JPH06196407A - 堆積膜形成方法および堆積膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、欠陥が少
なく均一で特性に優れた機能性堆積膜を安価に安定して
歩留まり良く再現性よく高速で形成できるようにする。 【構成】成膜室１０８に複数のマイクロ波アプリケー
タ１０５,１０６を取り付け、１台のマイクロ波発振機
１０１からのマイクロ波を可変分配器１０２でこれら各
マイクロ波アプリケータ１０５,１０６に分配して供給
する。あるいは、基体表面が放電空間と非放電空間と
の間を交互に移動するようにし、基体表面に対する堆積
膜の形成と可視〜紫外光の照射とが交互に行なわれるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基体上に堆積膜、特に
機能性膜、例えば半導体デバイス、電子写真用感光体デ
バイス、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光
起電力デバイスなどに用いる結晶またはアモルファス堆
積膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法により形成する堆積
膜形成方法および堆積膜形成装置に関する。

【０００２】

【産業上の利用分野】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ー、撮像デバイ
ス、光起電力デバイス、その他各種エレクトロニクス素
子、光学素子など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／およびハロゲン（例え
ばフッ素、塩素など）で補償されたアモルファスシリコ
ンのアモルファス堆積膜、またはダイヤモンド薄膜のよ
うな結晶堆積膜が提案され、その中の幾つかは実用に付
されている。

【０００３】こうした堆積膜の形成方法として、熱によ
り原料ガスを分解する方法（熱ＣＶＤ法）、光により原
料ガスを分解する方法（光ＣＶＤ法）、プラズマにより
原料ガスを分解する方法（プラズマＣＶＤ法）など、多
数のものがこれまで知られている。中でもプラズマＣＶ
Ｄ法、すなわち原料ガスを直流または高周波、マイクロ
波グロー放電によって分解し、ガラス、石英、耐熱性合
成樹脂フィルム、ステンレス、アルミニウムなどの基体
上に薄膜状の堆積膜を形成する方法は、電子写真用アモ
ルファスシリコン堆積膜の形成などのために実用化が非
常に進んでおり、そのための装置も各種提案されてい
る。特に近年、堆積膜形成方法としてマイクロ波グロー
放電分解を用いたプラズマＣＶＤ法すなわちマイクロ波
プラズマＣＶＤ法が工業的にも注目されている。

【０００４】マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、他の方法
に比べ、高いデポジション速度（堆積速度）と高い原料
ガス利用効率という利点を有している。こうした利点を
生かしたマイクロ波プラズマＣＶＤ技術の１つの例が、
米国特許４,５０４,５１８号明細書に記載されている。
この明細書に記載の技術は、０.１Torr以下の低圧での
マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、高速の堆積速度で
良質の堆積膜を得るというものである。さらに、マイク
ロ波プラズマＣＶＤ法での原料ガスの利用効率を改善す
るための技術が、特開昭６０−１８６８４９号公報に記
載されている。この公報に記載の技術は、マイクロ波エ
ネルギーの導入手段を取り囲むように基体を配置して内
部チャンバー（すなわち放電空間）を形成するようにし
て、原料ガス利用効率を非常に高めるようにしたもので
ある。また、特開昭６３−２３０８８１号公報には、こ
の技術を改良したものとして、基体を加熱する手段を放
電空間外に設けたものが記載されている。また、特開昭
６１−２８３１１６号公報には、半導体部材製造用の改
良形マイクロ波技術が開示されている。この技術は、放
電空間中にプラズマ電位制御用の電極を設け、この電極
に所望の電圧を印加して堆積膜へのイオン衝撃を制御し
ながら膜堆積を行うようにして、堆積膜の特性を向上さ
せるものである。

【０００５】マイクロ波プラズマＣＶＤ法で大面積の堆
積膜を形成する場合には、プラズマの均一化が大きな課
題となっている。そこで特開平１−２７５７６号公報に
は、マイクロ波電力の密度を高めるとともに均一化し、
成膜される機能性堆積膜の膜厚や膜質の均一化を図る技
術が開示されている。図９は、大面積の機能性堆積膜を
得るためのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置であって、こ
の公報に開示されているものの簡単な模式図である。２
台のマイクロ波発振機７０１,７０２が設けられ、これ
ら各マイクロ波発振機７０１,７０２のそれぞれに対し
てマイクロ波アプリケーター７０３,７０４が１つずつ
設けられている。このマイクロ波アプリケータ７０３,
７０４は真空容器７００内の成膜空間（放電空間）に対
して対称な位置に設置されており、これによって成膜空
間内のマイクロ波電力の密度が高められるとともに均一
化する。

【０００６】一方、直流または低周波交流のグロー放電
プラズマ放電を利用したプラズマＣＶＤ法の改良とし
て、特開昭５７−１０９２０号公報には、膜形成時にア
モルファス材料の感受する電磁波を膜形成面に照射する
技術が開示されている。

【０００７】これらの従来の技術により、ある程度大き
な堆積速度と原料ガスの利用効率で比較的厚い光導電性
材料を製造することが可能となった。このような従来の
マイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の構
成が図１０および図１１に示されている。この堆積膜形
成装置は、円筒形の電子写真感光ドラムを製造するため
のものである。図１０はこの従来の装置の模式的縦断面
図であり、図１１は図１０のＸ−Ｘ線での模式的横断面
図である。

【０００８】真空気密可能な反応容器８０１は、ほぼ円
筒形の容器であって、側壁には他端が真空ポンプ（不図
示）に連通する排気管８０４が一体的に形成されてい
る。反応容器８０１の上面と下面のほぼ中心部には、そ
れぞれ、マイクロ波電力伝送用の導波管８０３が取り付
けられ、各導波管８０３の他端は、スタブチューナ（不
図示）やアイソレータ（不図示）を介して図示しないマ
イクロ波電源に接続されている。各導波管８０３の反応
容器８０１側の端部には、マイクロ波導入用の誘電体窓
８０２がそれぞれ気密封止されている。誘電体窓８０２
は、導波管８０３からのマイクロ波を反応容器８０１内
に効率よく透過でき、かつ反応容器８０１内を真空気密
にし得るような材料、例えば石英ガラスやアルミナセラ
ミックスで構成されている。反応容器８０１の中心部を
取り囲むように、堆積膜の形成される複数の円筒状の基
体８０５が互いに平行になるよう配置されている。各基
体８０５は、反応容器８０１の下面から延びる回転軸８
０８によって保持され、同じく反応容器８０１の下面か
ら基体８０５の内部に挿入されるように延びるヒータ８
０７によって加熱されるようになっている。回転軸８０
８は、反応容器８０１の真空を破ることなく回転自在の
ものであり、回転軸８０８の他端は減速ギア８２０を介
して駆動用のモータ８０９に接続されている。したがっ
て、モータ８０９を駆動すると、基体８０５がその長手
方向（母線方向）の中心軸の回りを自転することにな
る。

【０００９】反応容器８０１内において、円筒状の各基
体８０５と各誘電体窓８０２で囲まれた部分が放電空間
８０６であり、この放電空間８０６は両端が各誘電体窓
８０２で画定される柱状の空間である。

【００１０】この装置を用いる従来の堆積膜形成方法に
よる堆積膜形成は、以下のようにして行なわれる。ま
ず、真空ポンプ（不図示）により排気管８０４を介して
反応容器８０１内を排気し、この反応容器８０１内の圧
力を１×１０^-7Torr以下とする。次いで、各ヒータ８０
７により全ての基体８０５を膜堆積に好適な温度に加熱
保持する。そして図示しない原料ガス導入管を介して、
例えばａ−Ｓｉ膜を形成する場合であれば、シラン（Ｓ
ｉＨ₄）ガスや水素ガスなどの原料ガスを反応容器８０
１内に導入する。これと同時平行的にマイクロ波電源
（不図示）により周波数５００ＭＨｚ以上の、好ましく
は２.４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させ、このマイク
ロ波を導波管８０３そして各誘電体窓８０２を介して反
応容器８０１内に導入する。その結果、放電空間８０６
においてグロー放電が生起し、原料ガスはマイクロ波の
エネルギーにより励起解離し、円筒状の各基体８０５の
表面上に堆積膜が形成される。このときモータ８０９を
駆動して基体８０５を自転させることにより、基体８０
５の外周面の全面にわたって均一に堆積膜を形成するこ
とができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法によるこのような従来の堆積膜形成方法および堆
積膜形成装置より、ある程度の堆積速度では実用的な特
性と均一性とを有する堆積膜を得ることが可能になっ
た。また反応容器（真空容器）内の清掃を厳格に行え
ば、ある程度欠陥の少ない堆積膜を得ることは可能であ
った。しかし、これら従来の方法および装置には、特に
堆積速度の大きい領域において、例えば電子写真用感光
ドラムのように大面積の比較的厚い堆積膜が成膜する場
合に、均一膜質で光学的および電気的諸特性の要求を満
足し、かつ画像欠陥などの原因となる欠陥の少ない堆積
膜を定常的に安定して高収率（高歩留まり）で得るのは
難しい、という解決すべき問題点が残存している。

【００１２】また、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による
従来の装置では、成膜空間内で放電を生起させるのに必
要な電力の方が、ひとたび放電が起こったのちにこの放
電を維持するために必要な電力より大きいため、放電を
開始させるのに必要な電力という観点でマイクロ波発振
機の選択がなされていた。このため、放電が定常状態に
遷移して成膜が進行しているときに望ましいマイクロ波
電力とマイクロ波発振機が発生するマイクロ波電力とが
適合せず、成膜された膜の膜厚や膜質の分布（ばらつ
き）が大きく、また再現性もよくないといった問題点が
あった。

【００１３】本発明の目的は、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ー、撮像
デバイス、光起電力デバイス、その他各種エレクトロニ
クス素子、光学素子などに用いる素子部材として用いら
れる均一で特性の良い機能性堆積膜を、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法により、安価に安定して歩留まり良く再現
性よく高速で形成し得る堆積膜形成方法および堆積膜形
成装置を提供することにある。

【００１４】さらに本発明の目的は、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ法によりアモルファスシリコン堆積膜またはダ
イヤモンド堆積膜などの機能性堆積膜を形成する場合
に、特性の優れ、かつ欠陥の少ない膜を形成し得る堆積
膜形成方法および堆積膜形成装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明の堆積膜形成
装置は、基体が保持され真空を保持し得る成膜室と、前
記成膜室にマイクロ波電力を供給するマイクロ波供給手
段と、前記成膜室内に原料ガスを供給する原料ガス供給
手段と、前記成膜室に接続された排気手段とを有し、マ
イクロ波プラズマＣＶＤ法によって前記基体の表面に堆
積膜を形成する堆積膜形成装置において、前記マイクロ
波供給手段が、少なくとも、マイクロ波発振機と、前記
マイクロ波発振機に接続されマイクロ波の分配を行ない
分配比が調整可能である電力分配器と、一端が前記成膜
室に取り付けられて前記電力分配器からのマイクロ波電
力を前記成膜室に導入するマイクロ波アプリケータと、
前記マイクロ波アプリケータに供給されるマイクロ波電
力を測定する電力測定手段とによって構成されている。

【００１６】第２の発明の堆積膜形成方法は、減圧にし
得る反応容器内に原料ガスおよびマイクロ波エネルギー
を導入し、前記反応容器内にプラズマを生じさせ、前記
反応容器内に保持された基体上に堆積膜の形成を行なう
マイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成方法にお
いて、前記反応容器内において、前記堆積膜の形成と光
の照射とを前記基体の表面に対して交互に行なう。

【００１７】第３の発明の堆積膜形成装置は、減圧にし
得る反応容器と、前記反応容器内に原料ガスを導入する
原料ガス導入手段と、前記反応容器内の放電空間内にマ
イクロ波エネルギーを導入するマイクロ波供給手段とを
有し、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、前記反応容
器内に保持された基体の表面に堆積膜を形成する堆積膜
形成装置において、前記基体の表面を前記放電空間内と
前記放電空間外とに交互に移動させる移動手段と、前記
放電空間外にある前記表面に対して光を照射する光照射
手段とを有する。

【００１８】

【作用】《第１の発明》まず、第１の発明について説明
する。マイクロ波プラズマＣＶＤ装置によって機能性堆
積膜を形成する場合、放電を開始させるのに必要な実効
のマイクロ波電力（以下これを「放電開始電力」と呼
ぶ）と、いったん放電が開始した後、徐々にマイクロ波
電力を小さくしていったときに放電状態を維持できる最
小の実効のマイクロ波電力（以下これを「放電維持電
力」と呼ぶ）とでは、通常、大きな差があることが知ら
れている。一方、同一のマイクロ波発振機の出力を広範
囲にわたって可変とすることは困難である。

【００１９】そこで本発明では、マイクロ波の分配を行
ない分配比が調整可能である電力分配器を設け、この電
力分配器をマイクロ波発振機とマイクロ波アプリケータ
との間に配置した。この電力分配器としては、分配比が
０：１から１：０まで連続的に調整可能なものが望まし
い。以下、この電力分配器を可変分配器と呼ぶ。そして
本発明の装置で成膜を行なう場合には、同一のマイクロ
波発振機で放電開始と成膜とが行なわれるようにし、こ
のマイクロ波発振機から最大発振電力近くのマイクロ波
電力を供給しながら、放電開始時には分配比を大きくし
て相対的に大きな電力が成膜室内に導入され、ひとたび
放電が開始したのちには分配比を小さくして、成膜に必
要な相対的に小さなマイクロ波電力が個々のマイクロ波
アプリケーターに供給されるようにする。これにより、
ゆらぎが小さい安定したマイクロ波電力を供給できるよ
うになり、均一性の高い機能性堆積膜が形成できるよう
になる。

【００２０】本発明の装置において、可変分配器はマイ
クロ波発振機より入力したマイクロ波電力を少なくとも
２方向に分配する。この可変分配器は、マイクロ波発振
機からのマイクロ波電力が入力する入力口（入力ポー
ト）１つと、マイクロ波電力を分配して出力するための
出力口（出力ポート）を少なくとも２つ有する。入力口
はマイクロ波発振機に接続され、少なくとも１つの出力
口は伝達されるマイクロ波電力を測定するための電力測
定手段を介してマイクロ波アプリケーターに接続されて
いる。これら入力口と出力口の形状は、接続に用いられ
る導波管などのマイクロ波伝達手段のの形状や寸法に合
わせ、円形、矩形あるいは楕円形とすることが望まし
い。この場合、可変分配器をカスケード接続することも
可能である。そして、可変分配器の各出力口には、他の
可変分配器へのカスケード接続に使用されるものを除い
て、それぞれマイクロ波アプリケータが接続されるよう
にすることが好ましい。

【００２１】またマイクロ波の分配比を急激に変化させ
た場合には、放電切れや放電不安定状態などの不具合が
発生することがあるので、このような不具合を伴うこと
なく分配比を変更するための所要時間を調査しておき、
この所要時間にしたがって可変分配器を操作することが
望ましい。

【００２２】本発明においては、マイクロ波電力の損失
を防ぐために、成膜室からマイクロ波電力の反射を完
全になくすようにインピーダンスの調整を行ない、か
つ、可変分配器とマイクロ波アプリケーターとの間の
マイクロ波の吸収をなくすようにすることが望ましい。
これらの条件が満たされない場合、マイクロ波電力の損
失が無視できなくなり、成膜室に供給されるマイクロ波
電力が減少してしまう。しかしこの場合であっても、電
力測定手段でモニターしながら、所望のマイクロ波電力
をそれぞれのマイクロ波アプリケーターから供給するこ
とは可能であり、本発明による膜厚や膜質の均一化とい
う効果は保持される。

【００２３】マイクロ波発振機と電力分配器との間や電
力分配器とマイクロ波アプリケータとの間を接続しマイ
クロ波電力を伝達するマイクロ波伝達手段としては、導
波管や同軸線路などいずれのものも使用可能であるが、
導波管を使用するのが一般的である。ここでは、矩形導
波管を利用したものについて説明する。

【００２４】本発明の装置において、マイクロ波伝達手
段として好適に用いられる矩形導波管の寸法は、使用さ
れるマイクロ波の周波数帯（バンド）および伝搬モード
によって適宜選択される。導波管の設計にあたっては、
矩形導波管内での伝送損失が少なく、かつ多重モードが
なるべく発生しないようにすることが好ましく、具体的
には、ＥＩＡＪ規格のものの他、２.４５ＧＨｚ用の自
社規格として、９６ｍｍ×２４ｍｍのものを挙げること
ができる。成膜室内にマイクロ波アプリケーターを対向
させて配設する場合、マイクロ波のクロストークを防ぐ
ため、対向する各マイクロ波アプリケーターに接続され
ている矩形導波管の長辺が互いに直交するよう配設す
る。

【００２５】マイクロ波電力を測定するための電力測定
手段は、通常、方向性結合器とマイクロ波電力計とから
構成される。例えば、方向性結合器で分岐・減衰させた
マイクロ波をクリスタルマウントで検波し、検波出力か
らマイクロ波電力を求めるようになっている。そして、
このマイクロ波電力計でモニターしながら、成膜室に供
給されるマイクロ波電力を調整する。

【００２６】マイクロ波アプリケーターは、一般に成膜
室の側壁に配設され、マイクロ波電力を成膜室内に供給
できるような構造となっている。このとき、マイクロ波
電力は、マイクロ波アプリケーターの先端部分に設けら
れたマイクロ波透過性部材（いわゆる誘電体窓）を介し
て、成膜室内に供給されるようにする。このマイクロ波
透過性部材は、マイクロ波アプリケーターと成膜室との
間の気密を保持するようになっている。

【００２７】ここで、１入力２出力型の可変分配器とマ
ジックティとの比較を行なう。マジックティーでは、
１：１の分配のみが可能であるが、可変分配器では分配
比が自由に調整できる。したがって、可変分配器で分配
比を調整しマイクロ波電力を集中的に投入すれば放電を
容易に開始できる。この意味で、マジックティーより可
変分配器の方が使いやすい。ここで“集中的”というの
は、可変分配器によって、接続されたマイクロ波アプリ
ケータのうちある特定のマイクロ波アプリケーターにマ
イクロ波電力を集中して供給することを意味している。

【００２８】またマイクロ波電力の分配数が多い場合に
ついて、可変分配器とマジックティーとを比較すると、
可変分配器の方が、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置とし
て使用できるマイクロ波電力の範囲が広い。その理由は
以下の通りである。すなわち、マイクロ波電力の分配数
が増えるとマイクロ波アプリケーター１個当りに供給で
きるマイクロ波電力が減少するが、マジックティーの場
合、放電開始電力を越えるようにマイクロ波電力を集中
させてマイクロ波アプリケーターに投入する機能がない
ので、各マイクロ波アプリケータに加わる電力が放電開
始電力を上回るという条件から電力範囲が限定されてし
まう。これに対し、可変分配器では後述する式(1)の条
件を満たす範囲でマイクロ波電力を集中させる機能を有
するので、その分、マジックティーの場合に比べ放電開
始のための条件が緩くなり、マジックティーよりも使用
できるマイクロ波電力の範囲が広くなる。

【００２９】［マイクロ波アプリケーターの上限数］１
つのマイクロ波発振機からマイクロ波を分配できるマイ
クロ波アプリケーターの数は、大面積の機能性堆積膜を
形成する装置において特に重要な問題となるため、その
上限の数を知るための手続きや判断基準について以下に
述べる。 （手続き） まず、特定のマイクロ波アプリケーターに放電開始電
力を供給し、放電を開始させる。

【００３０】放電状態を維持しながら、そのマイクロ
波アプリケーターから供給する電力を放電維持電力付近
まで下げる。このとき、既に放電が開始している他のマ
イクロ波アプリケーターがある場合、そこから成膜室内
に供給されるマイクロ波電力が放電維持電力未満になら
ないように、可変分配器の分配比を調整する。

【００３１】新たに他のマイクロ波アプリケーターに
供給可能なマイクロ波電力、すなわち最大発振電力から
放電維持に必要な全てのマイクロ波電力を引いた残りの
マイクロ波電力が、(a)放電開始電力よりも大きいとき
には、次のマイクロ波アプリケーターにこれら手続き
,,を繰り返し、(b)放電開始電力よりも小さいと
きには、そこで、マイクロ波アプリケーターの上限数が
決まる。

【００３２】ここで成膜室内部で放電が開始したかどう
かの判断は、予め成膜室の壁面に覗き窓を設けておいて
視認で行なってもよいし、成膜室内部に金属プローブを
挿入してこのプローブに流れる電流が０でないことで判
断してもよいし、これ以外の方法によってもよい。成膜
室内部のマイクロ波アプリケータ近傍の領域において放
電が開始する時点で、当該マイクロ波アプリケータに対
する入射マイクロ波電力と反射マイクロ波電力とを電力
測定手段を用いて記録する。このときの入射マイクロ波
電力と反射マイクロ波電力の差、いわゆる実効電力が前
述の放電開始電力となる。

【００３３】例えば、全て同じマイクロ波アプリケータ
ーを使用し、それぞれのマイクロ波アプリケーターから
のマイクロ波電力が互いに影響を及ぼさず、放電開始電
力５００Ｗ、放電維持電力２００Ｗ、マイクロ波発振機
の最大発振電力１０００Ｗの場合を想定する。この場
合、マイクロ波アプリケーターの上限の数を求める手続
は以下の表１のように進行し、分配できるマイクロ波ア
プリケーターの上限数は３つであることが分かる。

【００３４】

【表１】 上記（の手続）より分配できるマイクロ波アプリケータ
ーの上限数をＭとすると、Ｍは以下のようになる。

【００３５】

【数１】 ところで放電開始電力や放電維持電力は、ガス種、内
圧、成膜室や成膜室内部の放電空間の形状、成膜室や放
電空間の体積、温度、マイクロ波の漏洩、マイクロ波の
同調手段などにより異なるため、マイクロ波アプリケー
ターの上限の数は一概に決定することはできない。その
ため、あらかじめ前述の方法で放電開始電力と放電維持
電力を測定し、上限の数を決定することが望ましい。

【００３６】また複数のマイクロ波アプリケーター間に
おいてマイクロ波電力が互いに他のマイクロ波アプリケ
ーターに侵入するいわゆるクロストークが起こる場合に
は、第１番目のマイクロ波アプリケーターと第２番目の
マイクロ波アプリケーターとでは放電開始電力が異なる
可能性がある。その場合には（手続き）で示した方法に
より、実験で上限の数を決定することが望ましい。

【００３７】さらに、異なる複数のマイクロ波アプリケ
ーターを使用することで、放電開始電力や放電維持電力
がさまざまに異なる場合には、判断基準となっている式
(1)はそのままでは使用できない。しかし上述の「手続
き」で示した方法と同じ考え方に従って表１と同様の作
業を行い、実験的にマイクロ波アプリケーターの上限の
数を決定することが可能である。 ［マイクロ波発振機の電力のゆらぎ（リップル）］次
に、マイクロ波発振機の出力電力のゆらぎと膜厚や膜質
分布との関係を検討した結果を説明する。

【００３８】成膜時に必要なマイクロ波電力が放電維持
電力に近い場合には、マイクロ波発振機の使い方とし
て、(1)放電開始と成膜とにそれぞれ専用のマイクロ波
発振機を用いる、(2)放電開始と成膜とに共用のマイク
ロ波発振機を用いる、の２通りのものが考えられる。し
かし、(1)の放電開始と成膜とにそれぞれ専用のマイク
ロ波発振機を用いた場合、操作が複雑である、マイ
クロ波発振機の相互の干渉を防止する工夫が必要であ
る、コストがかかる、といって問題点が存在し、現在
のところ実用には供されていない。

【００３９】それに対して、(2)の放電開始と成膜とに
マイクロ波発振機を用いる方法は一般的に用いられてお
り、上述の従来例で示した装置にもこの方法が採用され
ている。ところがこの場合、前述のように、成膜時に必
要なマイクロ波電力よりもかなり大きな最大発振電力を
もつマイクロ波発振機を用いなければならない。例えば
体積７.８リットルの円柱状チャンバーに対し、ＳｉＨ₄
を２７０sccmで流し、内圧５mTorrとして放電実験を行
なった場合、放電開始電力は１.３ｋＷであった。そし
てこの場合、成膜に必要なマイクロ波電力を０.２ＫＷ
に程度であり、また、使用されるマイクロ波発振機の最
大発振電力は１.５ｋＷ（最大定格）程度となる。

【００４０】ところでマイクロ波発振機において、その
最大発振電力（最大定格）付近でマイクロ波電力を供給
した場合と、低電力領域で供給した場合とではマイクロ
波供給電力のリップル率

【００４１】

【数２】 が異なっていることを実験により見い出した。ここでリ
ップル率の測定方法としては、(1)マイクロ波発生に使
用されるマグネトロンの陽極電流値を測定する方法や、
(2)導波管を伝達しているマイクロ波電力を方向性結合
器に取付けられたクリスタルマウントを介して測定する
方法などがある。

【００４２】図１２は、マイクロ波電力を変化させたと
きのリップル率の測定結果をまとめたグラフである。リ
ップル率は、マイクロ波供給電力とほぼ線形な関係にあ
るマグネトロンの陽極電流値を測定し、計算によって求
めた。図１２に示されるように、低電力でのリップル率
は大きく、高電力になるに従って単調にリップル率は小
さくなった。したがってマイクロ波発振機はその最大発
振電力（最大定格）付近で使用した方が安定したマイク
ロ波電力を供給することがわかった。ここで次の比率：

【００４３】

【数３】 を定義する。このＰ_exのとり得る範囲は０＜Ｐ_ex＜１で
あり、図１２の結果は、Ｐ_exの値が１に近ければ近いほ
どこのマイクロ波発振機から安定したマイクロ波電力が
供給できることを示している。

【００４４】例えば最大発振電力Ａ ｋＷのマイクロ波
発振機から２つのマイクロ波アプリケーターを介して１
つの成膜室にマイクロ波電力を供給し、成膜時に必要な
マイクロ波電力をマイクロ波アプリケーター１台あたり
Ｂ ｋＷに選んだ場合を想定する。そしてこのＰ_exを使
って従来装置と本発明の装置との比較を行なうと以下の
ようになる。

【００４５】まず従来の装置ではマイクロ波発振機ごと
に１つのマイクロ波アプリケーターと接続し、２つの経
路から成膜室にマイクロ波電力を供給する。したがって

【００４６】

【数４】 となり、成膜時にはＰ_ex＝Ｂ／Ａである。それに対して
本発明による装置では、

【００４７】

【数５】 であるから、成膜時にはＰ_ex＝２Ｂ／Ａとなり、Ｐ_exの
値は従来の装置よりも１に近くなる。したがって本発明
の装置ではリップル率が小さく、安定した状態でマイク
ロ波電力を供給できるようになった。

【００４８】［マイクロ波発振周波数の変動］次に、マ
イクロ波の発振周波数の変動と膜厚や膜質分布との関係
を検討した結果を説明する。

【００４９】図１３は、同一型式の３台の５ｋＷマイク
ロ波発振機について、マイクロ波供給電力とそのときの
マイクロ波発振周波数を調べた結果をまとめたグラフで
ある。図１３は供給するマイクロ波電力を変化させると
マイクロ波発振機の発振周波数が変動し、その変動幅は
マイクロ波発振機毎に異なることを示している。また、
特定のマイクロ波供給電力（例えば５００Ｗ）におい
て、マイクロ波発振機ごとにマイクロ波発振周波数が異
なっている（その差は最大２２ＭＨｚ）。従来の装置の
ように、そのため、多数のマイクロ波発振機から等しく
特定のマイクロ波電力を供給し、大面積に渡って均一な
堆積膜を形成する場合、マイクロ波発振機ごとにマイク
ロ波発振周波数が異なるので、後述する実施例などで明
らかになるように膜厚や膜質に分布を生ずることにな
る。一方、本発明の装置では、可変分配器を用いること
によってマイクロ波発振機の必要台数を減らすことがで
きるので、その分だけマイクロ波発振周波数のばらつき
を抑えることができる。

【００５０】《第２および第３の発明》次に、本発明の
第２および第３の発明について説明する。本発明者ら
は、前述の本発明の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
ところ、以下に述べるような知見を得た。

【００５１】プラズマＣＶＤ法による堆積膜の成長機構
を考えるとき、一般に、プラズマ中での原料ガスの分
解過程、分解種の基体までの輸送過程、基体上での
成長過程の３つの過程に分けて考えることができる。こ
の中でも基体上での成長過程は、堆積膜の特性を決定す
る上でも重要な過程である。

【００５２】アモルファスシリコンを例にして、もう少
し詳細にこの基体上での成長過程を説明すると以下のよ
うになる。プラズマ中で分解して輸送されてきた分解種
は基体表面に付着してアモルファスシリコン膜のネット
ワークを形成するが、まだ３次元的なネットワークが完
成されていないアモルファスシリコンの成長表面では、
水素原子の脱離、ダングリングボンドへの水素原子やケ
イ素原子の結合、エネルギー的に高い結合を持つ原子の
再配置などにより、構造欠陥が少なくエネルギー的に安
定の方向への化学的反応（緩和過程）が起こる。これら
緩和過程の結果、堆積膜としてはダングリングボンドの
減少、ギャップ準位密度の低下、Ｓｉ−Ｈ₂結合が減少
してＳｉ−Ｈ結合が主となるなどの現象が観察される。
これらの反応は基体のもつ熱エネルギーにより促進され
る。

【００５３】プラズマＣＶＤ法で形成されるアモルファ
スシリコンでは、一般に、基体温度が２００℃から３０
０℃の間の時に良好な膜が得られ、これよりも低い基体
温度では、水素の含有量が多く、ダングリングボンド密
度の高い、特性の低い堆積膜しか得られていない。

【００５４】一方、アモルファスシリコン堆積膜を始め
としてプラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成する場合、
堆積膜形成用の材料のコストを低下させるためには、原
料ガスの利用効率、および堆積速度を上げることが重要
なことである。これらのことを達成するために、マイク
ロ波によるプラズマＣＶＤ法は有効な手段である。とこ
ろがマイクロ波プラズマＣＶＤ法により高速で基体上に
堆積膜が形成する場合、成長表面でネットワークが急速
に組まれて行くため、前述の水素原子の脱離やケイ素原
子の再配置などの緩和過程が間に合わずに、特性の悪い
堆積膜しか得られない現象が発生する。

【００５５】この問題点を解決する方法としては、基
体の温度をさらに上げる方法、放電空間中に設けられ
た電極または基体の一部にプラズマ電位を制御する目的
で電圧を印加する方法などがある。電圧を印加するの
は、電界により放電空間中のイオンを加速して基体に衝
突させ局部的に堆積膜をアニールするためである。基体
をある程度以上に加熱すると堆積膜の剥れや、堆積膜中
の安定な水素原子の脱離によるダングリングボンドの発
生など、さまざまな問題点が発生する。

【００５６】一方、放電空間中に電界を印加した場合、
画像欠陥などの原因となる堆積膜の欠陥が電圧に依存し
て急激に増加する。この欠陥の原因を追及するためこれ
らの欠陥の断面を顕微鏡で観察すると、数μｍから数十
μｍの大きさの異物を核として堆積膜の途中から球状突
起が成長していることが認められた。そして、堆積膜の
電気的特性を向上させるために電極または基体の一部に
印加する電圧を上げていくと、この欠陥の原因である微
小な異物の数が急激に増加した。この現象の原因として
は、反応容器の壁や基体から剥れた微小の堆積膜の破片
がプラズマによりチャージアップし、イオンの場合と同
様電界により加速され基体に付着することが挙げられ
る。

【００５７】そこで本発明者らは、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法により基体上に高速度で堆積膜を形成する場
合、堆積速度が速いために基体の温度だけでは上記の緩
和過程に必要なエネルギーが不足するので、光を使用す
ることを検討した。すなわち、プラズマによる堆積膜の
形成と光による基体上での表面反応の促進を交互に行う
ことにより、剥れや、画像欠陥の増加という副作用なし
に、緩和過程に必要なエネルギー補うことができないか
という点に着目して検討を行った。その結果、前述の問
題点を解決して、上述の本発明を完成させるに至った。

【００５８】基体をプラズマに曝すのと交互にこの基体
に光を照射することにより、電気的特性が良好でかつ欠
陥の程度が非常に優れている堆積膜を高速で得ることが
できるという、従来の技術からは予想できなかったこの
驚くべき結論について本発明者は鋭意研究した結果、堆
積膜の成長表面に以下のようなメカニズムが働いている
との知見を得るに至った。

【００５９】プラズマＣＶＤ法により良好な電気的特性
を持つ堆積膜を得るためには、水素原子の脱離、ダング
リングボンドへの水素原子やケイ素原子の結合、エネル
ギー的に高い結合を持つ原子の再配置などが必要であ
る。従来の技術では、基体温度を上げることによりこの
ような緩和過程を促進していたが、マイクロ波のような
堆積速度の速い堆積膜形成方法では、熱エネルギーだけ
では不十分であった。特に、図１０ないし図１１に示さ
れる堆積膜形成装置のように、原料ガス利用効率を上げ
るために放電空間を取り囲むように基体８０５を配置
し、基体８０５を運動させながら基体８０５全面に堆積
膜を形成する構造の堆積膜形成装置では、基体上の基体
上のある小領域について注目すれば、堆積膜の形成は断
続的に行われ、さらに、時間とともに基体表面が放電空
間に対してさまざまな角度で接するため、基体表面に降
り注ぐ活性種の密度も時間とともに変化する。また、堆
積膜形成が断続的に行われるため、実質的な堆積速度
（平均堆積速度）は、基体のうち放電空間正面に位置し
ている領域の堆積速度（堆積速度の最大値）の１／３か
ら１／４となってしまう。言い替えるならば、放電空間
の正面に位置した時に、その正面に位置している領域で
は、経済的に見合う堆積速度の３倍から４倍の堆積速度
で良好な特性の堆積膜の形成が行われる必要がある。こ
のため基体表面に形成された堆積膜構成元素によるネッ
トワークの十分な緩和過程の促進が、他の構成の装置に
比べさらに重要なものとなってくる。

【００６０】そこで本発明者らは、このような構成の装
置について、基体表面に形成された堆積膜構成元素によ
るネットワークの緩和過程を促進する方法および装置の
検討を行った。

【００６１】まず、放電空間内にヒーターなどの赤外線
照射手段を設けて、赤外線を成膜中の基体に照射するこ
との検討を行った。赤外線を用いた場合には、マイクロ
波プラズマＣＶＤ法による非常に大きな堆積速度の領域
では、堆積膜の膜質の向上の効果がほとんど認められな
かった。

【００６２】次に、ハロゲンランプなど光を照射する光
照射手段を設けて、放電空間内の基体表面に可視光など
の光を照射することの検討を行った。直流または低周波
交流のグロー放電プラズマを利用して堆積膜の形成を行
う際にはこのように光照射手段を設けることによって非
常な効果が得られることが知られているが、マイクロ波
プラズマＣＶＤ法の場合には、堆積膜形成の初期にやや
特性の向上が見られるものの、次第に効果が低下してい
き、堆積膜の形成終了時にはほとんど効果が認められな
くなった。さらにマイクロ波プラズマＣＶＤ法において
は堆積速度と原料ガス利用効率の低下が観察された。

【００６３】次に、基体表面を放電空間内と放電空間外
とを交互に通過させつつ基体上に堆積膜を形成する構成
としたものの検討を行った。

【００６４】まず、放電空間外にヒーターなどの赤外線
照射手段を設けて、基体表面が放電空間外を通過すると
きに赤外線を照射することの検討を行った。赤外線を用
いた場合には、基体の温度を一定に制御して堆積膜の特
性を向上させることとと、均一性の向上を図ることに対
しては大きな効果が認められた。しかし、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法において、さらに大きな堆積速度のとき
に特性の良い堆積膜を得るということに対しては大きな
効果は認められなかった。

【００６５】最後に、本発明者らは、放電空間外にキセ
ノンランプや水銀ランプなど可視光および／または紫外
光を照射する光照射手段を設け、成膜中の基体に可視光
および／または紫外光を照射し、基体表面に堆積膜の形
成と光の照射が交互に行われるようにすることについて
検討を行ったところ、光の波長、強度および堆積膜形成
と光照射の時間を適当に設定することにより、他の方法
からは予想もできなかった堆積膜特性の向上が認められ
た。

【００６６】本発明において顕著な効果を上げるために
は以下のことが必要である。 ある特定の波長の範囲の光を照射すること。 ある強度の範囲の光を照射すること。 放電空間内と放電空間外を交互に通過する基体に対
し、放電空間内ではなく、放電空間外にある基体表面に
光を照射すること。 高速で基体を運動させ、基体表面への堆積膜の形成と
光の照射とを短い時間間隔で交互に行うこと。

【００６７】以上の結果を本発明者らは以下のように考
えている。

【００６８】(1) 本発明では、使用する光の波長は短波
長の可視光および／または紫外光であることが重要な要
素である。このような波長範囲の光を使用することによ
り、赤外線にって基体表面を局部的に加熱し熱エネルギ
ーにより堆積膜の特性を向上させるというような間接的
な効果とは異なり、堆積膜中の不安定な結合を直接励起
することになって、結合原子の脱離や再配置を効率よく
促進でき、従来の技術ではみられなかった大きな効果を
上げることが可能となった。さらに、照射する光の波長
範囲を厳密に制御することにより、特定の結合を選択的
に励起させることも可能となった。

【００６９】また、堆積膜の形成と光の照射とを交互に
行なって堆積膜の形成を行なう場合には、適当な光の波
長範囲を選択することにより、表面からある膜厚範囲に
あるまだ緩和過程が十分に行われていない部分（成長表
面）に選択的に光の吸収をさせることができる。このこ
とにより、まだ緩和過程が終了していない堆積膜に充分
な量の光を吸収させて緩和過程を促進し、かつ、これよ
り深い部分の緩和過程の終了した良好な特性の堆積膜へ
の光の吸収を防ぎダメージを与えないことが可能となっ
た。

【００７０】(2) 本発明では、光の強度を最適な範囲に
することが大切である。光の強度が小さいと、堆積膜の
特性向上という本発明の効果は全く見られず、ある強度
になったときに始めて本発明の効果が現われる。本発明
者らは、この効果を複数の光子が近接する結合に吸収さ
れたときに初めて効率的にネットワークの緩和過程が促
進されるのではないかと、現在のところ考えている。こ
のためプラズマ自身の発光や、従来の技術の赤外線照射
手段より発せられるわずかな可視光や紫外光の成分では
全く効果が認められなかったのである。一方、光の強度
が強すぎた場合には、安定した結合も切断してしまいか
えってダングリングボンド密度などを増加させてしま
う。

【００７１】(3) 本発明が従来の技術と大きく異なると
ころは、従来の技術では放電空間中に設置された基体に
光を照射しているのに対して、本発明では放電空間内と
放電空間外を交互に通過する基体において、放電空間内
ではなく放電空間外の基体表面に光を照射する点であ
る。

【００７２】マイクロ波で大面積の基体上に非常に大き
な堆積速度で堆積膜の形成を行なう場合には、分解する
原料ガスの量も多量になるので、ラジカルの気相反応を
防ぎ堆積膜の特性低下を防止するため放電空間の圧力を
非常に低くする必要がある。このように低い圧力下で
は、プラズマを局在化する事が困難であり、放電空間中
の基体表面に光を照射するために設けられた光源の表面
に堆積膜が形成し、光が透過しなくなってしまう。光源
の表面に堆積した膜の影響は、本発明で必要な短波長の
光ほど顕著であり、このような構成の装置は量産機とし
ては実用的でない。また、プラズマ中をこのような短波
長の光が通過すると、原料ガス種や活性種による光の吸
収が起こり、基体に到達する光量の低下および気相中で
の不要な分解反応の発生（光ＣＶＤ反応）が引き起こさ
れる。さらに、マイクロ波プラズマＣＶＤ法では、放電
空間中に設けられた基体上にこのような短波長光を照射
することにより、堆積速度と原料ガス利用効率の低下が
認められた。本発明者らはこの現象はマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法において、基体上で活性種がネットワークに
取り込まれる際、中間状態にある活性種に短波長光が吸
収されネットワークの形成が阻害されるために起こるの
ではないかと、現在のところ考えている。

【００７３】これらの問題点は、光の照射手段を放電空
間外に設け、放電空間外にある基体の表面上に光を照射
する構成とすることによって解決される。低圧下で行な
うマイクロ波プラズマＣＶＤ法のように原料ガス利用効
率がほぼ１００％である堆積膜形成方法において光を吸
収したり光源上に堆積膜が形成される原因となる原料ガ
スやその活性種は、放電空間中ですべて分解され基体上
に付着するため、本発明では不要の光ＣＶＤ反応などの
前述の問題は発生しない。例えばシランガスを分解して
アモルファスシリコンを形成するマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法では、放電空間外に存在するガスは、堆積膜の形
成に影響の無い水素ガスである。

【００７４】放電空間内部から外部にガスが移動する際
のコンダクタンスを調整して、放電空間の内部と放電空
間の外部でと差圧をつくり、放電空間の外部ではプラズ
マが発生しにくくした構成とすることにより、本発明の
効果はさらに高まった。

【００７５】(4) 光の作用は、基体上の堆積膜表面の過
剰な水素原子の結合やエネルギー的に高い不安定なケイ
素原子の結合に吸収され、結合を切ったり、励起する
（準安定状態とする）ことにある。この時、光を当てる
間隔（周期）が長くなりなると、光の照射と光の照射の
間に堆積膜の形成が長時間行なわれ、改質されない堆積
膜が厚くなり、充分な強度の光が内部まで浸透できずに
改質が行われない領域が形成されてしまう。一方、あま
り基体の移動を急激にすると放電の安定性に影響が出る
ため、光の照射の間に形成される堆積膜の膜厚は好まし
くは１０Å以上３０００Å以下、より好ましくは３０Å
以上１０００Å以下、さらに好ましくは１００Å以上５
００Å以下である。

【００７６】本発明において光源としては、効率よく可
視光および／または紫外光を発生する光源であればいず
れでもよく、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、
ハロゲンランプ、キセノンランプ、重水素ランプなどが
そのまま、あるいは適当な光学フィルターと共に使用さ
れる。中でも低圧水銀灯は本発明で有効な紫外線を効率
よく発生する点から最適である。基体に照射する光の波
長は、２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、好ましくは２５
０ｎｍ以上６００ｎｍ以下、より好ましくは２５０ｎｍ
以上５００ｎｍ以下である。

【００７７】光の強度は、光子数として、同一面積に成
膜時間内に堆積される堆積膜の構成元素（ａ−Ｓｉ：Ｈ
であればＳｉ原子とＨ原子）の数の、１％以上２０００
％以下、好ましくは５％以上４００％以下、さらに好ま
しくは１０％以上２００％以下である。

【００７８】本発明において、反応容器までのマイクロ
波の導入方法としては、導波管または同軸ケーブルによ
る方法が挙げられ、反応容器内への導入は、誘電体窓か
らの導入、または反応容器内にアンテナを設置する方法
が挙げられる。

【００７９】誘電体窓を使用する場合、誘電体窓の材質
としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒化珪素（Ｓｉ
Ｎ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ₂）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、ポリテトラフルオ
ロエチレン、ポリスチレンなど、マイクロ波の損失の少
ない材料が通常使用される。

【００８０】本発明によれば、放電空間の圧力がいずれ
の領域でも効果が現われたが、特に１００mTorr以下、
好ましくは５０mTorr以下で、特に良好な結果が再現良
く得られた。

【００８１】基体材料としては、例えば、ステンレス,
Ａｌ,Ｃｒ,Ｍｏ,Ａｕ,Ｉｎ,Ｎｂ,Ｔｅ,Ｖ,Ｔｉ,Ｐｔ,Ｐ
ｄ,Ｆｅなどの金属、これらの合金、または表面を導電
処理したポリカーボネートなどの合成樹脂、ガラス、セ
ラミックス、紙などが本発明では通常使用される。

【００８２】基体の形状は任意のものでよいが。特に円
筒形のものが本発明に最適である。基体の大きさには特
に制限はないが、実用的には直径２０ｍｍ以上５００ｍ
ｍ以下、長さ１０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が好まし
い。

【００８３】複数の基体で放電空間を取り囲む構成とす
る場合には、基体の間隔は１ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好
ましい。基体の数は放電空間を形成できるならばいずれ
でもよいが３本以上より好ましくは４本以上が適当であ
る。

【００８４】堆積膜の特性の向上させるために、基体を
加熱することが一般に行なわれるが、基体の加熱方法と
しては、真空仕様である発熱体であればよく、より具体
的にはシース状ヒーターの巻き付けヒーター、板状ヒー
ター、セラミックスヒーターなどの電気抵抗発熱体、ハ
ロゲンランプ、赤外線ランプなどの熱放射ランプ発熱
体、液体、気体などを温媒とし熱交換手段による発熱体
などが挙げられる。加熱手段の表面材質は、ステンレ
ス、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属類、セラミッ
クス、耐熱性高分子樹脂などを使用することができる。
また、それ以外にも、反応容器以外に加熱専用の容器を
設け、基体をそこで加熱した後、反応容器内に真空中で
基体を搬送するなどの方法も使用することができる。

【００８５】本発明において堆積膜形成時の基体温度は
いずれの温度でも有効であるが、アモルファスシリコン
を堆積する場合は２０℃以上５００℃以下、好ましくは
５０℃以上４５０℃以下とすることにより良好な効果が
得られる。

【００８６】本発明における堆積膜の原料ガスとして
は、例えばシラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）
などのアモルファスシリコン形成原料ガス、ゲルマン
（ＧｅＨ ₄）、メタン（ＣＨ₄）などの他の機能性堆積膜
形成原料ガスまたはそれらの混合ガスが挙げられる。ま
たこれらの原料ガスは希釈ガスとともに用いられるのが
一般的であるが、希釈ガスとしては水素（Ｈ₂）、アル
ゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などが挙げられる。ま
た、堆積膜のバンドギャップ幅を変化させるためなどに
用いられる特性改善ガスとして、窒素（Ｎ₂）、アンモ
ニア（ＮＨ₃）などの窒素原子を含むガス、酸素
（Ｏ₂）、酸化窒素（ＮＯ）、酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）など
酸素原子を含むガス、メタン（ＣＨ₄）、エタン（Ｃ₂Ｈ
₆）、エチレン（Ｃ₂Ｈ ₄）、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）、プ
ロパン（Ｃ₃Ｈ₈）などの炭化水素、四フッ化ケイ素（Ｓ
ｉＦ₄）、六フッ化二ケイ素（Ｓｉ₂Ｆ₆）、四フッ化ゲ
ルマニウム（ＧｅＦ₄）などのフッ素化合物またはこれ
らの混合ガスが挙げられる。また、ドーピングを目的と
してジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、フッ化ホウ素（ＢＦ₃）、ホ
スフィン（ＰＨ₃）などのドーパントガスを同時に放電
空間に導入しても本発明は同様に有効である。

【００８７】さらに本発明は、阻止型アモルファスシリ
コン感光体、高抵抗型アモルファスシリコン感光体など
複写機またはプリンター用感光体のほか、太陽電池、薄
膜トランジスター、ラインセンサーなど良好な電気的特
性の機能性堆積膜を要求される他のいずれのデバイスの
作製にも応用が可能である。

【００８８】本発明は、マイクロ波を使用するいずれの
装置にも適用が可能であるが、特に、放電空間を囲むよ
うに基体を設け、少なくとも基体の一端側から導波管に
よりマイクロ波を導入する構成の装置に対して大きな効
果がある。

【００８９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００９０】《第１の実施例》図１は本発明の第１の実
施例の堆積膜形成装置の構成を示す模式図である。この
堆積膜形成装置は、電力分配器を使用しマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によって成膜を行なうものである。

【００９１】最大発振電力１.５ｋＷのマイクロ波発振
機１０１は、１入力２出力の可変分配器１０２の入力ポ
ートに接続され、可変分配器１０２の各出力ポートに
は、それぞれ矩形導波管１０３,１０４の一端に接続さ
れている。各矩形導波管１０３,１０４は相互に直交し
て配設され、これら矩形導波管１０３,１０４の他端は
マイクロ波アプリケータ１０５,１０６に接続されてい
る。また、矩形導波管１０３,１０４の途中には、それ
ぞれマイクロ波電力測定器１０９,１１０が挿入されて
いる。各マイクロ波アプリケータ１０５,１０６は、成
膜室１０８内にマイクロ波電力を導入するためのもので
あって、成膜室１０８の壁面に、気密を保持しながら相
互に対向するように締結されている。

【００９２】成膜室１０８は、真空気密可能なものであ
って、ガス排気口１１１に接続された図示しない真空ポ
ンプによって排気されるようになっている。成膜室１０
８の内部には、成膜室１０８に原料ガスを供給するため
のガス導入棒１０７が、マイクロ波アプリケーター１０
５，１０６の中心軸上に配設されている。このガス導入
棒１０７の表面には、ガス噴出のための小孔が多数設け
られる。

【００９３】次に、この堆積膜形成装置の動作を説明す
る。

【００９４】堆積膜を形成する不図示の基体を成膜室１
０８内に配置したのち、不図示の真空ポンプによりガス
ガス排気口１１１を介して成膜室１０８内を１０^-6Torr
台まで真空引きしたする。その後、不図示のマスフロー
コントローラーを介して所望の流量の原料ガスをガス導
入棒１０７の小孔より成膜室１０８内に導入する。そし
て不図示の圧力調整バルブにより、成膜室１０８内を所
定の圧力に維持する。

【００９５】次に可変分配器１０２を調整して、導波管
１０３側と導波管１０４側とに、１：０の比でマイクロ
波電力が分配されるように設定する。そして、マイクロ
波発振機１０１からマイクロ波アプリケーター１０５を
介して成膜室１０８内にマイクロ波電力を漸増させなが
ら供給する。成膜室１０８内部において放電開始を確認
した後、導波管１０３,１０４に分配するマイクロ波電
力が等しくなるよう可変分配器１０２を調整する。この
調整に要する時間は、予め実験検討で決めておく。そし
て最終的には、所望のマイクロ波電力が２つのマイクロ
波アプリケーター１０５,１０６を介して等しいマイク
ロ波電力で成膜室１０８内部に投入されるように、マイ
クロ波電力測定器１０９,１１０で監視しながら可変分
配器１０２とマイクロ波発振機１０１とを微妙に調整す
る。

【００９６】次に、この堆積膜形成装置を用いて実際に
成膜を行なった例について、数値を挙げて説明する。

【００９７】［実験例１］上述の堆積膜形成装置を用
い、アモルファスシリコン膜の堆積を行なった。成膜用
の原料ガスとしてＳｉＨ₄を用い、流量を２７sccmとし
た。成膜室１０８の内圧６０mTorrとして、１.２ｋＷの
マイクロ波電力を一方のマイクロ波アプリケーター１０
６側から成膜空間１０８内に供給したところ、放電が開
始し、その後直ちに、マイクロ波電力が両方のマイクロ
波アプリケーター１０５,１０６ともに４００Ｗとなる
ように調整し、１２０秒間、不図示の基体上にＳｉ：Ｈ
膜を堆積した。

【００９８】堆積終了後、不図示の基体上に形成された
堆積膜の膜厚分布を幅方向および長手方向について測定
したところ、±５％以内に収まっており、堆積速度は１
００Å／ｓであった。また堆積膜の形成された基体の一
部を切り出し、反射型ＦＴ−ＩＲ装置（１７２０Ｘ，パ
ーキン・エルマー社製）を用いて赤外吸収スペクトルを
測定したところ、２０００ｃｍ^-1および６３０ｃｍ^-1に
吸収が認められ、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜に特有の吸収パターン
であった。さらにＲＨＥＥＤ（ＪＥＭ−１００ＳＸ，日
本電子製）により膜の結晶性を評価したところ、ハロー
で非晶質であることがわかった。また、金属中水素分析
計（ＥＭＧＡ−１１００，堀場製作所製）を用いて膜中
の水素量およびその分布を定量したところ、８±１原子
％に収まっていた。

【００９９】また、堆積膜の形成された基体からさらに
２０箇所の部分をランダムに切り出し、それぞれについ
てＡｌ製くし型ギャップ電極（幅２５０μｍ，長さ５ｍ
ｍ）を抵抗加熱蒸着法にて蒸着し、ＡＭ−１光（１００
ｍＷ／ｃｍ²）照射下での光電流値、および暗中での暗
電流値をマルチメータ（ＨＰ４１４０Ｂ，ヒューレット
・パッカード社製）を用いて測定し、明導電率σｐ（Ｓ
／ｃｍ）および暗導電率σｄ（Ｓ／ｃｍ）を求めたとこ
ろ、それぞれ（５.３±０.５）×１０^-6Ｓ／ｃｍおよび
（５.５±０.５）×１０^-10Ｓ／ｃｍの範囲内に収まっ
ていた。

【０１００】さらに成膜時（片側４００Ｗずつ投入）の
マイクロ波発振機１０１のリップル率は、マイクロ波電
力測定器１０９,１１０に入る電力をＢＮＣで分岐して
オシロスコープ（２２２５，テクトロニクス社製）から
読み取った結果、７.０％であった。

【０１０１】［比較例１−１］「従来の技術」で説明し
た図９に示した従来の堆積膜形成装置を用いて、基体上
にａ−Ｓｉ：Ｈ膜を堆積させた。成膜ガスにはＳｉＨ₄
を用い、流量を２７０sccmとした。放電は一方のマイク
ロ波発振機３０１のみで成膜室３０５に１.２ｋＷの電
力を供給したところ開始した。その後、直ちに、両方の
マイクロ波発振機３０１,３０２からそれぞれ４００Ｗ
ずつの電力を供給して成膜を行った。

【０１０２】堆積終了後、基体を取り出し、膜厚分布を
幅方向および長手方向について測定したところ、±７％
以内であり、堆積速度は平均９８Å／ｓであった。また
その一部を切り出し、反射型ＦＴ−ＩＲ装置（１７２０
Ｘ，パーキン・エルマー社製）を用い、リファレンス透
過法により赤外吸収スペクトルを測定したところ、２０
００ｃｍ^-1および６３０ｃｍ^-1に吸収が認められ、ａ−
Ｓｉ：Ｈ：膜に特有の吸収パターンであった。また、２
０００ｃｍ^-1付近のＳｉ−Ｈに帰属される吸収から膜中
の水素量を定量したところ、８±１原子％であった。さ
らに、ＲＨＥＥＤ（ＪＥＭ−１００ＳＸ，日本電子製）
により、膜の結晶性を評価したところ、ハローで、非晶
質であることが判った。

【０１０３】また、堆積膜の形成された基体からさらに
２０箇所の部分をランダムに切り出し、それぞれについ
てＡｌ製くし型ギャップ電極（幅２５０μｍ，長さ５ｍ
ｍ）を抵抗加熱蒸着法にて蒸着し、ＡＭ−１光（１００
ｍＷ／ｃｍ²）照射下での光電流値および暗中での暗電
流値をマルチメータ（ＨＰ４１４０Ｂ，ヒューレット・
パッカード社製）を用いて測定し、明導電率σｐ（Ｓ／
ｃｍ）および暗導電率σｄ（Ｓ／ｃｍ）を求めたとこ
ろ、それぞれ（５.３±１.０）×１０^-6Ｓ／ｃｍおよび
（６.２±１.０）×１０^-10Ｓ／ｃｍの範囲内に収まっ
ていた。

【０１０４】また成膜時（片側４００Ｗずつ投入）の各
マイクロ波発振機３０１,３０２のリップル率は、オシ
ロスコープ（２２２５，テクトロニクス社製）から読み
取ると、１８％であった。ここで［実験例１］と［比較
例１−１］とを比較して表にあらわすと以下の様にな
る。

【０１０５】

【表２】 なお、「発明が解決しようとしている課題」のところで
述べたように、Ｐ_exの値が１に近いほど安定したマイク
ロ波電力を供給できる。これらの結果から明らかなよう
に、本実施例ではリップル率が改善されて、膜厚や膜質
分布が改善された。

【０１０６】［比較例１−２］実施例１の装置におい
て、マイクロ波発振機の最大出力は１.５ｋＷで同じで
あるが、メーカー（型）の異なるマイクロ波発振機に交
換して、実験例１と全く同様の成膜実験を行った。この
結果と［実験例１］との結果とを比較して表にあらわす
と以下の様になる。

【０１０７】

【表３】 ここでΔｆは０.８ｋＷの電力を供給しているときの発
振周波数と２.４５ＧＨｚとの差をあらわしている。実
験例１と比較例１−２の結果から明らかなように、マイ
クロ波発振機の個体差が膜厚や膜質の分布に関係してい
る。

【０１０８】以上、本発明の第１の実施例について説明
したが、２つのマイクロ波アプリケータを対向させる必
要はない。２つのマイクロ波アプリケーターを対向させ
ずに同一の成膜室側壁に配設した場合は、これらマイク
ロ波アプリケーター間でクロストークが起こらないよう
マイクロ波反射板を設ける。また、本実施例における２
つのマイクロ波アプリケーターのうち、一方のマイクロ
波アプリケーターを別の成膜室と締結してもよいし、マ
イクロ波吸収体におきかえてもよい。

【０１０９】《第２の実施例》次に、本発明の第２の実
施例の堆積膜形成装置について、図２を用いて説明す
る。この実施例は、２個の１入力２出力タイプの可変分
配器を使用し、１台のマイクロ波発振機からのマイクロ
波電力を３つのマイクロ波アプリケーターに分配しよう
とするものである。

【０１１０】図２において、成膜室２０７の一方の側壁
に、３個のマイクロ波アプリケータ２０４,２０５,２０
６が取り付けられている。各マイクロ波アプリケータ２
０４〜２０６は相互に対向しているわけではないので、
クロストークを防止するため、成膜室２０７内には２枚
のマイクロ波反射板２０８が設けられている。マイクロ
波発振機２０１の出力は、一方の可変分配器２０２の入
力ポートに接続されている。この可変分配器２０２の一
方の出力ポートは第１のマイクロ波アプリケータ２０４
に接続され、他方の出力ポートは、他方の可変分配器２
０３の入力ポートに接続されている。そして、この他方
の可変分配器２０３の各出力ポートは、それぞれ第２お
よび第３のマイクロ波アプリケータ２０５,２０６に接
続されている。この装置の動作は、放電の開始を除い
て、第１の実施例に示したものと同様であるので、放電
開始に関係する部分のみ抜き出して説明する。

【０１１１】まず、予め実験により決定した値に可変分
配器２０２の分配比を設定し、マイクロ波アプリケータ
ー２０４を介して成膜室２０７内にマイクロ波電力を漸
増させながら供給する。成膜室２０７内部においてマイ
クロ波アプリケーター２０４近傍で放電開始を確認した
らその時のマイクロ波電力をそのまま維持する。そし
て、マイクロ波アプリケーター２０４に供給するマイク
ロ波電力を可変分配器２０２を調整して放電維持電力付
近まで減少させ、放電維持電力付近で維持する。そして
その減少分に相当するマイクロ波電力を可変分配器２０
３を調整してマイクロ波アプリケーター２０５に振替え
る。

【０１１２】次に、成膜室２０７内部においてマイクロ
波アプリケーター２０５近傍で放電させるため、マイク
ロ波発振機２０１から供給するマイクロ波電力を漸増さ
せる。このときマイクロ波アプリケーター２０４に供給
するマイクロ波電力も漸増するので、可変分配器２０２
を微調整し、これを常に放電維持電力付近で維持する。
成膜室２０７内部においてマイクロ波アプリケーター２
０５近傍で放電開始を確認したらその時のマイクロ波電
力をそのまま維持する。そしてマイクロ波アプリケータ
ー２０５に供給するマイクロ波電力を可変分配器２０３
を調整して放電維持電力付近まで減少させ、放電維持電
力付近で維持する。そしてその減少分に相当するマイク
ロ波電力をマイクロ波アプリケーター２０５に振替え
る。次に、成膜室２０７内部においてマイクロ波アプリ
ケーター２０６近傍で放電させるため、マイクロ波発振
機から供給するマイクロ波電力を漸増させる。このとき
マイクロ波アプリケーター２０４と２０５に供給するマ
イクロ波電力も漸増するので、可変分配器２０２，２０
３を微調整し、これを常に放電維持電力付近に維持す
る。成膜室２０７内部において、マイクロ波アプリケー
ター２０６近傍で放電開始を確認したら、全てのマイク
ロ波アプリケーターから可変分配器２０２，２０３を調
整し、所望のマイクロ波電力を供給する。以上の可変分
配器の調整にかける時間は、予め実験検討で決めてお
く。

【０１１３】また、マイクロ波発振機の最大発振電力が
大きい場合、複数のマイクロ波アプリケーターから同時
に放電を開始させてもよい。

【０１１４】以上本発明の第２の実施例について説明し
たが、本発明においては、この第２の実施例から容易に
類推されるように、可変分配器の数を４つ以上に増やす
ことも可能である。

【０１１５】《第３の実施例》次に本発明の第３の実施
例の堆積膜形成装置について説明する。この堆積膜形成
装置は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって基体上に
堆積膜を形成するものであって、基体表面への堆積膜形
成とおよび光照射が交互に行なわれるようにしたもので
ある。図３はこの実施例の堆積膜形成装置の構成を示す
縦断面図、図４は図３のＡ−Ａ線での横断面図である。

【０１１６】真空気密化構造である反応容器３０１に
は、他端が不図示の排気装置に連通した排気管３０４が
取り付けられている。堆積膜の形成される円筒形状の基
体３０５は、ヒータを内蔵した基体ホルダ３０７によっ
て、反応容器３０１のほぼ中央部に配置されている。基
体ホルダ３０７は、図示矢印方向の回転可能である。基
体３０５をはさんで反応容器３０１内の一方の側には、
マイクロ波を導入するためのアンテナ３０２が設置され
ている。このアンテナ３０２は、反応容器３０１外に設
けられた不図示の同軸ケーブルによりマイクロ波電力が
供給されるようになっている。

【０１１７】反応容器３０１内の空間のうち、アンテナ
３０２が設けられている方が放電空間３０６であり、ア
ンテナ３０２が設けられていない方が非放電空間３１３
である。そして、放電空間３０６と非放電空間３１３と
を分離するための分離壁３１５が、反応容器内３０１の
ほぼ中央部に、基体３０５や基体ホルダ３０７の回転運
動を妨げないように設けられている。さらに、反応容器
３０１の壁面のうち非放電空間３１３側の壁面の一部
は、反応容器３０１外からの光を基体３０５の表面に照
射するために、光透過窓３１４となっている。この光透
過窓３１４から光を反応容器３０１内に入射することに
より、基体３０５の表面のうち非放電空間３１３側を向
いた部分に光を照射することができる。

【０１１８】次に、この堆積膜形成装置による堆積膜の
形成について説明する。

【０１１９】まず真空ポンプ（図示せず）としてロータ
リーポンプ、メカニカルブースターポンプ及び油拡散ポ
ンプ（図示せず）により排気管３０４を介して、反応容
器３０１内を排気し、反応容器３０１内の圧力を１×１
０^-7Torr以下に調整した。ついで基体ホルダー３０７に
内蔵されたヒーターにより、基体３０５の温度を２５０
℃に加熱保持する。そこで不図示のガス導入手段を介し
て、原料ガスとしてシランガスや水素ガスなどを放電空
間３０６内に導入する。原料ガスは、基体ホルダー３０
７と放電空間分離壁３１５との隙間より非放電空間３１
３を通過し、排気管３０４により反応容器３０１外に排
気される。それと同時併行的にマイクロ波電源（図示せ
ず）により周波数２.４５ＧＨｚのマイクロ波を発生さ
せ、同軸ケーブルを通じ、放電空間３０６内に設置され
たアンテナ３０２を介して反応容器３０１内に導入す
る。

【０１２０】次に、反応容器３０１外に設けた不図示の
１００Ｗの低圧水銀灯により、非放電空間３１３側の光
透過窓３０８を介して基体ホルダー３０７に、波長２５
３.７ｎｍの紫外光を主とする光を反射鏡とレンズを用
い照射する。この時、基体ホルダー３０７を、母線方向
中心軸を中心に矢印方向に回転させる。その結果、基体
３０５上で堆積膜の形成と紫外線照射とが交互に行なわ
れることになり、基体３０５上に堆積膜に特性の優れた
堆積膜が成長することになる。所望の膜厚にまで堆積膜
が堆積されたら、原料ガスとマイクロ波電力の導入を中
止し、基体３０５を取り出せばよい。

【０１２１】次に、本実施例について実際に堆積膜の形
成を行なった結果について、数値を挙げて説明する。

【０１２２】［実験例３−１］上述の堆積膜形成装置を
用い光の強度を変え、本発明の堆積膜形成方法により得
られる堆積膜の特性向上の検討を行った。光源としては
低圧水銀灯を用い、波長２５３．７ｎｍの光を基体に照
射した。表４に示す条件により、１０分間のアモルファ
スシリコン堆積膜の形成を行った。この時、基体ホルダ
ーの回転数は１回転／秒とした。その結果を表５に示
す。

【０１２３】

【表４】

【０１２４】

【表５】 表中の露光量は、基体上に堆積される単位面積当りの堆
積膜の構成元素（ＳｉとＨ）数を１００％としたときの
成膜終了までに基体の単位面積当り照射される光子数の
合計を示している。また表中、Ｓｉ−Ｈ₂比とは、シリ
コンウェハー上に堆積したアモルファスシリコン堆積膜
の赤外線吸収の測定を行い、２１００ｃｍ^-1の吸収と２
０００ｃｍ^-1の吸収から膜中のＳｉ−Ｈ₂結合の密度と
Ｓｉ−Ｈ結合の密度を求め、次式から計算して決定し
た。

【０１２５】［Ｓｉ−Ｈ₂比］＝［Ｓｉ−Ｈ₂密度］／
［Ｓｉ−Ｈ密度］である。

【０１２６】表中、ダングリングボンド密度は、石英基
体上に形成した堆積膜をＥＳＲにより測定した。

【０１２７】表５より明らかなように、露光量が光子数
にして堆積膜構成元素の１％から２０００％の時に、良
好な効果が得られた。

【０１２８】［実験例３−２］上述の堆積膜形成装置を
用い光の波長を変え、本発明の堆積膜形成方法により得
られた堆積膜の特性向上の検討を行った。光源としては
１０００ｎｍから３５０ｎｍの波長領域ではキセノンラ
ンプを用い、３５０ｎｍから１６０ｎｍの波長領域では
重水素ランプを用い、分光器で分光して照射した。この
時、露光量はすべて５０％とした。そして実験例３−１
と同様の条件（表４参照）でアモルファスシリコン堆積
膜の形成を行った。その結果を表６に示す。

【０１２９】

【表６】 表６より、基体に照射する光の波長が２００ｎｍから７
００ｎｍの時、良好な結果が得られることがわかった。

【０１３０】［実験例３−３］上述の堆積膜形成装置を
用い基体ホルダーの回転速度を変え、本発明の堆積膜形
成方法により得られた堆積膜の特性向上の検討を行っ
た。光源としては低圧水銀灯を用いた。この時、露光量
はすべて５０％とした。実験例３−１と同様の条件（表
４参照）でアモルファスシリコン堆積膜の形成を行っ
た。その結果を表７に示す。

【０１３１】

【表７】 表７の結果より、１回の回転で得られる堆積膜の膜厚は
１０Å〜３０００Åの時に良好な結果が得られることが
わかった。

【０１３２】《第４の実施例》次に、本発明の第４の実
施例の堆積膜形成装置について説明する。この堆積膜形
成装置は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、円筒
形状の複数の基体上に堆積膜を形成するものであって、
基体表面への堆積膜形成とおよび光照射が交互に行なわ
れるようにしたものである。図５はこの実施例の堆積膜
形成装置の模式的縦断面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ
線での模式的横断面図である。

【０１３３】真空気密可能な反応容器４０１は、ほぼ円
筒形の容器であって、側壁には他端が真空ポンプ（不図
示）に連通する排気管４０４が一体的に形成されてい
る。反応容器４０１の上面と下面のほぼ中心部には、そ
れぞれ、マイクロ波電力伝送用の導波管４０３が取り付
けられ、各導波管４０３の他端は、スタブチューナ（不
図示）やアイソレータ（不図示）を介して図示しないマ
イクロ波電源に接続されている。各導波管４０３の反応
容器４０１側の端部には、マイクロ波導入用の誘電体窓
４０２がそれぞれ気密封止されている。誘電体窓４０２
は、導波管４０３からのマイクロ波を反応容器４０１内
に効率よく透過でき、かつ反応容器４０１内を真空気密
にし得るような材料、例えば石英ガラスやアルミナセラ
ミックスで構成されている。反応容器４０１の中心部を
取り囲むように、堆積膜の形成される複数の円筒状の基
体４０５が互いに平行になるよう配置されている。各基
体４０５は、反応容器４０１の下面から延びる回転軸４
０８によって保持され、同じく反応容器４０１の下面か
ら基体４０５の内部に挿入されるように延びるヒータ４
０７によって加熱されるようになっている。回転軸４０
８は、反応容器４０１の真空を破ることなく回転自在の
ものであり、回転軸４０８の他端は減速ギア４１０を介
して駆動用のモータ４０９に接続されている。したがっ
て、モータ４０９を駆動すると、基体４０５がその長手
方向（母線方向）の中心軸の回りを自転することにな
る。

【０１３４】反応容器４０１内において、円筒状の各基
体４０５と各誘電体窓４０２で囲まれた部分が放電空間
４０６であり、この放電空間４０６は両端が各誘電体窓
４０２で画定される柱状の空間である。また、反応容器
４０１内の領域のうち放電空間４０６以外の領域が非放
電空間４１３である。

【０１３５】さらにこの堆積膜形成装置には、基体４０
５ごとに、基体４０５の表面に可視光および／または紫
外光を照射するための低圧水銀灯などの光照射器４１４
が設けられている。これら各光照射器４１４は、非放電
空間４１３内に、対応する基体４０５に近接するように
して、配置されている。

【０１３６】次に、この堆積膜形成装置による堆積膜形
成について説明する。

【０１３７】まず、真空ポンプ（不図示）により排気管
４０４を介して反応容器４０１内を排気し、この反応容
器４０１内の圧力を例えば１×１０^-7Torr以下とする。
次いで、各ヒータ４０７により全ての基体４０５を膜堆
積に好適な温度に加熱保持する。そして図示しない原料
ガス導入管を介して、例えばａ−Ｓｉ膜を形成する場合
であれば、シラン（ＳｉＨ₄）ガスや水素ガスなどの原
料ガスを反応容器４０１内に導入する。さらに、各光照
射器４１４を点灯して、基体４０５の表面のうち非放電
空間４１３側を向いた表面に光が照射されるようにす
る。これと同時平行的にマイクロ波電源（不図示）によ
り周波数５００ＭＨｚ以上の、好ましくは２.４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を発生させ、このマイクロ波を導波管４
０３そして各誘電体窓４０２を介して反応容器４０１内
に導入する。その結果、放電空間４０６においてグロー
放電が生起し、原料ガスはマイクロ波のエネルギーによ
り励起解離し、円筒状の各基体４０５の表面上に堆積膜
が形成される。このときモータ４０９を駆動して基体４
０５を自転させることにより、基体４０５の表面が放電
空間４０６側と非放電空間４１３側を交互に移動するこ
とになる。基体４０５の表面は、放電空間４０６側を向
いたときに堆積膜が形成され、非放電空間４１３側を向
いたとき可視光および／または紫外光が照射されること
になる。これにより、特性の優れた堆積膜が基体４０５
の外周面の全面にわたって均一に形成される。

【０１３８】次に、本実施例について実際に堆積膜の形
成を行なった結果について、数値を挙げて説明する。

【０１３９】［実験例４−１］上述の堆積膜形成装置に
を用い、アモルファスシリコン堆積膜の形成を以下のよ
うにして行った。まず反応容器４０１内に、直径１０８
ｍｍ、長さ３５８ｍｍ、肉厚５ｍｍのアルミニウム製の
円筒形の基体４０５を基体４０５の中心軸が平行かつ同
心円上になるように６本配置した。この時、隣接する基
体４０５間の間隔は１０ｍｍとなるように、基体４０５
は等間隔に配置した。次に真空ポンプとしてロータリー
ポンプ、メカニカルブースターポンプおよび油拡散ポン
プ（図示せず）により排気管４０４を介して、反応容器
４０１を排気し、反応容器４０１内の圧力を１×１０^-7
Torr以下に調整した。ついでヒーター４０７により、基
体４０５の温度を２５０℃に加熱保持した。そこで不図
示のガス導入手段を介して、原料ガスとして表８に示す
シランガス、水素ガスなどを反応容器４０１内に導入し
た。それと同時平行的にマイクロ波電源（図示せず）に
より周波数２.４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させ、導
波管４０３を通じ、アルミナセラミックスよりなる誘電
体窓４０２を介して反応容器４０１内に導入した。

【０１４０】

【表８】 次に、基体４０５に対して、非放電空間４１３に設けら
れた１００Ｗの低圧水銀灯（光照射器）４１４により、
波長２５３.７ｎｍの紫外光を主とする光を照射した。
このとき、基体４０５をその母線方向中心軸の回りに回
転させ、堆積膜の形成と紫外線照射とが交互に行われる
ようにして基体４０５全周に渡って堆積膜を形成させ
た。

【０１４１】このようにして作成したアモルファスシリ
コン堆積膜の欠陥を表面の顕微鏡観察により評価した結
果、欠陥が非常に少ないことが確認された。また、この
ようにして作製したアモルファスシリコン堆積膜を帯電
露光測定機にいれ電気的特性を測定した。帯電露光測定
機では、暗所においてアモルファスシリコン堆積膜上に
コロナ帯電器により０.１秒間、６ｋＶの帯電を与え
た。その０.２秒後、暗部に放置したままのアモルファ
スシリコン堆積膜表面の暗部表面電位と、帯電終了後ア
モルファスシリコン堆積膜表面に露光を与えた明部表面
電位をトレック社の表面電位計（型番３４４）により測
定した。

【０１４２】さらに、このような電気的特性に関し、実
験例３−１〜３−３で得られた結果と同様の範囲で光の
強度、波長、基体の回転速度を設定した場合には、非常
に優れた特性を示すことが確認された。これにより、こ
の堆積膜形成装置に適した光の強度などの条件が求めら
れたことになる。

【０１４３】［実験例４−２］上述の堆積膜形成装置を
用い、前述の表８の条件で、本発明の堆積膜形成方法に
よりアモルファスシリコン感光ドラムの形成を行った。
このようにして作成したアモルファスシリコン感光ドラ
ムをキヤノン社製複写機ＮＰ７５５０に装着し、通常の
複写プロセスにより転写紙上に画像を作製し、感光ドラ
ムの電子写真的特性の測定を行なった。このとき、帯電
器に６ｋＶの電圧で印加し帯電を行った。電子写真的特
性の評価は、以下に示すように、細線再現性、白地
かぶり、画像むら、画像欠陥について行なった。こ
れら各評価項目の詳細を以下に説明する。

【０１４４】細線再現性： 白地に全面文字よりなる
通常の原稿を原稿台に置きコピーした時に得られた画像
サンプルを観察し、画像上の細線が途切れずにつながっ
ているか評価した。評価基準は、「◎…良好、○…一部
途切れあり、△…途切れは多いが文字として認識でき
る、×…文字として認識できないものもある。」であ
る。

【０１４５】白地かぶり： 白地に全面文字よりなる
通常の原稿を原稿台に置きコピーした時に得られた画像
サンプルを観察し、白地の部分のかぶりを評価した。評
価基準は、「◎…良好、○…一部僅かにかぶりあり、△
…全面に渡りかぶりがあるが文字の認識には支障無し、
×…文字が読みにくい程かぶりがある。」である。

【０１４６】画像むら： 全面ハーフトーンの原稿を
原稿台に置きコピーした時に得られた画像サンプルを観
察し、濃淡のむらを評価した。評価基準は、「◎…良
好、○…一部僅かな濃淡の差有り、△…全面に渡り濃淡
の差があるが文字の認識には支障無し、×…文字が読み
にくい程むらがある。」である。

【０１４７】画像欠陥： 黒原稿を原稿台に置きコピ
ーした時に得られた画像サンプルの同一面積内にある白
点の数により評価を行った。評価基準は、「◎…良好、
○…一部小さな白点有り、△…全面に白点があるが文字
の認識には支障無し、×…文字が読みにくい程白点が多
い。」である。

【０１４８】このように評価した結果を表１１に示す。

【０１４９】＜比較例４−１＞「従来の技術」において
図１０および図１１を用いて説明した堆積膜形成装置を
用い、表９の条件で前述の従来の堆積膜形成方法により
アモルファスシリコン感光ドラムの作製を行った。その
作製したアモルファスシリコン感光ドラムについて、実
験例４−２と同様の評価を行った。その結果を表１１に
示す。

【０１５０】

【表９】 ＜比較例４−２＞図７および図８に示す従来の技術によ
る堆積膜形成装置を用い、従来の方法によって、アモル
ファスシリコン感光ドラムの作製を行なった。まず、こ
の従来の堆積膜形成装置について説明する。この堆積膜
形成装置は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、円
筒形状の複数の基体上に堆積膜を形成するものであっ
て、電極を設けることにより成膜時にプラズマの電位制
御を行なえるようにしたものである。図７はこの実施例
の堆積膜形成装置の模式的縦断面図であり、図８は図７
のＹ−Ｙ線での模式的横断面図である。

【０１５１】この堆積膜形成装置は、「従来の技術」で
図１０および図１１を用いて説明した堆積膜形成装置に
対し、放電空間８０６内に配置された電極８１２と、こ
の電極８１２にプラズマ電位制御用の直流電圧を印加す
るための直流電源８１１とを付加した構成となってい
る。その他の点は図１０および図１１に示したものと同
様である。

【０１５２】まず反応容器８０１内に直径１０８ｍｍ、
長さ３５８ｍｍ、肉厚５ｍｍのアルミニウム製の円筒形
の基体８０５を基体８０５の中心軸が平行かつ同心円上
になるように６本配置した。このとき、隣合う基体８０
５間の間隔が１０ｍｍとなるように等間隔に配置した。
次に真空ポンプとしてロータリーポンプ、メカニカルブ
ースターポンプおよび油拡散ポンプ（図示せず）により
排気管８０４を介して、反応容器８０１内を排気し、反
応容器８０１内の圧力を１×１０^-7Torr以下に調整し
た。ついでヒーター８０７により、基体８０５の温度を
２５０℃に加熱保持した。そこで不図示のガス導入手段
を介して、原料ガスとして表１０に示すシランガス、水
素ガスなどを反応容器８０１内に導入した。それと同時
平行的にマイクロ波電源（図示せず）により周波数２.
４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させ、導波管８０３を通
じ、アルミナセラミックスよりなる誘電体窓８０２を介
して反応容器８０１内に導入した。さらに放電空間８０
６内の電極８１２に、基体８０５に対する直流の電圧を
印加し、モータ８０９によって基体８０５を回転させな
がら成膜を行なった。

【０１５３】

【表１０】 このようにして作製したアモルファスシリコン感光ドラ
ムについて、実験例４−２と同様の評価を行なった。

【０１５４】

【表１１】 表１１から明らかなように、本発明に基づく実験例４−
２による感光ドラムは、比較例４−１および比較例４−
２によるものと比較して、いずれの項目においても非常
に良好な結果を示した。

【０１５５】［実施例４−３］実験例４−２と同じ堆積
膜形成装置を用い、本発明の堆積膜形成方法により、表
１２の条件で、実験例４−２よりも大きな堆積速度でア
モルファスシリコン感光ドラムの形成を行なった。この
ようにして作成したアモルファスシリコン感光ドラムの
欠陥と電気的特性の測定を実施例４−２と同様の方法で
行った。その結果、実施例４−２と同様の非常に良好な
結果が得られた。

【０１５６】

【表１２】 ［実施例４−４］実験例４−２と同じ堆積膜形成装置を
用い。本発明の堆積膜形成方法により、表１３の条件で
高抵抗型アモルファスシリコン感光ドラムの形成を行な
った。このようにして作成したアモルファスシリコン感
光ドラムの欠陥と電気的特性の測定を実施例４−２と同
様の方法で行った。その結果、実施例４−２,４−３と
同様に、非常に良好な結果が得られた。

【０１５７】

【表１３】 以上本発明の第４の実施例について説明したが、本発明
者らは、ここで予期せぬものであったが興味深くかつ有
効な知見を得た。基体に照射する光の波長および強度
（露光量）を良好な特性が得られる範囲内で変化させる
と、堆積膜の感光体としての６００ｎｍ〜８００ｎｍの
範囲の波長感度感度を、これより短波長側の領域での波
長感度を変えることなく変化させることが可能であると
いう知見である。このことより、本発明の方法によって
電子写真用感光ドラムを作製した場合、意図的に６００
ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域での感度を低下させること
により印鑑（朱肉による印影）などに対する赤再現性を
向上したり、あるいは、６００ｎｍ〜８００ｎｍの波長
領域でに感度を向上させることによりデジタル複写機や
レーザービームプリンターとして使用する際の半導体レ
ーザーの出力光に対する感度を向上させることが可能と
なる。

【０１５８】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、マイ
クロ波発振機から成膜室に至るマイクロ波電力の伝達経
路の途中に、分配比が調整可変である電力分配器を設け
ることにより、安定した電力を多方向に供給することが
可能となり、また、成膜時に好適な条件と放電を開始さ
せるための条件を両立させることが可能となり、機能性
堆積膜の膜厚や膜質のむらを減少させることができると
いう効果がある。また、大面積の機能性堆積膜の形成に
必要なマイクロ波発振器の台数を減らすことができ、装
置のコストを下げることができるという効果がある。

【０１５９】以上説明したように第２および第３の発明
は、基体表面に対して堆積膜の形成と光照射とを交互に
行なえるようにしたことにより、堆積膜表面での不要な
原子の脱離や、不安定な結合を持つ原子の再配置が効率
よく行われるため、良好な特性の堆積膜が、欠陥の増加
などの副作用なくして、大面積に渡って大きな高速堆積
速度で得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の堆積膜形成装置の構成を示す模
式図である。

【図２】第２の実施例の堆積膜形成装置の構成を示す模
式図である。

【図３】第３の実施例の堆積膜形成装置の構成を示す模
式的縦断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線での模式的横断面図である。

【図５】第４の実施例の堆積膜形成装置の構成を示す模
式的縦断面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ線での模式的横断面図である。

【図７】マイクロ波プラズマＣＶＤ法による従来の堆積
膜形成装置の構成を示す模式図である。

【図８】図７のＹ−Ｙ線での模式的横断面図である。

【図９】マイクロ波プラズマＣＶＤ法による従来の堆積
膜形成装置の構成を示す模式図である。

【図１０】マイクロ波プラズマＣＶＤ法による従来の堆
積膜形成装置の構成を示す模式的縦断面図である。

【図１１】図１０のＸ−Ｘ線での模式的横断面図であ
る。

【図１２】マイクロ波電力とリップル率との関係を示す
特性図である。

【図１３】マイクロ波電力と発振周波数との関係を示す
特性図である。

【符号の説明】

１０１，２０１ マイクロ波発振機 １０２，２０２，２０３ 可変分配器 １０３，１０４ 矩形導波管 １０５，１０６，２０４〜２０６ マイクロ波アプ
リケータ １０７ ガス導入棒 １０８，２０７ 成膜室 １０９，１１０ マイクロ波電力測定器 １１１ ガス排出口 ２０８ マイクロ波反射板 ３０１，４０１ 反応容器 ３０２ アンテナ ３０４，４０４ 排気管 ３０５，４０５ 基体 ３０６，４０６ 放電空間 ３０７ 基体ホルダ ３１３，４１３ 非放電空間 ３１４ 光透過窓 ３１５ 放電空間分離壁 ４０２ 誘電体窓 ４０３ 導波管 ４０７ ヒータ ４０８ 回転軸 ４０９ モータ ４１０ 減速ギア ４１４ 光照射器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新納 博明 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 岡村 竜次 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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体が保持され真空を保持し得る成膜室
   と、前記成膜室にマイクロ波電力を供給するマイクロ波
   供給手段と、前記成膜室内に原料ガスを供給する原料ガ
   ス供給手段と、前記成膜室に接続された排気手段とを有
   し、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって前記基体の表
   面に堆積膜を形成する堆積膜形成装置において、 前記マイクロ波供給手段が、少なくとも、マイクロ波発
   振機と、前記マイクロ波発振機に接続されマイクロ波の
   分配を行ない分配比が調整可能である電力分配器と、一
   端が前記成膜室に取り付けられて前記電力分配器からの
   マイクロ波電力を前記成膜室に導入するマイクロ波アプ
   リケータと、前記マイクロ波アプリケータに供給される
   マイクロ波電力を測定する電力測定手段とによって構成
   されていることを特徴とする堆積膜形成装置。
2. 【請求項２】 前記電力分配器の分配比を任意の比で連
   続的に変化させることが可能である請求項１に記載の堆
   積膜形成装置。
3. 【請求項３】 １台のマイクロ発振機に対応して複数の
   マイクロ波アプリケータが設けられ、前記各マイクロ波
   アプリケータ間のマイクロ波電力の分配比が前記電力分
   配器によって調節される請求項１に記載の堆積膜形成装
   置。
4. 【請求項４】 前記複数のマイクロ波アプリケータが同
   一の成膜室に取り付けられている請求項３に記載の堆積
   膜形成装置。
5. 【請求項５】 減圧にし得る反応容器内に原料ガスおよ
   びマイクロ波エネルギーを導入し、前記反応容器内にプ
   ラズマを生じさせ、前記反応容器内に保持された基体上
   に堆積膜の形成を行なうマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
   よる堆積膜形成方法において、 前記反応容器内において、前記堆積膜の形成と光の照射
   とを前記基体の表面に対して交互に行なうことを特徴と
   する堆積膜形成方法。
6. 【請求項６】 マイクロ波エネルギーが反応容器内の放
   電空間に導入され、基体の表面を前記放電空間内と前記
   放電空間外とに交互に移動させ、前記放電空間外にある
   前記表面に対して光を照射するようにした請求項５に記
   載の堆積膜形成方法。
7. 【請求項７】 減圧にし得る反応容器と、前記反応容器
   内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段と、前記反応
   容器内の放電空間内にマイクロ波エネルギーを導入する
   マイクロ波供給手段とを有し、マイクロ波プラズマＣＶ
   Ｄ法により、前記反応容器内に保持された基体の表面に
   堆積膜を形成する堆積膜形成装置において、 前記基体の表面を前記放電空間内と前記放電空間外とに
   交互に移動させる移動手段と、 前記放電空間外にある前記表面に対して光を照射する光
   照射手段とを有することを特徴とする堆積膜形成装置。
8. 【請求項８】 基体の形状が円筒形状であって複数の前
   記基体が前記放電空間を取り囲むように配置されている
   請求項７に記載の堆積膜形成装置。