給時間が、前記一定供給時
間の１％以上３０％以下である請求項９ないし１３のい
ずれか１項に記載の機能性堆積膜の製造装置。
【請求項１５】前記変動供給時間と前記一定供給時間
とが周期的に繰り返され、かつ、その周期が、ｓ＝ｐＶ／ｆｓ：真空容器内でのガスの平均滞在時間Ｖ：真空容器内の内容積ｐ：プラズマの発生時の圧力ｆ：真空容器内に供給されるガス流量で表される前記平均滞在時間ｓの０．５倍以上１００倍
以下である請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の
機能性堆積膜の製造装置。
【請求項１６】前記ガス供給手段は、前記ガスを前記
真空容器内に吐出する吐出孔が前記基体の表面に平行な
仮想の平面に対して±２０度の範囲で形成された複数の
ガス管からなるものである請求項９ないし１５のいずれ
か１項に記載の機能性堆積膜の製造装置。
【請求項１７】機能性堆積膜を形成すべき基体が内部
に載置される真空容器と、前記機能性堆積膜の原料とな
るガスを供給するガス供給手段と、前記真空容器内でプ
ラズマを発生させるプラズマ手段とを有する機能性堆積
膜の製造装置において、前記ガス供給手段は、少なくとも１つのガス源及び前記
ガス源からのガスを前記真空容器内に供給する複数のガ
ス供給経路からなり、前記各ガス供給手段からのガス流量を所望量で一定とす
る一定供給時間と、前記各ガス供給手段からのガス流量
の総和が、前記一定供給時間の前記各ガス供給経路から
の前記ガス流量の総和と略同一となるように、前記各ガ
ス供給経路からのガス流量を前記一定供給時間の前記各
ガス供給経路からのガス流量に対して変化させる変動供
給時間とからなるガス流量変化パターンにより、前記各
ガス供給手段の各ガス流量を制御する複数のガス流量制
御手段を有することを特徴とする機能性堆積膜の製造装
置。