JPS63114973A - マイクロ波プラズマｃｖｄ法による機能性堆積膜の形成装置 - 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
導体デバイス、電子写真感光体デバイス、画像入力用ラ
イセンサ−１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等の機能性堆積膜を形成する装
置に関する。

（従来技術等の説明） 従来、半導体デバイス、電子写真感光体デバイス、画像
入力用ライセンサ−１ｔｍ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、アモルファス・シリコン、具体
的には、例えば水素原子又は／及びハロゲン原子（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、ｒ　ａ−５ｔ（１１，Ｘ）」と表記する。

）等のアモルファス半導体膜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基体上に薄膜上の堆
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、’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−Ｐ
ＣＶＤ法により堆積膜を形成するための装置は、代表的
には第２図の透視略図で示される装置４１１成のもので
ある。

第２図において、１は真空容器全体を示し、２はアルミ
ナセラミックスまたは石英ガラス製等の話電体で構成さ
れたマイクロ波導入窓、３は導波管、４はマイクロ波、
５は排気管、６は被成服用基体、７は成膜室（プラズマ
発生室）を示す。

こうした堆積膜形成装置における堆積膜形成は、以下の
ようにして行なわれる。

即ち、真空容器１内部を排気管５を介して真空排気する
と共に、基体６を該基体の保持台（図示せず）の中に内
蔵されたヒーター（図示せず）により所定温度に加熱、
保持する。次に、原料ガス供給手段（図示せず）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（ＳｉＦ２）　、水素ガス（Ｈ
２）等の原料ガスを真空容器１の成膜室７内にＩ　Ｘ　
１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下の真空度を維持しながら供給する
。

次に、マイクロ波電源（図示せず）から例えば２．４５
０Ｈよマイクロ波４をアイソレーター、パワーモニター
、スタブチューナー（図示せず）、および導波管３、そ
してマイクロ波導入窓２を介して成膜室フ内に導入する
。

かくして成膜室７にプラズマが生起し、化学的相互作用
をもたらして基体６の表面に堆積膜が形成されるところ
となる。

ところで、プラズマは電離体であるため、話電体内部を
空間伝搬する性質を有するマイクロ波にとっては吸収体
もしくは反射体として作用する。

このプラズマ密度は真空度が高くなるにつれて荷電粒子
の平均自由工程が長くなることで低くなる。このため、
プラズマ形成時の真空度を高くすれば、マイクロ波の伝
搬距離を長くすることができる。

しかし、中性ラジカル粒子を主体として堆積膜を形成し
ようとする場合、真空度の下限は１Ｏ−３Ｔｏｒｒ台で
ある。このため、電子写真用ドラムのように長大な基体
上に堆積膜を形成しようとした場合、その全長に均一に
プラズマを生起させることが難しい。このため第２図に
図示する類のＭＷ−ＰＣＶＤ装置では、ドラムの上下端
２箇所から同一の共振モードのマイクロ波エネルギーを
導入して。

プラズマが均一になるようにする。

とコロテ、かかルＭＷ−ＰＣＶＤ装置では、ＴＥ１１モ
ードで共振する上下のマイクロ波導入窓２に接続した導
波管３の取付相対角度を０１とするため、相互の導波管
にマイクロ波が逆進入し、相手のアイソレーターを破損
するという問題がある。また、アイソレーターの磁界で
十分偏波されなかった進入マイクロ波が、相手のマイク
ロ波電源のマグネトロン内に進入し、そこでのマイクロ
波と干渉し合って発振不能の状態となる問題もある。

（発明の目的〕 本発明の目的は、上述のごときＭＷ＝ＰＣＶＤ装置にお
ける諸問題を克服して、半導体デバイス、電子写真感光
体デバイス、光起電力素子、その他の各種エレクトロニ
クス素子、光学素子等に用いられる素子部材としての堆
積膜を、ＭＷ−ＰＣＶＤ法により、安定して高速形成し
得る装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、　ＭＷ−ＰＣＶＤ法により　ａ−
５ｉ：Ｈ：Ｘ：膜を形成する装置において、マイクロ波
エネルギーを効率的に利用してａ−５ｉ　：Ｈ：ＸＪ＠
を均一に堆積させると同時に、長時間安定してプラズマ
を生起せしめるに至適な装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明者は、上述のＭＷ−ＰＣＶＤ装置における前述の
Ｘｉ問題を克服して、上述の本発明の目的を達成すべく
鋭意研究を重ねたところ、マイクロ波の進入を阻止し、
その相互干渉を防止するに至適な方法として、マイクロ
波導波管の取付相対角度を適当に選択することが最も有
効であるとの知見を得た。

該知見に基づき更に研究を続け、導波管の取付相対角度
としては、反時計回りに　６０°および２４０°の時に
マイクロ波の相互進入を完全に遮断することができるこ
とを実験により確認した。そしてこの条件は、各々の導
入窓が同一共振モードであれば、反応室の構造が異る場
合また共振モードが異る場合にも適用可能であることも
解かった。

本発明は、該知見に基づいて完成せしめたものであって
、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆
積膜の形成装置は、内部に基体保持手段を有する実質的
に密封された真空容器、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、およびマイク
ロ波電源からのマイクロ波を真空容器内に導入する手段
とからなり、前記マイクロ波を導入する手段として、真
空容器のマイクロ波伝送系路の対向する位置の２箇所に
導波管を設置するとともに、各々の導波管の取付相対角
度を反時計回りで６０゛あるいは２４０゜としたことを
特徴とするものである。

上記構成の本発明装置においては、真空容器を導電性の
円筒形のものとし、その内部に中心導体としての導電性
同軸円筒状基体を設置して、マイクロ波同軸共振器構造
とすることにより、導入されたマイクロ波エネルギーを
効率良くプラズマに変換し、そして吸収されるようにす
ることができる。

また、本発明の装置においては、真空容器内の真空度を
１　ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下にすると同時にプラズマ
によるマイクロ波の反射および吸収を考慮して、真空容
器と導波管とを、真空シール機能を有する誘電体からな
るマイクロ波透過窓によって結合することが望ましい。

更に、本発明の装置は、マイクロ波共振器としての真空
容器の一部に排気管を配置する構造をとることから、該
排気管の入口には、マイクロ波が排気管内に進入するこ
とで共振周波数が変化するのを防ぐようにする目的で排
気抵抗を増加させないよう考慮されたマイクロ波に対す
るシールド材を配置することが望のぞましい。

以下、本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性堆積膜の
形成装置における導波管相対角度依存性について図面を
用いて詳しく説明するが本発明はこれにより何ら限定さ
れるものではない。

第１図は本発明の装置について測定器を取り付けた場合
を模式的に示す透視略図である。

図中、前述のＭＷ−ＰＣＶＤ装置（第２図に図示）と同
様の真空客器１および誘電体窓２、導波管３、排気管５
、基体６を用いたので、この部分についての機能説明は
省略する。なお、各記号の添字のアルファベットはａが
上部を、ｂが下部の構成部材を表わす。

図中、７はプラズマ発生室（成膜室）、８はマイクロ波
シールド材、９はパワーモニターであり、ｌＯはアイソ
レーターである。

まず、マイクロ波電源（図示せず）からアイソレーター
、パワーモニター（図示せず）を介して下部導波管３ｂ
内にマイクロ波進行電力４ｃを伝送させる。このマイク
ロ波はＴＥ＋ｏ共振モードで導波管内を伝搬し、ＴＥｘ
共振モードの下部マイクロ波共振器２ｂおよび同軸共振
モードの真空容器１を伝搬して、ＴＥ、、共振モードの
上部マイクロ波導入窓２ａにその一部が到達し９、一部
は反射電力４ｄとして再び下部導波管３ｂに戻る。

上部マイクロ波導入窓２ａに伝搬されたマイクロ波は、
上部導波管３ａの相対角度によっては、導波管３ａ内に
進入し、この進入電力４ａを上部パワーモニター９ａで
測定した。進入電力４ａは、上部アイソレーター１０ａ
でほとんど吸収されるが、管壁等かられずかに反射され
た反射電力４ａが上部導波管３ａ内を真空容器側に戻っ
て来る。これも上部パワーモニターで測定した。

上部窓２ａ、　＆び導波管３ａは、下部導波管３ｂに対
して共有する中心軸の回りに回転できるようにした。こ
のとき、ＴＥ、。共振モードの下部導波管の電界の向き
に平行な角度を０°とし、これと同じくＴＥ、。共振モ
ードの上部導波管の電界の向きとの相対角度を反時計回
りにθ°と定義した。

第３−ａ図に、前記反応容器上部から見た各導波管の取
付角度を示す。

図中、３ａは上部導波管、３ｂは下部導波管を示す。４
ｂは上部のマイクロ波伝送方向を、また４ｃは下部マイ
クロ波の伝送方向を示す。

第４図において上部導波管は、下部導波管に対して、マ
イクロ波伝送方向で、反時計回りに６０゜の角度で取付
けた。

その時の各電気力線の方向と分布を第４−ｂ図に示す。

図中、実線は上部マイクロ波の電気力線１１ｇを、また
破線は下部マイクロ波の電気力線１１ｂを表わす。

第５−ａ図、および第ｓ−ｂ図は導波管取付角度２４０
゛のと鮒の相対関係と、電気力線の方向、および分布を
示す。

なお、真空容器１内部はマイクロ波を伝搬する上でプラ
ズマによるマイクロ波電力の減衰による進入マイクロ波
電力４ａの見かけ上の変化を少なくするため、マイクロ
波を伝送しやすい比誘電率１の大気圧雰囲気とした。

次に、前記装置を使用して得られた結果について説明す
る。

第５図は、横軸に反時計回りの導波管相対角度θ　Ｃ）
を示し、縦軸にマイクロ波電力　（Ｗ）を示したもので
ある。図中、各々の曲線は、４ａが上部進入電力、４ｂ
が上部反射電力、４Ｃが下部進行電力、４ｄが下部反射
電力を示す。

図から明らかなように、相対角度が大きくなるにつれて
、マイクロ波進入電力４ａの大きさは周期的に変化する
。その周期は１８０°であり、６０゛　と２４０′の時
、進入電力４ａは完全に遮断されてＯＷとなプた。上部
反射電力４ｂも、進入電力４ａの大きさと比例するため
、同一周期で変化する。これに対して、下部反射電力４
ｄは、進入電力４ａがＯｗとなると、上部導波管３ａの
人口での反射が最大となるため、その周期は同じである
が、大きさは進入電力４ａと反比例する。

また、前述の装置（第２図に図示）のように相対角度が
Ｏｏの時は、進入電力が大きくなった。

さらにまた、相対角度が時計回りに６０°のとき、すな
わち、反時計回りに３００°の時も、進入電力が犬ぎく
なフた。

以上の結果から、導波管の相対取付角度は反時計回りに
６０°　と　２４０°が最も好ましいことが判明した。

また、前記測定装置においてマイクロ波を上部導波管か
ら導入した場合にも、同様の結果が得られた。

次に、前記装置の上下の導波管に、各々マイクロ波電源
を接続し、反応室内を真空排気した後、原料ガスを導入
して、上下から同時にマイクロ波電力を導入してプラズ
マを生起させた。

上下どちらか一方からのみマイクロ波電力を導入した場
合との差は、全く生じなかった。また、相対角度が反時
計回り６０°と　２４θ°の時の差も無く、長時間安定
してマイクロ波電力を投入することができた。

第６図は、導波管相対角度θを変えてａ−５ｉ膜を成膜
した場合の成膜速度を示すものであり、横軸に反時計回
りの導波管相対角度θ　（℃）を示し、縦軸に成膜速度
（人／ｓｅｅ　）を示しである。

各相対角度における成膜条件は、下記のごとき同一条件
とした。

即ち、原料ガスとしてシランガス　５００ｓｅｃｍと水
素ガス２００ｓｅｃｍの混合ガスを用い、真空容器内の
真空度を２　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒ、マイクロ波進行電
力４ｃは１８００ｗとした。

この結果、相対角度によらず真空容器内で吸収されるマ
イクロ波エネルギーは、はとんどかわらない。しかしな
がら相対角度が５０゛　および２４ｏ。

からずれるに従って、マイクロ波の進入電力４ａが増加
し、マグネトロン内に進入するため発振が不安定になり
、ついには放τが停止してしまった。

（第６図における空白の領域） 第７図は、相対角度を２４０°としたときの基体軸方向
の膜厚分布を示すものである。

然るに本発明は、マイクロ波の伝送系路上に相対して配
置した同一共振モードのマイクロ波導入窓について有効
であり、プラズマを生起させる反応室の構造および共振
モードによって限定されるものではない、したがって、
本発明の実施例装置のような同軸共振構造とした反応室
以外にも、円形空胴共振器構造や、その他の共振器構造
の反応室に対しても適用可能である。

また、本発明はプラズマ処理を目的とする装置以外に、
マイクロ波エネルギーを利用する加熱処理等の目的に使
用する装置等にも通用可能である。

Ｃ発明の効果の概要〕 本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積
膜の形成装置は、対向する２つの導波管の取付相対角度
を反時計回りで６０”あるいは２４０゜としたことによ
り、真空容器内に複数個のマイクロ波電源から同時にマ
イクロ波エネルギーを干渉等の影響を排除して、安定に
導入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の検証に用いた測定装置の透視略図で
あり、第２図は、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性
堆積膜の形成装置の透視略図である。 第３−ａ図および第４−ａ図は、前記真空容器上部から
みた各導波管の取付角度を示す図であり、第３−ｂ図お
よび第４−ｂ図は各々その時の各電気力線の方向と分布
を示す図である。第５図は、第１図に示す装置を用いて
得られた導波管相対取付角度とマイクロ波電力との関係
を表わす図であり、第６図は導波管相対取付角度と成膜
速度との関係を表わす図であり、第７図は相対取付角度
を２４ｏ。 としたときの基体軸方向の膜厚分布を示す図である。 図において、 ｌ・・・・・真空容器、２ａ、２ｂ・・・・・マイクロ
波導入窓、３ａ、３ｂ・・・・・導波管、４ａ、４ｂ、
４ｃ、４ｄ・−マイクロ波電力、５・・・・・排気管、
６・・・・・基体、７・・・・・プラズマ発生室、８・
・・・・マイクロ波シールド材、９・・・・・パワーモ
ニター、ｌＯ・・・・・アイソレーター ＩＩＩ図 ：、：’；２図 第３図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）；、’；
４図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第５図 相対角度・θ（°） 悟１１棟題　　　の

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に基体保持手段を有する実質的に密封された
   真空容器、該真空容器内部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、およびマイクロ波電源か
   らのマイクロ波を真空容器内に導入する手段とからなる
   マイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜の形成
   装置であって、前記マイクロ波を導入する手段として、
   真空容器のマイクロ波伝送系路の対向する位置の２箇所
   に導波管を設置し、各々の導波管の取付け相対角度を反
   時計回りで６０°あるいは２４０°としたことを特徴と
   するマイクロ波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜の
   形成装置。
2. （２）前記真空容器がマイクロ波共振構造となっている
   特許請求の範囲の第（１）項に記載されたマイクロ波プ
   ラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜の形成装置。
3. （３）前記真空容器と前記導波管が真空シール手段を有
   するマイクロ波透過窓によって結合されている特許請求
   の範囲第（１）項又は第（２）項に記載されたマイクロ
   波プラズマＣＶＤ法による機能性堆積膜の形成装置。