JP2008016459A - 堆積膜形成装置および堆積膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングガスなどを用いた装置内部のクリーニングの頻度を少なくできるようにしつつ、膜厚が均一な膜を形成できるようにする。
【解決手段】堆積膜形成対象物３を収容するための成膜室２０と、成膜室２０に原料ガスを供給するための原料ガス供給手段５と、原料ガスを堆積種とするための１または複数の発熱体６と、を備えた堆積膜形成装置１において、発熱体６を、原料ガス供給手段５により供給された原料ガスが通過し、通過する原料ガスの少なくとも一部が分解して堆積種となるための内部空間６１と、内部空間６１に存在する堆積種を堆積膜形成対象物３に向けて放出するための１または複数の放出口６２と、を備えたものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱体により原料ガスを堆積種とし、その堆積種を堆積形成対象物に堆積させて成膜を行う堆積膜形成装置および堆積膜の形成方法に関するものである。

各種半導体デバイスの成膜には、Chemical Vapor Deposition（ＣＶＤ）法が多く用いられている。ＣＶＤ法には、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、および発熱体ＣＶＤ法がある。これらのＣＶＤ法のうち、発熱体ＣＶＤ法は、原料ガスを発熱体の熱によって分解し、これを基体上に成膜するという成膜方法である（たとえば特許文献１−３参照）。そのため、発熱体ＣＶＤ法は、熱ＣＶＤ法に比べて成膜中の基体の温度を低くできるために基体材料の使用範囲を広くすることができる上、プラズマＣＶＤ法のように基体上の膜がプラズマによってダメージを受けることもないといった利点を有している。このようなことから、発熱体ＣＶＤ法は、種々の基体上に良質の膜を得ることができる成膜方法として注目されている。

図１６に示したように、一般的な発熱体ＣＶＤ装置９は、基体９０の表面（被堆積面）９１に薄膜（堆積膜）を形成するように構成されたものである。発熱体ＣＶＤ装置９では、基体保持部９２に基体９０を保持させた状態において図外のガス供給手段によって成膜室９３に原料ガスを供給する一方で、その原料ガスを複数の発熱体９４によって分解し、そのときの分解成分を基体９０の表面に堆積させることで成膜するように構成されている。

複数の発熱体９４は、線条ワイヤであり、被堆積面９１が平面状である場合には、図１７に示したように、それらの軸心が互いに平行となるように並んで配置される。隣接する発熱体９４は、相互に導体９５により連結されており、複数の発熱体９４の全体としては、電気的に直列に配置される。

特許第２６９２３２６号公報 特開２００５−４８２７３号公報 特開２００５−１３３１６２号公報

しかしながら、発熱体ＣＶＤ装置９においては、発熱体９４の表面から周囲に向かって、ほぼ等方向に活性になったガス種が放射される。そのため、被堆積面９１以外にも堆積膜が形成される。また、ガスを均一に触媒体表面に供給するために、シャワー状のガス供給ヘッド９６を設けることも多いが、この面は距離的に触媒体に近いために特に膜が付きやすい問題点があった。

被堆積面９１以外に堆積膜が形成された場合には、その堆積膜が剥離するなどして、成膜欠陥につながることがある。そのため、被堆積面９１以外に付着した堆積膜は、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）などのエッチングガスを用いたクリーニングにより取り除く必要があるが、クリーニング回数が多くなると、成膜のタクトダウンにつながる。

一方、被堆積面９１以外に堆積膜が形成されるのを抑制するために、ガスを比較的、触媒体から離れた位置から供給する方法も提案されているが、供給源から遠い位置ではガスが触媒体に対して均等に供給されがたいため膜厚が不均一になりやすいのに加え、膜厚が薄くなりやすく、成膜速度が小さいといった欠点があった。また、成膜速度を上げる手段としては、触媒体の数を増やす、ガス圧を上げるなどの手段が考えられるが、そのような手段を採用すると更に膜厚分布が悪化してしまう。その一方で、近年においては、大画面平面ディスプレイあるいは太陽電池のために、大面積に均一な膜を形成できる技術を構築することが望まれている。

本発明は、エッチングガスなどを用いた装置内部のクリーニングの頻度を少なくできるようにしつつ、膜厚が均一な膜を形成できるようにすることを課題としている。

本発明の第１の側面においては、堆積膜形成対象物を収容するための成膜室と、前記成膜室に原料ガスを供給するための原料ガス供給手段と、前記原料ガスを堆積種とするための１または複数の発熱体と、を備えた堆積膜形成装置であって、前記発熱体は、前記原料ガス供給手段により供給された原料ガスが通過し、通過する原料ガスの少なくとも一部が分解して堆積種となるための内部空間と、前記内部空間に存在する前記堆積種を前記堆積膜形成対象物に向けて放出するための１または複数の放出口と、を備えていることを特徴とする、堆積膜形成装置が提供される。

発熱体は、たとえば筒状に形成されている。好ましくは、発熱体は、中空ワイヤである。この中空ワイヤは、たとえば線条の形態を有している。この場合、複数の発熱体は、それらの軸心が互いに平行または略平行となるように並んで配置される。

堆積膜形成対象物における被堆積面が平面である場合において、複数の発熱体は、たとえば被堆積面と平行または略平行な同一平面上に並んで配置される。

堆積膜形成対象物における被堆積面が円筒面である場合において、複数の発熱体は、たとえば被堆積面を囲む同心円または略同心円上に並んで配置される。

複数の発熱体は、たとえば電気的に直列接続される。複数の発熱体は、電気的に並列接続してもよい。

中空ワイヤは、渦巻状または蛇行状に形成してもよい。

発熱体は、外観形状が直方体であってもよい。

複数の放出口は、互いに異なる方向に堆積種を放出するための第１および第２放出口群を含んだものであってもよい。

発熱体は、融点が１６００℃以上に形成するのが好ましい。

本発明の第２の側面においては、成膜室に収容された堆積膜形成対象物に堆積膜を形成する方法であって、発熱体内に形成された内部空間に原料ガスを供給する工程と、前記発熱体から発せられる熱により、前記内部空間に供給された原料ガスの少なくとも一部を分解して堆積種とする工程と、前記内部空間に存在する前記堆積種を前記堆積膜形成対象物に向けて放出する工程と、を含むことを特徴とする、堆積膜の形成方法が提供される。

発熱体の発熱温度は、たとえば１６００℃以上２３００℃以下とされる。

本発明の第３の側面においては、環状をなす加熱面で囲まれた空間の一端側より該空間内に原料ガスを供給するとともに、この供給された原料ガスの少なくとも一部を前記加熱面の発する熱により分解して堆積種とし、この堆積種を前記空間の他端側より堆積膜形成対象物に向けて放出することによって、前記堆積膜形成対象物に堆積膜を形成することを特徴とする、堆積膜の形成方法が提供される。

加熱面の発熱温度は、たとえば１６００℃以上２３００℃以下とされる。

本発明によれば、発熱体の内部空間（加熱面により囲まれる空間）で原料ガスの分解、活性化、結合等の反応が起こって堆積種が生成される。発熱体の内部空間で生成された堆積種は、放出口を介して堆積膜形成対象物に向けて放出される。すなわち、発熱体の外部（成膜室内）において堆積種が進行する方向を、放出口によって規定することができる。そのため、発熱体の配置、あるいは放出口の形状や位置を、堆積膜形成対象物の被堆積面の形状などに応じて適宜設定することにより、堆積種が被堆積面以外の部分に向けて放射されるのを抑制し、不必要に堆積膜が形成されるのを抑制することができる。一方、発熱体の内部においては、発熱体が加熱されるために発熱体の熱輻射によってガスが分解されるため、発熱体自体には堆積種がほとんど堆積することはない。したがって、本発明では、被堆積面以外に堆積膜は形成されるのが抑制されているために、不要な膜が剥離して成膜欠陥が生じることを抑制することができる。

また、被堆積面以外に堆積膜が形成されるのを抑制できれば、エッチングガスなどを用いたクリーニングを行なう頻度を小さくできるため、成膜処理効率が向上し、製造コストを抑制することが可能となる。

さらに、放出口によって堆積種の放射方向を規制できるために、被堆積面に対して均一に堆積種を接触させることができる。その結果、膜厚ムラの小さい均質な膜を形成することが可能となるばかりか、発熱体の配置や形状、放出口の配置や形状などを適宜選択することにより、大面積な被堆積面に対しても膜厚ムラの少ない膜を形成することが可能となる。

本発明において、複数の発熱体を電気的に直列接続するようにすれば、各発熱体における電流値が一定となるために複数の発熱体における発熱状態を均一化させ、複数の発熱体の相互における堆積種の放射状態を均一化できる。そのため、複数の発熱体を電気的に直列接続するようにすれば、堆積膜形成対象物に対して均一な膜を形成することが可能となる。一方、複数の発熱体を電気的に並列接続するようにすれば、多数の発熱体を使用する場合であっても、各発熱体における電位差を小さくすることが可能となる。そのため、大面積の被堆積面に堆積膜を形成する場合には、複数の発熱体を並列接続するほうが有利となる。

本発明において、複数の放出口を互いに異なる方向に前記堆積種を吐き出すための第１および第２放出口群を含むようにすれば、複数の堆積膜形成対象物に対して同時に堆積膜を形成することができるため、処理効率を向上させることができる。

本発明において、融点が１６００℃以上にとなるように発熱体を形成すれば、発熱体は蒸発することもなく、また発熱体に曲がりや歪が生じ、あるいは放出口の形状が変化してしまうことを抑制することができる。その結果、発熱体の繰り返し使用した場合であっても、安定した成膜を繰り返し行うことができる。

以下、本発明に係る堆積膜形成装置について、図面を参照しつつ説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る堆積膜形成装置について、図１ないし図３を参照して説明する。

図１ないし図３に示した堆積膜形成装置１は、容器２によって規定される成膜室２０において、平板状基体３に対して堆積膜を形成するためのものであり、基体支持体４、ガス供給手段５、および複数の発熱体６を備えている。

容器２は、成膜室２０への平板状基体３の出し入れが可能なように、その一部が開閉可能に形成されているとともに、ガス排気口２１を有している。このガス排気口２１は、成膜室２０のガスを外部に排出するためのものであり、図外のポンプ（たとえばメカニカルブースタポンプやロータリーポンプ）に接続されている。成膜室２０は、図外のポンプによりガス排気口２１を介して成膜室２０からガスを排出させることにより真空化が図られる。成膜室２０の圧力は、成膜時においては、たとえば１．０Ｐａ以上１００Ｐａ以下とされる。また、成膜室２０は、成膜前において、予め１０^−３Ｐａ程度の高真空としておくのが好ましい。そうすれば、成膜前において成膜室２０から水分や残留不純物ガスが充分に除去されるため、成膜室２０に残留した水分や残留不純物ガスが分解されて平板状基体３に被着されるのを充分に抑制することができる。

基体支持体４は、平板状基体３を保持するためのものであり、その内部に温度調整手段４０が設けられている。

温度調整手段４０は、平板状基体３の温度を目的温度に維持するものであり、加熱・冷却機構および温度検出機構を有している。加熱機構としては、たとえばニクロム線、シーズヒーターおよびカートリッジヒーターなどの電気的なもの、あるいは油などを熱媒体とするものが使用され、冷却機構としては、たとえば空気および窒素ガスなどの気体、水あるいは油などを冷却媒体とするものが使用される。加熱・冷却機構において、液体や気体を伝熱媒体とするものについては、伝熱媒体が基体支持体４の内部を循環流動するように構成するのが好ましい。また、温度検出機構としては、サーミスタや熱電対などが用いられる。

このような温度調整手段４０では、温度検出機構によって基体支持体４の温度をモニタリングしながら、図外の制御手段によって加熱・冷却機構を制御することにより、成膜前および成膜中において基体支持体４（平板状基体３）の温度が目的温度に調整される。

ここで、平板状基体３の温度は、平板状基体３の表面に形成すべき堆積膜の組成や平板状基体３の材質などにより決定されるが、たとえばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の堆積膜を形成する場合には、１００℃以上４００℃以下、好適には２００℃以上３５０℃以下における略一定温度に制御される。

ガス供給手段５は、成膜室２０（発熱体６の内部）に対して原料ガスを供給するためのものであり、ガスボンベ５０、減圧弁５１およびマスフローコントローラ５２を備えている。

ガスボンベ５０は、成膜室２０（発熱体６の内部）に供給すべき原料ガスが充填されたものであり、配管５３を介して発熱体６に接続されている。ここで、平板状基体３の表面にａ−Ｓｉ系の堆積膜を形成する場合には、Ｓｉ原子を含むガス、たとえばＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ_３Ｈ_８、ＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、あるいはＳｉＣｌ_２Ｈ_２などを用いることができる。

減圧弁５１およびマスフローコントローラ５２は、成膜室２０に導入する各原料ガス成分の流量およびガス圧を調整するためのものである。

複数の発熱体６は、原料ガスを分解するためものであり、電源６０からの電力供給により発熱したときに生じるジュール熱により、原料ガスを分解するように構成されている。複数の発熱体６は、内部空間６１および複数の放出口６２を有する中空ワイヤにより、線条の抵抗体として形成されている。

発熱体６を形成するための材料としては、その反応生成物を堆積種とでき、かつ比較的融点が大きく（たとえば融点が１６００℃以上）、発熱体自身が昇華や蒸発により堆積される膜中に混入しにくいものが用いられる。このような材料としては、たとえばタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）およびレニウム（Ｒｅ）からなる群より選択される少なくとも１種を主成分または合金成分とする材料を挙げることができる。発熱体６を形成するための材料としては、金属や合金材料に代えて、炭化珪素（ＳｉＣ）等の導電性セラミックス等も使用することができる。

発熱体６の線径は、各発熱体６は、その外径Ｄ１が０．３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下、内径が０．１ｍｍ以上９．０ｍｍ以下とされている。本実施形態において複数の発熱体６は、その軸方向が互いに平行となるように等間隔で同一平面状に配置されている。複数の発熱体６は、隣接するものどうしが導体６３により接続されているとともに、最も端に位置する発熱体６は電源６０に接続されており、複数の発熱体６は電気的に直列接続となるようになされている。複数の発熱体６を直列接続した場合には、各発熱体６における電流値が一定となるために複数の発熱体６における発熱状態を均一化させることができる。その結果、複数の発熱体６を直列接続した場合には、複数の発熱体６の相互における堆積種の放射状態を均一化できるために平板状基体３に対して均一な膜を形成することが可能となる。

電源６０としては、通常は直流電源が用いられるが、交流電源を用いてもよい。交流電源を用いる場合には、必要に応じて、マッチング回路が別途設けられる。各発熱体６は、その下端が絶縁部材６４を介して容器２に固定されており、絶縁部材６４により封止されている。一方、発熱体６の上端は、セラミックパイプなどの絶縁材により形成された配管６５を介して容器２に固定されている。

ここで、各発熱体６と平板状基体３との間の距離Ｌ１は、原料ガスの分解により生成された堆積種（分解成分）を平板状基体３に向けて効率的に輸送するため、あるいは、発熱体６からの輻射熱による平板状基体３や堆積膜への損傷を防止するために、たとえば３ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好適には５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、更に好適には１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定される。また、隣接する発熱体６相互の距離Ｌ２は、発熱体６のサイズ、放出口６２のサイズ、あるいは平板状基体３のサイズなどに応じて決定されるが、たとえば１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、１０ｍｍ以上７５ｍｍ以下に設定される。

内部空間６１は、ガス供給手段５により原料ガスが供給される部分であり。配管５３を介してガスボンベ５０の内部に連通している。内部空間６１においては、発熱体６の内面である加熱面より発する熱により原料ガスが加熱・分解される。

複数の放出口６２は、平板状基体３の被堆積面３０に対面するように、その軸方向に並んで設けられている。各放出口６２は、内部空間６１に連通しており、内部空間６１において原料ガスを分解したときに生じる堆積種を平板状基板３に向けて放出することができるようになされている。放出口６２は、円形状に形成されており、その径Ｄは、たとえば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とされており、隣接する放出口６０の間のピッチＰは、たとえば０．５ｍｍ以上２５．０ｍｍ以下とされている。

もちろん、放出口６２の構成は種々に変更可能であり、円形以外に、三角形、正方形、長方形、菱形あるいは六角形などの種々の形状を採用することができる。

次に、発熱体ＣＶＤ装置１を用いて、図３に示した平板状基体３の被堆積面３０に薄膜（堆積膜）を形成する場合について説明する。

発熱体ＣＶＤ装置１を用いて平板状基体３に目的とする膜を形成する場合には、まず基体支持体４に対して平板状基体３をセットする。平板状基体３は、被堆積面３０が発熱体６の放出口６２に対面した状態で基体支持体４にセットされる。

基体支持体４に対して平板状基体３をセットした場合には、真空ポンプを用いてガス排気口２１から成膜室２０のガスを排気して成膜室２０を真空状態に保持した状態で、ガス供給手段５を用いて原料ガスを各発熱体６の内部空間６１に供給する一方で、各発熱体６を発熱させることにより行なわれる。

原料ガスとしては、減圧弁５１およびマスフローコントローラ５２により流量およびガス圧が調整された状態で発熱体６の内部空間６１に供給される。一方、発熱体６の発熱温度は、たとえば１６００℃以上２３００℃以下の範囲に設定される。

このようにして発熱体６の内部空間６１に原料ガスを供給しつつ発熱体６を発熱させることにより、原料ガスは、発熱体６の内面（加熱面）からの熱によって内部空間６１において加熱・分解される。このときに生じた分解成分は、放出口６２を介して内部空間６１から外部に放出される。放出口６２は、平板状基体３に対面して配置されているために、放出口６２から放出された堆積種は、平板状基体３の被堆積面３０に堆積させられ、ａ−Ｓｉ層が形成される。

以上に説明した発熱体ＣＶＤ装置１によれば、発熱体６の内部空間６１で生成された堆積種を、放出口６２を介して平板状基体３の被堆積面３０に向けて放出するため、発熱体６の外部において堆積種が進行する方向を、放出口６２によって規定することができる。そのため、発熱体６の配置、あるいは放出口６２の形状や位置を、平板状基体３の被堆積面３０の形状などに応じて適宜設定することにより、堆積種が被堆積面３０以外の部分に向けて放射されるのを抑制し、不必要に堆積膜が形成されるのを抑制することができる。

一方、発熱体６の内部空間６１においては、発熱体６が加熱されるために発熱体６の熱輻射によってガスが分解されるため、発熱体６自体には堆積種がほとんど堆積することはない。したがって、本発明では、被堆積面３０以外に堆積膜は形成されるのが抑制されているために、不要な膜が剥離して成膜欠陥が生じることを抑制することができる。

また、被堆積面３０以外に堆積膜が形成されるのを抑制できれば、エッチングガスなどを用いたクリーニングを行なう頻度を小さくできるため、成膜処理効率が向上し、製造コストを抑制することが可能となる。

さらに、放出口６２によって堆積種の放射方向を規制できるために、被堆積面３０に対して均一に堆積種を接触させることができる。その結果、膜厚ムラの小さい均質な膜を形成することが可能となるばかりか、発熱体６の配置や形状、放出口６２の配置や形状などを適宜選択することにより、大面積な被堆積面３０に対しても膜厚ムラの少ない膜を形成することが可能となる。

本実施の形態における発熱体ＣＶＤ装置１は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更・改良が可能である。たとえば、本発明に係る発熱体ＣＶＤ装置１は、図４ないし図６に示した構成とすることもできる。

図４に示した発熱体ＣＶＤ装置１Ａは、複数の発熱体６Ａを、その軸心が水平方向を向くように配置したものである。図５に示した発熱体ＣＶＤ装置１Ｂは、各発熱体６における複数の放出口６２（図１および図３参照）に代えて、発熱体６Ｂの軸方向に延びるスリット６２Ｂを設けたものである。図６に示した発熱体ＣＶＤ装置１Ｃは、複数の発熱体６Ｃを電気的に並列に配置したものである。複数の発熱体を電気的に並列接続するようにすれば、多数の発熱体を使用する場合であっても、各発熱体における電位差を小さくすることが可能となる。そのため、大面積の被堆積面に堆積膜を形成する場合には、複数の発熱体を並列接続するほうが有利となる。

また、発熱体の加熱方法は、電気的手段によるものが一般的ではあるが、原料ガスを活性化させるのに必要な温度まで発熱体の温度を上昇できる方法ならば、加熱以外の方法、たとえば放射熱源によるもの、燃焼体による直接加熱などを採用することもできる

次に、本発明の第２の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置７Ａについて、図７を参照して説明する。ただし、先に説明した本発明の第１の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置１（図１ないし図３参照）と同様な要素については同一の符号を付してあり、以下における重複説明は省略する。

図７に示した発熱体ＣＶＤ装置７Ａは、１つの発熱体７０Ａにより平板状基体３に対して堆積膜を形成するように構成されたものである。発熱体７０Ａは、円筒状ワイヤを渦巻き状に加工した形態を有している。

発熱体７０Ａは、平面状基体３に対面する部分に複数の放出口７１Ａが設けられている。複数の放出口７１Ａは、全体としてマトリックス状に配置されている。そのため、平面状基体３に対しては、被堆積面の全体に対して略均一に堆積種を接触させることができる。また、このような発熱体７０Ａは、大面積の平板状基体３の被堆積面に堆積膜を形成する場合に好適に採用することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置７Ｂについて、図８を参照して説明する。

図８に示した発熱体ＣＶＤ装置７Ｂは、図７を参照して先に説明した発熱体ＣＶＤ装置７Ａと同様に、１つの発熱体７０Ｂにより平板状基体３に対して堆積膜を形成するように構成されたものである。発熱体７０Ｂは、円筒状を蛇行状に加工した形態を有している。

発熱体７０Ｂは、平面状基体３に対面する部分に複数の放出口７１Ｂが設けられている。複数の放出口７１Ｂは、全体としてマトリックス状に配置されている。そのため、平面状基体３に対しては、被堆積面の全体に対して略均一に堆積種を接触させることができる。また、このような発熱体７０Ｂは、大面積の平板状基体３の被堆積面に堆積膜を形成する場合に好適に採用することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置７Ｃについて、図９および図１０を参照して説明する。

図９および図１０に示した発熱体ＣＶＤ装置７Ｃは、図７を参照して先に説明した発熱体ＣＶＤ装置７Ａと同様に、１つの発熱体７０Ｃにより平板状基体に対して堆積膜を形成するように構成されたものである。

発熱体７０Ｃは、外観において直方体形状を呈するものであり、内部空間７１Ｃを有する中空状に形成されている。発熱体７０Ｃの背面壁７２Ｃには貫通孔７３Ｃが形成されており、貫通孔７３Ｃを介して内部空間７１Ｃに原料ガスを導入できるように構成されている、発熱体７０Ｃの正面壁７４Ｃには、複数の放出口７５Ｃがスリット状に設けられている。複数の放出口７５Ｃは、上下方向に延びており、内部空間７１Ｃにおいて生成された堆積種を平板状基体３に向けて放出できるようになされている。発熱体７０Ｃの側面壁７６Ｃは、導体ワイヤ７７Ｃにより囲まれている。導体ワイヤ７７Ｃは、高周波電源７８Ｃに接続されており、発熱体７０Ｃは導体ワイヤ７７Ｃに対する高周波の印加によって発熱するように構成されている。

もちろん、内部空間７１Ｃに原料ガスを導入するための貫通孔７３Ｃは、必ずしも背面壁７２Ｃに設ける必要はなく、側面壁７６Ｃなどに設けてよい。また、発熱体７０Ｃの加熱は高周波印加以外の方法により行なってもよい。さらに、図１１に示したように、発熱体７０Ｃの放出口７５Ｃは、必ずしもスリット状に設ける必要はなく、マトリックス状に配置された複数の貫通孔として形成してもよい。

次に、本発明の第５の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置７Ｄについて、図１２を参照して説明する。

図１２に示した発熱体ＣＶＤ装置７Ｄは、複数の発熱体７０Ｄにより２つの平板状基体３Ａ，３Ｂに対して同時に堆積膜を形成するように構成されたものである。この発熱体ＣＶＤ装置７Ｄは、２つの平板状体３Ａ，３Ｂを個別に支持できるように２つの基体支持体７１Ｄ，７２Ｄを備えている。これらの基体支持体７１Ｄ，７２Ｄは、２つの平板状基体３Ａ，３Ｂを、それらの被堆積面３０Ａ，３０Ｂが互いに対面した状態となるように支持することができる。２つの基体支持体３Ａ，３Ｂの間には、複数の発熱体７０Ｄ（図面上は１つ）が配置されている。複数の発熱体７０Ｄは、図面上からは明確には分からないが、被堆積面３０Ａ，３０Ｂと平行または略平行な同一平面上において並んで配置されている。各発熱体７０Ｄは、内部空間７３Ｄを有する円筒状ワイヤとして形成されており、内部空間７３Ｄに連通する複数の放出口７４Ｄ，７５Ｄを有している。複数の放出口７４Ｄ，７５Ｄは、互いに異なる方向に堆積種を放出できるように構成されており、複数の放出口７４Ｄが平板状基体３Ａの被堆積面３０Ａに対面し、複数の放出口７５Ｄが平板状基体３Ｂの被堆積面３０Ｂに対面している。

発熱体ＣＶＤ装置７Ｄでは、発熱体７０Ｄの内部空間７３Ｄに供給された原料ガスが発熱体７０Ｄによって内部空間７３Ｄにおいて堆積種とされる。この堆積種は、複数の放出口７４Ｄ，７５Ｄを介して放出される。複数の放出口７４Ｄ，７５Ｄは、平板状基体３Ａの被堆積面３０Ａに対向する第１放出口７４Ｄと、平板状基体３Ｂの被堆積面３０Ｂに対向する第２放出口７５Ｄと、を含んでいるため、２つの平板状基体３Ａ，３Ｂの被堆積面３０Ａ，３０Ｂのそれぞれに対して堆積種が接触させられる。その結果、発熱体ＣＶＤ装置７Ｄでは、２つの平板状基体３Ａ，３Ｂに対して同時に堆積膜を形成することができる。

次に、本発明の第６の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置１′について、図１３ないし図１５を参照して説明する。

図１３および図１４に示した発熱体ＣＶＤ装置１′は容器２′によって規定される成膜室２０′において、円筒状基体８０に対して堆積膜を形成するためのものであり、基体支持体４′、回転手段８′、ガス供給手段５′、発熱体６′を備えている。

容器２′は、図外のポンプに接続されたガス排気口２１′を有している点において図１ないし図３を参照して説明した発熱体ＣＶＤ装置１の容器２と同様であるが、円筒状に形成されている点において異なっている。

基体支持体４′は、円筒状基体８０を保持するためのものであり、回転手段８′によって容器２′に対して回転可能に支持されている。円筒状基体８０は、その内部に基体支持体４′が挿通された状態で基体支持体４′に保持される。各基体支持体４′は、中空の円筒状に形成されており、その内部に温度調整手段（図示せず）が設けられている。温度調整手段は、円筒状基体８０の温度を目的温度に維持するものであり、加熱・冷却機構および温度検出機構を有している。このような温度調整手段では、温度検出機構によって基体支持体４′の温度をモニタリングしながら、図外の制御手段によって加熱・冷却機構を制御することにより、成膜前および成膜中において基体支持体４′（円筒状基体８０）の温度が目的温度に調整される。

ここで、円筒状基体８０の温度は、円筒状基体８０の表面に形成すべき堆積膜の組成や円筒状基体８０の材質などにより決定されるが、たとえばａ−Ｓｉ系あるいはアモルファスシリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）系の堆積膜を形成する場合には、１００℃以上４００℃以下、好適には２００℃以上３５０℃以下における略一定温度に制御される。

回転手段８′は、各基体支持体４′を回転させるためのものであり、真空中で接続や切り離しが可能なように構成されている。このような接続機構としては、電気的な配線については電流接続端子とソレノイドの組合せやスリップリングとブラシの組合せ等が用いられ、媒体についてはクイックカップリングとソレノイドの組合せ等が用いられる。また、回転動力の伝達については、ギヤ同士の組合せやギヤとソレノイドの組合せ等が用いられる。なお、回転手段８′と容器２′との接点には、成膜室２０′の真空を維持できる回転機構が設けられる。このような回転機構としては、回転軸を二重もしくは三重構造としたオイルシールやメカニカルシール等の真空シール手段を用いることができる。また、円筒状基体８０の温度制御のために円筒状基体８０の温度を検出するように構成する場合には、回転軸を中空に形成するとともに、回転軸の内部に温度検出機構やその配線などを設けることもできる。

このような回転手段８′により基体支持体４′を回転させた場合には、基体支持体４′に保持させた円筒状基体８０を回転させることができるため、発熱体６′によって分解された原料ガスの分解成分を円筒状基体８０の表面の全体にわたり略一様な膜厚に被着させることができる。なお、回転手段８′による基体支持体４′の回転速度は、たとえば１〜１０ｒｐｍとされる。

ガス供給手段５′は、成膜室２０′に対して原料ガスを供給するためのものであり、複数（図面上は４つ）のガスボンベ５１Ａ′，５１Ｂ′，５１Ｃ′，５１Ｄ′を備えている。

複数のガスボンベ５１Ａ′，５１Ｂ′，５１Ｃ′，５１Ｄ′は、成膜室２０′に供給すべき原料ガスが充填されたものであり、配管５２Ａ′，５２Ｂ′，５２Ｃ′，５２Ｄ′，５３′を介して成膜室２０′に接続されている。ここで、図１３においては、円筒状基体８０の表面にａ−Ｓｉ系およびａ−ＳｉＣ系の堆積膜を形成する場合のガスボンベ５１Ａ′〜５１Ｄ′の例を示してある。すなわち、ガスボンベ５１Ａ′〜５１′Ｄは、それぞれがＳｉ源ガス、Ｃ源ガス、荷電子制御源ガス、あるいは希釈ガスが充填されたものである。配管５２Ａ′〜５２Ｄ′，５３′の途中には、減圧弁５４Ａ′，５４Ｂ′，５４Ｃ′，５４Ｄ′およびマスフローコントローラ５５Ａ′，５５Ｂ′，５５Ｃ′，５５Ｄ′が設けられており、これらによって成膜室２０′に導入する各原料ガス成分の流量、ガス圧および組成を調整することが可能とされている。

Ｓｉ源ガスとしては、ＳｉとＨとからなる化合物、たとえばＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ_３Ｈ_８の他、シリコンとハロゲン元素とからなる化合物、たとえばＳｉＦ_４、ＳｉＣｌ_４、あるいはＳｉＣｌ_２Ｈ_２などを用いることができる。

Ｃ源ガスとしては、たとえばＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_３Ｈ_８、ＣＯ、あるいはＣＯ_２など、Ｃを含んだ化合物が使用される。

価電子制御ガス（膜中の価電子数を制御するガス）としては、Ｐ型不純物あるいはＮ型不純物を使用することができる。Ｐ型不純物としては、元素周期律表第１３族の元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａなど）を含む化合物、たとえばＢ_２Ｈ_６、Ｂ（ＣＨ_３）_３、Ａｌ（ＣＨ_３）_３、Ａｌ（Ｃ_２Ｈ_５）_３、およびＧａ（ＣＨ_３）_３などを用いることができる。一方、Ｎ型不純物としては、元素周期律表第１５族の元素（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなど）を含む化合物、たとえばＰＨ_３、Ｐ_２Ｈ_４、ＡｓＨ_３、ＳｂＨ_３などを用いることができる。

希釈用ガスとしては、たとえばＨ_２、Ｎ_２、Ｈｅ、Ａｒ、ＮｅおよびＸｅを用いることができる。

また、必要に応じて、バンドギャップ調整用ガスを用いてもよい。バンドギャップ調整用ガスとしては、バンドギャップを大きくする場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏを含む化合物、たとえばＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、Ｃ_３Ｈ_８、Ｎ_２、ＮＨ_３、ＮＯ、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２、Ｏ_２、ＣＯ、およびＣＯ_２を用いることができ、バンドギャップを小さくする場合には、たとえばＧｅあるいはＳｎを含む化合物、たとえばＧｅＨ_４、ＳｎＨ_４、Ｓｎ（ＣＨ_３）_３を用いることができる。

発熱体６′は、加熱により生じるジュール熱によって原料ガスを分解するためのものであり、図１ないし図３を参照して説明した発熱体ＣＶＤ装置１の発熱体６と同様な構成とされている。すなわち、発熱体６′は、内部空間６１′および複数の放出口６２′を有する線条の中空ワイヤとして形成されている。

発熱体６′と円筒状基体８０との距離は、原料ガスの分解により生成された堆積種（分解成分）を円筒状基体８０に向けて効率的に輸送するため、あるいは、発熱体６′からの輻射熱による円筒状基体８０や堆積膜への損傷を防止するために、たとえば３ｍｍ以上１００ｍｍ以下、好適には５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、更に好適には１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定される。

次に、発熱体ＣＶＤ装置１を用いて、図１５に示した電子写真感光体８を作製する場合を例にとって説明する。なお、図１５に示した電子写真感光体８は、円筒状基体８０の表面に、キャリア注入阻止層８１、光導電層８２および表面保護層８３を順次積層したものである。

発熱体ＣＶＤ装置１を用いて円筒状基体８０に目的とする膜を形成する場合には、まず基体支持体４′に対して円筒状基体８０をセットする。

円筒状基体８０としては、導電性または絶縁性のものが採用され、あるいは絶縁性基体の表面に導電層を形成したものが用いられる。

導電性基体としては、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、ステンレススチール（ＳＵＳ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、およびチタン（Ｔｉ）などの金属またはこれらの合金により形成されたものを挙げることができる。

絶縁性基体としては、たとえばガラス（ホウ珪酸ガラスやソーダガラスなど）、セラミックス、石英、およびサファイヤなどの無機絶縁物、あるいはフッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ビニロン、エポキシ、およびマイラーなどの合成樹脂絶縁物を挙げることができる。

絶縁性基体に形成される導電層としては、たとえば絶縁性基体の表面にＩＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、およびヨウ化銅などの導電層の他、Ａｌ、Ｎｉ、および金（Ａｕ）などの金属層を採用することができる。また、導電層は、たとえば真空蒸着法、活性反応蒸着法、イオンプレーティング法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、塗布法、あるいは浸漬法などにより形成することができる。

基体支持体４′に対して円筒状基体８０を支持させた場合には、円筒状基体８０に対してキャリア注入阻止層８１および光導電層８２をａ−Ｓｉ層として形成する。この工程は、真空ポンプを用いてガス排気口２１′から成膜室２０′のガスを排気して成膜室２０′を真空状態に保持した状態で、ガス供給手段５′を用いて原料ガスを成膜室２０′に供給する一方で、発熱体６′を発熱させることにより行なわれる。

ａ−Ｓｉ層としてキャリア注入阻止層８１および光導電層８２を形成する場合には、原料ガスとしては、たとえばＳｉ源ガスとしてのＳｉＨ_４および希釈ガスとしてのＨ_２を所望比で混合した混合ガスが用いられる。また、ＳｉＨ_４とＨ_２との混合比は、減圧弁５３Ａ′〜５３Ｄ′およびマスフローコントローラ５４Ａ′〜５４Ｄ′を用いて調整される。また、混合ガスには、必要に応じて、価電子制御ガスやバンドギャップ調整ガスなどが混入される。一方、発熱体６′の発熱温度は、たとえば１６００℃以上１８００℃以下の範囲に設定される。

このようにして成膜室２０′に原料ガスを供給しつつ発熱体６′を発熱させることにより、原料ガスが発熱体６′に接触させられて加熱・分解される。このときに生じた分解成分は、円筒状基体８０の表面に堆積させられ、ａ−Ｓｉ層が形成される。そして、原料ガスの組成を適宜変更することにより、円筒状基体８０の表面にはキャリア注入阻止層８１および光導電層８２としてのａ−Ｓｉ層が順次形成される。

円筒状基体８０の表面に、キャリア注入阻止層８１および光導電層８２をとしてａ−Ｓｉ層を形成した場合には、次いで表面保護層８３をａ−ＳｉＣ層として形成する。この工程においては、まず原料ガスなどの供給を一旦中断し、原料ガスを成膜室２０′に供給するための準備が行なわれる。次いで、真空ポンプを用いてガス排気口２１′から成膜室２０′のガスを排気して成膜室２０′の真空状態を維持した状態で、ガス供給手段５′を用いて原料ガスを成膜室２０′に供給するするとともに発熱体６′を発熱させる。

ａ−ＳｉＣ層として表面保護層８３を形成する場合の原料ガスとしては、たとえばＳｉ源としてのＳｉＨ_４、Ｃ源としてのＣ_２Ｈ_２および希釈ガスとしてのＨ２を所望比で混合した混合ガスが用いられる。また、ＳｉＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２およびＨ_２の混合比は、減圧弁５３Ａ′〜５３Ｄ′およびマスフローコントローラ５４Ａ′〜５４Ｄ′を用いて調整され、また、混合ガスには、必要に応じて、価電子制御ガスやバンドギャップ調整ガスなどが混入される。発熱体６′の発熱温度は、たとえば１８００℃以上２３００℃以下の範囲に設定される。

このようにして成膜室２０′に原料ガスを供給しつつ発熱体６′を発熱させることにより、原料ガスが発熱体６′に接触させられて加熱・分解される。このときに生じた分解成分は、円筒状基体８０の表面に堆積させられ、円筒状基体８０の表面には表面保護層３３としてのａ−Ｓｉ層が形成される。

以上に説明した発熱体ＣＶＤ装置１′によれば、発熱体６′の内部空間６１′において原料ガスにより生成された堆積種が、放出口６２′によってその放射方向が規制されつつ、放出口６２′を介して円筒状基体８０に向けて放出される。そのため、電子写真感光体８を製造する場合のように、円筒状基体８０に対して堆積膜を形成する場合であっても、堆積種が円筒状基体８の表面以外の部分に向けて放射されるのを適切に抑制でき、円筒状基体８の表面以外に不必要に堆積膜が形成されるのを抑制することができ、また発熱体６′自体に堆積膜が形成されるのを抑制することができる。その結果、不要な膜が剥離して成膜欠陥が生じることを抑制することができるとともに、エッチングガスなどを用いて発熱体６′や成膜室２０の内部のクリーニングを行なう頻度を小さくできるため、成膜処理効率が向上し、製造コストを抑制することが可能となる。

本実施例では、図１ないし図３に示した発熱体ＣＶＤ装置１を用いて平板状基体３に対して繰り返し成膜を行なった場合（本案）について、平板状基体３における成膜欠陥の発生状態について検討した。

平板状基体３としては１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍであるガラス板を用いた。この平板状基体３には、膜厚が５μｍシリコン膜を下記条件にて、５μｍ／ｈｏｕｒの成膜速度で形成した。このようなシリコン膜の成膜は、１０枚のガラス板について連続して行なった。

成膜欠陥については、シリコン膜上に発生した直径が０．１ｍｍ以上のピンホールの数を目視によりカウントすることにより行なった。ピンホールの発生数については、下記表２に示した。

一方、比較例として、図１６に示した従来の発熱体ＣＶＤ装置９を用いて、本案と同様にしてガラス板にシリコン膜を形成したときのピンホールの発生数を検討した。その結果は、本案の結果と同時に下記表２に示した。

表２から分かるように、比較例では、３枚目のガラス板にシリコン膜を形成したときから、ピンホールの数が急激に増加し始め、１０枚目のガラス板にシリコン膜を形成するときには、１枚目のガラス板にシリコン膜を形成したときの約２０倍の数のピンホールがカウントされた。これは、比較例では、シャワープレート９６の表面に堆積膜が形成され、あるいは粉体が形成され、それが、ガラス板上に落下して多くのピンホールが発生したものと考えられる。

一方、本実施例（本案）においては、１０枚目のガラス板にシリコン膜を形成する場合であっても、ピンホールの数が１枚目のガラス板にシリコン膜を形成したときの２倍以内に収まっている。このように、本実施例においては、繰り返しの成膜処理によっても成膜欠陥が生じることが適切に抑制されている。そのため、本実施例によれば、クリーニングを行なう頻度を小さくできるため、成膜処理効率が向上し、製造コストを抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す縦断面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１のIII−III線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す図３に相当する断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す図３に相当する断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す図３に相当する断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す図３に相当する断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す図３に相当する断面図である。 本発明の第７の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を説明するための発熱体の周りを示す斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の第８の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を説明するための発熱体の周りを示す正面図である。 本発明の第９の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す図１に相当する断面図である。 本発明の第１０の実施の形態に係る発熱体ＣＶＤ装置を示す図１に相当する断面図である。 図１３のXIV−XIV線に沿う断面図である。 図１３に示した発熱体ＣＶＤ装置において製造される電子写真感光体の断面図およびその要部拡大図である。 従来の発熱体ＣＶＤ装置を説明するための縦断面図である。 図１６のXVII−XVII線に沿う断面図である。

符号の説明

１，１′，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 発熱体ＣＶＤ装置
２０，２０′ 成膜室
３，３Ａ，３Ｂ 平板状基体
３０，３０Ａ，３０Ｂ （平板状基体の）被堆積面
５，５′ ガス供給手段
８０ 円筒状基体
６，６′，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ 発熱体
６１ （発熱体の）内部空間
６２，６２′，６２Ｂ，７１Ａ，７１Ｂ，７５Ｃ，７５Ｄ （発熱体の）放出口

Claims (16)

1. 堆積膜形成対象物を収容するための成膜室と、
   前記成膜室に原料ガスを供給するための原料ガス供給手段と、
   前記原料ガスを堆積種とするための１または複数の発熱体と、
   を備えた堆積膜形成装置であって、
   前記発熱体は、前記原料ガス供給手段により供給された原料ガスが通過し、通過する原料ガスの少なくとも一部が分解して堆積種となるための内部空間と、前記内部空間に存在する前記堆積種を前記堆積膜形成対象物に向けて放出するための１または複数の放出口と、を備えていることを特徴とする、堆積膜形成装置。
2. 前記発熱体は、筒状に形成されている、請求項１に記載の堆積膜形成装置。
3. 前記発熱体は、中空ワイヤである、請求項２に記載の堆積膜形成装置。
4. 前記中空ワイヤは、線条の形態を有しており、
   前記複数の発熱体は、それらの軸心が互いに平行または略平行となるように並んで配置されている、請求項３に記載の堆積膜形成装置。
5. 前記堆積膜形成対象物における被堆積面が平面である場合において、
   前記複数の発熱体は、前記被堆積面と平行または略平行な同一平面上に並んで配置されている、請求項４に記載の堆積膜形成装置。
6. 前記堆積膜形成対象物における被堆積面が円筒面である場合において、
   前記複数の発熱体は、前記被堆積面を囲む同心円または略同心円上に並んで配置されている、請求項４に記載の堆積形成装置。
7. 前記複数の発熱体は、電気的に直列接続されている、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の堆積膜形成装置。
8. 前記複数の発熱体は、電気的に並列接続されている、請求項４ないし６のいずれか１つに記載の堆積膜形成装置。
9. 前記中空ワイヤは、渦巻状または蛇行状に形成されている、請求項３に記載の堆積膜形成装置。
10. 前記発熱体は、外観形状が直方体である、請求項１に記載の堆積膜形成装置。
11. 前記複数の放出口は、互いに異なる方向に前記堆積種を放出するための第１および第２放出口群を含んでいる、請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の堆積膜形成装置。
12. 前記発熱体は、融点が１６００℃以上に形成されている、請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の堆積膜形成装置。
13. 成膜室に収容された堆積膜形成対象物に堆積膜を形成する方法であって、
    発熱体内に形成された内部空間に原料ガスを供給する工程と、
    前記発熱体から発せられる熱により、前記内部空間に供給された原料ガスの少なくとも一部を分解して堆積種とする工程と、
    前記内部空間に存在する前記堆積種を前記堆積膜形成対象物に向けて放出する工程と、を含むことを特徴とする、堆積膜の形成方法。
14. 前記発熱体の発熱温度は１６００℃以上２３００℃以下である、請求項１３に記載の堆積膜の形成方法。
15. 環状をなす加熱面で囲まれた空間の一端側より該空間内に原料ガスを供給するとともに、この供給された原料ガスの少なくとも一部を前記加熱面の発する熱により分解して堆積種とし、この堆積種を前記空間の他端側より堆積膜形成対象物に向けて放出することによって、前記堆積膜形成対象物に堆積膜を形成することを特徴とする、堆積膜の形成方法。
16. 前記加熱面の発熱温度は１６００℃以上２３００℃以下である、請求項１５に記載の堆積膜の形成方法。
    

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