JPS6410595B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はグロー放電を利用して、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、膜形成用の原料ガス
を分解し所定の支持体上の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を
計ることには、通常の真空蒸着法に較べて非常に
困難がつきまとう。

例えば、SiH₄或いはSi₂H₆、SiF₄等のガスを放
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
又はハロゲン原子含有アモルフアスシリコン（以
後ａ−Si：Ｘと記す）膜を形成して、この膜の電
気物性を利用しようとする場合、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、
膜の全領域に於ける電気物性の均一性を得るに
は、膜形成の全領域に於いて放電強度の均一化を
計る必要がある。

而乍ら、従来法に於いては、放電強度の均一
化、殊に大面積の膜を形成する場合の放電強度の
均一化を計ることは極めて困難であつた。

又、別には、プラズマ現象を利用するグロー放
電堆積法に於いては、通常の真空蒸着法に較べて
膜形成速度が遅いのが一般的である。

このためにグロ放電のパワーを増す事が堤案さ
れているが、ａ−Si：Ｈ又はａ−Si：Ｘにおいて
は、あまり放電のパワーを増すと膜の電気的特性
が低下する事が知られている。

又、電極と膜を形成する支持体との配置関係及
び電極の構造・配置が膜厚及び特性の均一化に大
きく影響するが、従来法に於いては、この点でも
必ずしも満足のいくものではなく、従つて、殊に
大面積の膜形成の再現性、一定特性の膜の量産化
に於いて不向きな点を有していた。

他本、大面積の円筒形の支持体上にプラズマ現
象を利用するグロー放電法により膜を形成する場
合、該円筒形支持体の外側に電極を設け円筒形支
持体との間に高周波電界を印加して、グロー放電
を発生して行う、所謂、キヤパシタンスタイプ
と、円筒形支持体の周りにコイルをを設け該コイ
ルに高周波電流を流して、グロー放電を発生する
インダクタンスタイプが一般的である。

この中、インダクタンスタイプは支持体及び支
持体上に形成された膜に直接電界を印加する事が
ないので、支持体及び形成された膜がグロー放電
による損傷をうける事が少い事、支持体と高周波
電力発生装置の間の電気的接続に注意を払う必要
が無い事等の利点を有するが、従来大面積にわた
つて均一なグロー放電を発生する事がキヤパシタ
ンスタイプ以上に困難であつた。

この点の改善の為に大面積の支持体に均一な膜
を形成するにあたつては、従来円筒形の支持体を
長手方向に往復運動しつつ膜を形成する事が試み
られていた。

しかしこの方法では支持体を駆動する装置が必
要であり、又、殊に往復運動を行なうためにはグ
ロー放電を行う堆積室を大きくする必要があり、
設備が大型化するばかりでなく、堆積室内を減圧
するのに多大な時間を要し、生産性が低下する。
又、十分な強度のグロー放電を発生しているの
は、堆積室内のごく一部分であるから膜形成速度
を高める事も困難である、等の欠点があつた。

この様に従来法は上記に挙げた様な欠点を有
し、殊に、特性及び膜厚の均一な大面積膜の形成
に於いては、末だ再現性、量産性等の点からの改
良が指摘される。

本発明は上記の点に鑑み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
が再現性良く形成され得るグロー放電による膜形
成法を提供することを目的とする。

又、本発明は、量産化に極めて有効な膜形成法
を堤供することをも目的とする。

本発明の膜形成法は減圧にし得る堆積室内に膜
形成用支持体を設置し、前記堆積室内に導入され
た原料ガス中でグロー放電を生起させて膜形成す
るに際して、前記膜形成用支持体の端部に絶縁性
で且つ高い透磁率を有する材料で構成された部材
を配置して膜形成する事を特徴とする。

以下、本発明を図面に従つて説明する。

第１図は、本発明のグロー放電による膜形成法
を具現化し得る装置の好適な例の１つを示す模式
的説明図である。減圧にし得る堆積室１は、通常
のグロー放電堆積装置に使用されている様な構造
のベースプレート２上に、これも通常使用されて
いる例えば石英ガラス製のベルジヤー３を０リン
グを介して設置して形成され、その内部には膜形
成用の支持体４を所定位置に設置する為の固定部
材５が図に示す様に、堆積室１の下部の所定位置
に固設されている。第１図の装置においては固定
部材５は、下部より膜形成用の原料ガスが堆積室
１内部に導入される為のパイプ６と下部において
接続されており、パイプ６を通じて固定部材５内
部に導入される前記原料ガスは、固定部材５の上
端部に設けられた複数のガス流出口７より堆積室
１内に導入される構造となつている。

８はコイルであつて、ベルジヤー３の外側に巻
回され、同軸ケーブル９を通してグロー放電を引
起すための高周波電源（図示せず）に接続されて
いる。

コイル８の一方の端は同軸ケーブル９に接続さ
れ、他端はシールド１３を介して接地されてい
る。

コイル８は、堆積室１の外に設けてあり、この
様に配置する事が一般的であるが堆積室１の内部
に設ける事も可能である。

１０は、支持体４上に膜形成する際に、必要に
応じて支持体４を所望温度に加熱する為のヒータ
ーであつて、支持体４の内側に挿入され固定され
る。支持体４の加熱温度は、支持体４の内側に接
触して設けられる熱電対１１によつて検知され、
ヒーター１０に投入される電力を自動的に制御し
て、膜形成時に支持体４が所望の温度に維持され
る様になつている。

堆積室１内の真空度は、真空計１２によつて測
定される。

支持体４は、放電強度の位置依存性を可能な限
り避ける為に、膜形成の際には所定の回転速度
で、固定部材５を中心にして回転される。

この様に、膜形成の際に、支持体４を固定部材
５を中心にして回転させることによつて、放電強
度の位置依存性の平均化を計ることが出来、一層
均一特性、均一膜厚の膜を支持体４上に形成する
事が出来る。

第１図に示される装置を使用して、支持体上に
所定の膜を形成するには、例えば、図に示されて
ある様に必要に応じて所定の清浄化処理した円筒
状の支持体４を、固定部材５に固定設置し、ベル
ジヤー３をベースプレート２上にセツトして、堆
積室１内が所定の真空度になる様に、堆積室１下
部より排気する。

堆積室１内が所定の真空度になつた時点で、膜
形成用の原料ガス、例えばａ−Si：Ｈ膜を形成す
るのであれば、SiH₄等のシランガスをパイプ６
を通じて外部より堆積室１内に所定内圧になる様
にして導入する。堆積室１内が膜形成用の原料ガ
スで所定内圧で満たされた時点において、コイル
８に高周波電力を供給し、堆積室１内にグロー放
電を生起させて、堆積室１内のガスをプラズマ化
して支持体４上に膜形成を行なう。高周波電力の
周波数は通常13.56MHzを用いるが、他の周波数
であつても可能である。

膜形成にあたつて支持体４を回転させることに
よつて、ガス流量の不均一分布による放電強度斑
を平均化することが出来、大面積に亘つて均一な
物理特性と均一な膜厚を有する膜を得ることが出
来る。又、ガス流体速度に関しては、ガス分解速
度が加味され、分解速度が大きい場合は、ガス流
体速度を大きくするのが良い。

又、原料ガスの堆積室１内の導入口は、第１図
に示される様に固定部材５の上部に設ける必要性
は必ずしも要さず、堆積室１内が出来るだけ均一
ガス流量となる様に工夫するのであれば、堆積室
１内のどの位置に設けても良い。而乍ら、堆積室
１の排気口より遠方の位置に、原料ガス導入用の
口を設ける方が導入された原料ガスのプラズマ化
を効率良く行なえ、又、前記排気口とシンメトリ
カルな位置に前記導入口を設ける方がガス流量の
一層の均一化を計る事が出来るので都合が良いも
のである。１３は、高周波電界をシールドする為
のシールドであつて例えば、金属性メツシユで形
成される。

１４及び１４′は、本発明にもとづいて配置さ
れた部材であり、絶縁性で且つ高い透磁率を有す
るフエライトで構成されてある。

この様に高い透磁率を有する部材を配置する事
により、支持体の全面に於いてグロー放電強度が
均一化され、支持体上に均一品質の膜が十分に形
成される。

第２図には、第１図の装置に於いて部材１４，
１４′を支持体４の上下に夫々配置することによ
つて、コイル８に高周波電流を流すことで発生す
る高周波磁界の状態が示される。高周波磁界は点
線で示す様に部材１４，１４′を支持体４の上下
に２個配置することで、部材１４，１４′間に於
いて磁束密度が略々均一化され、従つて、支持体
のある全体領域に於いて均一強度のプラズマが形
成される。

本発明に用いる高い透磁率を有する部材を構成
する材料としては高周波で用いるため絶縁体であ
る必要がある。それは、鉄等の導体ではうず電流
が発生し、高周波に対して高い透磁率を示さない
ばかりか、それ自体が高周波エネルギーを吸収し
発熱してしまうからである。

本発明の方法に用いる絶縁性で高い透磁率を有
する材料としては、フエライトがのぞましく、中
でも殊に高周波用に設計されたものを用いる必要
が有る。

第１図及び第２図では高透磁率材料で構成され
た部材１４、１４′を支持体４からはなして配置
しているが、支持体４に接する様に配置しても良
い。

又、逆にさらに距離をはなして、堆積室１の外
に設けても良い。この場合、十分な大きさの透磁
率を有する材料を用いなければ効果が無いが、堆
積室１の容積を小さく設計する事ができるという
利点が有る。

さらに効果を増すためには、コイル８の外側に
も高い透磁率を有する材料で構成された部材を設
けることで装置を高い透磁率を有する材料で構成
される部材で覆う様にする事も有効である。

実施例 次に第１図の装置及び図中の部材１４，１４′
として直径φ300mm厚さ70mmの円板状に加工され
たFe₃O₄99.9％のフエライト材を用い、以下の手
順にて光導電部材の作製を行つた例を示す。

円筒状の支持体としてφ200mm、長さ300mm、厚
さ５mmのJIS5000系の鏡面加工を施したアルミシ
リンダーを用いトリクロルエタン洗浄を行つた
後、これを第１図にようにベルジヤー３内に設置
した。

次に不図示の真空排気ポンプによりベルジヤー
３内を10^-3torrの圧力まで排気した。この状態で
不図示の駆動系にて支持体を５分間で１回転の割
合で回転させ、又、支持体を熱電体１１の示す温
度が300℃となるようにヒーター１０により加熱
した。該支持体の温度が300℃で安定した後、ガ
ス導入パイプ６を通じ、ガス放出孔７よりSiH₄
ガスを200sccmの流量でベルジヤー３内に放出さ
れた。次に真空計１２を注視しながら不図示の排
気バルブを操作してベルジヤー３内の圧力を
0.5torrに調整した。ベルジヤー３内の圧力が
0.5torrで安定した後、不図示のRF電源を入れ、
同軸ケーブル９、コイル８を通じて周波数
13.56MHz、200WのRFパワーをベルジヤー３内
に投入し、グロー放電を生ぜしめた。この状態を
100分間維持させた後RF電源を切り、ガスの導入
並びにヒーターへの通電を止め、ベルジヤー３内
を再び１０^-3torrの真空度とした。この状態を約
１時間維持し、熱電対１１の示す支持体温度が
100℃を下まわつた時点で不図示のリークバルブ
を開放にしベルジヤー３内を大気圧とし、堆積膜
が形成された支持体を取り出した。

堆積膜の形成された支持体（以後、「光導電部
材」と略記する）は、円筒状の上記光導電部材の
上端から、20mm、150mm、280mmの各部（以後、
「上部」、「中部」、「下部」と各々を略記する）の
円周上に周方向に等間隔に４点ずつ、支持体の長
軸方向に上部、中部、下部、の各々の点が直線上
に並ぶ様に設定した１２点の測定点について、ま
ず、うず電流膜厚計を用いた膜厚測定に供した。

各部の膜厚を測定したところ第１表に示す通り
均一であることが確認された。

次に同じサンプルを用い、上述の膜厚を測定し
た点に対応する位置に光透過率0.5の半透明クロ
ム電極を蒸着により形成し、これを一方の電極、
又支持体を他方の電極とし各部の電気的特性の測
定を行つた。電気的特性としては暗導電率
（σb）、パワー５ｍＷのHe−Neレーザーを照射し
た際の光導電率（σp）を評価項目とした。結果
は上部、中部、下部の測定点について第１表に示
す電気的特性を有しており光導電部材として良好
な特性であると同時に均一性にも優れていること
が確認された。

比較例 １ 次に第１の比較例として部材１４及び１４′を
除去した以外は前記実施例と同じ装置構成及び膜
形成条件で光導電部材の形成を行い同じ評価に供
した。その結果膜厚分布については、周方向につ
いては、第２表に示す通り、ほぼ±10％程度のバ
ラツキの範囲内であつたものの、シリンダーの長
軸方向すなわち、上部、中部、下部については、
大きなバラツキが見られた。

又、電気的特性については第２表から判る通
り、中部においては前記実施例の場合と同等の特
性を示したが、上部及び下部では中部と比べσp
において１桁以上劣る傾向が見られ、又、下部に
おいてはσp、σpの値に大きな相違がなく、光導
電部材としては相応してない特性となていること
がわかつた。又均一性という点でも長軸方向のバ
ラツキが大きく、実用的に良好であるとは言えな
いと考えられた。

比較例 ２ 次にさらに別の比較例として、部材１４及び１
４′に、形状は前記の実施例の場合と同じもので
はあるが材質を導電性で透磁率の高いSUS304に
変えたものを用い、これ以外の条件は上記実施例
及び比較例１と同じ条件で光導電部材の形成を行
い同じ評価に供した。

その結果、膜厚及び電気的特性として第３表の
ような値が得られた。

これらから分るように前記比較例１と同様に長
軸方向のバラツキが大きい傾向を示し絶対的な数
値に於いては前記比較例１よりさらに劣る結果と
なることが確認された。

これらのことから特に長物の支持体上に放電に
より膜形成を行う場合、支持体端部に透磁率の高
い材質の部材を設置することが、放電状態の均一
化を計り、ひいては均一性の高い堆積膜を得る上
で有効であることがわかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の膜形成法を具現化する装置
の一例を示す模式的説明図、第２図は第１図の装
置において形成される高周波磁界の状態を説明す
る為の模式的説明図である。

【表】

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 減圧にし得る堆積室内に膜形成用支持体を設
   置し、前記堆積室内に導入された原料ガス中でグ
   ロー放電を生起させて膜形成するに際して、前記
   膜形成用支持体の端部に絶縁性で且つ高い透磁率
   を有する材料で構成された部材を配置して膜形成
   する事を特徴とする膜形成法。 ２ 前記絶縁性で且つ高い透磁率を有する材料が
   フエライトである特許請求の範囲第１項記載の膜
   形成法。