JPS63241177A - マイクロ波プラズマ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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とりわけ機能性Ｍ、特に半
４体ディバイス、電子写真用感光体ディバイス、画像入
力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力ディバ
イス等に用いるアモルファス半導体膜を形成する装置、
及びエツチング装置等のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
に関するものである。

〔従来の技術の説明〕

従来、半導体ディバイス、電子写真用感光体ディバイス
、画像入力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電
力ディバイス、その他各種エレクトロニクス素子、光学
素子等に用いる素子部材として、アモルファスシリコン
、例えば水素又は／及びハロゲン（例えばフッ素、塩素
等）で補償されたアモルファスシリコン（以下、Ａ−５
ｉ：Ｈ：Ｘと記す）等のアモルファス半導体の堆積膜が
提案され、その中のいくつかは実用に付されている。

そして、こうした堆Ｍｉ欣は、プラズマＣＶＤ法、即ち
、原料ガスを直流又は高周波、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ｗ　ｎ＝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により形成される事が知られて
おり、そのための装置も各種提案されている。

特に近年マイクロ波グロー放電分解を用いたプラズマＣ
ＶＤ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。そうした従来のマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法による堆積膜形成装置は代表的には、第４図の
透視略図、及び第５図の平面略図で示される装置構成の
ものである。

第４図及び第５図において、４０１．５０１は反応容器
であり、真空気密化構造を成している。

４０２．５０２は、マイクロ波電力を反応炉容器内へ効
率良く透過し、かつ真空気密を保持し得る様な材料（例
えば石英ガラス、アルミナセラミックス等）で形成され
たマイクロ波導入窓である。

４０３．５０３はマイクロ波電力の伝送部で主として金
属の矩ｉ波管より成っており、スタブチューナー（図示
せず）、アイソレーター（図示せず）を介してマイクロ
波電源（図示せず）に接続されている。４０４，５０４
は一端が真空容器４０１、ｓｏｉ内に開口し、他端が排
気装置（図５０６は基体４０５，５０５により囲まれた
放電空間を示す。

こうした従来の堆積膜形成装置による堆積膜形成は、以
下の様にして行われる。まず真空ポンプ（図示せず）に
より排気管４０４．５０４を介して、反応容器４０１．
５０１を脱気し、反応容器内圧力をＩ　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒ以下に調整する０次いでヒーター４０７，５０７
により、基体４０５゜５０５の温度を膜堆積に好適な温
度に加熱保持する。そこで原料ガスをガス放出管４０８
．５０８を介して、例えばアモルファスシリコン堆積膜
を形成する場合であれば、シランガス、水素ガス等の原
料ガスが反応容器４０１．５０１内に導入される。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５００ＭＨ２以上の、好ましくは２．４５ａＨｚのマ
イクロ波を発生させ、導波管４０３，５０３を通じ、誘
電体窓４０２，５０２を介して反応容器４０１，５０１
内に導入される。

かくして基体４０５，５０５により囲まれた放電空間４
０６，５０６において、原料ガスはマイクロ波のエネル
ギーにより励起されて解離し、基体４０５．５０５表面
に堆積膜が形成される。この時、基体４０５．５（１５
を基体母線方向中心軸の回りに回転させることにより、
基体４０５．５０５全周に渡って堆積膜が形成される。

この様な従来の堆積膜形成装置による場合、ある程度の
品質の堆積膜を得るのは可能だが、真に良質な堆積膜を
得るには困難であった。それはプラズマ放電中における
基体の温度制御が難しいためである。ある一定の温度に
基体をヒーターにより加熱した後、プラズマ放電を開始
した場合、基体温度は上昇し続け、全く温度制御ｎは不
可能になｆｉ　＋’　？、。

る、この傾向は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法に特に著
しく、その原因はプラズマ空間より基体への輻射熱及び
基体自身のマイクロ波の吸収発熱のためである。基体の
湯境上昇防止策として従来装置ではプラズマ放電開始と
同時に、基体内部の加熱ヒーターを切る方法、基体内部
の加熱ヒーターに冷却管等を取り付は加熱冷却併用ヒー
ターの方法等が挙げられるが、それらはほとんど効果が
無いのが現状である。

さらに従来の堆積膜形成装置の欠点として基体の放電空
間に晒された放電面基体表面と晒されない非放電面たる
基体表面の間で温度差を生じる事により堆積膜の品質上
問題を生じていた。

プラズマＣＶＤ法により作成する堆積膜特性は堆積中の
基体温度に掻めて敏感であり、例えば感光ドラム用のＡ
−３ｉ：Ｈ：Ｘ膜を堆積する場合にも所定の基体温度以
上になると堆積膜中の水素の脱離が生じ、感光ドラムと
しての帯電性能が劣る事は周知の事実である。

それにもかかわらず従来の堆積膜形成装置による場合は
基体温度上昇が激しく、得られた堆積膜に所望の特性が
得られないというのが現状であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述のごとき従来の装置における諸問
題を克服して、半導体ディバイス、電子写真用感光体デ
ィバイス、光起電力素子、その他のエレクトロニクス素
子、光学素子等に用いられる素子部材としての堆積膜を
、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、安定して高速形
成し得る方法、及び該方法を実施するに至適な装置を提
供することにある。

さらに本発明の目的は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よりＡ−３ｔ　　：Ｈ：Ｘ堆積膜を形成するについて、
特性の優れた膜を形成し得る方法及び該方法を実施する
に至適な装置を提供する事にあ〔発明の構成〕 本発明は、前記目的を達成するために堆積膜形成用の円
筒基体と、該基体の近傍にマイクロ波エネルギーによる
堆積膜形成用の原料ガスの分解空間を有するマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置において、前記円筒基体の外部より
基体加熱手段を、かつ円筒基体内部より基体冷却手段を
設けた事を特徴とする。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置により、堆積膜形成中
において基体温度を一定に制御し、かつ、基体表面全域
に渡り均一な温度制御を可能とし、前記目的を達成し得
る。

本発明を達成しうるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の具
体例を第１図に示す、すなわち第１図は、本発明の具体
例の平面図であり、反応容ｉ？１）０１に対してマイク
ロ波導入窓１０２が設けられており、かつ堆積膜形成用
基体１０５が放電空間１０６を取り囲む様に配置され、
実質的に一方向よりプラズマ放電を基体側面に受ける形
となり、基体１０５が自転する事により周方向に均一な
堆積膜が得られる。ここまでの説明の範囲においては従
来の第４図及び第５図に示した装置と同型であり、堆積
膜形成方法においても同方法である。

本発明の特徴は、従来の基体温度コントロールが基体内
部における加熱ヒーターであるのに対し、第３図に示す
基体外部からの加熱手段１０７及び基体内部における冷
却手段１０９を設けた点である。本発明における内部冷
却手段の一例としては第２図に示す様に円筒基体２０１
の内部に冷却管２０２を成す構成を有する。

本発明における基体外部からの加熱手段の具体例として
は、真空仕様である発熱体であれば良く、より具体的に
はシース状ヒーターの巻付ヒーター、板状ヒーター、セ
ラミックヒータ−等の電気抵抗発熱体、ハロゲンランプ
、赤外線ランプ等の熱放射ランプ発熱体、液体、気体等
を温媒とし熱交換手段による発熱体等が挙げられる。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、耐熱性高分子樹脂等
を使用する事が出来る。

本発明における基体内部からの冷却手段の具体例として
は真空仕様である吸熱体であれば良く、より具体的には
、液体、気体等を冷却媒体として流す事が出来る冷却コ
イル、冷却板、冷却筒等が挙げられ、その表面材質はス
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、高分子樹脂等を使用する事が出来るが好ま
しくは熱伝導性の優れたアルミニウム、銅等が好ましい
。

本発明における基体外部からの加熱ヒーター１０７は成
膜前の基体加熱用として、基体を放電開始前において、
適切な温度に昇温させておくためと放電空間１０６外部
での基体温度低下を防止するために使用される。しかし
、放電中においてはプラズマ放電空間からの熱輻射やマ
イクロ波の基体吸収発熱により実質的には放電開始と同
時に加熱ヒーター１０７をオフしても基体温度は加熱さ
れ適切な基体温崩をコントロールする事は難しい、特に
従来の基体内部加熱ヒーターでは熱伝４の応答が遅いた
めに特に著しく問題であった。

本発明の基体内部冷却管２０２を基体外部加熱ヒーター
１０７と併用し、放電開始前の基体加熱中は、基体外部
加熱ヒーター１０７にて基体温度を所定の温度に昇温し
、放電中においては冷却用媒体の温度及び流量をコント
ロールする事により、・又、加熱用ヒーターの熱量をコ
ントロールする事により基体を任意の温度に、かつ、周
方向の温度分布を均一に保つ事が出来る。

本発明における外部加熱及び内部冷却による基体温度制
御をより効果的にするための基体と外部加熱ヒーター、
基体と内部冷却管との間の好ましい間隔は１〜５０龍、
より好ましくは１〜３００である。かつ、内部冷却管は
最適には基体内壁と接触している状態が好ましく、冷却
管表面に金属メックｉ、金属ブラシ状の接触金属体を設
置し、直接熱伝導による冷却効果を得る事が出来る。

以下実施例により本発明の効果をさらに詳しく説明する
。

しかし、本発明は実施例により限定されるものではない
。

〔実施例〕

叉止炎土 第１図及び第２図に示したマイクロ波プラズマＣＶ　Ｄ
　ｖｉ置を使用して、第１表に示す条件で阻止型構造の
感光ドラムを作成した。マイクロ波電源には最大２ｋＷ
、２．４５ＧＨｚの発振器を用いた。

基体の加熱は、最初内部冷却用媒体を流さずに外部加熱
用ヒーターを入れ、基体を自転させながら所定の温度ま
で昇温した後保持した。原料ガスを流し後にマイクロ波
を導入し、グロー放電を開始すると同時に内部冷却用媒
体を流し、冷却用媒体の流量、温度及び／又は外部加熱
用ヒーターの熱量を調整して所定の温度を維持する様に
した。

比較例としては第４図及び第５図に示す従来の基体内部
加熱ヒーターのみの装置において上記実施例と同条件に
て、阻止型感光ドラムを作成した。

放電中の感光ドラムの表面温度は放電空間及び非放電空
間に相当するドラム表面に熱電対を接触させる事により
測定した。

この様な条件下で作成した感光ドラムを渦電流式膜厚計
にて膜厚測定を、又キャノン株式会社製複写機ＮＰ−７
５５０（商品名）に設置した表面電位計にて表面電位を
測定した。

第２表に使用したヒーター及び冷却手段の組み合わせ放
電空間に面するドラム表面温度の適正温度からのずれ、
ΔＴｓ＋、ΔＴｓｔ、周方向表面温度差（ΔＴｓ＋−Δ
Ｔｓい、比較例を１００％とした場合の比堆積速度、比
帯電能を示した６表面温度においては、外部ヒーター、
内部冷却併用の本発明の場合ΔＴｓ＋、　ΔＴｓ□及び
周方向表面温度差（ΔＴｓ＋−ΔＴｓ、）各れにおいて
も適正温度に対し５℃以内でコントロール可能であるの
に対し、冷却機能を持たないヒーターのみの場合はドラ
ム表面温度上昇が著しい、特に外部ヒーターのみの場合
、その目的が放電面と非放電面の表面温度差を小さくす
るために非放電面を加熱しているため（ΔＴｓ＋−ΔＴ
ｓ＊）　−３０°と小さいもののドラムの温度上昇の点
ではさらに不利になりΔＴｓ、、　　ΔＴ　ｓ　ｚ共に
最も高い。

一方特性的には堆積速度に大差ないものの帯電能では比
較例に比べ、本発明による組み合わせにより１２８％と
向上している。

以上の実施例により本発明による外部加熱ヒーター及び
内部冷却手段を有する装置による感光ドラムは、温度コ
ントロール、周方向温度差、帯電能各れにおいても極め
て優れている事が明白である。

スＩＬ影 第１図及び第２図に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置を使用し、排気速度を変化させて放電空間の内圧を変
化させる以外は、実施例１と同様の条件で外部加熱及び
内部冷却併用の実験を実施したところ、第３図の様にな
った。ここで縦軸は第４図に示した装置により作成した
ドラムの帯電能の最高値を１００％とした。帯電能は内
圧が１０ｍＴｏｒｒを越えると低下していくが、それ以
外の領域では良好な結果を示し、１０ｍＴｏｒｒ以下で
効果のあることが判明した。

去１貫１ 希釈ガスＨ１を５ｉＦｎ　、５ｉｚＦａのＦ系ガス、及
びＡｒ、Ｈｅの各々のガスにかえた以外は実施例１．実
施例２と同様の実験を実施したところ、ガス種によらず
いずれも同様の結果が得られ、本発明が感光ドラム特性
を向上させることが判明した。

スＩＬ支 原料ガス５ｉＨａの一部をＧ　ｅ　Ｈａで置換した以外
は実施例１、実施例２と同様の実験を実施したところ、
やはり同様の結果が得られ、特性の向上が認め−られた
。

なお本発明は上記実施例になんら限定されるものではな
い。

本発明はさらに、基体の内面からの冷却効果を上げるた
めに基体内面からの熱放射率を高める手段として色、面
荒さ等の処理を実施する事により効果が向上する。

本発明はさらに、基体支持体を使用する場合、冷却効果
を上げるために色、面荒さ等の処理を実施する事により
効果が向上する。

〔発明の効果の概要〕

本発明は以上説明した様に、マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置において堆積すべく基体の表面すなわち円筒基体に
おいては円筒基体外側より加熱手段を、堆積すべく基体
の裏面、すなわち円筒基体においては、円筒基体内側よ
り冷却手段を設ける事により、堆植成形成中の基体温度
を所定の温度に一定に保つ事が可能であり、かつ基体表
面温度を均一に保つ事が可能である。その結果、良質な
堆積膜を形成する事が可能となり、量産性に富んだ高性
能機能膜のための堆積膜形成装置を提供出来る。

第　　　１　　　表 第　　　２　　　表

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よる堆積膜形成装置の１例の平面図である。 第２図は本発明による内部冷却機構の断面図である。 第３図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
堆積膜形成装置を用いた場合の放電量内圧と比帯電能と
の関係を示す図である。 第４図は従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積
膜形成ｖｔ置の透視略図である。 第５図は第４図の平面図である。 図において、１０１，４０１．５０１・・・反応容器、
１０２．４０２，５０２・・・誘電体窓、１０３．４０
３゜５０３・・・導波管、１０４，４０４，５０４・・
・排気管、１０５．２０１，４０５，５０５・・・基体
、１０６゜４０６．５０６・・・放電空間、１０７，４
０７，５０７・・・ヒーター、１０８，４０８．５０８
・・・ガス放出管、１０９，２０２・・・冷却管。 第１図 第２図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空気密化可能な成膜空間を有する反応容器を有
   し、該反応容器内に成膜用原料ガスを導入する手段と該
   反応容器内にマイクロ波エネルギーを導入する手段を備
   えていて、前記成膜空間内の基体ホルダー上に載置され
   た基体で囲まれて形成される空間にグロー放電を励起さ
   せて前記基体に膜堆積を行うマイクロ波プラズマＣＶＤ
   法による堆積膜形成装置であって、前記基体の表面を加
   熱する手段と前記基体の裏面を冷却する手段を備えてい
   ることを特徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
   堆積膜形成装置。
2. （２）前記基体が円筒形基体である、特許請求の範囲第
   １項に記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜
   形成装置。
3. （３）前記基体の表面を加熱手段が、グロー放電の励起
   されない成膜空間の位置で前記基体の表面を加熱するよ
   うに設けられ、前記基体の裏面を冷却する手段が前記基
   体ホルダーに設置されている特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積
   膜形成装置。