JPH02129378A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による機能性堆積膜の製造装置 - 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】 本発明は、機能性膜、特に半導体デバイス、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、光起電力デバイス等に用いるアモルファス半導体
膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて製造する際の
製造方法に関するものである。

従来、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、光学素子等に
用いる素子部材として、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。

アモルファス・ゲルマニウム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、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支持体上に薄膜状の堆
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。

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６図の透視略図及び第７図
の平面図で示される装置構成のものである。第６図及び
第７図において、６０１゜７０１は堆積室であり、真空
気密化構造を成している。６０２，７０２はマイクロ波
電力を堆積室内に効率良く透過し、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）で形成された誘電体窓である。６０３゜７０３
は、マイクロ波の伝送部で主として金属性の矩形導波管
からなっており、整合器、アイソレーターを介して、マ
イクロ波電源（図示せず）に接続されている。６０４，
７０４は一端が堆積室６０１，７０１内に開口し、他端
が排気装！（図示せず）に連通している排気管である。

６０５．７０５は堆積膜を形成すべき支持体である。

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６０４，７０４を介して堆積室６０１，７０
１内を脱気し、堆積室６０１．７０１内圧力をｌＸｌ０
−’Ｔｏｒｒ以下に調整する。次いで支持体加熱用内部
ヒーター（６０７，７０７）により、支持体６０５゜７
０５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６０８，７０８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堆積室６０１，７０１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５００ＭＨｚ以上の、好ましくは
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させ、導波管６０３
．７０３を通じ、誘電体窓６０２，７０２を介して堆積
室６０１，７０１内に導入される。

かくして堆積室６０１，７０１内のガスは、マイクロ波
のエネルギーにより励起されて解離し、支持体６０５，
７０５表面に堆積する。このとき、支持体６０５，７０
５を母線方向中心軸の回りに回転させることにより、支
持体全周に渡って堆積膜が形成される。

〔発明が解決しようとしている課題〕

しかしながら、マイクロ波プラズマＣＶＤ法では、マイ
クロ波エネルギーによる支持体の温度上昇が大きいため
、支持体表面への堆積膜形成開始時から終了時まで所定
の支持体表面温度を維持することが難しい。即ち、支持
体加熱用内部ヒーター６０７，７０７により、支持体６
０５゜７０５を膜堆積に好適な温度に加熱保持した後に
原料ガスを導入し、誘電体窓６０２，７０２を介してマ
イクロ波を堆積室６０１，７０１内に導入するが、マイ
クロ波の導入と同時にマイクロ波エネルギーによって支
持体表面温度は急激に上昇する。そのために堆積膜形成
の開始時から終了時まで所定の支持体表面温度を維持す
ることは難しい。たとえばアモルファスシリコン膜では
、低温で堆積した膜を堆積時の支持体温度以上に加熱す
ると、膜中の水素が脱離する。また水素が脱離したとこ
ろに未結合手ができやす（、これが欠陥となる。したが
って、アモルファスシリコン膜堆積時に支持体温度が急
激に変化すると、初期の堆積膜には欠陥が多くなり堆積
膜全体の電気特性にむらを生じる。

この様な、アモルファスシリコン膜をたとえば電子写真
用感光体の感光層に用いると、帯電能の低下、感度の低
下、残電の増加、ゴースト等の問題が生じる。

また更に、堆積膜形成時の支持体温度の増加は、支持体
の堆積膜の密着性にも影響を与え、堆積膜の密着性の低
下を引き起こす。したがって、支持体温度が急激に変化
する場合には、電子写真用感光体の様に数１０μｍの厚
さを要するデイバイスを堆積することが難しくなり、電
子写真用感光体の収率が低下しコスト高を招く。

また更に従来技術として、特許出願公告昭６２２２６５
２に記されている様に、真空容器に導波管が接続され、
導波管の終端部にパンチングメタルのシールド板が設け
られている堆積膜製造装置が知られていた。

該堆積膜製造装置は、導波管の途中に設けられたセラミ
ック窓と、パンチングメタルとの間に原料ガスを導入し
、該セラミック窓と該パンチングメタルの間で放電を起
し、原料ガスを分解し、該分解活性種を、真空容器内の
支持体に吹きつけて、支持体上に堆積膜を形成していた
。該堆積膜製造装置では、大面積な支持体に堆積膜を均
一に堆積するために、真空容器内に整流板が設けられて
いた。

この様な従来の堆積膜製造装置では、導波管内で原料ガ
スを分解するため、導波管の内壁面に堆積膜が付着し、
マイクロ波の伝送効率が低下することや、原料ガスの利
用効率が低いなどの問題点があった。更に大面積な支持
体に均一に堆積膜を形成する場合には、整流板を用いる
ため、整流板に堆積膜が付着し、原料ガスの利用効率が
一層低下するという問題点があった。

本発明の目的は、堆積膜形成の開始時から終了時まで所
定の支持体表面温度を維持し、堆積膜全層に渡って所望
の特性の堆積膜を形成し得るマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置を提供することにある。

更に本発明の目的は帯電能の向上した電子写真用感光体
を供給することである。

また更に本発明の目的は、堆積膜の支持体との密着性を
向上させ、電子写真用感光体の収率を向上させることで
ある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者は、従
来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置についての前述の問
題点を克服して、上述の目的を達成すべ（鋭意研究を重
ねた結果、堆積膜形成の開始時から終了時まで所定の支
持体表面温度を維持し、堆積膜全層に渡って所望の特性
の堆積膜を形成し得るマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を
開発するに至った。

即ち、本発明の製造装置は、マイクロ波導入用の対向す
る誘電体窓を有する減圧にし得る堆積室内に、前記誘電
体窓を取り囲むように複数本の支持体を設置し、該支持
体に囲まれた反応空間に堆積膜形成用の原料ガスを導入
し、マイクロ波エネルギーで前記原料ガスを分解し、支
持体上に機能性堆積膜を形成する堆積膜製造装置におい
て、前記反応空間内に支持体に近接して、メツシュを設
けたことを特徴としている。

尚、高周波プラズマＣＶＤ法において、メツシュを正電
極あるいは負電極とすることによりメツシュと対向電極
との間にグロー放電を発生させ、堆積膜上へのイオン衝
突によるダメージを減少させる方法は既に知られている
が、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法は無極放電で
あり、従ってメツシュは電極として設けるものではなく
、また、高周波プラズマＣＶＤ法でのメツシュが堆積膜
上へのイオン衝突による堆積膜の膜質低下を防ぐことを
主たる目的とするのに対し、本発明による円筒状メツツ
ユはイオン衝突による膜質の低下ではなく、励起エネル
ギー源としてマイクロ波を用いるマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法においてはイオン衝突による膜質低下よりはるか
に根本的な問題であるところの支持体（及び堆積膜）の
マイクロ波吸収による温度上昇を防ぐことを目的とする
ものである。

また更に、支持体の温度上昇に供なう堆積膜の電気特性
の低下と温度変化による堆積膜のはがれを防止し、堆積
膜の特性の再現性及び低コスト化を目的とするものであ
る。

本発明の円筒状メツシュの材質はアルミニウム、ステン
レス鋼、ニッケル等の金属であり、メツシュへの膜の付
着を最小限とするために細い方が望ましい。また、メツ
シュの目の粗さは広すぎると支持体のマイクロ波による
加熱を防止しきれないため、使用するマイクロ波の波長
の１／４以下とすることが望ましく、２．４５ＧＨｚ付
近のマイクロ波を用いる場合には３０ｍｍ以下とするの
が望ましい。また狭すぎると堆積効率の低下をひき起す
ため、３０ｍｍ以下の範囲で適宜に選択する。

円筒状メツシュの取付位置は放電空間の外側であればマ
イクロ波による支持体の加熱を防止することができるが
、支持体に近すぎると、メツシュからの膜のはく離によ
って堆積膜の均一性がそこなわれたり、膜厚が不均一と
なるため、メツシュと支持体との間隔は５ｍｍ以上であ
ることが望ましい。

本発明による実施態様を図面を参照して説明する。第１
図は本発明を具現するマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の
透視略図である。図中１０１〜１０５，１０７，１０８
は第７図に示した従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
と同様であり、それぞれ７０１〜７０５，７０７，７０
８に相当する。１０６は、誘電体窓と該誘電体窓を取り
囲むように設置された複数の支持体との間の空間内に設
置された円筒状メツシュである。

第２図、第３図は本発明を具現するマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置の平面図及び立面図であり、２０１〜２０８
及び３０１〜３０８はそれぞれ１０１〜１０８に相当す
る。

本発明の製造装置による堆積膜の形成は以下の様にして
行う。

まず、不図示の真空ポンプにより排気管１０４を介して
堆積室１０１内を脱気し、堆積室内圧力を１ｘｌＯ−’
Ｔｏｒｒ以下に調整する。次いで支持体加熱用内部ヒー
タ１０７により、支持体１０５の温度を堆積膜に好適な
温度に加熱保持する。しかる後に原料ガスをガス放出管
１０８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
ガスを堆積室１０１内へ導入する。それと同時併行的に
不図示のマイクロ波電源により周波数２．４５ＧＨｚの
マイクロ波を発生させ、導波管１０３を通じ、誘電体窓
１０２を介して堆積室１０１内へ導入する。ここで導入
されたマイクロ波は円筒状メツシュ１０６によってとじ
込められるため、支持体のマイクロ波エネルギーによる
加熱を生ずることなく、原料ガスは円筒状メツシュ１０
６内で励起されて解離し、支持体表面に到達し堆積する
。このとき支持体１０５を母線方向中心軸の回りに回転
させることにより、支持体全周に渡って堆積膜が形成さ
れる。

以上、支持体が円筒状である堆積膜製造装置についての
み詳述してきたが、本発明は上記構成に限定されるもの
ではない。

本発明の堆積膜製造装置は、通常の１３．５６ＭＨｚな
どの高周波プラズマＣＶＤ法による内圧条件よりも内圧
が１桁低い状態で特に有効である。通常の高周波プラズ
マＣＶＤ法と同一の内圧すなわち数１００ｍＴｏｒｒに
マイクロ波パワーを導入すると、マイクロ波パワー導入
部のごく近傍で吸収され、プラズマは堆積室全体には広
がらない。この場合、支持体でマイクロ波が吸収される
割合は減少する。そのため支持体の温度上昇は少なくな
る。

ところが、内圧が数１０ｍＴｏｒｒ以下になると、マイ
クロ波によるプラズマが堆積室全体に広がり、支持体で
マイクロ波が吸収される割合も増加する。この場合、本
発明の堆積膜製造装置は有効に作用し、支持体のマイク
ロ波吸収による温度上昇を防止することができる。

以下、具体的実施例により本発明を説明する。

〔実施例１〕 第１図に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて
支持体表面温度の変化を測定した。マイクロ波電源には
最大２ＫＷ、２．４５ＧＨｚの発振器を用い、真空排気
ポンプを組み合わせて使用した。円筒状メツシュはアル
ミニウム製であり、メツシュの目の粗さが１０ｍｍのも
のを使用した。また、支持体とメツシュとの間隔は５ｍ
ｍとした。支持体の非放電空間側表面に熱電対を密着さ
せて設置した。堆積室１０１内を脱気した後、支持体加
熱用内部ヒーター１０７により支持体１０５の温度を２
５０℃に加熱保持し、次いでシランガス４００ｓｅｃｍ
、水素ガス４００ｓＣＣｍを堆積室１０１内へ導入する
と共に、支持体１０５を母線方向中心軸の回りに回転さ
せ、マイクロ波電力を投入して支持体表面温度の変化を
測定した。結果を第４図にＯ印で示した。尚、後程比較
例１で示す従来の装置の場合の２０分放１後の上昇温度
を１００％として示した。

第４図より、円筒状メツシュを設置した場合に支持体表
面温度の上昇が極めて小さくなっていることが判る。

〔実施例２〕 第１図に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて
、円筒状メツシュの目の粗さを５ｍｍ〜５０ｍｍまで変
化させて支持体表面温度の変化を測定した。設置した円
筒状メツシュを交換した以外は実施例１と同様に行った
。結果を第５図に示す。

第５図より、メツシュの目の粗さが３０ｍｍ以下で支持
体表面温度の上昇が極めて小さくなっていることが判る
。

〔実施例３〕 第１図に示したマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて
、メツシュの目の粗さを１０ｍｍとし、メツシュと支持
体の間隔を１ｍｍ〜１０ｍｍまで変化させて第１表に示
す条件で阻止型構造の感光ドラムを作成した。

キャノン株式会社製複写機ＮＰ−７５５０の改造機にて
画出しを行い画像欠陥の評価を行った結果を第６図に示
した。Ｘ軸はメツシュと支持体との最短距離であり、ｙ
軸は同一条件で作成した２０本の感光ドラムについて、
画像欠陥が実用上さしつかえないものを合格とした合格
率である。

第６図より、メツシュと支持体との間隔が５ｍｍ以上で
画像欠陥が極めて小さくなっていることが判る。

〔実施例４〕 実施例１で用いたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い
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、 帯電能及び感度を測定したところ、従来の装置によって
作成した感光ドラムに対して帯電能で５９６、感度で１
０％の向上がみられ、画像欠陥は同等であった。

また残霜は２０％減少し、ゴーストもほとんどみられな
かった。

更に表面荒さ計で表面荒さを測定したところ、従来と比
較して表面の平均荒さが２０％改善された。

〔比較例１〕 実施例１の比較例として、第７図に示した従来のマイク
ロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて支持体表面温度の変化
を測定した。円筒状メツシュを設置しない他は、実施例
１と同様に行った。結果を第４図に△印で、マイクロ波
電力を投入し放電が起こってから２０分後の支持体表面
温度の上昇温度を１００％として示した。

第　　１　　表 （′− 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の装置によればマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置において、誘電体窓と該誘電体窓を
取り囲むように設置された複数の支持体との間の空間内
に円筒状メツシュを設けることによって、マイクロ波に
よる支持体の表面温度の上昇をおさえることが出来、所
望の特性の堆積膜を形成できる堆積膜製造装置を提供す
ることができる。

すなわち、帯電能、感度、残霜、ゴースト、くり返し特
性等の電子写真特性を改善することができる。

【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装置の
透視略図である。 第２図、第３図は本発明によるマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置の平面図及び立面図である。 第４図、第５図、第６図は本発明の効果を示す実験結果
の一例である。 第７図は従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の透視略
図である。 第８図は第７図の平面図である。 図において、 １０１．２０１゜ ３０１．７０１，８０１・・・・堆積室１０２．２０２
゜ ３０２．７０２，８０２・・・・誘電体窓１０３．２０
３゜ ３０３．７０３，８０３・・・・導波管１０４．２０４
゜ ７０４．８０４・・・・・・・・・・・・排気管１０５
．２０５゜ ３０５．７０５，８０５・・・・支持体１０６．２０６
，３０６・・・・円筒状メッシュ１０７．２０７゜ ７０７．８０７・・・・支持体加熱用内部ヒーター１０
８．２０８゜ ７０８．８０８・・・・ガス放出管である。 ２θ３ つ父 覧 時 開 （分） メ、／−／−Ｌと支衿体乃開隔 （ｍｙｎン メ・ツカ−ｒ＞Ｅ巨３１）　宅ドづ〔１，に＝５（７？
広）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波導入用の対向する誘電体窓を有する減
   圧にし得る堆積室内に、前記誘電体窓を取り囲むように
   複数本の支持体を設置し、該支持体に囲まれた反応空間
   に堆積膜形成用の原料ガスを導入し、マイクロ波エネル
   ギーで前記原料ガスを分解し、支持体上に機能性堆積膜
   を形成する堆積膜製造装置において、前記反応空間内に
   支持体に近接して、メッシュを設けたことを特徴とする
   堆積膜の製造装置。
2. （２）前記メッシュにおいて、メッシュの目の粗さが３
   ０ｍｍ以下である請求項（１）記載の堆積膜の製造装置
   。
3. （３）前記メッシュの材質が金属である請求項（１）お
   よび（２）記載の堆積膜の製造装置。
4. （４）前記メッシュが円筒状である請求項（１）乃至（
   ３）に記載の堆積膜の製造装置。