JPH0565590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、円筒状基体上に成膜するためのプラ
ズマCVD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成膜技術である。プラ
ズマCVD技術において、たとえば高周波放電に
より反応ガ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CVD膜が形成される。
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、RF周波数、プラズマ発生方式等
がある。したがつて、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−
Si）を成膜することもできる。ａ−Siは、電子写
真用感光体としても適している。電子写真用感光
体として使用する場合、ａ−Si膜は、大面積の円
筒状基体上に、比較的厚く（20〜50μｍ）、且つ、
均一に成膜されねばならない。

第４図は、従来のａ−Si用プラズマCVD装置
の一例を図式的に示す。アルミニウム円筒からな
る基体１は、そ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、この基体
１と軸を共通に配置された二枚の円筒板２ａ，２
ｂからなり、ガス室３がこの二枚の円筒板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
の小さなガス供給穴が設けられる。基体１と電極
２とは、チヤンバー５内に設置される。チヤンバ
ー５内に上記のガス供給穴から導入されるガス
は、チヤンバー５の下部から、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、基体
１は、接地される。なお、図示しないが、ヒータ
ーは、それぞれ、基体１と電極２に取り付けら
れ、ヒーター用電源に接続される。

第５図は、従来のａ−Si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
の第一の相違は、電極２がチヤンバー５の一部に
なつていることである。チヤンバー５は、電極
２、上部５ａ、下部５ｂとからなり、下部５ｂは
電極２に対して絶縁されている。第二の相違は、
電極２の上側の側壁が円板状であり、放電領域に
面する部分に、多数の小さなガス供給穴が一様に
設けられていることである。第三の相違は、チヤ
ンバーの上部５ａと側壁２ｃとが一つの室３ａを
区画し、導入口４が上部５ａに取り付けられてい
ることである。原料ガスは、第５図に矢印で示す
ように、まず、ガス室３ａに導入され、次いで、
一部は直接に、大部分は、ガス室３を経て間接的
に、放電領域に流れる。

第６図は、従来のａ−Si用プラズマCVD装置
の他の例を示す。４個のアルミニウム円筒からな
る基体１，１，…が、その軸の周りに回転可能な
ように、その軸を平行にして一列に配置される。
この一列の基体１，１，…に両側に平板状の電極
２，２が配置される。この電極２は、外壁２ａと
内壁２ｂとからなり、外壁２ａと内壁２ｂとの間
にガス室３を区画する。外壁２ａには、ガスを外
部から導入するための導入口４が設けられ、一
方、内壁２ｂには、この内壁２ｂと基体１との間
の空間（放電領域）に原料ガスを供給するための
図示しない多数の小さなガス供給穴が設けられ
る。図において、矢印は、この原料ガスを通して
のガスの供給を示す。基体１，１，…と電極２，
２とは、チヤンバー５内に設置される。上記のガ
ス供給穴から放電領域内に導入されるガスは、チ
ヤンバー５に設た排気口６から、図示しない真空
ポンプ７によつて排気され、所定の圧力に保たれ
る。RF電源８は、導入口４，４を介して、電極
２に接続され、一方、基体１，１，…は接地され
る。なお、図示しないが、ヒーターが基体１，
１，…と電極２，２とに取り付けられる。

プラズマCVDにおるａ−Siの成膜は、次のよ
うに行われる。パツシエン則から、自続放電開始
電圧は、電極２と基体１との間隔ｄと基体の圧力
ｐとの積pdに依存して変化する。従来は、この
間隔ｄは、基体の圧力が1Torr近傍では、自続放
電開始電圧がほぼ最小になる30〜50mmの範囲内で
選定されていて、通常は、40mm程度が選ばれて
る。この領域では、放電の安定性と基体へのガス
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ガス供給穴を経て、第４
に矢印で示すように、電極２と基体１との間の空
間内に導入される。チヤンバー内の圧力は、0.1
〜数Torrに保たれる。基体１は、成膜の均一性
を保つために、10〜30rpmで回転される。基体１
の温度は、150〜300℃に加熱される。電極２と電
極（基体）１との間にRF電圧を印加すると、グ
ロー放電が生じ、原料ガスは分解され、ａ−Si膜
が、基体１上に成膜される。

（発明により解決すべき問題点） 膜厚の均一なプラズマCVD膜を得る手段とし
ては、第４図〜第６図に示したプラズマCVD装
置におけるように、ガス室に設けた多数の小径の
ガス供給穴から基体へ原料ガス吹きつける方法が
最良である。

成膜速度を高くする必要があるときは、原料ガ
スの供給量を増加させねばならない。このため、
ガス供給穴の径を大きくするか、あるいは、数を
増す必要がある。

ガス供給穴の径を大きくすると、穴の周辺で放
電が乱れる。このため、穴の周辺で膜の剥離や微
粉（（SiH₂）ｎ）の発生が生じ、基体上の成膜中
にとりこまれ、膜質を悪化させる。その結果、電
子写真におけるドラムのノイズ（白斑点としてで
るピンホール等の異常点）の原因の一つとなる。
また、ガス供給穴からの原料ガスの流速が大きい
と、乱流が生じ、チヤンバー内のダストを舞い上
げる等の好ましくない影響を与える。そこで、ガ
ス供給穴の径を放電を乱さない大きさにし、ガス
供給穴の数を、ガス室内の圧力がチヤンバー内の
圧力よりも少し高い程度にし、原料ガスの流速を
ゆるやかにすることが好ましいと考えられる。

特開昭59−38377号公報に開示されたプラズマ
CVD装置においては、膜厚調整の目的で、ガス
供給穴にネジ穴加工を施し、ガス供給穴の径と分
布を調整できる。すなわち、ビスでガス供給穴を
塞ぐことができ、また、軸方向に開口したビスで
ガス供給穴を塞ぎ、穴径を小さくできる。ところ
で、この従来例は、膜厚調整の目的で、原料ガス
の供給を調整するものである。

本発明の目的は、放電異常を起さず且つ原料ガ
スをスムーズに供給できるガス供給穴を備えたプ
ラズマCVD装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係るプラズマCVD装置は、真空槽と、
該真空槽内に配置された膜形成用の基体と、該基
体と所定の間隔をおいて配置され、原料ガスを供
給するためのガス室を形成する電極と、該電極に
形成され、内径２mm以下で且つ前記基体と対向す
る側の縁に曲面を有するか、もしくは面取り加工
されている多数のガス供給穴とを備え、該ガス供
給穴から原料ガスを前記基体に向けて放出しつ
つ、プラズマ放電によつて基体上に成膜すること
を特徴とする。

（作用） ガス供給穴の内径を２mm以下とすることによ
り、ガス供給穴近傍でのプラズマ放電の異常がな
くなる。このため、成膜の均質性が向上する。ま
た、ガス供給穴近傍での膜の剥離や微粉の発生が
なくなり、これらが成膜の中に取り込まれること
により生じる膜質の悪化が防止される。

（実施例） 第２図に示す装置で、放電条件とガス供給穴の
穴径との関係を調べた。この装置においては、チ
ヤンバー１１内に、ガス室１２を設けた電極１３
と基体１４とを対向して配置する。電極１３に
は、原料ガス導入用の導入口１５を設け、基体１
４に対向する側には、多数のガス供給穴１６，１
６，…を開口する。チヤンバー１１には、排気口
１７を設ける。RF電源１８を電極１３と基体１
４との間に接続する。いま、基体１４をヒーター
１９を内蔵した基体ホルダ２０を介して間接的に
加熱し、原料ガスをガス供給穴１６，１６，…か
ら供給し、高周波電界を印加すると、電極１３と
基体１４との間の点描で示す放電領域で、プラズ
マ放電が生じ、基体１４上にａ−Si膜が堆積す
る。

プラズマCVDにおける放電異常の発生は、ガ
ス供給穴が異常に光ることで検知できる。本発明
者らは、放電条件とガス供給穴の寸法との関係を
種々調べたところ、異常の生じる程度が、同じガ
ス供給穴でも放電条件により異なり、また、同じ
放電条件でもガス供給穴の形状と寸法とにより異
なることを見出した。

はじめに、放電条件とガス供給穴の穴径との関
係について説明する。プラズマ放電においては、
放電領域において、電極１３と基体１４の近傍
に、それぞれイオンシース２１，２１が、そして
これに接して、明部２２，２２が生じる。（イオ
ンシースは、明部に比べ暗いので、ダークスペー
クとも呼ばれる。）イオンシース２１の幅をd_iと
し、ガス供給穴１６の内径をφとしたとき、次に
説明するように、異常発光がφ＞2d_iのときに生
じることが見出された。

第１図ａ，ｂ，ｃは、内径φを変化させたとき
のガス供給穴１６の近傍での放電状態の変化を、
それぞれ、φ〜d_iの場合、φ〜2d_iの場合、φ＞
2d_iの場合の放電状態を図式的に示す。内径φが
電極２側のイオンシース２１の幅d_iを越えると、
イオンシース２１の形が変りはじめる。さらに、
内径φが2d_iより大きくなると、明部２２が、ガ
ス供給穴１６の中に入り込み、ガス供給穴１６の
付近が異常に明るくなる。

電極２側のイオンシース２１の幅d_iは、RF周
波数が13.56MHz、RFパワーが0.1W／cm²のとき、
0.1Torrで約1.5mm、2.0Torrで約１mmである。成
膜は、通常、0.5〜1.5Torrで行うので、ガス供給
穴１６の内径φは、2.0mm以下にすれば、異常な
発光は生じない。

ところで、ガス供給穴１６の縁に突起がある
と、上記のφ＜2d_iの関係を満足していても、突
起部で電界が強くなり、異常発光が生じる。そこ
で、放電とガス供給穴１６の形状との関係につい
て研究した。第３図ａ〜ｅに示す５種の形状のガ
ス供給穴１６を加工した。これらの図において、
基体１４は、電極１３の右側に配置されている。
第３図ａは、基体１４側の縁に突起がある場合、
第３図ｂは、円形の開口を設けた場合、第３図ｃ
は、基体１４側の縁にＲをつけた場合、第３図ｄ
は、同じく基体１４側の縁にＲをつけ、且つ、穴
の深さを深くした場合、第３図ｅは、基体１４側
の縁に面取り加工を行つた場合である。各形状に
ついてのプラズマ放電時の性状評価は、第３図ａ
〜ｅの各図の下側の記号で示される。◎は良好、
○は可、×は付加を表わす。

第３図ｃ〜ｅに示す形状のガス供給穴１６、す
なわち、基体１４に対向する側の縁にＲ加工また
は面取り加工を施したガス供給穴１６は、放電異
常の抑制に効果的であることがわかつた。これ
は、基体１４側の穴開口縁に鋭いエツジがないの
で電気力線の歪みが小さくなるためと考えられ
る。また、ｃ〜ｅに示す形状のガス供給穴１６は
ａ，ｂに比べ、原料ガスの吹出しがよりゆるやか
になり、ストレスにより穴周辺の膜の剥離が減少
することから、より良好な成膜を得ることができ
る。

第４図から第６図に示したプラズマCVD装置
において、ガス供給穴１６の穴径を２mmとし、第
３図ｃ〜ｅに示す形状に加工した。得られた成膜
の性質は良好であつた。

（発明の効果） ガス供給穴での異常な放電がなくなつたことに
より、膜の均質性が向上した。すなわち、(1)ガス
供給穴周辺での成膜性が良好になり、電極上の膜
の剥離に起因する膜質の悪化がなくなつた。(2)異
常放電域での微粉の発生がなくなり、これに起因
する膜質の悪化がなくなつた。(3)放電が安定で且
つ均一であり、成膜の性質の再現性が良好になつ
た。

成膜の性質が良好になつた結果、電子写真にお
けるノイズが減少した。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは、それそれ、φ〜d_i、φ〜
2d_i、φ＞2d_iの場合のガス供給穴近傍での放電の
状態を図式的に示す断面説明図である。第２図
は、プラズマCVD装置の図式的な断面図である。
第３図ａ〜ｅは、それぞれ、ガス供給穴の形状を
示す断面説明図である。第４図〜第６図は、それ
ぞれ、従来のプラズアCVD装置の図式的な断面
説明図である。 １……基体、２……電極、３，３ａ……ガス
室、４……導入口、５……チヤンバー、６……排
気口、７……真空ポンプ、８……RF電源、１１
……チヤンバー、１２……ガス室、１３……電
極、１４……基体、１５……導入口、１６……ガ
ス供給穴、１７……排気口、１８……RF電源、
１９……ヒーター、２１，２１……イオンシー
ス、２２，２２……明部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空槽と、 該真空槽内に配置された膜形成用の基体と、 該基体と所定の間隔をおいて配置され、原料ガ
   スを供給するためのガス室を形成する電極と、 該電極に形成され、内径２mm以下で且つ前記基
   体と対向する側の縁に曲面を有するか、もしくは
   面取り加工されている多数のガス供給穴とを備
   え、 該ガス供給穴から原料ガスを前記基体に向けて
   放出しつつ、プラズマ放電によつて基体上に成膜
   することを特徴とするプラズマCVD装置。