JPS6115973A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、円筒状基板上に成膜するためのプラズマＣＶ
Ｄ装置に関する。

（従来技術） プラズマＣＶＤ技術は、薄膜を比較的低温で成長できる
ことを特長とするｔｍａ術である。プラズマＣＶＤ技術
において、たとえば高周波放電により反応〃スを放電プ
ラズマ状態におくことにより、反応ガスの化学結合は低
温で分解され、活性化された粒子が作り出され、そして
、この活性化された粒子間の反応によりＣＶＤＪｌｉが
形成される。

プラズマＣＶＤ膜の性質は、多数の因子に影響を受ける
。この因子には、生成温度、生成ガス比、生成圧力、電
極構造、反応容器構造、排気速度、生成ＲＦパワー、Ｒ
Ｆ周波数、プラズマ発生方式等がある。したがって、プ
ラズマＣＶＤ膜の成膜のためには、多くの因子を制御せ
ねばならない。

プラズマＣＶＤ技術は、種々の物質の成膜に利用されて
いて、たとえば非晶質シリコン（ａ−８ｉ）を成膜する
こともできる。ａ−８ｉｆｔ、電子写真用感光体として
も適している６電子写真用感光体として使用する場合、
ａ−８ｉ膜は、大面積の円筒状基板上に、比較的厚く（
２０〜５０μ−）、且つ、均一に成膜されねばならない
。

第４図は、従来のａ−８ｉ用プラズマＣＶＤ装置の一例
を図式的に示す６゛アルミニウム筒からなる基板１は、
その軸の周りに回転可能に、円筒状の電極２の内部に設
けられる。電極２は、この基板１と軸を共通に配置され
た二枚の円筒板２ａ、　２ｂ′からなり、ガス室３がこ
の二枚の円−板２ａ’、２ｂ゛により区画される。外側
の円筒板２ａには、図示しないガス供給装置から原料ガ
スを導入するための導入口４が設けられ、一方、内側の
円筒板２ｂには、この円筒板２ｂの内部の空間（放電領
域）に原料ガスを導入するための図示しない多数の小さ
な開口か設けられる。基板１と電極２とは、チャンバー
５内に設置される。チャンバー５内に上記の開口から導
入されるガスは、チャンバー５の下部か呟排気口６を介
して真空ポンプ７により排気される。ＲＦ電源８は、導
入口４を介して電極２に接続され、一方、基板１は、接
地される。ヒーター９，１０は、それぞれ、基板１と電
極２に取り付けられ、ヒーター用電源１１．１２に接続
される。

第５図は、従来のａ−８ｉ用プラズマＣＶＤ装置の他の
例を図式的に示す。第４図に示した装置との相違は、電
極２がチャンバー５の一部１こなっていることである。

チャンバー５は、電極２、上部５ａ、下部５ｂとからな
り、上部５ａと下部５ｂとはζ電極２に対して絶縁され
ている。なお、他の参照番号は、第４図に示したものと
同じものを指す。

プラズマＣＶＤによるａ−８ｉの成膜は、次のように行
われる。パッシェン則から、自続放電開始電圧は、電極
２と基板１との間隔ｄと気体の圧力ｐとの積ｐｄに依存
して変化する。従来は、この間隔ｄは、気体の圧力がＩ
　Ｔｏｒｒ近傍で自続放電開始電圧がほぼ最小になる３
０〜５０ｍｎ＋の範囲内で選定されていて、通常は、４
０ｍｍ程度が選ばれている。この領域では、放電の安定
性と基板へのガスの均一な供給とが得られやすいという
長所がある。シラン等の原料ガスは、ガス室３から円筒
板２ｂに設けられた多数の開口を経て、第４図に矢印で
示すように、電極２と基板１との間の空間内に導入され
る。チャンバー内の圧力は、０．１〜１０Ｔｏｒｒに保
たれる。基板月よｊＩ＆膜の均一性を保つために、１０
〜３Ｏｒｐｍで回転される。基板１の温度は、１５０〜
３００’Ｃ１こ加熱される。

電極２と電極（基板）１との間にＲＰ電圧を印加すると
、グミ−放電が生じ、原料ガスは分解され、ａ−３ｉ膜
が、基板１上に成膜される。

（発明が解決しようとする問題点） 基板１へのａ−８ｉ膜の成膜の際に、この基板１に対向
する電極２の内周面にも同時にａ−８ｉ膜が成膜される
。しかし、電極２の内周面の温度が低いと、分解ガスは
成膜されず、（ＳｉＨ２）ｎ等の微粉が生じる。この微
粉は、電極２を汚染するとともに、基板１上の膜中に取
り込まれ、膜質を悪化させ、電子写真における白斑点ノ
イズの原因となる。

このため、従来のプラズマＣＶＤ装置では、電極２もヒ
ーター１０により基板１と同様に加熱し、一定温度に制
御し、微粉を発生させないようにする必要があった。電
極加熱方式のプラズマＣＶＤ装置は、たとえば、特開昭
５８−３７６４８号公報、特願昭５８−１０４０１５号
・公報等に開示されている。この方式では、次のような
不具合が生じる。（１）電極２にヒーター１０を設ける
ことによる電極の構成の複雑化、（２）電極２のヒータ
ー線からのＲＦパワーのロスによる内部放電への影響、
ＲＦノイズによる温調の不安定等によるプラズマＣＶＤ
装置の成膜時の信頼性の低下、および、（３）制御項目
の増加。

本発明の目的は、プラズマＣＶＤ装置の簡素化をはかり
、成膜時の制御項目を出来るだけ少なくすることである
。

（問題点を解決するための手段） 内周面に原料ガス供給用の多数の開口を設けた円筒状の
電極と、この円筒状電極の内部に軸を共通に且つ軸の周
りに回転可能に配置した円筒状の基板とからなり、この
基板には１５０℃以上に加熱でトるヒーターを備え、基
板と電極とを近接して配置することにより、成膜時に電
極と基板とを１５０℃以上に保つことを特徴とする。

（作用） 本発明においては、基板と電極との間隔を、従来よりも
狭くし、しがも、ガスの均一供給が可能で且つ安定に放
電する領域内で選択する。間隔を狭くすることにより、
電極は、ヒーターで加熱しなくても、１５０℃以上に加
熱され、微粉を生成しなくなる。このため、電極をヒー
ターで加熱しなくても、良好な成膜が得られる。また、
後に説明するバイアス電圧が低下し、膜質が向、上する
。

さらに、〃入の使用効率が上昇する。

（実施例）・ 以下に、添付の図面を参照して、本発萌の実施例を説明
する。

第１図は、チャンバー５内にアルミニワム製の円筒状の
基板１と円筒状の電極２とを設置したプラズマＣＶＤ装
置を図式的に示し、また、第２図は、電極２がチャンバ
ー５の一部をなしているプラズマＣＶＤ装置を図式的に
余す。第１図とｖ、２図において、参照番号は、それぞ
れ、第４図と第５図に示したものと同じものを指す。第
４図と第５図とに示した装置との違いは、電極用ヒータ
ー１０とヒーター用電源１２とが設けられていないこと
と、基板１と電極２との間隔が狭いことであ本発期者等
は、０．５〜２Ｔｏｒｒの圧力領域での電極間・隔ｄの
変化のａ−８ｉの成膜への影響を研究した。第３図は、
その結果を、電極の加熱効果、バイアス電圧値、放電安
定性、ガスの使用効率についで示したもので゛おる。こ
れら４項目について、以下で順次説明、する。

（、）電極、、ｍ無効、果。一定温度に加熱されている
円筒、状基板は、輻射により・円筒状の電極を加熱する
。理想的な円筒、状基板からの輻射の場合、加熱効果は
、電極の外径が小さいほど、すなわち、基板と電極との
面積比が小さいほど大きい。支た、基板の外径が大トく
なっても、面積比を一定にすれば、同様の加熱効果が得
られる。所定の加熱温度を得る場合、必要な間隔ｄは、
基板外径が小さい場合に必要な間隔ｄに比べ、基板外径
が大きくなるほど大きくなる。なお、現実の装置では、
電極下部での伝熱損失等の影響のため、以上の単純な理
想的モデルどおりの加熱効果り待できない。

第３図に示すように、間隔ｄが基板の外径に対応する限
界値ｄｂ以上（斜線で示す範囲）になると、加熱効果が
小さくなり、電極の温度が低下し、電極上に微粉が生成
し、基板上のａ−８ｉの成膜に悪影響を与える。したが
って、ヒーターで加熱しないと、良好な成膜が得られな
い。

（ｂ）バイアス電圧。プラズマＣＶＤ装置においてプラ
ズマ放電が生じる際に、面積の大きな方の電極に対し正
であるバイアス電圧（ｖ８）が、二つの電極（基板１と
電極２）の面積の差に対応して生じる。Ｖ８が大きいと
、イオンが基板近傍で加速され、膜にダメージを与える
といらことが知られている。電極間の間隔ｄが小さくな
ると、電極の面積の差はＯに近づき、イオン衝撃による
ダメージは軽減される。

（ｃ）放電安定性。゛放電のおこりやすさを示す自続放
電開始電圧は、はじめに記したように、電極間隔ｄに依
存し、パッシェン則により、Ｉ　Ｔｏｒｒ近傍の圧力で
、ｄが３０〜５０＋ｍのときに最も開始電圧が低く、放
電は安定である。間隔ｄをさらに小さくしていっても、
大きくしていっても、開始電圧は高くなる。ｄを小さく
していった場合、ｄ≦５論−の領域（不安定領域）では
、開始電圧が非常に高くなり、放電の安定自続が難しい
。また、５ｍｍ＜　ｄ　＜　　１０論−の領域（準不安
定領域）でも開始電圧は高く、放電を十分に安定するこ
とは難しい。この不安定性は、装置の加工精度にも依存
する。

（ｄ）ガスの使用効率。ガスの使用効率は、電極と基板
との間の容積に関係する。この容積の小さい方が、すな
わち、電極の間隔ｄの小さい方が、ガスの分解がより効
率的に行われ、使用効率は高くなる。しかし、間隔ｄが
５−輪程度以下になると、現在の加工技術では、基板全
面にガスを均一に供給することが困難である。

以下に、０．５〜２Ｔｏｒｒの圧力領域での電極間隔ｄ
の変化のａ−８ｉの成膜への影響を説明する。

（１）　ｄ　＜　１０１１Ｉ１１の場合。電圧加熱効果
も、また、Ｖ８低下による膜質向上の効果も、非常に優
れている。これに反して、放電は、不安定になりやすく
、特に、ｄ≦５＋ｍでは、放電が不安定になり、さらに
、ガスの均一な供給が困難になる。このため、成膜は、
放電異常とガス供給の不均一性の影響をもろに受ける。

（２）１０ｍｍ≦ｄ≦ｄ、の場合。限界間隔値ｄ。

は、基板の外径に依存し、基板温度をたとえば２４０℃
に保った場合、約３０１１ＩＩ＋と約４０關との開の値
になる。電極加熱効果は大きく、ヒーターは不要である
。たとえば、ある例においては、ｐ〜Ｉ　Ｔｏｒｒで、
基板の温度を２４０℃に保ったと外、電極の温度は、ｄ
＝２０關で、１７０℃になり、必要最低限の１５０℃よ
り高い。また、■８は小−さいので、膜質はＶ　の影響
を受けない。開始型圧は高いけれども、放電は安定して
いる。また、ガスの均一な供給は可能であり、ガスの使
用効率も高い。なお、成膜条件の安定性の点がら、１５
闘≦ｄ≦２５醋の範囲内にある方が好ましい。

（３）　ｄｂ＜　ｄ≦　５０１１１ＩＩの場合。従来設
定されていた間隔に相当する。開始電圧が低いので、放
電は安定している。また、ガスの均一性も十分よい。こ
れに反し、電極加熱効果は小さく、電極な加熱する必要
がある。たとえば、上と同じ条件で、ｄ’＝４０ｍｍの
とき、９０℃までしか昇温しなかった。■　は大きく、
膜質に影響する。（Ｖ８は、ｄ＝４０ｍｍで、ＲＦパワ
ーが２００〜２５０Ｗであるとき、１００Ｖ前後である
。）また、ガス効率も、１０％前後と低い。

（４）Ｓｏｍｅ＜ｄの場合。電極加熱効果は小さく、加
熱手段が必要であり。ガスの使用効率は非常に小さい。

開始電圧は、ｄが大きくなるにつれ高くなり、放電は不
安定になる。ＶＢは大きく、膜質は悪化する。

以上の結果を総合的に判断すると、ｄの設定値は、１０
ｍｍ≦ｄ≦ｄｂの範囲内である方が好ましく、さらに、
１５１１鴎≦ｄ≦２５ＩＩＩＩ１１の範囲内で−あるこ
とがより好ましい。なぜなら、従来使用、　されて軽た
ｄｂく６６５０ｍｍの範囲内である場合と同様に良好な
ａ−８ｉｌｌが成膜できるとともに、簡素な構成の装置
にで外るという利点を有するからである。

（発明の効果） 電極ヒーターが不要になり、したがって電極の温度制御
が不要となる。このため、電極構造は簡素になり、小型
化で外る。

また、このため、成膜時の制御因子が減少し、成膜の信
頼性が向上する。

電極容積が小さくなり、ガスの使用効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、それぞれ、本発明に係るプラズマＣ
ＶＤ装置の一例の図式的な図である。 第３図は、成膜に影響する諸項目への電極間隔の影響を
示す図である。 第４図と第５図は、それぞれ、従来のプラズマＣＶＤ装
置の一例の図式的な図である。 １・・・円筒状の基板、　　　２・・・円筒状の電極、
３・・・ガス室、　　　　　　４・・・ガスの導入口、
５・・・チャンバー、　　　６・・・排気口、７・・・
真空ポンプ、　　　　８・・・ＲＦ主電源９．１０．・
・ヒーター、 １１．１２・・・ヒーター電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内周面に原料ガス供給用の多数の開口を設けた円
   筒状の電極と、この円筒状電極の内部に軸を共通に且つ
   軸の周りに回転可能に配置した円筒状の基板とからなり
   、この基板には１５０℃以上に加熱できるヒーターを備
   え、基板と電極とを近接して配置することにより、成膜
   時に電極と基板とを１５０℃以上に保つことを特徴とす
   るプラズマＣＶＤ装置。