JPS6383277A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による機能性堆積膜形成装置 - 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、とりわけ機能性膜、特に半
導体ディバイス、電子写真用感光ディバイス、画像入力
用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力素子等に
用いるアモルファス半導体等の機能性堆積膜を形成する
装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体ディバイス、電子写真用感光ディバイス、
画像人力用ラインセンサー、撮像ディバイス、光起電力
素子、その他各種の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　−Ｓｔ
　（Ｈ，Ｘ）　Ｊと記す。）等のアモルファス半導体等
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、こうした堆積膜は、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、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
り形成されることが知られており、そのための装置も各
種提案されている。

ところで最近、マイクロ波グロー放電分解によるブラダ
７　ＣＶＤ法（以下、ｒ　ＭＷ−ＰＣＶＤ法」と表記す
る。）が工業的レベルでも注目されて来ており、該ＭＷ
−ＰＣＶＤ法により堆積膜を形成するだめの装置は、代
表的には第３図の略断面図で示される装置構成のもので
ある。

第３図において、３０１は反応容器全体、３０２は真空
容器、３０３はマイクロ波導入窓（石英、アルミナセラ
ミックス部製）、３０４はマイクロ波導波路、３０５は
マイクロ波電源、３０６は図示しない排気装置にバルブ
（図示せず）を介して連通ずる排気管、３０７は図示し
ない原料ガス供給源に連通ずる原料ガス供給管、３０８
は基体加熱ヒーター３１０を内蔵する基体ホルダー、３
０９は基体、３１１はプラズマ発生領域、を３１２はマ
イクロ波、３１３はバルブをそれぞれ示す。なお、真空
容器３０２は放電トリガー等を用いることなく自励放電
にて放電を開始せしめるため、該マイクロ波電源３０５
の発振周波数に共振するような空洞共振器構造とするの
が一般的である。

そしてこうした装置による堆積膜の形成は次のようにし
て行なわれる。即ち、真空容器３０２内部を、排気管３
０６を介して真空排気すると共に、基体３０９を基体加
熱ヒーター３１０により所定温度に加熱、保持する。次
に、原料ガス供給管３０７を介して、例えばア干ルファ
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該原料ガス供給管に開口せら
れた複数のガス放出孔を通して真空容器３０２内に放出
される。これと同時併行的に、マイクロ波電源３０５か
ら周波数５００　ＭＨｚ以上の、好ましくは２．４５　
ＧＨｚのマイクロ波３１２を発生し、該マイクロ波は、
導波部３０イを通り話電体窓３０３を介して真空容器３
０２内に導入される。かくして、真空容器３０２内の導
入原料ガスは、マイクロ波のエネルギーにより励起され
て解離し、中性ラジカル粒子、イオン粒子、電子等が生
成され、それ等が相互に反応し円筒状基体３０９の表面
に堆ｆｆｉ膜が形成される。

しかしながら、上述のごとき従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法に
よる機能性堆積膜形成装置は、成膜面積が狭く、成膜速
度がおそい場合には所定の成膜性能を示すものの、同様
の装置で成膜の高速化、基体の大面積化を図ろうとする
場合には、形成される堆積膜の膜質の低下が発生すると
いう問題がある。

特に、電子写真用感光体のように、大面積の基体上に比
較的厚い堆積膜を高速成膜して作成する場合には、良好
な特性の堆積膜を定常的に安定して得ることは困難であ
る。

（発明の目的） 本発明は、上述のごとき従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による
堆積膜形成装置における上述の諸問題を克服して、半導
体デバイス、電子写真用感光デバイス、画像人力用ライ
ンセンサー、撮像デバイス、光起電力素子、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
しての機能性堆積膜を、ＭＷ−ＰＣＶＤ法により定常的
に高効率で形成することを可能にする装置を提供するこ
とを目的とするものである。

即ち、木発明の主たる目的は、ＭＷ−ＰＣＶＤ法により
機能性堆積膜を形成する装置において、電子写真感光体
のごとき大面積の基体上に、比較的厚い堆積膜を高速成
膜する場合であっても、良好な膜質な有する堆積膜を定
常的に形成することを可能にする装置を提供することに
ある。

また本発明の他の目的は、量産化に優れ、高品質で、電
気的、光学的、あるいは光導電的に優れた特性を有する
機能性堆積膜を、ＭＷ−ＰＣＶＤ法により形成すること
かできる装置を提供することにある。

〔発明の構成、効果〕

本発明者は、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成
装置における上述の諸問題を解決し、前記木発明の目的
を達成すべく木発明者が鋭意研究を重ねたところ、従来
のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成装置における諸問
題は、高速成膜のために使用するマイクロ波エネルギー
が大きい場合、または、マイクロ波を導入している時間
が長時間に及ぶ場合に、 （ｉ）マイクロ波により発生ずるプラズマの熱輻射、 （ｊｉ）導入するマイクロ波の一部を、マイクロ波導入
窓を構成しているマイクロ波透過性物質が吸収してしま
うこと、 （ｊｉ＋）マイクロ波導入窓の構造自身、あるいはマイ
クロ波導入窓の反射面と他の反射面の間が、導入するマ
イクロ波の空胴共振器となるために、マイクロ波のエネ
ルギーの一部が消費されてしまうこと、 等の原因により、マイクロ波導入窓近辺が場合によって
は５００℃以上に塀温してしまうことに大きく起因する
ことが判明した。

即ち、前述の従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性堆積
膜形成装置におけるマイクロ波導入窓は、石英、アルミ
ナセラミックス等のガス雰囲気を保持するとともにマイ
クロ波を透過する物質から形成されるのが一般的であり
、該マイクロ波透過性物質からなる窓は、通常の真空シ
ールの場合と同様、パイトン等の体質のゴムのガスケッ
トか、又は、銅、アルミニウム等の金属のガスケットを
介して真空容器の壁に結合されているが、ゴムのガスケ
ットを用いる場合、昇温による熱でガスケットの材質自
身が劣化してしまい、真空容器内に外部の気体（空気）
が混入することにより堆積膜の膜質が低下してしまうと
ころとなる。また、金属のガスケットを用いる場合、マ
イクロ波透過性物質とガスケットの熱膨張率の違いによ
り昇温の際にシール面がずれてしまい、ガス雰囲気保持
性能が劣化し、空気が混入することにより堆積膜の膜質
が低下してしまうところとなる。

こうしたマイクロ波導入窓近辺の昇温を防止するため、
該マイクロ波導入窓の冷却を行なう方法が提案されるが
、マイクロ波は導入時のモードにより電気力線の分布が
発生するため、例えば、円形ＴＥ７．モードでマイクロ
波を導入する場合には、該マイクロ波の電界にそってマ
イクロ波導入窓の直径方向の両端２ケ所だけが局部的に
昇温してしようため、単にマイクロ波の冷却を行なうだ
けでは上述の問題は解決しえないことも判明した。

本発明は、これらの知見に基づいて更に研究を続けたと
ころ、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜
形成装置において長大な基体上に安定して良質の堆積膜
を高速成膜せしめるためには、局部的な加熱によっても
ガス雰囲気保持能力の劣化しないシール手段が必要不可
欠であるという知見を得、該シール手段はガスケットを
構成する材質の最適化により達成で診るという結論に達
した。

本発明のマイクロ波プラズマ法による機能性堆積膜形成
装置は、上述の知見に基づいて完成せしめたものであり
、マイクロ波導入窓のマイクロ波透過性物質を真空容器
の壁に接合する際に、真空又は、ガスτ囲気を保持する
手段について、そのマイクロ波透過性物質と接触する部
分にマイクロ波透過性物質との線膨張率の差がＩＯＸ　
１０−６以下の材質を少なくとも一部分用いることを特
徴とするものである。

以下、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能
性堆積膜形成装置を図面の実施例により、更に詳しく説
明するが、本発明の堆積膜形成装置はこれによって限定
されるものではない。

第１図は、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による
堆積膜形成装置のマイクロ波導入窓付近の断面略図であ
る。

図中、１０１は真空容器壁面、１０２はマイクロ波透過
性物質からなるマイクロ波導入窓、１０３はガス雰囲気
保持用のガスケット、１０４はマイクロ波導入窓おさえ
、１０５はマイクロ波プラズマ空間、１０６はマイクロ
波を夫々示す。

本発明においては、使用するマイクロ波透過性物質に応
じて、マイクロ波透過性物質と接触するガス雰囲気保持
用のガスケット１０３の材質を選択し、マイクロ波透過
性物質との線膨張率の差が１０Ｘ　１０−６以下となる
ようにするものである。具体的には、マイクロ波透過性
物質としてアルミナセラミックス円板を使用する場合、
アルミナセラミックス（純度９９．９％、比誘電率１０
．５、アルミナ粒子径２０μｍ）の線膨張率は２０℃〜
５００℃で７．１ｘ　１０−６　　であるため、ガス雰
囲気保持用のガスケット１０３の該アルミナセラミック
スと接触する被覆材質としてフェルニコ（５，ＯＸ　１
Ｏ−６）　、白金（８，９Ｘ　１Ｏ−６）　、ニッケル
（１２，８Ｘ　１Ｏ−６）　、金（１４、ＯＸ　１Ｏ−
８）　、ステンレス（１６，４Ｘ　１Ｏ−６）、（但し
、カッコ内は線膨張率を示す。）等が用いられる。　ま
た、マイクロ波透過性物質として石英を使用する場合、
石英の線膨張率が０．４　Ｘｌ０−６であるため、ガス
雰囲気保持用のガスケット１０３の該石英と接触する被
覆材質としてフェルニコ、白金等が用いられる。　いず
れの材質を用いる場合も、ガスケット１０３はマイクロ
波透過性物質と接触する被覆の内部に弾性コア等を有し
、弾性復元力をもつ構造とすることが、シールの確実性
、耐久性の点において最適である。

第２図は、電子写真感光体ドラムを製造するのに適した
、マイクロ波ＣＶＤ法による機能性堆積膜形成装置を模
式的に示す透視略図であって、該装置１ 置におけるマイクロ波導入窓近辺の構成は、第１図に示
すものとなフている。

第２図において、２０１は真空容器、２０２はマイクロ
波透過性物質からなるマイクロ波導入窓、２０３マイク
ロ波導入部、２０４はマイクロ波、２０５は排気管、２
０６はドラム状基体、２０７はプラズマ発生領域を夫々
示している。　なお、プラズマ発生領域２０７は、マイ
クロ波導入窓２０２および同心円上に配置された基体２
０６　、２０６　、・・・に囲まれたマイクロ波空洞共
振構造となっており、導入されたマイクロ波のエネルギ
ーを効率良く吸収する。

該Ｓ３図に図示の装置においては、プラズマ発生領域の
周囲の同心円上に複数本のドラム状基体を配置するもの
であるため、電子写真用感光体ドラムの量産に適してい
る。

本発明の装置により堆積膜を形成するについて使用され
る原料カスは、高周波またはマイクロ波のエネルギーに
より励起種化し、化学的相互作用して基体表面上に所期
の堆積膜を形成する類のものであれば何れのものであっ
ても採用することができるが、例えば、ａ−５１（Ｈ，
Ｘ　）　Ｊｌ！を形成する場合であれば、具体的には、
ケイ素に水素、ハロゲン、あるいは炭化水素等が結合し
たシラン類及びハロゲン化シラン類等のガス状態のもの
、または容易にガス化しつるものをガス化したものを用
いることができる。これらの原料ガスは１種を使用して
もよく、あるいは２種以上を併用してもよい。また、こ
れ等の原料ガスは、　Ｈｅ、　Ａｒ等の不活性ガスによ
り稀釈して用いることもある。さらに、　ａ−ｓｒ　（
ＬＸ）ｔｌ！ｊはｎ型不純物元素又はｎ型不純物元素を
ドーピングすることが可能であり、これ等の不純物元素
を構成成分として含有する原料ガスを、単独で、あるい
は前述の原料ガスまたは／および稀釈用ガスと混合して
反応室内に導入することができる。

また基体については、導電性のものであっても、半導電
性のものてあつ°Ｃも、あるいは電気絶縁性のものであ
ってもよく、具体的には金属、セラミックス、ガラス等
が挙げられる。モして成膜操作時の基体温度は、特に制
限されないが、３０〜４５０℃の範囲とするのが一般的
であり、好ましくは５０〜３５０℃である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、原料カスを導入
する前に反応室内の圧力を５　ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以
下、好ましくは１　ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下とし、原
料ガスを導入した時には反応室内の圧力を１ｘｔｏ−’
〜Ｉ　ＴＯｒｒ、好ましくは５　ｘ　１０−２〜Ｉ　Ｔ
ｏｒｒとするのが望ましい。

なお、木発明の装置による堆積膜形成は、通常は、前述
したように原料ガスを事前処理（励起種化）することな
く反応室に導入し、そこでマイクロ波のエネルギーによ
り励起種化し、化学的相互作用を生起せしめることによ
り行なわれるが、二種以上の原料ガスを使用する場合、
その中の一種を事前に励起種化し、次いて反応室に導入
するようにすることも可能である。

〔実施例〕

以下、第１．２図に示す本発明の装置を用いた機能性堆
積膜の形成について、実施例および比較例を用いて具体
的に説明するが、木発明はこれらによって限定されるも
のではない。

実施例１ まず、真空容器２０１の内部を、排気管２０５を介して
真空排気するとともに、基円筒状基体２０Ｂ、２０６、
・・・に内蔵されたヒーター（図示せず）により所定温
度に加熱保持し、駆動モーター（図示せず）を用いて所
望の回転速度で一定に回転させた。

こうしたところへ、原料ガス供給管（図示せず）を介し
て、シランガス（ＳｉＨ４）　、水素ガス（Ｈ２）　、
ジボランガス（８６Ｈａ）等の原料ガスを第１表に示す
条件で真空容器２０１内に、Ｉ　Ｘ　１Ｏ−２Ｔ。

「ｒ以下の真空度を維持しながら放出した。次に、周波
数２．４５Ｇｆｌｚのマイクロ波を導波部２０３及びマ
イクロ波透過性物質からなる導入窓２０２を介してプラ
ズマ発生領域２０７内に導入し、円筒状基体２０６．２
０６・・・・・上に、電荷注入阻止層、感光層、及び表
面層の夫々を続々に形成せしめ、阻止型構造の感光体ド
ラムを得た。

１なお、本実施例においては、マイクロ波透過性物質と
して線膨張率が７．Ｉ　Ｘ　１０−６のアルミナセラミ
ックス（（純度９９．９％、比誘電率１０，５、アルミ
ナ粒子径２０μｍ）を用い、該アルミナセラミックスの
ガスケットとの接触面の表面性を第２表のごとく変化せ
しめた４種のものを用いた。　なお、マイクロ波透過性
物質の表面性で特に表面粗さが小さいものは、ラッピン
グ仕上げにより加工を行なった。

また、本実施例においては、ガスケットの被覆材質とし
て第２表に示す７種のものを用いた。

以上の様にして作成した感光ドラムを、キャノン株式会
社製複写機ＮＰ７５５０に設置し、画像を出力したとこ
ろ第２表に示す結果となった。

第２表は、ガスケットの被覆材質に対する、作成した感
光ドラムの画像性の違いを示している。

画像性は主として膜中に空気が不純物として含有された
とき発生する画像流れを検討した。

このとき、アルミナセラミックスに、空気を３０Ｌ／分
ふぎつけ、冷却した場合と、冷却しない場合も確認した
。　なお、冷却方法としては、液体窒素を流す等の手段
も行なったが、空気による冷却と同様の効果であった。

実施例２ マイクロ波透過性物質として線膨張率０．４Ｘ１０−６
の石英を用・いた以外は、すべて実施例１と同様にして
感光体ドラムを作成し、作成した感光体ドラムの画像性
の違いを比較した。その結果を第第２表及び第３表の結
果より、マイクロ波透過性物質の線膨張率との差が、Ｉ
ＯＸ　１０−６以内のガスケットの被覆材質を使用した
場合、線膨張率の差が、より大きいものに比べ、非常に
良好な効果が得られたことがわかる。

すなわち、アルミニウム等、マイクロ波透過性物質と線
膨張率の差の大きい被覆材質では、マイクロ波透過性物
質の表面粗さが、６．３８以上のものでは、窓冷却手段
を併用しても、実用に耐える画像を出力できる感光ドラ
ムは、まったく得ることができなかった。

このとき、ヘリウムリークディテクターを用い、感光ド
ラム作成終了直後、反応槽の真空のリークチェックを行
なったところ、マイクロ波透過性物質のガスケットの部
分に、感光ドラム作成開始前にはなかった大きなリーク
が発生していることが確認された。

このとき、このリーク対策として、マイクロ波透過性物
質のガスケットとの接触面の表面性を上げたところ、リ
ークは減少していったが、実用上支障ない画像を出力で
きる感光ドラムを得るためには、窓冷却手段を併用する
か、マイクロ波透過性物質の表面粗さを、０．８Ｓ以下
にする必要があった。

ところが、木発明による、マイクロ波透過性物質との線
膨張率の差が、１０×１０−６以内の被覆材質を用いる
と、通常の表面性（６，３Ｓ　−１，６Ｓ）でも実用上
、良好な感光ドラムが得られた。

マイクロ波透過性物質がアルミナセラミックスの場合な
どは、表面粗さを０．８Ｓ以下にするためには、アルミ
ナセラミックスも粒径が２０μ以下のものを用いる必要
があるが、本発明では、通常の表面性でも充分なため、
コスト低減で非常に大きな効果がある。

また、特に、本発明の被覆材質と、マイクロ波透過性物
質の表面粗さ　１．６Ｓ以下と組み合わせたものでは、
画像上まったく問題のない良好な感光ドラムが得られた
。

木発明のさらなる改良として、マイクロ波透過性物質と
線膨張率の差６　ｘ　１０−６以下の場合、いずれの条
件でも、実用に耐える感光ドラムが得られ、最適である
ことが確認できた。

／′

【図面の簡単な説明】

第１図は、マイクロ波導入窓付近の断面略図である。 第２図は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による非晶質け
い素感光ドラムの形成装置の透視略図である。 第３図は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による平板基板
上への堆積膜形成装置の断面略図である。 図において、 １０１・・・・・真空容器壁面、１０２・・・・・マイ
クロ波透過性物質、１０３・・・・・ガスケット、１０
４・・・・・おさえ、１０５・・・・マイクロ波プラズ
マ空間、１０Ｂ・・・・マイクロ波、２０１・・・・・
真空容器、２０２・・・・・マイクロ波導入窓、２０３
・・・・・導波管、２０４・・・・・マイクロ波、２０
５・・・・・排気管、２０６・・・・・基体、２０７・
・・・・マイクロ波プラズマ発生領域、３０１・・・・
・反応容器、３０２・・・・・真空容器、３０３・・・
・・マイクロ波導入窓、３０４・・・・・導波管、３０
５・・・・・マイクロ波発振器、３０６・・・・・排気
管、３０７・・・・・原料ガス供給管、３０８・・・・
基体保持板、３０９・・・・・基体、３１０・・・・・
ヒーター、３１１・・・・・プラズマ発生領域、３１２
・・・・・マイクロ波、３１３・・・・・バルブ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 密封された真空容器、該真空容器内に機能性堆積膜形成
   用基体を保持する手段、該真空容器内に原料ガスを供給
   する手段、該真空容器内を排気する手段、および該真空
   容器内にマイクロ波放電プラズマを生成せしめる手段と
   からなるマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積
   膜形成装置であって、前記真空容器の壁の一部が、マイ
   クロ波エネルギーを導入するマイクロ波透過性物質から
   なるマイクロ波導入窓で構成されており、さらに、該マ
   イクロ波透過性物質との接触面の少なくとも一部がマイ
   クロ波透過性物質と線膨張率の差が１０×１０＾−＾６
   以下である材質からなるガス雰囲気シール手段を前記マ
   イクロ波導入窓と真空容器の壁との間に設けたことを特
   徴とするマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積
   膜形成装置。