JPH08339963A - プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】処理速度の向上を図り、かつ比較的大面積の基
体を均一にプラズマ処理する。 【構成】一部が誘電体部材１１からなり、被成膜基体３
を収容する減圧可能な反応容器１と、反応容器１内に所
定のガスを導入するための真空排気手段９およびガス供
給手段１０と、反応容器１外に設けられ、誘電体部材１
１を挟んで反応容器１内に収納された被成膜基体３と対
向する位置に配置されたカソード電極２と、カソード電
極２に３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の高周波電力を
供給する高周波電力供給手段（整合回路８および高周波
電源７）とを有する。カソード電極２に３０ＭＨｚ以上
３００ＭＨｚ以下の高周波電力を供給し、誘電体部材１
１と被成膜基体３との間にプラズマを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスとして
の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、光起力デバイス等に有用なプラズマ
ＣＶＤ装置、あるいは半導体デバイスや光学素子として
絶縁膜、金属配線等を形成するスパッタ装置、あるいは
半導体デバイス等のエッチング装置等のプラズマ処理装
置および処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体等の製造には、それぞれの用途に
応じて様々なプラズマ処理方法および装置が使用されて
いる。例えば、プラズマＣＶＤ法を用いた酸化膜、窒化
膜及びアモルファスシリコン系の半導体膜等の成膜、ス
パッタリング法を用いた金属配線膜等の成膜、またはエ
ッチングによる微細加工技術等、様々にプラズマの特徴
を活用した装置、方法が使用されている。また、近年、
膜質及び処理能力の向上に対する要望も強くなってお
り、様々な工夫が検討されている。特に、高周波電力を
用いたプラズマプロセスは、放電の安定性や酸化膜や窒
化膜の絶縁性の材料にも適用できる等の利点から幅広く
使用されている。

【０００３】堆積膜形成に一般的に用いられているプラ
ズマＣＶＤ装置の一例として、円筒状の電子写真用感光
体用のアモルファスシリコン膜（以下ａ−Ｓｉ膜と記
す）の成膜装置であるプラズマ処理装置を図７に示す。

【０００４】図７において、反応容器２０１は減圧可能
な容器であり、この反応容器２０１には容器内を真空排
気する真空排気手段２０９と、容器内にガスを供給する
ガス供給手段２１０が設けられている。

【０００５】上記反応容器２０１内には、絶縁材料２１
１により反応容器２０１とは電気的に絶縁された円筒状
のカソード電極２０２が配置され、さらにカソード電極
２０２の内側に対向電極としての円筒状の被成膜基体２
０３が配置されている。被成膜基体２０３は、モータ２
１２により駆動される回転機構を有する基体ホルダー２
０４に保持されており、内部には加熱ヒータ２０５が備
えられている。この被成膜基体２０３は、内部に設けら
れた加熱ヒータ２０５によって内側より所定の温度に加
熱することができる。また、カソード電極２０２には、
整合回路２０８を介して放電用の高周波電源２０７が接
続されている。

【０００６】なお、プラズマＣＶＤ等のプラズマプロセ
スに用いられる放電用高周波電源の発振周波数は１３．
５６ＭＨｚが一般的であり、上記高周波電源２０７にも
発振周波数が１３．５６ＭＨｚのものが使用されてい
る。

【０００７】以下、このプラズマ処理装置を用いたａ−
Ｓｉ膜の成膜方法について説明する。

【０００８】まず、反応容器２０１内を真空排気手段２
０９によって高真空まで排気する。その後、ガス供給手
段２１０によってシランガス、ジシランガス、メタンガ
ス、エタンガス等の原料ガスおよびジボランガス等のド
ーピングガスを導入し、数１０ミリトールから数トール
の圧力に維持する。続いて、高周波電源２０７より１
３．５６ＭＨｚの高周波電力をカソード電極２０２に供
給して、カソード電極２０２と被成膜基体２０３との間
にプラズマを発生させて原料ガスを分解し、加熱ヒータ
２０５により２００℃〜３５０℃程度に加熱された被成
膜基体２０３上にａ−Ｓｉ膜を堆積する。

【０００９】上述の装置では、電子写真用感光体の性能
を満足するａ−Ｓｉ膜を得るための堆積速度は最大でも
６（μｍ／時間）程度であり、それ以上堆積速度を上げ
ると感光体としての特性を得ることができなくなる。一
般に、電子写真用感光体としてａ−Ｓｉ膜を利用する場
合は、帯電能を得るために少なくとも２０〜３０μｍの
膜厚が必要とされることから、電子写真用感光体を製造
するためには長時間を要していた。

【００１０】上記堆積速度を上げる方法として、平行平
板型のプラズマＣＶＤ装置において１３．５６ＭＨｚ以
上の高周波電源を用い、放電周波数を１３．５６ＭＨｚ
より高くすることで堆積膜の性能を落さずに堆積速度を
向上させることができる可能性を示唆したプラズマＣＶ
Ｄ法（Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol.
7, No.3, (1987) p267-273）が報告されている。この放
電周波数を高くする報告は、スパッタリング等において
もなされ、広く検討されている。

【００１１】

【発明が解決しようとしている課題】上述したように、
従来のプラズマ処理装置には、例えば電子写真用感光体
等を製造するためには長時間を要するという問題があ
り、堆積膜の性能を落さずに堆積速度を向上させること
が課題とされている。

【００１２】上記の課題を解決する手段の１つとして、
上述の１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電源を用いること
により堆積速度を向上させる報告がなされている。以
下、堆積膜の性能を落さずに堆積速度を向上させること
を目的として、図７に示すプラズマ処理装置において放
電周波数が１３．５６ＭＨｚより高い周波数の高周波電
力を用い、この装置について鋭意検討した結果について
説明する。

【００１３】図７に示した従来のプラズマ処理装置にお
いて、被成膜基体２０３である電子写真用感光体には通
常直径１００ｍｍ前後のものが使用され、このためカソ
ード電極２０２には直径ｄが２００〜３００ｍｍ程度の
ものが使用される。このカソード電極２０２の外周の１
点から高周波を導入した場合、その導入点とカソード電
極２０２の外周の反対側に位置する点までの距離は１．
５７ｄであり、例えばｄ＝２５０ｍｍとすると約３９０
ｍｍ程度となる。１００ＭＨｚの周波数の高周波電源を
用いた場合、波長λは大気中で約３ｍとなることから、
このプラズマ処理装置においては、カソード電極２０２
外周上の１点から導入された高周波はカソード電極２０
２の外周表面を伝播して反対側まで達するが、その伝搬
した距離がλ／１０以上となるため定在波が生じ、この
定在波の影響によりカソード電極外周上で電界分布が生
じることとなる。このカソード電極外周上で生じた電
界、すなわち高周波電場の影響によりカソード電極２０
２内周において電界ムラを起こし、この結果周方向に放
電ムラが生じることとなる。

【００１４】さらに、上記プラズマ処理装置では、被成
膜基体２０３である電子写真感光体の長さは通常３５０
ｍｍ程度であり、このためカソード電極２０２の長さは
３５０〜４００ｍｍ程度となっており、この結果、軸方
向（長手方向）においても上述した周方向と同様に放電
ムラが生じることとなる。

【００１５】以上のことから分かるように、従来のプラ
ズマ処理装置においては、周波数をより高くすることで
より速い堆積速度での作製が可能となるが、放電周波数
を高くしたことで放電ムラが発生し、１３．５６ＭＨｚ
の放電周波数においては問題となることがなかった以下
のような新たな問題が生じる。

【００１６】放電周波数を上げることでプラズマが偏在
化して堆積速度に不均一が生じ、その結果、電子写真用
感光体のような比較的大面積の被加工体においては、実
用上問題となる膜厚ムラ（例えば電子写真用感光体の場
合±２０％以上の膜厚ムラ）が発生するという問題が生
じる。このような膜厚ムラは、電子写真用感光体に限ら
ず、画像入力用ラインセンサー、撮像デバイス、光起力
デバイス等に用いられる結晶質または非単結晶質の機能
性堆積膜を形成する場合においても大きな問題となる。
また、ドライエッチング、スパッタ等の他のプラズマプ
ロセスにおいても、放電周波数を上げた場合には同様の
処理ムラが生じ、大きな問題となる。

【００１７】本発明の目的は、上述のようなの問題を解
決し、従来のプラズマ処理装置では達成できなかった処
理速度で、比較的大面積の基体を均一にプラズマ処理す
ることが可能なプラズマ処理装置および処理方法を提供
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は、一部が誘電体部材からなり、被成膜基体を収容す
る減圧可能な反応容器と、前記反応容器内に所定のガス
を導入するガス導入手段と、前記反応容器外に設けら
れ、前記誘電体部材を挟んで前記反応容器内に収納され
た被成膜基体と対向する位置に配置されたカソード電極
と、前記カソード電極に３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以
下の高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、を有
することを特徴とする。

【００１９】上記プラズマ処理装置において、前記カソ
ード電極は幾何学的加工が施されていてもよい。この場
合、前記幾何学的加工は穴開け加工もしくはスリット加
工であってもよい。

【００２０】また、前記カソード電極は、一部に軟磁性
材料が用いられていてもよい。

【００２１】上述の各プラズマ処理装置において、前記
カソード電極は円筒状であってもよい。この場合、前記
被成膜基体は円筒状であり、該被成膜基体と前記カソー
ド電極とが同軸上にあるように構成してもよい。

【００２２】また、前記カソード電極および前記被成膜
基体は互いに対向する平板であってもよい。

【００２３】本発明のプラズマ処理方法は、上述のプラ
ズマ処理装置のいずれかの装置において行われるプラズ
マ処理方法であって、反応容器内に所定のガスを導入し
た後、カソード電極に３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下
の高周波電力を供給し、前記反応容器内において誘電体
部材と被成膜基体との間にプラズマを発生させて前記被
成膜基体上に膜を形成することを特徴とする。

【００２４】

【作用】放電周波数を１３．５６ＭＨｚより高いものと
することにより堆積速度を向上させることができる。し
かし、放電周波数を１３．５６ＭＨｚより高いものとし
た場合には、カソード電極外周上で放電ムラの原因とな
る定在波が生じ、この定在波の影響によりプラズマに強
度ムラが発生する。このため、カソード電極上の高周波
電圧ムラの原因となる高周波の定在波をプラズマの強度
ムラに反映させないように構成する必要がある。また、
カソード電極の形状に対してプラズマの分布が敏感であ
り、カソード電極表面で供給される高周波電力にムラが
生じないためには、カソード電極の裏面もしくは表面に
伝搬する高周波分布を調整する必要がある。

【００２５】本発明のプラズマ処理装置および処理方法
では、カソード電極と被成膜基体とは反応容器の一部を
構成する誘電体部材を挟んで対向配置されているので、
カソード電極からの高周波電力は誘電体部材を介して供
給されることとなり、誘電体部材と被成膜基体との間で
プラズマが発生する。このようにカソード電極からの高
周波電力が誘電体部材を介して供給されるプラズマ処理
装置では、定在波の影響によりカソード電極内周側に生
じた放電ムラは誘電体部材によって緩和される。これに
より、膜厚ムラを防止することができる。

【００２６】また、カソード電極は反応容器の外側に配
置されているので、反応容器を開放することなしにカソ
ード電極の形状および材質を自由に変更することができ
る。したがって、カソード電極の任意の場所の複素イン
ピーダンスをその形状および材質等を変更することによ
りカソード電極上の高周波分布を調整することができ、
カソード電極上の電位分布をほぼ均一なものとすること
ができる。また、カソード電極の最適形状及び最適材料
は被成膜基体の形状、プラズマ処理条件、放電周波数に
より異なるが、このようにカソード電極が反応容器の外
部にあることでカソード電極のみを交換するだけでよ
く、反応容器内を一旦大気開放することもないため、種
々の処理条件の変更に対しても容易に対応できる。同様
の理由で、最適なカソード電極をトライ・アンド・エラ
ーで決定することが容易にできる。なお、カソード電極
上に多少の電位分布が生じても、上記の如くカソード電
極とプラズマの間には誘電体部材が配置された構成とな
っているので、この誘電体の緩衝作用によりプラズマの
分布はカソード電極上の電位分布よりも均一性がよくな
る。

【００２７】プラズマ密度ムラ（プラズマ密度ムラと
は、プラズマ密度の最大値と最小値の差をプラズマ密度
の平均値にて割った値と定義する。）は、３０ＭＨｚ近
傍で±１０％となり、放電周波数によるカソード電極上
の高周波電圧のムラが顕著になることが実験により得ら
れている。また、３００ＭＨｚを越えると高周波の整合
回路の設計が困難になり、また伝送損失も大きくなり実
用的ではない。さらに、被成膜基体に入射するイオンの
エネルギーは、１３．５６ＭＨｚで約３０ｅＶ、３０Ｍ
Ｈｚで約１５ｅＶ、１００ＭＨｚ以上で約１０ｅＶが得
られるが、被成膜基体への入射イオンエネルギーを利用
するプロセスにおいては、このエネルギー幅を小さくす
ることは制御性の向上を達成することができるという観
点から重要であり、３０ＭＨｚ以上の周波数を用いるこ
とが望ましい。本発明のプラズマ処理装置および処理方
法では、これらのことが考慮されて３０ＭＨｚ以上、３
００ＭＨｚ以下の高周波が使用されているので、カソー
ド電極上の高周波電圧分布の制御性に優れ、かつ、高周
波の整合回路の設計の自由度が高く、伝送損失の小さ
い、実用的なプラズマ処理装置を提供することが可能と
なっている。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２９】本発明のプラズマ処理装置は、１３．５６
ＭＨｚより高い周波数電力を供給する高周波電源を用
い、カソード電極を定在波の発生を抑制する形状に自由
に変更できるよう構成するとともに、カソード電極表面
の定在波とプラズマとの間に緩衝機能を設け、カソード
電極上の高周波電圧ムラの原因となる高周波の定在波を
プラズマの強度ムラに反映させない構成としたことを特
徴とする。

【００３０】図１は、本発明の第１の実施例のプラズマ
処理装置である円筒同軸型プラズマＣＶＤ装置の概略を
示す構成図である。

【００３１】図１において、反応容器１は減圧可能な容
器であり、容器の一部が誘電体部材１１により構成され
る誘電体管となっている。この反応容器１にはガス導入
手段として、容器内を真空排気する真空排気手段９と、
容器内に所定のガスを供給するガス供給手段１０とが設
けられている。

【００３２】反応容器１の誘電体管の外側には、反応容
器１とは電気的に絶縁された円筒状の円筒型カソード電
極２が配置され、さらにその外側にアースシールド６が
設けられている。反応容器１内には対向電極としての円
筒状の被成膜基体３が収納されており、円筒型カソード
電極２および被成膜基体３は同軸上となるよう配置され
ている。円筒型カソード電極２には、整合回路８を介し
て放電用の高周波電源７が接続されている。被成膜基体
３は、モータ１２により駆動される回転機構を有する基
体ホルダー４に保持されており、その内部には加熱ヒー
タ５が備えられている。この被成膜基体３は、内部の加
熱ヒータ５によって内側より所定の温度に加熱すること
ができる。

【００３３】誘電体部材１１は、高周波の損失が少ない
ものなら何でもよく、例えばアルミナセラミックス、石
英ガラス、パイレックスガラス、テフロン等が使用でき
る。本実施例では、誘電体部材１１は減圧可能な反応容
器の一部として使用されているため、反応容器１内を減
圧するために大気圧に耐えられるだけの厚みが必要とさ
れ、形状、寸法により異なるが、一般的には少なくとも
５ｍｍ以上、望ましくは１０ｍｍ以上の厚みとされる。
なお、１３．５６ＭＨｚの放電周波数を用いた場合は、
この厚みの誘電体部材１１をカソード電極とプラズマの
間に配置すると、誘電体の静電容量Ｃによる複素インピ
ーダンスのリアクタンス成分ｉ／ｊωＣがプラズマのイ
ンピーダンスと同程度の１０〜５０Ωになり、効率的に
高周波をプラズマに供給することが難しかったが、本実
施例では高い放電周波数を用いているので、誘電体部材
１１による複素インピーダンスが周波数に反比例して小
さくなり、上記厚みの誘電体部材１１がカソード電極と
プラズマの間にあっても高周波を効率よくプラズマに供
給することができる。

【００３４】また、本実施例では、反応容器１の外側に
円筒型カソード電極２が配置された構成となっているの
で、大面積均一放電を得るために、円筒型カソード電極
２の形状、材料を大きく変えることができ、これにより
円筒型カソード電極２上の任意の点での複素インピーダ
ンスを変えることができる。なお、この円筒型カソード
電極２の最適形状及び最適構成材料は、被成膜基体の形
状、プラズマ処理条件、および放電周波数により異な
る。

【００３５】また、プラズマ密度ムラ（プラズマ密度ム
ラとは、プラズマ密度の最大値と最小値の差をプラズマ
密度の平均値にて割った値と定義する。）は、３０ＭＨ
ｚ近傍で±１０％となり、放電周波数によるカソード電
極上の高周波電圧のムラが顕著になることが実験により
得られている。また、３００ＭＨｚを越えると高周波の
整合回路の設計が困難になり、また伝送損失も大きくな
り実用的ではない。さらに、被成膜基体に入射するイオ
ンのエネルギーは、１３．５６ＭＨｚで約３０ｅＶ、３
０ＭＨｚで約１５ｅＶ、１００ＭＨｚ以上で約１０ｅＶ
が得られる。被成膜基体への入射イオンエネルギーを利
用するプロセスにおいては、このエネルギー幅を小さく
することは制御性の向上を達成することができるという
観点から重要であり、３０ＭＨｚ以上の周波数を用いる
ことが望ましい。以上のことから、本実施例のプラズマ
処理装置では、高周波電源７としては、３０ＭＨｚ以
上、３００ＭＨｚ以下の高周波電力の供給が可能な電源
が使用されている。

【００３６】このプラズマ処理装置を用いて例えばａ−
Ｓｉ膜を成膜する場合は、まず、反応容器１内を真空排
気手段９によって高真空まで排気する。その後、ガス供
給手段１０によってシランガス、ジシランガス、メタン
ガス、エタンガス等の原料ガスおよびジボランガス等の
ドーピングガスを導入し、数１０ミリトールから数トー
ルの圧力に維持する。続いて、高周波電源７より高周波
電力を円筒型カソード電極２に供給して、誘電体部材１
１と被成膜基体３との間にプラズマを発生させて容器内
に導入された原料ガスを分解する。このとき、被成膜基
体３は加熱ヒータ５により２００℃〜３５０℃程度に加
熱されており、この被成膜基体３上にａ−Ｓｉ膜が堆積
する。

【００３７】上記プラズマに高周波電力を供給する際
は、高周波電源７から供給された高周波電力を整合回路
８によりプラズマのインピーダンスに整合するようにイ
ンピーダンス調整し、円筒型カソード電極２の裏面に導
入する。すると、高周波がカソード電極の裏面からカソ
ード電極の表皮を伝わってカソード電極２表面に伝わ
り、プラズマに、高周波電力が供給されることになる。
ここで、円筒型カソード電極２表面で高周波電力のムラ
が生じないようにするために、円筒型カソード電極２の
裏面もしくは表面に伝播する高周波分布の調整が行われ
る。すなわち、円筒型カソード電極２の形状、材料を変
えることにより円筒型カソード電極２上の任意の点での
複素インピーダンスを変化させ、これによりプラズマ処
理の均一化が図られる。具体的には、以下のような調整
により円筒型カソード電極２の最適形状及び最適構成材
料を得、プラズマ処理の均一化が図られる。

【００３８】１）円筒型カソード電極２の長さを、放電
周波数及び被成膜基体の長さに応じて調整する。

【００３９】２）円筒型カソード電極２に穴やスリット
を開けて、高周波電力の入ってくるカソード電極の裏面
からの伝送をその穴やスリットを通して行えるように
し、穴やスリットの大きさを調整する。

【００４０】３）円筒型カソード電極２の一部にパーマ
ロイのような透磁率の高い軟磁性材を用い、その部分の
インダクタンスＬを大きくして高周波伝量の伝送を抑制
し、円筒型カソード電極２内での高周波電力の伝送を調
整する。

【００４１】なお、上述の円筒型カソード電極２の最適
形状及び最適構成材料を得る工程は、円筒型カソード電
極２内周側に生じた放電ムラが誘電体部材１１の緩衝作
用により除去される場合には、行う必要はない。

【００４２】次に、上述の第１の実施例のプラズマ処理
装置に関する具体的な実施例として＜実施例１＞〜＜実
施例５＞を挙げ、従来との比較を行った結果について説
明する。

【００４３】＜実施例１＞ここでは、放電周波数を１０
０ＭＨｚとし、以下の表１の成膜条件でａ−Ｓｉ膜を被
成膜基体３上に形成した例について説明する。

【００４４】

【表１】 円筒型カソード電極２には内径２５０ｍｍ、長さ３００
ｍｍのＡｌ製の単純円筒形のものを用い、反応容器１の
一部を構成する誘電体部材１１として厚さ１０ｍｍのア
ルミナセラミクス製の誘電体管を用いた。なお、成膜条
件が異なる場合は、それに応じて円筒型カソード電極２
の長さの変更を加える必要があることから、円筒型カソ
ード電極２の長さは本実施例に限らず適宜選択すること
が望ましい。

【００４５】上記のような円筒型カソード電極２を反応
容器１の外部に配置した構成のプラズマ処理装置を用い
て成膜した場合、平均成膜速度１８（μｍ／ｈｒ）、膜
厚ムラは約±１５％となった。これに対して、反応容器
１内に長さ３００ｍｍのＡｌ製単純円筒カソード電極を
配置した構成のプラズマ処理装置（従来の装置）を用い
て成膜した場合は、膜厚ムラは約±３０％となった。こ
の結果、反応容器１の外側に円筒型カソード電極２を設
けた場合には、膜厚ムラに対する膜厚分布改善効果が得
られた。

【００４６】また、形成された膜は分布のみの影響が大
きく、同膜厚状態で部分的にａ−Ｓｉ膜の膜質を測定し
たところ、膜質は電子写真用感光体デバイスや画像入力
用ラインセンサー等の実用に十分耐え得るものであっ
た。

【００４７】上述のように、本実施例のプラズマ処理装
置では、カソード電極を反応容器外部に配置し、減圧可
能な反応容器の一部となる誘導体部材を介してプラズマ
に高周波を供給することにより、カソード電極上の高周
波の電位分布の影響が緩衝されるので、放電周波数を高
くしても膜厚ムラが発生することはない。

【００４８】＜実施例２＞ここでは、円筒型カソード電
極２として、図２に示すような側面に複数の穴が開けら
れた、穴開き形状のＡｌ製円筒を用い、上記実施例１と
同様、放電周波数を１００ＭＨｚとして表１の成膜条件
でａ−Ｓｉ膜を被成膜基体３上に形成した。なお、成膜
条件が異なるとそれに応じて穴開き形状も変更を加える
必要がある場合があり、また全く異なる形状でも同様の
効果が得られる場合もあるので、穴開き形状は図２に示
す形状に限らず適宜選択することが望ましい。

【００４９】この穴開き形状のカソード電極を用いて成
膜したときの周方向の膜厚ムラを測定した結果、膜厚ム
ラは約±５％となり、実施例１の単純円筒カソードの場
合の約±１５％と比較して、膜厚分布の改善効果が確認
できた。また、平均成膜速度は実施例１と同等であっ
た。

【００５０】それぞれの膜は分布のみの影響が大きく同
膜厚状態で部分的にａ−Ｓｉ膜の膜質を測定したとこ
ろ、膜質は電子写真用感光体デバイスや画像入力用ライ
ンセンサー等の実用に十分耐え得るものであった。

【００５１】上述のように、本実施例のプラズマ処理装
置では、カソード電極を反応容器外部に配置することで
異常放電を誘発することもなくカソード電極の幾何学的
形状を自由に扱うことが容易にでき、これにより高周波
を伝送するカソード電極の経路及び定在波を変え、カソ
ード電極上の高周波電圧分布を自由に制御できる。この
結果、放電周波数を高くした場合の膜厚ムラの発生を防
止することができる。

【００５２】＜実施例３＞ここでは、円筒型カソード電
極２に軟磁性材料として図３に示すような所定のパター
ンのパーマロイシート１３を張り付けたものを用い、上
記実施例１と同様、放電周波数を１００ＭＨｚとし、上
述の表１の成膜条件でａ−Ｓｉ膜を被成膜基体３上に形
成した。なお、円筒型カソード電極２には軟磁性材料と
してパーマロイを用いたが、これに限らず軟磁性材料で
あれば何でもよい。また、成膜条件が異なるとそれに応
じて軟磁性材料のパターンも変更を加える必要がある場
合があり、また全く異なるパターンでも同様の効果が得
られる場合もあるので、パーマロイシートのパターンは
図３のパターンに限らず適宜選択することが望ましい。

【００５３】図３に示す円筒型カソード電極２で成膜し
たときの平均成膜速度は実施例１と同等で、膜厚ムラは
軟磁性材をカソード外周の一部に張り付けた場合で約±
５％となり、上述の実施例１の場合の膜厚ムラ約±１５
％であったことと比較して、軟磁性材を用いた場合の膜
厚分布改善効果が確認できた。

【００５４】それぞれ形成された膜は膜厚分布のみの影
響が大きく、本実施例３で形成された膜厚状態で部分的
にａ−Ｓｉ膜の膜質を測定したところ、膜質は電子写真
用感光体デバイスや画像入力用ラインセンサー等の実用
に十分耐え得るものであった。

【００５５】上述のように、本実施例のプラズマ処理処
理装置では、カソード電極の一部に軟磁性材を用いるこ
とにより高周波での複素インピーダンスを大きくできる
ので、高周波の線路を軟磁性材でない部分に限定して制
御することができる。また、上述の実施例２と同様、カ
ソード電極上の高周波電圧分布を自由に制御でき、放電
周波数を高くした場合の膜厚ムラの発生を防止すること
ができる。

【００５６】以上、円筒型カソード電極２を反応容器１
の外部に配置した円筒同軸型プラズマＣＶＤ装置につい
て説明したが、円筒型カソード電極２が反応容器外部に
配置できるのであれば、平行平板型のプラズマ処理装置
においても容易に適応できる。

【００５７】図４は、本発明の第２の実施例のプラズマ
処理装置である平行平板型プラズマＣＶＤ装置の概略を
示す構成図である。

【００５８】図４において、反応容器１０１は減圧可能
な容器であり、容器の一部が誘電体角型部材１１１によ
り構成されている。この反応容器１０１には、上述の第
１の実施例のプラズマ処理装置同様、ガス導入手段とし
て容器内を真空排気する真空排気手段（不図示）と、容
器内にガスを供給するガス供給手段（不図示）とが設け
られている。

【００５９】反応容器１０１の外側には、反応容器１０
１とは電気的に絶縁された平板状の角型カソード電極１
０２が配置され、反応容器１０１の内側には対向電極と
しての平板状の被成膜基体１０３が配置され、これらは
誘電体部材１１１を挟んで対向配置されている。

【００６０】角型カソード電極１０２は、アースシール
ド１０６により覆われた空間内に設けられ、整合回路１
０８を介して放電用の高周波電源１０７が接続されてい
る。

【００６１】被成膜基体１０３は、内部に加熱ヒータ１
０５が備えられた基体ホルダー１０４上に設置されてお
り、加熱ヒータ１０５によって所定の温度にまで加熱さ
れる。基体ホルダー１０４の一部は反応容器１０１の外
部に出ており、接地されている。

【００６２】この平行平板型プラズマＣＶＤ装置におい
ても、上述した第１の実施例の円筒同軸型プラズマＣＶ
Ｄ装置と同様、角型カソード電極１０２に高周波電力が
供給されて誘電体部材１１１と被成膜基体１０３との間
にプラズマが発生して被成膜基体１０３上にａ−Ｓｉ膜
が成膜される。この場も、角型カソード電極１０２の調
整によりプラズマ処理の均一化が図られる。

【００６３】以下に、上述の第２の実施例のプラズマ処
理装置に関する具体的な実施例として＜実施例４＞〜＜
実施例６＞を挙げ、従来との比較を行った結果について
説明する。

【００６４】＜実施例４＞ここでは、図４に示す平行平
板型プラズマＣＶＤ装置を用い、放電周波数１００ＭＨ
ｚとして、以下の表２の成膜条件でａ−Ｓｉ幕を被成膜
基体上に形成した。

【００６５】

【表２】 被成膜基体１０３は形状が角型で、角型カソード電極１
０２も４５０ｍｍ角の角型平板を用いた。誘電体角型部
材１１１には、２０ｍｍ厚のアルミナセラミクス製の部
材を用いた。

【００６６】この平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場
合、角型の辺と角では高周波を角型カソード電極１０２
に導入する位置からの距離が異なるため膜厚に分布が生
じ易く、この装置における平均成膜速度は１５（μｍ／
ｈｒ）、膜厚ムラは約±１８％であった。比較例とし
て、反応容器１０１内部に角型カソード電極１０２を配
置して上記と同様の条件で成膜した場合の膜厚ムラは、
約±３５％であった。この結果から、膜厚分布改善効果
が確認できた。

【００６７】それぞれ形成された膜は膜厚分布のみの影
響が大きく、本実施例４で形成された膜厚状態で部分的
にａ−Ｓｉ膜の膜質を測定したところ、膜質は電子写真
用感光体デバイスや画像入力用ラインセンサー等の実用
に十分耐え得るものであった。

【００６８】＜実施例５＞ここでは、図５に示すような
角型カソード電極１０２に幾何学的加工を施したものを
用いる。成膜条件が異なる場合は、それに応じてカソー
ド電極の幾何学形状に修正を加える必要がある場合があ
り、また全く異なる形状でも同様の効果が得られる場合
もあるので、その幾何学形状は図５の形状に限らず適宜
選択することが望ましい。

【００６９】図５の形状の角型カソード電極１０２を用
いて成膜したときの膜厚ムラを測定した結果、平均成膜
速度１５（μｍ／ｈｒ）、膜厚ムラは約±１０％となっ
た。上述の実施例４の場合の膜厚ムラ約±１８％と比較
して、良好な膜厚均一性を得ることができた。

【００７０】それぞれ形成された膜は分布のみの影響が
大きく、本実施例５で形成された膜厚状態で部分的にａ
−Ｓｉ膜の膜質を測定したところ、膜質は電子写真用感
光体デバイスや画像入力用ラインセンサー等の実用に十
分耐え得るものであった。

【００７１】＜実施例６＞ここでは、角型カソード電極
１０２に図６に示すパターンのパーマロイシート１１３
を張り付けたものを用いた。軟磁性材料としてパーマロ
イを用いたが軟磁性材料であれば何でもよい。成膜条件
が異なる場合はそれに応じて軟磁性材のパターンも修正
を加える必要がある場合があり、また全く異なるパター
ンでも同様の効果が得られる場合もあるので図６のパタ
ーンに限らず適宜選択することが望ましい。

【００７２】図６のカソード電極で成膜したときの膜厚
ムラを測定した。その結果、平均成膜速度１５（μｍ／
ｈｒ）、膜厚ムラは約±１０％となり、上述の実施例４
の場合の膜厚ムラ約±１８％と比較して、良好な膜厚均
一性を示した。

【００７３】それぞれ形成された膜は分布のみの影響が
大きく、本実施例６で形成された膜厚状態で部分的にａ
−Ｓｉ膜の膜質を測定したところ、膜質は電子写真用感
光体デバイスや画像入力用ラインセンサー等の実用に十
分耐え得るものであった。

【００７４】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００７５】請求項１に記載のものおよび請求項８に記
載の方法においては、従来のプラズマ処理装置では達成
できなかった処理速度で比較的大面積の基体を均一にプ
ラズマ処理することができるという効果がある。

【００７６】加えて、カソード電極は反応容器外部に設
けられているので、反応容器内を大気開放することもな
くカソード電極を交換することができ、定在波の生じな
い（もしくは、生じても影響の少ない）最適な形状・材
質のカソード電極をトライ・アンド・エラーで決定する
ことが容易にできるという効果がある。

【００７７】請求項２および請求項３に記載のものにお
いては、上記各効果に加えて、カソード電極に幾何学的
加工を施すことにより、カソード電極上の任意の点での
複素インピーダンスを変化させることができので、さら
にプラズマ処理の均一化を図ることができるという効果
がある。

【００７８】請求項４に記載のものにおいては、上記各
効果に加えて、カソード電極の一部に軟磁性材料を設け
ることにより、カソード電極上の任意の点での複素イン
ピーダンスを変化させることができので、さらにプラズ
マ処理の均一化を図ることができるという効果がある。

【００７９】請求項５および請求項６に記載のものにお
いては、上記各効果を奏する円筒同軸型プラズマ処理装
置を提供することができる。

【００８０】請求項７に記載のものにおいては、上記各
効果を奏する平行平板型プラズマ処理装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の円筒同軸型プラズマＣ
ＶＤ装置の概略を示す構成図である。

【図２】幾何学的加工が施された円筒型カソード電極の
構成の一例を示す図である。

【図３】一部に軟磁性材料を設けた円筒型カソード電極
の構成の一例を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例の平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置の概略を示す構成図である。

【図５】幾何学的加工が施された角型カソード電極の構
成の一例を示す図である。

【図６】一部に軟磁性材料を設けた角型カソード電極の
構成の一例を示す図である。

【図７】従来のプラズマ処理装置の概略を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１，１０１ 反応容器 ２ 円筒型カソード電極 ３，１０３ 被成膜基体 ４，１０４ 基体ホルダ ５，１０５ 加熱ヒータ ６，１０６ アースシールド ７，１０７ 高周波電源 ８，１０８ 整合回路 ９， 真空排気手段 １０， ガス供給手段 １１，１１１ 誘電体部材 １２ モータ １３ パーマロイシート １０２ 角形カソード電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一部が誘電体部材からなり、被成膜基体
   を収容する減圧可能な反応容器と、 前記反応容器内に所定のガスを導入するガス導入手段
   と、 前記反応容器外に設けられ、前記誘電体部材を挟んで前
   記反応容器内に収納された被成膜基体と対向する位置に
   配置されたカソード電極と、 前記カソード電極に３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の
   高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、を有する
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプラズマ処理装置にお
   いて、 前記カソード電極は幾何学的加工が施されていることを
   特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のプラズマ処理装置にお
   いて、 前記幾何学的加工は穴開け加工もしくはスリット加工で
   あるプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のプラズマ処理装置にお
   いて、 前記カソード電極は、一部に軟磁性材料が用いられてい
   ることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載のプラズマ処理装置において、 前記カソード電極は円筒状であることを特徴とするプラ
   ズマ処理装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のプラズマ処理装置にお
   いて、 前記被成膜基体は円筒状であり、該被成膜基体と前記カ
   ソード電極とが同軸上にあることを特徴とする請求項１
   乃至４に記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載のプラズマ処理装置において、 前記カソード電極および前記被成膜基体は互いに対向す
   る平板であることを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に
   記載のプラズマ処理装置において行われるプラズマ処理
   方法であって、 反応容器内に所定のガスを導入した後、カソード電極に
   ３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の高周波電力を供給
   し、前記反応容器内において誘電体部材と被成膜基体と
   の間にプラズマを発生させて前記被成膜基体上に膜を形
   成することを特徴とするプラズマ処理方法。