JPS6257710B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、グロー放電等の放電を利用して、例
えば光導電膜、半導体膜、無機絶縁膜或いは有機
樹脂膜を形成するに有効な膜形成法に関する。

プラズマ現象を利用して、膜形成用の反応ガス
を分解し所定の支持体上に所望の特性を有する膜
を形成しようとする場合、殊に、大面積の膜の場
合には、全面積に亘つてその膜厚並びに、電気
的、光学的或いは光電的等の物理特性の均一化及
び品質の均一化を計るには、通常の真空蒸着法に
較べてて非常に困難が附纏う。

例えば、SiH₄ガスを放電エネルギーを使つて
分解し支持体上にアモルフアス水素化シリコン
（以後ａ―Si：Ｈと記す）膜を形成して、この膜
の電気物性を利用し様とする場合、この膜の電気
物性が膜形成時の放電強度に大きく依存するた
め、膜の全領域における電気物性の均一性を得る
には、膜形成の全領域において放電強度の均一化
を計る必要がある。

この放電強度の均一性は、電界強度、ガス流
量、ガス圧、ガスの入口位置と出口位置の配置放
電電極の形状、配置等の要素に主に依存する。

而乍ら、従来より提案されている平行平板型電
極を使用した膜形成法では上記の諸要素を一義的
に決定して、膜形成条件が最適となる様な均一な
放電強度を得ることは出来ず、ある程度の条件緩
和の下で膜形成を行つているのが現状である。

また、大面積の膜を生産性及び量産性良く形成
するには、ガスの消費が出来るだけ膜形成用だけ
になる様にガス消費量を経済化する事、反応ガス
濃度が膜形成領域で不均一分布しない様にするこ
と、多量のキヤリアガスを要しない様にする事、
膜成長速度の向上を計る事、等々が挙げられ、更
に、均一特性と良好な品質の大面積の膜を得るに
は、成長膜厚分布が均一である事、放電によつて
生ずるガスプラズマに空間的不均一分布が生じな
い様にする事等が必要である。

従来法は、これ等の諸点に於いても充分満足し
得るものではなく、生産技術上必要な性能を有す
る装置の具現化を計る事が出来なかつた。

本発明は、上記の諸点に鑑みて成されたもので
あつて、大きな面積の膜であつても全面積に亘つ
て、その物理的特性及び膜厚が実質的に均一であ
る膜が再現性良く高効率で形成され得る膜形成法
を提供するのを主たる目的とする。

又、本発明はマスプロダクトに極めて有効な膜
形成法を提供することをも目的とする。

又、別には本発明は放電強度が全膜形成領域に
亘つて均一にする事が出来、ガス消費量を極力低
減し得、且つ膜成長速度の大きい成長膜厚分布の
均一な極めて経済的で生産性に富む膜形成法を提
供することも目的の１つである。

本発明の膜形成法は、減圧にし得る堆積室内に
膜形成用の支持体を可動な状態に設置し、所定内
圧迄前記堆積室内を減圧にした後、外部より膜形
成用の反応ガスを前記堆積室内に導入して前記支
持体の膜形成面に実質的に平行になる様に配設さ
れたワイヤー状の放電電極に電気エネルギーを投
入して放電を生起させ、前記支持体の膜形成面と
前記ワイヤー状の放電電極とを相対的に移動させ
乍ら膜形成を行う事を特徴とする。

本発明の膜形成法に因れば、全面積に亘つてそ
の膜厚並びに、電気的、光学的或いは光電的等の
物理特性の均一化及び膜品質の均一化を大面積に
亘つて行う事が出来、大面積を用する例えば、太
陽電池、電子写真用感光体、或いは大型テレビ、
大型デイスプレイ等の光電変換層の形成に極めて
有効である。

又、更には、ガス消費量が少なく、且つ膜成長
速度が大きく、成長膜厚分布が全面積に亘つて均
一であり、極めて経済的で生産性に富み、企業ベ
ースにのり得るものである。

以下、本発明の膜形成法を図面に従つて説明す
る。

第１図は、本発明の膜形成法を具現化し得る装
置の好適な実施態様例を模式的に示した一部破断
斜視図である。

第１図に示される堆積装置１００は、帯状の支
持体１０７上に連続的に所望の膜を形成するのに
有効な例であつて、全自動化し得るものである。

堆積装置１００は、通常の真空膜形成法で適用
されている様な構造のベースプレート１０１上に
ベルジヤ１０２をＯリング、或いはガスケツトを
介して設置することで形成される堆積室１０３を
有する。

堆積室１０３は、メインバルブ１０４を開放
し、リークバルブ１０５を閉じる事によつて、真
空口１０６より、他所に設置してある排気装置
（不図示）によつて、その内部を減圧にし得る構
造を有する。

又、堆積室１０３の内部には、その表面に膜形
成された帯状の支持体１０７が自動的に巻取られ
る為の巻取りローラ１０８アース側とされる平板
状電極１０９、堆積室１０３外部より、堆積室１
０３内部にガスを供給する為のガス供給手段１１
０、該ガス供給手段１１０と、膜形成の為に可動
設置される膜形成用の支持体１０７との間に配設
されるワイヤー状の放電電極１１１、及び電極１
０９の脇に設けられた、支持体１０７を所定温度
に加熱する為の加熱ヒーター１１２が各々設けら
れている。

膜形成用の支持体１０７は、巻取ローラ１０８
とは反対側に配設されてある供給ローラ（不図
示）に、所定の長さ分巻かれていて、その先端部
が放電電極１０９と電極１１１との間をその膜形
成面がガス供給手段１１０と対面する様にして通
されて巻取ローラ１０８に取り付けられ、該巻取
ローラー１０８が矢印Ａ方向に回転することによ
つて膜形成された分の支持体が順次巻取られる。

ガス供給手段１１０は、ベルジヤ１０２上部に
取付けられたガス流量調節バルブ１１２を介し
て、供給ガス輸送用の輸送パイプ１１３と気密に
連結され、又、そのガス供給部は多数の貫通孔が
設けられたパイプとされ、支持体１０７の膜形成
面に略々平行に該パイプが配される構造を有して
いる。

ガス供給手段１１０を構成するパイプはその内
径と外径、及び貫通して設けられる多数の孔の開
口径、個数、分布が所望通りに決定されて設計製
造され所定の通りに配設される。

パイプに設けられる多数の貫通孔は、図に於い
ては、支持体１０７の配される側のみならず、横
方向にも設けられてあるが、ガス流量分布が均一
化し得るのであれば、支持体１０７の配される側
のみに、所定の密度と開口径で設けるだけでも良
い。

ガス供給手段１１０のガス供給部を構成するパ
イプに設けられる貫通孔の開口径、密度、分布
は、形成される膜の種類、膜形成材料、所望する
膜特性に依つて適宜決定され、最適膜形成条件が
得られる様に設計し製造する。

前記貫通孔の分布密度は、電極１０９とワイヤ
ー状の電極１１１との間に生起される放電の放電
密度が膜形成の全領域に於いて、均一となるよう
に、電極１０９と電極１１１との間の電界強度と
の関連において適宜所望に従つて決定される。
又、供給される反応ガスが膜形成の為に効率良く
消費され、未反応ガスとして堆積室１０３の外部
に排気されない様にする為にも、ガス供給手段１
１０のパイプに設けられる貫通孔の開口径、分布
密度、パイプの内外径及びパイプの配設状態を最
適条件に設計する必要がある。

本発明の膜形成法に依れば、上記の点は、従来
法に較べて極めて容易に最適条件になる設計が可
能である。

ガス供給手段１１０は、第１図に於いては一本
のパイプでそのガス供給部が構成されているが、
この他、多数のパイプを支持体１０７に平行にな
る様に配列した構成としても良いし、又、同心円
状のパイプを１本以上配した構成としても良い
等、種々の変形例が可能であるが、基本的には支
持体１０７の膜形成面全領域に於いて、均一なガ
ス流量分布が形成され、又、ガス流量が精度良く
容易に制御し得る構成となる様に設計される必要
があり、この条件の満足し得る様に設計されれば
大概の構造を本発明に於けるガス供給手段１１０
に適用され得る。

ガス供給手段１１０のガス供給口と支持体１０
７の膜形成面との距離は、支持体１０７の膜形成
面とワイヤー状の放電電極１１１との距離、及び
電極１１１と対向電極１０９との距離、更には、
これ等電極間の電界強度等の相互関係の基に適宜
決定される。

殊に、上記距離の設定はガス供給手段１１０の
ガス供給能力及び放電電極１１１の配列構造に依
存して決定されて良い。

本発明に於いては、電極１１１の構造が以下に
詳述される如くになつており、支持体１０７の膜
形成面と電極１１１とを相対的に移動させ乍ら膜
形成を行うので、ガス供給手段の１１０のガス供
給能力を従来に較べて飛躍的に向上させる事が出
来ると共に、支持体１０７の膜形成面と放電電極
１１１との距離を極近接した距離にまで選定出
来、反応ガス濃度を高め、且つ均一放電強度の下
に膜形成が出来る。従つて、従来法に較べて膜形
成速度が飛躍的に向上し得、然も成長膜厚分布も
均一化し得、且つ均一特性で大面積に亘つて膜形
成を行う事が出来る。

電極１１１は、図示されてある如く、ワイヤー
が多数本所定間隔で互いに平行に且つ支持体１０
７の膜形成面に平行に規則正しく所定通りに配列
された構造を有する。

この様に電極１１１を規則正しく配列された多
数のワイヤーで構成することによつて、従来の如
くの平板状電極に較べてマクロ的な電界強度斑が
生じない事、支持体１０７の膜形成面の全領域に
於いて、フレツシユな反応ガスが絶えず供給され
得る事、ワイヤーの配列ピツチを変える事によつ
て、ガス流量分布の不均一化に基く膜形成速度の
部分的バラツキを無くすことが出来ること、電極
１１１の支持体１０７とは反対側にガス供給手段
１１０のガス排出口を配して、反応ガスの供給を
行う事がで出来る為に、膜形成空間に於けるガス
流量的不分布を解消する事が出来る、等々の利点
が生ずる。

第２図に於いては、ガス供給手段１１０のガス
供給部を構成するパイプが電極１１１に対して支
持体１０７との反対側に配置されてあるが、本発
明に於いては支持体１０７と電極１１１との間に
配しても良いものである。

電極１１１を構成するワイヤーは、その径、長
さ、及び配列ピツチ、材質が反応ガスの種々形成
される膜の特性、及び膜形成条件に従つて適宜決
定される。

例えばシランガスを反応ガスとし、キヤリアガ
スとしてアルゴンから成る供給ガスを使用する場
合には、タングステンに金鍍度したワイヤーを使
用し、ワイヤーの太さ約100μφ配列ピツチ８
mm、ワイヤー本数140本、ワイヤー長30cmに選定
して電極１１１を設計製造し、電極１０９とでん
きよく１１１とのきより約20mm、支持体１０７の
膜形成面とワイヤーの距離約15mmとして堆積室１
０３内に配置して支持体１０７の移動速度10mm／
mmとしａ―Si：Ｈ膜を支持体１０７の表面上に連
結的に形成した場合、膜形成空間領域に於ける供
給ガスの濃度は約10Torrと高濃度にする事が出
来、且つ膜形成速度は従来に較べて数倍とする事
が出来、形成されたａ―Si：Ｈ膜は全領域に於い
て均一な電気的及び光電的特性を示した。

このときパイプの各部の寸法は内径10mm外径13
mm、貫通口の開口径１mm、貫通口の分布密度２
ケ／cm²とし、第１図に示す通りに膜形成装置に配
設した。

例えば、下記のそれぞれの成膜条件下で膜形成
を行つたところ、従来装置の平行平板型電極（前
記ワイヤー状電極群を一枚の平板状電極で置き換
えたもの；ガスの導入の仕方は２枚の平行平板電
極の間をガスがスムースに流れる様に排気孔と反
対側に設けた。装置の他の寸法については上記し
たものに同じ）を使用した場合には、いずれの条
件下においても安定した放電が得られた。また成
膜可能であつた条件Ａ下での従来法においては、
30分後の膜厚が支持体の中心点で１μｍ、支持体
の辺の中心点から内側へ３cmのところで0.6〜1.3
μｍ、暗抵抗値が同じ順番で10¹¹Ωcm、10〜10Ω
cmとバラツキが非常に大きかつた。これに比べ、
本発明の膜形成法によると、膜厚は30分後にそれ
ぞれＡ，Ｂ，Ｃの条件で1.0μｍ、2.7μｍ、10μ
ｍとなり、そのバラツキは７％以下に納つた。暗
抵抗値については、それぞれ８×10Ωcm、２×10
Ωcm、８×10Ωcm、でそのバラツキはそれぞれの
条件下で充分無視し得るものであつた。

成膜条件 Ａ 使用ガス：SiH₄ガス（100sccm） Arガス（100sccm） 圧 力：0.1Torr 印加電圧：100V 成膜条件 Ｂ 使用ガス：SiH₄ガス（100sccm） Arガス（100sccm） 圧 力：0.1Torr 印加電圧：200V 成膜条件Ｃ 使用ガス：SiH₄ガス（100sccm） Arガス（100sccm） 圧 力：7Torr 印加電圧：100V 尚、いずれの成膜条件でも50Hzの交流電源を使
用した。

電極１１１を形成する多数のワイヤーは、その
両端を共通的に固定される方が、支持体１０７の
膜形成面との平行性を保ち膜形成時に於ける振動
を防止する事が出来るので好ましいものである。

第１図に示される装置に於いては、放電電極１
１１を構成するワイヤーの配列は、その軸が支持
体１０７の膜形成面に平行に、且つ膜形成面の移
動方向と略々垂直になる様になされてあるが、そ
の他、例えば支持体１０７の膜形成面に平行に且
つ膜形成面の移動方向に対して０〜90゜の範囲の
角度を有する様にしても良いし、又、支持体１０
７の膜形成面との距離を、図示されている様に、
各ワイヤーに於いて等しくする代わりに、膜形成
面の移動方向に順次増大する様にしても良いし、
更には、例えば移動方向に順次ワイヤー間の間隔
を拡くする様に配列する等、前記の移動方向に配
列ピツチを漸次変えても良い。

又、ワイヤーの太さは全ワイヤー等しいものと
する必要はなく、支持体１０７の移動方向に順次
その太さを変えても良い。

上記の様な電極１１１の設計上の変更は、所望
する反応ガスを使用して最適膜形成条件の下で所
望の特性を有する膜が形成される様に成される。

第１図に示した装置の例においては、電極１１
１を構成するワイヤーは多数本とされてあるが、
本発明の目的は基本的には、一本だけでもその膜
形成速度が多少低下するのだけを考慮するならば
効果的に達成される。

第２図には、本発明の膜形成法を具現化し得る
装置の別の好適な実施態様例を示す模式的一部破
断斜視図が示される。

第２図に示される装置に於いては、膜形成用の
支持体がドラムタイプであつて、その為用に本発
明の特徴とするワイヤー状の電極が設計され配設
されている以外は、基本的には第１図に示す装置
と同様である。

第２図に示される装置２００は、円筒状のベル
ジヤ２０１と、支持体引出用の２本のレール２０
２―１，２０２―２に移動可能の状態で取付けら
れているベルジヤ蓋２０３、該ベルジヤ蓋２０３
に回転自在に取付けられてある支持体回転用の回
転軸棒、２０４、回転軸棒２０４に設置されたド
ラム状の膜形成用の支持体２０５の膜形成面周囲
に、配設されてあるワイヤー状の放電電極２０６
とを具備し、ベルジヤ蓋２０３によつてベルジヤ
２０１を密封し、リークバルブ２０７を閉じ、メ
インバルブ２０８を開いて外部に配設されてある
排気装置（不図示）によつて、ベルジヤ２０１内
が排気され所望の真空度になる構造を有する。

ベルジヤ２０１内への供給ガスの導入は、ガス
流量調節バルブ２０９を調節することによつて、
輸送パイプ２１０を介して外部のガスボンベ（不
図示）より成される。

第２図に示される装置２００に於いては、放電
電極として一方を多数のワイヤーで構成された円
筒状の電極２０６とされ、他方は膜形成用のドラ
ム状支持体２０５とされる。

膜形成用の支持体２０５は、所定の表面清浄化
処理が施された後、回転軸棒２０４に取付けられ
て、ベルジヤ蓋２０３がレール２０２をスライド
されてベルジヤ２０１を密封することによつてベ
ルジヤ２０１内に収納され膜形成の準備を完了す
る。

放電電極２０６はベルジヤ蓋２０３に取付けら
れた電気絶縁性の端子２１１を通じて、外部のリ
ード電極ケーブル２１２と電気的に結線され、外
部に配設されてある電源（不図示）より電気エネ
ルギーが投入される様になつている。

放電電極２０６は、図に於いては、膜形成用の
支持体２０５の膜形成面の周囲全周に回転軸棒２
０４の中心軸に沿つて平行に配設された多数のワ
イヤーで構成され、各ワイヤーは、等ピツチで且
つ支持体２０５の膜形成面と等間隔の位置関係と
されているが、この他、例えばワイヤーの配列ピ
ツチは不等間隔にしても良いし、また支持体２０
５の膜形成面の全面に対面させてワイヤーを配設
することなく一部のみでも良い。但し、この様な
電極構造とする場合には、放電全領域に於ける膜
成長速度の均一化を計る為に回転軸棒２０４を矢
印Ｂで示す如く一定回転速度で回転させる必要が
ある。

又、第２図に於いては、放電電極２０６は、ワ
イヤーが支持体２０５の回転軸に平行となる様に
配列されてあるが、この他、例えば一本以上のワ
イヤーを使用して、ドラム状の支持体２０６の外
周囲に一定距離を隔てて、スバイラル状に配設し
て構成しても良いし、又、支持体２０５と同心円
状に円形状ワイヤーを支持体２０５の回転軸方向
に所定のピツチで多数配列させても良い。

又、第２図の装置は、支持体２０５の取付軸が
一本であるが、多数本設ける事によつて、大量生
産用に改良する事も極めて容易に行う事が出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、各々本発明の膜形成法を
具現化し得る装置の好適な実施態様例を示す模式
的一部破断斜視図である。 １００……堆積装置、１０１……ベースプレー
ト、１０２……ベルジヤ、１０３……堆積室、１
０４……メインバルブ、１０５……リークバル
ブ、１０６……真空口、１０７……支持体、１０
８……巻取ローラ、１０９……電極、１１０……
ガス供給手段、１１１……電極、１１２……ガス
流量調節バルブ、１１３……輸送パイプ、２００
……堆積装置、２０１……ベルジヤ、２０２……
レール、２０３……ベルジヤ蓋、２０４……回転
軸棒、２０５……支持体、２０６……電極、２０
７……リークバルブ、２０８……メインバルブ、
２０９……ガス流量調節バルブ、２１０……輸送
パイプ、２１１……電気絶縁端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 減圧にし得る堆積室内に膜形成用の支持体を
   可動な状態に設置し、所定内圧迄前記堆積室内を
   減圧にした後、外部より膜形成用の反応ガスを前
   記堆積室内に導入して前記支持体の膜形成面に実
   質的に平行になる様に配設されたワイヤー状の放
   電電極に電気エネルギーを投入して放電を生起さ
   せ、前記支持体の膜形成面と前記ワイヤー状の放
   電電極とを相対的に移動させ乍ら膜形成を行う事
   を特徴とする膜形成法。