JP2020021583A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転電極と電力導入電極間の接触状態を安定させ、かつ回転電極と電力導入電極間の容量の安定維持を実現しすることでプラズマを安定化させる。【解決手段】 回転電極の一部と基体が反応容器内に配置されたプラズマ処理装置において、整合回路を介して高周波電源と接続された電力導入電極を有し、電力導入電極と回転電極によって形成された空間の少なくとも一部は高潤滑性絶縁体によって隙間なく満たされ、回転電極は高潤滑性絶縁体と接触する部分において回転軸と垂直方向の断面形状が円形であり、電力導入電極と整合回路の間には、弾性部材が配置されていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明はプラズマ処理装置に関する。

薄膜を形成する方法として、反応容器に導入された原料ガスをプラズマのエネルギーで分解し、その分解生成物を基体の表面に被着させる方法が採用されている。このような膜形成方法はプラズマＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法と呼ばれ広く採用されている。例えばこのような方法で形成されたａ− Ｓｉ半導体膜の用途には太陽電池や液晶表示装置で使用される薄膜トランジスタ、半導体メモリ、電子写真感光体などが挙げられる。その中でも電子写真感光体に関しては、近年、電子写真装置の高画質化の要求に対応して、堆積膜の均一性の改善が強く要求されている。

堆積膜の均一性を向上させる手段の一つとして、電極を兼ねた基体を回転させながら堆積膜を形成する方法がある。それにより基体に形成される堆積膜の回転方向の均一性を高めることができる。回転電極には金属ブラシ等を介して電力を供給することが一般的であるが、回転電極と金属ブラシ間の接触状態が不安定になり電力を安定して電極に供給できず、プラズマが不安定になる場合があり、堆積膜の均一性の点で課題となっていた。このような課題に対して、特許文献１では、回転電極に対し非接触となるように設けられた電力導入部材を介して回転電極に電力を印加することでプラズマを安定して発生させる技術が開示されている。

特開平１１−１４０６５４号公報

しかしながら、回転電極と電力伝達部材を非接触とすると、回転電極と電力導入部材間の容量を安定維持することができず、プラズマの安定性の面で十分でない場合があり、堆積膜の均一性の点で改善の余地があるのが実情である。

上記課題を解決するため、本発明は回転電極の一部と基体が反応容器内に配置されたプラズマ処理装置において、整合回路を介して高周波電源と接続された電力導入電極を有し、電力導入電極と回転電極によって形成された空間の少なくとも一部は高潤滑性絶縁体によって隙間なく満たされ、回転電極は高潤滑性絶縁体と接触する部分において回転軸と垂直方向の断面形状が円形であり、電力導入電極と整合回路の間には弾性部材が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、回転電極と電力導入電極間の接触状態を安定させ、かつ回転電極と電力導入電極間の容量の安定維持を実現することでプラズマを安定化させ、形成する堆積膜の均一性を向上可能なプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明に関わるプラズマ処理装置の例を示す模式図である。 本発明に関わるプラズマ処理装置の例を示す模式図である。 本発明に関わるプラズマ処理装置の例を示す模式図である。 従来のプラズマ処理装置の例を示す模式図である。

本発明は、回転電極の一部と基体が反応容器内に配置されたプラズマ処理装置において、整合回路を介して高周波電源と接続された電力導入電極を有し、前記電力導入電極と前記回転電極によって形成された空間の少なくとも一部は高潤滑性絶縁体によって隙間なく満たされ、前記回転電極は前記高潤滑性絶縁体と接触する部分において回転軸と垂直方向の断面形状が円形であり、前記電力導入電極と前記整合回路の間には、弾性部材が配置されていることを特徴とする。以下、本発明について図を参照しつつ説明する。

図１は本発明で使用されるプラズマ処理装置の一例を示す模式図である。反応容器１００は接地され、周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力が印加される円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂ表面に対向する接地電極となっている。ベースプレート１０２及び上蓋１０３も接地され接地電極となっている。円筒状基体１０１Ａ、１０１ＢへのＲＦ電力の印加は、ＲＦ電源１０４から次のように構成される電力伝送路を経てなされる。基体ホルダ１０５が円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂを保持し互いに電気的に接続されている。また基体ホルダ１０５は基体ホルダ保持部材１０６に保持されて互いに電気的に接続されている。回転軸１０７は基体ホルダ保持部材１０６と電気的に接続されている。回転軸１０７、基体ホルダ保持部材１０６、基体ホルダ１０５及び円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂは回転電極となっている。

電力導入電極１０８が弾性部材１０９及び整合回路１１０を介してＲＦ電源１０４と接続されている。電力導入電極１０８と回転電極となる回転軸１０７によって形成された空間の一部は高潤滑性絶縁体１１１によって隙間なく満たされている。回転電極となる回転軸１０７は高潤滑性絶縁体１１１と接触する部分において回転軸と垂直方向の断面形状が円形となっている。ＲＦ電源１０４から出力されたＲＦ電力は整合回路１１０及び弾性部材１０９を介して電力導入電極１０８に印加され、回転電極となる回転軸１０７と容量結合することにより反応容器１００内に供給される。

電力導入電極１０８と回転電極となる回転軸１０７によって形成された空間の少なくとも一部は高潤滑性絶縁体１１１によって隙間なく満たされ、弾性部材１０９により絶縁体１１１が回転軸１０７に押し当てられる。それにより、電力導入電極１０８と回転軸１０７間の距離は常に一定に保つことができる。

回転軸１０７に偏心等が発生した場合においても、弾性部材１０９により回転軸１０７からの負荷を吸収することで、電力導入電極１０８及び高潤滑性絶縁体１１１は回転軸１０７の偏心等に追従可能である。そのため、電力導入電極１０８と回転軸１０７間の距離は常に一定に保つことができる。その結果、回転電極となる回転軸１０７と電力導入電極１０８間の容量の安定維持を実現でき、プラズマを安定化させることができる。

弾性部材１０９としては、例えば金属製のバネや可撓性の高い銅板等が用いられる。

高潤滑性絶縁体１１１としては、滑り性の観点から例えばＰＴＦＥやＰＶＤＦ等のフッ素樹脂が使用される。本発明においては、高潤滑性絶縁体１１１と回転電極となる回転軸１０７が接触する部分の動摩擦係数を０．３以下とすることにより、本発明の効果をより顕著に得ることができる。

モータ１１２、モータ回転軸１１３、モータ歯車部１１４、回転軸歯車部１１５、回転軸１０７、基体ホルダ保持部材１０６は、基体ホルダ１０５に対する回転支持機構を形成している。

円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂは基体加熱ヒータ１１６によって所定の温度に加熱される。基体加熱ヒータ１１６の外面は接地されている。基体加熱ヒータ１１６は絶縁性を有するヒータカバー１１７によって覆われている。基体加熱ヒータ１１６の内側には回転軸１０７と回転軸絶縁部材１１８とが設置されている。ヒータカバー１１７と回転軸絶縁部材１１８の上部には絶縁カバー１１９が設置されている。基体ホルダ１０５及び回転軸１０７はヒータカバー１１７、回転軸絶縁部材１１８及び絶縁カバー１１９によって基体加熱ヒータ１１６と絶縁されている。

反応容器１００内への原料ガスの導入はガスブロック１２０を介して行われる。ガスブロック１２０は、中央の管状空洞部１２１と原料ガス放出孔１２２から構成され、原料ガス放出孔１２２が反応容器１００内壁面に配置されるように取り付けられる。ガスブロック１２０には原料ガス流入バルブ１２３を介して原料ガス混合装置１２４が接続されている。反応容器１００及び上蓋１０３、ベースプレート１０２は減圧可能な空間を形成している。反応容器１００の排気系は、反応容器１００の排気口に連通された排気配管１２５と排気メインバルブ１２６と排気装置１２７とから構成されている。排気装置１２７は例えばロータリーポンプやメカニカルブースターポンプである。この排気系を反応容器１００に設けられた真空計（不図示）を使ってフィードバック制御させることにより反応容器１００内を所定圧力に維持する。

図２及び図３は本発明で使用される電力伝送路の一例を示す模式図である。図２は電力導入電極１０８と回転電極となる回転軸１０７によって形成された空間の少なくとも一部が高潤滑性絶縁体１１１によって隙間なく満たされた構成である。図３は電力導入電極１０８と回転電極となる回転軸１０７によって形成された空間の全てが高潤滑性絶縁体１１１によって隙間なく満たされた構成である。回転軸１０７と電力導入電極１０８間の容量安定維持の観点では、図３の構成がより好ましい。図２及び図３においては、弾性部材１０９としては可撓性の高い銅板が用いられている。

以下、図１及び図２や図３の装置を用いた電子写真感光体の製造方法の一例について説明する。

例えば、旋盤を用いて表面に鏡面加工を施した円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂは、円筒状部材１２８と共に基体ホルダ１０５に装着され、反応容器１００内に設置される。加熱用の不活性ガス、一例としてアルゴンガスがガスブロック１２０より反応容器１００内に導入される。真空計（不図示）を用いて反応容器１００内圧力は所定圧力に維持される。基体加熱ヒータ１１６により円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂは加熱され、２００℃〜５００℃の所定の温度に制御される。円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂが所定の温度に加熱されたところで、アルゴンガスは徐々に減らされる。同時並行して、成膜用の所定の原料ガス、例えばモノシラン、メタンなどの材料ガス、又はジボラン、ホスフィンなどのドーピングガスが反応容器１００内に除々に導入される。真空計（不図示）を用いて反応容器１００内は所定圧力に維持される。以上の手順により成膜準備を完了した後、ＲＦ電源１０４より図２又は図３に示す伝送路を通じて回転電極である回転軸１０７にＲＦ電力が印加され、反応容器１００内に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１００内に導入した各原料ガスが分解され、円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂの上に例えば下部注入阻止層、光導電層、表面層の順に堆積膜が形成される。

堆積膜形成後、電圧の供給、成膜用原料ガスの供給及び円筒状基体１０１Ａ、１０１Ｂの加熱を停止し反応容器１００内を排気する。その後、反応容器１００及びガスブロック１２０内部等を例えばアルゴンガスのような不活性ガスを用いてパージ処理する。

（実施例（ａ）〜（ｃ））
実施例では図１及び図２に示す装置を用いた。円筒状基体（直径８４ｍｍ、長さ３８１ｍｍ、厚さ３ｍｍの鏡面加工を施したアルミニウム製の円筒状基体）１０１Ａ、１０１Ｂの表面に、表１に示す条件を用いて、前述した方法により電子写真感光体を１０Ｌｏｔ連続で計２０本作製した。本実施例においては、高潤滑性絶縁体１１１として表２に示す三種類のフッ素樹脂を使用した。それぞれのフッ素樹脂を用いた場合の高潤滑性絶縁体１１１と回転電極となる回転軸１０７が接触する部分の動摩擦係数も併せて表２に示す。

（比較例）
比較例では、回転電極となる回転軸１０７と電力導入電極１０８が非接触である図４に示す装置を用いた。実施例と同様の方法で電子写真感光体を１０Ｌｏｔ連続で計２０本作製した。

［周方向膜厚均一性の評価］
実施例（ａ）〜（ｃ）及び比較例において作製した電子写真感光体の周方向膜厚均一性を以下の方法で評価した。

作製した電子写真感光体の膜厚を以下の測定点で測定した。軸方向は電子写真感光体の中央部位置を０ｃｍ位置とし、両側夫々５ｃｍ間隔で（±５ｃｍ、±１０ｃｍ、±１５ｃｍ）、０ｃｍ位置を含めて合計７点とした。また、軸方向各位置において周方向５°間隔で７２点を測定位置とした。軸方向各位置において得られた膜厚の最大値と最小値の差分を平均値で割った値を求めた。軸方向各位置で得られた値のうち最大値を周方向膜厚均一性とした。

測定は、ＦＩＳＣＨＥＲＳＣＯＰＥ ｍｍｓ（ＨＥＬＭＵＴ ＦＩＳＣＨＥＲ 社製）にプローブＥＴＡ３．３Ｈを装着して、渦電流法で行った。値が小さいほど、周方向膜厚均一性が良好である。

周方向膜厚均一性が１．５％以上では、周方向膜厚ムラが大きく、その結果、周方向膜厚ムラに応じた濃度差が画像で確認できる場合があるため、本発明の効果が表れていないと判断した。

実施例（ａ）〜（ｃ）及び比較例において、周方向膜厚均一性が１．５％以上の電子写真感光体を周方向膜厚均一性不良と判断し、その発生率を表３に示した。表３の結果からわかるように、本発明の手段を用いることにより、形成する堆積膜の均一性向上を実現し、周方向膜厚ムラ不良を抑制することができることがわかる。

また、実施例（ａ）〜（ｃ）において作製した各２０本の電子写真感光体の標準偏差を求め、表３に示した。表３の結果からわかるように、高潤滑性絶縁体１１１と回転電極となる回転軸１０７が接触する部分の動摩擦係数を０．３以下とすることにより、形成する堆積膜の均一性バラツキが小さい、安定したプラズマ処理を実現できることがわかる。

Claims (2)

1. 回転電極の一部と基体が反応容器内に配置されたプラズマ処理装置において、
   整合回路を介して高周波電源と接続された電力導入電極を有し、前記電力導入電極と前記回転電極によって形成された空間の少なくとも一部は高潤滑性絶縁体によって隙間なく満たされ、前記回転電極は前記高潤滑性絶縁体と接触する部分において回転軸と垂直方向の断面形状が円形であり、前記電力導入電極と前記整合回路の間には、弾性部材が配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記高潤滑性絶縁体と前記回転電極が接触する部分の動摩擦係数が０．３以下であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。