JP3748473B2 - 堆積膜形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒状導電性基体上に堆積膜、とりわけ機能性堆積膜、特に半導体デバイス、電子写真用光受容部材、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス等に用いる、アモルファス半導体を形成するプラズマＣＶＤによる堆積膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス、電子写真用光受容部材、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス、またその他の各種エレクトロニクス素子等に用いる素子部材として、アモルファスシリコン、例えば水素または／及びハロゲンで補償されたアモルファスシリコン等のアモルファス材料で構成された半導体等用の堆積膜が提案され、その中のいくつかは実用に付されている。
【０００３】
上記のようなアモルファスシリコンを用いたデバイスの形成装置についてさまざまなものが提案されている。例えば特開昭５８−８３８５５号公報（以下文献１と表記する）にはカソード電極と円筒状基体を同軸状に配置したアモルファスシリコン感光体の形成装置が開示されている。また、特開昭６２−２１９５２４号公報（以下文献２と表記する）には、円筒状の基体を同一円周上に配置して、生産性を向上させたアモルファスシリコン感光体の形成装置の例が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年では、上記のようなアモルファスシリコン材料を用いた機器の総合的な性能の向上により、アモルファスシリコン材料についてもさらに高品質化の要求が高まってきている。
例えば電子写真の分野においては、オフィス環境の改善のための小スペース化や、低価格化の流れが強まっている。
その一方で、コピー画像の高精細化、高速化が一層求められる様になって来た。この様な状況の中でアモルファスシリコン感光体も小径化、共通化の要求が高まる反面、電子写真プロセスの特性を最も生かした構成をとるため、感光体の直径まで含めた特化の傾向もあらわれている。
【０００５】
この様な状況の中で、従来の堆積膜形成装置では必ずしもその対応が十分ではなかった。
例えば前記文献１に記載されているような形式の堆積膜形成装置を用いて電子写真用のアモルファスシリコン感光体を形成する場合、感光体の直径が変わるとカソードの径、排気位置の変更等、装置の改造に数日の期間を要するのが通常であった。
また、前記文献２に記載された形式の堆積膜形成装置では、放電空間を形成するために基体の配置を変更する必要が生じ、やはり改造に数日を要するのが常であった。
【０００６】
こうした改造に伴う装置のデットタイムによって、高額の投資を必要とする原料ガスの供給手段や排気装置、さらにその他の付帯設備の稼働率の悪化を招いていた。
また上記のようなデットタイムをなくすため、堆積膜形成装置を改造すること無しに直径の異なる感光体を生産する場合には、装置構成が最適な形状からずれるため、堆積膜の特性のばらつきが発生する等の問題が避けられなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、需要に合わせた高品質なアモルファスシリコンデバイスを効率よく安価に安定して供給できる堆積膜形成装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、移動可能な真空容器に対して原料ガスの供給を容易ならしめリーク等の発生を防止すると共に、原料ガスの供給を安定化し、特性のばらつきを抑えたアモルファスシリコンデバイスを供給できる堆積膜形成装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、堆積膜形成装置を以下の様に構成したものである。
すなわち、本発明の堆積膜形成装置は、内部に基体が設置され得る真空容器を備え、該真空容器内を排気手段により排気し、該真空容器内に原料ガス供給手段から原料ガスを導入し、高周波電源から高周波電力を印加して、前記基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置において、
前記排気手段は少なくとも第１の排気手段と第２の排気手段との２つの排気手段を備え、前記真空容器を前記２つの排気手段の間を真空保持状態で自在に移動できるように構成し、前記真空容器を着脱可能な接続機構を介して前記第１の排気手段、前記第２の排気手段、前記高周波電源、または前記原料ガス供給手段の各手段に接続可能とし、
前記接続機構は、前記真空容器と前記原料ガス供給手段との接続部分が、原料ガス供給用の配管と該原料ガス供給用の配管の接続部分を大気から分離する外部配管との２重構造とされる一方、
前記外部配管が、前記真空容器と前記第１の排気手段または前記第２の排気手段とを前記接続機構を介して接続することで形成される排気配管として構成されていることを特徴としている。
そして、本発明においては、前記第１の排気手段は、前記真空容器を大気圧から真空に排気するための排気手段として、また、前記第２の排気手段は、前記堆積膜の形成を行なうに際して原料ガスを前記真空容器から排気するための排気手段として構成することができる。
また、本発明においては、前記原料ガス供給用の配管の接続部分は、該接続部分の前後に封止可能なバルブと、前記バルブに挟まれた原料ガス供給用の配管内部の圧力を測定する圧力計を備えてなる構成を採ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の堆積膜形成装置では、排気手段が固定されており、真空容器が自在に移動可能であるため、あらかじめ所望のアモルファスシリコンデバイスの生産に合わせた真空容器を用いることで、多品種の少量生産においても堆積膜形成装置の改造を必要とせず、生産装置のデットタイムを最小限に抑えることができる。また、個々のアモルファスシリコンデバイスの生産処方に合わせた最適な真空容器の構成を選択できるため、高品質なデバイスを安定して提供することが可能となる。
さらに真空容器が移動可能であるため、複数の真空容器を用いることで排気手段から切り離した位置で真空容器のメンテナンスを行なうことができ、その間に他の真空容器で堆積膜の形成を行なうことが可能となる。
したがって、この点からも堆積膜形成装置のデットタイムを最小限に抑えることが可能となり、高品質なデバイスを安価に供給することが可能となる。
【００１０】
つぎに、本発明の実施の態様を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の堆積形成装置の１例の模式図である。
この装置は大別すると真空容器１００と原料ガス供給手段２００、真空容器１００を真空排気する第１の排気手段としての排気装置１０２、堆積膜形成中に真空容器１００より原料ガスを排気するための第２の排気手段としての排気装置１０３、高周波電源１０５から構成される。第１の排気装置は排気配管１０９を通して接続機構１０７に接続され、第２の排気手段は真空配管１１０を通して接続機構１０８にそれぞれ接続されている。
また、原料ガス供給手段２００は原料ガス供給配管１１３、原料ガス接続機構３００を介して真空容器１００に接続されている。原料ガス接続機構３００は排気配管１１０より分岐した排気配管１１４に接続され、真空排気可能となっている。高周波電源１０５は高周波伝送回路１１１及び接続機構１０６を介して真空容器１００に接続されている。真空容器１００は接続機構１０６、１０８、３００より切り離され、自在に移動することができ、接続機構１０７を介して排気装置１０２とも接続される。
【００１１】
図２は、アモルファスシリコン感光体を形成する際の本発明の堆積膜形成装置の真空容器の１例の模式図である。
図２の例では真空容器１００は、真空炉１３８が移動台１４７の上に配置されている。
移動台１４７にはキャスター１４８が取り付けられ、真空容器１００全体が移動可能となっている。
真空炉１３８にはマッチングボックス１４５が高周波伝送回路１４６を通じて接続されることで高周波導入手段を形成する。
さらに高周波導入手段は高周波電源との接続機構１０６に接続されている。この場合真空炉１３８の壁面はカソード電極を兼ねる構成となっており、絶縁体１３７、１４０を介して台座１３６、扉１４１に接続されアースより絶縁された構成となっている。
真空炉１３８の内部には原料ガス供給管１３９と接地された円筒状の導電性基体１４２が設置される。
また円筒状の導電性基体の内部には必要に応じてヒーター１４３を置くことができる。
【００１２】
原料ガス供給管１３９は台座１３６を貫通して原料ガス導入管１３３に、さらにバルブ１３４に接続されることで原料ガス導入手段を形成している。
原料ガス導入手段は原料ガス供給手段との接続機構３００に接続される。また台座１３６には排気口１４９が開けられ、排気配管１３２が接続されている。
排気配管１３２には真空計１３１とバルブ１３５が接続され、さらに排気装置との接続機構１０８が接続されている。
真空容器１００は扉１４１、バルブ１３４及び１３５を閉じることによって真空保持したまま移動可能である。
【００１３】
図３は本発明の堆積膜形成装置の原料ガス導入手段と原料ガス供給手段をつなぐ接続機構の１例の模式図である。
図３の例では、原料ガス供給配管１１３と原料ガス導入管１３３は着脱可能なカプラー３０２、３０１によって接続されている。またバルブ３０４を介して接続された排気配管１１４によって原料ガス供給配管１１３の内部が真空排気可能になっている。
排気配管１１４は図１に示した様に排気配管１１０に接続されて、第２の排気装置によって排気されてもよいし、個別の排気装置を設けて排気する構成もとることができる。
【００１４】
次に図１〜３に示した装置を用いた堆積膜の形成の手順の１例について説明する。
まず、あらかじめ高周波導入手段、原料ガス導入手段が設置された真空容器１００を接続機構１０７を介して排気配管１０９、排気装置１０２に接続する。
次に真空容器１００内に脱脂洗浄された円筒状の導電性基体を設置する。ここで真空炉１３８の上部に設置された扉１４１及び、バルブ１３４を閉じ、バルブ１３５及び、接続機構１０７に設けられた排気バルブ（図示せず）を開いて真空炉１３８の内部を真空に排気する。真空計１３１の表示を見て、所望の圧力になったところでバルブ１３５及び、接続機構１０７に設けられた排気バルブ（図示せず）を閉じて、真空容器１００の内部を真空に保持したまま、接続機構１０７を取りはずし排気装置１０２と真空容器１００を取りはずす。
次に真空容器１００を所定の位置に移動し、接続機構１０６、１０８、３００を介してそれぞれ原料ガス供給手段２００、排気装置１０３、高周波電源１０５と接続する。
【００１５】
図３に示した接続機構を用いた場合の原料ガス導入の手順の１例は以下の様になる。
まず、各々の接続機構の接続を確認したところで、接続機構１０８に設けられた排気バルブ（図示せず）を開き接続機構１０８内部の排気を行なう。
これと同時並行的に接続機構３００に設けられたバルブ３０４を開き原料ガス供給配管１１３内部を真空排気する。十分排気を行なったところでバルブ３０４を閉じ、原料ガス供給手段２００より原料ガス供給配管１１３の内部にＡｒ、Ｈｅ、等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し、再びバルブ３０４を開けて排気を行なう。
この操作を数回繰り返して原料ガス供給配管１１３の内部を十分にパージしたのち、バルブ３０４を閉め原料ガス供給配管１１３の内部に不活性ガスで加圧にした状態で、カプラ部分に例えばガス漏れ検出液をかけてリークを検査する。リークがなければ、バルブ３０４を開けて再度原料ガス供給配管１１３内部を真空排気を行ない、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。
【００１６】
以上で原料ガス供給配管１１３の内部に原料ガスを導入する手順を完了し、バルブ１３５を開いて真空容器１００内部の排気を行なう。
真空計１３１の表示を確認し、真空容器内の圧力が所望の圧力以下に排気した後、バルブ１３４を開いて原料ガスを導入する。
このときバルブ１３４と別に設置されたニードルバルブ（図示せず）を設けて圧力変化を抑えながら、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。原料ガスはボンベ２４１〜２４３からレギュレーター２３１〜２３４、１次バルブ２３１〜２３４、マスフローコントローラー２１１〜２１４、２次バルブ２０１〜２０４を経て、さらにバルブ２５１を通って原料ガス供給配管に供給される。
【００１７】
原料ガスを所望の流量で真空容器１００に供給し、圧力調整バルブ（図示せず）で真空容器１００内を所望の圧力に調整した後、高周波電源１０５より高周波電力を供給し、グロー放電を発生させ、基体１４２上に堆積膜を形成する。
これに先立って、必要に応じて真空容器内に設置されたヒーター１４３に電源を接続し、基体を２０℃〜５００℃の所望の温度に加熱することもできる。
この場合、原料ガス供給手段からＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを導入しながら加熱することもできる。
【００１８】
所望の堆積膜を形成した後、原料ガスと高周波電力の供給をやめ、先に示したのと同様の手順で原料ガス供給配管１１３の内部をパージする。
十分にパージ操作が完了したところで、接続機構１０８に設けられた排気バルブ（図示せず）を閉じ、接続機構１０６、１０８、３００を解放して真空容器１００を各装置から取りはずし移動する。
必要に応じ形成された堆積膜の冷却を行なったのち、真空容器１００をリーク機構（図示せず）によってリークし、基体１４２を取り出して堆積膜形成の一連の手順を終る。
【００１９】
本発明の堆積膜形成装置では、真空容器が真空封止したまま移動可能であるため、生産性の向上が測れる。
たとえば、１つの真空容器が原料ガス供給機構、高周波電源、排気装置に接続されて堆積膜形成中であるとき、別の真空容器を第１の排気手段に接続して導電性基体の設置及び、真空排気を行なうことができる。
以上の様に本発明の堆積膜形成装置では、例えば真空容器がメンテナンス中または改造中であっても別の真空容器で堆積膜の形成が可能であり、その間高額の投資が必要となる原料ガス供給手段、排気手段、高周波電源やその他の付帯設備の稼働率を悪化させることがないため、アモルファスシリコンデバイスを安価に供給することができる。
また、異なる直径のアモルファスシリコン感光体等を形成する場合も、各々の直径に最適な形状の真空容器をあらかじめ用意しておくことで、装置の改造に伴う稼働率の低下や、従来の様に最適な形状からずれた真空容器を使用することによる特性のばらつきの発生等の問題点を引き起こすことはない。
【００２０】
本発明における堆積膜形成装置では、真空容器と原料ガス供給手段との接続機構３００を２重構造とすることができる。
図４は２重管構造をとった場合の接続機構の１例を模式的に示した図である。
図４においてカプラ３０１、３０２は外部配管３０７に覆われ大気から分離された構造になっている。
外部配管は図４の点線部分で内部の原料ガス供給配管と共に真空容器側と原料ガス供給手段側に分離可能な構造となっており、クランプ（図示せず）と真空シール（図示せず）によって接続され、さらに排気配管１１４がバルブ３０６を介して接続されて真空に排気可能になっている。
【００２１】
図４の導入機構を使用した場合の原料ガス導入の手順は、上記図３の導入機構の手順に加えて外部配管３０７の内部を真空に排気する手順を加えることができる。
すなわち真空容器と原料ガス供給手段を接続する際、まずカプラ３０１、３０２を接続する。
次にバルブ３０４を開き、原料ガス供給配管１１３の内部の真空排気を行なう。十分に排気した後、バルブ３０４を閉じ原料排気装置ガス供給管１１３内に原料ガス供給装置２００よりＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し、再びバルブ３０４を開いて真空排気を行なう。
この操作を数回繰り返してパージ操作を行なうが、この間バルブ３０６は閉じておく。
十分にパージを行なったのちバルブ３０４を閉め原料ガス供給配管１１３の内部に不活性ガスで加圧にした状態で、カプラ部分に例えばガス漏れ検出液をかけてリークを検査する。
リークがなければ、バルブ３０４を開いて再度原料ガス導入管１１３を真空排気しバルブ３０４を閉じて原料ガス導入管１１３に原料ガスを導入する。
これと並行してカプラ３０１、３０２に外部配管３０７を取り付け、原料ガス導入管１１３を真空排気が終了しバルブ３０４を閉じた時点でバルブ３０６を開いて外部配管３０７内を排気する。
以上で原料ガスの導入を終え堆積膜の形成を行なうが、堆積膜の形成の間バルブ３０６は開いておき、外部配管３０７内部の排気を続けることが望ましい。堆積膜形成後接続機構を分離する際には、バルブ３０６を閉じた後バルブ３０４を開き、原料ガス供給配管１１３内部をパージし不活性ガスに置換した後、リーク機構（図示せず）によって外部配管３０７の内部をリークして接続機構３００を解放する。
【００２２】
図４のような接続機構を用いた場合、原料ガスがカプラ３０１、３０２から漏れた場合でも直接原料ガスが大気中に放出されることはない。
また、堆積膜形成条件によっては、原料ガス供給配管が大気圧以下になる場合があるが、この場合も原料ガス供給配管の内部に大気が混入することがなく、及び配管内部での酸化物の発生による汚染を未然に防止すると共に、堆積膜の特性の悪化を抑え、結果として堆積膜の特性のばらつきの発生を抑えることができる。また本発明では原料ガス供給配管の接続部分に圧力計を設けることもできる。
【００２３】
図５は圧力計を設けた場合の真空容器と原料ガス供給配管との接続機構の１例を模式的に表した図である。
図５の装置では原料ガス供給配管にバルブ３０５が設けられ、バルブ３０７を介して圧力計３０９が接続されており、原料ガス供給管の接続部分の封止圧力を測定できる構成となっている。
図５の接続機構を用いた場合の原料ガス導入の手順は、前記の図４の導入機構を用いた場合の堆積膜形成の手順に、原料ガス供給管の接続部分の封止圧力を測定する手順が加えることができる。
すなわち、各々の接続機構の接続を確認した後、バルブ３０４、３０５、３０６、３０８を開いて原料ガス導入配管１１３及び外部配管３０２内を真空排気する。十分に排気を行なった後、バルブ３０４および３０６を閉じ、原料ガス供給管１１３内に原料ガス供給装置２００よりＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し再びバルブ３０４を開いて真空排気を行なう。
この操作を数回繰り返してパージ操作を行なうが、この間バルブ３０６は閉じておき真空に封止しておく。十分にパージを行ない、原料ガス供給配管１１３にバルブ１３４の手前まで不活性ガスを導入したのち、バルブ３０５を閉じて圧力計３０９により、バルブ１３４、３０４および３０５によって封止された配管内の封止圧力を測定する。
圧力測定の間はバルブ３０６を開いて外部配管３０７内部の真空排気を行なっておくことが望ましい。
所定の時間内で圧力の低下がなければ、バルブ３０６を閉じバルブ３０４、３０５、３０８を開いて原料ガス導入配管１１３内部の排気を行なった後、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。また、封止圧力を測定中、圧力低下があった場合は、カプラ３０１、３０２部よりリークがあるものと判断し、一旦接続機構３００を解放し、しかるべくチェック、修理を行なった後、再び接続機構３００を接続して上記の操作を繰り返す。
以上で原料ガスの導入を終え堆積膜の形成を行なうが、堆積膜の形成の間バルブ３０６は開いておき、外部配管３０７内部の排気を続けることが望ましい。
堆積膜形成後接続機構を分離する際には、バルブ３０６を閉じた後バルブ３０４、３０５、３０８を開き、原料ガス供給配管１１３内部をパージし不活性ガスに置換した後、リーク機構（図示せず）によって外部配管３０７の内部をリークして接続機構３００を解放する。
【００２４】
図５の接続機構ではカプラ３０１、３０２部分のリークの発生を封止圧力測定により検知できるため、図１及び図２で例示した様にリークチェックのためにガス漏れ検出液等を用いる必要がなく、自動制御で一切の工程を行なうことができる。また、カプラをはずした際に配管内部を残留したガス漏れ検出液によって汚染する危険がない。
バルブ１３４、３０４、３０５に挟まれた配管内の封止圧力を測定する際、配管内部に導入される圧力は、実際の堆積膜形成中の配管の圧力よりも高い値であればよい。例えば、実施例１であげた堆積膜形成条件では、配管内部の圧力は約５０ｋＰａでありこの圧力以上であればよく、外部配管３０７の内部が真空排気されているため（実施例１の条件では約１６Ｐａの圧力）、上記のような低圧の条件でもリークチェックは可能である。
ただし、圧力測定をより短時間で精度の高いものとする場合には、１００ｋＰａ以上の条件であることが望ましい。
圧力測定において、どの程度の圧力低下をリークありと判断するかは、堆積膜の形成条件や、目的とする特性によって異なるが、一般的には初期の圧力に対して５％以内であれば実用上は問題ない。
封止圧力測定を行なう時間は長いほどリークを検知する確度が上がるが、実用的には３０秒以上の時間であれば堆積膜の特性上問題はなかった。以上の圧力値や時間は実際の堆積膜形成条件や装置の性能に左右されるものであって、本発明を実施する上での絶対的条件ではない。
【００２５】
また、図５の装置では原料ガス供給配管とはべつにバルブ３０５とカプラ３０１の間に不活性ガス導入用の配管を設けることもできる。
この場合、原料ガス導入配管１１３の原料ガス導入機構２００からバルブ３０５の間はパージ操作を行なう必要がなくなるため、効率的に接続機構の取り付け、解放が行なえる。
【００２６】
また、本発明では接続機構３００の外部配管３０７を真空容器１００の排気配管と兼ねることもできる。
図６は外部配管と排気配管を兼ねた場合の接続機構の１例を模式的に示した図である。
図６の例では真空容器１００を原料ガス供給機構２００と接続する接続機構３００と、真空容器１００を第２の排気装置１０３と接続する接続機構１０８が一体となった構成となっている。
図６において、真空容器と第２の排気機構はフランジ３１６と３１７によって接続され、クランプ（図示せず）によって固定され、フランジ３１６にはＯリング３１４が設置される。
フランジの接続部分を挟んでバルブ１３５、排気バルブ１１５が配置され排気装置、真空容器を真空保持したまま、接続機構を分離することが可能な構成となっている。
また、排気バルブ１１５とフランジ３１６の間には真空排気用の配管３１８とバルブ３１９が設置されており、バルブ１３５と排気バルブ１１５の間を独立に排気できる様になっているが、装置設計上必要のない場合はこの配管は省略でき排気バルブ１１５を開くことによって接続機構内を排気することもできる。
また、原料ガス供給配管はＯリング３１５によってシールされ真空容器側と排気装置側（原料ガス供給手段側）が接続される。
Ｏリング３１５はＯリング３１４によって大気より分離されているのでＯリング３１５からリークが発生した場合でも原料ガスが大気に放出されることはない。
図６の接続機構を用いた場合の原料ガス導入の手順の一例は以下の様になる。まず、各接続機構の接続を確認した後、バルブ３１９を開き接続機構１０８の内部を真空排気する。
同時にバルブ３１１、３１３を開いて原料ガス供給配管１１３を真空排気する。十分に排気を行なった後、バルブ３１３を閉じ、原料ガス供給管１１３内に原料ガス供給装置２００よりＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し再びバルブ３１３を開いて真空排気を行なう。
この操作を数回繰り返してパージ操作を行なうが、この間バルブ３１９は開いておき接続機構１０８内部を真空排気しておく。
十分にパージを行ない、原料ガス供給配管１１３にバルブ１３４の手前まで不活性ガスを導入したのち、バルブ３１１を閉じて圧力計３０９により、バルブ１３４、３１１および３１３によって封止された配管内の封止圧力を測定する。
圧力測定の間はバルブ３１９を開いて接続機構１０８内部の真空排気を行なっておくことが望ましい。
所定の時間内で圧力の低下がなければ、バルブ３１１、３１３を開いて原料ガス導入配管１１３内部の排気を行なった後、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。
以上で原料ガスの導入を終え堆積膜の形成を行なうが、堆積膜の形成の間バルブ３１９は閉じておき排気バルブ１１５を開いて排気を行なう。
堆積膜形成後接続機構を分離する際には、バルブ３１４を閉じた後バルブ３１１、３１３を開き、原料ガス供給配管１１３内部をパージし不活性ガスに置換した後、リーク機構（図示せず）によって接続機構１０８の内部をリークして接続機構１０８（３００）を解放する。
以上の様に図６のような接続機構を用いた場合、装置構成の単純化と、原料ガス導入及び、接続機構解放の手順の簡略化ができる。
【００２７】
【実施例】
以上本発明の堆積膜形成装置の具体的例について述べてきたが、以下に、本発明の実験例および実施例について説明する。ただし、本発明はこれらによってなんら限定されるものではない。
（実験例１）
図１〜３に示した本発明の堆積膜形成装置を用いて表１の条件で前述した手順に従ってアモルファスシリコン堆積膜を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径１０８ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実験例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
【００２８】
【表１】
こうして作成した堆積膜を同様に基体の中心から母線方向に２ｃｍごと、計１７点の堆積膜の膜厚測定を行なった。このうち、最小の膜厚の値に対する最大の膜厚の値の比を膜厚ムラとして評価した。
【００２９】
（実験例２）
図１〜３に示した本発明の堆積膜形成装置を用いて表２の条件で前述した手順に従ってアモルファスシリコン堆積層を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径６０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実験例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものであり、実験例１で用いた真空容器とは、原料ガス導入管や、排気口の配置、カソード径等が異なっている。
【００３０】
【表２】
こうして作成した堆積膜を実験例１と同様に基体の中心から母線方向に２ｃｍごと、計１７点の堆積膜の膜厚測定を行なった。このうち、最小の膜厚の値に対する最大の膜厚の値の比を膜厚ムラとして評価した。
【００３１】
＜比較実験例１＞
実験例１で用いた真空容器を用いて実験例２で使用した円筒状の導電性基体（長さ３５７ｍｍ、直径６０ｍｍ）を用いて、前述した手順に従って表１に示した条件でアモルファスシリコン堆積膜を形成した。こうして作成した堆積膜を実験例１と同様に基体の中心から母線方向に２ｃｍごと、計１７点の堆積膜の膜厚測定を行なった。このうち、最小の膜厚の値に対する最大の膜厚の値の比を膜厚ムラとして評価した。
【００３２】
＜比較実験例２＞
実験例２で用いた真空容器を用いて実験例１で使用した円筒状の導電性基体（長さ３５７ｍｍ、直径６０ｍｍ）を用いて、前述した手順に従って表１に示した条件でアモルファスシリコン堆積膜を形成した。こうして作成した堆積膜を実験例１と同様に基体の中心から母線方向に２ｃｍごと、計１７点の堆積膜の膜厚測定を行なった。このうち、最小の膜厚の値に対する最大の膜厚の値の比を膜厚ムラとして評価した。
以上実験例１、２および比較実験例１、２の結果を表３に示す。なお、表３で膜厚ムラは実験例１の結果を１として相対値で評価している。
【００３３】
【表３】
表３の結果から明らかな様に、導電性基体の直径を変更した場合、真空容器の改造をしない場合は膜厚ムラが悪化していることがわかる。また、導電性基体の直径にあわせて設計された真空容器では、各々の直径でも膜厚ムラは同等の結果が得られた。
【００３４】
【実施例】
［実施例１］
図１〜３に示した本発明の堆積膜形成装置を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
【００３５】
【表４】
なお上記表４中の「層厚」は電子写真用光受容部材設計上のおおよその目安である。
【００３６】
以上の条件によって２０ロット電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。なお帯電能については以下の用にして測定した。・帯電能・・・・・・・作成した電子写真用感光体をキヤノン製ＧＰ５５を実験用に改造した電子写真装置に設置し帯電器に６ｋＶの電圧を印加してコロナ帯電を行ない、表面電位計によって暗部電位を測定した。
【００３７】
［実施例２］
図１〜２に示した本発明の堆積膜形成装置に図４で示した接続機構を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
以上の条件によって２０ロツト電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。
【００３８】
［実施例３］
図１〜２に示した本発明の堆積膜形成装置に図５で示した接続機構を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
以上の条件によって２０ロット電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。
【００３９】
［実施例４］
図１〜２に示した本発明の堆積膜形成装置に図６で示した接続機構を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
以上の条件によって２０ロット電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。
以上実施例１〜４の結果を表５に示す。
表５において膜厚のばらつきは、実施例１の結果を１とした相対評価で示している。
【００４０】
また帯電能については
◎・・・帯電能のばらつきが少なくきわめて良好
○・・・帯電能のばらつきがあるがいずれも電子写真装置の規格内
△・・・帯電能のばらつきがあり規格を満足しないものがある
を示している。
【００４１】
【表５】
表５の結果から、実施例１及び２では帯電能のばらつきが若干大きくなっている。これは、カプラの解放の際、リークチェックで使用したガス漏れ検出液が配管内部に入ったことにより特性に影響を与えたのではないかと推測される。ただし、実験例１及び２共にばらつきは軽微なものであり、本発明の堆積膜形成装置ではいずれも良好な結果が得られた。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、真空容器が自在に移動可能であるため、あらかじめ所望のアモルファスシリコンデバイスの生産に合わせた真空容器を用いることにより、多品種の少量生産においても堆積膜形成手段の改造を必要とせず、高額な設備投資を必要とする原料ガス供給手段、排気装置や、その他の付帯設備の稼働率を低下させることがなく、生産装置のデットタイムを最小限に抑えることができる。
また、個々のアモルファスシリコンデバイスの生産処方に合わせた最適な真空容器の構成を選択できるため、高品質なデバイスを安定して提供することが可能となる。
さらに真空容器が真空保持状態で移動可能であるため、複数の真空容器を用いることで排気手段から切り離した位置で真空容器のメンテナンスを行なうことができ、その間に他の真空容器で堆積膜の形成を行なうことが可能となり、このような点からも堆積膜形成装置のデットタイムを最小限に抑えることができ、高品質なデバイスを安価に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の堆積膜形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の堆積膜形成装置の真空容器の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１００：真空容器
１０２：排気装置（第１の排気手段）
１０３：排気装置（第２の排気手段）
１０５：高周波電源
１０６：（高周波電源の）接続機構
１０７：（排気装置の）接続機構
１０８：（排気装置の）接続機構
１０９：排気配管
１１０：排気配管
１１１：高周波伝送回路
１１３：原料ガス供給配管
１１４：排気配管
１３１：真空計
１３２：排気配管
１３３：原料ガス導入管
１３４：バルブ
１３５：排気バルブ
１３６：台座
１３７：絶縁体
１３８：真空炉
１３９：原料ガス供給管
１４０：絶縁体
１４１：扉
１４２：導電性基体
１４３：ヒーター
１４５：マッチングボックス
１４６：高周波伝送回路
１４７：移動台
１４８：キャスター
２００：原料ガス供給手段
２０１〜２０４：２次バルブ
２１１〜２１４：マスフローコントローラ
２２１〜２２４：１次バルブ
２３１〜２３４：レギュレーター
２４１〜２４４：ボンベ
２５１：バルブ
３００：接続機構
３０１、３０２：カプラ
３０４：バルブ
３０５：バルブ
３０６：バルブ
３０７：外部配管
３０８：バルブ
３０９：圧力計
３１１：バルブ
３１３：バルブ
３１４：Ｏリング
３１５：Ｏリング
３１６、３１７：フランジ
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒状導電性基体上に堆積膜、とりわけ機能性堆積膜、特に半導体デバイス、電子写真用光受容部材、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス等に用いる、アモルファス半導体を形成するプラズマＣＶＤによる堆積膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス、電子写真用光受容部材、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起電力デバイス、またその他の各種エレクトロニクス素子等に用いる素子部材として、アモルファスシリコン、例えば水素または／及びハロゲンで補償されたアモルファスシリコン等のアモルファス材料で構成された半導体等用の堆積膜が提案され、その中のいくつかは実用に付されている。
【０００３】
上記のようなアモルファスシリコンを用いたデバイスの形成装置についてさまざまなものが提案されている。例えば特開昭５８−８３８５５号公報（以下文献１と表記する）にはカソード電極と円筒状基体を同軸状に配置したアモルファスシリコン感光体の形成装置が開示されている。また、特開昭６２−２１９５２４号公報（以下文献２と表記する）には、円筒状の基体を同一円周上に配置して、生産性を向上させたアモルファスシリコン感光体の形成装置の例が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年では、上記のようなアモルファスシリコン材料を用いた機器の総合的な性能の向上により、アモルファスシリコン材料についてもさらに高品質化の要求が高まってきている。
例えば電子写真の分野においては、オフィス環境の改善のための小スペース化や、低価格化の流れが強まっている。
その一方で、コピー画像の高精細化、高速化が一層求められる様になって来た。この様な状況の中でアモルファスシリコン感光体も小径化、共通化の要求が高まる反面、電子写真プロセスの特性を最も生かした構成をとるため、感光体の直径まで含めた特化の傾向もあらわれている。
【０００５】
この様な状況の中で、従来の堆積膜形成装置では必ずしもその対応が十分ではなかった。
例えば前記文献１に記載されているような形式の堆積膜形成装置を用いて電子写真用のアモルファスシリコン感光体を形成する場合、感光体の直径が変わるとカソードの径、排気位置の変更等、装置の改造に数日の期間を要するのが通常であった。
また、前記文献２に記載された形式の堆積膜形成装置では、放電空間を形成するために基体の配置を変更する必要が生じ、やはり改造に数日を要するのが常であった。
【０００６】
こうした改造に伴う装置のデットタイムによって、高額の投資を必要とする原料ガスの供給手段や排気装置、さらにその他の付帯設備の稼働率の悪化を招いていた。
また上記のようなデットタイムをなくすため、堆積膜形成装置を改造すること無しに直径の異なる感光体を生産する場合には、装置構成が最適な形状からずれるため、堆積膜の特性のばらつきが発生する等の問題が避けられなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、需要に合わせた高品質なアモルファスシリコンデバイスを効率よく安価に安定して供給できる堆積膜形成装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、移動可能な真空容器に対して原料ガスの供給を容易ならしめリーク等の発生を防止すると共に、原料ガスの供給を安定化し、特性のばらつきを抑えたアモルファスシリコンデバイスを供給できる堆積膜形成装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、堆積膜形成装置を以下の様に構成したものである。
すなわち、本発明の堆積膜形成装置は、内部に基体が設置され得る真空容器を備え、該真空容器内を排気手段により排気し、該真空容器内に原料ガス供給手段から原料ガスを導入し、高周波電源から高周波電力を印加して、前記基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置において、
前記排気手段は少なくとも第１の排気手段と第２の排気手段との２つの排気手段を備え、前記真空容器を前記２つの排気手段の間を真空保持状態で自在に移動できるように構成し、前記真空容器を着脱可能な接続機構を介して前記第１の排気手段、前記第２の排気手段、前記高周波電源、または前記原料ガス供給手段の各手段に接続可能とし、
前記接続機構は、前記真空容器と前記原料ガス供給手段との接続部分が、原料ガス供給用の配管と該原料ガス供給用の配管の接続部分を大気から分離する外部配管との２重構造とされる一方、
前記外部配管が、前記真空容器と前記第１の排気手段または前記第２の排気手段とを前記接続機構を介して接続することで形成される排気配管として構成されていることを特徴としている。
そして、本発明においては、前記第１の排気手段は、前記真空容器を大気圧から真空に排気するための排気手段として、また、前記第２の排気手段は、前記堆積膜の形成を行なうに際して原料ガスを前記真空容器から排気するための排気手段として構成することができる。
また、本発明においては、前記原料ガス供給用の配管の接続部分は、該接続部分の前後に封止可能なバルブと、前記バルブに挟まれた原料ガス供給用の配管内部の圧力を測定する圧力計を備えてなる構成を採ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の堆積膜形成装置では、排気手段が固定されており、真空容器が自在に移動可能であるため、あらかじめ所望のアモルファスシリコンデバイスの生産に合わせた真空容器を用いることで、多品種の少量生産においても堆積膜形成装置の改造を必要とせず、生産装置のデットタイムを最小限に抑えることができる。また、個々のアモルファスシリコンデバイスの生産処方に合わせた最適な真空容器の構成を選択できるため、高品質なデバイスを安定して提供することが可能となる。
さらに真空容器が移動可能であるため、複数の真空容器を用いることで排気手段から切り離した位置で真空容器のメンテナンスを行なうことができ、その間に他の真空容器で堆積膜の形成を行なうことが可能となる。
したがって、この点からも堆積膜形成装置のデットタイムを最小限に抑えることが可能となり、高品質なデバイスを安価に供給することが可能となる。
【００１０】
つぎに、本発明の実施の態様を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の堆積形成装置の１例の模式図である。
この装置は大別すると真空容器１００と原料ガス供給手段２００、真空容器１００を真空排気する第１の排気手段としての排気装置１０２、堆積膜形成中に真空容器１００より原料ガスを排気するための第２の排気手段としての排気装置１０３、高周波電源１０５から構成される。第１の排気装置は排気配管１０９を通して接続機構１０７に接続され、第２の排気手段は真空配管１１０を通して接続機構１０８にそれぞれ接続されている。
また、原料ガス供給手段２００は原料ガス供給配管１１３、原料ガス接続機構３００を介して真空容器１００に接続されている。原料ガス接続機構３００は排気配管１１０より分岐した排気配管１１４に接続され、真空排気可能となっている。高周波電源１０５は高周波伝送回路１１１及び接続機構１０６を介して真空容器１００に接続されている。真空容器１００は接続機構１０６、１０８、３００より切り離され、自在に移動することができ、接続機構１０７を介して排気装置１０２とも接続される。
【００１１】
図２は、アモルファスシリコン感光体を形成する際の本発明の堆積膜形成装置の真空容器の１例の模式図である。
図２の例では真空容器１００は、真空炉１３８が移動台１４７の上に配置されている。
移動台１４７にはキャスター１４８が取り付けられ、真空容器１００全体が移動可能となっている。
真空炉１３８にはマッチングボックス１４５が高周波伝送回路１４６を通じて接続されることで高周波導入手段を形成する。
さらに高周波導入手段は高周波電源との接続機構１０６に接続されている。この場合真空炉１３８の壁面はカソード電極を兼ねる構成となっており、絶縁体１３７、１４０を介して台座１３６、扉１４１に接続されアースより絶縁された構成となっている。
真空炉１３８の内部には原料ガス供給管１３９と接地された円筒状の導電性基体１４２が設置される。
また円筒状の導電性基体の内部には必要に応じてヒーター１４３を置くことができる。
【００１２】
原料ガス供給管１３９は台座１３６を貫通して原料ガス導入管１３３に、さらにバルブ１３４に接続されることで原料ガス導入手段を形成している。
原料ガス導入手段は原料ガス供給手段との接続機構３００に接続される。また台座１３６には排気口１４９が開けられ、排気配管１３２が接続されている。
排気配管１３２には真空計１３１とバルブ１３５が接続され、さらに排気装置との接続機構１０８が接続されている。
真空容器１００は扉１４１、バルブ１３４及び１３５を閉じることによって真空保持したまま移動可能である。
【００１３】
図３は本発明の堆積膜形成装置の原料ガス導入手段と原料ガス供給手段をつなぐ接続機構の１例の模式図である。
図３の例では、原料ガス供給配管１１３と原料ガス導入管１３３は着脱可能なカプラー３０２、３０１によって接続されている。またバルブ３０４を介して接続された排気配管１１４によって原料ガス供給配管１１３の内部が真空排気可能になっている。
排気配管１１４は図１に示した様に排気配管１１０に接続されて、第２の排気装置によって排気されてもよいし、個別の排気装置を設けて排気する構成もとることができる。
【００１４】
次に図１〜３に示した装置を用いた堆積膜の形成の手順の１例について説明する。
まず、あらかじめ高周波導入手段、原料ガス導入手段が設置された真空容器１００を接続機構１０７を介して排気配管１０９、排気装置１０２に接続する。
次に真空容器１００内に脱脂洗浄された円筒状の導電性基体を設置する。ここで真空炉１３８の上部に設置された扉１４１及び、バルブ１３４を閉じ、バルブ１３５及び、接続機構１０７に設けられた排気バルブ（図示せず）を開いて真空炉１３８の内部を真空に排気する。真空計１３１の表示を見て、所望の圧力になったところでバルブ１３５及び、接続機構１０７に設けられた排気バルブ（図示せず）を閉じて、真空容器１００の内部を真空に保持したまま、接続機構１０７を取りはずし排気装置１０２と真空容器１００を取りはずす。
次に真空容器１００を所定の位置に移動し、接続機構１０６、１０８、３００を介してそれぞれ原料ガス供給手段２００、排気装置１０３、高周波電源１０５と接続する。
【００１５】
図３に示した接続機構を用いた場合の原料ガス導入の手順の１例は以下の様になる。
まず、各々の接続機構の接続を確認したところで、接続機構１０８に設けられた排気バルブ（図示せず）を開き接続機構１０８内部の排気を行なう。
これと同時並行的に接続機構３００に設けられたバルブ３０４を開き原料ガス供給配管１１３内部を真空排気する。十分排気を行なったところでバルブ３０４を閉じ、原料ガス供給手段２００より原料ガス供給配管１１３の内部にＡｒ、Ｈｅ、等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し、再びバルブ３０４を開けて排気を行なう。
この操作を数回繰り返して原料ガス供給配管１１３の内部を十分にパージしたのち、バルブ３０４を閉め原料ガス供給配管１１３の内部に不活性ガスで加圧にした状態で、カプラ部分に例えばガス漏れ検出液をかけてリークを検査する。リークがなければ、バルブ３０４を開けて再度原料ガス供給配管１１３内部を真空排気を行ない、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。
【００１６】
以上で原料ガス供給配管１１３の内部に原料ガスを導入する手順を完了し、バルブ１３５を開いて真空容器１００内部の排気を行なう。
真空計１３１の表示を確認し、真空容器内の圧力が所望の圧力以下に排気した後、バルブ１３４を開いて原料ガスを導入する。
このときバルブ１３４と別に設置されたニードルバルブ（図示せず）を設けて圧力変化を抑えながら、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。原料ガスはボンベ２４１〜２４３からレギュレーター２３１〜２３４、１次バルブ２３１〜２３４、マスフローコントローラー２１１〜２１４、２次バルブ２０１〜２０４を経て、さらにバルブ２５１を通って原料ガス供給配管に供給される。
【００１７】
原料ガスを所望の流量で真空容器１００に供給し、圧力調整バルブ（図示せず）で真空容器１００内を所望の圧力に調整した後、高周波電源１０５より高周波電力を供給し、グロー放電を発生させ、基体１４２上に堆積膜を形成する。
これに先立って、必要に応じて真空容器内に設置されたヒーター１４３に電源を接続し、基体を２０℃〜５００℃の所望の温度に加熱することもできる。
この場合、原料ガス供給手段からＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを導入しながら加熱することもできる。
【００１８】
所望の堆積膜を形成した後、原料ガスと高周波電力の供給をやめ、先に示したのと同様の手順で原料ガス供給配管１１３の内部をパージする。
十分にパージ操作が完了したところで、接続機構１０８に設けられた排気バルブ（図示せず）を閉じ、接続機構１０６、１０８、３００を解放して真空容器１００を各装置から取りはずし移動する。
必要に応じ形成された堆積膜の冷却を行なったのち、真空容器１００をリーク機構（図示せず）によってリークし、基体１４２を取り出して堆積膜形成の一連の手順を終る。
【００１９】
本発明の堆積膜形成装置では、真空容器が真空封止したまま移動可能であるため、生産性の向上が測れる。
たとえば、１つの真空容器が原料ガス供給機構、高周波電源、排気装置に接続されて堆積膜形成中であるとき、別の真空容器を第１の排気手段に接続して導電性基体の設置及び、真空排気を行なうことができる。
以上の様に本発明の堆積膜形成装置では、例えば真空容器がメンテナンス中または改造中であっても別の真空容器で堆積膜の形成が可能であり、その間高額の投資が必要となる原料ガス供給手段、排気手段、高周波電源やその他の付帯設備の稼働率を悪化させることがないため、アモルファスシリコンデバイスを安価に供給することができる。
また、異なる直径のアモルファスシリコン感光体等を形成する場合も、各々の直径に最適な形状の真空容器をあらかじめ用意しておくことで、装置の改造に伴う稼働率の低下や、従来の様に最適な形状からずれた真空容器を使用することによる特性のばらつきの発生等の問題点を引き起こすことはない。
【００２０】
本発明における堆積膜形成装置では、真空容器と原料ガス供給手段との接続機構３００を２重構造とすることができる。
図４は２重管構造をとった場合の接続機構の１例を模式的に示した図である。
図４においてカプラ３０１、３０２は外部配管３０７に覆われ大気から分離された構造になっている。
外部配管は図４の点線部分で内部の原料ガス供給配管と共に真空容器側と原料ガス供給手段側に分離可能な構造となっており、クランプ（図示せず）と真空シール（図示せず）によって接続され、さらに排気配管１１４がバルブ３０６を介して接続されて真空に排気可能になっている。
【００２１】
図４の導入機構を使用した場合の原料ガス導入の手順は、上記図３の導入機構の手順に加えて外部配管３０７の内部を真空に排気する手順を加えることができる。
すなわち真空容器と原料ガス供給手段を接続する際、まずカプラ３０１、３０２を接続する。
次にバルブ３０４を開き、原料ガス供給配管１１３の内部の真空排気を行なう。十分に排気した後、バルブ３０４を閉じ原料排気装置ガス供給管１１３内に原料ガス供給装置２００よりＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し、再びバルブ３０４を開いて真空排気を行なう。
この操作を数回繰り返してパージ操作を行なうが、この間バルブ３０６は閉じておく。
十分にパージを行なったのちバルブ３０４を閉め原料ガス供給配管１１３の内部に不活性ガスで加圧にした状態で、カプラ部分に例えばガス漏れ検出液をかけてリークを検査する。
リークがなければ、バルブ３０４を開いて再度原料ガス導入管１１３を真空排気しバルブ３０４を閉じて原料ガス導入管１１３に原料ガスを導入する。
これと並行してカプラ３０１、３０２に外部配管３０７を取り付け、原料ガス導入管１１３を真空排気が終了しバルブ３０４を閉じた時点でバルブ３０６を開いて外部配管３０７内を排気する。
以上で原料ガスの導入を終え堆積膜の形成を行なうが、堆積膜の形成の間バルブ３０６は開いておき、外部配管３０７内部の排気を続けることが望ましい。堆積膜形成後接続機構を分離する際には、バルブ３０６を閉じた後バルブ３０４を開き、原料ガス供給配管１１３内部をパージし不活性ガスに置換した後、リーク機構（図示せず）によって外部配管３０７の内部をリークして接続機構３００を解放する。
【００２２】
図４のような接続機構を用いた場合、原料ガスがカプラ３０１、３０２から漏れた場合でも直接原料ガスが大気中に放出されることはない。
また、堆積膜形成条件によっては、原料ガス供給配管が大気圧以下になる場合があるが、この場合も原料ガス供給配管の内部に大気が混入することがなく、及び配管内部での酸化物の発生による汚染を未然に防止すると共に、堆積膜の特性の悪化を抑え、結果として堆積膜の特性のばらつきの発生を抑えることができる。また本発明では原料ガス供給配管の接続部分に圧力計を設けることもできる。
【００２３】
図５は圧力計を設けた場合の真空容器と原料ガス供給配管との接続機構の１例を模式的に表した図である。
図５の装置では原料ガス供給配管にバルブ３０５が設けられ、バルブ３０７を介して圧力計３０９が接続されており、原料ガス供給管の接続部分の封止圧力を測定できる構成となっている。
図５の接続機構を用いた場合の原料ガス導入の手順は、前記の図４の導入機構を用いた場合の堆積膜形成の手順に、原料ガス供給管の接続部分の封止圧力を測定する手順が加えることができる。
すなわち、各々の接続機構の接続を確認した後、バルブ３０４、３０５、３０６、３０８を開いて原料ガス導入配管１１３及び外部配管３０２内を真空排気する。十分に排気を行なった後、バルブ３０４および３０６を閉じ、原料ガス供給管１１３内に原料ガス供給装置２００よりＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し再びバルブ３０４を開いて真空排気を行なう。
この操作を数回繰り返してパージ操作を行なうが、この間バルブ３０６は閉じておき真空に封止しておく。十分にパージを行ない、原料ガス供給配管１１３にバルブ１３４の手前まで不活性ガスを導入したのち、バルブ３０５を閉じて圧力計３０９により、バルブ１３４、３０４および３０５によって封止された配管内の封止圧力を測定する。
圧力測定の間はバルブ３０６を開いて外部配管３０７内部の真空排気を行なっておくことが望ましい。
所定の時間内で圧力の低下がなければ、バルブ３０６を閉じバルブ３０４、３０５、３０８を開いて原料ガス導入配管１１３内部の排気を行なった後、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。また、封止圧力を測定中、圧力低下があった場合は、カプラ３０１、３０２部よりリークがあるものと判断し、一旦接続機構３００を解放し、しかるべくチェック、修理を行なった後、再び接続機構３００を接続して上記の操作を繰り返す。
以上で原料ガスの導入を終え堆積膜の形成を行なうが、堆積膜の形成の間バルブ３０６は開いておき、外部配管３０７内部の排気を続けることが望ましい。
堆積膜形成後接続機構を分離する際には、バルブ３０６を閉じた後バルブ３０４、３０５、３０８を開き、原料ガス供給配管１１３内部をパージし不活性ガスに置換した後、リーク機構（図示せず）によって外部配管３０７の内部をリークして接続機構３００を解放する。
【００２４】
図５の接続機構ではカプラ３０１、３０２部分のリークの発生を封止圧力測定により検知できるため、図１及び図２で例示した様にリークチェックのためにガス漏れ検出液等を用いる必要がなく、自動制御で一切の工程を行なうことができる。また、カプラをはずした際に配管内部を残留したガス漏れ検出液によって汚染する危険がない。
バルブ１３４、３０４、３０５に挟まれた配管内の封止圧力を測定する際、配管内部に導入される圧力は、実際の堆積膜形成中の配管の圧力よりも高い値であればよい。例えば、実施例１であげた堆積膜形成条件では、配管内部の圧力は約５０ｋＰａでありこの圧力以上であればよく、外部配管３０７の内部が真空排気されているため（実施例１の条件では約１６Ｐａの圧力）、上記のような低圧の条件でもリークチェックは可能である。
ただし、圧力測定をより短時間で精度の高いものとする場合には、１００ｋＰａ以上の条件であることが望ましい。
圧力測定において、どの程度の圧力低下をリークありと判断するかは、堆積膜の形成条件や、目的とする特性によって異なるが、一般的には初期の圧力に対して５％以内であれば実用上は問題ない。
封止圧力測定を行なう時間は長いほどリークを検知する確度が上がるが、実用的には３０秒以上の時間であれば堆積膜の特性上問題はなかった。以上の圧力値や時間は実際の堆積膜形成条件や装置の性能に左右されるものであって、本発明を実施する上での絶対的条件ではない。
【００２５】
また、図５の装置では原料ガス供給配管とはべつにバルブ３０５とカプラ３０１の間に不活性ガス導入用の配管を設けることもできる。
この場合、原料ガス導入配管１１３の原料ガス導入機構２００からバルブ３０５の間はパージ操作を行なう必要がなくなるため、効率的に接続機構の取り付け、解放が行なえる。
【００２６】
また、本発明では接続機構３００の外部配管３０７を真空容器１００の排気配管と兼ねることもできる。
図６は外部配管と排気配管を兼ねた場合の接続機構の１例を模式的に示した図である。
図６の例では真空容器１００を原料ガス供給機構２００と接続する接続機構３００と、真空容器１００を第２の排気装置１０３と接続する接続機構１０８が一体となった構成となっている。
図６において、真空容器と第２の排気機構はフランジ３１６と３１７によって接続され、クランプ（図示せず）によって固定され、フランジ３１６にはＯリング３１４が設置される。
フランジの接続部分を挟んでバルブ１３５、排気バルブ１１５が配置され排気装置、真空容器を真空保持したまま、接続機構を分離することが可能な構成となっている。
また、排気バルブ１１５とフランジ３１６の間には真空排気用の配管３１８とバルブ３１９が設置されており、バルブ１３５と排気バルブ１１５の間を独立に排気できる様になっているが、装置設計上必要のない場合はこの配管は省略でき排気バルブ１１５を開くことによって接続機構内を排気することもできる。
また、原料ガス供給配管はＯリング３１５によってシールされ真空容器側と排気装置側（原料ガス供給手段側）が接続される。
Ｏリング３１５はＯリング３１４によって大気より分離されているのでＯリング３１５からリークが発生した場合でも原料ガスが大気に放出されることはない。
図６の接続機構を用いた場合の原料ガス導入の手順の一例は以下の様になる。まず、各接続機構の接続を確認した後、バルブ３１９を開き接続機構１０８の内部を真空排気する。
同時にバルブ３１１、３１３を開いて原料ガス供給配管１１３を真空排気する。十分に排気を行なった後、バルブ３１３を閉じ、原料ガス供給管１１３内に原料ガス供給装置２００よりＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスをバルブ１３４の手前まで導入し再びバルブ３１３を開いて真空排気を行なう。
この操作を数回繰り返してパージ操作を行なうが、この間バルブ３１９は開いておき接続機構１０８内部を真空排気しておく。
十分にパージを行ない、原料ガス供給配管１１３にバルブ１３４の手前まで不活性ガスを導入したのち、バルブ３１１を閉じて圧力計３０９により、バルブ１３４、３１１および３１３によって封止された配管内の封止圧力を測定する。
圧力測定の間はバルブ３１９を開いて接続機構１０８内部の真空排気を行なっておくことが望ましい。
所定の時間内で圧力の低下がなければ、バルブ３１１、３１３を開いて原料ガス導入配管１１３内部の排気を行なった後、例えばＳｉＨ4、ＣＨ4、Ｂ2Ｈ6などの原料ガスを導入する。
以上で原料ガスの導入を終え堆積膜の形成を行なうが、堆積膜の形成の間バルブ３１９は閉じておき排気バルブ１１５を開いて排気を行なう。
堆積膜形成後接続機構を分離する際には、バルブ３１４を閉じた後バルブ３１１、３１３を開き、原料ガス供給配管１１３内部をパージし不活性ガスに置換した後、リーク機構（図示せず）によって接続機構１０８の内部をリークして接続機構１０８（３００）を解放する。
以上の様に図６のような接続機構を用いた場合、装置構成の単純化と、原料ガス導入及び、接続機構解放の手順の簡略化ができる。
【００２７】
【実施例】
以上本発明の堆積膜形成装置の具体的例について述べてきたが、以下に、本発明の実験例および実施例について説明する。ただし、本発明はこれらによってなんら限定されるものではない。
（実験例１）
図１〜３に示した本発明の堆積膜形成装置を用いて表１の条件で前述した手順に従ってアモルファスシリコン堆積膜を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径１０８ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実験例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
【００２８】
【表１】
【００２９】
（実験例２）
図１〜３に示した本発明の堆積膜形成装置を用いて表２の条件で前述した手順に従ってアモルファスシリコン堆積層を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径６０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実験例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものであり、実験例１で用いた真空容器とは、原料ガス導入管や、排気口の配置、カソード径等が異なっている。
【００３０】
【表２】
【００３１】
＜比較実験例１＞
実験例１で用いた真空容器を用いて実験例２で使用した円筒状の導電性基体（長さ３５７ｍｍ、直径６０ｍｍ）を用いて、前述した手順に従って表１に示した条件でアモルファスシリコン堆積膜を形成した。こうして作成した堆積膜を実験例１と同様に基体の中心から母線方向に２ｃｍごと、計１７点の堆積膜の膜厚測定を行なった。このうち、最小の膜厚の値に対する最大の膜厚の値の比を膜厚ムラとして評価した。
【００３２】
＜比較実験例２＞
実験例２で用いた真空容器を用いて実験例１で使用した円筒状の導電性基体（長さ３５７ｍｍ、直径６０ｍｍ）を用いて、前述した手順に従って表１に示した条件でアモルファスシリコン堆積膜を形成した。こうして作成した堆積膜を実験例１と同様に基体の中心から母線方向に２ｃｍごと、計１７点の堆積膜の膜厚測定を行なった。このうち、最小の膜厚の値に対する最大の膜厚の値の比を膜厚ムラとして評価した。
以上実験例１、２および比較実験例１、２の結果を表３に示す。なお、表３で膜厚ムラは実験例１の結果を１として相対値で評価している。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【実施例】
［実施例１］
図１〜３に示した本発明の堆積膜形成装置を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
【００３５】
【表４】
【００３６】
以上の条件によって２０ロット電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。なお帯電能については以下の用にして測定した。・帯電能・・・・・・・作成した電子写真用感光体をキヤノン製ＧＰ５５を実験用に改造した電子写真装置に設置し帯電器に６ｋＶの電圧を印加してコロナ帯電を行ない、表面電位計によって暗部電位を測定した。
【００３７】
［実施例２］
図１〜２に示した本発明の堆積膜形成装置に図４で示した接続機構を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
以上の条件によって２０ロツト電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。
【００３８】
［実施例３］
図１〜２に示した本発明の堆積膜形成装置に図５で示した接続機構を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
以上の条件によって２０ロット電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。
【００３９】
［実施例４］
図１〜２に示した本発明の堆積膜形成装置に図６で示した接続機構を用いて表４の条件で前述した手順に従って電子写真用アモルファスシリコン感光体を形成した。本実験例では長さ３５７ｍｍ、直径３０ｍｍの円筒上のアルミニウム製シリンダーを導電性基体として用いた。また、本実施例で用いた真空容器はあらかじめこの基体にあわせて設計されたものである。
以上の条件によって２０ロット電子写真用感光体を作成し、各電子写真用感光体について帯電能を測定した。
以上実施例１〜４の結果を表５に示す。
表５において膜厚のばらつきは、実施例１の結果を１とした相対評価で示している。
【００４０】
また帯電能については
◎・・・帯電能のばらつきが少なくきわめて良好
○・・・帯電能のばらつきがあるがいずれも電子写真装置の規格内
△・・・帯電能のばらつきがあり規格を満足しないものがある
を示している。
【００４１】
【表５】
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、真空容器が自在に移動可能であるため、あらかじめ所望のアモルファスシリコンデバイスの生産に合わせた真空容器を用いることにより、多品種の少量生産においても堆積膜形成手段の改造を必要とせず、高額な設備投資を必要とする原料ガス供給手段、排気装置や、その他の付帯設備の稼働率を低下させることがなく、生産装置のデットタイムを最小限に抑えることができる。
また、個々のアモルファスシリコンデバイスの生産処方に合わせた最適な真空容器の構成を選択できるため、高品質なデバイスを安定して提供することが可能となる。
さらに真空容器が真空保持状態で移動可能であるため、複数の真空容器を用いることで排気手段から切り離した位置で真空容器のメンテナンスを行なうことができ、その間に他の真空容器で堆積膜の形成を行なうことが可能となり、このような点からも堆積膜形成装置のデットタイムを最小限に抑えることができ、高品質なデバイスを安価に供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の堆積膜形成装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の堆積膜形成装置の真空容器の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の堆積膜形成装置の接続機構の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１００：真空容器
１０２：排気装置（第１の排気手段）
１０３：排気装置（第２の排気手段）
１０５：高周波電源
１０６：（高周波電源の）接続機構
１０７：（排気装置の）接続機構
１０８：（排気装置の）接続機構
１０９：排気配管
１１０：排気配管
１１１：高周波伝送回路
１１３：原料ガス供給配管
１１４：排気配管
１３１：真空計
１３２：排気配管
１３３：原料ガス導入管
１３４：バルブ
１３５：排気バルブ
１３６：台座
１３７：絶縁体
１３８：真空炉
１３９：原料ガス供給管
１４０：絶縁体
１４１：扉
１４２：導電性基体
１４３：ヒーター
１４５：マッチングボックス
１４６：高周波伝送回路
１４７：移動台
１４８：キャスター
２００：原料ガス供給手段
２０１〜２０４：２次バルブ
２１１〜２１４：マスフローコントローラ
２２１〜２２４：１次バルブ
２３１〜２３４：レギュレーター
２４１〜２４４：ボンベ
２５１：バルブ
３００：接続機構
３０１、３０２：カプラ
３０４：バルブ
３０５：バルブ
３０６：バルブ
３０７：外部配管
３０８：バルブ
３０９：圧力計
３１１：バルブ
３１３：バルブ
３１４：Ｏリング
３１５：Ｏリング
３１６、３１７：フランジ
Claims (3)
- 内部に基体が設置され得る真空容器を備え、該真空容器内を排気手段により排気し、該真空容器内に原料ガス供給手段から原料ガスを導入し、高周波電源から高周波電力を印加して、前記基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成装置において、
前記排気手段は少なくとも第１の排気手段と第２の排気手段との２つの排気手段を備え、前記真空容器を前記２つの排気手段の間を真空保持状態で自在に移動できるように構成し、前記真空容器を着脱可能な接続機構を介して前記第１の排気手段、前記第２の排気手段、前記高周波電源、または前記原料ガス供給手段の各手段に接続可能とし、
前記接続機構は、前記真空容器と前記原料ガス供給手段との接続部分が、原料ガス供給用の配管と該原料ガス供給用の配管の接続部分を大気から分離する外部配管との２重構造とされる一方、
前記外部配管が、前記真空容器と前記第１の排気手段または前記第２の排気手段とを前記接続機構を介して接続することで形成される排気配管として構成されていることを特徴とする堆積膜形成装置。 - 前記第１の排気手段は、前記真空容器を大気圧から真空に排気するための排気手段であり、前記第２の排気手段は、前記堆積膜の形成を行なうに際して原料ガスを前記真空容器から排気するための排気手段であることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成装置。
- 前記原料ガス供給用の配管の接続部分は、該接続部分の前後に封止可能なバルブと、前記バルブに挟まれた原料ガス供給用の配管内部の圧力を測定する圧力計を備えていることを特徴とする請求項２に記載の堆積膜形成装置。
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